JPWO2012124209A1 - 半導体モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

半導体チップ、主回路端子（４）、制御端子（５）が固着された導電パターン付絶縁基板（２）が固着された金属放熱基板（１）上に、主回路端子（４）の表面および制御端子（５）を露出させる第１開口部（１１）を有する樹脂ケース（８）を固着し、樹脂ケース（８）を構成する側壁に形成された第２開口部（１１）に、主回路端子（４）および制御端子（５）を固定するナット（２２）が埋め込まれた樹脂体（７）を挿着し、樹脂ケース（８）内に樹脂材（９）を充填した半導体モジュール（１００）において、第１開口部（１１）の側壁（１８）を表面側が狭くなるようなテーパー状とし、当該テーパー状の側壁と接するテーパー状の接触部（１９）を制御端子（５）に設け、ナット（２２）が埋め込まれた樹脂体（７）で独立端子である片梁構造の制御端子（５）を固定することにより、制御端子（５）の表面高さ（１７）を高精度に揃えることができるようにした。

Description

この発明は、半導体モジュールおよびその製造方法に関し、特に、複数の制御端子の表面高さを高精度に揃えることができる半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
近年、半導体モジュールの実装において高密度化が進んでおり、またパッケージの外部導出端子を実装する際の導電パターン付絶縁基板との接合強度、接合の信頼性および端子の取り付け精度などの向上が求められる。これらの半導体モジュールは放熱用金属基板上へ導電パターン付絶縁基板を実装し、その基板上へ半導体素子（半導体チップ）および回路を構成するための外部導出端子を搭載した構造となっている。
また、低コスト化を図るために、外部導出端子である主回路端子（以下、単に主端子と称す）および制御端子を樹脂ケースにインサート固定しない独立端子（アウトサート固定）にした構成の半導体モジュールが開発されている。
前記の制御端子には、ゲート信号を入力するゲート端子、保護・検出信号を入出力する保護・検出端子および主回路電流を流す主端子に接続するエミッタ補助端子やコレクタ補助端子などが含まれる。
図１５は、独立端子を有する従来の半導体モジュールの模式図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）を矢印Ｐ方向から見た要部側断面図である。図１５において、この半導体モジュール５００は、放熱用金属基板５１と、この放熱用金属基板５１に半田付けされる導電パターン付絶縁基板５２と、この導電パターン付絶縁基板５２に半田５３で固着される独立端子である主端子５４、制御端子５５および図示しない半導体チップと、主端子５４に外部配線を接続する金属製ナットが埋め込まれた樹脂体５６（通称、ナットグローブと称し、以下、単に樹脂体と称す）と、この樹脂体５６を固定する樹脂ケース５８と、樹脂ケース５８内を充填するゲル５９で構成される。
制御端子５５の一端は半田５３で固定され、他端は樹脂ケース５８に形成した開口部６１から突き出している。この制御端子５５は直線状の独立端子であり、外部配線６２との接続はソケット６３などを用いて行なう。図中の符号の６０は主端子５４が露出する開口部である。
図１６は、導電パターン付絶縁基板に半田付けされた主端子の下側に樹脂体を配置した構成図である。図１６において、主端子５４は両梁構造の独立端子であり、両足部６４が半田５３で導電パターン付絶縁基板５２に固定される。また、図示しない外部配線と主端子５４の接続は樹脂体５６に埋め込まれたナット６５に図示しないボルトを装着することで行なう。
特許文献１には、主端子および制御端子を含む各端子フレームを樹脂ケースと一体にインサート形成し、金属ベース板に搭載した回路組立体と半田付けして組立てた半導体装置において、各端子フレームごとに、該端子フレームを樹脂ケースのモールド金型内にセットした状態で所定のインサート位置に保持する位置決めサポート手段として、端子フレームに肩部および脚部および穴開き保持片を設け、端子フレームをモールド金型内にセットした状態で、前記肩部と脚部を金型の上型と下型との間に挟持し、保持片に金型のインサートピンを係止して端子フレームを所定のインサート位置に保持するようにした技術が記載されている。これによって、端子一体形の樹脂ケースを成形する際に、端子フレームを金型内にセットした状態で安定保持し、各端子の位置精度向上を図ることが記載されている。
