JP2020047700A - 配線構造 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ付け箇所でのリード間の短絡を抑制することができる配線構造を提供する。【解決手段】ドレインパッド３１上にバスバー５１の下端部がはんだ付けされるとともに、ソースパッド３２上にバスバー５２の下端部がはんだ付けされている、バスバー５１とバスバー５２とにおける互いに対向する部位にバスバー５１の下端面及びバスバー５２の下端面よりも下方に突出するように配置した樹脂材としての樹脂製角柱部４５を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、配線構造に関するものである。

半導体素子直上にバスバーを直接実装するＤＬＢ（ダイレクト・リード・ボンディング）技術がある（例えば、特許文献１）。この場合、バスバーを位置決めして公差内でばらついてもバスバーが必ず半導体素子のパッドや基板のパターンの中に搭載されるようにしている。具体的には、例えば、図１３（ａ）に示すように半導体素子２００のパッド２０１とバスバー２０３の先端部とがはんだ２０５により接合されるとともに半導体素子２００のパッド２０２とバスバー２０４の先端部とがはんだ２０６により接合される。ここで、半導体素子２００のパッド２０１，２０２の中心とバスバー２０３，２０４の中心が一致した状態で、はんだ付けした場合に対し、図１３（ｂ）に示すようにパッド２０１，２０２の中心とバスバー２０３，２０４の中心が、公差内のばらつきによりずれたとしても不都合は生じない。

特開２０１０−２８７７２６号公報

ところで、例えば、図１４（ａ）に示すように、半導体素子のパッドや基板のパターンが小さいと、それに合わせてバスバーも小さく細くするが電流容量等の設計要件により小さくできない場合がある。このときは、図１４（ａ）に示すように、パッド２０１，２０２とバスバー２０３，２０４が公差内でずれていないものに対し、図１４（ｂ）に示すように公差内のばらつきによりずれると、バスバー２０３，２０４がパッド２０１，２０２やパターンからはみ出してしまう。その際、はんだ２０５，２０６の溶融の際の表面張力により隣のはんだと繋がってしまうと近くにある電位の異なるパッドやパターンが短絡故障となる。これを避けるためには、パッドやパターンを離して配置する必要があり、その結果、半導体素子を大きくしたり、基板を大きくしなければならず、大型化につながってしまう。

本発明の目的は、はんだ付け箇所でのリード間の短絡を抑制することができる配線構造を提供することにある。

上記問題点を解決するための配線構造は、同一水平面上に拡がる第１配線部及び第２配線部を有するとともに、下端部が立設状態の第１リード及び第２リードを有し、前記第１配線部上に前記第１リードの下端部がはんだ付けされるとともに、前記第２配線部上に前記第２リードの下端部がはんだ付けされた配線構造であって、前記第１リードと前記第２リードとにおける互いに対向する部位に前記第１リードの下端面及び前記第２リードの下端面よりも下方に突出するように配置した樹脂材を有することを要旨とする。

これによれば、樹脂材が第１リードと第２リードとにおける互いに対向する部位に第１リードの下端面及び第２リードの下端面よりも下方に突出するように配置されているので、はんだ付けの際に、はんだ付け箇所でのリード間の短絡を抑制することができる。

また、配線構造について、樹脂材は、垂下された角材よりなり、一つの外表面に前記第１リードが一体化された状態で配置されているとともに、他の外表面に前記第２リードが一体化された状態で配置されているのが好ましい。

また、配線構造について、前記樹脂材は、前記第１リードと前記第２リードとにおける互いに対向する部位にコーティングされた被覆膜よりなり、前記被覆膜よりなる前記樹脂材は、前記第１リードの下端面の一部及び前記第２リードの下端面の一部に形成されているのが好ましい。

