KR101728264B1 - 전력용 반도체 장치 - Google Patents

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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

패키지(2) 내에 설치되고, 전력용 반도체 소자(6)를 포함하는 전기 회로가 형성된 회로 기판(5)과, 패키지(2) 내에서 전기 회로와 전기 접속되는 와이어 본드부(35)와, 피접속 기기와 전기 접속하기 위한 프레스 피트부(32)와, 와이어 본드부(35)에 연속하는 일단부가 패키지(2) 내에서 고정되고, 타단부가 프레스 피트부(32)를 패키지(2)로부터 떼어 놓도록 지지하는 동체부(33)를 갖는 복수의 프레스 피트 단자(3)를 구비하고, 복수의 프레스 피트 단자(3)의 각각은, 동체부(33) 중, 패키지(2)로부터 노출된 부분에, 중심선의 부분을 남기도록, 중심선에 수직인 방향에 있어서의 양측으로부터 잘록한 잘록부(36)가 형성되어 있다.

Description

전력용 반도체 장치{POWER SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 전력용 반도체 장치에 관한 것이고, 특히 다른 기기에 접속하기 위한 단자의 구조에 관한 것이다.
반도체 장치 중에서도 전력용 반도체 장치는, 철도 차량, 하이브리드 카, 전기 자동차 등의 차량, 가전 기기, 산업용 기계 등에 있어서, 비교적 큰 전력을 제어, 정류하기 위해 이용되고 있다. 따라서, 전력용 반도체 장치에 사용되는 반도체 소자는 100A/㎠를 넘는 높은 전류 밀도로 통전할 것이 요구된다. 그 때문에, 최근에는 실리콘(Si)을 대신하는 반도체 재료로서 와이드 밴드 갭 반도체 재료인 탄화규소(SiC)가 주목받고 있고, SiC로 이루어지는 반도체 소자는 실리콘과 비교하여 높은 전류 밀도에서의 동작이 가능하다.
한편, 반도체 장치에는, 복수의 단자가 하우징으로부터 돌출하도록 배치되어 있다(예컨대 특허 문헌 1 참조.). 그리고, 반도체 장치를 사용하는 기기에는, 그 반도체 장치의 단자에 대응하는 접속부가, 단자의 배열에 따라서 배치되어 있으므로, 용이하게 반도체 장치를 기기에 마운트할 수 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 미국 특허 공개 공보 US2009/0194884A1(단락 0041~0046, Fig. 13)
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 2013-4289호 공보(단락 0032~0042, 도 3~도 4)
그러나, 높은 전류 밀도로 동작시키는 전력용 반도체 장치에서는, 단자의 단면적을 크게 할 필요가 있고, 일반적인 반도체 소자의 단자보다 강성이 높아진다. 그 때문에, 단자나 접속부에 배치 오차나 경사가 있거나 하면, 접속을 부드럽게 행할 수 없고, 전기 접속에 불량이 생기거나, 피접속 기기 혹은 전력용 반도체 장치에 손상이 생기거나 할 가능성이 있어, 어셈블리 우도(assembly tolerance)가 낮았다. 또한, 전력용 반도체 장치와 피접속 기기의 선팽창 계수에 차이가 있는 경우, 사용 중 혹은 기동ㆍ정지시의 온도 변화에 의해, 단자나 접점에 반복하여 응력이 생겨, 접점의 접촉 저항이 상승하고, 신뢰성을 저하시킬 가능성도 있었다.
한편, 상술한 배치 오차에 추종시키기 위해, 다리 부분에 굴곡 형상을 이루는 굴곡부를 형성한 프레스 피트 단자가 개시되어 있다(예컨대, 특허 문헌 2 참조.). 그러나, 이와 같은 구조에서는, 프레스 피트의 삽입시에, 탄성부(프레스 피트부)보다, 굴곡부가 먼저 좌굴 변형(buckling deformation)한다. 그 때문에, 프레스 피트 삽입시에는, 굴곡부보다 탄성부에 가까운 부분에 마련한 피가압면을 지지할 필요가 있어, 스루홀로의 프레스 피트 단자의 삽입이 어렵다고 하는 과제가 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 용이하게 피접속 기기로의 마운트가 가능하고, 신뢰성이 높은 전력용 반도체 장치를 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 전력용 반도체 장치는, 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되고, 전력용 반도체 소자를 포함하는 전기 회로가 형성된 회로 기판과, 상기 하우징 내에서 상기 전기 회로와 전기 접속되는 내부 단자부와, 피접속 기기와 전기 접속하기 위한 외부 단자부와, 상기 내부 단자부에 연속하는 일단이 상기 하우징 내에서 고정되고, 타단에서 상기 외부 단자부를 상기 하우징으로부터 떨어지도록 지지하는 동체부를 갖는 복수의 단자를 구비하고, 상기 복수의 단자의 각각은, 상기 동체부 중, 상기 하우징으로부터 노출된 부분에, 상기 외부 단자부와 상기 하우징으로부터 노출된 부분의 근원 부분을 잇는 중심선의 부분을 남기도록, 상기 중심선에 수직인 방향에 있어서의 양측으로부터 잘록한 잘록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전력용 반도체 장치에 의하면, 변위 혹은 위치 어긋남이 생긴 경우에도, 강성이 낮은 잘록부가 외부 단자부보다 우선적으로 변형하여 응력을 억제할 수 있으므로, 용이하게 피접속 기기로의 마운트가 가능하고, 신뢰성이 높은 전력용 반도체 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치의 구성을 설명하기 위한 평면도와 정면도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치의 기기로의 마운트 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치에 있어서의 단자의 상태를 설명하기 위한 일부를 투과시킨 부분 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치에 이용하는 단자의 구성을 설명하기 위한 정면도와 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치에 이용하는 단자의 가공 공정을 설명하기 위한 프레임의 공정마다의 정면도와 단면도의 조합도이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1의 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치의 기기로의 마운트 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 2와 관계되는 전력용 반도체 장치에 있어서의 단자의 상태를 설명하기 위한 일부를 투과시킨 부분 측면도, 및 인접하는 단자 사이의 상태를 설명하기 위한 부분 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 3과 관계되는 전력용 반도체 장치와 프린트 기판을 설치하는 공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 3의 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치에 있어서의 단자의 상태를 설명하기 위한 일부를 투과시킨 부분 측면도이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 3의 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치에 이용하는 단자의 구성을 설명하기 위한 정면도와 측면도이다.
도 12는 본 발명의 실시의 형태 3의 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치에 프린트 기판을 설치할 때의, 단자의 스루홀로의 삽입 심도마다의 단자의 변형 상태를 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 실시의 형태 4와 관계되는 전력용 반도체 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
실시의 형태 1.
도 1~도 6은 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치의 구성을 설명하기 위한 것이고, 도 1(a)와 도 1(b)는 각각 전력용 반도체 장치의 외관을 나타내는 평면도와 정면도, 도 2는 도 1(a)의 A-A선에 대응하는 단면도, 도 3은 전력용 반도체 장치의 기기로의 마운트 상태를 설명하기 위한 도 1(a)의 B-B선에 대응하는 단면도, 도 4는 전력용 반도체 장치 중에서의 단자의 상태를 설명하기 위해 케이스 부분을 투과시킨 부분 측면도, 도 5는 단자의 구성을 설명하기 위한 정면도와 측면도, 도 6은 단자의 가공 공정을 설명하기 위한, 단자의 기초가 되는 프레임(일부)의 구부림 공정 전의 정면도와 단면도의 조합도(a)와, 구부림 가공 후의 정면도와 측면도의 조합도(b)이다. 또한, 도 7은 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 묘화 기준은 도 3과 동일하다. 이하, 상세하게 설명한다.