また、特許文献２には、両端が開口した筒状の形状をなすケースとその上端部に設けられて内側面に突出した突起部とを有し、導電パターン付絶縁基板の上主面に搭載された半導体チップ等の回路部品と外部の装置とを電気的に接続する板状端子がその上部に「コの字」型の嵌合屈曲部を有し、この嵌合屈曲部がケースの突起部に内側面から嵌合することによって板状端子がケースに取り付けられているようにした技術が記載されている。
特許文献２の技術における板状端子は、ネジによってケースに固定されるとともに、ケースの突起部の底面に設けられた小突起であるストッパによって回動が規制される。特許文献２における板状端子は嵌合によってケースに取り付けられるので、単体の状態で所定の形状への加工が可能となる。これにより、特許文献２の技術によれば、加工精度が高く、かつ装置の製造を容易にすることができるので、板状端子の加工精度を向上させ、しかも装置の製造工数を低減することができることが記載されている。
特開平９−３２１２１７号公報 特開平７−６６３４０号公報
図１５に示した独立端子の主端子５４および制御端子５５を有する半導体モジュール５００において、制御回路を形成したプリント基板を制御端子５５上に配置する用途がある。この用途に応えるためには、制御端子５５上にプリント基板を載置できるように、制御端子５５の表面構造を平坦面に変える必要がある。また、組立にロボットが使えるように、各制御端５５の表面の高さを高精度に揃えることが要求される。また、半導体モジュール５００の低コスト化のために制御端子５５はインサート構造でなく独立端子構造にする必要がある。
しかしながら、これらの要求に応えるのが本発明の半導体装置であるにもかかわらず、前記の特許文献１、２では、独立端子である制御端子の表面高さを高精度に揃えることについて考慮されていないという問題があった。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、独立端子である制御端子の表面高さを高精度に揃えることができる半導体モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる半導体モジュールは、金属放熱基板と、前記金属放熱基板上に固着される導電パターン付絶縁基板と、前記導電パターン付絶縁基板上に固着される半導体チップと、前記導電パターン付絶縁基板上に半田で固着される主回路端子および制御端子と前記主回路端子の表面および前記制御端子の表面の少なくとも一方をそれぞれ露出させる第１開口部を有し、前記金属放熱基板に固着する樹脂ケースと、前記樹脂ケースを構成する側壁に形成された第２開口部に挿着され、前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方を固定するナットが埋め込まれた樹脂体と、前記樹脂ケース内に充填される樹脂材と、を具備し、前記第１開口部は、前記表面側が狭くなるようなテーパー状の側壁を有し、前記制御端子は、前記第１開口部から露出した状態において当該第１開口部のテーパー状の側壁と接するテーパー状の接触部を有することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体モジュールは、上記の発明において、前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体の表面であって当該樹脂体に埋め込まれた前記ナットの開口部よりも外周側に設けられ、前記制御端子の下に挿着された状態における上方に突出する微小突起を備えることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体モジュールは、上記の発明において、前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体における下側であって当該樹脂体の前記第２開口部に対する挿着方向における先頭側に向かって突出する突出部を備えることを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体モジュールの製造方法は、金属放熱基板と導電パターン付絶縁基板、導電パターン付絶縁基板と半導体チップを水素雰囲気の半田付け炉で半田付けする工程と、前記導電パターン付絶縁基板に主回路端子および制御端子を所定の組立治具を用いて半田付けする工程と、前記主回路端子および前記制御端子が半田付けされた導電パターン付絶縁基板に、上方に向けて開口する第１開口部から前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方の上部が露出するように樹脂ケースを上から被せ、当該樹脂ケースの側壁の下側周囲