JPH03174747A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダイオード、サイリスクなどの複数個の半導
体チップを組合わせて構成したパワーモジュールを実施
対象とする半導体装置の構成に関する。

〔従来の技術〕

まず、パワーダイオードモジュールを対象とした半導体
装置の従来における構造例を第６図、第７図に示す。な
お、第６図、第７図は、いずれも第８図に示した三相全
波ブリッジ回路のうちの点線で囲んだ部分に対応したも
のである。

第６図において、１は半導体チップ（ダイオード）、２
は半導体チップ１をマウントした金属ベース、３は放熱
基板、４は半導体チップ１．金属ベース２を包囲して放
熱基板３に結合したパッケージのケース、５はその蓋部
、６，７．８は蓋部５を貫通して引出した外部導出導体
（なお、図中のＰ、Ｎ、Ｗはそれぞれ第８図のブリッジ
回路に付した端子記号Ｐ、Ｎ、Ｗに対応する）、９は半
導体チップ１の上面電極と外部導出導体６．７８との間
に介挿した補助接続導体片、１０は半導体チップ１を封
止するようパッケージ内に充填したエポキシ樹脂などの
充填材である。なお、第６図の構造例では、２個の半導
体チップｌが共通な金属ベース２にマウントされている
。また、パッケージはケース４と蓋部５とが一体化した
ものを使用する場合もある。

ここで、外部導出導体６，７．８と補助接続導体片９と
の接続構造について詳記すると、第６図（ｂ）で示すよ
うに補助接続導体片９は金属平板をＬ字形に屈曲し、か
つ上端に段付き挿入部９ａを形成したものであり、その
底辺の平板部が半導体チップｌの上面電極に半田付は接
合される。これに対して外部導出導体６（外部導出導体
７，８も同様である）の下端には直角に屈曲した水平方
向の脚部６ａが形成され、かつこの脚部６ａには補助接
続導体片９の挿入部９ａと嵌合し合う穴６ｂが開口して
おり、（Ｃ）図のように穴６ｂに補助接続導体片９の挿
入部９ａを嵌め合わせた上で両者間が半田付は接合（１
７は半田を示す）されている。

また、第７図は半導体チップ１．金属ベース２と外部導
出導体６．７．８との間に介挿した補助接続導体片とし
て、（ａ）図のように丸棒の一端に偏平なヘッドを形成
したピン状の補助接続導体片１１を採用し、これに対向
して外部導出導体６，７゜８の先端には丸穴６ｃを穿孔
したものであり、該丸穴６ｃにビン状補助接続導体片１
１の先端を差し込んで両者間を半田付けするようにして
いる。

かかる半導体装置は次記のような手順で組立てられる。

すなわち、最初に半導体チップ１を金属ベース２にマウ
ントし、半導体チップ１の上面電極、および金属ベース
２にそれぞれ補助接続導体片９．あるいは１１を半田付
けする。次に前記組立体の金属ベース２を放熱板３の上
に並べて取付け、さらに外部導出導体７，８．９を一括
して治具に取付けた状態で、上方より外部導出導体の脚
部に穿孔した穴６ｂ、あるいは６ｃに補助接続導体片９
゜１１を嵌め込んで仮保持し、この状態で外部導出導体
と補助接続導体片との間を半田付は接合する。

続いて放熱板３の上にケース４を載せて接着、硬化させ
た後に、ケース内に樹脂充填材１ｏを注入し、さら番４
蓋部５を被せて外部導出導体６，７．８をパッケージ外
に引き出す。なお、必要により外部導出導体の突出端を
ケース蓋の上面側に折り曲げて外部接続端子とする。な
お、ケースと蓋とが一体なパッケージでは、別に充填材
の注入穴を設けておき、パッケージを装着した後に注入
穴を通して樹脂充填材をパッケージ内に充填する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記した従来構造では、半導体装置の組立、
半田付は性の面で次記のような欠点がある。

（１）放熱板３上に並べて取付けられた半導体チップ１
．金属ベース２にそれぞれ半田付は接合されている補助
接続導体片９．ないし１１に対し、外部導出導体６．７
．８を治具に一括保持したまま差６ し込んで半田付けするようにしているので、補助接続導
体片と外部導出導体との間に僅かな位置ずれがあっても
、補助接続導体片を外部導出導体の脚部に穿孔した穴へ
正しく嵌め込むことがでない。

