JPH07221263A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH07221263A
JPH07221263A JP6008499A JP849994A JPH07221263A JP H07221263 A JPH07221263 A JP H07221263A JP 6008499 A JP6008499 A JP 6008499A JP 849994 A JP849994 A JP 849994A JP H07221263 A JPH07221263 A JP H07221263A
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JP
Japan
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wiring terminal
semiconductor device
wiring
deformation
stress
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JP6008499A
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Japanese (ja)
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Masahiko Hoshi
雅彦 星
Yukio Kamida
行雄 紙田
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Hitachi Ltd
Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Haramachi Electronics Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide, at low cost, a semiconductor device whose reliability is high by eliminating concentrated stress on a wiring terminal for the semiconductor device. CONSTITUTION:Out of wiring terminals 6a, 6b connecting semiconductor chips 1 to terminal metal fittings 9, every wiring terminal 6a arranged near the center and deformed largely when a case 8 is deformed is formed in such a way that it is given a deformation-tolerance amount which is larger than that of every wiring terminal 6b near the periphery while the length of the upper-side part is made different from that of the lower-side part of the C-bend part. Thereby, stresses in wiring-terminal soldered parts 2a, 2b due to the deformation of the case 8 are made uniform; a crack is hardly caused in the soldered parts due to the concentration of the stresses; and the high thermal reliability of the semiconductor device is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内部絶縁型の半導体モ
ジュールに係り、特に、比較的大電流容量のパッケージ
型パワー半導体モジュールに好適な半導体装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal insulation type semiconductor module, and more particularly to a semiconductor device suitable for a package type power semiconductor module having a relatively large current capacity.

【0002】[0002]

【従来の技術】複数の半導体チップを内蔵してパッケー
ジ化した半導体モジュールは、民生用から産業用にまで
幅広く使用されており、このため、かなりの大容量で、
しかもかなり悪い熱的環境においても充分に高い信頼性
が要求されることも多い。
2. Description of the Related Art A semiconductor module in which a plurality of semiconductor chips are built in and packaged is widely used for consumer use to industrial use.
Moreover, it is often required to have sufficiently high reliability even in a fairly bad thermal environment.

【0003】そこで、このような要望に応え得る半導体
モジュール形式の一例として、容器で封止された支持基
板面に絶縁板を介して積層配置した半導体チップと、上
記容器の上記支持基板面に対してほぼ平行になった平面
部に配置した端子金具とを備え、上記容器内での上記半
導体チップと上記端子金具の間での電気的接続を、複数
個の配線端子を介して行なうようにした半導体装置が知
られており、これによれば、半導体チップが比較的薄い
絶縁板を介しだけで、ヒートシンクを兼ねた支持基板に
接合されるので、内部絶縁型でありながら効率的な冷却
が可能になり、配線端子が絶縁板上の導体層に直接半田
付けすることができることと相俟って、高い信頼性のも
とで、容易に大電流に対応できることにになり、大電
流、高耐圧で、且つ、スイッチング周波数の高いパワー
半導体モジュール、特に半導体素子としてIGBT(絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を用いたパワー半
導体モジュールなどに広く採用されている。
Therefore, as an example of a semiconductor module type capable of meeting such a demand, a semiconductor chip laminated on a supporting substrate surface sealed by a container with an insulating plate interposed between the supporting substrate surface and the supporting substrate surface of the container. And a terminal fitting arranged in a substantially parallel flat portion, and electrical connection between the semiconductor chip and the terminal fitting in the container is performed through a plurality of wiring terminals. A semiconductor device is known. According to this, a semiconductor chip is bonded to a supporting substrate that also functions as a heat sink only through a relatively thin insulating plate, so that it is possible to perform efficient cooling even though it is an internal insulation type. In addition to the fact that the wiring terminals can be directly soldered to the conductor layer on the insulating plate, it becomes possible to easily handle large currents with high reliability. And High power semiconductor module of the switching frequency, in particular widely used such as a power semiconductor module using IGBT (insulated gate bipolar transistor) as a semiconductor element.

【0004】そこで、このようなパワー半導体モジュー
ルの従来技術による半導体装置の一例について、図8
(a)、(b)により説明する。なお、図8(a)は側断面を示
したもので、同図(b)は内部平面を示したものである。
そして、これらの図において、1は半導体チップ(半導
体素子)、2は導体層、3は絶縁板、4は金属層、5は
支持基板、6は配線端子、7はボンディングワイヤ、8
はケース、8aはケースの側板部、9は外部導線接続用
端子金具、そして10は封止材である。
Therefore, an example of a conventional semiconductor device of such a power semiconductor module is shown in FIG.
This will be described with reference to (a) and (b). Note that FIG. 8A shows a side cross section, and FIG. 8B shows an internal plane.
In these drawings, 1 is a semiconductor chip (semiconductor element), 2 is a conductor layer, 3 is an insulating plate, 4 is a metal layer, 5 is a support substrate, 6 is a wiring terminal, 7 is a bonding wire, and 8
Is a case, 8a is a side plate portion of the case, 9 is a terminal fitting for connecting an external conductor, and 10 is a sealing material.

【0005】絶縁板3は、アルミナなどの絶縁材で作ら
れ、その一方の面(上面)には、図8(a)に示されている
ように配線パターンが形成された導体層2が、そして、
他方の面(下面)には、半田などのろう材による接合を可
能にするための金属層4が、それぞれ設けられている。
The insulating plate 3 is made of an insulating material such as alumina, and has a conductor layer 2 having a wiring pattern formed on one surface (upper surface) thereof as shown in FIG. 8 (a). And
The other surface (lower surface) is provided with a metal layer 4 for enabling bonding with a brazing material such as solder.

