JP5748547B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、基板へ取り付けるための半導体装置用実装構造を有する半導体装置に関する。

従来、半導体装置の端子を、はんだ付けを行わずにプリント基板に接続する方法として、プリント基板におけるスルーホールに端子を挿入して接続を行う、いわゆるソルダレス接続が存在する。例えば特許文献１には、ソルダレス接続用の端子の一例が開示されている。

ソルダレス接続では、一般的なはんだ接続において必要となる、はんだの加熱溶融工程などの後工程が不要である。よって、ソルダレス接続は、半導体装置における信号端子などのコネクタ接続において行われてきた。

特開２００１−３１９７１６号公報

また、電力用半導体装置では、大電流を通電する電流端子や、小電流の信号端子に対するソルダレス端子化が求められている。このような要求の下、電力用半導体装置の端子にソルダレス端子を後付けする方法があるが、電力用半導体装置の製造プロセスが煩雑となりコスト高になってしまう。

また、ソルダレス端子を基板のスルーホールに挿入する間、あるいは接続後の使用中において、ソルダレス端子を後付けした接続箇所に応力が集中し、電力用半導体装置の端子が座屈したり接続箇所が破断したりする課題があった。さらに、端子が半導体装置の側面から出ている場合には、端子をスルーホールに挿入する際に、端子が座屈するという課題もあった。

またさらに、電流端子には、純銅等の高導電率を有する材料を用いるのが好ましいが、このような高導電率材料は、バネ性が低いという物性がある。よって、高導電率材料からなる端子は、スルーホールに対する圧接力が弱く、その結果、接触抵抗が高くなってしまう。その結果、大電流を通電する電流端子のソルダレス端子化は、発熱による温度上昇が課題になる。
このように従来のソルダレス端子には、接続信頼性の点で課題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて接続信頼性が向上可能である半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、端子における端部が基板のスルーホールに挿入されることで基板と機械的及び電気的に接続される半導体装置であって、この半導体装置は、上記端子の端部に形成された分岐部と、この分岐部に係合する圧接部材とを備え、上記分岐部は、上記端部にて一つの端子を複数に分岐して形成された枝部材を有し、スルーホールの一端側からスルーホールへ挿入され、上記圧接部材は、棒状の部材であり、スルーホール内に配置された分岐部の各枝部材の間へスルーホールの他端側から挿入され、この挿入により各枝部材を押し広げてスルーホール内面へ各枝部材を圧接させる、ことを特徴とする。

本発明の一態様における半導体装置によれば、半導体装置の端子の端部に分岐部を形成し、この分岐部を基板のスルーホールに挿入した状態において、分岐部の枝部材間に、圧接力を有する圧接部材を挿入するように構成した。よって、各枝部材は、圧接部材の挿入によって押し広げられ、スルーホールの内面に圧接される。したがって、半導体装置の端子をスルーホールへ挿入する際には、物理的な抵抗は無いか、あるいは比較的小さく、端子が座屈することはない。また、従来のような、半導体装置の端子にソルダレス端子を後付けするという構成ではないことから、取付部に応力が集中するという問題も発生しない。さらに、上記圧接は、圧接部材にて行われることから、半導体装置の端子にバネ性は要求されない。したがって端子には、高導電率の例えば純銅等を用いることが可能である。その結果、端子とスルーホールとの接触抵抗は低く、大電流を通電する場合でも温度上昇は、従来に比して低く抑えることができる。このように、本発明の一態様における半導体装置によれば、従来に比べて接続信頼性の向上を図ることができる。また、このような接続信頼性の向上に伴い、長寿命化及び歩留まりの向上を図ることも可能となる。