したがってこの半田付は工程では高い組立、決め精度が
要求される。

（２）このために、従来では外部導出導体６．７゜８に
穿孔した穴６ｂ、　６ｃをあらかしめ多少大きめに開け
て多少の位置ずれを吸収するようにしているが、一方で
は穴６ｂ、　６ｃが大きいと、補助接続導体片９．ない
し１１との差し込み状態で両者間に隙間が生じ、続く半
田付けの際に第６図（Ｃ）に示したように溶融半田が前
記の隙間を通じて下方へ垂れ流れて半田接合の不良を引
き起こしたり、半田付は部から垂れ落ちた半田が半導体
チップ１に付着すると言った不具合が生しるおそれがあ
る。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、先記
した半導体装置を対象に、その組立工程で外部導出導体
と補助接続導体片との間に多少の位置ずれがあっても、
支障なく外部導出導体と補助接続導体片を確実に半田付
は接合できるようにした半導体装置、特に外部導出導体
と補助接続導体片との間の接続構造を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は次記
のように構成するものとする。

（１）上下両端に互いに並行な平板部を屈曲形威した補
助接続導体片を前記半導体チップ、ないし金属ベースと
外部導出導体との間にそれぞれ介在させ、かつ該補助接
続導体片の一方の平板部を半導体チップの上面電極、な
いし金属ベースに、他方の平板部を外部導出導体の下端
に屈曲形威した脚部に面接触させて半田付は接合する。

（２）金属ベースにはベース板の側縁より上方に起立し
、さらにその上端をベース板面と平行に屈曲させた端子
部を形成し、該端子部の上面に外部導出導体の下端に屈
曲形威した脚部を面接触させて半田付は接合する。

（３）前記（２）の構成において、金属ベースの端子部
を、ベース板の周縁より上方に起立して半導体チップを
取り囲む外周側壁の一部に形成する。

（４）特に、隣り合う２個の半導体チップを対として各
半導体チップをマウントした金属ベースの双方にまたが
り外部導出導体を共通接続した構成のものに対し、各金
属ベースごとにベース板の側縁より起立して向かい合わ
せに並ぶ端子部を形成するとともに、該端子部に共通接
続する外部導出導体にはその下端に二股状に分岐した脚
部を屈曲形威し、かつ各分岐脚部を個々に金属ベース側
の端子部上面に面接触させて半田付は接合する。

〔作用〕

前項の解決手段（１）の構成により、外部導出導体と補
助接続導体片との間の半田付は工程で、外部導出導体の
位置が補助接続導体片に対して多少位置ずれがあっても
、外部導出導体の屈曲脚部と補助接続導体片の平板部と
の間には面接触状態が保持されるので、これにより支障
なく両者間を確実に半田付は接合できる。しかも、半田
付けが水平な面同士の間で行われるので、溶融半田が半
田接合面から下方へ垂れ落ちるおそれはなく、これによ
り半田付は不良、半導体チ・ノブへの半田の滴下などの
トラブルを確実に回避できる。

また、解決手段（２）の構成でも、金属ベース側に形成
した端子部と外部導出導体との間の位置決め精度、半田
付は性に関して（１）項と同様な作用、効果が得られる
。

一方、解決手段（３）のように、マウントした半導体チ
ップの周域を取り囲んで金属ベース板の周縁より起立形
成した外周側壁は次記のように機能する。

すなわち、半導体装置のパッケージ内に注入した封止用
の樹脂充填材は金属部品との接着性が低く、かつ熱膨張
係数も比較的大である。このために、半導体装置に加わ
る熱サイクルにより、樹脂充填材が半導体チップをマウ
ントした金属ベースから剥離して膨張、収縮すると、こ
れに伴って樹脂層内に埋没している接続導体を相対的に
動かすような応力が働き、この応力が接続導体を介して
半導体チップにストレスとして加わる。その結果、半導
体チップが特性劣化を来すおそれがある。

かかる点、半導体チップの周域を取り囲んで金属ベース
側に外周側壁を起立形成しておくことにより、該外周側
壁を境にその内側に注入した充填樹脂と外側に注入した
樹脂とを切り離すとともに、側壁自身が充填樹脂と金属
ベースとの間の結着力を高めるように働く。これにより
、樹脂充填材の膨張、収縮に伴って半導体チップに加わ
るストレスを大幅に緩和できる。

また、解決手段（４）のように、二つの金属ベースの端
子部にまたがって共通接続する外部導出導体の先端脚部
を二股状に分岐した上で、各分岐脚部を個別に相手側の
金属ベースの端子部に半田付は接合することにより、充
填樹脂の膨張、収縮に伴う応力が外部導出導体を介して
双方の金属ベースの間で相互に機械的に干渉し合うこと
がなくなり、これにより金属ベースなどに加わる応力の
緩和が図れる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