【0006】そして、複数個のIGBTなどの半導体チ
ップ1は、それぞれの絶縁板3の導体層2に形成されて
いる配線パターンの所定の部分に半田などによりろう付
けされ、さらに金属層4が支持基板5にろう付けされる
ことにより、支持基板5に積層される。そして、これら
の半導体チップ1は、さらにAl(アルミニウム)線など
のボンディングワイヤ7により、配線パターンの所定の
部分に対して配線が施されている。
A plurality of semiconductor chips 1 such as IGBTs are brazed to predetermined portions of the wiring pattern formed on the conductor layer 2 of each insulating plate 3 by soldering, and the metal layer 4 is further supported. It is laminated on the support substrate 5 by being brazed to the substrate 5. Then, these semiconductor chips 1 are further wired to predetermined portions of the wiring pattern by bonding wires 7 such as Al (aluminum) wires.

【0007】支持基板5は、半導体チップ1で発生した
熱を放散させるためのヒートシンクを兼ねており、この
ため、熱伝導の良いCu(銅)材やCu合金材などで作られ
ている。そして、この支持基板5は、実装状態では所定
の冷却フィンに取付けられ、放熱が図られるるようにな
っているのが一般的であるが、支持基板5自体にフィン
が形成してあり、冷却フィンを兼ねるように構成されて
いることもある。
The support substrate 5 also functions as a heat sink for dissipating the heat generated in the semiconductor chip 1. Therefore, the support substrate 5 is made of a Cu (copper) material or a Cu alloy material having good heat conductivity. The supporting substrate 5 is generally attached to a predetermined cooling fin in a mounted state to radiate heat. However, the supporting substrate 5 itself has fins and is cooled. It may be configured to double as a fin.

【0008】配線端子6は、導体層2に形成されている
配線パターンの所定の部分を、ケース8の表面(上面)に
設けてあるそれぞれの外部導線接続用端子金具9に接続
するもので、このため、図8(a)に示されているよう
に、アルファベットのCの字形をしたCベンドと呼ばれ
る折り曲げ部分を有し、接続後、配線端子半田付部2c
に加わる応力が、このCベンド部分で緩和されるように
してある。
The wiring terminal 6 connects a predetermined portion of the wiring pattern formed on the conductor layer 2 to each external lead wire connection terminal fitting 9 provided on the surface (upper surface) of the case 8. For this reason, as shown in FIG. 8 (a), there is a bent portion called a C bend in the shape of the letter C, and after connection, the wiring terminal soldering portion 2c
The stress applied to the C bend is relaxed at the C bend portion.

【0009】ケース8は、半導体装置の容器を構成する
もので、所定のプラスチックなどの絶縁材により、側板
部8aを有する底の無い箱型に作られており、支持基板
5に接着することにより内部が封止されるようになって
いる。そして、このとき、ケース8の内部には、シリコ
ンゲルなどの封止材10が充填され、半導体チップ1を
含む内部素子をコーティングすると共に、湿気などが内
部に侵入するのを防止できるようにしている。
The case 8 constitutes a container of a semiconductor device, and is made of a predetermined insulating material such as plastic into a bottomless box shape having a side plate portion 8a. The inside is sealed. At this time, the inside of the case 8 is filled with a sealing material 10 such as silicon gel to coat the internal elements including the semiconductor chip 1 and prevent moisture and the like from entering the inside. There is.

【0010】なお、このような半導体装置では、図8
(b)に示されているように、その平面形状が長方形に作
られているのが一般的であり、従って、図示のように、
支持基板5の各辺e、fはそれぞれ異なる寸法になり、
e>fとなっている。
In such a semiconductor device, as shown in FIG.
As shown in (b), the plane shape is generally made rectangular, and as shown in the figure,
The sides e and f of the support substrate 5 have different dimensions,
e> f.

【0011】なお、この種の技術に関連する公知例とし
ては、特開平4−316353号公報を挙げることがで
きる。
As a publicly known example related to this type of technique, there is JP-A-4-316353.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術は、温度
変化などに伴うケースの変形について配慮がされておら
ず、このため、以下に説明するように、配線端子の接続
部での信頼性の保持の点で問題があった。
The above-mentioned prior art does not take into consideration the deformation of the case due to temperature changes and the like. Therefore, as will be described below, the reliability of the connection portion of the wiring terminals is improved. There was a problem with retention.

【0013】すなわち、このような半導体装置では、そ
の動作と停止に伴なって半導体装置自体に現われる温度
変化や、熱的に過酷な使用環境のもとで外部からが与え
られる温度変化などにより、半導体装置内部に充填され
ている封止材の膨張、収縮が繰り返され、これによるケ
ースの変形によって各配線端子の半田付部に繰り返し応
力が加わり、応力集中を受けた配線端子の半田付部は破
断に至ってしまう虞れがあり、従って、半導体装置内各
部での封止材の変形量、及び配置位置の違いによる各配
線端子の半田付部に発生する応力について考慮する必要
がある。
That is, in such a semiconductor device, due to temperature change appearing in the semiconductor device itself due to its operation and stop, temperature change given from the outside under a thermally harsh operating environment, and the like, The expansion and contraction of the encapsulant filled inside the semiconductor device is repeated, and the deformation of the case due to this repeatedly applies stress to the soldered parts of each wiring terminal, and the soldered parts of the wiring terminals that receive stress concentration are There is a risk of fracture. Therefore, it is necessary to consider the amount of deformation of the sealing material in each part of the semiconductor device and the stress generated in the soldered part of each wiring terminal due to the difference in arrangement position.

【0014】一方、このような複数の半導体チップを備
えた半導体装置では、それに対応して絶縁板も複数個存
在し、それぞれの絶縁板から配線端子を取り出さなけれ
ばならないことから、内部に存在する各配線端子は、半
導体装置内の様々な位置に配置されている。この結果、
半導体装置内の中央部付近に配置された配線端子の半田
付部には、封止材の熱変形による応力が集中し、断線に
至る確率が高い。
On the other hand, in a semiconductor device having such a plurality of semiconductor chips, there are a plurality of insulating plates corresponding to them, and the wiring terminals must be taken out from each insulating plate, so that they are present inside. The wiring terminals are arranged at various positions in the semiconductor device. As a result,
The stress due to the thermal deformation of the encapsulant is concentrated on the soldered portions of the wiring terminals arranged near the center of the semiconductor device, and the probability of disconnection is high.