を前記金属放熱基板に固着する工程と、それぞれナットが埋め込まれた樹脂体を前記第２開口部から前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方の下に挿着することにより当該樹脂体を前記樹脂ケース内部に形成された梁に載置し、当該樹脂体を介して前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方を固定する工程と、を含むことを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記第１開口部は、前記表面側が狭くなるようなテーパー状の側壁を有し、前記制御端子は、前記固着する工程において前記導電パターン付絶縁基板に前記樹脂ケースを上から被せることにより前記第１開口部から露出した状態において、前記第１開口部のテーパー状の側壁と接するテーパー状の接触部を有することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体の表面であって当該樹脂体に埋め込まれた前記ナットの開口部よりも外周側に設けられ、前記制御端子の下に挿着された状態における上方に突出する微小突起を備え、前記固定する工程は、前記樹脂体が、前記制御端子の下に挿着された状態において前記微小突起を当該制御端子に当接させることにより当該制御端子を固定することを特徴とする。
また、この発明にかかる半導体モジュールの製造方法は、上記の発明において、前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体における下側であって当該樹脂体の前記第２開口部に対する挿着方向における先頭側に向かって突出する突出部を備えることを特徴とする。
この発明によれば、ナットが埋め込まれた樹脂体で独立端子である片梁構造の制御端子を固定することにより、端子の表面高さを高精度に揃えることができる。
また、この発明によれば、前記の樹脂体の表面に微小な突起を付けることで、端子の表面高さをさらに高精度に揃えることができる。
図１は、この発明の実施の形態１の半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見た要部側断面図である。 図２は、図１に示す樹脂ケースの構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）はＸ−Ｘ線で切断した要部断面図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｂ方向から見た要部側面図である。 図３は、図１に示す導電パターン付絶縁基板に主端子と制御端子を半田付けした構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｃ方向から見た要部側断面図である。 図４は、図３に示す制御端子の構成図であり、（ａ）は図３の矢印Ｄから見た図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｅ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｆから見た図である。 図５は、図１に示す樹脂体（通称ナットグローブ）の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｇ方向から見た要部側面図である。 図６は、図５に示す樹脂体を制御端子下に配置した図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｈ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｉ方向から見た図である。 図７は、この発明の実施の形態２の半導体モジュールの製造方法であり、（ａ）〜（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。 図８は、樹脂体を樹脂ケースに挿着する様子を示す図であり、（ａ）は挿着前の図、（ｂ）は挿着中の図、（ｃ）は挿着後の図である。 図９は、半田付け用の組立治具の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｋ方向から見た側断面図である。 図１０は、制御端子が傾いた様子を示す断面図である。 図１１は、この発明の実施の形態３の半導体モジュールの構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ａ方向から見た要部側断面図である。 