なお、各実施例において、第６図、第７図に対応する同
一部材には同し符号が付しである。

実施例１： 第１図（ａ）、（ｂ）はダイオードを組合わせて構成し
たパワーモジュールに対する実施例を示すものであり、
半導体チップ１．金属ベース２と外部導出導体６，７．
８との間に介在した補助接続導体片として、（ｂ）図に
示すような形状の補助接続導体片１２を採用したもので
ある。すなわち、補助接続導体片■２は、短冊状の金属
板（銅板）をその長手方向の三箇所で異なる方向へ直角
に屈曲してその上下両端に水平な平板部１２ａ、　１２
ｂと、この間を連ねた垂直辺部１２ｃを形成したもので
ある。そして、下辺側の平板部１２ｂを半導体チップ１
．ないし金属ベース２の上面に面接触させて半田付は接
合するとともに、外部導出導体６，７．８の下端を直角
に折り曲げて屈曲形成した脚部を上辺側の平板部１２ａ
の上に面接触させて半田付は接合する。

かかる構成により、前記放熱板３の上に取付けた半導体
チップ１．金属ベース２．補助接続導体片１２の組立体
に対し、外部導出導体６，７．８を治具に一括保持して
上方より補助接続導体片１２に当てがって半田付は接合
する場合に、外部導出導体と補助接続導体片との間に多
少の位置ずれがあっても、互いに対向する外部導出導体
６，７．８の先端脚部と補助接続導体片１２の平板部１
２ａとが上下に重なり合って面接触状態が保持される。

したがって多少の位置ずれに左右されることなく、両者
間を確実に半田付けすることができる。しかも、半田接
合面が水平面であるので、溶融半田が半田接合面から不
用意に垂れ落ちて半導体チップｌに滴下するおそれもな
い。

実施例２： 第２図（ａ）、（ｂ）は半導体チップｌの一方にサイリ
スクチップ（図中における右側の半導体チップ）を採用
した混合ブリッジ回路に適用するパワーモジュールの実
施例を示すものである。この実施例では、特に、サイリ
スクチップに使用する補助接続導体片として、（ｂ）図
で示すように上辺側に二つの平板部１３ａ、　１３ｂを
形成したＵ字形の補助接続導体片１３を採用している。

そして、その底辺側の平板部１３ｃをサイリスタチップ
のアノード　（上面電極）に半田付は接合するとともに
、上辺側の平板部１３ａ、　１３ｂの一方には外部導出
導体６を、残りの平板部にはプリント配線板１４を接続
し、かつサイリスタチップより補助接続導体片１３の底
辺側平板部１３ｃに穿孔した穴１３ｄを通して引出した
ゲートリード線１５を前記のプリント配線板１４に接続
し、ここからさらにパッケージの蓋部５を貫通して外部
に引出したものである。なお、半導体チップ１゜金属ベ
ース２に接続した補助接続導体片１２．１３と外部導出
導体６，７．８との間の位置決め、半田付は性について
は実施例１の場合と同様な効果が得られる。

実施例３： 第３図（ａ）、（ｂ）は実施例１（第１図）の応用実施
例を示すものであり、実施例１で述べた補助接続導体片
１２に代えて、第３図（ロ）で示すようにコ字形に屈曲
した補助接続導体片１６　（１６ａ、　１６ｂは平板部
、１６ｃは垂直辺部）を採用して半導体チップｌと外部
導出導体６．７との間を相互接続するとともに、金属ベ
ース２と外部導出導体８との間の接続構造として、金属
ベース２側には側縁より上方に起立した端子部２ａを形
威し、この端子部２ａに外部導出導体８を接続したもの
である。ここで、端子部２ａには上端部を外方へ直角に
折り曲げて他の補助接続導体片と同様な平板部２ｂが形
威されており、この平板部２ｂの上面に外ｔＺ、Ｓ出導
体８の屈曲脚部を面接触させて両者間を半田付は接合し
ている。この実施例においても、実施例１と同様な効果
の得られることは明らかである。

なお、第３図において、金属ベース２側に起立形成した
端子部２ａの代わりに、半導体チップ１と外部導出導体
６．７との間に介挿した補助接続導体片１６と同様な補
助接続導体片を使用して実施することもできる。