【0015】他方、年々大容量化と、スイッチング周波
数の高周波化に対する要求が高まっているパワー半導体
モジュール(特にIGBTモジュール)では、その配線抵
抗による電位降下の問題から、配線端子の断面積大きく
する必要があるが、断面積を大きくすると、さらに応力
が増大してしまう。
On the other hand, in a power semiconductor module (especially IGBT module), which has been required to have a large capacity and a high switching frequency year after year, it is necessary to increase the cross-sectional area of the wiring terminal due to the potential drop caused by the wiring resistance. However, increasing the cross-sectional area further increases the stress.

【0016】そのため、半導体装置内の全部の配線端子
の応力を低減するには限界があり、半導体装置内におけ
る各配線端子の半田付部に発生する応力の均一化が、熱
的環境における信頼性を確保する上で重要になってい
る。
Therefore, there is a limit to reducing the stress of all the wiring terminals in the semiconductor device, and the uniform stress generated in the soldered portion of each wiring terminal in the semiconductor device is reliable in the thermal environment. Has become important in securing.

【0017】ここで、温度変化による半導体装置の変形
について、図9(a)と、図9(b)により説明する。なお、
図9(a)は横断面で、図9(b)は縦断面である。温度が上
昇して、ケース8内に充填してある封止材10が膨張す
ると、ケース8が変形し、各配線端子6の上端(端子金
具9に接続された方の端部)は上方に引き上げられ、こ
の結果、配線端子6の半田付部2cに応力が発生する。
Here, the deformation of the semiconductor device due to temperature change will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b). In addition,
9 (a) is a horizontal cross section, and FIG. 9 (b) is a vertical cross section. When the temperature rises and the sealing material 10 filled in the case 8 expands, the case 8 deforms, and the upper ends of the wiring terminals 6 (the ends connected to the terminal fittings 9) move upward. As a result, the soldering portion 2c of the wiring terminal 6 is stressed.

【0018】このときのケース8の変形は、側板部8a
があるため、図示のように、ケース8の表面(上面)の中
央部での変形量が大きくなり、この部分がわん曲した形
になる。従って、ケース8内の中央付近に配置された配
線端子6の変形量は、周辺付近に配置された配線端子5
cの変形量に比して大きくなり、その半田付部2cに高
い値の応力が加えられてしまう。
At this time, the case 8 is deformed by the side plate portion 8a.
Therefore, as shown in the figure, the deformation amount in the central portion of the surface (upper surface) of the case 8 becomes large, and this portion becomes curved. Therefore, the deformation amount of the wiring terminal 6 arranged near the center of the case 8 is equal to that of the wiring terminal 5 arranged near the periphery.
It becomes larger than the deformation amount of c, and a high value of stress is applied to the soldered portion 2c.

【0019】このときの変形量の計算による一例を示す
と、ケース8の内部の寸法を、高さ10mm、縦110
mm、横60mmとし、これを−40℃から+150℃
まで温度変化させたとき、中央付近に配置された配線端
子は上方に0.082mmとなり、周辺に配置された配
線端子では上方に0.073mmとなり、周辺での値に
対して中央付近の値は約13%増となる。
An example of calculation of the amount of deformation at this time is as follows. The internal dimensions of the case 8 are 10 mm in height and 110 in length.
mm, width 60 mm, and this is from -40 ℃ to +150 ℃
When the temperature is changed to, the wiring terminals arranged near the center become 0.082 mm upward, and the wiring terminals arranged at the periphery become 0.073 mm upward. About 13% increase.

【0020】しかして、従来技術では、このような点に
ついての配慮がされておらず、同一形状の配線端子が配
置してあるので、ケース内の中央付近に配置された配線
端子の半田付部に応力が集中し、温度変化の繰返しによ
り早期亀裂が発生して破断に至る虞れがあり、信頼性の
保持が困難になっているのである。
However, in the prior art, no consideration is given to such a point, and since the wiring terminals having the same shape are arranged, the soldered portion of the wiring terminals arranged near the center of the case is arranged. Stress concentrates on the surface of the steel, and there is a risk of premature cracking due to repeated temperature changes, leading to rupture, making it difficult to maintain reliability.

【0021】本発明の目的は、半導体装置の配線端子で
の応力集中の懸念を無くし、信頼性の高い半導体装置を
ローコストで提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the concern of stress concentration at the wiring terminals of a semiconductor device and provide a highly reliable semiconductor device at low cost.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明の一によれば、上
記目的は、変形適応量を異にした配線端子を用い、大き
な変形量を受ける部分には変形適応量が大きな配線端子
を配置することにより達成される。具体的には、上記目
的は、変形量が大きい中央付近に配置される配線端子の
Cベンド部の長さを、周辺付近に配置される配線端子の
Cベンド部の長さよりも長くすることにより達成され、
或いは、変形量が大きい中央付近に配置される配線端子
では、Cベンド部の上部と下部の長さの内、一方の長さ
が長くなるようにして達成される。
According to one aspect of the present invention, the above object is to use wiring terminals having different deformation adaptation amounts, and to arrange a wiring terminal having a large deformation adaptation amount in a portion which receives a large deformation amount. It is achieved by Specifically, the purpose is to make the length of the C-bend portion of the wiring terminal arranged near the center where the amount of deformation is large larger than the length of the C-bend portion of the wiring terminal arranged near the periphery. Achieved,
Alternatively, in the wiring terminal arranged near the center where the deformation amount is large, one of the lengths of the upper portion and the lower portion of the C-bend portion is made longer.

【0023】同じく、本発明の他の一によれば、上記目
的は、各配線端子に対する半田付部の面積を変え、変形
量が大きい中央付近に配置される配線端子に対する半田
付部が、周辺に配置される配線端子に対する半田付部よ
りも広い面積にされるようにして達成される。
According to another aspect of the present invention, the object is to change the area of the soldering portion for each wiring terminal so that the soldering portion for the wiring terminal arranged near the center where the deformation amount is large is This is achieved by making the area larger than the soldered portion for the wiring terminal arranged at.

