特許第5835166号(P5835166)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5835166
(24)【登録日】2015年11月13日
(45)【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】半導体装置、半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 25/07 20060101AFI20151203BHJP
   H01L 25/18 20060101ALI20151203BHJP
   H01L 21/60 20060101ALI20151203BHJP
   H05K 3/36 20060101ALN20151203BHJP
【FI】
   H01L25/04 C
   H01L21/60 301A
   !H05K3/36 Z
【請求項の数】7
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-196835(P2012-196835)
(22)【出願日】2012年9月7日
(65)【公開番号】特開2014-53449(P2014-53449A)
(43)【公開日】2014年3月20日
【審査請求日】2014年10月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100082175
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 守
(74)【代理人】
【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100148057
【弁理士】
【氏名又は名称】久野 淑己
(72)【発明者】
【氏名】小原 太一
【審査官】 木下 直哉
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2005/0237722(US,A1)
【文献】 特開2004−31590(JP,A)
【文献】 特開2006−165409(JP,A)
【文献】 特開2002−261417(JP,A)
【文献】 仏国特許出願公開第2536624(FR,A1)
【文献】 特開2002−271058(JP,A)
【文献】 特開平9−283883(JP,A)
【文献】 実開平6−44193(JP,U)
【文献】 実開平4−76089(JP,U)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 25/00−25/18
H01L 21/60
H05K 3/36
H05K 7/14
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁基板と、
前記絶縁基板に固定された半導体チップと、
前記半導体チップに電気的に接続された第1制御基板と、
前記第1制御基板から見て前記絶縁基板と反対側に配置された第2制御基板と、
前記第1制御基板と前記第2制御基板の間の電気信号の伝送に用いられる、前記第1制御基板と前記第2制御基板を電気的に接続する制御基板間ワイヤと
前記絶縁基板、前記第1制御基板、及び前記第2制御基板を、前記絶縁基板の上方に前記第1制御基板が位置し、前記第1制御基板の上方に前記第2制御基板が位置するように収容するケースと、
前記ケースの内壁に固定され前記ケースの中央方向に伸びる垂直部と、前記垂直部に接続され前記絶縁基板と反対の方向に伸びる棒状部とを有する延伸部と、を備え
前記第1制御基板と前記第2制御基板は前記延伸部によって支持されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記絶縁基板上に形成された配線パターンと、
前記半導体チップと前記配線パターンを電気的に接続する配線用ワイヤと、
前記配線パターンと前記第1制御基板を電気的に接続する接続用ワイヤと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
記ケースに固定され、金属で形成された中継端子と、
前記半導体チップと前記中継端子を電気的に接続する中継端子配線用ワイヤと、
前記中継端子と前記第1制御基板を電気的に接続する中継端子接続用ワイヤと、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記半導体チップと前記第1制御基板を電気的に接続する直接接続ワイヤを備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記棒状部は、前記垂直部に接続された幅太部と、前記幅太部に接続された幅細部と、を有し、
前記第1制御基板は前記垂直部の上に乗せられ、前記第2制御基板は前記幅太部と前記幅細部の段差部分に乗せられたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
【請求項6】
ワイヤによって前記第2制御基板に接続された第3制御基板を備え、
前記第3制御基板は前記幅細部の先端に乗せられたことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
第1制御基板と、第2制御基板と、半導体チップが固定された絶縁基板とを平面的に並べる工程と、
