JP5132582B2 - 半導体装置およびそのコネクター - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置およびそのコネクターに関し、特に樹脂ケースに挿入、固定されたガイドピンを有する半導体装置およびそのコネクターに関するものである。

半導体装置の一つであるインテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ；Intelligent Power Module）やパワーモジュールにおいて、信号ピンの曲がり防止やプリント回路板（ＰＣＢ；Printed Circuit Board）実装時の位置決め用のガイドの役割を持つガイドピンがコネクターに使用されている。

このガイドピンは、ガイドピンの周りの樹脂ケースの肉厚に対して外径が太い。そのため、樹脂ケース成型後にガイドピンを樹脂ケースに挿入するアウトサート方式では、樹脂ケースがガイドピンを保持する力が弱い、樹脂ケースが割れやすいなどの問題がある。したがって、樹脂ケース成型時にガイドピンを一体成型するインサート方式により、ガイドピンは樹脂ケースに挿入されている。しかし、インサート方式ではガイドピンを樹脂ケースに保持した状態で樹脂ケースを成型するため、アウトサート方式に比べて多くの工数やコストがかかっている。

そこで、上記のガイドピンのアウトサート方式の問題を解決して、ガイドピンをアウトサート方式により樹脂ケースに挿入することが望まれている。

インテリジェントパワーモジュールやパワーモジュールにおけるコネクターのガイドピンではなく、多層誘電体基板における接点ピンに関するものであるが、特開昭６０−１０６４８号公報にはアウトサート方式が記載されている。この公報では、多層誘電体基板の絶縁材料は、２つの直交する方向で、２つの異なる熱処理時の収縮率を有している。そのため、この絶縁材料の表面に直交して、一定の大きさの開口部が設けられると、熱処理時に２つの方向で異なる量の収縮が行なわれることにより、この開口部の形状が変化する。たとえば、焼成前にこの絶縁材料に円形の開口部が設けられると、焼成後には開口部は円形から楕円形に変形する。これにより、焼成前にこの開口部にはまるような大きさの接点ピンは、その後の誘電体材料の焼成により圧縮され、開口部にきつく嵌合される。

特開昭６０−１０６４８号公報

上記公報のアウトサート方式には、次の問題がある。すなわち、上記公報のアウトサート方式では、絶縁材料の２つの直交する方向で異なる収縮率を利用して接点ピンが固定されているので、２つの直交する方向で異なる収縮率を有する樹脂材料に適用が限定される。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガイドピンを固定する樹脂材料の制約を少なくすることができる半導体装置およびそのコネクターを提供することである。

本発明の半導体装置のコネクターは、位置決め用のガイドピンと、ガイドピンを挿入され、かつ固定するための平面視において短径と長径とを有する貫通孔が形成された樹脂ケース部材とを備えている。樹脂ケース部材は、貫通孔から平面視における２つの方向のそれぞれに沿う貫通孔の外径と樹脂ケース部材の平面形状の外縁との間の距離が互いに異なるように形成されている。

本発明の半導体装置のコネクターによれば、樹脂ケース部材は、貫通孔から平面視における２つの方向のそれぞれに沿う貫通孔の外径と樹脂ケース部材の平面形状の外縁との間の距離が互いに異なるように形成されている。これにより、ガイドピンを固定する樹脂の形状による収縮を利用してガイドピンを樹脂ケースに固定することができる。よって、樹脂材料の制約を少なくすることができる。

本発明の実施の形態１における半導体装置の概略側面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置のコネクターの概略側面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置のコネクターの概略平面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置のコネクターのガイドピン近傍の概略拡大側面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置のコネクターの概略側面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置の図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う部分の概略断面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置のコネクターの熱処理前の貫通孔近傍の概略拡大平面図である。 本発明の実施の形態１における半導体装置のコネクターの熱処理後の貫通孔近傍の概略拡大平面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置のコネクターの概略側面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置のコネクターの概略平面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置のコネクターのガイドピン近傍の概略拡大側面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置のコネクターの概略側面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置の図９のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置のコネクターの概略側面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置の図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う部分に対応する概略断面図である。 本発明の実施の形態４における半導体装置のコネクターの概略側面図である。 本発明の実施の形態４における半導体装置の図２のＶＩ−ＶＩ線に沿う部分に対応する概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
最初に本発明の実施の形態１の半導体装置の構成について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の半導体装置１は、コネクター２と、樹脂ケース２１とを主に含んでいる。なお、図１では半導体装置１が接続されるプリント回路板１０１も記載されている。