実施例４： 第４図（ａ）〜（ｄ）は先記した実施例３（第３図）を
さらに改良した応用実施例を示すものであり、（ａ）。

（ｂ）図はそれぞれ組立状態の詳細構造を示す一部切欠
の上面図、側面図、（Ｃ）図はパワーモジュールの等価
回路図、（ｄ）図は要部構造の斜視図を表している。こ
こで、半導体チップ１をマウントした金属ベース２には
、半導体チップ１の周域を取り囲むように周囲四辺より
上方に立ち上がった外周側壁２ｃが起立形成されており
、かつこの外周側壁２ｃの周縁一部にはその上縁から延
長した部分を外側へ直角に折り曲げた平板状の端子部２
ａが形威しである。そして、この金属ベース２の端子部
２８の上面に外部導出導体６．７の屈曲脚部を面接触し
て半田付は接合されている。なお、各半導体チップ１の
上面電極には実施例３で述べたと同様なコ字形の補助接
続導体片１６が半田付けしてあり、該補助接続導体片１
６の上面にまたがって外部導出導体８の下端より水平方
向に延長した脚部が半田付けされている。

上記構造の外周側壁２ｃは、先記の〔作用〕の項で説明
したように、パッケージ内に注入した封止用樹脂充填材
ＩＯの熱サイクルに伴う膨張、収縮に起因して半導体チ
ップ１に加わるストレスを低減する役目を果たす。

実施例５： 第５図は２個の半導体チップ１を一組とし、該半導体チ
ップｌを個々にマウントして放熱板３の上に並置した金
属ベース２に対し、外部導出導体８を双方の金属ベース
２の間にまたがって共通接続したモジュールを対象とす
る実施例である。

ここで、半導体チップｌを個々にマウントした金属ベー
ス２は、実施例４（第４図）で述べた外周側壁２　ｃ　
＋　およびその側壁の一部に形成した端子部２ａを備え
ており、かつ、（ａ）、　（ｂ）図のように、各金属ベ
ース２は端子部２ａが互いに向かい合うように並べて放
熱板３の上に実装されている。一方、外部導出導体８の
先端部には、（Ｃ）図に明示されているように、二股状
に分けて屈曲した分岐脚部８ａと８ｂが形成してあり、
各分岐脚部８ａ、　８ｂを個別に前記した金属ベース２
の端子部２ａの上面に当てがって半田付は接合している
。なお、上記の構成で各半導体チップ１の極性を変える
ことにより、（ｄ）図に示したイ１１ロ、ハ三通りの回
路を選択できる。

かかる構成によれば、外部導出導体８の先端が二股状に
分岐しているので、パッケージ（図示せず）内に注入し
た封止用の樹脂充填材の熱サイクルに伴う膨張、収縮に
よって加えられる応力が外部導出導体８を介して金属ベ
ース２の間で相互干渉することが殆どなく、これにより
金属ベース２゜ないし金属ベース２と放熱板３との間に
介在するセラミック絶縁層などに加わる機械的なストレ
スを緩和できる。

〔発明の効果〕

本発明の半導体装置は、以上説明したように構成されて
いるので、次記の効果を奏する。

（１）半導体チップ、ないし金属ベースと外部導出導体
との間にそれぞれ介在させた補助接続導体片として、上
下両端に互いに並行な平板部を屈曲形成した補助接続導
体片を採用し、かつ該補助接続導体片の一方の平板部を
半導体チップの上面電極。

ないし金属ベースに、他方の平板部を外部導出導体の下
端に屈曲形成した脚部に面接触させて半田８ 付は接合したことにより、外部導出導体と補助接続導体
片との間の半田付は工程で、外部導出導体の位置が補助
接続導体片に対して多少位置ずれがあっても、外部導出
導体の屈曲脚部と補助接続導体片の平板部との間には面
接触状態が保持されるので、これにより支障なく両者間
を確実に半田付は接合できる。しかも、半田付けが水平
な面同士の間で行われるので、溶融半田が半田接合面か
ら下方へ垂れ落ちるおそれはなく、これにより半田付は
不良、半導体チップへの半田の滴下などのトラブルを確
実に回避して製品の歩留りを大幅に向上できる。

（２）また、半導体チップをマウントした金属ベースに
対して、そのベース板の側縁より上方に起立し、さらに
その上端をベース板面と平行に屈曲させた端子部を形威
し、該端子部の上面に外部導出導体の下端に屈曲形威し
た脚部を面接触させて半田付は接合することにより、前
記（１）と同様な効果を奏することができる。