먼저, 전력용 반도체 장치(1)의 외관에 대하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 전력용 반도체 장치(1)는, 베이스판(4)이 하면측으로부터 노출된 상태에서 전체가 패키지(2)(인서트 케이스(21)와 덮개(22))에 의해 덮이고, 패키지(2)(를 구성하는 인서트 케이스(21))에는, 방열용의 히트 싱크를 베이스판(4)에 설치하기 위한 설치 구멍(2h)이 형성되어 있다. 한편, 전력용 반도체 장치(1)의 상면부에는, 외부(피접속 기기)와의 전기 접속을 확보하기 위해, 단자인 복수의 프레스 피트 단자(3)가, 패키지(2)로부터 돌출하도록 배치되어 있다.
다음으로, 전력용 반도체 장치(1)의 내부 구조에 대하여 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 전력용 반도체 장치(1)에는, 패키지(2) 내에 세라믹 기재(51)의 회로면(도면 중 위쪽)측에 구리에 의한 복수의 패턴(52)이 형성된 회로 기판(5)이 설치되어 있다. 회로 기판(5)의 방열면(도면 중 아래쪽)에는, 땜납(8)에 의해 구리로 이루어진 베이스판(4)이 접합되고, 회로면의 패턴(52) 중 하나에는, 반도체 재료에 실리콘을 이용한 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(61)와 FwDi(Free-Wheeling Diode)(62)(합쳐서 전력용 반도체 소자(6))가 땜납(8)으로 접합되어 있다. IGBT(61), FwDi(62)의 상부 전극에는, 직경 200~400㎛의 알루미늄의 복수의 와이어(7)가, 와이어 본딩되어 있고, 다른 패턴(52) 위나, 프레스 피트 단자(3)의 패키지(2) 내의 부분에 형성된 와이어 본드부(35)에 접속되어 있다. 또, 인서트 케이스(21)의 내부는 실리콘 겔(23)로 밀봉되고, 개방된 상부를 덮개(22)로 덮는 것에 의해 패키지화된다.
이와 같이 구성된 전력용 반도체 장치(1)에서는, 패키지(2)의 상면으로부터 돌출된 프레스 피트 단자(3)는, 도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 피접속 기기로의 삽입 방향에 수직인 면에 있어서의 소정 위치에 배치되어 있다. 또한, 후술하는 제조법에서 설명하는 바와 같이, 단자의 폭 방향을 따라서 직선 형상으로 나열된 것을 배치하도록 하는 형태로 되어 있다. 그리고, 피접속 기기에 마운트할 때는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 프레스 피트 단자(3)에 있어서의 외부와의 접점인 프레스 피트부(32)를 피접속 기기(도면에서는 프린트 기판(9))측의 접점인 스루홀(9h)에 삽입한다. 스루홀(9h)의 내벽은, 구리 도금에 의해, 프린트 기판(9)의 회로면에 형성된 복수의 패턴(92)과 전기적으로 접속하는 도체로 덮여 있고, 삽입된 프레스 피트부(32)와 접촉하는 것에 의해, 전력용 반도체 장치(1)와의 전기 접속(도통)이 확보된다.
다음으로, 단자로서 이용하는 프레스 피트 단자(3)의 구성에 대하여 설명한다.
프레스 피트 단자(3)의 일단에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예컨대, 상술한 프린트 기판(9)에 삽입하여 스루홀(9h)과 도통시키는 접점이 되는 프레스 피트부(32)가 형성되고, 타단에는, 전력용 반도체 장치(1) 내의 패턴(52) 혹은 전력용 반도체 소자(6) 등의 회로 부재와의 와이어 본드를 행하기 위한 와이어 본드부(35)가 형성되어 있다. 그리고, 프레스 피트부(32)와, 와이어 본드부(35)를 잇는 동체부(33)를 갖고, 동체부(33) 중, 와이어 본드부(35)측의 부분(인서트부(33u))과 와이어 본드부(35)가 전력용 반도체 장치(1)의 패키지(2) 내에 묻히고, 동체부(33)의 나머지의 부분(노출부(33e))이 프레스 피트부(32)를 패키지(2)로부터 떨어지도록 지지하고 있다. 프레스 피트부(32) 및 노출부(33e)의 표면에는, 전기 접점에 일반적으로 이용되는 니켈 베이스 주석 도금이 실시되고, 와이어 본드부(35)에는 알루미늄 와이어 본딩이 가능하도록, 광택 니켈 도금이 실시된다.
프레스 피트 단자(3)의 치수로서는, 도 5에 나타내는 바와 같이 동체부(33)의 폭 Wm이 3㎜, 판 두께 t는 1㎜로 되어 있고, 프레스 피트부(32)의 최대 폭 Wp는 2.1㎜로 되어 있다. 프레스 피트부(32)는 스루홀(9h) 내벽과의 접촉을 확보하기 위해, 용수철 특성을 갖도록, 니들아이(needle-eye) 형상으로 되어 있다. 다시 말해, 단자 압입 방향의 선단이 되는 테이퍼 형상의 선단으로부터 압입 방향 및 판 두께 방향에 수직인 방향(=폭 방향)으로 분기하여 연장된 한 쌍의 분기부의 사이에 개구가 형성된 이중 지지 빔 구조로 되어 있고, 분기부의 각각의 폭 Wb는 0.7㎜로 되어 있다.
또한, 프레스 피트부(32)의 단면 형상은, 스루홀(9h) 내벽의 형상(원통형)에 추종하고, 접촉 면적이 커지도록, 네 구석의 에지에 R 가공(R 0.3)이 실시되어 있다. 또, 프린트 기판(9)의 스루홀(9h)의 사양은, 도금 두께 25~50㎛이고, 최종(finishing) 지름이 내경 2.0㎜로 되어 있고, 프레스 피트부(32)의 최대 폭 Wp(2.1㎜)보다 약간 작게 되어 있다.
여기서, 프레스 피트 단자(3)의 동체부(33)의 패키지(2)로부터 노출된 부분(노출부(33e), 혹은 노출부(33e)와 프레스 피트부(32)의 경계 부분)에는, 폭 방향의 양측으로부터 움푹 패인 잘록부(constriction portion)(36)가 형성되어 있다. 잘록부(36)를 형성하기 위한 양측으로부터의 움푹 패인 형상은, 좌우 대칭이고, 개구 길이(도면 중 높이) Hc 및 깊이는 동일하다. 본 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에 이용한 프레스 피트 단자(3)의 잘록부(36)는, 개구 길이 Hc 1㎜, 깊이 1.2㎜로 되어 있고, 선단은 국소적인 응력 집중을 막기 위해, R 0.5의 가공이 실시되어 있다. 이것에 의해, 잘록부(36)의 (잔류 벽) 폭 Wc는, 분기부의 폭 Wb(0.7㎜)보다 좁은, 0.6㎜(Wm-1.2㎜×2)로 되어 있다.
