JPWO2015141325A1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

端子、回路基板及び筐体を備える半導体装置及びその製造方法を提供する。半導体装置100は端子13、回路基板42、筐体1及び位置決め部品21を備える。端子13は第1端部13a、胴部13b及び第2端部13cを備える。端子13の第1端部13aは回路基板42に固定されている。筐体1は主面1s、主面1sに対向する側の開口部1op及び主面1s側の溝穴2を備える。溝穴2には側壁5及び貫通孔4が形成されている。端子13は筐体1の開口部1op側から主面1s側に向かって貫通孔4を貫通し、第2端部13cが筐体1の主面1sから突出している。位置決め部品21は、傾斜突起部23aが形成され、溝穴2内に固定されている。端子13の胴部13bが位置決め部品21の傾斜突起部23aにより溝穴2の側壁5方向に押されて傾斜突起部23aと側壁5の間に挟まれ、溝穴2内に支持されている。

Description

本発明は、電力変換等に用いられるパワー半導体モジュール等の半導体装置及びその製造方法に関する。
近年、パワー半導体モジュールの実装において、集積密度の高密度化が進んでおり、パッケージの外部導出端子を回路基板に実装するときに、主端子及び制御端子等の外部導出端子と回路基板との接合強度及び接合部の信頼性が求められ、さらに外部導出端子の配置に関する位置精度も求められている。
図11は、従来のパワー半導体モジュールの要部構成図である。放熱ベース51上に固着した回路基板52に独立端子である主端子53と制御端子54とが半田付けもしくは溶接により接合されている。樹脂ケース55が回路基板52上に被せられている。この樹脂ケース55には開口部56,57が形成されていて、主端子53と制御端子54との先端部は各々この開口部56,57から樹脂ケース55よりも外方に露出する。なお、独立端子とは樹脂ケース55にインサート成形されない端子のことである。
図11に示すパワー半導体モジュールにおいて、制御端子54に圧縮荷重が加わると制御端子54が樹脂ケース55内に沈み込んだり、制御端子54が回路基板52に溶接されている場合や制御端子54の変形が少ない場合には回路基板52が割れたりする不都合を生じる。また、引張り荷重が加わると制御端子54が樹脂ケース55から引き出される不都合を生じる。
これらを解決するための方法の一つが特許文献1に開示されている。
図12は、特許文献1に記載された従来の半導体装置600の要部構成図であり、同図(a)は上面図、同図(b)は同図(a)のXIIb−XIIb線で切断した側面図、同図(c)は同図(a)の矢印A方向から見た主端子の正面図、同図(d)は同図(b)のB部の詳細図である。この半導体装置はIGBTモジュールなどのパワー半導体モジュールである。
半導体装置600は、樹脂ケース60、放熱ベース61、回路基板62、ナットグローブ65、主端子63、制御端子13f、樹脂ブロック71を備える。放熱ベース61上には、回路基板62が固着されている。回路基板62上には、外部導出(外部接続)用の独立端子である主端子63と制御端子13fとが半田付けまたは溶接される。
主端子63及び制御端子13fは、それぞれ樹脂ケース60の上面側の開口部64及び開口部2aから樹脂ケース60の外部に露出している。また、主端子63は、ナットグローブ65により樹脂ケース60に固定され、制御端子13fは、樹脂ブロック71により樹脂ケース60に固定されている。ナットグローブ65は、樹脂ケース60の上面側の開口部64から露出している主端子63のU字状孔内を潜るように主端子63の2本の足66の間に挿入され主端子63を固定する。
制御端子13fは、回路基板62に対して略直立し、一方の端部が樹脂ケース60の外部に露出する直立部と、直立部と略L字状をなすように直立部の他方の端部に連結された連結部と、からなる。制御端子13fの直立部の側端面(以下、単に側端面とする)には、第1,2突起部16a,17a及び第1突起部16aと第2突起部17aとで形成された凹状の谷間18aが設けられている。
図13は、制御端子13fを固定する樹脂ブロック71の図であり、同図(a)は平面図、同図(b)は底面図、同図(c)は側面図である。樹脂ブロック71の両側の側面72には第3突起部73が形成され、底面74には第4の突起部75が形成されている。また、両側の側面72には凸状の段差部76が形成され、樹脂ブロック71の前方端部78には凹状の溝79が形成されている。凸状の段差部76の前方端部77は前記の制御端子13fの第1突起部16aと第2突起部17aの間の谷間18aに嵌合される。
国際公開第2013/27826号
しかし、前記の半導体装置600において、前記した樹脂ブロック71を用いて制御端子13fを固定しても、制御端子13fの半導体装置600に対する位置精度は各構成要素の寸法のばらつきや半導体装置600全体の組み立て精度に因り、位置精度のさらなる向上が望まれていた。