【0024】[0024]

【作用】まず、本発明の一によれば、ケースの変形量の
程度に応じて、変形適応量が異なる配線端子が配置さ
れ、この結果、各配線端子の半田付部に発生する応力が
均一化されるので、特定の配線端子への応力集中による
破断の虞れがなくなり、充分に高い信頼性を得ることが
できる。
According to one aspect of the present invention, the wiring terminals having different deformation adaptation amounts are arranged according to the degree of deformation of the case, and as a result, the stress generated in the soldered portion of each wiring terminal is uniform. As a result, the risk of breakage due to stress concentration on specific wiring terminals is eliminated, and sufficiently high reliability can be obtained.

【0025】また、本発明の他の一によれば、ケースの
変形により大きな応力が与えられてしまう中央付近に配
置される配線端子に対しては、予め、広い接合面積を有
する半田付部が対応されるようになり、この結果、半田
付部での単位面積当りに受ける応力が均一化されるの
で、特定の配線端子への応力集中による破断の虞れがな
くなり、充分に高い信頼性を得ることができる。
According to another aspect of the present invention, a soldering portion having a wide joint area is previously provided for a wiring terminal arranged near the center where a large stress is applied by the deformation of the case. As a result, the stress received per unit area at the soldered part is made uniform, so there is no risk of breakage due to stress concentration on specific wiring terminals, and sufficiently high reliability is achieved. Obtainable.

【0026】また、これらの結果、配線端子接合用半田
層での早期亀裂発生が防止でき、半導体装置の長寿命化
が可能となる。
Further, as a result of these, it is possible to prevent the occurrence of early cracks in the solder layer for connecting wiring terminals, and to extend the life of the semiconductor device.

【0027】[0027]

【実施例】以下、本発明による半導体装置について、図
示の幾つかの実施例により詳細に説明する。まず、図1
は本発明の第一の実施例で、本発明を、例えばインバー
タ装置用のパワー半導体モジュールとして実施したもの
である。この図1の実施例において、6aは内部の中央
付近に配置されている配線端子で、6bは周辺付近に配
置されている配線端子であり、また、2aは中央付近に
配置されている配線端子6aが接合される半田付部で、
2bは周辺付近に配置されている配線端子6bが接合さ
れる半田付部であり、その他の構成は、図8に示した従
来技術と同じである。なお、この実施例でも、図1(a)
は側断面を、そして同図(b)は内部平面を、それぞれ示
したものである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to some embodiments shown in the drawings. First, Fig. 1
Is a first embodiment of the present invention, in which the present invention is implemented as a power semiconductor module for an inverter device, for example. In the embodiment of FIG. 1, 6a is a wiring terminal arranged near the center of the inside, 6b is a wiring terminal arranged near the periphery, and 2a is a wiring terminal arranged near the center. 6a is a soldering part to which is joined,
Reference numeral 2b is a soldering portion to which the wiring terminals 6b arranged in the vicinity of the periphery are joined, and other configurations are the same as those of the conventional technique shown in FIG. In addition, also in this embodiment, FIG.
Shows a lateral cross section, and FIG. 6 (b) shows an internal plane.

【0028】配線端子6a、6bは、いずれも従来技術
と同様に、それぞれCベンド部を有しているが、しか
し、この実施例では、図1(a)に明瞭に示してあるよう
に、中央付近に配置されている配線端子6aでは、その
Cベンド部の上側部分と下側部分の長さが変えてあり、
図示のように、上側部分の方が長くしてある。また、こ
の結果、配線端子6aの接続導電路全体の部分の長さ
は、周辺付近に配置されている配線端子6bの長さの約
1.1倍の長さになっている。
Each of the wiring terminals 6a and 6b has a C-bend as in the prior art. However, in this embodiment, as clearly shown in FIG. 1 (a), In the wiring terminal 6a arranged near the center, the lengths of the upper portion and the lower portion of the C bend portion are changed,
As shown, the upper portion is longer. As a result, the length of the entire connection conductive path of the wiring terminal 6a is about 1.1 times the length of the wiring terminal 6b arranged near the periphery.

【0029】さらに、この実施例では、図1(b)に明瞭
に示してあるように、半田付部2a、2bの面積が変え
てあり、中央付近に配置されている配線端子6aに対す
る半田付部2aの面積の方が、周辺付近に配置されてい
る配線端子6bに対する半田付部2bの面積よりも広く
作られている。
Further, in this embodiment, as clearly shown in FIG. 1B, the areas of the soldering portions 2a and 2b are changed, and the soldering to the wiring terminal 6a arranged near the center is performed. The area of the portion 2a is made larger than the area of the soldering portion 2b for the wiring terminals 6b arranged in the vicinity of the periphery.

【0030】次に、この実施例において、配線端子のC
ベンド部の上側部分の長さを変えた理由について、以下
に説明する。まず、図2は、配線端子6a、6bの詳細
を示したものであるが、以下、これを半田付部に発生す
る応力についての解析モデルとし、Cベンド長さがLの
配線端子の下端部を固定し、最上部を強制変位させたと
きに半田付部に発生する応力について評価することにす
る。なお、このとき、配線端子のCベンド部の幅Wを
1.0mm、厚みTは1.2mmであり、変形量は弾性変
形領域内にとどまっているものと仮定して解析した。
Next, in this embodiment, the wiring terminal C
The reason for changing the length of the upper portion of the bend portion will be described below. First, FIG. 2 shows the details of the wiring terminals 6a and 6b. Hereinafter, this will be used as an analytical model for the stress generated in the soldered portion, and the lower end portion of the wiring terminal having a C bend length of L will be described. Will be fixed and the stress generated in the soldered portion when the uppermost portion is forcibly displaced will be evaluated. At this time, the width W of the C-bend portion of the wiring terminal was 1.0 mm, the thickness T was 1.2 mm, and the amount of deformation was assumed to remain within the elastic deformation region.

【0031】図3は、この解析によって得られた配線端
子半田付部に発生する応力σと、Cベンド長さLの関係
を示したもので、同一変位量では、Lが小となる程、半
田付部に発生する応力σが大となり、また、Cベンド長
さLが変らないとすると、変位量が大きくなる程、応力
σ大きくなることが判る。
FIG. 3 shows the relationship between the stress σ generated in the wiring terminal soldered portion obtained by this analysis and the C-bend length L. Assuming that the stress σ generated in the soldered portion is large and the C-bend length L is unchanged, the stress σ increases as the displacement amount increases.