本発明の実施の形態１における半導体装置の一例を示す斜視図である。 図１に示すＡ―Ａ部における半導体装置の断面図である。 図１に示す半導体装置の端子の拡大斜視図である。 図１に示す端子の端部の拡大図である。 図１に示す端子が挿入される基板のスルーホール部分を示す断面図である。 図５ａに示す基板のスルーホール部分の平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置を説明するための図であり、スルーホールに挿入された図１に示す端子の端部に圧接部材を挿入した状態を示す図である。 図６に示すＣ−Ｃ部における圧接部材の断面図である。 図１に示す端子の一変形例を示す図である。 スルーホールに挿入された図８ａに示す端子の端部に圧接部材を挿入した状態を示す図である。 図１に示す端子の別の変形例を示す図である。 スルーホールに挿入された図９ａに示す端子の端部に圧接部材を挿入した状態を示す図である。 図１に示す端子の他の変形例に対してスルーホール内にて圧接部材を挿入した状態を示す図である。 図１に示す端子のさらに別の変形例を示す図である。 図１１ａに示す端子に対応する圧接部材を示す図である。 スルーホールに挿入された図１１ａに示す端子の端部に図１１ｂに示す圧接部材を挿入した状態を示す図である。 図１１ａに示す端子の変形例に対してスルーホール内にて圧接部材を挿入した状態を示す図である。 図１１ｂに示す圧接部材の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体装置の端子を示す斜視図である。 図１４に示す端子の断面図である。 本発明の実施の形態３における半導体装置に備わる圧接部材の先端部を示す図である。 図１６ａに示す圧接部材の一変形例を示す図である。 図１６ａ，図１６ｂに示す圧接部材の変形量と押圧力との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態４における半導体装置に備わる圧接部材を有する構造体を説明するための斜視図である。 図１８に示す圧接部材を有する構造体の変形例の平面図である。 図１９ａに示すＢ−Ｂ部における構造体の断面図である。 図１９ａに示す構造体の変形例を示す斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、ともに、図１に示す半導体装置における端子の端部の変形例を説明するための斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、ともに、図１４に示す半導体装置における端子の端部の変形例を説明するための斜視図である。

本発明の実施形態である半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。

実施の形態１．
図１には、半導体装置用実装構造の一部を有する本実施形態の半導体装置の一例が示されている。以下に説明するように半導体装置用実装構造は、特に大電流を通電する電流端子に有効であることから、図１に示される半導体装置は、電力用半導体装置１０１を示すが、電力用に限定するものではない。この電力用半導体装置１０１において、実装構造の一部は、電力用半導体装置１０１から突出している端子１１０の端部１１０ａに備わる。端部１１０ａにおける実装構造については追って詳しく説明する。

まず、電力用半導体装置１０１について簡単に説明する。電力用半導体装置１０１では、図２に示すように、予め所定の回路が形成されたリードフレーム１１のダイパッド部の上に、ＩＧＢＴ（Insulate Gate Bipolar Transistor）１３、及びＦＷＤｉ（Free Wheeling Diode）１４の２つのパワーチップ１５がはんだで接合されている。これらのパワーチップ１５における表面電極と、リードフレーム１１におけるボンディングパッド部との間、及び、パワーチップ１５における各表面電極間は、φ２００〜４００μｍ程度の太線ワイヤ１６によって接続されている。

また、パワーチップ１５を制御するためのＩＣチップ１２は、リードフレーム１１のボンディングパッドに導電性樹脂によって固定されている。リードフレーム１１とＩＣチップ１２における表面電極との間、及び、ＩＣチップ１２における表面電極とＩＧＢＴ１３における表面電極との間は、金あるいは銅を主成分とするφ２０〜５０μｍの細線ワイヤ１７を使用し、ワイヤボンドにより接続されている。尚、ワイヤボンドには、ボールボンディングとウエッジボンディングとがあり、一般的に、ボールを使用しないウエッジボンディングの方が被接続部に与えるダメージが大きいとされる。よって、本実施の形態による電力用半導体装置１０１では、ＩＧＢＴ１３に比べてＩＣチップ１２の方がダメージに対して敏感であるため、ＩＣチップ１２の表面電極に対してはボールボンディングを行い、ＩＧＢＴ１３の表面電極に対してはウエッジボンディングを行っている。

また、リードフレーム１１のダイパッド部の下には絶縁シート３１が設けられ、絶縁シート３１の露出面を除き、リードフレーム１１、ＩＣチップ１２、パワーチップ１５、太線ワイヤ１６、及び細線ワイヤ１７の全体は、モールド樹脂１０により封止される。尚、絶縁シート３１は、その熱伝導率がモールド樹脂１０の熱伝導率よりも大きいものを使用して、放熱性の向上を図っている。

また、リードフレーム１１は、モールド樹脂１０から突出して、当該電力用半導体装置１０１の各端子１１０として延在する。各端子１１０は、図２に示すように、モールド樹脂１０から突出後、絶縁シート３１の露出面側とは反対側へ向かって直角に屈曲する。端子１１０は、電流用端子と信号用端子とに分類され、電流用端子には、数Ａ〜数十Ａの電流が通電され、信号端子には１Ａ以下の電流が通電される。