本発明の目的は、前記の課題を解決して、端子とその先端部を高精度に位置決めできる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の第1態様の半導体装置は、次の特徴を有する。
半導体装置は端子、回路基板、筐体及び位置決め部品を備える。端子は第1端部、胴部及び第2端部をこの順に備える。回路基板は端子の第1端部が固定されている。筐体は主面、及び、回路基板が収容されるとともに主面に対向する側の開口部を備える。筐体はさらに主面側に溝穴(スロット)を備える。溝穴は、主面から開口部に向かって配置された第1角部、側壁及び第2角部を備えるとともに、第2角部に隣接して配置された貫通孔が形成されている。第1角部は溝穴の主面側に、第2角部は開口部側にそれぞれ配置されている。位置決め部品(ロケーティング パーツ)は、第1側面、第1側面に対向する第2側面、第1側面及び第2側面に挟まれた先端面、及び先端面に対向する後端面を備える。位置決め部品はさらに、先端面から後端面に向かって厚くなる傾斜突起部が第1側面に形成されている。
位置決め部品は溝穴内に固定されている。端子は開口部側から主面側に向かって貫通孔を貫通している。端子の胴部は、傾斜突起部により側壁方向に押されて傾斜突起部と側壁の間に挟まれるとともに、胴部は第1角部または第2角部に支持されている。端子の第2端部は筐体の主面から突出している。
このように端子の胴部が、主面側の溝穴の第1角部または開口部側の溝穴の第2角部に支持されながら、位置決め部品の傾斜突起部により溝穴の側壁方向に押されてたわみ、傾斜突起部と側壁の間に挟まれるので、端子の第2端部は筐体に対し精度よく配置される。
また、上記課題を解決するため、本発明の第2態様の半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。
第2態様では、回路基板、筐体及び位置決め部品を用意し、第1工程及び第2工程を含む工程により半導体装置を製造する。
回路基板には、第1端部、胴部及び第2端部をこの順に備える端子が固定されている。端子は第1端部が回路基板に固定されている。筐体は、主面及び前記主面に対向する側の開口部を備え、かつ、主面側に溝穴を備える。溝穴は主面から前記開口部に向かって配置された第1角部、側壁及び第2角部を備える。溝穴はさらに、第2角部に隣接して配置された貫通孔が形成されている。第1角部は溝穴の主面側に、第2角部は開口部側にそれぞれ配置されている。位置決め部品は第1側面、第1側面に対向する第2側面、第1側面及び第2側面に挟まれた先端面、及び先端面に対向する後端面を備える。位置決め部品はさらに、先端面から後端面に向かって厚くなる傾斜突起部が第1側面に形成されている。
第1工程では、端子の第2端部が筐体の開口部側から主面側に向かって貫通孔を貫通するように、開口部に回路基板を収容する。第2工程では、位置決め部品を溝穴内に挿入し、端子の胴部が、傾斜突起部により側壁方向に押されてたわみながら傾斜突起部と側壁の間に挟まれ、第1角部または第2角部に支持されるように、位置決め部品を溝穴に固定する。
このように端子の胴部が、溝穴の第1角部または第2角部に支持されながら、傾斜突起部により溝穴の側壁方向に押されてたわみ、傾斜突起部と側壁の間に挟まれるので、端子の第2端部は筐体に対し精度よく配置される。
本発明によれば、端子を高精度に位置決めした半導体装置を提供できる。また、端子を高精度に位置決めできる半導体装置の製造方法を提供できる。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の要部の構成を示す説明図である。 図1の制御端子用開口部付近の要部の構成を示す説明図である。 図1の制御端子の構成を示す説明図である。 図1の樹脂ブロックの構成を示す説明図である。 図2の制御端子用開口部に制御端子及び樹脂ブロックを挿設(挿入して設置)した状態を示す説明図である。 図5(b)のG部拡大図であり、樹脂ブロック21による制御端子13の位置決めの様子を説明する図である。 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。 図7に続く、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。 図8に続く、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。 図9に続く、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造工程を示す説明図である。 従来のパワー半導体モジュールの要部構成図である。 特許文献1に記載された従来の半導体装置600の要部構成図である。(a)は平面図、(b)は同図(a)のXIIb−XIIb線で切断した側面図、(c)は同図(a)の矢印A方向から見た主端子の正面図、(d)は(b)のB部の詳細図である。 従来の樹脂ブロック71の図であり、(a)は平面図、(b)は底面図、(c)は側面図である。 実施の形態1の変形例を示す、図5(b)のG部拡大図であり、樹脂ブロック21による制御端子13の位置決めの様子を説明する図である。 実施の形態1の制御端子用開口部の変形例及び樹脂ブロックの変形例を示す説明図である。 実施の形態1の樹脂ブロックの他の変形例の要部を示す説明図である。 実施の形態1のパワー半導体モジュールの主回路構成を示す図である。