図１２は、図１１に示す樹脂体（通称ナットグローブ）の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｇ方向から見た要部側面図である。 図１３は、図１２の樹脂体を用いたときの制御端子の状態を示す図である。 図１４は、樹脂体に形成した突起の変形例であり、（ａ）は突起が３個の場合の平面図、（ｂ）はナットの両側に直線状の半円筒型の突起を形成した場合の平面図である。 図１５は、独立端子を有する従来の半導体モジュールの模式図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印Ｐ方向から見た要部側断面図である。 図１６は、導電パターン付絶縁基板に半田付けされた主端子の下側に樹脂体を配置した構成図である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体モジュールおよび半導体モジュールの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。実施の形態１においては、この発明にかかる半導体モジュールについて説明する。図１は、この発明の実施の形態１の半導体モジュールの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ａ方向から見た要部側断面図である。図２は、図１に示す樹脂ケースの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）はＸ−Ｘ線で切断した要部断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の矢印Ｂ方向から見た要部側面図である。
図３は、図１に示す導電パターン付絶縁基板に主端子と制御端子を半田付けした構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｃ方向から見た要部側断面図である。図４は、図３に示す制御端子の構成図であり、同図（ａ）は図３の矢印Ｄから見た図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｅ方向から見た図、同図（ｃ）は同図（ａ）の矢印Ｆから見た図である。
図５は、図１に示す樹脂体（通称ナットグローブ）の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｇ方向から見た要部側面図である。図６は、図５に示す樹脂体を制御端子下に配置した図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｈ方向から見た図、同図（ｃ）は同図（ａ）の矢印Ｉ方向から見た図である。
図１、図２、図３、図４、図５および図６において、この半導体モジュール１００は、放熱用金属基板１（放熱ベース）と、この放熱用金属基板（金属放熱基板）１上に図示しない半田で固着した導電パターン付絶縁基板２と、導電パターン付絶縁基板２上に半田３で固着した主端子（主回路端子）４、制御端子５および図示しない半導体チップと、半導体チップ同士、半導体チップと導電パターン付絶縁基板を接続する図示しないボンディングワイヤと、主端子４および制御端子５をそれぞれ固定し図示しない外部配線との接続に用いる樹脂体６、７と、この樹脂体６、７を固定する樹脂ケース８と、を備えている。樹脂ケース８内には、ゲル９が設けられている。図中の符号の２８は放熱用金属基板１を図示しない冷却フィンに取り付けるための取り付け穴である。
樹脂ケース８には、開口部１０、１１が設けられている。開口部１０、１１は、樹脂ケース８の側面から、樹脂ケース８の側面に繋がる上面にわたって連続して形成されている。この開口部１０，１１は、前記樹脂ケース８の表面に形成される第１開口部と、この第１開口部に繋がり前記樹脂ケース８の側壁に形成される第２開口部とによって構成される。この実施の形態１において、第１開口部および第２開口部は、一体の一つの開口部１０，１１によって実現されている。主端子４と制御端子５は、開口部１０、１１から露出する。前記の樹脂体６，７は、樹脂ケース８の開口部１０、１１に挿着され、主端子４と制御端子５を固定する。
図３に示すように、主端子４は、厚く広いので剛性が強く、また両梁構造の両足部１２が半田で固定されるため変形しにくい。主端子４には、図示を省略する外部配線が接続される。主端子４と当該主端子４に接続される外部配線とは、樹脂体６に埋め込まれたナット１４（図１参照）に図示しないボルトを装着することで互いに固定される。このように、主端子４下に配置される樹脂体６は、主端子４を固定する働きよりは、外部配線と主端子４を接続する働きをする。