여기서, 상술한 프레스 피트 단자(3)를 갖는 전력용 반도체 장치(1)의 제조 흐름에 대하여 설명한다.
프레스 피트 단자(3)는, 두께 1㎜의 금속 판재로 제작되고, 복수의 순차 이송 다이를 이용한 프레스 가공에 의해 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 프레스 피트 단자(3)의 기초가 되는 단자 유닛(3P)이 타이 바(tie bar)(38)로 연결된 프레임(30)으로 형성된다. 프레임(30)은, 각 단자 유닛(3P)이 연결된 상태에서, 프레스 피트부(32) 및 노출부(33e)에 대응하는 영역 A32에는, 두께 수 ㎛ 정도의 하층 니켈 도금 및 상층 주석 도금이 실시되고, 와이어 본드부(35)에 대응하는 영역 A35에는 광택 니켈 도금이 실시된다. 그 후, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 와이어 본드 패드(와이어 본드부(35))를 형성하기 위해 타이 바(38)로 연결(일체화)된 채의 상태에서, LB 부분에서 구부림 가공된다.
그 후, 소정수의 단자 유닛(3P)이 타이 바(38)로 연결된 상태에서 프레임(30)이 인서트 금형에 삽입되고, 사출 성형에 의해, 프레스 피트부(32) 및 와이어 본드부(35)가 노출되도록 프레임(30)이 묻힌 인서트 케이스(21)가 성형된다. 또, 이때, 각 단자 유닛(3P)이 타이 바(38)로 연결(일체화)되어 있는 것에 의해, 인서트 금형으로의 삽입이 용이하게 된다. 그리고, 사출 성형 후에, 타이 바(38)를 분리하고, 프레스 피트 단자(3)가 소정 위치에 배열된 인서트 케이스(21)가 완성된다.
그리고, 전력용 반도체 소자(6) 등이 납땜된 베이스판(4)과 인서트 케이스(21)를 접착제로 접착하고, 전력용 반도체 소자(6)나 패턴(52) 등의 회로 부재와 프레스 피트 단자(3)의 와이어 본드부(35)를 와이어 본딩에 의해 접속한다. 마지막으로, 실리콘 겔(23)로 회로면을 밀봉하고, 덮개(22)를 접착하여 패키지화하는 것에 의해, 전력용 반도체 장치(1)가 완성된다.
다음으로, 동작에 대하여 설명한다.
도 3에서 설명한 바와 같이, 전력용 반도체 장치(1)는 프레스 피트 단자(3)에 대응한 접점이 마련된 프린트 기판(9)과 같은 기기에 장착되어 사용된다. 여기서, 전력용 반도체 장치(1)와 프린트 기판(9)은 사용 중에 온도 변화나 진동 등의 가혹한 환경에 노출된다. 사용 중의 온도 변화에 의해, 전력용 반도체 장치(1)는 이들의 환경에 노출되었을 때에, 프린트 기판(9)의 선팽창 계수(약 13ppm/K)와 전력용 반도체 장치의 선팽창 계수(패키지(2)의 선팽창 계수 : 약 5ppm/K)의 차이에 의해, 전력용 반도체 장치(1)의 프레스 피트 단자(3)의 배열과 프린트 기판(9)의 접점의 배열 사이에 반복하여 변위가 생긴다.
이때, 종래의, 예컨대, 특허 문헌 1에 기재된 전력용 반도체 장치와 같은 경우, 단자에 이용한 구리 원통은, 전류 밀도에 따라 지름을 굵게 할 필요가 있다. 굵어짐에 따라, 강성이 높아지므로, 변위가 생기면, 프린트 기판(9)의 접점 혹은, 전력용 반도체 장치(1)에 반복하여 부하가 걸린다. 그 때문에, 보다 큰 전력용 반도체 장치로의 적용이나, 보다 가혹한 환경에서 적용하는 것이 곤란하게 되고 있었다.
그렇지만, 본 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에서는, 프레스 피트 단자(3)의 프레스 피트부(32)와 인서트부(33u)를 잇는 동체부(33) 중, 패키지(2)로부터 노출되는 부분(노출부(33e))에, 프레스 피트부(32)의 분기부의 폭 Wb보다 좁은 폭 Wc를 갖는 잘록부(36)를 형성했다. 그 때문에, 이와 같은 반복 변위가 생기더라도, 잘록부(36)가 우선적으로 변형하여, 프레스 피트부(32)가, 잘록부(36)를 중심으로 하여 단자의 폭 방향으로 좌우로 이동하므로, 접점 혹은, 전력용 반도체 장치(1)에 걸리는 부하를 억제할 수 있다. 즉, 신뢰성이 높은 전력용 반도체 장치(1)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
한편, 프레스 피트 접속은, 도 5에서 설명한 바와 같이, 프린트 기판(9)의 스루홀(9h)의 지름보다 약간 폭이 넓은 프레스 피트 단자(3)를 압입하고, 프레스 피트부(32)와 스루홀(9h) 사이에 기계적인 접촉력을 발생시켜, 양자를 전기적으로 접속하는 기술이다. 그 때문에, 스루홀(9h)과 프레스 피트 단자(3) 사이에 상대 위치 어긋남이 있는 경우, 프레스 피트부(32)를 형성하는 분기부 중, 삽입 개시시에 한쪽만이 스루홀(9h)의 내벽에 닿아 소성 변형이 생기고, 용수철 특성이 손상되어 접촉력이 작용하기 어려워진다. 그 때문에, 피접속 기기의 접점인 프린트 기판(9)의 스루홀(9h)의 배치는 높은 위치 정확도가 요구된다.
그렇지만, 본 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에서는, 스루홀(9h)과 프레스 피트 단자(3)의 상대 위치 어긋남이 커진 경우에도, 잘록부(36)가 변형하여, 상대 위치 어긋남을 흡수하기 때문에, 프레스 피트부(32)에 과도한 소성 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 프린트 기판(9)으로의 전력용 반도체 장치(1)의 마운트가 용이하게 된다.
또, 상술한 효과는, 삽입 방향에 수직인 방향의 응력에 대하여, 프레스 피트부(32)의 강성보다, 잘록부(36)의 강성이 작은 경우에 얻을 수 있다. 구체적으로는, 프레스 피트부(32)의 대표 폭인 분기부의 한쪽의 폭 Wb보다, 잘록부(36)의 폭 Wc가 작은 경우에 얻을 수 있다. 다시 말해, 잘록부(36)의 폭 Wc가 프레스 피트부(32)를 구성하는 분기부의 한쪽의 폭 Wb보다 넓은 경우, 프린트 기판(9)과 프레스 피트부(32)의 사이에 위치 어긋남이 생기면, 잘록부(36)가 소성 변형하기 전에, 프레스 피트부(32)가 크게 소성 변형한다. 그 때문에, 프레스 피트부(32)에서의 용수철 특성이 손상되어, 접점이 소정의 전기 특성을 확보할 수 없게 되기 때문이다.
실시의 형태 1에 있어서의 변형예.
또, 본 실시의 형태에서는, 단자로서, 상술한 효과가 현저하게 나타나는 프레스 피트 단자(3)를 이용한 경우에 대하여 설명했지만, 이것으로 한정되는 일은 없다. 예컨대, 도 7에 나타내는 바와 같은 땜납용 접점(32V)이 납땜용의 평판 형상으로 형성된 핀 단자(3V)를 이용한 경우에도, 땜납용 접점(32V)의 강성보다, 잘록부(36)의 강성이 작은 형태를 실현하면 된다.