以下に添付図面を参照して、本発明に係る半導体装置及びこの半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る半導体装置の要部の構成を示す説明図である。図1(a)は、実施の形態1に係る半導体装置100を主面1s側から見た平面図である。図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線で切断した側面図である。図1(c)は、図1(a)の矢印A方向から見た主端子43の正面図である。図1(d)は、図1(b)の矩形枠で囲む部分Bを詳細に示す断面図である。この半導体装置100は、例えばIGBTモジュール等のパワー半導体モジュールである。
図1に示すように、半導体装置100は、制御端子13、回路基板42、筐体としての樹脂ケース1及び位置決め部品としての樹脂ブロック21を備える。半導体装置100は、さらに放熱ベース41、ナットケース45や主端子43を備えることができる。
樹脂ケース1は主面1sと主面1sに対向する側の開口部1opを備える箱型である。図示した例では回路基板42は放熱ベース41上に固着されている。樹脂ケース1の開口部1opは放熱ベース41の周縁に接着され、回路基板42を収容している。回路基板42上には、外部導出(外部接続)用の主端子43と制御端子13とが接合されている。接合の方法は例えば半田付け、ろう付け、超音波接合または溶接である。主端子43及び制御端子13は、樹脂ケース1にインサート成形されていない独立端子の例が示されている。
図示した例では、主端子43は、樹脂ケース1の上面すなわち主面1s側の開口部44から樹脂ケース1の外部に露出されている。また、主端子43は図示するようにナットケース45により固定されているが、他の手段により固定されていてもよい。
一例として、主端子43はU字を逆さにした形状を有し、主端子43の上部すなわちU字の底部は、樹脂ケース1の上面側の開口部44から樹脂ケース1の外部に露出される。主端子43の2本の足(U字の開口端部)46は回路基板42に半田付けまたは溶接される。ナットケース45は、外部配線を主端子43に接続するためのナットが収容された樹脂体であり、樹脂ケース1の上面側の開口部44から露出している主端子43のU字状孔内を潜るように主端子43の2本の足46の間に挿入され主端子43を固定する。
制御端子13は、樹脂ケース1の上面(主面1s)側の制御端子用の溝穴(スロット)としての開口部2から樹脂ケース1の外部に突出している。また、制御端子13は樹脂ブロック21により樹脂ケース1に固定されている。制御端子13はゲート端子やセンス端子等である。
つぎに、樹脂ケース1の開口部2、制御端子13及び樹脂ブロック21の構成について、さらに説明する。
図2は、図1の樹脂ケース1の開口部2の構成を示す説明図である。図2(a)は、樹脂ケース1の開口部2及びその近傍の部分平面図である。図2(b)は、図2(a)を矢印C方向から見た樹脂ケース1の背面図である。樹脂ケース1は上面(主面1s)と、上面に隣接する側面とを備える。樹脂ケース1には、樹脂ケース1の上面(主面1s)と側面とに跨る溝穴としての開口部2が形成されている。
開口部2は主面1s側から開口部1opに向かって配置された第1角部Q1、開口部側壁5及び第2角部Q2を備える。第1角部Q1及び第2角部Q4は、図6によって理解し得る。第2角部Q2の開口部1op側には貫通孔4が隣接して配置されている。
開口部2はさらに次の構成を備えることができる。図示した例では、開口部2の底面側に梁(はり)部3が形成されている。開口部2の両側の開口部側壁5の主面1s側には、側壁5から開口部2の内側に向かって突出する凸状の第1庇部(第1段差部)8が形成されている。さらに、開口部2の正面側の前方側壁には、開口部2の内側に向かって突出する凸状の第2庇部(段差部)9が形成されている。開口部2の前方側壁とは、樹脂ケース1の側面側の開口部2の入り口に対向する側壁である。また、開口部側壁5には、開口部2の外側に向かって第1凹部6が形成されている。第1凹部6は、第1庇部8と離れた位置に配置されている。梁部3には、開口部2側に向かって第2凹部7が形成されている。また、梁部3と開口部側壁5の間には貫通孔4が形成されている。また、梁部3には、図示しない接着剤が滴下(または塗布)される第3凹部10と、接着剤が制御端子13側へ流れ出るのを防止する液溜め部11とが形成されている。
