WO2022208603A1 - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

大電流通電時における回路パターンと端子との接合箇所の発熱を抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。半導体装置は、回路パターン（２）を有する回路基板（１）と、端子（３）とを備える。端子（３）は、上面視にて矩形状の電極接合部（４）と、主配線部（５）と、一対の副配線部（６）とを有する。電極接合部（４）は、下面が接合材（８）により回路パターン（２）と接合された。主配線部（５）は、電極接合部（４）の辺（４ａ）から立設状に設けられた。一対の副配線部（６）は、主配線部（５）の幅方向の両端から電極接合部（４）の辺（４ａ）に隣接する辺（４ｂ），（４ｃ）に沿って延在する。一対の副配線部の下端部（６）は、電極接合部（４）の下面よりも下方に突出する。一対の副配線部（６）の下端部は、電極接合部（４）の下面と共に接合材（８）により回路パターン（２）と接合される。

Description

半導体装置

　本開示は、半導体装置に関するものである。

　従来、半導体装置には、一端部が回路パターンと接合され、他端部が外部機器と接続される外部電極である端子が設けられている。このような半導体装置では、回路パターンと端子との接合面積が小さい場合、回路パターンと端子との接合箇所を流れる電流の電流密度が高くなり、大電流通電時に当該接合箇所が局所的に発熱することで、半導体装置の寿命を低下させるという問題があった。

　例えば、特許文献１には、電極と配線パターン（回路パターンに相当する）との接合面積を増加させるために、電極の一端部に三角形状の一対の折り曲げ部分を設けて、一対の折り曲げ部分が接合面に対し立設するように折り曲げられた構造が開示されている。

実開平０２－０７７８７０号公報

　特許文献１に記載の技術では、一対の折り曲げ部分の下端が配線パターンに当接した状態で接合されるため、一対の折り曲げ部分の下端の面積分だけ接合面が増加する。しかしながら、一対の折り曲げ部分の下端の面積は狭いため接合面の増加分は少ないことから、配線パターンと電極との接合箇所の発熱を抑制する効果は十分ではなかった。

　そこで、本開示は、大電流通電時における回路パターンと端子との接合箇所の発熱を抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

　本開示に係る半導体装置は、上面に半導体素子が搭載される回路パターンを有する回路基板と、一端部が前記回路パターンと接合され、他端部が外部機器と接続される外部電極である端子とを備え、前記端子は、下面が接合材により前記回路パターンと接合された上面視にて矩形状の電極接合部と、前記電極接合部の第１の辺から立設状に設けられた主配線部と、前記主配線部の幅方向の両端から前記電極接合部の前記第１の辺に隣接する第２の辺および第３の辺に沿って延在する一対の副配線部とを有し、一対の前記副配線部の下端部は、前記電極接合部の下面よりも下方に突出し、一対の前記副配線部の下端部は、前記電極接合部の下面と共に前記接合材により前記回路パターンと接合されたものである。

　本開示によれば、接合材による回路パターンと電極接合部との接合に加えて、一対の副配線部の下端部が電極接合部の下面よりも下方に突出した状態で接合材により回路パターンと接合されるため、一対の副配線部の下端が接合材により回路パターンと接合される場合と比較して、回路パターンと端子との接合面積が増加する。これにより、大電流通電時における回路パターンと端子との接合箇所の発熱を抑制することができる。

　この開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態１に係る半導体装置が備える端子が回路パターンと接合された状態を示す正面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置が備える端子の正面図である。 図３のＢ－Ｂ線断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置が備える端子が回路パターンと接合された状態を示す正面図である。 図５のＣ－Ｃ線断面図である。 実施の形態３に係る半導体装置が備える端子が回路パターンと接合された状態を示す正面図である。 図７のＤ－Ｄ線断面図である。 実施の形態４に係る半導体装置が備える端子が回路パターンと接合された状態を示す正面図である。

　＜実施の形態１＞
　＜半導体装置の構成＞
　実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置が備える端子３が回路パターン２と接合された状態を示す正面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。

　図１と図２に示すように、半導体装置は、回路基板１と、半導体素子（図示省略）と、端子３とを備えている。半導体装置はさらに、回路基板１および半導体素子を封止する封止樹脂（図示省略）と、封止樹脂が充填されるケース（図示省略）なども備えているが、これらは従来の構成と同じであるため、これらの説明を省略する。