本発明によれば、はんだ付け箇所でのリード間の短絡を抑制することができる。

実施形態におけるポッティング樹脂を省略した状態の半導体モジュールの斜視図。 （ａ）は実施形態におけるポッティング樹脂を省略した状態の半導体モジュールの平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 図２（ａ）のＢ−Ｂ線での断面図。 半導体モジュールの一部断面図。 半導体モジュールの一部斜視図。 （ａ），（ｂ）は製造工程を説明するための半導体モジュールの一部断面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は製造工程を説明するための半導体モジュールの一部断面図。 （ａ）は第２の実施形態の半導体モジュールの一部を示す斜視図、（ｂ）は第２の実施形態の半導体モジュールの一部を示す断面図。 半導体モジュールの一部断面図。 （ａ），（ｂ）は製造工程を説明するための半導体モジュールの一部断面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は製造工程を説明するための半導体モジュールの一部断面図。 （ａ）は別例の半導体モジュールの一部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での断面図。 （ａ），（ｂ）は背景技術を説明するための配線構造の一部断面図。 （ａ），（ｂ）は課題を説明するための配線構造の一部断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３に示すように、半導体モジュール１０は配線基板２０と、配線基板２０に実装された半導体素子３０を備える。配線基板２０は、水平面に配置されている。配線基板２０は、絶縁基板２１を備える。配線基板２０は、絶縁基板２１の上面（板厚方向の一面）における半導体素子３０の配置位置に導体パターン２２を備える。また、配線基板２０は、絶縁基板２１の上面（板厚方向の一面）における導体パターン２２に隣接してゲート取出のための中継用導体パターン２３を備える。

半導体素子３０は、横型ＭＯＳトランジスタが形成されたベアチップであり、上面が水平面上に拡がっている。半導体素子３０の上面にドレインパッド３１とソースパッド３２が接近して形成されているとともに、ゲートパッド３３がパッド３１，３２とは若干離間して形成されている。半導体素子３０は、シリコンチップでもそれ以外の例えばＧａＮチップでもよい。

導体パターン２２には半導体素子３０がはんだ６０により接合されている。
半導体モジュール１０は樹脂製のハウジング４０を備える。ハウジング４０は、四角枠状の枠体４１を備える。枠体４１は、４つの側壁４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを備える。４つの側壁４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄのうち、側壁４１ａと側壁４１ｂとが対向するとともに、側壁４１ｃと側壁４１ｄとが対向している。

ハウジング４０は、側壁４１ｃと側壁４１ｄとの間で架け渡された梁４２を備える。梁４２はＹ方向の中央部に形成されている。また、ハウジング４０は、側壁４１ｃと側壁４１ｄとの間で架け渡された梁４３を備える。梁４３は、Ｙ方向の側壁４１ｂ側の端部に形成されており、側壁４１ｂと連続している。

ハウジング４０は、絶縁基板２１の上面に配置されている。詳しくは、絶縁基板２１の四隅にはそれぞれ穴２１ａが形成されているとともにハウジング４０の下面には穴２１ａに対応する位置に突起４４が設けられており、穴２１ａに突起４４が係合している。

ハウジング４０の梁４２は、絶縁基板２１の板厚方向（Ｚ方向）において半導体素子３０の上方に位置している。
半導体モジュール１０は、帯板状のバスバー５１，５２を備える。バスバー５１，５２は、断面形状が長方形の帯板状の金属板を屈曲させることで構成されている。図２（ａ），（ｂ）に示すように、断面長方形のバスバー５１，５２におけるバスバー５１の長辺の延びる方向とバスバー５２の長辺の延びる方向が同一（図２（ａ），（ｂ）ではＹ方向）である。また、Ｘ方向において離間してバスバー５１，５２が配置されている。

図３に示すように、バスバー５１は、水平方向に延びる水平部５４と、水平部５４の一端から下方に延びる立設部５３と、水平部５４の他端から上方に延びる立設部５５を備える。同様に、バスバー５２は、水平方向に延びる水平部５７と、水平部５７の一端から下方に延びる立設部５６と、水平部５７の他端から上方に延びる立設部５８を備える。本実施形態のバスバー５１，５２は、図３においてドレインパッド３１とソースパッド３２との間を中心とした対称構造である。

バスバー５１の立設部５３の下端面はドレインパッド３１に突き合わされた状態で、はんだ６１により接合されている。バスバー５２の立設部５６の下端面はソースパッド３２に突き合わされた状態で、はんだ６２により接合されている。はんだ６１，６２は、バスバー５１，５２の下端面からパッド３１，３２に向けて拡がるフィレット形状である。

バスバー５１の立設部５５の一部はハウジング４０の梁４２に埋設されている。バスバー５１の立設部５５の上端部は梁４２から突出している。同様に、バスバー５２の立設部５８の一部はハウジング４０の梁４２に埋設されている。バスバー５２の立設部５８の上端部は梁４２から突出している。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、半導体素子３０のゲートパッド３３は、Ｕ字状の金属ピン７０を介して導体パターン２３と接合されている。導体パターン２３にはゲートピン７１が接合されている。金属製のゲートピン７１は上方に延びており、ゲートピン７１の一部はハウジング４０の梁４３に埋設されている。ゲートピン７１の上端部は梁４３から突出している。