図1(d)と図3を参照して制御端子13を説明する。図1(d)は、図1(b)の制御端子13周辺を詳細に示す断面図である。図3は、制御端子13の構成を示す説明図である。図3(a)は制御端子13の側面図であり、図3(b)は制御端子13の上面図である。
制御端子13は、第1端部13a、胴部13b及び第2端部13cをこの順に備える。制御端子13は第1端部13aと胴部13bの間に連結部13dを備えてもよい。制御端子13は第1端部13aが回路基板42に固定されている。
制御端子13は、図示した例では、回路基板42に対して胴部13bが略直立し、樹脂ケース1の外部に露出した第2端部13cと、胴部13bと略L字状をなすように胴部13bの他の端部に連結された連結部13dとを備える。連結部13dの胴部13bに対する反対側には、第1端部13aが形成されている。第1端部13aは、回路基板42に半田付け、溶接等により固定されている。制御端子13は例えば銅、銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金等の板材や線材から作られている。
制御端子13の胴部13bの側端面(以下、単に側端面とする)14のうちの一つには、第1突起部16、第1突起部16と離れて設けられた第2突起部17、及び第1突起部16と第2突起部17との間の凹状の谷間(凹部)18が設けられていてもよい。図3中の符号15は、胴部13bの平坦面(以下、単に平板面とする)を示す。
図4は、制御端子13を位置決めし固定する樹脂ブロック21の構成を示す説明図である。図4(a)は、樹脂ブロック21の平面図である。同図中、矢印はそれぞれ樹脂ブロック21の長手方向(L)と短手方向(S)を示す。図4(b)は、樹脂ブロック21の底面図である。図4(c)は、樹脂ブロック21の側面図である。
樹脂ブロック21は側面として第1側面22r、第1側面22rに対向する第2側面22l、第1側面22r及び第2側面22lに挟まれた先端面22f、及び先端面22fに対向する後端面22bを備える。第1側面22r及び第2側面22lの少なくともいずれか一方には、先端面22f側から後端面22b側に向かって厚くなる傾斜突起部23aが形成されている。
樹脂ブロック21は、図示するように、側面側に凸状の段差部26が形成され、底面24側に、第4突起部25が形成されていてもよい。凸状の段差部26の上面には第6突起部26aが形成されている。第6突起部26aには樹脂ブロック21の前方から後方に向かって高さが高くなるようにテーパーが形成されている。樹脂ブロック21の後方とは、半導体装置100の組み立て後に、樹脂ケース1の側面側の開口部2の入り口に位置する側である。
第6突起部26aにテーパーを形成することによって樹脂ケース1の開口部2に樹脂ブロック21をスムーズに挿入することができる。
凸状の段差部26は、図示した例では、第1側面22r及び第2側面22lの下側で、かつ樹脂ブロック21の後方端部に形成されている。樹脂ブロック21の前方端部28には、凹状の溝29が形成されている。前方端部28とは、半導体装置100の組み立て後に、樹脂ケース1の開口部2の前方側壁と対向する端部である。なお樹脂ブロック21は平面視した形状がT字、L字等であり、樹脂成型等により作製される。
図5は、図2の樹脂ケース1の開口部2内に樹脂ブロック21が挿入され固定された状態を示す。図5(a)は、開口部2、制御端子13及び樹脂ブロック21の配置を示す平面図である。図5(b)は、図5(a)の矢印D方向(後方側)から見た背面図である。図5(c)は、制御端子13の谷間18に樹脂ブロック21の凸状の段差部26の前方端部27を嵌合させた状態を示す断面図である。また、図6は、図5(b)のG部拡大図であり、制御端子13が位置決めされる様子を説明する図である。
樹脂ブロック21は開口部2に挿入され、嵌め合いまたは接着により開口部2内に固定されている。制御端子13は樹脂ケース1の開口部1op側から主面1s側に向かって貫通孔4を貫通している。制御端子13の胴部13bの一部分は、傾斜突起部23aにより開口部側壁5の方向に押されてたわみながら傾斜突起部23aと開口部側壁5の間に挟まれるとともに、胴部13bの別の部分は開口部側壁5の第1角部または前記第2角部に支持されている。第2端部13cは樹脂ケース1の主面1sから突出している。