次に、電力用半導体装置１０１の側面から突出した端子１１０について詳しく説明する。上述のように、端子１１０の端部１１０ａには、本実施形態の半導体装置に備わる実装構造の一部が設けられている。
一般的に電力用半導体装置の端子では、大電流を流すことができるように導電性が高い純銅が用いられる。一方、純銅は、高導電性であるがバネ性が低く、例えばプレスフィットのようなソルダレス端子の材料としては適さないというデメリットがある。また、バネ性の低い材料は、降伏応力も低く、曲がりやすい。そのため、ソルダレス端子に用いた場合、スルーホールへの挿入中に、端子の胴体部が座屈しやすい。

このように、特に電流用の端子において高導電性及びバネ性の両立は困難である。そこで、本実施形態の半導体装置に備わる実装構造では、高導電性とバネ性との各機能を分離した構成を採る。即ち、本実施形態の半導体装置における実装構造は、端部１１０ａに分岐部１１１を有する端子１１０と、分岐部１１１をスルーホールに圧接させる、例えば図６に示す詳細後述の圧接部材３０１とを備える。以下に、分岐部１１１を有する端子１１０、及び、圧接部材３０１について、順次、詳しく説明する。

まず端子１１０について説明する。図３には、端子１１０の端子本体部１１０ｂと、端子１１０の端部１１０ａに位置し本実施形態の半導体装置における実装構造の一部を構成する分岐部１１１とが示されている。分岐部１１１は、端子本体部１１０ｂが複数に分岐されてなる枝部材１１２を有する部分であり、基板のスルーホールに挿入されて電気的接続を行う部分である。尚、図１では、電力用半導体装置１０１の全ての端子１１０の端部１１０ａを分岐部１１１とした形態を示しているが、これに限定するものではない。つまり、電力用半導体装置１０１の端子１１０の内、上述のように大電流を流す少なくとも上記電流用端子の端部１１０ａが分岐部１１１を有すれば良い。

端子１１０は、本実施形態では高導電性の純銅を使用し、一例として、板厚０．６４ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ１５ｍｍの大きさにてなる。上述のように、端子１１０の分岐部１１１は、後述のプリント基板のスルーホールに挿入され、プリント基板上の配線と導通する。

分岐部１１１は、本実施形態では図３に示すように、端子１１０の端部１１０ａにおいて、端子１１０が二股に分かれた２つの枝部材１１２を有する。本実施形態での各枝部材１１２は、円弧状に湾曲した形状であり、各枝部材１１２は、同一平面内で端子１１０の外側に円弧を描くように形成されている。図４には分岐部１１１の詳細を示す。分岐部１１１は、スルーホールに挿入されるため、各枝部材１１２の外縁によって形成される外側間の距離Ｘは、スルーホールの内径以下で、ここではスルーホールの内径よりも小さく設定している。また、各枝部材１１２の内縁によって形成される内側間の距離Ｙは、一例として１．０ｍｍ、各枝部材１１２の肉厚部の厚さＺは、一例として０．４ｍｍである。ここで、距離Ｙを有する部分１１２ｃは、各枝部材１１２間の隙間であり、圧接部材３０１の挿入口に相当する。分岐部１１１に対する圧接部材３０１の作用から、距離Ｙは、圧接部材３０１の直径未満つまり直径よりも小さい。

上述のように図３では、分岐部１１１が二股形状にて構成される形態を示している。しかしながら、分岐部１１１は、図３の形態に限定されるものではなく、例えば図２１に示すように、三ツ股若しくはそれ以上に分岐した枝部材１１２を有し、かつそれらの各枝部材１１２がスルーホールの内周に等間隔で位置するように配置されてもよい。

ここで、分岐部１１１が挿入される、相手側のメス側電極に相当する、プリント基板のスルーホールについて図５ａ及び図５ｂを参照して説明する。
図５ａに示すように、一例として、厚さ１．６ｍｍのプリント基板２００の表裏両面には、４５μｍ厚のパターン２０２が形成されており、パターン２０２には直径２．００ｍｍで中空円柱形状のスルーホール２０１が設けられている。スルーホール２０１の内周面にはめっき処理により銅からなる電気的な接点部２０３が形成されている。めっき処理後のスルーホール２０１の仕上がり径は、１．９３ｍｍとなる。尚、めっき厚は、３５μｍである。また、プリント基板２００の両面のパターン２０２及びスルーホール２０１の内壁、つまり、スルーホール２０１の内周の接点部２０３の表面には、銅の酸化を防ぐために水溶性フラックスが塗布されている。