半導体装置１では、樹脂ケース２１の上面にコネクター２が配置されている。コネクター２は、樹脂ケース２１の上面から突出するように配置されたガイドピン３と、信号ピン４とを備えている。樹脂ケース２１の上面から突出している部分の長さは、信号ピン４よりガイドピン３のほうが長い。また、樹脂ケース２１の内部には図示しない半導体素子が載置されている。半導体素子は、たとえばインバータなどである。信号ピン４は、ワイヤボンディングなどの配線によって半導体素子と接続されている。

プリント回路板１０１は、信号ピン４と接続するためのコネクター１０２を備えている。コネクター１０２の両側にはガイドピン３と嵌合するための位置決め孔１０３が開口している。

図２を参照して、コネクター２は、ガイドピン３と、信号ピン４と、樹脂ケース部材５とを有している。複数のガイドピン３は、樹脂ケース部材５の両端部にそれぞれ配置されている。複数の信号ピン４は、複数のガイドピン３の間にそれぞれ配置されている。ガイドピン３は、樹脂ケース部材５の信号ピン４より大きな外径を有している。ガイドピン３は、たとえば金属で形成されているが、樹脂で形成されていてもよい。信号ピン４は、たとえば金属で形成されており、導電性を有している。

図３を参照して、樹脂ケース部材５の長手方向の仮想の中心線Ａ上に、ガイドピン３を挿入され、固定するための貫通孔６および信号ピン４を挿入され、固定するための信号ピン孔７が樹脂ケース部材５を貫通して形成されている。ガイドピン３は、貫通孔６に嵌合されて固定されている。信号ピン４は、信号ピン孔７に嵌合されて固定されている。貫通孔６は、平面視における樹脂ケース部材５の短手方向の略半分の大きさの外径を有している。また、貫通孔６の外径と樹脂ケース部材５の表面の外縁との距離は、平面視における樹脂ケース部材５の長手方向の距離が短手方向の距離より長い。

図４を参照して、ガイドピン３は、全長の約４０％の長さで樹脂ケース部材５に嵌合されている。樹脂ケース部材５の上面がガイドピン３の軸方向の中央部に位置するように、ガイドピン３は樹脂ケース部材５に固定されている。

図５を参照して、ガイドピン３の樹脂ケース部材５の上面から突出する一方端部において、下方へ向かって径が拡がるテーパ３１が形成されている。そのテーパ３１から他方端部に向かって図５中破線で示される位置３３まで同じ外径で円柱形状３２が形成されている。ガイドピン３は、位置３３より他方端部側で一方端部側より外径が小さく形成されている。ガイドピン３は、位置３３から他方端部まで同じ外径で円柱形状３４が形成されている。

その他方端部において、下方に向かってその径が狭まるテーパ３５が形成されており、そのテーパ３５に連続して下方に向かってその径が拡がるテーパ３６が形成されている。そのテーパ３６から下方に向かって同じ径で円柱形状３７が形成されている。その円柱形状３７から下方に向かって径が狭まるテーパ３８が形成されている。

図６を参照して、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５の下部にガイドピン３の位置３３が配置されるように、樹脂ケース部材５に嵌合されて固定されている。

次に、本実施の形態の半導体装置のプリント回路板との接続の動作について説明する。
図１を参照して、半導体装置１がプリント回路板１０１に自動実装機を用いて取り付けられる際に、ガイドピン３が位置決め孔１０３に案内される。ガイドピン３が信号ピン４より長いためガイドピン３がまず位置決め孔１０３に案内されることにより、信号ピン４とコネクター１０２の位置が合わせられる。このように位置決めが行なわれて、信号ピン４がコネクター１０２に挿入される。このようにして半導体装置１がプリント回路板１０１に固定され、また電気的に接続される。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図１および図２を参照して、コネクター２において、ガイドピン３および信号ピン４は、樹脂ケース部材５の上面から下面に向かってガイドピン３および信号ピン４の軸方向の中央部まで、貫通孔６および信号ピン孔７に挿入される。その状態でコネクター２が熱処理（焼成）されると、ガイドピン３および信号ピン４は、樹脂ケース部材５の収縮によって、樹脂ケース部材５に強固に固定される。

上記のとおり形成されたコネクター２が樹脂ケース２１の上部に取り付けられる。そして、信号ピン４は、樹脂ケース２１内部に載置された半導体素子と接続される。このようにして、本実施の形態の半導体装置は製造される。