制御端子５は、片梁構造であって梁１４を備えている。片梁構造の制御端子５の梁１４は、片足部１３が半田３で固定されている。片足部１３が半田３で固定されているため、梁１４の幅を狭く長くした場合、当該梁１４の剛性が弱く変形しやすくなって、制御端子５の表面が上下、左右に位置ズレを起こしやすい。この実施の形態１の半導体モジュール１００においては、図１に示すように、制御端子５の下面１６に樹脂体７を配置することで、制御端子５はしっかり固定される。このように、制御端子５の下面１６に樹脂体７を配置することにより、制御端子５を樹脂ケース８に確実に固定することができる。
前記の図１（ｂ）では、紙面奥側に配置される制御端子５は図示していない。図２では、ナット１４が埋め込まれた樹脂体６を参考までに示している。図３では、導電パターン付絶縁基板の各導電パターンと取り付け穴は図示していない。図３（ｂ）では、紙面奥側に配置される制御端子は図示していない。図４（ａ）では、樹脂ケース８の開口部の箇所を示している。
また、複数の制御端子５は、表面高さ１７を高精度に揃えることができる。制御端子５に接続する図示しない外部配線は、樹脂体７に埋め込まれたナット２２に図示しないボルトを装着することで互いが固定される。制御端子５下に配置される樹脂体７は、制御端子５を固定すること、制御端子５の表面高さ１７を精度よく揃えること、外部配線と制御端子５とを接続すること、の３つの働きをする。樹脂体７にナット２２を埋め込む方法としては、樹脂体７にナット２２を一体成型する方法、樹脂体７にナット２２と嵌合する凹部を形成してこの凹部にナット２２を嵌合する方法等、公知の方法を用いることができる。
図４に示すように、樹脂ケース８の開口部１１の側壁１８は、内部で広く、表面側で狭いテーパー状とされている。この開口部１１は、樹脂ケース８の表面に形成される第１開口部を実現することができる。また、このテーパー状の側壁１８に接する制御端子５の接触部１９は、このテーパーに合う（フィットする）ようにテーパー状に形成されている。
開口部１１の側壁１８と制御端子５の接触部１９は、互いにテーパー状の箇所で接触するように構成されている。開口部１１の側壁１８と制御端子５の接触部１９をテーパー状にすることで、例えば、制御端子５が傾いて片方のテーパーに接触した場合には、樹脂体７を挿着する過程で両方のテーパー状の箇所が接触する。接触部１９が側壁１８に収まり、両方のテーパーが接触することで、制御端子５の表面２０は樹脂ケース８の表面に対して平行になり、制御端子５の表面高さ１７を高精度に揃えることができる。
なお、側壁１８の形状は、外部から内部に向かって広がっており、接触部１９が収まるようなテーパー形状になっていればよい。側壁１８を幅全体にわたってテーパー形状としてもよいし、側壁１８に部分的に凹部を形成し、この内部を接触部１８を収容するようなテーパー形状としてもよい。また、直線的なテーパー、すり鉢（コーン）状のテーパーいずれも用いることができる。
前記の制御端子５は片梁構造の場合を示したが、制御端子５の厚さが薄く幅が狭く剛性が弱く、変形しやすい両梁構造の場合にも樹脂体７を下に配置することで同様の効果が得られる。しかし、制御端子５を半田付けするスペースが広がるので半導体モジュール１００の外形が大きくなる。
図５に示すように、制御端子５の下に配置される樹脂体７は、樹脂性の長方体に凹部２１が形成され、この凹部２１内に金属製のナット２２が埋め込まれる。制御端子５の上面、下面および側面とも平坦であり、樹脂体７の先端２３はテーパーが施されている。このテーパーが施されている側から樹脂ケース８の側面に形成される開口部１１へ挿着される。
図１のＪ部に示すように、樹脂体７の底面２４（図５参照）を樹脂ケース８内部に形成された梁２５に載置することで、樹脂体７の下方への動きは梁２５で阻止される。樹脂体７の下方への動きが阻止されることで、制御端子５の下方への動きも阻止される。また樹脂体７の上方への動きは導電パターン付絶縁基板２に制御端子５の片足部１３が半田３で固着しているので阻止される。
また、図６に示すように、制御端子５の下面１６に前記の樹脂体７を配置することで、制御端子５の表面高さ１７を高精度に揃える。また、制御端子５および主端子４に接続する外部配線は、それぞれの樹脂体７，６に埋め込まれたナット２２にボルトを装着することで互いが固定される。図中の２６は図示しないボルトを挿着する制御端子５に形成された取付け穴であり、図中の２７は図示しないボルトを挿着する樹脂体５のナット２２に形成されたネジ穴である。