尚、上述のようにスルーホール２０１が電気的接続を達成するためには、スルーホール２０１には接点部２０３が形成される必要がある。よって、当該明細書において、文脈上で分岐部１１１との接続に関する「スルーホール」の記載は、接点部２０３を含むものを意味する。

このように構成されるスルーホール２０１に対して、図６に示すように、端子１１０の分岐部１１１がスルーホール２０１の一端側２０１ａからスルーホール２０１へ挿入される。上述のように、分岐部１１１の各枝部材１１２の外側間の距離Ｘは、スルーホール２０１の内径よりも小さく設定しているので、挿入の際、分岐部１１１は、大きな抵抗無くスルーホール２０１内へ進入することができる。よって、純銅にてなる端子１１０であるが、挿入に際し、端子１１０が座屈することはない。

さらに図６に示すように、スルーホール２０１に挿入された分岐部１１１の各枝部材１１２の隙間に対して、スルーホール２０１の他端側２０１ｂから圧接部材３０１が挿入される。このような圧接部材３０１の挿入により、各枝部材１１２は、押し広げられ、スルーホール２０１の内周の接点部２０３に接触し圧接される。以下に、圧接部材３０１についてさらに詳しく説明する。

圧接部材３０１は、弾力性を有する部材であり、本実施形態での一例では図７に示すように円筒状の部材である。その直径は、スルーホール２０１の内径１．９３ｍｍよりも小さく、スルーホール２０１の接点部２０３における直径から、各枝部材１１２における肉厚部の厚さＺ（図４）を除いた寸法よりも大きくなっている。圧接部材３０１は、例えば、直径１．２ｍｍの円筒状の導体である。圧接部材３０１の材料は、応力緩和し難いリン青銅などが好ましい。

以上説明したように、本実施形態の半導体装置に備わる実装構造が、分岐部１１１を有する端子１１０と、分岐部１１１をスルーホールに圧接させる圧接部材３０１とを備えて構成することで、以下の効果を得ることができる。
即ち、既に説明したように純銅等の高導電性材料は低い降伏応力を有するが、圧接部材３０１がスルーホール２０１に対して圧接力を生じさせる構成であることから、端子１１０には、純銅等の高導電性材料を用いることができ、大電流を通電することが可能となる。また、圧接部材３０１が、スルーホール２０１の接点部２０３に対する各枝部材１１２の圧接力を生じさせるため、端子１１０とスルーホール２０１の接点部２０３との接触抵抗を低く抑えることができ、導電率の高い純銅を用いた上で、通電時の接触部分での発熱を抑制することができる。
さらに、端子１１０をスルーホール２０１へ挿入する際の摩擦がない、あるいは非常に低いことから、端子１１０の挿入力は非常に小さくてすみ、端子１１０が座屈することは無くなり、かつスルーホール２０１におけるめっき部分である接点部２０３の剥がれを抑制することができる。

また、基板２００へ電力用半導体装置１０１を実装するためには、分岐部１１１への圧接部材３０１の挿入動作が必要ではあるが、端子へソルダレス端子を後付けする従来の方法に比べると、格段に簡便な動作であり製造プロセスの煩雑さは低い。

次に、端子１１０の変形例について説明する。
図８ａに示す端子１１０−１のように、分岐部１１１の根元部分、即ち端子本体部１１０ｂにおいて分岐部１１１に近接する部分、に挿入停止突起１２０を設けることもできる。この挿入停止突起１２０は、分岐部１１１がスルーホール２０１内に位置した状態にてスルーホール２０１の一端側２０１ａに位置し、端子１１０の軸方向に直交する方向１１９ａに端子本体部１１０ｂから突出した突起である。このような挿入停止突起１２０は、図８ｂに示すように、スルーホール２０１の一端側２０１ａから分岐部１１１がスルーホール２０１へ挿入されるときに、基板表面２０５に当接し、スルーホール２０１への分岐部１１１のさらなる挿入を停止する。尚、このような機能を達成する限り、挿入停止突起１２０の形状は、図示するものに限定されない。また、図８ａ、図８ｂでは挿入停止突起１２０を正面図として図示するが、挿入停止突起１２０を平面図で見た場合、挿入停止突起１２０は、円板形状であってもよいし、端子本体部１１０ｂを中心として直交方向１１９ａにそれぞれ突出した、少なくとも一対の方形状の形状であってもよい。また、上述の機能を果たすために、直交方向１１９ａにおいて、挿入停止突起１２０を含む分岐部１１１の幅寸法は、スルーホール２０１の内径を超える長さである。