다시 말해, 핀 단자(3V)의 패키지(2)로부터 노출된 부분 중, 땜납용 접점(32V)에 이르기까지의 부분(노출부(33e), 혹은 노출부(33e)(동체부(33)와 땜납용 접점(32V)의 경계 부분)에, 땜납용 접점(32V)의 대표 폭(여기서는 단순한 평판 부분의 폭)보다 좁은 폭 Wc를 갖는 잘록부(36)를 마련한다. 이것에 의해, 다음과 같은 효과를 발휘한다.
납땜용의 핀 단자(3V)의 경우, 전력용 반도체 장치(1)를 사용했을 때의 온도 변화에 의해, 전력용 반도체 장치(1)와 프린트 기판(9)의 선팽창 계수 차이에 의해 납땜부에 크랙이 발생하는 경우가 있지만, 잘록부(36)가 선팽창 계수 차이에 의한 응력을 흡수하기 때문에, 접점 부분이나 전력용 반도체 장치(1) 내부에 걸리는 응력이 저감되어, 신뢰성이 높아진다. 또한, 핀 단자(3V)는, 납땜 인두에 의해 프린트 기판(9)에 납땜되는 경우가 있지만, 그 때, 납땜 인두로부터의 입열에 대하여, 전력용 반도체 장치(1)측으로 열이 달아나기 때문에, 입열 시간을 길게 하지 않으면 안 된다. 이 과제에 대하여, 잘록부(36)가 열의 달아남을 방지하기 때문에, 입열 시간을 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
프레스 피트 단자(3), 핀 단자(3V)와 같이, 판재로 형성할 수 있는 단자의 경우, 잘록부(36)는, 펀칭 가공으로 성형 가능하고, 단자의 기초가 되는 펀칭 패턴(본 실시의 형태에서는 프레임(30))을 성형할 때에 동시에 가공이 가능하다. 그 때문에, 잘록부(36)를 형성하기 위한 비용 증가는 거의 발생하지 않는다.
또, 단자의 재료는 구리계의 재료 중에서 특히 전기 저항률이 무산소 구리에 가까운 쪽이 좋다. 또한, 프레스 피트 단자(3)와 같이 적절한 반발력이 필요한 경우는, 높은 강성을 갖는 용수철 특성이 높은 재료인 것이 바람직하다. 이들의 특성을 만족시키는 재료로서 구리-아연계 합금(도전율 80%, 탄성률 140GPa)이 존재한다.
또한, 본 실시의 형태에 있어서는 실리콘 겔(23)로 밀봉된 인서트 케이스 타입의 전력용 반도체 장치(1)를 예로 설명했지만, 전체가 몰드 수지로 덮인 트랜스퍼 몰드형의 전력용 반도체 장치에 있어서도 동일한 효과를 발휘할 수 있다.
또, 단자(프레스 피트 단자(3)) 및 스루홀(9h)의 치수는 상기의 것과 상이하더라도 좋고, 단자와 피접속 기기측의 접점의 접속 방법이 다른 형태이더라도 좋다. 단, 적어도 단자의 대표 폭(본 실시의 형태에서는, 프레스 피트부(32)의 분기부의 한쪽의 폭 Wb나 핀 단자(3V)의 폭)보다 잘록부(36)의 폭 Wc가 좁아지도록 하면 된다.
또한, 패키지(2) 내에 배치되는 쪽의 단부는, 반드시 와이어 본드부(35)일 필요는 없고, 프레스 피트 형상이나 핀 단자 형상이더라도 좋다. 이 경우도, 노출부(33e)와 같이, 패키지(2)에 지지되어 있지 않은 부분에, 상술한 잘록부(36)를 형성하는 것에 의해, 동일한 효과를 발휘한다.
이상과 같이, 본 발명의 실시의 형태 1과 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에 의하면, 하우징(패키지(2))과, 하우징(패키지(2)) 내에 설치되고, 전력용 반도체 소자(6)를 포함하는 전기 회로가 형성된 회로 기판(5)과, 하우징(패키지(2)) 내에서 전기 회로와 전기 접속되는 내부 단자부(와이어 본드부(35))와, 피접속 기기(예컨대, 프린트 기판(9))와 전기 접속하기 위한 외부 단자부(프레스 피트부(32), 또는 땜납용 접점(32V))와, 내부 단자부(와이어 본드부(35))에 연속하는 일단(인서트부(33u))이 하우징(패키지(2)) 내에서 고정되고, 타단(노출부(33e))에서 외부 단자부(프레스 피트부(32), 또는 땜납용 접점(32V))를 하우징(패키지(2))으로부터 떨어지도록 지지하는 동체부(33)를 갖는 복수의 단자(프레스 피트 단자(3), 또는 핀 단자(3V))를 구비하고, 복수의 단자(프레스 피트 단자(3), 또는 핀 단자(3V))의 각각은, 동체부(33) 중, 하우징으로부터 노출된 부분(노출부(33e))에, 외부 단자부(프레스 피트부(32), 또는 땜납용 접점(32V))의 강성보다 낮은 강성을 갖는 잘록부(36)가 형성되어 있도록 구성했으므로, 온도 변화에 의한 변위나 배치 오차 등이 생기더라도, 잘록부(36)가 우선적으로 변형하여, 프레스 피트부(32), 또는 땜납용 접점(32V)이, 잘록부(36)를 중심으로 하여 단자의 폭 방향으로 좌우로 이동하므로, 접점 혹은, 전력용 반도체 장치(1)에 걸리는 부하를 억제할 수 있다. 즉, 신뢰성이 높은 전력용 반도체 장치(1)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
특히, 단자(프레스 피트 단자(3))는, 각각 가늘고 긴 판재로 형성됨과 아울러, 외부 단자부(프레스 피트부(32))가 판재의 폭 방향으로 분기한 부분의 각각이 간격을 두고 대향하는 이중 지지 빔 구조로 형성되고, 잘록부(36)의 폭 Wc가, 외부 단자부(프레스 피트부(32))의 분기한 부분의 각각의 폭 Wb보다 좁도록 구성했으므로, 잘록부(36)가 변형하여, 상대 위치 어긋남을 흡수하기 때문에, 프레스 피트부(32)에 과도한 소성 변형이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 접점에서의 전기 접속이 양호하고, 프린트 기판(9)으로의 전력용 반도체 장치(1)의 마운트가 용이하게 된다.
실시의 형태 2.
본 실시의 형태 2와 관계되는 전력용 반도체 장치는, 실시의 형태 1에서 설명한 전력용 반도체 장치에 대하여, 단자의 잘록부의 일부를 하우징 내에 묻도록 함과 아울러, 잘록 부분으로부터 위를 비틀도록 한 것이다. 도 8은 본 실시의 형태 2와 관계되는 전력용 반도체 장치의 구성을 설명하기 위한 것으로, 도 8(a)는 단자의 상태를 설명하기 위해 케이스 부분을 투과시킨 부분 측면도, 도 8(b)는 인접하는 단자 사이의 상태를 설명하기 위한 것으로, 도 8(a)의 시점 C로부터 보았을 때의 부분 평면도이다. 그 외의 전력용 반도체 장치로서의 기본적인 구성에 대해서는, 실시의 형태 1의 전력용 반도체 장치와 동일하므로 설명을 생략한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 단자인 프레스 피트 단자(3)에는, 실시의 형태 1과 동일한 잘록부(36)가 형성되어 있지만, 본 실시의 형태 2에서는, 잘록부(36)의 일부가 패키지(2) 내에 묻힌 인서트부(33u)에 겹쳐 있다. 그리고, 잘록부(36)(엄밀하게는 잘록부의 중심 부근)를 경계로 하여 프레스 피트부(32)측을 폭 방향 및 두께 방향의 중심을 축으로 하여 45도 비틀어(회전시켜), 인서트부(33u)에 대하여, 다시 말해 배열 방향에 대하여 경사지도록 한 것이다.