図6に示すように、開口部2に樹脂ブロック21を挿入すると、傾斜突起部23aがくさびとなって、胴部13bの平板面15が挿入方向に対し略直角方向に荷重Pで押される。制御端子13の胴部13bは開口部側壁5と傾斜突起部23aと間に挟まれる。制御端子13の矢印D方向に直交する方向(制御端子13の平板面15に直交する方向あるいは短手方向S)の位置が固定される。図示した例では、樹脂ブロック21を挿入する前、制御端子13は点線13eで移動前の位置を示すように傾き、開口部側壁5の上端側の第1角部Q1に接している。樹脂ブロック21の進入とともに傾斜突起部23aから胴部13bに荷重Pが加わると、胴部13bはたわんで開口部側壁5に密着するとともに第1角部Q1を支点として第2端部13cが矢印R方向に回転するので、樹脂ケース1に対し制御端子13を高精度に位置決めすることができる。つまり、点線13eで示される傾いていた制御端子13eが、樹脂ブロック21を樹脂ケース1の開口部2に挿設することで、テーパー状の傾斜突起部23aの進行により圧接されて垂直の位置に矯正され、制御端子13の第2端部13cの位置は図6に実線で示されるように正規の位置に位置決めされる。
また、傾斜突起部23aの幅Wは、樹脂ブロック21の厚さTの0.1倍以上0.5倍以下、好ましくは0.2倍以上0.5倍以下の範囲にするとよい。0.2倍未満では、傾斜突起部23aと開口部側壁5に対する面積が小さくなり、傾斜突起部23aの頂点が変形する惧れがある。また、0.5倍超では、成型により形成された制御端子13にバリがある場合は、このバリに引っかかり樹脂ブロック21の挿入がスムーズに行われなくなる。なお、傾斜突起部23aの頂点を尖ったエッジ状で示したが、頂点を平坦に又は曲面してもよい。また、傾斜突起部23aが、樹脂ブロック21を開口部2に挿入した際、開口部側壁5の第1角部Q1と第2角部Q2の間の第2角部Q2寄りに位置するよう、第1側面22rまたは第2側面22lに形成されているとよい。図6に示す例では、傾斜突起部23aの上面と樹脂ブロック21の上面の間の距離Zを樹脂ブロック21の厚さTの1/3〜1/2程度にするとよい。傾斜突起部23aが第2角部Q2寄りに位置することにより、胴部13bと開口部側壁5が密着する長さが長くなり、位置精度を向上させやすくなる。また、好ましくは傾斜突起部23aを図4(c)の斜線を付した範囲(x、y)に形成するとよい。xは先端面22fから段差部26の前方端部27までの範囲であり、yは底面から段差部26の上端までの範囲である。範囲(x、y)に傾斜突起部23aを配置することにより、制御端子13の谷間18と前方端部27とがスムーズに係合できる。
さらに好ましくは、傾斜突起部23aを、下面の位置H1が開口部側壁5の下端部Q2の位置H2より主面1s側になるように、開口部2及び樹脂ブロック21を配置するとよい。
図14は、図5(b)のG部拡大図であり、制御端子13が位置決めされる様子の他の例を説明する図である。図6は、制御端子13が点線13eで示すように外側に傾いている例を示したが、図14は、制御端子13が点線13eで移動前の位置を示すように内側に傾いている例を示している。
図14の例では、樹脂ブロック21を挿入する前、制御端子13は開口部側壁5の下端側第2角部Q2に接している。傾斜突起部23aから胴部13bに荷重Pが加わると、胴部13bはたわんで開口部側壁5に密着するとともに第2角部Q2を支点として第2端部13cが矢印R方向に回転するので、樹脂ケース1に対し制御端子13を高精度に位置決めすることができる。この例では、H1とH2の間の距離Hを樹脂ブロック21の厚さTの1/5以上とすると、第2角部Q2が支点となる場合に回転モーメントがよく働くので好ましい。
前述したように、制御端子13は、好ましくは第1突起部16、第1突起部16と離れた第2突起部17、及び第1突起部16と第2突起部17との間の凹状の谷間18が胴部13bに備える。また開口部2は、好ましくは開口部側壁5に形成された第1凹部6、及び、底面側に配置され第2凹部7が形成された梁部3を備える。また樹脂ブロック21は、好ましくは凸状の段差部26と第3突起部23とを側面側に備え、第5突起部30を底面側に備える。
図5(c)に示すように制御端子13の谷間18には、樹脂ブロック21の凸状の段差部26の前方端部27が嵌合する。段差部26の前方端部27とは、半導体装置100の組み立て後に、制御端子13の側端面14と対向する端部である。
谷間18に段差部26の前方端部27が嵌合することにより、制御端子13は矢印D方向(長手方向L)において支持される。
なお、段差部26の上面にテーパー状の第6突起部26aは設けない場合もある。
図15は開口部2及び樹脂ブロック21の変形例を示している。上述した例では1つの開口部2に2つの貫通孔4が形成され、各貫通孔4に制御端子13が1本ずつ配置されていた。図15(a)に示すように開口部2aに1つの貫通孔4を形成し、貫通孔4に制御端子13を配置し、図15(b)に示す、第1側面22rのみに傾斜突起部23aを備える樹脂ブロック21aにより制御端子13を固定してもよい。