バスバー５１，５２の一部及びゲートピン７１の一部がハウジング４０に埋設されていることで、バスバー５１，５２及びゲートピン７１とハウジング４０とは一体化されている。なお、ハウジング４０内は、図示しないポッティング樹脂で樹脂封止されている。

このように、同一水平面上に拡がるドレインパッド３１及びソースパッド３２を有するとともに、下端部が立設状態のバスバー５１及びバスバー５２を有し、ドレインパッド３１上にバスバー５１の下端部がはんだ付けされるとともに、ソースパッド３２上にバスバー５２の下端部がはんだ付けされた配線構造となっている。

図３、図４及び図５に示すように、ハウジング４０の梁４２の下面におけるバスバー５１とバスバー５２との間の部位から樹脂製角柱部４５が下方に突出している。つまり、樹脂製角柱部４５はインサート樹脂であり、樹脂材としての樹脂製角柱部４５は、垂下された角材よりなる。

樹脂製角柱部４５は、バスバー５１の立設部５３とバスバー５２の立設部５６の間の領域に延びており、樹脂製角柱部４５は、バスバー５１とバスバー５２との間に位置している。樹脂製角柱部４５は、断面四角形状をなし、対向する外表面にバスバー５１の立設部５３及びバスバー５２の立設部５６が対向するように配置されている。即ち、樹脂製角柱部４５は、一つの外表面にバスバー５１が一体化された状態で配置されている。樹脂製角柱部４５は、他の外表面にバスバー５２が一体化された状態で配置されている。

このように、バスバー５１とバスバー５２との間に樹脂製角柱部４５を有する。樹脂製角柱部４５は、バスバー５１，５２の下端面よりもドレインパッド３１及びソースパッド３２に向かって下方に突出する突出部４５ａを有する。樹脂材よりなる樹脂製角柱部４５は、電気絶縁性を有するとともに耐熱性を有し、さらに、溶融したはんだをはじく性質を有する。

パッド３１，３２に対しバスバー５１，５２はハウジング４０で位置決めされている。
このように、樹脂製角柱部４５が、バスバー５１とバスバー５２とにおける互いに対向する部位にバスバー５１の下端面及びバスバー５２の下端面よりも下方に突出するように配置されている。

次に、半導体モジュール１０の作用について説明する。
製造工程において、図６（ａ）に示すように、半導体素子３０のドレインパッド３１の上にクリームはんだ６１ａを塗布するとともにソースパッド３２の上にクリームはんだ６２ａを塗布する。さらに、図６（ｂ）に示すように、バスバー５１，５２を、クリームはんだ６１ａ，６２ａ上にバスバー５１，５２の下端が位置するように配置する。バスバー５１，５２はハウジング４０に一体化されているためハウジング４０の位置決めを行うことでバスバー５１，５２の位置が決まる。

そして、加熱することにより図４に示すようにドレインパッド３１及びソースパッド３２にバスバー５１，５２が、はんだ６１，６２により接合される。ここで、樹脂製角柱部４５は溶融したはんだ６１，６２が濡れないので（樹脂製角柱部４５は溶融したはんだをはじくので）、隣のパッドでの溶融したはんだと繋がりにくくしており、パッド間の短絡故障が防止される。図４及び図６（ｂ）ではパッド３１，３２の中心とバスバー５１，５２の立設部５３，５６の中心とは一致している（ずれていない）。

はんだ６１，６２によってバスバー５１，５２の下端と半導体素子３０のパッド３１，３２とを接合した後に、ハウジング４０内に硬化前のポッティング樹脂を充填し、樹脂封止を行う。

次に、はんだ付けの際の詳細について説明する。
バスバー５１，５２を配置する際に、位置決めのときに公差内でばらつきが生じる。例えば、図７（ａ）に示すように、半導体素子３０のパッド３１，３２の上にクリームはんだ６１ａ，６２ａを塗布した状態から図７（ｂ）に示すようにバスバー５１，５２の立設部５３，５６をクリームはんだ６１ａ，６２ａ上に配置するときに図中左側にずれる。つまり、パッド３１，３２の中心とバスバー５１，５２の立設部５３，５６の中心がずれてバスバー５１，５２がパッド３１，３２からはみ出してしまったとする。加熱することにより図７（ｃ）に示すようにドレインパッド３１及びソースパッド３２にバスバー５１，５２の立設部５３，５６が、はんだ６１，６２により接合される。ここで、樹脂製角柱部４５は溶融したはんだ６１，６２が濡れないので、隣のパッドでの溶融したはんだと繋がりにくい。

