JP5660076B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば大電力の制御などに用いられる半導体装置とその製造方法に関する。

特許文献１には、ジョイント部材によって複数基板を接続する技術が開示されている。ジョイント部材はベースフィルムによって一体化された複数のリードを有する。ジョイント部材は任意の方向に折り曲げ可能となっている。特許文献２には、屈曲させた配線パターンで複数のセラミック基板を接続する技術が開示されている。

国際公開ＷＯ００／６５８８８号公報 特開２０１０−２３２２５４号公報

複数基板を端子で接続すると端子が場所をとり、基板の実装面積が低減してしまうことがあった。そこで、特許文献１、２に開示されるように端子を用いずに複数基板を接続することが望ましい。

しかしながら、特許文献１に開示のジョイント部材は、平行に並べた複数のリードを上下から２枚のベースフィルムで挟み貼り合わせるため、製作に専用の工作機械が必要となる。よって高コストになる問題があった。この問題を回避するためにフラットケーブルで複数基板を接続することも考えられる。しかし、フラットケーブルは表面に凹凸があるので吸着装置などによる自動搬送ができない。よって製造工程のスループットが悪化する問題があった。

特許文献２に開示の技術は、配線パターンを残しつつセラミック基板を切断する際にセラミック基板にワンショットずつレーザーを照射して孔をあけるので、加工時間が長くなってしまう。よって製造工程のスループットが悪化する問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、基板の実装面積を大きくでき、かつ製造工程のスループットを高くできる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明に係る半導体装置は、第１プリント基板と、電線と該電線の両端を露出させつつ該電線を覆う被膜を有し該電線の一端が該第１プリント基板に接続されたフラットケーブルと、該電線の他端と接続された第２プリント基板と、を備える。そして、該フラットケーブルは、該第１プリント基板と該第２プリント基板を対向させるように屈曲しており、該被膜の上面又は下面の一部には平坦面が形成され、該被膜の上面と下面のうち該平坦面が形成されていない部分は曲面であることを特徴とする。

本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、電線の両端を露出させつつ該電線を覆い上面と下面は曲面である被膜を有するフラットケーブルの該上面又は該下面の一部に、平坦面を形成する工程と、平坦な吸着面を有する吸着器の該吸着面を該平坦面に当てて、該吸着器で該フラットケーブルを保持しつつ移動させ、該フラットケーブルの一端を第１プリント基板に接続し他端を第２プリント基板に接続する工程と、該フラットケーブルを折り曲げて該第１プリント基板と該第２プリント基板を対向させる工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、フラットケーブルを用いて複数基板を接続するので基板の実装面積を大きくでき、フラットケーブルの一部に平坦面を形成するので製造工程のスループットを高くできる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 平坦面を形成する前のフラットケーブルの斜視図である。 加熱プレス装置で平坦面を形成することを示す図である。 加熱プレス装置で平坦面を形成することを示す図である。 平坦面を形成した後のフラットケーブルの斜視図である。 吸着器でフラットケーブルを保持したことを示す斜視図である。 接続工程後のフラットケーブル等を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。半導体装置１０は、絶縁基板１２を備えている。絶縁基板１２の表面には、配線パターン１４、１６、１８が形成されている。絶縁基板１２の裏面には裏面パターン２０が形成されている。

絶縁基板１２の上には、配線パターン１６を介して図示しないはんだ等で半導体素子３０が固定されている。半導体素子３０は例えばＩＧＢＴで形成されている。半導体素子３０のゲートと配線パターン１４はワイヤ３２で接続されている。半導体素子３０のエミッタと配線パターン１８はワイヤ３４で接続されている。半導体素子３０のコレクタは、図示しないはんだ等で配線パターン１６に接続されている。なお、絶縁基板１２の下の裏面パターン２０は、はんだ４０によりベース板４２に固定されている。

絶縁基板１２の上方には、第１プリント基板５０が形成されている。第１プリント基板５０の上方には第２プリント基板５２が形成されている。第２プリント基板５２の上方には第３プリント基板５４が形成されている。第１プリント基板５０、第２プリント基板５２、第３プリント基板５４をまとめてプリント基板５０、５２、５４と称することがある。プリント基板５０、５２、５４にはそれぞれ回路部品５６が固定されている。

配線パターン１４と第１プリント基板５０は、フラットケーブル６０で接続されている。フラットケーブル６０は、電線６０ａと、電線６０ａの両端を露出させつつ電線６０ａを覆う被膜６０ｂを有している。電線６０ａの一端は、配線パターン１４とワイヤ３２を介して半導体素子３０と電気的に接続されている。電線６０ａの他端は、第１プリント基板５０に接続されている。電線６０ａの一端と配線パターン１４、及び電線６０ａの他端と第１プリント基板５０は、例えばはんだや超音波接合で接続される。

フラットケーブル６２はフラットケーブル６０と同様に電線６２ａと被膜６２ｂを有している。電線６２ａの一端は第１プリント基板５０に接続されている。電線６２ａの他端は第２プリント基板５２に接続されている。フラットケーブル６２は、第１プリント基板５０と第２プリント基板５２を対向させるように屈曲している。