　回路基板１は、例えば窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素などの熱伝導性に優れたセラミック、または熱伝導性に優れた樹脂などを用いて形成されている。回路基板１の上面には、回路パターン２が設けられている。回路パターン２は銅またはアルミ合金等を用いて形成され、回路パターン２の上面に半導体素子（図示省略）が搭載される。

　端子３は外部電極であり、回路パターン２と接合される一端部と、外部機器（図示省略）と接続される他端部とを備えている。具体的には、端子３は、電極接合部４と、主配線部５と、一対の副配線部６と、機器接続部７とを備えている。

　電極接合部４、主配線部５、一対の副配線部６、および機器接続部７は、例えば銅または銅合金を用いて形成された一定の厚みを有する１枚の金属板（以下「加工前の金属板」という）を加工して製作されている。

　図２に示すように、電極接合部４は、互いに対向する辺４ａ，４ｄと、これらの辺４ａ，４ｄに隣接する辺４ｂ，４ｃとを有し、上面視にて矩形状に形成されている。電極接合部４の下面は、はんだ等の接合材８により回路パターン２と接合されている。

　図１と図２に示すように、主配線部５は、電極接合部４の第１の辺としての辺４ａに立設状に設けられている。具体的には、主配線部５は、加工前の金属板における電極接合部４となる部分に対し主配線部５となる部分が辺４ａに沿って上方に曲げ加工されることで形成されている。図示しないが、主配線部５の下端は、電極接合部４の下面と同じ高さ位置に位置し、接合材８により電極接合部４の下面と共に回路パターン２と接合されている。

　図１と図２に示すように、一対の副配線部６は、主配線部５の幅方向の両端から電極接合部４の辺４ａに隣接する第２の辺としての辺４ｂおよび第３の辺としての辺４ｃに沿って延在している。具体的には、一対の副配線部６は、加工前の金属板における主配線部５となる部分に対し一対の副配線部６となる部分が辺４ｂ，４ｃの方向へ曲げ加工されることで形成され、電極接合部４の辺４ｂ，４ｃの外周に沿って立設状に配置されている。一対の副配線部６の上端は、主配線部５の上端よりも上方に位置する。

　一方、一対の副配線部６の下端部は電極接合部４の下面よりも下方に突出している。そのため、一対の副配線部６の下端部は、電極接合部４の下面よりも下方に突出した状態で、接合材８により電極接合部４の下面および主配線部５の下端と共に回路パターン２と接合されている。

　機器接続部７は、加工前の金属板における主配線部５となる部分に対し機器接続部７となる部分が、電極接合部４の辺４ａに対向する辺４ｄの方へ曲げ加工されることで形成され、外部機器（図示省略）と接続される。機器接続部７は、上面視にて矩形状に形成され、主配線部５の上端部から電極接合部４の辺４ｄの方へ延在している。

　ここで、電極接合部４、主配線部５、および一対の副配線部６が回路パターン２と接合される端子３の一端部に相当し、機器接続部７が外部機器（図示省略）と接続される端子３の他端部に相当する。

　また、電極接合部４には、上面から下面に向けて貫通する溝９が形成されている。図２に示すように、溝９は、電極接合部４の辺４ｄの中央部から辺４ｂ，４ｃと平行な方向に沿って辺４ｂ，４ｃの中央部にかけて形成されている。さらに溝９は、この箇所で辺４ａ，４ｄと平行な方向に分岐して辺４ｂ，４ｃの中央部にかけて形成されている。さらに溝９は、この箇所から辺４ｂ，４ｃに沿って辺４ａにかけて形成されている。また、溝９の上面側の幅と下面側の幅は一定である。

　端子３を回路パターン２と接合する際、回路パターン２の上面に接合材８が配置された後、接合工程において、接合材８の融点を超える温度に加熱することで端子３と回路パターン２が接合される。加熱により溶融された接合材８が溝９に浸入し溝９内に広がることで、電極接合部４と回路パターン２との接合強度が向上する。

　＜効果＞
　以上のように、実施の形態１では、半導体装置は、上面に半導体素子が搭載される回路パターン２を有する回路基板１と、一端部が回路パターン２と接合され、他端部が外部機器と接続される外部電極である端子３とを備え、端子３は、下面が接合材８により回路パターン２と接合された上面視にて矩形状の電極接合部４と、電極接合部４の辺４ａから立設状に設けられた主配線部５と、主配線部５の幅方向の両端から電極接合部４の辺４ａに隣接する辺４ｂ，４ｃに沿って延在する一対の副配線部６とを有し、一対の副配線部６の下端部は、電極接合部４の下面よりも下方に突出し、一対の副配線部６の下端部は、電極接合部４の下面と共に接合材８により回路パターン２と接合されている。