また図16は傾斜突起部23aの変形例を示している。傾斜突起部23aの形状として、樹脂ブロック21の先端面22f側から後端面22bに向かって徐々に厚くなる様々な形状を採用できる。図16(a)〜(f)は、このような形状の例として傾斜突起部23a〜23a5の断面を示している。図16(g)〜(h)は傾斜突起部23aの変形例23a6、23a7を示す側面図である。側面から見た形状が短冊形である傾斜突起部23aの他、台形の傾斜突起部23a6、23a7を採用できる。
(実施の形態2)
図7〜10は、実施の形態2に係る半導体装置の製造方法の工程を示す説明図である。図1に示す半導体装置100の製造工程を例示している。図7〜10において、(a)は半導体装置100の全体の断面図であり、(b)は制御端子13付近の上面拡大図である。
図7〜10に示すように半導体装置100の製造工程は次の工程を備える。
(部品の準備工程)
制御端子13、回路基板42、樹脂ケース1及び樹脂ブロック21を用意する。
制御端子13は第1端部13a、胴部13b及び第2端部13cをこの順に備える。制御端子13の第1端部13aは回路基板42に固定されている。樹脂ケース1は主面1s、及び、主面1sに対向する側の開口部1opを備える。樹脂ケース1はさらに主面1sから開口部1opに向かって配置された第1角部Q1、開口部側壁5及び第2角部Q2を備える。第2角部Q2に隣接して貫通孔4が形成されている。樹脂ブロック21は第1側面22r、第1側面22rに対向する第2側面22l、第1側面22r及び第2側面22lに挟まれた先端面22f、及び先端面22fに対向する後端面22bを備える。樹脂ブロック21はさらに、先端面22f側から後端面22bに向かって厚くなる傾斜突起部23aが第1側面22rに形成されている。
(第1工程)
制御端子13の第2端部13cが樹脂ケース1の開口部1op側から主面1s側に向かって貫通孔4を貫通するように、開口部1opに回路基板42を収容する。
(第2工程)
樹脂ブロック21を開口部2内に挿入し固定する。このとき制御端子13の胴部13bは、傾斜突起部23aにより開口部側壁5の方向に押されたわみながら傾斜突起部23aと開口部側壁5の間に挟まれ、第1角部Q1または第2角部Q2に支持される。
製造方法の例をさらに説明する。図7に示すように、放熱ベース41に回路基板42、図示しない半導体チップ、主端子43及び制御端子13を半田付け又は溶接等により固着する。主端子43は2本の足46が、制御端子13は第1端部13aがそれぞれ回路基板42に固定される。
次に、回路基板42を収容するように樹脂ケース1の開口部1opを放熱ベース41の周縁に接着する。このとき樹脂ケース1の開口部44の上方側から主端子43を露出させ、また、開口部2の貫通孔4に制御端子13を貫通させる。次に、樹脂ケース1の上面側の開口部44から露出している主端子43の下を潜るようにナットケース45を挿入する。ナットケース45はナット受け部にナットを収容した樹脂体であり、例えば直方体(棒状)をしている。ナット受け部に収容されたナットはナット受け部内を上下に自由に移動できる。
主端子43は、図1(c)に示すようにU字を逆さにした形状をしており、ナットケース45は主端子43のU字状孔内を潜るように挿入される。主端子43の上部は樹脂ケース1の外部に露出する。樹脂ケース1の外部に露出した主端子43の上部には外部配線に取り付ける取り付け孔が形成されている。
続いて図8に示すように、樹脂ケース1の開口部2の梁部3に形成された第3凹部10に液状の接着剤47aを滴下(もしくは塗布)する。
続いて図9に示すように、樹脂ケース1の開口部2に側面側から樹脂ブロック21を挿入する。挿入方向は樹脂ケース1の主面1sに平行な方向である。
樹脂ブロック21は傾斜突起部23aを備えているので、樹脂ブロック21を挿入する力の一部は制御端子13の胴部13bを開口部側壁5側に押す荷重Pに変換される。荷重Pによって胴部13bは開口部側壁5に密着するとともに、制御端子13が傾いていても第1角部Q1を支点として胴部13bがたわみ第2端部13cが回転する。このように樹脂ケース1に対し制御端子13を高精度に位置決めすることができる。
このとき、制御端子13の胴部13bの谷間18に、樹脂ブロック21の凸状の段差部26の前方端部27を係合させてもよい。制御端子13の第1突起部16と第2突起部17が樹脂ブロック21に支持されることにより、制御端子13に圧縮荷重や引張り荷重などの外力が加わっても、制御端子13が樹脂ケース1内に沈み込んだり、樹脂ケース1の外部に引っ張り出されたりすることがない。
さらに、樹脂ブロック21の第3突起部23と樹脂ケース1の第1凹部6とを係合させ、第4突起部25と開口部2の底部に形成された第2凹部7とを係合させてもよい。樹脂ブロック21の複数の突起部を開口部2に係合させることにより樹脂ブロック21の脱落を防止し、樹脂ケース1にしっかりと固定できる。