次に、本実施の形態の半導体装置の作用効果について図に基づいて説明する。なお、図７および図８においては、見やすくするためガイドピン３は記載されていない。

図７を参照して、樹脂ケース部材５では、貫通孔６の外径と樹脂ケース部材５の表面の外縁との距離は、平面視における樹脂ケース部材５の長手方向の距離Ｘのほうが短手方向の距離Ｙより長い。このように距離Ｘ、Ｙが異なるような形状に樹脂ケース部材５が形成されていることにより、距離Ｘ、Ｙの両方向における樹脂の収縮率の違いが生じる。

図８を参照して、熱処理（焼成）が行なわれたことにより樹脂が収縮した結果、平面視において貫通孔６は、樹脂ケース部材５の長手方向に長径を有し、短手方向に短径を有する楕円形状を有している。これは、樹脂ケース部材５における肉厚部の収縮率が肉薄部の収縮率より高いことによる。つまり、熱処理（焼成）が行なわれたことにより樹脂が収縮した結果、距離Ｘ、Ｙの両方ともが熱処理（焼成）前に比べ短くなっている。しかし、距離Ｘが長い肉厚部のほうが距離Ｙが短い肉薄部より収縮率が高いため、平面視において貫通孔６は、樹脂ケース部材５の長手方向に長径を有し、短手方向に短径を有する楕円形状に変形される。

この樹脂の形状による収縮率の違いを利用して、ガイドピン３を樹脂ケース部材５に強固に固定することができる。すなわち、楕円形状の短径方向において貫通孔６の内径がより小さくなるため、ガイドピン３の外径がより強固に締め付けられる。これにより、ガイドピン３が樹脂ケース部材５に強固に固定される。

本実施の形態の半導体装置１によれば、樹脂ケース部材５は、貫通孔６から平面視における２つの方向のそれぞれに沿う貫通孔６の外径と樹脂ケース部材５の平面形状の外縁との間の距離が互いに異なるように形成されているので、樹脂の形状による収縮率の違いを利用して、ガイドピン３を樹脂ケース部材５に強固に固定することができる。

そのため、樹脂ケース部材５の樹脂材料の選択の幅を広げることができる。
また、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５を貫通しているため、樹脂ケース部材５の厚みの接触面積を有しているため、樹脂ケース部材５を貫通していない場合に比べ強固な締結力を実現することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と比較して、樹脂ケース部材の厚さ、幅および樹脂ケース部材の貫通孔の位置が主に異なっている。

図９を参照して、コネクター２の樹脂ケース部材５の厚さは、実施の形態１の樹脂ケース部材５の厚さに比べて薄く形成されている。ガイドピン３は、全長の約２５％の長さで樹脂ケース部材５に嵌合されている。また、図１０を参照して、樹脂ケース部材５では、貫通孔６の外径と樹脂ケース部材５の上面の外縁との距離は、平面視における樹脂ケース部材５の短手方向の距離のほうが長手方向の距離より長い。図１１を参照して、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５の上面がガイドピン３の下部に位置するように樹脂ケース部材５に固定されている。

図１２を参照して、ガイドピン３の形状は、実施の形態１のガイドピン３の形状と同様である。図１３を参照して、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５の下部にガイドピン３の位置３３が配置されるように、樹脂ケース部材５に嵌合されて固定されている。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法おいては、図９を参照して、コネクター２において、ガイドピン３および信号ピン４は、樹脂ケース部材５の上面から下面に向かってガイドピン３および信号ピン４の軸方向の下部まで、貫通孔６および信号ピン孔７に挿入される。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

次に、本実施の形態の樹脂ケース部材５では、図１０に示すとおり、貫通孔６の外径と樹脂ケース部材５の表面の外縁との距離は、平面視における樹脂ケース部材５の短手方向の距離のほうが長手方向の距離より長い。そのため、熱処理（焼成）が行なわれて樹脂が収縮すると、短手方向の肉厚部のほうが長手方向の肉薄部に比べてより収縮される。これにより、平面視において貫通孔６は、樹脂ケース部材５の短手方向に長径を有し、長手方向に短径を有する楕円形状に変形される。

このようにして、楕円形状の短径方向（長手方向）において貫通孔６の内径がより小さくなるため、ガイドピン３の外径がより強固に締め付けられる。これにより、ガイドピン３が樹脂ケース部材５に強固に固定される。

以上により、本実施の形態の半導体装置１によれば、実施の形態１と同様の作用効果を有する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と比較して、ガイドピンの樹脂ケース部材に挿入される部分が凹凸形状を有している点で主に異なっている。