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、上述した実施の形態１の半導体モジュール１００の製造方法について説明する。図７は、この発明の実施の形態２の半導体モジュールの製造方法であり、同図（ａ）〜同図（ｃ）は工程順に示した要部製造工程断面図である。実施の形態１の半導体モジュール１００の製造方法を例として示した。
図７（ａ）において、半導体モジュール１００の製造に際しては、放熱用金属基板１と導電パターン付絶縁基板２、導電パターン付絶縁基板２と図示しない半導体チップを水素雰囲気の半田付け炉で半田付けする。また、半導体チップ同士、半導体チップと導電パターン付絶縁基板２の図示しない導電パターンを図示しないボンディングワイヤで接続する。さらに、導電パターン付絶縁基板２に、主端子４および制御端子５を半田付けする。主端子４および制御端子５は、例えば、図９に示す組立治具を用いて、導電パターン付絶縁基板２に半田付けすることができる。
つぎに、図７（ｂ）において、樹脂ケース８の上部に開いた開口部１０，１１（第１開口部）から主端子４と制御端子５の上部が露出するように、樹脂ケース８を放熱用金属基板１の上から被せ、樹脂ケース８の外壁内の下側周囲を放熱用金属基板１に固着する。その後、樹脂ケース８内にゲル９を充填する。
つぎに、図７（ｃ）において、樹脂ケース８の側面の開口部１０，１１（第２開口部）から、ナットを配置した樹脂体６，７（ナットグローブ）を主端子４および制御端子５の下にそれぞれ挿着する。樹脂体６，７は、当該樹脂体６，７の下を樹脂ケース８の梁２５に載置した状態で、主端子４および制御端子５を固定する。前記の樹脂体７を後述の図１１および図１２で説明する樹脂体４０に代えても同様の製造方法が採用できる。
図８は、樹脂体を樹脂ケースに挿着する様子を示す図であり、同図（ａ）は挿着前の図、同図（ｂ）は挿着中の図、同図（ｃ）は挿着後の図である。図８において、樹脂体７を樹脂ケース８に挿着する際には、まず、樹脂体７の先端２３を樹脂ケース８の側面の開口部１１（第２開口部）に位置させる（図８（ａ）を参照）。
つぎに、樹脂体７の底面２４を樹脂ケース８の側壁の開口部１１に接触させながら制御端子５の下面１６に位置させる（図８（ｂ）を参照）。さらに、樹脂体７を樹脂ケース８の内部に進行させ、樹脂体７の先端２３を樹脂ケース８内部に形成したＪ部の梁２５の上へ載置して、樹脂体７を樹脂ケース８に固定し、この樹脂体７で制御端子５を固定する（図８（ｃ）を参照）。
図６（ｃ）に示すように、制御端子５は、その表面２０と表面に垂直な面２９でＵ字型に構成されている。このＵ字型の箇所に樹脂体７を配置することで、制御端子５が傾いていても、図８（ｃ）に示した工程で樹脂体７を樹脂ケース８の内部に進行させることで、制御端子５を正規の位置に戻すことができる。
このように、上下左右に可動しやすい片梁構造の制御端子５の下に樹脂体７を挿着し、樹脂体７の上面３０と制御端子５下面１６の隙間３１を小さくすることで、片梁構造の制御端子５の表面高さ１７を高精度に揃えることができる。
図９は、半田付け用の組立治具の構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ｋ方向から見た側断面図である。図９において、同図（ａ）は、組立治具３５の凹部３６に主端子４と制御端子５の上部（表面）を挿着した平面図であり、半田付けされる両足部１２および片足部１３側から見た平面図である。つまり、半田付け時とは組立治具３５の上下は逆になっている。同図（ｂ）は同図（ａ）の半田付けされる両足部１２および片足部１３を下にして導電パターン付き絶縁基板２に半田付けした状態を示す断面図である。
この組立治具３５を用いて主端子４および制御端子５を位置決めし、半田付けを行なう。この組立治具３５を用いることで、主端子４と制御端子５を導電パターン付絶縁基板２に半田３で定位置に固着できる。主端子４は剛性が強く両足部１２が半田３で固定されるので変形しにくく、主端子４の表面高さの精度は半田付け工程で用いるこの組立治具３５に依存する。制御端子５はフレキシブルであるため、半田付け時に変形しないように支持台３７で梁部１４を支持している。
図１の半導体モジュール１００において、樹脂体７を用いて制御端子５を固定し、樹脂体７の上面３０と制御端子５の下面１６の隙間３１（図６参照）を小さくすることで（例えば、０．２ｍｍ程度）、剛性の弱い片梁構造の制御端子５の表面高さ１７を±０．２５ｍｍ以下の高精度に揃えることができる。
