JP6797505B1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外力が加えられた際の外部端子の浮き上がりを抑制し、半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】半導体素子に接続され、締結孔33、34を有する一対の端子31、32と、放熱板10を覆い半導体素子を封止し、上面に形成された端子面22と、長手方向の一対の側面と、短手方向の一対の前後面とを有し、端子ナット40を埋没させるためのナット収容開口21が端子面に形成された形成された樹脂筐体20と、を備える。樹脂筐体は、一対の端子の夫々に当接し、端子の折り曲げ位置を規定する一対の折り曲げ当接部を有する。一方の端子に対応する一方の折り曲げ当接部と、他方の端子32に対応する他方の折り曲げ当接部は、異なる高さに形成されている。一対の端子は、ナット収容開口を挟む位置において樹脂筐体から突出し、ナット収容開口上において互いに重複するように折り曲げられており、締結孔がナット収容開口と対応するように配置される。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に係り、更に詳しくは、半導体素子を封止する樹脂筐体上に端子ナットを埋没させるためのナット収容開口が形成され、外部端子の締結孔がナット収容開口上に配置される半導体装置の改良に関する。
サイリスタ、ダイオード、トランジスタなどのパワー半導体素子を樹脂封止した半導体装置が従来から知られている(例えば、特許文献1)。図6は、従来の半導体装置の一例を示した断面図である。放熱板10上に半導体素子50が配置され、半導体素子50に外部端子30が接続されている。放熱板10の上面側には樹脂筐体20が形成され、半導体素子50と、外部端子30の一部とを封止している。また、樹脂筐体20の上面には、端子ナット40を収容するためのナット収容開口21が形成されている。
外部端子30は、樹脂筐体20の上面から上方に向けて突出し、樹脂筐体20外においてナット収容開口21側へ折り曲げられる。外部端子30の先端付近には、締結孔33が形成されており、外部端子30を折り曲げることにより、外部端子30の先端が、ナット収容開口21を覆うように配置され、当該締結孔33がナット収容開口21と対応するように配置される。
このような半導体装置の外部端子30は、配線を通じて外力が加わることにより、浮き上がってしまうという問題があった。図7は、外部端子30が浮き上がっている状態を示した図である。配線41には、端子金具42が取り付けられ、端子金具42の締結孔及び外部端子30の締結孔33に締結ネジ43を挿通し、締結ネジ43と端子ナット40とを締結することにより、配線41は外部端子30に連結される。
この配線41に対し引っ張る方向の外力が加えられた場合、図示したように、外部端子30が浮き上がるという問題があった。そして、このような浮き上がり動作を繰り返した場合、外部端子30の折り曲げ部分が破断するおそれがあった。
また、このような課題を解決するための方法が従来から提案されている(例えば、特許文献2)。特許文献2には、外部端子を延長し、下向きに折り曲げて、外囲ケース内のモールド樹脂の中に埋め込む構成や、ケース上蓋と一体にモールド成形する構成が記載されている。また、補助端子金具を外囲ケースの開口穴に差し込む構成や、外囲ケースのフック部に係止固定する構成が記載されている。このような構成を採用することにより、外部端子を1点で支持するのではなく、2点で支持することができ、外部端子の浮き上がりを抑制することができると考えられる。
特開平5−136333号公報 特開平6−120390号公報
しかしながら、従来の半導体装置は、外部端子の浮き上がり防止するために、補強の為だけの目的で、補助端子金具のような新たな部材を追加する必要があり、あるいは、アンカー部をケース内に挿入するなどの新たな工程を追加する必要がある。このため、製造工程が複雑になるという問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、外力が加えられた際における外部端子の浮き上がりを抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることを目的とする。特に、従来の半導体装置に比べて、製造工程を複雑化させることなく、外部端子の浮き上がりを抑制することを目的とする。