또, 이 구조는, 실시의 형태 1에서 설명한 인서트 케이스(21)의 사출 성형 후에, 인서트 케이스(21)로부터 노출되고 있는 부분에 구부림 가공을 행하는 것에 의해 실현할 수 있다. 예컨대, 각 단자 유닛(3P)에 비트는 방향의 가공이 실시되어 있는 프레임(30)을 사출 성형에 이용하는 것은, 금형 구성상 곤란하기 때문이다.
다음으로, 이와 같은 구성으로 한 이유에 대하여 설명한다.
프레스 피트 단자(3)와 같은 판재의 단자는, 두께 방향의 치수(예컨대 도 5의 t)보다 폭 방향의 치수(도 5의 Wm)가 크다. 그 때문에, 프레스 피트 단자(3)를 배열하고, 인접하는 프레스 피트 단자(3)의 간격을 유지한 채로, 피치를 좁히고자 하면, 각 프레스 피트 단자(3)를 극단적으로 말하면 판 두께 방향으로 배열하면 된다.
그러나, 실제로는, 예컨대, 와이어 본딩에 있어서의 워크 스페이스를 확보하기 위해, 각 프레스 피트 단자(3)는, 판재의 두께 방향으로 겹치지 않도록, 면에 평행한 방향으로 배열된다. 또한, 상술한 프레임(30) 내에 각 단자 유닛(3P)이 연결된 상태에서 인서트 성형이 행해지기 때문에, 필연적으로 각 프레스 피트 단자(3)는, 폭 방향을 따라서 일렬로 배열되게 된다.
그래서, 본 실시의 형태 2에서는, 인서트 성형 후에, 패키지(2)로부터 노출된 부분을, 배열 방향에 대하여 면을 경사지도록 한 것이다. 본 구조로 하는 것에 의해, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 패키지(2)로부터 노출된 부분에서의 이웃하는 프레스 피트 단자(3)의 간격 Dp를 소정 이상으로 유지하면서, 배열 피치를 줄일 수 있다. 그 때, 인서트부(33u)의 간격 Du는 짧아지지만, 패키지(2)는 절연 재료이므로, 노출 부분에 요구되는 공간 거리보다 짧은 공간 거리이더라도 괜찮다. 그 때, 잘록부(36)의 일부가 패키지(2) 내에 묻히도록 했으므로, 비틀기가 가해지지 않아 단자의 폭 방향과 배열 방향이 일치하고, 또한 패키지(2)로부터 노출되는 부분은, 프레스 피트 단자(3) 자체의 폭 Wm보다 좁은 폭을 갖는 부분(간격=Dc)만이 된다. 다시 말해, 패키지(2)로부터 노출된 부분으로 확보되는 공간 거리는, Dc 혹은 Dp 중 짧은 쪽이 된다.
그 때문에, 좁은 피치를 유지하면서, 프레스 피트 단자(3) 사이의 공간 거리를 크게 할 수 있고, 소형의 고내압 전력용 반도체 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다. 또한, 잘록부(36)를 통해 구부림 가공하는 것에 의해, 인서트 케이스(21)의 수지부에 과도한 응력이 생기는 것을 억제하는 효과가 있다. 또, 기울기에 대해서는, 45도로 한정되는 일은 없고, 예컨대, 0도보다 큰 90도 이하의 각도로 적절히 설정하면 되지만, Dp≥Dc가 되는 각도가 바람직하다.
이상과 같이 본 실시의 형태 2와 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에 의하면, 단자(프레스 피트 단자(3), 또는 핀 단자(3V))는 각각 가늘고 긴 판재로 형성됨과 아울러, 동체부(33)의 하우징(패키지(2)) 내에서 고정된 부분(인서트부(33u))에 있어서의 판재의 폭 방향을 따라서 배치되고, 하우징(패키지(2))으로부터 노출된 부분(노출부(33e)) 중, 잘록부(36)보다 앞(프레스 피트부(32), 또는 땜납용 접점(32V)측)의 부분이, 폭 방향에 대하여 경사지도록 구성했으므로, 좁은 피치를 유지하면서, 단자(프레스 피트 단자(3), 또는 핀 단자(3V)) 사이의 공간 거리를 크게 할 수 있고, 소형의 고내압 전력용 반도체 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
특히, 단자(프레스 피트 단자(3), 또는 핀 단자(3V))의 각각은, 잘록부(36)의 일부가 하우징(패키지(2)) 내에 묻혀 있도록 구성했으므로, 절연재로 둘러싸여 있지 않은 부분의 공간 거리를 제대로 확보할 수 있다.
또, 실시의 형태 1, 2에 있어서는, 스위칭 소자(트랜지스터 : IGBT(61))나 정류 소자(다이오드 : FwDi(62))로서 기능하는 전력용 반도체 소자(6)에, 실리콘을 반도체 재료로서 이용한 예에 대하여 설명했다. 그러나, 실리콘보다 밴드 갭이 큰, 이른바 와이드 갭 반도체를 형성할 수 있는 탄화규소나, 질화갈륨계 재료 또는 다이아몬드를 이용했을 때가, 이하에 말하는 바와 같이 본 발명에 의한 효과를 보다 한층 발휘할 수 있다.
즉, 탄화규소나 질화갈륨계 재료와 같은 와이드 밴드 갭 반도체 재료를 이용한 전력용 반도체 소자를 사용하는 것에 의해, 전력용 반도체 장치(1) 전체의 온도가 더욱 고온이 되고, 프린트 기판(9)과 같은 피접속 기기와의 변위가 커지기 때문에, 잘록부(36)에 의한 응력 완화 효과는 현저하게 된다.
또한, 와이드 밴드 갭 반도체 재료의 전력용 반도체 소자를 탑재한 전력용 반도체 장치에 있어서는, 단자도 고온이 되기 때문에, 단자와 피접속 기기의 접점이 땜납 접합인 경우는, 땜납 접합 신뢰성이 저하하는 일이 있었다. 또한, 전력용 반도체 장치의 고전류 밀도화에 의해, 단자에 흐르는 전류도 대전류가 되고 있고, 접점 부분에서의 발열량도 증대하여, 땜납 접합 신뢰성이 저하하는 일이 있었다. 그 경우, 프레스 피트 단자(3)와 같은 땜납 접합을 필요로 하지 않는 단자를 채용하는 것에 의해, 땜납의 융점보다 높은 온도에 있어서 전력용 반도체 소자를 동작시키는 것이 가능하게 되었다.