【0032】従って、配線端子6a、及び配線端子6b
として、Cベンド長さLが同一長さの配線端子を用いた
とすると、ケース8の変形量に応じて配線端子6aの半
田付部では1.13σの応力が発生するのに対して、配
線端子6bの半田付部では、σの応力が発生するだけに
留まる。。
Therefore, the wiring terminal 6a and the wiring terminal 6b
Assuming that the wiring terminals having the same C-bend length L are used, a stress of 1.13σ is generated in the soldered portion of the wiring terminal 6a depending on the deformation amount of the case 8, whereas the wiring terminal is At the soldered portion 6b, only a stress of σ is generated. .

【0033】そこで、図1の実施例において、中央付近
の配線端子6aとして、そのCベンド長さLを10%増
やした応力緩和形状を持つ配線端子を採用することによ
り、半田付部2aに発生する応力を13%減少させるこ
とができ、この結果、ケース8の変形量が異なる位置に
配置された各配線端子の半田付部に発生する応力が均一
化されることになり、熱的信頼性の高い半導体装置を得
ることができる。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, a wiring terminal having a stress relaxation shape in which the C-bend length L thereof is increased by 10% is adopted as the wiring terminal 6a near the center. The resulting stress can be reduced by 13%, and as a result, the stress generated in the soldered portions of the wiring terminals arranged at the positions where the deformation amounts of the case 8 are different can be made uniform, and the thermal reliability can be improved. It is possible to obtain a semiconductor device with high efficiency.

【0034】また、この結果、特定の配線端子の半田付
部の半田層にだけ亀裂が発生して半導体装置の寿命が左
右されてしまう虞れがなくなり、この点でも熱的信頼性
の高い半導体装置を得ることができる。
As a result, there is no possibility that a crack will occur only in the solder layer of the soldering portion of the specific wiring terminal and the life of the semiconductor device will be affected. In this respect as well, a semiconductor with high thermal reliability is obtained. The device can be obtained.

【0035】次に、配線端子の幅Wと、配線端子半田付
部に発生する応力σの関係を図4に示す。この図4は、
ケース8の変形量、つまり配線端子上端部の変位量と、
Cベンド長さLを一定にしたままで、配線端子幅Wだけ
を変化させたとき、配線端子の半田付部に発生する応力
σの大きさを示したもので、配線端子の幅Wを3Wとし
た場合、配線端子半田付部に発生する応力は1.2σに
もなり、配線端子幅Wが増えると配線端子半田付部に発
生する応力も増加することが判る。
Next, FIG. 4 shows the relationship between the width W of the wiring terminal and the stress σ generated in the wiring terminal soldering portion. This Figure 4
The deformation amount of the case 8, that is, the displacement amount of the upper end of the wiring terminal,
It shows the magnitude of the stress σ generated in the soldered portion of the wiring terminal when the wiring terminal width W is changed while the C bend length L is kept constant, and the width W of the wiring terminal is 3 W. In such a case, the stress generated in the wiring terminal soldered portion becomes 1.2σ, and it is understood that the stress generated in the wiring terminal soldered portion also increases as the wiring terminal width W increases.

【0036】従って、配線端子半田付部に発生する応力
の低減のためには、配線端子幅Wを狭くすることによっ
ても達成できるが、しかし、この場合には、配線抵抗の
増加と許容電流値の低下が懸念されるので、この方法を
半導体装置の配線端子に適用するのは好ましくない。
Therefore, in order to reduce the stress generated in the wiring terminal soldered portion, it can be achieved by narrowing the wiring terminal width W. However, in this case, the wiring resistance is increased and the allowable current value is increased. Therefore, it is not preferable to apply this method to the wiring terminals of the semiconductor device.

【0037】次に、配線端子厚みTと、配線端子半田付
部に発生する応力σの関係を図5に示す。この図5は、
ケース8の変形量とCベンド長さLは変えないで、配線
端子厚みTだけを変えた場合で、配線端子厚みTを3T
にすると、配線端子の半田付部に発生する応力は1.5
σとなり、配線端子幅Wを変えた場合と同様に、配線端
子厚みTが増えると、配線端子半田付部に発生する応力
σも増加することが判る。
FIG. 5 shows the relationship between the wiring terminal thickness T and the stress σ generated in the wiring terminal soldering portion. This Figure 5
When only the wiring terminal thickness T is changed without changing the deformation amount of the case 8 and the C bend length L, the wiring terminal thickness T is set to 3T.
The stress generated in the soldered part of the wiring terminal is 1.5
It can be seen that when the wiring terminal thickness T increases, the stress σ generated in the wiring terminal soldering portion also increases, as in the case where the wiring terminal width W is changed.

【0038】従って、配線端子半田付部に発生する応力
の低減は、この配線端子厚みTを薄くすることによって
も達成できるが、しかし、この場合でも、配線抵抗の増
加と許容電流値の低下が懸念されるので、この方法を半
導体装置の配線端子に適用することも、好ましくない。
Therefore, the stress generated in the soldered portion of the wiring terminal can be reduced by reducing the thickness T of the wiring terminal. However, even in this case, the wiring resistance increases and the allowable current value decreases. It is also unfavorable to apply this method to the wiring terminals of the semiconductor device because of concern.

【0039】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図6は、Cベンド部の上部の長さと、Cベンドの下
部の長さを変えた配線端子の一実施例で、図において、
L1はCベンド上部長さを、L2はCベンド下部長さで
あり、これらの長さの関係は、この実施例では、L1≧
L2にしてある。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows an embodiment of a wiring terminal in which the length of the upper portion of the C bend portion and the length of the lower portion of the C bend portion are changed.
L1 is the C bend upper length, and L2 is the C bend lower length. The relationship between these lengths is L1 ≧ in this embodiment.
It is set to L2.