　したがって、接合材８による回路パターン２と電極接合部４との接合に加えて、一対の副配線部６の下端部が電極接合部４の下面よりも下方に突出した状態で接合材８により回路パターン２と接合されるため、一対の副配線部６の下端が接合材８により回路パターン２と接合される場合と比較して、回路パターン２と端子３との接合面積が増加する。これにより、大電流通電時における回路パターン２と端子３との接合箇所の発熱を抑制することができる。よって、半導体装置の長期使用が可能となる。

　また、電極接合部４には、上面から下面に向けて貫通する溝９が形成されているため、加熱により溶融された接合材８が溝９内に広がることで、電極接合部４と回路パターン２との接合強度が向上する。これにより、半導体装置の信頼性が向上する。

　＜実施の形態２＞
　＜半導体装置の構成＞
　次に、実施の形態２に係る半導体装置について説明する。図３は、実施の形態２に係る半導体装置が備える端子３Ａの正面図である。図４は、図３のＢ－Ｂ線断面図である。図５は、実施の形態２に係る半導体装置が備える端子３Ａが回路パターン２と接合された状態を示す正面図である。図６は、図５のＣ－Ｃ線断面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

　図３と図４に示すように、実施の形態２では、実施の形態１に対して溝９の形状が異なっている。実施の形態１では、溝９の上面側の幅と下面側の幅は一定であったが、実施の形態２では、溝９の上面側の幅は下面側の幅よりも広く形成されている。

　溝９は、上面側の拡幅部９ａと、下面側の等幅部９ｂとを備えている。拡幅部９ａは、溝９の上面側に等幅部９ｂよりも広い一定の幅を有している。等幅部９ｂは溝９の下面側に形成され、拡幅部９ａと連通している。また、等幅部９ｂは、拡幅部９ａよりも狭い一定の幅を有している。加熱により溶融された接合材８が溝９に浸入し溝９内に広がることで、電極接合部４と回路パターン２との接合強度が向上する。溝９の上面側に凹状の拡幅部９ａを設けることで、溝９に充填された接合材８にアンカー効果を持たせることが可能となる。

　なお、溝９のうち、電極接合部４の辺４ｄの中央部から辺４ｂ，４ｃと平行な方向に沿って辺４ｂ，４ｃの中央部にかけて形成された部分と、辺４ａ，４ｄと平行な方向に分岐して辺４ｂ，４ｃの中央部にかけて形成された部分については、上面側の幅は下面側の幅よりも広く形成されている。一方、辺４ｂ，４ｃの中央部から辺４ａにかけて形成された部分については、上面側の幅と下面側の幅は一定である。

　また、アンカー効果を効果的に機能させるために、図５と図６に示すように、溝９に充填された接合材８は、電極接合部４の上面における溝９の周囲を覆うように広がることが望ましい。

　＜効果＞
　以上のように、実施の形態２に係る半導体装置では、溝９の上面側の幅は下面側の幅よりも広いため、溝９に充填された接合材８にアンカー効果を持たせることができることから、電極接合部４と回路パターン２との接合強度がさらに向上する。これにより、半導体装置の信頼性がさらに向上する。

　＜実施の形態３＞
　＜半導体装置の構成＞
　次に、実施の形態３に係る半導体装置について説明する。図７は、実施の形態３に係る半導体装置が備える端子３Ｂが回路パターン２と接合された状態を示す正面図である。図８は、図７のＤ－Ｄ線断面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

　図７と図８に示すように、実施の形態３では、実施の形態１に対して金属板２０が設けられている点が異なっている。

　金属板２０は、銅またはアルミ合金等を用いて電極接合部４と同じ厚みに形成され、電極接合部４よりも小さな上面視輪郭を有している。また、金属板２０は、電極接合部４の上方において、主配線部５と一対の副配線部６とで囲まれた部分に配置され、はんだ等の接合材２０ａにより主配線部５および一対の副配線部６と接合されている。さらに、金属板２０の下面は、はんだ等の接合材８ａにより電極接合部４の上面と接合されている。