前記第1制御基板、前記第2制御基板、及び前記絶縁基板が平面的に並んだ状態で、 前記第1制御基板、前記第2制御基板、及び前記半導体チップを電気的に接続するために、前記第1制御基板、前記第2制御基板、及び前記半導体チップにワイヤボンディングを施すワイヤボンディング工程と、
前記ワイヤボンディング工程後に、前記第1制御基板、前記第2制御基板、及び前記絶縁基板をケースに収容する工程と、を備え
前記第1制御基板と前記第2制御基板は、前記ケースの内壁に固定され前記ケースの中央方向に伸びる垂直部と、前記垂直部に接続され前記絶縁基板と反対の方向に伸びる棒状部とを有する延伸部によって支持されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば大電流の制御などに用いられる半導体装置、及びその半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、薄片状のベースフィルムにより複数のリードを一体保持して折り曲げ可能に製作されたジョイント部材が開示されている。このジョイント部材は第1基板個片と第2基板個片をつなぎ合わせるように取り付けられている。
【0003】
特許文献2には、屈曲させた配線パターンで複数のセラミック基板を接続する技術が開示されている。屈曲させた配線パターンは、セラミック基板にレーザを照射することで、セラミック基板の配線パターンを残しつつセラミック基板を切断することで形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第2000−65888号公報
【特許文献2】特開2010−232254号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
制御基板にコネクタを取り付けてその制御基板と他の制御基板とを電気的に接続することがある。その場合、コネクタの占有する面積分だけ制御基板における実装面積が低下してしまう。特許文献1に開示の技術はジョイント部材を用い、特許文献2に開示の技術は配線パターンを用いて複数基板と他の制御基板を接続することで、実装面積の低下を抑制できる。
【0006】
しかしながら、特許文献1に開示のジョイント部材を用いた場合、ジョイント部材の製作に専用の工作機械が必要となるため高コストであった。特許文献2に開示される複数のセラミック基板を接続する配線パターンはレーザ照射によって形成するため、加工時間が長くなり製作のスループットが悪い。よって高コストとなる問題があった。
【0007】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低コストで、制御基板の実装面積を広くできる半導体装置とその半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願の発明に係る半導体装置は、絶縁基板と、該絶縁基板に固定された半導体チップと、該半導体チップに電気的に接続された第1制御基板と、該第1制御基板から見て該絶縁基板と反対側に配置された第2制御基板と、該第1制御基板と該第2制御基板の間の電気信号の伝送に用いられる、該第1制御基板と該第2制御基板を電気的に接続する制御基板間ワイヤと、該絶縁基板、該第1制御基板、及び該第2制御基板を、該絶縁基板の上方に該第1制御基板が位置し、該第1制御基板の上方に該第2制御基板が位置するように収容するケースと、該ケースの内壁に固定され該ケースの中央方向に伸びる垂直部と、該垂直部に接続され該絶縁基板と反対の方向に伸びる棒状部とを有する延伸部と、を備え、該第1制御基板と該第2制御基板は該延伸部によって支持されたことを特徴とする。
【0009】
本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、第1制御基板と、第2制御基板と、半導体チップが固定された絶縁基板とを平面的に並べる工程と、該第1制御基板、該第2制御基板、及び該絶縁基板が平面的に並んだ状態で、該第1制御基板、該第2制御基板、及び該半導体チップを電気的に接続するために、該第1制御基板、該第2制御基板、及び該半導体チップにワイヤボンディングを施すワイヤボンディング工程と、該ワイヤボンディング工程後に、該第1制御基板、該第2制御基板、及び該絶縁基板をケースに収容する工程と、を備え、該第1制御基板と該第2制御基板は、該ケースの内壁に固定され該ケースの中央方向に伸びる垂直部と、該垂直部に接続され該絶縁基板と反対の方向に伸びる棒状部とを有する延伸部によって支持されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、制御基板間ワイヤで制御基板と他の制御基板を接続するので、低コストで、制御基板の実装面積を広くできる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。
図2】本発明の実施の形態1に係る半導体装置の図1とは異なる部分における断面図である。
図3】複数の制御基板と絶縁基板を平面的に並べたことを示す図である。
図4】ワイヤボンディング工程後の複数の制御基板等を示す図である。
図5】第1制御基板等をケースに収容することを示す断面図である。
図6】本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。
図7】本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。本発明の実施の形態1に係る半導体装置10は絶縁基板12を備えている。絶縁基板12は表面に導体の配線パターンを形成できる絶縁材料で形成されている。絶縁基板12の表面側には配線パターン14、16、18が形成されている。絶縁基板12の裏面側には配線パターン20が形成されている。配線パターン16には例えばはんだにより半導体チップ30が固定されている。これにより、半導体チップ30は配線パターン16を介して絶縁基板12に固定されている。