【0040】次に、図7は、図6に示した配線端子の長
さL1を一定にしたまま長さL2を変え、長さL1と長
さL2の比を変えたときの、配線端子半田付部に発生す
る応力σの変化を示したもので、配線端子の幅Wは5m
m、配線端子の厚みTは1.2mmであり、弾性領域内
の変形であると仮定し、L1とL2の比が1:1のとき
の配線端子半田付部に発生する応力をσとしてある。そ
して、このときの応力のピークは、図6の配線端子半田
付部の前部Aに発生する。
Next, FIG. 7 shows the wiring terminal solder when the length L2 is changed while the length L1 of the wiring terminal shown in FIG. 6 is kept constant and the ratio of the length L1 to the length L2 is changed. It shows the change of stress σ generated in the attached part, and the width W of the wiring terminal is 5 m.
m, the thickness T of the wiring terminal is 1.2 mm, it is assumed that the deformation is within the elastic region, and σ is the stress generated in the wiring terminal soldered portion when the ratio of L1 and L2 is 1: 1. . Then, the peak of the stress at this time occurs in the front portion A of the wiring terminal soldering portion in FIG.

【0041】そこで、L2を短くし、L1:L2が1:
0.5にしてやると、このときの配線端子半田付部に発
生する応力は、図示のように、0.2σと、前記1:1
の場合に比べ非常に小さい値となる。そして、このと
き、応力のピークは、図6の配線端子半田付部の中央部
Bに発生していることから、この部分の半田層には亀裂
が発生しずらく、応力緩和に対しては有効であると考え
られる。
Therefore, L2 is shortened and L1: L2 is 1:
If it is set to 0.5, the stress generated in the wiring terminal soldering portion at this time is 0.2σ and 1: 1 as shown in the figure.
The value is much smaller than that of. At this time, since the peak of stress is generated in the central portion B of the wiring terminal soldering portion of FIG. 6, cracks are less likely to occur in the solder layer in this portion, and stress relaxation is less likely to occur. Considered to be effective.

【0042】次に、L2を更に短くし、L1:L2を
1:0.3にしたときは、逆に配線端子半田付部に発生
する応力が1.4σとなってしまい、L1:L2が1:
1の場合に比べ応力値が大きくなり、応力のピークも図
6の配線端子半田付部の後部Cに発生していることか
ら、半田亀裂の要因となることが懸念され、従って、こ
の場合は、応力緩和に対しては有効ではないと考えられ
る。
Next, when L2 is further shortened and L1: L2 is set to 1: 0.3, on the contrary, the stress generated in the soldered portion of the wiring terminal becomes 1.4σ, and L1: L2 becomes 1:
Since the stress value is larger than in the case of 1, and the stress peak also occurs in the rear portion C of the wiring terminal soldering portion in FIG. 6, it is feared that it may cause a solder crack. Therefore, in this case, , It is considered that it is not effective for stress relaxation.

【0043】次に、配線端子におけるCベンド上部長さ
L1を固定し、Cベンド下部長さL2を変化させたとき
の配線端子変形メカニズムについて、以下、さらに詳し
く説明する。図6の配線端子の最上部を上方に強制的に
変位させたとき、まず、L1:L2が1:1の場合は、
その変形量はCベンド上部、Cベンド下部、及びCベン
ド屈折部Dで分担して吸収される。そして、このときで
のCベンド下部の変形は半田付部にも影響し、半田付部
の後部Cが支点となり、半田付部の前部Aを持ち上げ
る。従って、応力のピークは半田付部の前部Aに発生す
る。
Next, the wiring terminal deformation mechanism when the C bend upper length L1 of the wiring terminal is fixed and the C bend lower length L2 is changed will be described in more detail below. When the uppermost part of the wiring terminals in FIG. 6 is forcibly displaced upward, first, when L1: L2 is 1: 1,
The amount of deformation is shared and absorbed by the C bend upper part, the C bend lower part, and the C bend bending part D. The deformation of the lower portion of the C bend at this time also affects the soldered portion, and the rear portion C of the soldered portion serves as a fulcrum to lift the front portion A of the soldered portion. Therefore, the peak of stress occurs in the front part A of the soldered part.

【0044】次に、L1:L2が1:0.5の場合は、
L2がL1の約1/2と短くなり、L1に比べ剛性が高
くなったことにより、Cベンド下部の変形は微小なもの
となる。そして、その変形量は、Cベンド上部、及びC
ベンド屈折部Dで分担し吸収される。このように、Cベ
ンド下部の変形が微小なものとなった結果、半田付部に
はほぼ均一な応力が発生し、一応、半田付部の中央部B
に応力のピークが発生するものの、非常に小さいピーク
となる。
Next, when L1: L2 is 1: 0.5,
Since L2 is as short as about 1/2 of L1, and the rigidity is higher than that of L1, the deformation of the lower portion of the C bend is minute. And the amount of deformation is C bend upper part, and C
The bend bending portion D shares and is absorbed. As described above, as a result of the deformation of the lower part of the C bend becoming minute, almost uniform stress is generated in the soldering portion, and the center portion B of the soldering portion
Although a peak of stress is generated at, it becomes a very small peak.

【0045】また、L1:L2が1:0.3の場合に
は、Cベンド下部長さL2はL1の約1/3と短くなる
ので、L1:L2が1:0.5の場合に比して、応力の
作用点がさらにCベンド屈折部Dに接近するため、Cベ
ンド屈折部Dで吸収されるはずの変形が配線端子半田付
部にも影響を及ぼし、今度は半田付部の前部Aが支点と
なって半田付部の後部Cを持ち上げ、この結果、半田付
部の後部Cに応力のピークが発生する。
When L1: L2 is 1: 0.3, the C bend lower length L2 is about 1/3 of L1, which is shorter than that of L1: L2 being 1: 0.5. Since the point of action of the stress further approaches the C-bend bending portion D, the deformation that should be absorbed by the C-bending bending portion D also affects the wiring terminal soldering portion, and this time before the soldering portion. The portion A serves as a fulcrum to lift the rear portion C of the soldered portion, and as a result, a stress peak occurs in the rear portion C of the soldered portion.