さらに、樹脂ブロック21の凸状の段差部26を樹脂ケース1の第1庇部8下に係合させてもよい。凸状の段差部26は樹脂ブロック21の第1側面22r及び第2側面22lの底面側に形成されている。第1庇部8は開口部2の主面1s側に形成されている。また樹脂ブロック21の前方端部28に形成された凹状の溝29に、樹脂ケース1の開口部2の前方側壁に形成された第2庇部9を係合させてもよい。第1庇部8及び第2庇部9に樹脂ブロック21を係合することにより、樹脂ブロック21の樹脂ケース1からの浮き上がりが抑えられる。なお開口部2に挿入された樹脂ブロック21の上面と背面は樹脂ケース1から露出する。
つぎに、図10に示すように、第3凹部10内の液状の接着剤47aを硬化させ、固化した接着剤47bとする。固定前の液状の接着剤が制御端子13側に流れ出さないよう、図2に示すように、梁部3に接着剤の液溜め部11である溝を設けてもよい。また、液状の接着剤が配置される梁部3の中央部に第3凹部10を形成し、樹脂ブロック21の底面24に形成した第5突起部30と係合させてもよい。このように、樹脂ケース1と樹脂ブロック21とを係合させると同時に、樹脂ケース1と樹脂ブロック21とを接着剤で接着することで、さらに樹脂ケース1と樹脂ブロック21とを強固に固定できる。なお接着剤47aを用いずに、樹脂ケース1に樹脂ブロック21を係合のみにより固定してもよい。
上述の実施の形態は、パワーMOSFETモジュールやIGBTモジュール等、様々なパワー半導体モジュールに適用できる。図17は2in1(ハーフブリッジ)構造のIGBTモジュールの回路構成を示す。例示したIGBTモジュールは入力端子43p、43n、出力端子43u、ゲート端子13g及びセンス端子13sを備えている。樹脂ブロック21はゲート端子13g及びセンス端子13sを樹脂ケース1に対し位置決めするために利用できる。
このようにパワー半導体モジュールが2組のゲート端子13g及びセンス端子13sを備える場合は、上述した実施の形態のように、樹脂ケース1に2つの開口部2を設け、それぞれの貫通孔4にゲート端子13g及びセンス端子13sを貫通させて、樹脂ブロック21により位置決めできる。また4本の端子ごとに開口部2を設け、それぞれに樹脂ブロック21を挿入して端子を位置決めしてもよい。
上述の実施の形態は、単結晶シリコン基板を用いて作製されたパワーMOSFET、IGBT等のトランジスタチップやPNダイオード、ショットキーバリアダイオード等のダイオードチップを搭載する、様々なパワー半導体モジュールに適用できる。また、シリコンカーバイド(SiC)やガリウムナイトライド(GaN)等のワイドバンドギャップ半導体を基板として作製されたトランジスタチップやダイオードチップを搭載するパワー半導体モジュールにも適用できる。
1 樹脂ケース(筐体)
1s 主面
1op 開口部
2,2a 開口部(溝穴)
3 梁部
4 貫通孔
5 開口部側壁
6 第1凹部
7 第2凹部
8 第1庇部
9 第2庇部
10 第3凹部
11 液溜め部
13 制御端子
13a 第1端部
13b 胴部
13c 第2端部
13d 連結部
14 側端面
15 平板面
16 第1突起部
17 第2突起部
18 谷間
21,21a 樹脂ブロック(位置決め部品)
22r 第1側面
22l 第2側面
23 第3突起部
23a 傾斜突起部
24 樹脂ブロックの底面
25 第4突起部
26 樹脂ブロックの側面の凸状の段差部
26a 第6突起部(テーパー状係合突起)
27 凸状の段差部の前方端部
28 樹脂ブロックの前方端部
29 樹脂ブロックの凹状の溝
30 第5突起部
41 放熱ベース
42 回路基板
43 主端子
44 主端子用の開口部
45 ナットケース
46 主端子の足
47,47a (液状)接着剤
47b 固化した接着剤

Claims (13)

  1. 第1端部、胴部及び第2端部をこの順に備える端子と、
    前記端子の第1端部が固定されている回路基板と、
    主面、前記回路基板が収容され前記主面に対向する側の開口部、及び、前記主面から前記開口部に向かって配置された第1角部、側壁、第2角部及び前記第2角部に隣接して配置された貫通孔が形成された溝穴を備える筐体と、
    第1側面、前記第1側面に対向する第2側面、前記第1側面及び前記第2側面に挟まれた先端面、及び前記先端面に対向する後端面を備えるとともに、前記先端面から前記後端面に向かって厚くなる傾斜突起部が前記第1側面に形成された位置決め部品と、
    を備え、
    前記位置決め部品は前記溝穴内に固定されており、
    前記端子は前記開口部側から前記主面側に向かって貫通孔を貫通しており、前記端子の前記胴部は、前記傾斜突起部により前記側壁方向に押されて前記傾斜突起部と前記側壁の間に挟まれるとともに、前記胴部は前記第1角部または前記第2角部に支持されており、かつ、