또한, 프레스 피트부(32)는, 땜납의 경우(예컨대, 핀 단자(3V)의 땜납용 접점(32V))와 비교하여, 전극의 접속 면적이 작기 때문에, 프레스 피트부(32)와 스루홀(9h) 사이의 열 저항이 커진다. 그 때문에 단자에 프레스 피트 단자(3)를 이용하면, 전력용 반도체 장치(1)로부터 프린트 기판(9)으로의 열전도를 억제할 수 있어, 전력용 반도체 소자(6)의 열이 피접속 기기(프린트 기판(9))측에 전해지기 어려워진다. 다시 말해, 전력용 반도체 장치(1)의 온도가 고온이 되더라도, 피접속 기기의 온도가 상승하기 어려워져, 피접속 기기의 신뢰성이 높아진다.
실시의 형태 3.
본 실시의 형태 3에서는, 상술한 실시의 형태 1 및 2에서 설명한 전력용 반도체 장치와 프린트 기판을 접속하는 방법(기기의 설치 방법)에 대하여 설명한다. 그리고, 접속할 때에 잘록부의 구조에 기인하는 프레스 피트 단자의 동작에 대하여 설명한다. 도 9(a)와 (b)는 본 실시의 형태 3과 관계되는 기기의 설치 방법을 설명하기 위한 것으로, 각각 전력용 반도체 장치와 프린트 기판의 설치 방법에 있어서의 공정마다의 상태를 나타내는 단면도이고, 절단 위치는 도 2와 동일하다.
또, 본 실시의 형태 3과 관계되는 기기의 설치 방법은, 실시의 형태 1 및 2에서 설명한 프레스 피트 단자(3)를 이용한 전력용 반도체 장치(1)의 특징을 살리는 설치 방법이다. 다시 말해, 프레스 피트 단자(3)의 동체부(33)에 있어서, 폭 방향의 중심에 재료가 남도록, 길이 방향의 동일한 위치에서, 폭 방향의 양단으로부터 잘록부(36)가 형성되어 있는 것을 전제로 하고 있다. 그 때문에, 다른 구성에 대해서는, 실시의 형태 1 혹은 2에서 설명한 것과 동일하므로 설명을 생략한다. 또, 전력용 반도체 장치 자체에 대해서는, 실시의 형태 1에서 설명한 도 1~도 6에서 나타내는 형태의 것을 나타내고 있지만, 실시의 형태 2에서 설명한 도 8에서 나타내는 형태의 것도 적용 가능한 것은 말할 필요도 없다.
도 9(a)에 나타내는 바와 같이, 프린트 기판(9)을 전력용 반도체 장치(1)에 설치하는 경우, 외부 단자인 프레스 피트 단자(3)가 위를 향하도록, 전력용 반도체 장치(1)를 도시하지 않는 프레스기의 아래의 금형에 설치된 하부 지그(201)의 소정 위치에 탑재한다. 그 때, 예컨대, 하부 지그(201)에 마련한 핀(201p)과 부착 구멍(2h) 등에 의해 전력용 반도체 장치(1)를 위치 결정한다. 그리고, 프레스 피트 단자(3)(의 배열)와 스루홀(9h)(의 배열)의 위치를 맞추어, 프레스 피트 단자(3)의 상면에, 프린트 기판(9)을 임시 장착한다.
다음으로, 도시하지 않는 프레스기의 상측 금형에 설치된 상부 지그(202)를, 하부 지그(201)를 향해 이동시킨다. 이때, 상부 지그(202)에는, 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 스루홀(9h)에 대응하는 부분에 공극(202h)이 마련되어 있다. 그 때문에, 프레스 피트 단자(3)의 선단이 스루홀(9h)을 통과하여, 프린트 기판(9)으로부터 돌출한 상태가 되더라도, 상부 지그(202)의 가압면에 닿는 일이 없으므로, 프린트 기판(9)을 필요한 위치까지 눌러 내릴 수 있다(프레스할 수 있다). 이것에 의해, 각 프레스 피트 단자(3)의 프레스 피트부(32)를 스루홀(9h)의 소정 위치까지 삽입할 수 있어, 전력용 반도체 장치(1)와 프린트 기판(9)의 설치가 완료된다.
이와 같은 설치 방법에 있어서, 잘록부가, 동체부의 한쪽으로부터만 형성되어 있으면, 잘록함이 있는 방향으로밖에 굴곡할 수 없어, 단자와 스루홀의 위치 어긋남 방향에 따라서는, 추종시키는 것이 곤란하게 된다. 또한, 중심축의 재료가 존재하지 않는 상태로까지 한쪽으로부터의 잘록부를 형성하면, 상하 방향(삽입 방향)으로 힘을 가한 것만으로, 잘록함이 있는 방향으로 기울어 버린다. 그 경우, 예컨대, 특허 문헌 2에 기재된 프레스 피트 단자와 같이, 프레스 피트부 자체를 각각 지지하지 않으면, 스루홀에 대한 삽입이 곤란하게 된다. 또한, 전력용 반도체 장치는 단자의 수가 많고, 또한, 단자 배치도 다양하여, 복수의 단자를 지지 혹은 가압하는 지그를 제작하는 것은 매우 곤란하다. 또한, 예컨대, 특허 문헌 2에 개시된 굴곡부와 같은 구조에서는, 가늘고 긴 전류 경로가 형성되고, 전기 저항이 커지기 때문에, 대전류 통전에는 적합하지 않다.
그렇지만, 본 실시의 형태에 관계되는 설치 방법에서는, 프레스 피트 단자(3)의 동체부(33)에 있어서, 폭 방향의 중심에 재료가 남도록, 폭 방향의 양단으로부터 잘록부(36)가 형성되고 있는 것을 전제 조건으로 하고 있다. 그 때문에, 스루홀(9h)로의 삽입시에, 프레스 피트 단자(3)에 상하 방향의 힘이 걸린 것만으로는, 잘록부(36)가 좌굴 변형하는 일은 없고, 전류 경로가 가늘어지는 부분도 한정되어 있다. 한편, 잘록부(36)는, 삽입 방향에 수직인 방향인 폭 방향에 대해서는, 좌우 어느 쪽에 대해서도 용이하게 변형시킬 수 있으므로, 위치 어긋남에 대한 추종성이 확보된다. 이것에 의해, 전력용 반도체 장치(1)를 생산성 좋게, 정상적으로 프린트 기판(9)에 설치하는 것이 가능하게 된다.
또, 상기 전제 조건에 대해서는, 실시의 형태 1 및 2의 프레스 피트 단자(3)의 특징을 기초로, 동체부(33)에 있어서, 폭 방향의 중심에 재료가 남도록, 길이 방향의 동일한 위치, 폭 방향의 양단으로부터 잘록부(36)가 형성되어 있는 것으로 했다. 그러나, 상술한 효과를 얻을 수 있는 조건으로서는, 길이 방향에 있어서의 동일한 위치에서, 길이 방향에 수직인 방향의 양측으로부터, 중심을 남기도록 잘록하고 있으면, 충분하다. 더 엄밀하게 말하면, 프레스 피트부(32)와 노출부(33e)의 근원을 잇는 중심선(동체부(33)의 중심축), 다시 말해, 삽입 방향의 중심축의 양측에 잔류 벽이 있도록 잘록부가 형성되어 있으면 된다. 그 때, 예컨대, 반드시 좌우 대칭일 필요는 없고, 또한, 예컨대, 두께 방향에 있어서의 양측으로부터 잘록하는 형태이더라도 좋다.