【0046】以上のことから、配線端子の応力緩和に関
しては、配線端子のCベンド上部長さL1と、Cベンド
下部長さL2の長さの比L1:L2は、1:0.5が最
適であることが判る。
From the above, regarding the stress relaxation of the wiring terminal, the ratio L1: L2 of the length of the C-bend upper portion L1 and the length of the C-bend lower length L2 of the wiring terminal is optimally 1: 0.5. It turns out that

【0047】以上の結果、図1の実施例においては、中
央付近に配置されている配線端子6aとしては、L1:
L2=1:0.5の配線端子を採用し、周辺に配置され
ている配線端子6bとしては、L1:L2=1:1の配
線端子を採用した。従って、この実施例よれば、ケース
8の変形により、異なった変位量が与えられてしまう各
配線端子についても、それらの半田付部に発生する応力
は均一化されるので、熱的信頼性の高い半導体装置を得
ることができ、且つ、特定の配線端子の半田亀裂で半導
体装置の寿命が左右される虞れがなくなるので、この点
でも熱的信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
As a result of the above, in the embodiment shown in FIG. 1, the wiring terminal 6a arranged near the center is L1:
A wiring terminal of L2 = 1: 0.5 was adopted, and a wiring terminal of L1: L2 = 1: 1 was adopted as the wiring terminal 6b arranged in the periphery. Therefore, according to this embodiment, the stress generated in the soldered portions of the wiring terminals, which are given different amounts of displacement due to the deformation of the case 8, is equalized, so that the thermal reliability is improved. Since a high semiconductor device can be obtained and the life of the semiconductor device is less likely to be affected by the solder crack of a specific wiring terminal, a semiconductor device with high thermal reliability can be obtained in this respect as well.

【0048】また、この実施例では、周辺に配置されて
いる配線端子6bについては、その接続導電路全体の部
分の長さを短くすることができるので、抵抗やリアクタ
ンスが少なく抑えられ、特性の良い半導体装置を得るこ
とができる。
Further, in this embodiment, for the wiring terminals 6b arranged in the periphery, the length of the entire connecting conductive path can be shortened, so that the resistance and reactance can be suppressed to be small, and the characteristic A good semiconductor device can be obtained.

【0049】ところで、以上の実施例では、Cベンド部
の上側部分の長さを下側部分の長さよりも長くすること
により、つまり、このCベンド部からなる折り曲げ部の
形状を変えることにより、中央付近に配置されている配
線端子6aに大きな変形適応量が与えられるようにして
いるが、反対に、Cベンド部の下側部分の長さを上側部
分の長さよりも長くして、大きな変形適応量が与えられ
るようにしてもよく、或いは、Cベンド部の上側部分の
長さと下側部分の長さは同じにしたままで、このCベン
ド部全体の長さを増加させて、つまり、このCベンド部
からなる折り曲げ部の寸法を変えることにより、大きな
変形適応量が与えられるようにしても良い。
By the way, in the above embodiment, the length of the upper portion of the C bend portion is made longer than that of the lower portion, that is, the shape of the bent portion formed by the C bend portion is changed. Although a large deformation adaptation amount is given to the wiring terminal 6a arranged near the center, conversely, the length of the lower portion of the C bend portion is made longer than the length of the upper portion to cause large deformation. An adaptation amount may be provided, or the length of the upper portion and the lower portion of the C-bend portion may be kept the same and the length of the entire C-bend portion may be increased, that is, A large deformation adaptation amount may be given by changing the size of the bent portion formed of the C-bend portion.

【0050】また、このときでの寸法の変更は、Cベン
ド部からなる折り曲げ部の長さの変更に限らず、図2に
示した幅Wや、厚さTの変更によって与えられるように
しても良く、更には、配線端子の材質の変更によって与
えられるようにしてもよい。
Further, the change of the dimension at this time is not limited to the change of the length of the bent portion formed of the C-bend portion, and the change of the width W and the thickness T shown in FIG. Alternatively, it may be provided by changing the material of the wiring terminal.

【0051】次に、上記したように、この図1の実施例
では、半田付部2a、2bの面積が変えてあり、中央付
近に配置されている配線端子6aに対する半田付部2a
の面積の方が、周辺付近に配置されている配線端子6b
に対する半田付部2bの面積よりも広く作られている。
Next, as described above, in the embodiment of FIG. 1, the areas of the soldering portions 2a, 2b are changed, and the soldering portion 2a for the wiring terminal 6a arranged near the center is formed.
Area of the wiring terminal 6b located near the periphery
It is made wider than the area of the soldering portion 2b with respect to.

【0052】そして、これに対応して、各配線端子の
内、配線端子6aについては、図2に示した半田付部の
幅wと長さl(エル)が大きく作られており、この結果、
配線端子6aと半田付部2aとの接着面積w×lが広く
されている。
Correspondingly, for each wiring terminal 6a among the wiring terminals, the width w and the length l (L) of the soldering portion shown in FIG. 2 are made large, and as a result, ,
The adhesion area w × l between the wiring terminal 6a and the soldering portion 2a is widened.

【0053】従って、この実施例によれば、ケース8の
変形により影響を受けやすい配線端子と導体層2との接
合部については、その接合面積が広くされるので、この
部分での半田接着強度が増し、配線端子半田付部に発生
する応力の影響を緩和させることができ、この結果、熱
的信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
Therefore, according to this embodiment, since the joint area between the wiring terminal and the conductor layer 2 which is easily affected by the deformation of the case 8 is widened, the solder bonding strength at this portion is increased. The effect of stress generated in the wiring terminal soldered portion can be reduced, and as a result, a semiconductor device having high thermal reliability can be obtained.