本発明の第1の態様による半導体装置は、1又は2以上の半導体素子が配置される回路領域を一主面上に有する放熱板と、前記半導体素子に接続され、締結孔を有する一対の端子と、前記放熱板の前記回路領域を覆い前記半導体素子を封止するとともに、上面に形成された端子面と、長手方向の一対の側面と、短手方向の一対の前後面とを有し、端子ナットを埋没させるためのナット収容開口が前記端子面に形成された樹脂筐体と、を備え、前記樹脂筐体が、一対の前記端子の夫々に当接し、前記端子の折り曲げ位置を規定する一対の折り曲げ当接部を有し、一方の前記端子に対応する一方の前記折り曲げ当接部と、他方の前記端子に対応する他方の前記折り曲げ当接部が、異なる高さに形成されており、前記一対の端子が、前記ナット収容開口を挟む位置において前記樹脂筐体から突出し、前記ナット収容開口上において互いに重複するようにそれぞれ折り曲げられており、前記締結孔が前記ナット収容開口と対向するように構成される。
上記構成を採用することにより、一対の端子によって1つの外部端子が形成され、当該一対の端子がナット収容開口を挟む2つの位置において樹脂筐体に支持される。このため、配線を介して外力が加えられた場合に外部端子が浮き上がるのを抑制することができる。
また、1つの外部端子と樹脂筐体内の回路領域とが、一対の端子を介して接続されるため、回路領域から外部端子までの配線抵抗を低減することができる。
また、従来の半導体装置とは異なる新たな部材を採用せず、また、新たな製造工程を追加する必要がないことから、製造工程を複雑化することなく、また、安定した製造を実現することができる。
さらに、端子の折り曲げ位置がばらつき、折り曲げられた端子の締結孔がナット収容開口に対応しなくなるのを防止することができる。このため、製造工程における端子の折り曲げ作業を容易化することができる。また、一対の折り曲げ当接部の高さを異ならせることにより、一対の端子を適切に重複させるように折り曲げることができる。
本発明の第2の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、一対の前記端子が、前記樹脂筐体の前記側面から互いに離間する方向に向かって突出しており、一対の前記側面に沿ってそれぞれ折り曲げられている前記端子が、前記ナット収容開口上において互いに重複するようにそれぞれ更に折り曲げられており、前記締結孔が前記ナット収容開口と対向するように構成される。
本発明の第3の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、前記一対の端子の重複部分が、略平行となるように構成される。
上記構成を採用することにより、一対の端子を締結ネジと端子ナット間に挟み込むことによる端子の変形を防止することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
本発明の第4の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、一対の前記折り曲げ当接部の何れか一方が、前記端子面の縁部に形成された突起部であるように構成される。
本発明の第5の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、前記折り曲げ当接部の一方が、前記端子面の縁部であり、前記折り曲げ当接部の他方が、前記端子面の縁部に形成された突起部であるように構成される。
このような構成を採用することにより、先に折り曲げられるべき一方の端子と、後に折り曲げられるべき他方の端子とを視覚的に判別することができる。このため、製造時に一対の端子を折り曲げる際、誤った順序で端子が折り曲げられるのを防止することができる。
本発明の第6の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、前記端子面の前記縁部が、前記端子面の上端から前記側面に形成された溝状の壁と、前記壁の下端から前記側面の間に形成された面とからなる一対の段差部を備え、一対の前記端子は、前記段差部の前記面から筐体外に突出しており、前記側面に沿って折り曲げられている前記端子が、前記溝状の前記壁内に配置されているように構成される。
このような構成を採用することにより、溝状の壁内に端子の少なくとも一部が収容され、端子が斜めにねじれて折り曲げられるのを防止することができる。また、端子が斜めに折り曲げられたことを容易に目視で確認することができる。
本発明の第7の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、一対の前記折り曲げ当接部が、前記端子面の前記縁部に形成された異なる高さの一対の突起部であるように構成される。