또한, 본 실시의 형태 3에서는, 상기 설치 방법에 적합한 단자 형상의 변형예에 대하여 설명한다. 도 10~도 12는 본 실시의 형태 3의 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치의 구성을 설명하기 위한 것으로, 도 10은 전력용 반도체 장치에 있어서의 프레스 피트 단자의 상태를 설명하기 위한 일부를 투과시킨 부분 측면도, 도 11은 프레스 피트 단자의 구성을 설명하기 위한 정면도와 측면도, 도 12는 전력용 반도체 장치에 프린트 기판을 설치할 때의, 단자의 스루홀로의 삽입 심도마다의 단자의 변형 상태를 나타내는 모식도이다.
본 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에 이용하는 프레스 피트 단자(3)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 노출부(33e)의 길이 방향(삽입 방향)이 상이한 위치(2부분)에 잘록부(36-1, 36-2)가 형성되어 있는 것이다. 각 잘록부(36-1과 36-2)는, 당연히, 중심축의 양측에 잔류 벽이 있다고 하는 상술한 조건을 만족시키고 있다. 또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 2개의 잘록부(36-1과 36-2)를, 프레스 피트부(32)로부터 먼 쪽의 잘록부(36-2)의 폭 Wc2가, 가까운 쪽(36-1)의 폭 Wc1보다 넓어지도록 형성했다. 또한, 길이 방향에 있어서의 프레스 피트부(32)의 중심 위치 Pp와 잘록부(36-1)(중심 위치 Pc1)의 거리 Lpc보다, 잘록부(36-1)와 잘록부(36-2)(중심 위치 Pc2)의 거리 Lcc가 길어지도록 형성하고 있다.
다음으로, 본 변형예와 관계되는 프레스 피트 단자(3)를 이용한 전력용 반도체 장치(1)와 프린트 기판(9)을 상술한 설치 방법으로 설치하는 경우의 동작에 대하여 도 12를 이용하여 설명한다. 또, 도면에서는, 복수의 프레스 피트 단자(3) 중, 일부의 프레스 피트 단자(3)의 위치가 프린트 기판(9)의 스루홀(9h)에 대하여 어긋나고 있는 경우의, 위치 어긋남이 생기고 있는 프레스 피트 단자(3)가 삽입될 때의 동작을 나타내고 있다. 그 때, 변형의 상태를 간결하게 나타내기 위해, 스루홀(9h)의 위치와, 프레스 피트부(32)의 중심 Pp와 방향, 프레스 피트부(32)에 가까운 쪽의 잘록부(36-1)(중심 위치 Pc1), 및 먼 쪽의 잘록부(36-2)(중심 위치 Pc2)를 추출하여 나타내고 있다.
도 12(a)에 나타내는 바와 같이, 프레스 피트 단자(3)의 중심축 Xp와 스루홀(9h)의 중심축 Xh가, 삽입 방향에 수직인 방향에 있어서 평행으로 어긋나고 있고, 이 상태에서 스루홀(9h)을 프레스 피트 단자(3)를 향해 강하시킨다. 그러면, 도 12(b)에 나타내는 바와 같이, 프레스 피트부(32)가 스루홀(9h)에 유도되고, 스루홀(9h)의 축을 향해 경사진다. 이때, 프레스 피트부(32)의 중심 Pp로부터 멀어질수록, 토크가 커지므로, 프레스 피트부(32)로부터 가장 먼 잘록부(36-2)가 먼저 구부러진다.
또한, 프린트 기판(9)을 강하시키면, 도 12(c)에 나타내는 바와 같이, 프레스 피트부(32)가 스루홀(9h) 내에 침입하는 것에 의해, 기울기가 스루홀(9h)의 내벽을 따라서 교정된다. 그 때, 잘록부(36-1)의 폭 Wc1을 잘록부(36-2)의 폭 Wc-2보다 좁게 하고 있으므로, 잘록부(36-1)가 용이하게 변형할 수 있어, 프레스 피트부(32)의 방향과 스루홀(9h)의 방향을 일치시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 실시의 형태 3의 변형예와 관계되는 전력용 반도체 장치(1)에 의하면, 길이 방향의 상이한 위치에 2개소의 잘록부(36-1, 36-2)를 마련했으므로, 위치 어긋남에 대응할 수 있음과 아울러, 프레스 피트부(32)의 기울기를 스루홀(9h)에 따르게 할 수 있다.
또한, 프레스 피트부(32)에 가까운 쪽의 잘록부(36-1)의 폭 Wc1을 먼 쪽의 잘록부(36-2)의 폭 Wc2보다 좁아지도록 했으므로, 삽입 후반에 있어서의 프레스 피트부(32)의 기울기를 용이하게 수정할 수 있다.
또한, 프레스 피트부(32)(중심 위치 Pp)와 잘록부(36-1)의 거리 Lpc보다, 잘록부(36-1)와 잘록부(36-2)의 거리 Lcc가 길어지도록 했으므로, 삽입 초기에 있어서, 프레스 피트부(32)를 용이하게 스루홀(9h)로 유도하도록 경사시킬 수 있다.
실시의 형태 4.
본 실시의 형태 4와 관계되는 전력용 반도체 장치는, 상술한 각 실시의 형태에서 설명한 프레스 피트 단자를 구비한 것이지만, 패키지와의 위치 관계가 상이한 것이다. 도 13은 본 발명의 실시의 형태 4와 관계되는 전력용 반도체 장치를 설명하기 위한 것으로, 실시의 형태 2에 있어서의 도 2에 대응하는 단면도임과 아울러, 내장하는 프린트 기판 부분을 투과시킨 도면이다.
본 실시의 형태 4와 관계되는 전력용 반도체 장치는, 파워 디바이스의 구동 회로나 자기 보호 기능 회로를 마운트한, 일반적으로 인텔리전트 파워 모듈로 불리는 것이다. 인텔리전트 파워 모듈은, 도 13에 나타내는 바와 같이, 전력용 반도체 장치(1V)의 패키지(2V)의 내부에, 구동 회로 등이 마운트된 제어 기판(9I)이 수용되어 있다. 다시 말해, 패키지(2V)의 상면보다 깊은 위치에 제어 기판(9I)이 배치된다.
여기서, 전력용 반도체 장치(1V)의 패키지(2V)의 내부 공간(2Vs) 내에서 노출된 프레스 피트 단자(3)에 대하여, 제어 기판(9I)을 설치하는 방법에 대하여 설명한다. 이 경우도, 실시의 형태 3의 설치 방법에서 설명한 바와 같이, 각 프레스 피트 단자(3)의 선단에, 제어 기판(9I)의 스루홀(9h)을 임시 삽입한 상태로 한다. 그리고, 전력용 반도체 장치(1V)의 저면(베이스판측)과 제어 기판(9I)의 상면 사이를 프레스하여 각 프레스 피트 단자(3)를 스루홀(9h) 내에 한 번에 삽입하고, 삽입이 완료된다.