　大電流通電時に回路パターン２と端子３Ｂとの接合箇所に発生する発熱を低減するためには回路パターン２と端子３Ｂとの接合面積を増加させることの他に、端子３Ｂの電流経路を増やすことが有効である。端子３Ｂの電流経路を増やすために、電極接合部４の上方には金属板２０が設けられている。なお、金属板２０に代えて、金属板２０よりも厚みの厚い金属ブロックが設けられていても良い。

　＜効果＞
　以上のように、実施の形態３に係る半導体装置では、電極接合部４の上方に金属板２０または金属ブロックが設けられ、金属板２０または金属ブロックは、主配線部５および一対の副配線部６と接続されている。

　したがって、金属板２０または金属ブロックを設けない場合と比較して、端子３Ｂの電流経路が増加するため端子３Ｂの電気的抵抗が低減し、大電流通電時における回路パターン２と端子３Ｂとの接合箇所の発熱をさらに抑制することできる。

　また、金属板２０を設けたことで端子３Ｂの熱容量が増加するため、端子３Ｂの温度上昇を抑えることができる。

　なお、金属板２０または金属ブロックを実施の形態２の端子３Ａに採用することも可能である。この場合も、実施の形態３の場合と同様の効果が得られる。

　＜実施の形態４＞
　＜半導体装置の構成＞
　次に、実施の形態４に係る半導体装置について説明する。図９は、実施の形態４に係る半導体装置が備える端子３Ｃが回路パターン２と接合された状態を示す正面図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１～３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

　図９に示すように、実施の形態４では、実施の形態１に対して、主配線部５の表面から裏面に向けて貫通するスリット２１が形成された点が異なっている。

　スリット２１は、主配線部５の幅方向中央部において上下方向に延びるように形成されている。

　端子３Ｃの電流経路としては主配線部５を通る経路と一対の副配線部６を通る経路とがあるが、機器接続部７は主配線部５と直接接続されているため、主配線部５を通る経路の方が一対の副配線部６を通る経路よりも多くの電流が流れる。その結果、大電流通電時に主配線部５に発熱が発生しやすくなる。主配線部５の電流密度を低減し主配線部５と一対の副配線部６との電流密度を均一にするために、主配線部５にはスリット２１が形成されている。

　ここで、スリット２１は、主配線部５と一対の副配線部６との電流密度を均一にすることが可能な大きさに形成されている。

　＜効果＞
　以上のように、実施の形態４に係る半導体装置では、主配線部５には、上下方向に延びるスリット２１が形成されているため、主配線部５の電流密度を低減し、主配線部５と一対の副配線部６との電流密度を均一にすることができる。これにより、大電流通電時における主配線部５の発熱を抑制することできる。

　なお、スリット２１を実施の形態２の端子３Ａと実施の形態３の端子３Ｂに採用することも可能である。この場合も、実施の形態４の場合と同様の効果が得られる。

　この開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。

　なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

　１　回路基板、２　回路パターン、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ　端子、４　電極接合部、５　主配線部、６　副配線部、９　溝、２０　金属板、２１　スリット。

Claims (5)

1. 　上面に半導体素子が搭載される回路パターンを有する回路基板と、
   　一端部が前記回路パターンと接合され、他端部が外部機器と接続される外部電極である端子と、を備え、
   　前記端子は、下面が接合材により前記回路パターンと接合された上面視にて矩形状の電極接合部と、前記電極接合部の第１の辺から立設状に設けられた主配線部と、前記主配線部の幅方向の両端から前記電極接合部の前記第１の辺に隣接する第２の辺および第３の辺に沿って延在する一対の副配線部とを有し、
   　一対の前記副配線部の下端部は、前記電極接合部の下面よりも下方に突出し、
   　一対の前記副配線部の下端部は、前記電極接合部の下面と共に前記接合材により前記回路パターンと接合された、半導体装置。
2. 　前記電極接合部には、上面から下面に向けて貫通する溝が形成された、請求項１に記載の半導体装置。
3. 　前記溝の上面側の幅は下面側の幅よりも広い、請求項２に記載の半導体装置。
4. 　前記電極接合部の上方に金属板または金属ブロックが設けられ、
   　前記金属板または前記金属ブロックは、前記主配線部および一対の前記副配線部と接続された、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 　前記主配線部には、上下方向に延びるスリットが形成された、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。

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