また、図９ａに示す端子１１０−２のように、分岐部１１１の各枝部材１１２の先端部に抜落禁止突起１２１を設けることもできる。この抜落禁止突起１２１は、分岐部１１１がスルーホール２０１内に位置した状態にてスルーホール２０１の他端側２０１ｂに位置し、各枝部材１１２の先端部から直交方向１１９ａに突出した突起である。このような抜落禁止突起１２１は、図９ｂに示すように、スルーホール２０１の他端側２０１ｂから圧接部材３０１が各枝部材１１２の隙間に挿入されるときに、基板裏面２０６に当接し、分岐部１１１が圧接部材３０１の軸方向つまり挿入方向１１９ｂに沿って移動しスルーホール２０１から抜け落ちるのを禁止する。尚、このような機能を達成する限り、抜落禁止突起１２１の形状は図示するものに限定されない。また、このような機能を果たすために、直交方向１１９ａにおいて、抜落禁止突起１２１を含む分岐部１１１の幅寸法は、スルーホール２０１の内径を超える長さである。

また、このように抜落禁止突起１２１を設けることで、端子１１０の分岐部１１１をスルーホール２０１に挿入した後に、圧接部材３０１を各枝部材１１２の間に挿入しても、端子１１０がスルーホール２０１内で位置ズレを起こさない。よって、プリント基板２００へのダメージを抑えることができる。また、上記位置ズレが生じないことから、端子１１０の表面におけるすずめっきが剥がれることも抑制できる。さらに、上記位置ズレが生じないことから、プリント基板２００に実装された電力用半導体装置１０１の姿勢が変化しない。即ち、端子１１０の分岐部１１１とは反対側に位置して露出する、電力用半導体装置１０１の絶縁シート３１の露出面とプリント基板２００との平行が維持可能となることから、絶縁シート３１の露出面へのヒートシンクの接続が容易になるという利点もある。

また、図１０に示す端子１１０−３のように、上述した挿入停止突起１２０及び抜落禁止突起１２１の両方を設けた構成を採ることもできる。

さらに、端子１１０及び圧接部材３０１の組み合わせにおいて、両者を以下のように構成することもできる。
上述した各種の端子１１０では、分岐部１１１の各枝部材１１２の隙間に挿入される圧接部材３０１に接触する各枝部材１１２の内面１１２ａ（図４）は、凹凸の無い円弧面としている。これに対し、図１１ａに示す端子１１０−４のように、各枝部材１１２の内面１１２ａに、圧接材固定部としての凸状部１２５を設けてもよい。尚、凸状部１２５に代えて凹状部１２５を形成してもよい。また、凸状部及び凹状部の両方を形成してもよく、要するに凸状部及び凹状部の少なくとも一方を設けることができる。

このような端子１１０−４に対して用いる圧接部材は、図１１ｂに示す圧接部材３０１−１のように、凸状部１２５に係合する凹状部３１１を外周面に有する。尚、端子１１０−４が凹状部１２５を有する場合には、凹状部３１１に代えて凸状部３１１を形成する。各枝部材１１２の内面１１２ａに対応して、圧接部材３０１−１においても、凸状部及び凹状部の少なくとも一方を設けることができる。
また、圧接部材３０１−１は、圧接部材３０１と同じ材料にてなる棒材を加工して作製可能である。

よって、端子１１０−４の各枝部材１１２の隙間に、圧接部材３０１−１を挿入することで、図１１ｃに示すように、端子１１０−４の凸状部１２５と、圧接部材３０１−１の凹状部３１１とが係合し、端子１１０−４と圧接部材３０１−１とを強固に連結することができる。その結果、例えば衝撃負荷及び振動負荷の少なくとも一方が作用する環境下で使用される半導体装置において、圧接部材３０１−１が端子１１０−４から外れ落ちることを防止することができる。