이때, 프레스 피트 단자(3)의 노출 부분은, 전력용 반도체 장치(1V)의 내부 공간(2Vs) 내에 위치하고 있으므로, 예컨대, 특허 문헌 2와 같이, 프레스 피트 단자의 피가압면을 지그로 파지하여 삽입하는 것은 불가능하다. 그 때문에, 동체부의 중심축에 재료가 존재하지 않는 부분(굴곡부)이 있는 프레스 피트 단자의 경우는, 굴곡부가 좌굴 변형하고, 프레스 피트 단자가 미삽입의 상태가 된다. 또한, 잔류 벽이 중심축의 한쪽으로 치우쳐 있는 경우는, 변형 방향이 한정되어 버려, 한 방향의 위치 어긋남에밖에 대응할 수 없다.
그렇지만, 상술한 바와 같이, 동체부(33)에, 삽입 방향의 중심축의 양측에 잔류 벽이 있도록 잘록부(36)가 형성되어 있으므로, 동체부(33)가 좌굴하는 일은 없다. 이것으로부터, 본 실시의 형태 4와 같이, 내부 공간(2Vs) 내에서 설치를 행하는 경우에도, 개개의 프레스 피트 단자(3)의 동체부(33)를 지지할 필요가 없고, 스루홀(9h)에 삽입하는 것이 가능하다. 동체부(33)를 지지할 필요가 없기 때문에, 지그 구성을 간략화할 수 있어, 지그 비용을 삭감할 수 있을 뿐만 아니라, 생산성을 향상시킬 수 있다. 다시 말해, 프레스 피트부(32)가 하우징의 내부(내부 공간(2Vs))에서 배열되어 있는 경우, 상술한 조건을 만족시키는 프레스 피트 단자(3)에 의한 효과가 보다 현저하게 나타난다.
1, 1V : 전력용 반도체 장치
2, 2V : 패키지(하우징)
2Vs : 내부 공간
3 : 프레스 피트 단자(단자)
3V : 핀 단자(단자)
4 : 베이스판
5 : 회로 기판
6 : 전력용 반도체 소자
7 : 본딩 와이어
8 : 땜납
9 : 프린트 기판(피접합 기기)
9h : 스루홀(접점)
9I : 제어 기판(피접합 기기)
32 : 프레스 피트부(외부 단자부)
32V : 땜납용 접점(외부 단자부)
33 : 동체부
33e : 노출부
33u : 인서트부
35 : 와이어 본드부(내부 단자부)
36 : 잘록부
36-1 : 프레스 피트부에 가까운 쪽의 잘록부
36-2 : 프레스 피트부로부터 먼 쪽의 잘록부
201 : 하부 지그
202 : 상부 지그
Lcc : 잘록부 사이의 거리
Lcp : 프레스 피트부의 중심과 가까운 쪽의 잘록부의 거리
Pp : 프레스 피트부의 긴 방향의 중심
Wb : 프레스 피트부의 분기부의 각각의 폭
Wc : 잘록부의 폭
Wc1 : 가까운 쪽의 잘록부의 폭
Wc2 : 먼 쪽의 잘록부의 폭

Claims (19)

  1. 하우징과,
    상기 하우징 내에 설치되고, 전력용 반도체 소자를 포함하는 전기 회로가 형성된 회로 기판과,
    상기 하우징 내에서 상기 전기 회로와 전기 접속되는 내부 단자부와, 피접속 기기와 전기 접속하기 위한 외부 단자부와, 상기 내부 단자부에 연속하는 일단이 상기 하우징 내에서 고정되고, 타단에서 상기 외부 단자부를 상기 하우징으로부터 떨어지도록 지지하는 동체부를 갖는 복수의 단자
    를 구비하고,
    상기 복수의 단자의 각각은, 판재로 형성되고, 상기 동체부 중, 상기 하우징으로부터 노출된 부분에, 상기 외부 단자부와 상기 하우징으로부터 노출된 부분의 근원 부분을 잇는 중심선의 부분을 남기도록, 상기 중심선에 수직인 방향에 있어서의 상기 판재의 폭 방향의 양측으로부터 파인 잘록부(constriction portion)가 형성되어 있는
    것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각은 프레스 피트 단자이고, 상기 외부 단자부가 상기 판재의 폭 방향으로 분기한 부분을 구비한 프레스 피트부인
    것을 특징적 구성으로 하는 전력용 반도체 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 잘록부의 선단이 곡선 형상인 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단자는, 각각 상기 외부 단자부가 상기 폭 방향으로 분기한 부분의 각각이 간격을 두고 대향하는 이중 지지 빔 구조로 형성되고,
    상기 잘록부의 폭이, 상기 외부 단자부의 분기한 부분의 각각의 폭보다 좁은
    것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 단자는, 각각 상기 프레스 피트부가 상기 폭 방향으로 분기한 부분의 각각이 간격을 두고 대향하는 이중 지지 빔 구조로 형성되고,
    상기 잘록부의 폭이, 상기 프레스 피트부의 분기한 부분의 각각의 폭보다 좁은
    것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각에는, 상기 잘록부가 상기 중심선을 따른 상이한 위치에 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각에는, 상기 잘록부가 상기 중심선을 따른 상이한 위치에 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각에는, 상기 잘록부가 상기 중심선을 따른 상이한 위치에 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수 형성된 잘록부 중, 상기 외부 단자부에 가까운 쪽의 잘록부의 폭보다, 먼 쪽의 잘록부의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수 형성된 잘록부 중, 상기 외부 단자부에 가까운 쪽의 잘록부의 폭보다, 먼 쪽의 잘록부의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수 형성된 잘록부 중, 상기 외부 단자부에 가까운 쪽의 잘록부의 폭보다, 먼 쪽의 잘록부의 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각의 상기 외부 단자부가, 상기 하우징의 내부에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각의 상기 외부 단자부가, 상기 하우징의 내부에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  14. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 단자의 각각의 상기 외부 단자부가, 상기 하우징의 내부에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력용 반도체 소자가 와이드 밴드 갭 반도체 재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 와이드 밴드 갭 반도체 재료는, 탄화규소, 질화갈륨계 재료, 및 다이아몬드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치.
  17. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 전력용 반도체 장치와,
    상기 복수의 단자에 대응하는 위치에 복수의 스루홀을 구비한 피접속 기기
    를 구비하고,
    상기 피접속 기기는, 상기 외부 단자부의 용수철 특성에 의한 스루홀과의 사이의 기계적인 접촉력에 의해, 상기 복수의 단자를 통해서 전기적으로 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치 내장 기기.
  18. 청구항 15에 기재된 전력용 반도체 장치와,
    상기 복수의 단자에 대응하는 위치에 복수의 스루홀을 구비한 피접속 기기
    를 구비하고,
    상기 피접속 기기는, 상기 외부 단자부의 용수철 특성에 의한 스루홀과의 사이의 기계적인 접촉력에 의해, 상기 복수의 단자를 통해서 전기적으로 접속되어 있는
    것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치 내장 기기.
  19. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 전력용 반도체 장치를 제 1 지그에 설치하는 제 1 설치 공정과,
    복수의 스루홀을 구비하는 피접속 기기를 제 2 지그에 설치하는 제 2 설치 공정과,
    상기 복수의 단자의 외부 단자부와 상기 복수의 스루홀의 위치를 맞추는 임시 장착 공정과,
    상기 잘록부를 소성 변형시켜, 상기 복수의 단자의 외부 단자부와 상기 복수의 스루홀의 위치 어긋남을 흡수하고, 상기 외부 단자부를 상기 스루홀에 삽입하여, 상기 피접속 기기와 접속하는 프레스 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력용 반도체 장치 내장 기기의 제조 방법.
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