本発明の第8の態様による半導体装置は、上記構成に加えて、前記樹脂筐体が、トランスファーモールド法を用いて形成されるように構成される。
このような構成を採用することにより、一体成形された樹脂筐体内に一対の端子の一部が埋設され、一対の端子が樹脂筐体によって強固に支持される。このため、外部端子の浮き上がりを効果的に抑制することができる。また、一対の端子を同時に樹脂封止することができるため、従来の半導体層装置と比較して製造工程を複雑化することなく実現することができる。
本発明による半導体装置では、外部端子がナット収容開口を挟んで対向する2つの位置において樹脂筐体により支持される。このため、外力が加えられた際における外部端子の浮き上がりを抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。特に、従来の半導体装置に比べて、製造工程を複雑化させることなく、外部端子の浮き上がりを抑制することができる。
本発明の実施の形態による半導体装置1の一構成例を示した斜視図である。 図1の半導体装置1の製造工程における状態の一例を示した図であり、第1,第2端子31,32を折り曲げる前の状態が示されている。 図1の半導体装置1の内部構成の一例を示した図であり、図1のA−A切断線により切断した場合の断面図である。 図1の半導体装置1の外観の詳細構成の一例を示した側面図である。 第1,第2端子31,32を折り曲げる前の状態を示した平面図である。 従来の半導体装置の一例を示した断面図である。 外部端子30が浮き上がっている状態を示した図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本明細書では、便宜上、放熱板が半導体装置の下面に配置され、端子面が半導体装置の上面に形成されるものとして説明するが、本発明による半導体装置の使用時における姿勢を限定するものではない。
図1は、本発明の実施の形態による半導体装置1の一構成例を示した斜視図である。半導体装置1は、放熱板10の上面に形成された回路領域を樹脂筐体20で封止して構成され、樹脂筐体20の上面には、2つの外部端子30が形成されている。外部端子30は、一部が互いに重複するように配置された一対の第1端子31及び第2端子32によって構成される。
樹脂筐体20の上面より高い位置に形成された端子面22には、端子ナット40を埋没させるためのナット収容開口21が形成されている。また、一対の第1,第2端子31,32には、第1,第2締結孔33,34がそれぞれ形成されている。これらの第1,第2締結孔33,34を上記ナット収容開口21と対応する位置に配置することにより、図示しない締結ネジを2つの第1,第2締結孔33,34に挿通して端子ナット40と係合することができる。
第1,第2端子31,32は、樹脂筐体20に封止された半導体素子に接続され、その一部がナット収容開口21を挟む位置において互いに離間する方向に向けて樹脂筐体20から突出している。第1,第2端子31,32の樹脂筐体20外に露出した部分が、垂直方向上向きに折り曲げられ、次いでナット収容開口21に向けて折り曲げられている。このようにして、一対の第1端子31と第2端子32の先端は、前記ナット収容開口21上に互いに重複するように配置される。このとき、一対の第1,第2端子31,32の第1,第2締結孔33,34は、樹脂筐体20の端子面22に形成されたナット収容開口21と対向するように配置される。
外部端子30が一対の第1,第2端子31,32で構成され、これらの第1,第2端子31,32が、樹脂筐体20の端子ナット40を挟んで反対側の2カ所の位置において、樹脂筐体20によりそれぞれが強固に支持されている。このため、外力により外部端子30が浮き上がるのを抑制することができる。また、1つの外部端子30を構成する2つの第1,第2端子31,32が、締結ネジで密着するよう締結されることにより、配線抵抗を低減し、損失を抑制することができる。
図2は、図1の半導体装置1の製造工程における状態の一例を示した斜視図であり、第1,第2端子31,32を折り曲げる前の状態が示されている。また、図3は、図1の半導体装置1の内部構成の一例を示した図であり、図1のA−A切断線により切断した場合の断面図である。また、図4は、図1の半導体装置1の外観の詳細構成の一例を示した側面図である。また、図5は、図1の半導体装置1の製造工程における状態の一例を示した外観図であり、第1,第2端子31,32を折り曲げる前の状態を示した平面図である。