さらにまた、端子１１０−４に対して、上述した挿入停止突起１２０及び抜落禁止突起１２１の少なくとも一方を設けても良い。図１２には、挿入停止突起１２０及び抜落禁止突起１２１の両方を設けた端子１１０−５に対して圧接部材３０１−１が挿入された状態が示されている。このように構成することで、挿入停止突起１２０、抜落禁止突起１２１、及び圧接部材３０１−１について上述した効果を得ることができ、半導体装置を実装する際における半導体装置の位置決めなどが格段に容易になる。

また、圧接部材３０１−１について、例えば、図１３に示すような板材を曲げ加工して形成した圧接部材３０１−２や、その他、圧接力を作用させることのできる形状が採用可能である。このような形状の圧接部材にあっても、圧接部材３０１及び圧接部材３０１−１と同様の効果を発揮することができる。

以上説明した電力用半導体装置１０１におけるさらなる効果として、例えば、ＳｉＣモジュールなどの高温動作する電力用半導体装置では、従来はんだ付けが一般的であった電極接続について、本実施形態の半導体装置が有する実装構造によるソルダレス接続端子とすることで、はんだの融点よりも高い温度で半導体装置を動作させることが可能となる。

さらに本実施形態の半導体装置における実装構造では、はんだ付けの場合に比べて電極の接続面積が小さいため、端子とスルーホール内壁との間の熱抵抗が大きくなり、半導体装置から基板への熱伝導を抑えることができる。即ち、半導体装置の熱が基板側に伝わりにくく、半導体装置の温度が高温になっても、基板の温度は上昇しにくく、基板の信頼性が高くなるというメリットもある。

実施の形態２．
本実施の形態２では、上述した端子１１０における枝部材１１２の形態を変化させた端子について説明を行う。即ち、実施の形態１では、端子１１０の分岐部１１１における各枝部材１１２は、例えば図３に示すように、湾曲するものの、端子本体部１１０ｂが延在する平面と同一面内に位置している。これに対し本実施の形態２では、端子本体部１１０ｂが延在する平面を越えて各枝部材１１２が位置する構成を開示する。

即ち、図１４に示す端子１１０−６のように、端子１１０−６の分岐部１１１における各枝部材１１２−１は、スルーホール２０１の接点部２０３における内周面に沿った円弧形状を有し、その断面形状は、図１５に示すようにＣ形状である。また、各枝部材１１２−１の先端１１２ｂは、テーパーが形成されており、スルーホール２０１に挿入し易い形状となっている。尚、その他構成について、及び機能は、実施の形態１における端子１１０と同様であり、ここでの説明を省略する。

このような端子１１０−６によれば以下の効果を得ることができる。
即ち、各枝部材１１２−１は、実施形態１における枝部材１１２と比べてスルーホール２０１の接点部２０３との接触面積が大きく、接触抵抗が低減する。その結果、大電流を流した際の接触部分での発熱が抑制でき、より高い接続信頼性を得ることができる。また、圧接部材３０１の挿入により発生する圧接力は、より接触面積の大きい枝部材１１２−１にて受け持つことから、圧接部材３０１によるスルーホール２０１へのダメージを抑制することも可能となる。

尚、枝部材１１２−１の形態は、図１４に示すものに限定されない。スルーホール２０１の接点部２０３における内周面に沿った円弧形状を、例えば図２２の（ａ），（ｂ）に示すような形態とすることも可能である。（ａ）は、図１４に示す各枝部材１１２−１を端子１１０−６の延在方向において複数（ここでは２つ）に分離した形態を示し、（ｂ）は、同様に延在方向において複数（ここでは２つ）に分離し、かつ、（ａ）では端子１１０−６の端子本体部１１０ｂから最遠位置に枝部材１１２−１の分断箇所１１０ｃを設けたのに対して、端子１１０−６の端子本体部１１０ｂの近傍に分断箇所１１０ｃを配置した形態を示す。

さらにまた、端子１１０−６に対して、上述した挿入停止突起１２０及び抜落禁止突起１２１の少なくとも一方を設けても良い。また、各枝部材１１２−１の内面１１２ａに、上述した、凸状部及び凹状部１２５の少なくとも一方を設け、凸状部及び凹状部３１１の少なくとも一方を有する圧接部材３０１−１を用いてもよい。