つまり、半導体素子のパッドや基板のパターンが小さくバスバーの位置がずれてバスバーがパッド・パターンからはみ出したとしても、図７（ｃ）に示すように近くにある電位の異なるパッド・パターンが短絡故障するのが回避できる。そして、短絡故障回避のために半導体素子を大きくしたり基板を大きくすることなく大型化を抑制しつつ、はんだ付けできる。

このように、バスバー５１，５２間に樹脂製角柱部４５を設けることで隣のパッド３１，３２やパターンと繋がることを防ぎ、小型化が可能になる。即ち、現状よりももっと小さな半導体素子や基板に対してもＤＬＢ技術を展開できるようになるので小型化が可能となる。

特に、樹脂製角柱部４５は図４に示すようにパッド３１，３２とは接触しない。また、パッド３１，３２のうち少なくとも一方のパッド上に重なる位置に樹脂製角柱部４５が位置している。また、樹脂製角柱部４５はパッド３１，３２間の距離より大きい広い幅を有する。樹脂製角柱部４５とパッド３１，３２との間には、はんだ６１，６２のフィレット部が位置する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）同一水平面上に拡がる第１配線部としてのドレインパッド３１及び第２配線部としてのソースパッド３２を有するとともに、下端部が立設状態の第１リードとしてのバスバー５１及び第２リードとしてのバスバー５２を有し、ドレインパッド３１上にバスバー５１の下端部がはんだ付けされるとともに、ソースパッド３２上にバスバー５２の下端部がはんだ付けされた配線構造であって、バスバー５１とバスバー５２とにおける互いに対向する部位にバスバー５１の下端面及びバスバー５２の下端面よりも下方に突出するように配置した樹脂材としての樹脂製角柱部４５を有する。よって、はんだ付けの際に、はんだ付け箇所でのリード間としてのバスバー５１，５２間の短絡を抑制することができる。

（２）樹脂材としての樹脂製角柱部４５は、垂下された角材よりなり、一つの外表面に第１リードとしてのバスバー５１が一体化された状態で配置されているとともに、他の外表面に第２リードとしてのバスバー５２が一体化された状態で配置されている。よって、容易にはんだ付け箇所でのリード間としてのバスバー５１，５２間の短絡を抑制することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
図８（ａ）、図８（ｂ）、図９、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）を用いて、第２の実施形態を説明する。

第１の実施形態では図５等で示したように樹脂材はバスバー５１とバスバー５２との間に配置された樹脂製角柱部４５であったが、本実施形態では図８（ａ）、図８（ｂ）、図９に示すように樹脂膜１００，１０１を樹脂材として用いており、バスバー５１，５２の下端部に被覆（コーティング）されている。樹脂膜１００，１０１として、例えば、ポリイミド樹脂テープを用いることができる。樹脂膜１００，１０１は、電気絶縁性を有するとともに耐熱性を有し、さらに、溶融したはんだをはじく性質を有する。

樹脂膜１００は、バスバー５１におけるバスバー５２の立設部５６と対向する面に位置する対向部１００ａと、バスバー５１の下面に位置する下面部１００ｂと、バスバー５１の左右の側面に位置する左右の側面部１００ｃと、を有する。対向部１００ａと下面部１００ｂと左右の側面部１００ｃとは連続した１つの膜（例えば一枚のフィルム材）で構成されている。同様に、樹脂膜１０１は、バスバー５２におけるバスバー５１の立設部５３と対向する面に位置する対向部１０１ａと、バスバー５２の下面に位置する下面部１０１ｂと、バスバー５２の左右の側面に位置する左右の側面部１０１ｃと、を有する。対向部１０１ａと下面部１０１ｂと左右の側面部１０１ｃとは連続した１つの膜（例えば一枚のフィルム材）で構成されている。

樹脂膜１００，１０１は、バスバー５１とバスバー５２とにおける互いに対向する部位に配置される対向部１００ａ，１０１ａと、バスバー５１の下端面及びバスバー５２の下端面よりも下方に突出する下面部１００ｂ，１０１ｂを有する。

このように、バスバー５１とバスバー５２とにおける互いに対向する部位にバスバー５１の下端面及びバスバー５２の下端面よりも下方に突出するように配置された樹脂材としての樹脂膜１００，１０１を有する。

つまり、樹脂膜１００，１０１は、バスバー５１，５２の表面に被覆されており、バスバー５１，５２の先端面の一部、及び、バスバー５１，５２の先端部の対向する側面同士に形成されている。