放熱板10は、細長い形状を有する板状体であり、熱導電特性が良好な材料が用いられる。例えば、ニッケルめっきを行った銅板を使用することができる。放熱板10の長手方向の両端には、図示しない取付面に取り付けるための取付穴11が設けられている。また、放熱板10の上面には、2つの取付穴11に挟まれた回路領域54が形成され、1又は2以上の半導体素子50が配置されている。例えば、ダイオード、サイリスタ、トランジスタなどの電源回路用のパワー半導体素子が配置される。
一対の第1,第2端子31,32は、1又は2以上の半導体素子50に対し、半田付けで接続される。一対の第1,第2端子31,32は、同一の半導体素子50に接続されていてもよいし、異なる半導体素子50に接続されていてもよい。ただし、樹脂筐体20外において1つの外部端子30を構成するため、一対の第1,第2端子31,32は、回路領域54内の同一電位に接続されている必要がある。
一対の第1,第2端子31,32は、下端が半導体素子50に接続され、放熱板10の幅方向の範囲内で鉛直上方に向かって延び、端子面22より下方の後述するステップ面240の高さ位置で外側に向かって略直角に屈曲し、樹脂筐体20から突出する。つまり、一対の第1,第2端子31,32は、水平面内において、放熱板10の幅方向の外側に向かって、つまり、ナット収容開口21を挟む位置において互いに離間する方向に向かって樹脂筐体20から突出する。
放熱板10上面の半導体素子50に第1,第2端子31,32が接続され、回路が形成された後に、放熱板10の上面及び側面には、トランスファーモールド法により樹脂筐体20が形成されている。樹脂筐体20は、放熱板10の回路領域54を覆うように形成され、半導体素子50を封止するとともに、第1,第2端子31,32の一部を封止する。放熱板10の下面は、封止することなく露出している。このため、放熱板10を取付面に密着させることができ、効率的に放熱を行うことができる。
樹脂筐体20が形成された後、先に第1端子31が上方に折り曲げられ、更に端子面22に向けてナット収容開口21上に折り曲げられる。その後、第2端子32が上方に折り曲げられ、更に端子面22上のナット収容開口21の方向に折り曲げられ、第1端子31上に重ねられる。
ここで、主に図3から図5を用いて、樹脂筐体20から第1,第2端子31,32が突出する部分の形状を説明する。ナット収容開口21は、樹脂筐体20上面の水平な端子面22上に形成される。端子面22の図3で見て左右の縁部には、樹脂筐体20の側面から内側に、上面から下方に向けて形成された溝状のステップ壁241と、ステップ壁241の下端から樹脂筐体20の側面に至る水平なステップ面240とを有し、これらステップ面240とステップ壁241から段差部24が構成される。
第1,第2端子31,32は、ステップ面240からそれぞれナット収納開口21を挟んだ位置で互いに反対向きに、樹脂筐体20から突出して引き出されている。そして、第1,第2端子31,32のそれぞれは、ステップ面240からステップ壁241に沿って上方に折り曲げられる。このとき、第1,第2端子31,32は、溝状のステップ壁241内にそれぞれ収容され、樹脂筐体20の側面から第1,第2端子31,32が幅方向にはみ出さないようにされている。
ステップ壁241内に第1,第2端子31,32が収容されるため、第1,第2端子31,32が斜めにねじれて折り曲げられるのを防止できる。そのため、ステップ壁241の厚みは、第1,第2端子31,32の厚み以上あることが望ましい。一方、第1,第2端子31,32の厚み方向の一部のみがステップ壁241の内部に入り込む厚みであっても、第1,第2端子31,32のねじれは防止でき、その点では必ずしもステップ壁241の厚みはこの厚みに限定されることはない。
また、ステップ壁241内に第1,第2端子31,32の一部あるいは全部が収容されるようにしているため、仮に第1,第2端子31,32が斜めに折り曲げられたとしても、容易に目視で製造不良を確認できる効果を有する。
端子面22からステップ壁240に折れ曲がる直線状のエッジが形成されている。第1端子31に対応する当該エッジが、第1折り曲げ当接部22eとして使用される。一方、第2端子32側に対応するステップ面240が形成された端子面22の縁部には、端子面22から上方向に突出する突起部23が形成され、その突起部23の上端外側縁部のエッジが形成され、当該エッジが、第2折り曲げ当接部23eとして使用される。