図１０は、制御端子が傾いた様子を示す断面図である。前記したように制御端子５の下面１６と樹脂体７の上面３０の間に隙間３１があるため、制御端子５の表面２０が傾いて表面高さ１７が不揃いになることがある。以下の実施の形態３において、制御端子５の表面高さ１７をさらに高精度に揃えることができる半導体モジュールについて説明する。
（実施の形態３）
図１１は、この発明の実施の形態３の半導体モジュールの構成図であり、同図（ａ）は要部平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢印Ａ方向から見た要部側断面図である。図１２は、図１１に示す樹脂体（通称ナットグローブ）の構成図であり、（ａ）は要部平面図、（ｂ）は（ａ）の矢印Ｇ方向から見た要部側面図である。図１２においては、上述した実施の形態１の半導体モジュール１００の説明における図５に相当する樹脂体の要部構成を示している。
図１１および図１２において、この発明の実施の形態３の半導体モジュール２００は、図１に示したこの発明の実施の形態１の半導体モジュール１００と比較して、制御端子５を固定する樹脂体４０の表面４３に微小な突起４１を設けた点と、樹脂体４０の先端底部４４に突出部４２を設けた点と、が異なる。
図１２に示すように、突起４１は、樹脂体４０の表面であって、ナットの周りに複数箇所（実施の形態３においては４箇所）設けられている。突起４１は、半球状の外形をなしている。また、突起４１は、高さ方向（図１２（ａ）における紙面表裏方向であって図１２（ｂ）における紙面上下方向）の寸法（高さ）が０．１ｍｍ程度であって、半球の直径が０．１ｍｍΦ程度とすることができる。この突起４１を設けることにより、樹脂体４０を挿着した状態における突起４１先端部と制御端子５の下面１６の間の隙間は、実施の形態１の樹脂体７を挿着した場合と比較して０．１ｍｍ程度小さくなる。
図１３は、図１２の樹脂体を用いたときの制御端子の状態を示す図である。図１３に示すように、突起４１があるため、制御端子５の傾きは小さくなる。これによって、樹脂体４０を用いることにより、図２の樹脂体７を用いる場合と比較して、複数の制御端子５の表面高さ１７をさらに高精度に揃えることができる。
また、樹脂体４０を用いることにより、プリント基板を制御端子５に取り付けるとき、樹脂体４０に形成された全ての突起４１に制御端子５の底面が接触する。これにより、制御端子５の表面高さは、プリント基板を取り付ける前より、取り付けた後の方が高精度に揃うようになる。また、樹脂体４０を用いることにより、プリント基板は、平坦な状態で取り付けられるので、プリント基板に加えられる応力は小さくなり好ましい。
突出部４２は、樹脂ケース８内部に形成された梁に樹脂体４０を載置するときに、ガイドとして機能する。このように、樹脂体４０に突出部４２を設けることで、容易に樹脂体４０を樹脂ケース８に挿着できるようになる。
図１４は、樹脂体に形成した突起の変形例であり、同図（ａ）は突起が３個の場合の平面図、同図（ｂ）はナットの両側に直線状の半円筒型の突起を形成した場合の平面図である。図１４において、図１４（ａ）および図１４（ｂ）の突起４１の高さは、いずれも０．１ｍｍ程度である。図１４では、突起４１の例として２種類示したがこれに限るものではない。図１４に示すように、樹脂体４０に突起４１を設けることで、制御端子５の表面高さ１７を図１の場合より高精度に揃えることができる。
図１１の半導体モジュール２００の製造工程は、図７の工程と同じである。すなわち、図１１に示した半導体モジュール２００は、図７に示した製造工程と同様の製造工程によって製造することができる。但し、半導体モジュール２００においては、図１１および図１２に示したように、樹脂体４０の表面４３に突起４１が形成されているので、制御端子５の表面高さ１７を高精度に揃えることができる。
以上のように、本発明にかかる半導体モジュールおよびその製造方法は、独立端子である主端子および制御端子を有する半導体モジュールおよびその製造方法に関し、特に、複数の制御端子の表面高さを高精度に揃えることが要求される半導体モジュールおよびその製造方法に適している。
１ 放熱用金属基板
２ 導電パターン付絶縁基板
３ 半田
４ 主端子
５ 制御端子
６ 樹脂体（主端子用）
７ 樹脂体（制御端子用）
８ 樹脂ケース
９ ゲル
１０ 開口部（主端子）
１１ 開口部（制御端子）
１２ 両足部
１３ 片足部
１４ 梁（制御端子の一部）
１６ 下面（制御端子）
１７ 表面高さ
１８ 側壁
１９ 接触部
２０ 表面（制御端子）
２１ 凹部（樹脂体）
２２ ナット
２３ 先端
２４ 底面
２５ 梁
２６ 取り付け穴（制御端子）
２７ ネジ穴
２８ 取り付け穴（放熱用金属基板）
２９ 垂直な面
３０ 上面（樹脂体）