フラットケーブル６４はフラットケーブル６０と同様に電線６４ａと被膜６４ｂを有している。電線６４ａの一端は第２プリント基板５２に接続されている。電線６４ａの他端は第３プリント基板５４に接続されている。フラットケーブル６４は、第２プリント基板５２と第３プリント基板５４を対向させるように屈曲している。

被膜６０ｂ、６２ｂ、６４ｂは、熱可塑性樹脂で形成されている。電線６０ａ、６２ａ、６４ａは、導電体で形成されている。フラットケーブル６０、６２、６４は、湾曲させることができるが、ある程度の剛性を有している。

上述の各要素はベース板４２、ベース板４２の上に形成されたケース７０、及びふた７２によって覆われている。ケース７０には一部が外部に伸びる電力端子７４が取り付けられている。電力端子７４はワイヤ７８で配線パターン１８と接続されている。第３プリント基板５４には制御端子６６が取り付けられている。半導体素子３０の制御信号は、制御端子６６から入力され、プリント基板５０、５２、５４を伝送し、半導体素子３０のゲートに入力される。

次に、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０の製造方法を説明する。まず、フラットケーブルの被膜の一部に平坦面を形成する。この工程を平坦面形成工程と称する。図２は、平坦面を形成する前のフラットケーブルの斜視図である。被膜６２ｂ′は電線６２ａを同心円状に覆うため、被膜６２ｂ′の表面は曲面が連続する形状となっている。

図３、４は、加熱プレス装置で平坦面を形成することを示す図である。図３に示すとおり加熱プレス装置１００を被膜６２ｂ′に近づける。そして、図４に示すように、加熱プレス装置１００の平坦面を被膜６２ｂ′に押し当てて、被膜６２ｂ′に平坦面を形成する。被膜６２ｂ′は熱可塑性樹脂で形成されているので、加熱プレスで容易に平坦面を形成できる。

図５は、平坦面を形成した後のフラットケーブルの斜視図である。平坦面６２ｃは電線６２ａと略直交する方向に伸びる細長い形状を有している。同様に、フラットケーブル６０、６４にも平坦面を形成する。

次いで、フラットケーブル６２を吸着器で保持しつつ移動させ、フラットケーブル６２の一端を第１プリント基板５０に接続し他端を第２プリント基板５２に接続する。この工程を接続工程と称する。図６は、吸着器でフラットケーブルを保持したことを示す斜視図である。吸着器１０２の平坦な吸着面１０２ａを、フラットケーブル６２の平坦面６２ｃに当ててフラットケーブル６２を吸着器１０２に吸着させる。これにより、吸着器１０２を用いてフラットケーブル６２を自動搬送できる。

図７は、接続工程後のフラットケーブル等を示す平面図である。事前にプリント基板５０、５２、５４を一平面に並べておき、吸着器１０２による自動搬送でフラットケーブル６２（電線６２ａ）の一端を第１プリント基板５０に接続し他端を第２プリント基板５２に接続する。同様に、フラットケーブル６４も吸着器１０２で自動搬送し、フラットケーブル６４（電線６４ａ）の一端を第２プリント基板５２に接続し他端を第３プリント基板５４に接続する。これらの接続は、例えばはんだ付けや超音波接合で実施する。

次いで、フラットケーブル６２を折り曲げて第１プリント基板５０と第２プリント基板５２を対向させる。また、フラットケーブル６４を折り曲げて第２プリント基板５２と第３プリント基板５４を対向させる。この工程を折り曲げ工程と称する。折り曲げ工程を終えると、プリント基板５０、５２、５４が相互に離間しつつ重ねられる。次いで、フラットケーブル６２、６４により一体化したプリント基板５０、５２、５４をケース内に導入し、図１に示す接続を行うことで半導体装置１０が完成する。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０によれば、フラットケーブル６２、６４に平坦面が形成されているので、フラットケーブル６２、６４を吸着器１０２でピックアップし自動搬送できる。よって、製造工程におけるスループットアップを高めることができる。

平坦面６２ｃは電線６２ａと略直交する方向に伸びる細長い形状で形成したため、折り曲げ工程においてこの平坦面６２ｃを起点に折り曲げることが可能である。また、平坦面６２ｃが形成された部分は他の部分よりは強度が弱いので折り曲げが容易になる。フラットケーブル６０、６４についても同様である。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０によれば、フラットケーブル６２、６４でプリント基板５０、５２、５４間の電気的接続をとるので、プリント基板５０、５２、５４間を接続するための「端子」は不要である。よって、そのような端子がプリント基板５０、５２、５４上を占有することがないので、回路部品５６のための実装面積を大きくできる。しかも、第１プリント基板５０と半導体素子３０の接続にフラットケーブル６０を用いたので、この部分でも端子の使用を回避できている。