ここで、第1,第2折り曲げ当接部22e,23eの幅が、第1,第2端子31,32の幅より狭い幅の場合、第1,第2端子31,32の一部が折り曲げ位置を拘束されずに曲がってしまい、第2端子32の第2締結孔34がナット収容開口21に対応しない場合や、第2端子32が端子面22に平行にならないことが考えられる。そこで、第1折り曲げ当接部22eは、第1端子31の幅方向に延びる直線形状であり、第1端子31の幅以上の幅を有している。同様に、第2折り曲げ当接部23eは、第2端子32の幅方向に延びる直線形状であり、第2端子の幅以上の幅を有している。第1,第2折り曲げ当接部22e,23eが、第1,第2端子31,32の幅以上の幅を有しているため、第1,第2端子31,32全体が第1,第2折り曲げ当接部22e,23eに当接することで、定められた位置に折り曲げられる。
第1端子31は、ナット収容開口21方向への折り曲げ時に第1折り曲げ当接部22eに当接し、第1折り曲げ当接部22eを支点として折り曲げられる。このため、折り曲げ高さ位置は、第1折り曲げ当接部22eによって規定される。一方、第2端子32は、ナット収容開口21方向への折り曲げ時に第2折り曲げ当接部23eに当接し、第2折り曲げ当接部23eを支点として折り曲げられる。このため、折り曲げ高さ位置は、第2折り曲げ当接部23eによって規定される。このため、一対の第1,第2端子31,32を端子面22からの高さが異なる位置において折り曲げることができる。
折り曲げられた一対の第1,第2端子31,32の端子面22からの高さは、第2端子32が、第1端子31よりも高く、その差は、突起部23の高さに略一致する。このため、突起部23の高さを予め適切に定めることにより、適切に重なり合うように一対の第1,第2端子31,32を折り曲げることができる。例えば、突起部23の高さを第1端子31の厚さに略一致させることにより、第1,第2端子31,32の重複部分が、互いに隣接し、互いに略平行となるように配置することができる。
また、突起部23が、第2端子32側のみに設けられることにより、先に折り曲げるべき第1端子31と、後から折り曲げるべき第2端子32とを容易に見分けることができる。このため、製造時に誤って第2端子32が先に折り曲げられるのを防止することができる。
第1,第2端子31,32の第1,第2締結孔33,34は、第1,第2端子31,32の予め定められた位置に設けられ、第1,第2端子31,32を、第1,第2折り曲げ当接部22e,23eによって常に予め定められた高さ位置で折り曲げることができるので、ナット収容開口21と対応した位置に安定して配置され、折り曲げ位置がばらついて、第1,第2締結孔33,34がナット収容開口21と対応しなくなることが防止でき、半導体装置1を安定して製造することができる。
また、第1,第2端子31,32は、樹脂筐体20外において、ナット収容開口21に向かって折り曲げられ、その先端が端子面22上に配置される。つまり、第1,第2端子31,32は、樹脂筐体20外において互いに逆方向に折り曲がった状態で突出しており、ナット収容開口21を挟んで反対側からナット収容開口21へそれぞれ向かい、端子面22上において互いに重複して配置される。この状態において、それぞれの第1,第2締結孔33,34は、ナット収容開口21と対応するように配置されている。このため、締結ネジを第1,第2締結孔33,34に挿通し、さらに端子ナット40と係合することができる。
突起部23は、第2端子32の幅方向に直線的に延びる細長い形状からなり、第2端子32の幅以上の幅を有することが望ましいが、本発明は、このよう構成のみに限定されない。突起部23は、第2折り曲げ当接部23eを有するものであればよく、例えば、第2端子32の幅よりも短い幅を有するものであってもよい。また、幅方向に配列する2以上の突起形状を突起部23とすることもできる。また、本例では突起部23が第2端子32に対応する側にのみ形成されている例を示したが、第1,第2端子31,32の両方に対応する側に、それぞれ高さの異なる突起部23を形成することもできる。
なお、本実施の形態では、第2折り曲げ当接部23eが、第2端子32の幅方向に延びる直線形状であり、第2端子32の幅以上の幅を有する場合の例について説明したが、本発明は、このような構成のみに限定されない。第2折り曲げ当接部23eは、第2端子32の折り曲げ位置を規定するものであれば、第2端子32の幅方向の一部に当接するものであってもよい。例えば、1つの点又は幅方向に配列する2以上の点において第2端子32に当接するものであってもよい。