３１ 隙間
３５ 組立治具
３６ 凹部（組立治具）
３７ 支持台
４１ 突起
４２ 突出部
４３ 表面（樹脂体４０）
４４ 先端底部

Claims (7)

  1. 金属放熱基板と、
    前記金属放熱基板上に固着される導電パターン付絶縁基板と、
    前記導電パターン付絶縁基板上に固着される半導体チップと、
    前記導電パターン付絶縁基板上に半田で固着される主回路端子および制御端子と、
    前記主回路端子の表面および前記制御端子の表面の少なくとも一方をそれぞれ露出させる第１開口部を有し、前記金属放熱基板に固着する樹脂ケースと、
    前記樹脂ケースを構成する側壁に形成された第２開口部に挿着され、前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方を固定するナットが埋め込まれた樹脂体と、
    前記樹脂ケース内に充填される樹脂材と、
    を具備し、
    前記第１開口部は、前記表面側が狭くなるようなテーパー状の側壁を有し、
    前記制御端子は、前記第１開口部から露出した状態において当該第１開口部のテーパー状の側壁と接するテーパー状の接触部を有することを特徴とする半導体モジュール。
  2. 前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体の表面であって当該樹脂体に埋め込まれた前記ナットの開口部よりも外周側に設けられ、前記制御端子の下に挿着された状態における上方に突出する微小突起を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体における下側であって当該樹脂体の前記第２開口部に対する挿着方向における先頭側に向かって突出する突出部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  4. 金属放熱基板と導電パターン付絶縁基板、導電パターン付絶縁基板と半導体チップを水素雰囲気の半田付け炉で半田付けする工程と、
    前記導電パターン付絶縁基板に主回路端子および制御端子を所定の組立治具を用いて半田付けする工程と、
    前記主回路端子および前記制御端子が半田付けされた導電パターン付絶縁基板に、上方に向けて開口する第１開口部から前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方の上部が露出するように樹脂ケースを上から被せ、当該樹脂ケースの側壁の下側周囲を前記金属放熱基板に固着する工程と、
    それぞれナットが埋め込まれた樹脂体を前記第２開口部から前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方の下に挿着することにより当該樹脂体を前記樹脂ケース内部に形成された梁に載置し、当該樹脂体を介して前記主回路端子および前記制御端子の少なくとも一方を固定する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
  5. 前記第１開口部は、前記表面側が狭くなるようなテーパー状の側壁を有し、
    前記制御端子は、前記固着する工程において前記導電パターン付絶縁基板に前記樹脂ケースを上から被せることにより前記第１開口部から露出した状態において、前記第１開口部のテーパー状の側壁と接するテーパー状の接触部を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体モジュールの製造方法。
  6. 前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体の表面であって当該樹脂体に埋め込まれた前記ナットの開口部よりも外周側に設けられ、前記制御端子の下に挿着された状態における上方に突出する微小突起を備え、
    前記固定する工程は、
    前記樹脂体が、前記制御端子の下に挿着された状態において前記微小突起を当該制御端子に当接させることにより当該制御端子を固定することを特徴とする請求項４または５に記載の半導体モジュールの製造方法。
  7. 前記制御端子を固定する前記ナットが埋め込まれた前記樹脂体は、当該樹脂体における下側であって当該樹脂体の前記第２開口部に対する挿着方向における先頭側に向かって突出する突出部を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体モジュールの製造方法。
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