実施の形態３．
本実施の形態３では、上述した圧接部材３０１の変形例である圧接部材について説明する。尚、本実施の形態３にて説明する圧接部材が挿入される端子は、上述した端子１１０、１１０−１〜１１０−６のいずれであっても良い。
即ち、図１６ａに示す圧接部材３０１−３は、圧接部材３０１のような円筒部材ではなく棒材にてなり、圧接部材３０１−３の軸方向１１９ｂにおける先端部分３０１ａにはニードルアイ形状を有する。ニードルアイ形状は、圧接部材３０１−３の軸方向１１９ｂに対して直交する方向１１９ａに沿って当該圧接部材３０１−３を貫通する貫通孔３２１と、直交方向１１９ａに凸となる湾曲部３２２とを有する。

このような構成を有する圧接部材３０１−３によれば、以下の効果を得ることができる。図１７では、横軸は圧接部材３０１−３の変形量を、縦軸は圧接部材３０１−３における端子１１０等への押圧力を示している。圧接部材３０１−３は、その特性として、図内、「Ａ」に示す領域のように、圧接部材３０１−３のニードルアイ形状部の変形が進んでも、端子１１０等への押圧力がほぼ一定になる領域を有する。したがって、「Ａ」の領域において圧接部材３０１−３の設計を行うことで、スルーホール２０１の直径がばらつく場合や、端子１１０等の分岐部１１１の大きさがばらつく場合においても、圧接部材３０１−３の押圧力がほぼ一定であるため、端子１１０等とスルーホール２０１との接触抵抗のばらつきを抑えることができる。さらに、スルーホール２０１へのダメージも抑制することができる。

圧接部材３０１−３の変形例として、図１６ｂに示す圧接部材３０１−４のように、ニードルアイ形状部の根元部分に挿入停止突起３２５を設けることができる。この挿入停止突起３２５は、直交方向１１９ａに圧接部材３０１−４から突出した突起であり、端子１１０等へ挿入されるときに、端子１１０等、あるいはプリント基板２００の裏面２０６に当接してさらなる挿入を停止する。よって、端子１１０等への圧接部材３０１−４の挿入量を適正に保つことができる。尚、このような機能を達成する限り、挿入停止突起１２０の形状は、図示するものに限定されない。また、図１６ｂでは挿入停止突起３２５を正面図として図示するが、挿入停止突起３２５を平面図で見た場合、挿入停止突起３２５は、円板状であってもよいし、少なくとも一対の方形状であってもよい。

実施の形態４．
本実施の形態４も圧接部材に関するものである。尚、本実施の形態４にて説明する圧接部材が挿入される端子は、上述した端子１１０、１１０−１〜１１０−６のいずれであっても良い。
上述の各実施形態では、各端子に対してその都度、圧接部材を挿入する形態を前提としているが、本実施形態では、整列している端子１１０等に対して一括して一度で圧接部材の挿入を可能にする形態を提供する。以下に具体的に説明する。

電力用半導体装置１０１のように整列して配列されている端子１１０等に対応して、図１８に示すように、各圧接部材は配列され、かつ絶縁樹脂部材２４に立設されている。ここで配列される圧接部材は、上述した圧接部材３０１、３０１−１〜３０１−４のいずれであっても良い。

このように構成することで以下の効果を得ることができる。即ち、電力用半導体装置１０１には、複数の端子１１０等が形成されているため、基板２００への実装後、端子１１０等へ一つずつ圧接部材３０１等を挿入することは、製造工程を煩雑化する。これに対し、圧接部材３０１等を立設した絶縁樹脂部材２４を用いることで、全ての端子１１０等に対して一度で圧接部材３０１等を挿入することができる。よって、アセンブリの時間が大幅に短縮できるというメリットがある。

また、圧接部材３０１等の端子１１０等への挿入はユーザー側の作業になるが、圧接部材３０１等を立設した絶縁樹脂部材２４を用いることで、ユーザーは圧接部材３０１等を容易に挿入でき、電力用半導体装置１０１をプリント基板２００に実装する際の作業性が向上するというメリットもある。

また、絶縁樹脂部材２４について以下のように構成してもよい。即ち、図１９ａ及び図１９ｂに示すように、圧接部材３０１等を立設する部分のみに絶縁樹脂部材２４を用い、それ以外の箇所全体を熱伝導の高いアルミニウムや純銅等からなる放熱部材２７とする。このような構成を採ることで、以下の効果を得ることができる。