図１４を参照して、ガイドピン３の樹脂ケース部材５の上面から突出する一方端に形成されたテーパ３１から他方端部に向かって樹脂ケース部材５の下面まで同じ外径で円柱形状３２が形成されている。

また、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５に挿入される部分が凹凸形状を有している。より具体的には、凹凸形状は、螺旋形状１０を有している。なお、図１４に記載されたガイドピンは３、樹脂ケース部材５に挿入される部分の全長に渡って凹凸形状を有しているが、少なくとも樹脂ケース部材５に挿入される部分の一部が凹凸形状を有していればよい。

図１５を参照して、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５の下面まで円柱形状３２が配置されるように、樹脂ケース部材５に嵌合されて固定されている。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

以上により、本実施の形態の半導体装置１によれば、実施の形態１と同様の作用効果を有する。また、ガイドピン３の樹脂ケース部材５に挿入される部分の外径に螺旋形状１０が形成されているため、熱処理（焼成）が行なわれると樹脂ケース部材５の樹脂が螺旋形状１０に食い込むことにより、樹脂ケース部材５とガイドピン３との締結力をさらに向上することができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と比較して、ガイドピンの樹脂ケース部材に挿入される部分が凹凸形状を有している点および樹脂ケース部材の厚さ、幅で主に異なっている。

図１６を参照して、ガイドピン３の樹脂ケース部材５の上面から突出する一方端に形成されたテーパ３１から他方端部に向かって樹脂ケース部材５の下面まで同じ外径で円柱形状３２が形成されている。

また、ガイドピン３は、その下部に凹凸形状を有している。より具体的には、凹凸形状は、ガイドピン３の径方向に凹形状１１を有している。その凹形状１１は、樹脂ケース部材５の中央より下方に配置されている。なお、図１６に記載されたガイドピンは３、少なくとも樹脂ケース部材５に挿入される部分の一部が凹凸形状を有していればよい。

図１７を参照して、ガイドピン３は、樹脂ケース部材５の下面まで円柱形状３２が配置されるように、樹脂ケース部材５に嵌合されて固定されている。また、凹形状１１に樹脂ケース部材５の樹脂が充填されている。

なお、本実施の形態のこれ以外の構成および製造方法は上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

以上により、本実施の形態の半導体装置１によれば、実施の形態１と同様の作用効果を有する。また、ガイドピン３の樹脂ケース部材５に挿入される部分の外形に凹形状１１が形成されているため、熱処理（焼成）が行なわれると樹脂ケース部材５の樹脂が凹形状１１に食い込むことにより、樹脂ケース部材５とガイドピン３との締結力をさらに向上することができる。また、凹凸形状を凹形状１１とすることにより、凹凸形状に食い込む樹脂の量が増えるため、樹脂ケース部材５の厚みが薄い場合でも強い締結力を実現することができる。

なお、ガイドピン３、貫通孔６および樹脂ケース部材５の構成については、実施の形態１〜４の各構成が適時組み合わせられた構成であっても良い。

今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、樹脂ケースに挿入、固定されたガイドピンを有する半導体装置およびそのコネクターに特に有利に適用され得る。

１ 半導体装置、２ コネクター、３ ガイドピン、４ 信号ピン、５ 樹脂ケース部材、６ 貫通孔、７ 信号ピン孔、１０ 螺旋形状、１１ 凹形状、２１ 樹脂ケース、１０１ プリント回路板、１０２ コネクター、１０３ 位置決め孔。

Claims (5)

1. 位置決め用のガイドピンと、
   前記ガイドピンを挿入され、かつ固定するための平面視において短径と長径とを有する貫通孔が形成された樹脂ケース部材とを備え、
   前記樹脂ケース部材は、前記貫通孔から平面視における２つの方向のそれぞれに沿う前記貫通孔の外径と前記樹脂ケース部材の平面形状の外縁との間の距離が互いに異なるように形成されている、半導体装置のコネクター。
2. 前記ガイドピンは、少なくとも前記樹脂ケース部材に挿入される部分の一部が凹凸形状を有している、請求項１に記載の半導体装置のコネクター。
3. 前記凹凸形状は螺旋形状を有している、請求項２に記載の半導体装置のコネクター。
4. 前記凹凸形状は前記ガイドピンの径方向に凹形状を有している、請求項２に記載の半導体装置のコネクター。
5. 請求項１〜４のいずれかの半導体装置のコネクターを備えた、半導体装置。

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