    前記端子の第2端部は前記筐体の主面から突出している半導体装置。
  2. 前記端子は、前記第1角部または前記第2角部を支点として前記第2端部が回転可能であり、前記胴部が前記側壁に押さえつけられることにより、前記筐体に対し、位置決めされている請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記傾斜突起部の幅が前記位置決め部品の厚みの0.1倍〜0.5倍であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 前記傾斜突起部が、前記第1角部と第2角部の間の前記第2角部寄りに位置するように、前記位置決め部品の前記第1側面に形成されている請求項1記載の半導体装置。
  5. 前記端子は、第1突起部、前記第1突起部と離れた第2突起部、及び前記第1突起部と前記第2突起部との間の凹状の谷間が前記胴部に形成され、
    前記溝穴は、前記側壁に形成された第1凹部、及び前記溝穴の底部に配置され、第2凹部が形成された梁部を備え、
    前記位置決め部品は、前記端子の凹状の谷間に嵌合している凸状の段差部と前記第1凹部に嵌合している第3突起部とを側面側に備え、かつ、前記第2凹部に嵌合している第4突起部を底面側に備える、請求項1記載の半導体装置。
  6. 前記溝穴が、前記側壁の前記主面側に形成され、前記溝穴の内側に向かって突出している庇部を備え、
    前記位置決め部品が、前記凸状の段差部の前記主面側に形成されたテーパー状係合突起を備え、
    前記テーパー状係合突起が前記庇部に係合している請求項5記載の半導体装置。
  7. 前記位置決め部品の底面と前記溝穴の前記梁部とが接着剤で固定されている請求項5記載の半導体装置。
  8. 液状の前記接着剤が前記端子側に流れ出すことを防止する液溜め部が前記梁部に設けられている請求項7記載の半導体装置。
  9. 第1端部、胴部及び第2端部をこの順に備える端子の前記第1端部が固定されている回路基板と、
    主面、前記主面に対向する側の開口部、及び、前記主面から前記開口部に向かって配置された第1角部、側壁及び第2角部及び前記第2角部に隣接して配置された貫通孔が形成された溝穴を備える筐体と、を用意し、
    前記端子の前記第2端部が前記筐体の開口部側から前記主面側に向かって前記貫通孔を貫通するように、前記開口部に前記回路基板を収容する第1工程と、
    第1側面、前記第1側面に対向する第2側面、前記第1側面及び前記第2側面に挟まれた先端面、及び前記先端面に対向する後端面を備えるとともに、前記先端面から前記後端面に向かって厚くなる傾斜突起部が前記第1側面に形成された位置決め部品を用意し、
    前記位置決め部品を前記溝穴内に挿入し、前記端子の前記胴部が、前記傾斜突起部により前記側壁方向に押されてたわみながら前記傾斜突起部と前記側壁の間に挟まれ、前記第1角部または前記第2角部に支持されるように、前記位置決め部品を前記溝穴に固定する第2工程と、
    を備える半導体装置の製造方法。
  10. 前記端子は、第1突起部、前記第1突起部と離れた第2突起部、及び前記第1突起部と前記第2突起部との間の凹状の谷間が前記胴部に形成されており、
    前記溝穴は、前記側壁に形成された第1凹部、及び前記溝穴の底部に配置され、第2凹部が形成された梁部を備えており、かつ、
    前記位置決め部品は、さらに側面側の凸状の段差部、側面側の第3突起部及び底面側の第4突起部を備え、
    前記第2工程において、前記位置決め部品の凸状の段差部を前記端子の凹状の谷間に嵌合させ、前記位置決め部品の第3突起部及び第4突起部をそれぞれ前記溝穴の第1凹部及び第2凹部に嵌合させる請求項9記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記梁部に接着剤を塗布して、前記位置決め部品を前記溝穴に固定する工程をさらに含む請求項10記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記位置決め部品の挿入方向奥側の、前記筐体の前記溝穴の側壁に前記端子の胴部が接触するまで、前記位置決め部品の傾斜突起部によって前記端子の第2端部を回転させる請求項11記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記溝穴が、前記側壁の前記主面側に形成され、前記溝穴の内側に向かって突出している庇部を備え、
    前記位置決め部品が、前記凸状の段差部の前記主面側に形成されたテーパー状係合突起を備え、
    前記第2工程において、前記テーパー状係合突起を前記庇部に係合させる請求項10記載の半導体装置の製造方法。
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