（３）前記（２）の構成において、金属ベースのベース
板周縁より上方に起立して半導体チップを取り囲む外周
側壁を形威し、その側壁上の一部に端子部を設けた構成
により、パッケージ内に注入した封止用の樹脂充填材の
熱サイクルに伴う膨張、収縮によって半導体チップに加
わるストレスを大幅に軽減できる。

（４）特に、隣り合う２個の半導体チップを対として各
半導体チップをマウントした金属ベースの双方にまたが
り外部導出導体を共通接続した構成のものに対し、各金
属ベースごとにベース板の側縁より起立して向かい合わ
せに並ぶ端子部を形成するとともに、該端子部に共通接
続する外部導出導体にはその下端に二股状に分岐した脚
部を屈曲形威し、かつ各分岐脚部を個々に金属ベース側
の端子部上面に面接触させて半田付は接合したことによ
り、パッケージ内に注入した樹脂充填材の膨張。

収縮に伴う応力が外部導出導体を介して双方の金属ベー
スの間で相互に機械的に干渉し合うことがなくなり、こ
れにより金属ベースなどに加わる応力の緩和が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はそれぞれ異なる本発明の実施例を
示すものであり、第１図、第２図、第３図の（ａ）、（
ロ）はそれぞれ半導体装置の構成断面図、および補助接
続導体片の外形斜視図、第４図の（ａ）。 （ロ）は一部切欠した半導体装置の平面図、側面図、（
Ｃ）は等価回路図、（イ）番は要部の斜視構成図、第５
図の（ａ）、（ハ）は半導体装置の内部組立構造を示す
平面図、側面図、（Ｃ）は外部導出導体の部分斜視図、
（ｄ）は等価回路図、第６図、第７図は従来の半導体装
置の構造を示し、第６図の（ａ）、　（ｂ）、　（Ｃ）
はそれぞれ組立断面図、導体接続構造の部分斜視図、半
田付は接合状態図、第７図の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ
組立断面図、導体接続構造の部分斜視図、第８図は本発
明装置の適用例として挙げた三相全波ブリッジ回路図で
ある。 に半導体チップ、２：金属ベース、２ａ：端子部、２ｃ
：外周側壁、３：放熱板、４：パッケージケース、６，
７．８：外部導出導体、８ａ、８ｂ：分岐脚部、１２．
１３．１６＋補助接続導体片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）複数個の半導体チップを金属ベースにマウントして
   パッケージに収容し、該パッケージに貫通装着した外部
   導出導体と前記の各半導体チップ、および金属ベースと
   の間を相互接続して構成した半導体装置において、上下
   両端に互いに並行な平板部を屈曲形成した補助接続導体
   片を前記半導体チップ、ないし金属ベースと外部導出導
   体との間にそれぞれ介在させ、かつ該補助接続導体片の
   一方の平板部を半導体チップの上面電極、ないし金属ベ
   ースに、他方の平板部を外部導出導体の下端に屈曲形成
   した脚部に面接触させて半田付け接合したことを特徴と
   する半導体装置。 ２）複数個の半導体チップを個々に金属ベースにマウン
   トしてパッケージに収容し、該パッケージに貫通装着し
   た外部導出導体と前記の各半導体チップ、および金属ベ
   ースとの間を相互接続して構成した半導体装置において
   、前記金属ベースにはべース板の側縁より上方に起立し
   、さらにその上端をベース板面と平行に屈曲させた端子
   部を形成し、該端子部の上面に外部導出導体の下端に屈
   曲形成した脚部を面接触させて半田付け接合したことを
   特徴とする半導体装置。 ３）請求項２に記載の半導体装置において、金属ベース
   の端子部が、ベース板の周縁より上方に起立して半導体
   チップを取り囲む外周側壁の一部に形成されていること
   を特徴とする半導体装置。 ４）複数個の半導体チップを個々に金属ベースにマウン
   トしてパッケージに収容し、該パッケージに貫通装着し
   た外部導出導体と前記の各半導体チップ、および金属ベ
   ースとの間を相互接続して構成した半導体装置であり、
   隣り合う２個の半導体チップを対として、各半導体チッ
   プをマウントした金属ベースの双方にまたがり外部導出
   導体を共通接続したものにおいて、各金属ベースごとに
   ベース板の側縁より起立して向かい合わせに並ぶ端子部
   を形成するとともに、該端子部に共通接続する外部導出
   導体にはその下端に二股状に分岐した脚部を屈曲形成し
   、かつ各分岐脚部を個々に金属ベース側の端子部上面に
   面接触させて半田付け接合したことを特徴とする半導体
   装置。