図９に示すように、半導体素子のパッド３１，３２上に、はんだ６１，６２を介してバスバー５１，５２が接合されている。
製造工程において、図１０（ａ）に示すように、半導体素子３０のドレインパッド３１の上にクリームはんだ６１ａを塗布するとともにソースパッド３２の上にクリームはんだ６２ａを塗布する。さらに、図１０（ｂ）に示すように、バスバー５１，５２を、クリームはんだ６１ａ，６２ａ上にバスバー５１，５２の下端が位置するように配置する。そして、加熱することにより図９に示すようにドレインパッド３１及びソースパッド３２にバスバー５１，５２が、はんだ６１，６２により接合される。ここで、樹脂膜１００，１０１は溶融したはんだ６１，６２が濡れないので、隣のパッドでの溶融したはんだと繋がりにくくしている。図９及び図１０（ｂ）ではパッド３１，３２の中心とバスバー５１，５２の立設部５３，５６の中心とは一致している（ずれていない）。

バスバー５１，５２を配置する際に、位置決めのときの公差内でばらつきが生じ、例えば、図１１（ａ）に示すように、半導体素子３０のパッド３１，３２の上にクリームはんだ６１ａ，６２ａを塗布した状態から図１１（ｂ）に示すようにバスバー５１，５２をクリームはんだ６１ａ，６２ａ上に配置するときに図中左側にずれる。つまり、パッド３１，３２の中心とバスバー５１，５２の立設部５３，５６の中心がずれ、加熱することにより図１１（ｃ）に示すようにドレインパッド３１及びソースパッド３２にバスバー５１，５２が、はんだ６１，６２により接合されるが、樹脂膜１００，１０１は溶融したはんだ６１，６２が濡れないので、隣のパッドでの溶融したはんだと繋がりにくい。

このように、インサート樹脂でなくても、ラミネートバスバーのような、はんだをはじいて耐熱性のあるテープが貼り付けてあるバスバーでも実施可能であり、樹脂膜１００，１０１は、バスバー５１及びバスバー５２の表面に被覆され、バスバー５１，５２の先端面の一部、及び、バスバー５１，５２の先端部の対向する側面同士に形成されている。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（３）樹脂材としての樹脂膜１００，１０１は、第１リードとしてのバスバー５１と第２リードとしてのバスバー５２とにおける互いに対向する部位にコーティングされた被覆膜よりなり、被覆膜よりなる樹脂材である樹脂膜１００，１０１は、バスバー５１の下端面の一部及びバスバー５２の下端面の一部に形成されている。よって、簡単な構成で、はんだ付け箇所でのリード間としてのバスバー５１，５２間の短絡を抑制することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すように、断面長方形のバスバー１２０，１２１におけるバスバー１２０の長辺の延びる方向とバスバー１２１の長辺の延びる方向が同一（図１２（ａ）、図１２（ｂ）ではＸ方向）であり、バスバー１２０の長辺の延びる方向とバスバー１２１の長辺の延びる方向におけるバスバー１２０の短辺とバスバー１２１の短辺との間に樹脂材１３０を配置するようにしてもよい。樹脂材１３０は、バスバー１２０，１２１の下端面よりも下方に突出する突出部１３０ａを有する。

○ 半導体素子はＭＯＳトランジスタ以外にもバイパーラトランジスタ等であってもよい。
○ 図４等では半導体素子のパッド３１，３２を用いた配線構造であったが、パッドに代わり導体パターンでもよい。つまり、半導体素子のパッドとバスバーとのはんだ付け構造以外にも、基板に形成した導体パターンとバスバーとのはんだ付け構造に適用してもよい。

３１…ドレインパッド、３２…ソースパッド、４５…樹脂製角柱部、５１…バスバー、５２…バスバー、１００，１０１…樹脂膜。

Claims (3)

1. 同一水平面上に拡がる第１配線部及び第２配線部を有するとともに、下端部が立設状態の第１リード及び第２リードを有し、
   前記第１配線部上に前記第１リードの下端部がはんだ付けされるとともに、前記第２配線部上に前記第２リードの下端部がはんだ付けされた配線構造であって、
   前記第１リードと前記第２リードとにおける互いに対向する部位に前記第１リードの下端面及び前記第２リードの下端面よりも下方に突出するように配置した樹脂材を有することを特徴とする配線構造。
2. 前記樹脂材は、垂下された角材よりなり、一つの外表面に前記第１リードが一体化された状態で配置されているとともに、他の外表面に前記第２リードが一体化された状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の配線構造。
3. 前記樹脂材は、前記第１リードと前記第２リードとにおける互いに対向する部位にコーティングされた被覆膜よりなり、前記被覆膜よりなる前記樹脂材は、前記第１リードの下端面の一部及び前記第２リードの下端面の一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配線構造。

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