圧接部材３０１等を立設した絶縁樹脂部材２４と一体的に構成された放熱部材２７からなる構造体は、圧接部材３０１等が端子１１０等へ挿入されることで、結果的に、基板２００の裏面２０６側に配置されることになる。よって、端子１１０等へ挿入された圧接部材３０１等から絶縁樹脂部材２４を介して放熱部材２７へ伝導した、電力用半導体装置１０１の熱は、放熱部材２７から外部へ放散可能となる。即ち、電力用半導体装置１０１を、端子１１０等からも冷却が可能となり、端子１１０等の温度及びパターン２０２の温度を下げることが可能となる。

さらに、図２０に示すように、放熱部材２７について、圧接部材３０１等を立設した絶縁樹脂部材２４の設置側とは反対側の側面２７ａには、放熱用凹凸２８を形成することもできる。この放熱用凹凸２８へ送風することで、放熱部材２７の冷却効率をさらに向上させることができ、かつ、部品搭載も可能となる。尚、放熱用凹凸２８は、図示する形態に限定されず、その他のヒートシンク形状でも良く、その場合でも同じ効果を発揮することができる。

以上説明した各実施形態を適宜組み合わせた構成を採ることも可能である。

２４ 絶縁樹脂部材、２７ 放熱部材、２８ 放熱用凹凸、
１０１ 電力用半導体装置、１１０、１１０−１〜１１０−６ 端子、
１１１ 分岐部、１１２、１１２−１ 枝部材、１１２ａ 接触面、
１２０ 挿入停止突起、１２１ 抜落禁止突起、
２００ 基板、２０１ スルーホール、１２５ 凹及び凸状部、
３０１、３０１−１〜３０１−４ 圧接部材。

Claims (9)

1. 端子における端部が基板のスルーホールに挿入されることで基板と機械的及び電気的に接続される半導体装置であって、
   上記端子の端部に形成された分岐部と、この分岐部に係合する圧接部材とを備え、
   上記分岐部は、上記端部にて一つの端子を複数に分岐して形成された枝部材を有し、スルーホールの一端側からスルーホールへ挿入され、上記枝部材は、スルーホールの内周面に沿って円弧形状であり、
   上記圧接部材は、棒状の部材であり、スルーホール内に配置された分岐部の各枝部材の間へスルーホールの他端側から挿入され、この挿入により各枝部材を押し広げてスルーホール内面へ各枝部材を圧接し、
   上記スルーホール内の枝部材へ上記圧接部材を挿入した状態において、上記枝部材の内面と圧接部材との間にはスルーホールの内周面に沿って空隙が形成される、
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 上記圧接部材は円筒形状であり、
   上記分岐部は、各枝部材の外縁によって形成される外側間距離と、内縁によって形成される内側間距離とを有し、外側間距離はスルーホールの内径以下の距離であり、内側間距離は圧接部材の直径未満の距離である、請求項１記載の半導体装置。
3. 上記端子は、分岐部の近傍に、スルーホールの直径を超えて端子より突出する挿入停止突起をさらに有し、この挿入停止突起は、スルーホールへの分岐部の挿入において基板表面に当接し、スルーホールへの分岐部のさらなる挿入を停止する、請求項１又は２記載の半導体装置。
4. 上記端子は、上記枝部材の先端部に、スルーホールの直径を超えて枝部材から突出する抜落禁止突起をさらに有し、この抜落禁止突起は、上記圧接部材の当該枝部材間への挿入の際に基板裏面に当接し、分岐部がスルーホールから抜け落ちるのを禁止する、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 上記枝部材は、上記圧接部材との接触面に凹及び凸状部の少なくとも一方を有し、圧接部材は、上記凹及び凸状部に係合する凸及び凹状部の少なくとも一方を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 上記圧接部材は、その軸方向に直交する方向に延在する開口を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 上記半導体装置が複数の端子を有する状態において、上記圧接部材は、上記複数の端子に対応して配置されて絶縁部材にそれぞれ立設される、請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 上記絶縁部材は、放熱部材と一体的に形成される、請求項７に記載の半導体装置。
9. 上記放熱部材は、圧接部材を立設した上記絶縁部材の設置側とは反対側に放熱用凹凸を有する、請求項８に記載の半導体装置。

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