【0013】
半導体チップ30は、例えば、表面にゲートGとエミッタEを有し裏面にコレクタを有するIGBTで形成されている。半導体チップ30のゲートGと配線パターン14は配線用ワイヤ32により電気的に接続されている。半導体チップ30のエミッタEと配線パターン18は配線用ワイヤ34により電気的に接続されている。配線パターン20の裏面にははんだ40を介してベース板42が固定されている。
【0014】
絶縁基板12から見て半導体チップ30の方向には第1制御基板50が配置されている。第1制御基板50から見て絶縁基板12と反対側には第2制御基板52が配置されている。第2制御基板52から見て第1制御基板50と反対側には第3制御基板54が配置されている。第1〜第3制御基板50、52、54にはそれぞれ回路部品56が固定されている。
【0015】
配線パターン14と第1制御基板50は接続用ワイヤ60によって電気的に接続されている。よって、半導体チップ30と第1制御基板50は電気的に接続されている。第1制御基板50と第2制御基板52は制御基板間ワイヤ62で電気的に接続されている。制御基板間ワイヤ62は、第1制御基板50と第2制御基板52の間の電気信号の伝送に用いられる。
【0016】
第2制御基板52と第3制御基板54は制御基板間ワイヤ64で電気的に接続されている。制御基板間ワイヤ64は、第2制御基板52と第3制御基板54の間の電気信号の伝送に用いられる、なお、制御基板間ワイヤ62、64は導電性を有し、かつボンディング可能なものであれば特に限定されないが、例えば銅ワイヤ、金ワイヤ又はアルミワイヤで形成される。
【0017】
上述の各要素はベース板42、ベース板42の上に形成されたケース70、及びふた72によって覆われている。ケース70には、一部がケース70の外部に伸びる電力端子74が取り付けられている。電力端子74には半導体チップ30の主電流(大電流)が流れる。
【0018】
電力端子74はワイヤ76で配線パターン18と接続されている。半導体チップ30、絶縁基板12、及び配線パターン14、16、18は封止樹脂78で覆われている。
【0019】
第3制御基板54には制御端子66が取り付けられている。制御端子66の一部は外部に突出している。半導体チップ30の制御信号は、制御端子66から入力されて、第1〜第3制御基板50、52、54を伝送し、半導体チップ30のゲートGに入力する。なお、制御信号は、例えばセンスエミッタ電極及びシグナルエミッタ電極にも流れることが一般的であるがここでは詳細な説明は省略する。
【0020】
図2は、半導体装置10の図1とは異なる部分における断面図である。図2を参照して、第1〜第3制御基板50、52、54の支持方法について説明する。ケース70には、ケース70の内部方向に伸びる延伸部70a、70eが形成されている。延伸部70aは、垂直部70b、幅太部70c、及び幅細部70dを有している。垂直部70bはケース70の壁面から垂直方向に伸びている。幅太部70cは垂直部70bに対して垂直に伸びている。幅細部70dは、幅太部70cと同じ方向に伸び幅太部70cより幅が細い。
【0021】
延伸部70eは、垂直部70f、幅太部70g、及び幅細部70hを有している。垂直部70fはケース70の壁面から垂直方向に伸びている。幅太部70gは垂直部70fに対して垂直に伸びている。幅細部70hは、幅太部70gと同じ方向に伸び幅太部70gより幅が細い。
【0022】
第1制御基板50は、垂直部70b、70fの上に乗せられている。第2制御基板52は、幅太部70c、70gと幅細部70d、70hの段差部分に乗せられている。第3制御基板54は、幅細部70d、70hの先端に乗せられている。こうして、延伸部70a、70eにより、第1〜第3制御基板50、52、54はそれぞれ所定間隔を空けて支持されている。
【0023】
次に、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法を説明する。図3は、複数の制御基板と絶縁基板を平面的に並べたことを示す図である。まず、図3に示すように、第1制御基板50と、第2制御基板52と、第3制御基板54と、半導体チップ30が固定された絶縁基板12とを平面的に並べる。さらに、電力端子74も絶縁基板12の横に並べる。次いで、第1制御基板50、第2制御基板52、第3制御基板54、及び絶縁基板12が平面的に並んだ状態で、ワイヤボンディングを実施する。この工程をワイヤボンディング工程と称する。図4は、ワイヤボンディング工程後の複数の制御基板等を示す図である。
【0024】
ワイヤボンディング工程では、配線用ワイヤ32、34、接続用ワイヤ60、制御基板間ワイヤ62、64、及びワイヤ76を形成する。ワイヤボンディング工程を終えると、第1制御基板50、第2制御基板52、第3制御基板54、及び半導体チップ30が電気的に接続される。
【0025】
次いで、ワイヤボンディング実施後に、第1制御基板50、第2制御基板52、第3制御基板54、及び絶縁基板12等をケース70に収容する。図5は、第1制御基板等をケースに収容することを示す断面図である。ワイヤボンディング工程により、第1制御基板50、第2制御基板52、第3制御基板54、絶縁基板12、及び電力端子74はワイヤ接続により一体化された構造体となっている。この構造体を、図5に示すように適宜折りたたみながらケース70に収容する。最後にふた72及び制御端子66を取り付けて、図1の半導体装置10が完成する。