フラットケーブル６０は、第１プリント基板５０に端子が接続されて第１プリント基板５０の実装面積を低減させることを回避するために形成されている。従って、フラットケーブル６０は、導線であれば特に限定されない。例えば、フラットケーブル６０としてボンディングワイヤを採用してもよい。

本発明は、複数の基板を重ねて配置する場合において、容易な方法で製造工程のスループットを高めつつ、基板の実装面積を大きくできるものである。従って、半導体素子の種類や半導体装置が備える基板の枚数及び機能は特に限定されない。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る半導体装置とその製造方法は、実施の形態１との一致点が多い。そのため実施の形態１との相違点を中心に説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。この半導体装置は、中継端子１５０を有している。中継端子１５０の下部はケース７０に固定されている。

中継端子１５０はワイヤ１５２を介して半導体素子３０と接続されている。中継端子１５０の上方にはフラットケーブル１５４が接続されている。フラットケーブル１５４の一端は第１プリント基板５０に接続され、他端は中継端子１５０に接続されている。なお、フラットケーブル１５４はフラットケーブル６２と同じものである。

実施の形態１のようにフラットケーブル６０を用いて第１プリント基板５０と配線パターン１４を接続するのはやや複雑な作業を要し、製造工程のスループットを低下させるおそれがある。しかしながら、本発明の実施の形態２に係る半導体装置によれば、中継端子１５０がケース７０内部で上方に長く伸びているので、フラットケーブル１５４の他端を容易に中継端子１５０に接続できる。従って実施の形態１の製造方法と比較して製造工程のスループットを高めることができる。なお、本発明の実施の形態２に係る半導体装置は、少なくとも実施の形態１と同程度の変形が可能である。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る半導体装置とその製造方法は、実施の形態１との一致点が多い。そのため実施の形態１との相違点を中心に説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。この半導体装置は、フラットケーブル２００を有している。フラットケーブル２００の一端は第１プリント基板５０に接続され、他端は半導体素子３０に接続されている。なお、フラットケーブル２００はフラットケーブル６２と同じものである。

このように、フラットケーブル２００で第１プリント基板５０と半導体素子３０を接続すると、図１で示した配線パターン１４、ワイヤ３２、及び図８で示した中継端子１５０が不要となる。よって、半導体装置を低コスト化できる。なお、本発明の実施の形態３に係る半導体装置は、少なくとも実施の形態１と同程度の変形が可能である。

１０ 半導体装置、 １２ 絶縁基板、 １４，１６，１８ 配線パターン、 ３０ 半導体素子、 ３２，３４ ワイヤ、 ５０ 第１プリント基板、 ５２ 第２プリント基板、 ５４ 第３プリント基板、 ５６ 回路部品、 ６０ フラットケーブル、 ６０ａ 電線、 ６０ｂ 被膜、 ６２ フラットケーブル、 ６２ａ 電線、 ６２ｂ 被膜、 ６２ｃ 平坦面、 ６４ フラットケーブル、 ６６ 制御端子、 ７０ ケース、 ７４ 電力端子、 １００ 加熱プレス装置、 １０２ 吸着器

Claims (9)

1. 第１プリント基板と、
   電線と、前記電線の両端を露出させつつ前記電線を覆う被膜を有し、前記電線の一端が前記第１プリント基板に接続されたフラットケーブルと、
   前記電線の他端と接続された第２プリント基板と、を備え、
   前記フラットケーブルは、前記第１プリント基板と前記第２プリント基板を対向させるように屈曲しており、
   前記被膜の上面又は下面の一部には平坦面が形成され、前記被膜の上面と下面のうち前記平坦面が形成されていない部分は曲面であることを特徴とする半導体装置。
2. 前記被膜は熱可塑性樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記平坦面は前記電線と略直交する方向に伸びる細長い形状であり、
   前記フラットケーブルは、前記平坦面が形成された部分に沿って屈曲することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の上に形成された半導体素子と、
   一端が前記半導体素子と電気的に接続され、他端が前記第１プリント基板に電気的に接続された導線を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記半導体素子と接続されたワイヤと、
   前記ワイヤと接続された中継端子と、を備え、
   前記導線の一端は前記中継端子と接続されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記導線の一端は前記半導体素子と接続されたことを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
7. 前記導線は、フラットケーブル又はボンディングワイヤであることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 電線の両端を露出させつつ前記電線を覆い上面と下面は曲面である被膜を有するフラットケーブルの前記上面又は前記下面の一部に、平坦面を形成する工程と、
   平坦な吸着面を有する吸着器の前記吸着面を前記平坦面に当てて、前記吸着器で前記フラットケーブルを保持しつつ移動させ、前記フラットケーブルの一端を第１プリント基板に接続し他端を第２プリント基板に接続する工程と、
   前記フラットケーブルを折り曲げて前記第１プリント基板と前記第２プリント基板を対向させる工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記平坦面は前記電線と略直交する方向に伸びる細長い形状であり、
   前記フラットケーブルを折り曲げる際は、前記平坦面が形成された部分に沿って前記フラットケーブルを折り曲げることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。

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