【0054】また、この結果、接着面積w×lが大きく
されている配線端子6aでは、端子自体に掛る応力が大
きくなっても、接着面の単位面積当りでは、応力が変ら
ないようにできるので、変形量の異なる各配線端子の半
田接合面での応力の均一化が可能になり、更に、この点
でも充分に熱的信頼性の高い半導体装置を得ることがで
きる。
As a result, in the wiring terminal 6a having a large adhesive area w × l, even if the stress applied to the terminal itself becomes large, the stress can be prevented from changing per unit area of the adhesive surface. Further, it becomes possible to make the stress uniform on the solder joint surface of each wiring terminal having a different deformation amount, and also in this respect, a semiconductor device having sufficiently high thermal reliability can be obtained.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の故障の大
きな要因の一つである、温度変化による配線端子半田付
部での亀裂発生の確率を複数個の端子間で均一化でき、
さらに局所的な半田亀裂の発生を防止することができの
で、信頼性の高い半導体装置を容易に得ることができ
る。
According to the present invention, it is possible to make the probability of occurrence of cracks in the wiring terminal soldering portion due to temperature change, which is one of the major causes of failure of the semiconductor device, uniform among a plurality of terminals.
Furthermore, since it is possible to prevent local solder cracks from being generated, it is possible to easily obtain a highly reliable semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体装置の一実施例を示す説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明における配線端子の一実施例を示す拡大
斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing an embodiment of a wiring terminal according to the present invention.

【図3】本発明の一実施例における配線端子の折り曲げ
部の長さに対する応力の解析結果を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an analysis result of stress with respect to a length of a bent portion of a wiring terminal in an example of the present invention.

【図4】本発明の一実施例における配線端子の折り曲げ
部の幅に対する応力の解析結果を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an analysis result of stress with respect to a width of a bent portion of a wiring terminal in an example of the present invention.

【図5】本発明の一実施例における配線端子の折り曲げ
部の厚さに対する応力の解析結果を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an analysis result of stress with respect to a thickness of a bent portion of a wiring terminal in an example of the present invention.

【図6】本発明における配線端子の他の一実施例を示す
拡大平面図である。は、半導体装置の温度変化における
変形を示した側面図断面である。
FIG. 6 is an enlarged plan view showing another embodiment of the wiring terminal according to the present invention. [FIG. 6] is a side view cross-section showing deformation of a semiconductor device due to temperature change.

【図7】本発明の一実施例における配線端子の折り曲げ
部の長さの比に対する応力の解析結果を示す特性図であ
る。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an analysis result of stress with respect to a ratio of a length of a bent portion of a wiring terminal in an example of the present invention.

【図8】半導体装置の従来例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a conventional example of a semiconductor device.

【図9】半導体装置におけるケースの変形状態を示す説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a deformed state of the case of the semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体チップ(半導体素子) 2 導体層 2a、2b 半田付部 3 絶縁板 4 金属層 5 支持基板 6a 中央付近に配置された配線端子 6b 周辺付近に配置された配線端子 7 ボンディングワイヤ 8 ケース 8a ケースの側板部 9 外部導体接続用の端子金具 10 封止材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 semiconductor chip (semiconductor element) 2 conductor layers 2a, 2b soldering part 3 insulating plate 4 metal layer 5 support substrate 6a wiring terminals arranged near the center 6b wiring terminals arranged near the periphery 7 bonding wire 8 case 8a case Side plate part 9 Terminal fittings for connecting external conductors 10 Sealing material

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 容器で封止された支持基板面に絶縁板を
介して積層配置した半導体チップと、上記容器の上記支
持基板面に対してほぼ平行になった平面部に配置した端
子金具とを備え、上記容器内での上記半導体チップと上
記端子金具の間での電気的接続を、折り曲げ部を有する
複数個の配線端子を介して行なうようにした半導体装置
において、上記折り曲げ部による変形適応量を異にした
配線端子を用い、上記容器の変形により大きな変位量を
受ける部分には変形適応量が大きな配線端子を配置した
ことを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor chip laminated on a surface of a supporting substrate sealed by a container with an insulating plate interposed therebetween, and a terminal fitting arranged on a plane portion of the container substantially parallel to the surface of the supporting substrate. In the semiconductor device in which the electrical connection between the semiconductor chip and the terminal fitting in the container is made via a plurality of wiring terminals having a bent portion, the deformation adaptation by the bent portion is adapted. A semiconductor device characterized in that wiring terminals having different amounts are used, and wiring terminals having a large deformation adaptation amount are arranged in a portion which receives a large amount of displacement due to deformation of the container.
【請求項2】 請求項1の発明において、上記変形適応
量の変更が、上記折り曲げ部の形状を変更することによ
り与えられていることを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the change of the deformation adaptation amount is given by changing the shape of the bent portion.
【請求項3】 請求項1の発明において、上記変形適応
量の変更が、上記折り曲げ部の寸法を変更することによ
り与えられていることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the change of the deformation adaptation amount is given by changing the dimension of the bent portion.
【請求項4】 容器で封止された支持基板面に絶縁板を
介して積層配置した半導体チップと、上記容器の上記支
持基板面に対してほぼ平行になった平面部に配置した端
子金具とを備え、上記容器内での上記半導体チップと上
記端子金具の間での電気的接続を、複数個の配線端子を
介して行なうようにした半導体装置において、上記配線
端子の上記半導体チップ側での接合部の面積を変え、上
記容器の変形により大きな変位量を受ける部分に配置さ
れている配線端子に対する接合部の面積を、他の部分に
配置されている配線端子に対する接合部の面積よりも広
くしたことを特徴とする半導体装置。
4. A semiconductor chip laminated on a surface of a supporting substrate sealed by a container with an insulating plate interposed therebetween, and a terminal fitting arranged on a plane portion of the container substantially parallel to the supporting substrate surface. In the semiconductor device, wherein the electrical connection between the semiconductor chip and the terminal fitting in the container is performed via a plurality of wiring terminals, in the semiconductor chip side of the wiring terminals By changing the area of the joint, the area of the joint with respect to the wiring terminals arranged in a portion that receives a large displacement due to the deformation of the container is made wider than the area of the joint with respect to the wiring terminals arranged in other portions. A semiconductor device characterized by the above.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006295158A (en) * 2005-04-12 2006-10-26 Semikron Elektronik Gmbh & Co Kg Power semiconductor module having terminal element arranged by material bonding manner
WO2011149017A1 (en) * 2010-05-27 2011-12-01 京セラ株式会社 Semiconductor module substrate and semiconductor module
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