【0026】
本発明の実施の形態1に係る半導体装置によれば、制御基板間ワイヤ62、64で制御基板間を電気的に接続するので、コネクタで制御基板間を電気的に接続する場合と比較して、制御基板上の回路部品の実装スペースを広くすることができる。しかもコネクタの代用として用いた制御基板間ワイヤ62、64はコネクタより低価格であるため、半導体装置10を低コストで製造できる。
【0027】
本発明の実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、ワイヤボンディング工程にて必要なワイヤボンディングを一括して実施する。つまり、配線用ワイヤ32、34を形成する工程と、接続用ワイヤ60、及び制御基板間ワイヤ62、64を形成する工程と、ワイヤ76を形成する工程とを1つの工程に集約できる。よって工程数を削減できる。さらに、ワイヤボンディングで一体化された構造体を適宜折りたたみながらケース70内に収容するので、簡素な工程で容易に半導体装置10を製造できる。
【0028】
本発明の実施の形態1に係る半導体装置と半導体装置の製造方法は、第1〜第3制御基板50、52、54を制御基板間ワイヤ62、64で接続することで回路部品の実装面積を広くすることと、必要なワイヤボンディングを一括して実施することを特徴とするものである。従って、この特徴を失わない限りにおいて本発明の実施の形態1に係る半導体装置と半導体装置の製造方法を変形させてもよい。例えば、制御基板の数は、複数であれば特に限定されない。また、延伸部70a、70dの形状は、第1〜第3制御基板50、52、54を支持できる限り特に限定されない。なお、これらの変形は、以降の実施の形態においても応用できる。
【0029】
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る半導体装置と半導体装置の製造方法は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の断面図である。
【0030】
ケース70には、金属で形成された中継端子100が固定されている。半導体チップ30のゲートGと中継端子100は中継端子配線用ワイヤ102により電気的に接続されている。中継端子100と第1制御基板50は中継端子接続用ワイヤ104により電気的に接続されている。
【0031】
本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディング工程において中継端子100に対するワイヤ接続を実施する点において実施の形態1に係る半導体装置の製造方法と相違する。
【0032】
本発明の実施の形態2に係る半導体装置と半導体装置の製造方法によれば、中継端子100を用いることで、第1制御基板50と半導体チップ30を電気的に接続しつつ、組立性を高めることができる。つまり、ワイヤ接続により一体化された構造体をケース70に収容する際に、中継端子100をケース70に固定することで作業を容易にすることができる。
【0033】
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る半導体装置と半導体装置の製造方法は、実施の形態1との共通点が多いので実施の形態1との相違点を中心に説明する。図7は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。
【0034】
半導体チップ30のゲートGと第1制御基板50は直接接続ワイヤ200により電気的に接続されている。本発明の実施の形態3に係る半導体装置の製造方法は、ワイヤボンディング工程において半導体チップ30のゲートGと第1制御基板50を直接接続ワイヤ200で接続する点において実施の形態1に係る半導体装置の製造方法と相違する。
【0035】
本発明の実施の形態3に係る半導体装置と半導体装置の製造方法によれば、実施の形態1で説明した配線パターン14、又は実施の形態2で説明した中継端子100を用いる必要がないので、半導体装置を低コストで製造できる。なお、半導体チップ30のゲートGと第1制御基板50の接続には、直接接続ワイヤ200ではなく、フラットケーブルを用いてもよい。
【0036】
半導体チップ30と第1制御基板50が電気的に接続できる限り、本発明の実施の形態1〜3のいずれかで示した方法以外の方法で半導体チップ30と第1制御基板50を接続してもよい。ただし、組み立て性を高めつつ低コスト化を図るためには、半導体チップ30と第1制御基板50の接続の少なくとも一部にワイヤを用いることが好ましい。
【符号の説明】
【0037】
10 半導体装置、 12 絶縁基板、 14,16、18,20 配線パターン、 30 半導体チップ、 32,34 配線用ワイヤ、 42 ベース板、 50 第1制御基板、 52 第2制御基板、 54 第3制御基板、 56 回路部品、 60 接続用ワイヤ、 62,64 制御基板間ワイヤ、 66 制御端子、 70 ケース、 70a,70e 延伸部、 70b,70f 垂直部、 70c,70g 幅太部、 70d,70h 幅細部、 72 ふた、 74 電力端子、 100 中継端子、 102 中継端子配線用ワイヤ、 104 中継端子接続用ワイヤ、 200 直接接続ワイヤ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7