同様にして、第1折り曲げ当接部22eについても、第1端子31の幅方向に延びる直線形状であり、第1端子31の幅以上の幅を有する場合の例について説明したが、本発明は、このような構成のみに限定されない。第1折り曲げ当接部22eは、第1端子31の折り曲げ位置を規定するものであれば、第1端子31の幅方向の一部に当接するものであってもよい。例えば、1つの点又は幅方向に配列する2以上の点において第1端子31に当接するものであってもよい。
また、本実施の形態では、1つの半導体装置1に2つの外部端子30を備える場合の例について説明したが、本発明は、このような構成のみに限定されず、1つの半導体装置1が1又は3以上の外部端子30を備えていてもよい。
また、本実施の形態では、一対の第1,第2端子31,32が、樹脂筐体20内においても分離している場合の例について説明したが、一対の第1,第2端子31,32は、樹脂筐体20内において連結されていてもよい。例えば、1つの端子であって、樹脂筐体20外に両側面方向に引き出され、一対の第1,第2端子31,32として用いられるものであってもよい。
1 半導体装置
10 放熱板
11 取付穴
20 樹脂筐体
21 ナット収容開口
22 端子面
22e 第1折り曲げ当接部
23 突起部
23e 第2折り曲げ当接部
24 段差部
240 ステップ面
241 ステップ壁
30 外部端子
31 第1端子
32 第2端子
33 第1締結孔
34 第2締結孔
40 端子ナット
41 配線
42 端子金具
43 締結ネジ
50 半導体素子
54 回路領域

Claims (8)

  1. 1又は2以上の半導体素子が配置される回路領域を一主面上に有する放熱板と、
    前記半導体素子に接続され、締結孔を有する一対の端子と、
    前記放熱板の前記回路領域を覆い前記半導体素子を封止するとともに、上面に形成された端子面と、長手方向の一対の側面と、短手方向の一対の前後面とを有し、端子ナットを埋没させるためのナット収容開口が前記端子面に形成された樹脂筐体と、を備え、
    前記樹脂筐体は、一対の前記端子の夫々に当接し、前記端子の折り曲げ位置を規定する一対の折り曲げ当接部を有し、
    一方の前記端子に対応する一方の前記折り曲げ当接部と、他方の前記端子に対応する他方の前記折り曲げ当接部は、異なる高さに形成されており、
    前記一対の端子は、前記ナット収容開口を挟む位置において前記樹脂筐体から突出し、前記ナット収容開口上において互いに重複するようにそれぞれ折り曲げられており、前記締結孔が前記ナット収容開口と対向することを特徴とする半導体装置。
  2. 一対の前記端子は、前記樹脂筐体の前記側面から互いに離間する方向に向かって突出しており、一対の前記側面に沿ってそれぞれ折り曲げられている前記端子が、前記ナット収容開口上において互いに重複するようにそれぞれ更に折り曲げられており、前記締結孔が前記ナット収容開口と対向することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 一対の前記端子の重複部分は、略平行であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 一対の前記折り曲げ当接部の何れか一方は、前記端子面の縁部に形成された突起部であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記折り曲げ当接部の一方は、前記端子面の縁部であり、
    前記折り曲げ当接部の他方は、前記端子面の縁部に形成された突起部であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記端子面の前記縁部は、前記端子面の上端から前記側面に形成された溝状の壁と、前記壁の下端から前記側面の間に形成された面とからなる一対の段差部を備え、
    一対の前記端子は、前記段差部の前記面から筐体外に突出しており、前記側面に沿って折り曲げられている前記端子が、前記溝状の前記壁内に配置されていることを特徴する請求項4又は5に記載の半導体装置。
  7. 一対の前記折り曲げ当接部は、前記端子面の縁部に形成された異なる高さの一対の突起部であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記樹脂筐体は、トランスファーモールド法を用いて形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体装置。
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