(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0010】
〔第一実施形態〕
以下、
図1〜4を参照して本発明の第一実施形態について説明する。
この実施形態に係る電子部品の接続構造は、例えば
図1に示すように平面視多角形の板状に形成された半導体素子(電子部品)1を、
図2に示す接続板2上に接続する半導体素子の接続構造である。
【0011】
図1に示すように、本実施形態の半導体素子1は、平面視で正方形に形成されている。また、半導体素子1は、例えばサイリスタであり、上面及び下面に電源電極11A,11Bを有し、さらに、上面に信号電極(接続電極)11Cを有している。信号電極11Cは、半導体素子1の上面の周縁領域の一部に形成されている。本実施形態では、信号電極11Cが、半導体素子1の上面の四つの角部13のうち、一つの角部13Aに配されている。上面側の電源電極11Aは、信号電極11Cの形成領域を除く半導体素子1の上面全体に配されている。下面側の電源電極11Bは、半導体素子1の下面全体に配され、平面視で正方形状に形成されている。
信号電極11Cには、例えば棒状の接続子C1が半田S1により接合される。また、接続子C1は、例えば半導体素子1の上面において直立するように信号電極11Cに接合される。
【0012】
図2に示すように、本実施形態の接続板2は、リードフレームや金属ベース板のように導電性を有する板材であり、基準面21aを有するベース部21と、基準面21aから突出する台座部22と、を備える。
台座部22の頂面22aは、半導体素子1の下面を半田4(
図4参照)により接続する接続面となっている。頂面22aの平面視形状は、半導体素子1の平面視形状に相似する多角形状に形成され、さらに、平面視した頂面22aの各辺の中間部分が内方に窪んでいる。
【0013】
本実施形態では、頂面22aが基準面21aに平行している。また、本実施形態における頂面22aの平面視形状は、半導体素子1の平面視形状と同等の大きさの正方形状に形成された上で、各辺が内方に窪むように形成されている。すなわち、頂面22aの平面視形状は、いわゆる手裏剣形状(四つの突起をもつ星形形状)に形成されている。また、平面視した頂面22aの各角部23は丸みを帯びている。さらに、頂面22aの各辺は、その中間部分が最も内側に窪むように内方に湾曲する円弧状に形成されている。また、頂面22aの複数の辺の窪み(窪み部25)の大きさは、互いに等しく設定されている。
【0014】
そして、平面視した頂面22aの大きさは、平面視した頂面22aの全ての角部23が平面視した半導体素子1の全ての角部13と重なるように、かつ、内方に窪んだ頂面22aの各辺の中間部分が平面視した半導体素子1の各辺よりも内側に位置するように設定されている。
なお、上記形状の頂面22aを有する台座部22の側面22bは、図示例のように基準面21a及び頂面22aに対して直交していてもよいが、例えば傾斜していてもよい。
【0015】
次に、半導体素子1を半田4により接続板2上に接続する接続方法について説明する。
本実施形態の接続方法では、はじめに上記構成の接続板2を用意する(準備工程)。次いで、
図3に示すように、半田4を頂面22aの中央領域に配し、その上で半導体素子1を半田4上に重ねて配置する(配置工程)。この配置工程では、平面視で半導体素子1の各角部13の周方向位置が、頂面22aの各角部23の周方向位置に一致していることが好ましいが、例えば
図3に示すように、ずれていてもよい。
また、配置工程では、半田4として、例えば半田ペレットを用いてもよいが、半田ペレットと比較して高い粘着力(タック力)を有する半田ペーストを用いることがより好ましい。半田4として半田ペーストを用いると、配置工程後の状態において、半導体素子1を台座部22上に好適に保持できる。
【0016】
その後、半田4を溶融させることで半導体素子1を台座部22の頂面22aに接続する(半田リフロー工程)。この工程では、溶融した半田4(溶融半田)が、頂面22aの中央領域から周縁に向けて流れる。さらに、各辺の中間部分が内側に窪んでいることで、溶融半田は、
図3において矢印F1で示すように、頂面22aの各辺の中間部分から角部23に向けて各辺に沿って流れるため、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れが強められる。なお、本実施形態では、頂面22aの複数の辺の窪みの大きさが互いに等しく設定されているため、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れの強さは、複数の角部23の間で等しい。
【0017】
上記のように頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れが強められることで、配置工程において、半導体素子1の各角部13が頂面22aの各角部23に対して周方向にずれて位置している場合には、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れによって半導体素子1の各角部13が頂面22aの各角部23に近づくように、半導体素子1が台座部22上において回転する。本実施形態では、半導体素子1の各角部13がそれぞれ一番近くに位置する頂面22aの角部23に近づくように、半導体素子1が台座部22上において回転する。より具体的に説明すれば、例えば
図3のように、半導体素子1の角部13が一番近くに位置する頂面22aの角部23に対して時計回りの方向にずれて位置している場合には、半導体素子1が台座部22上において反時計回りの方向(回転方向R1)に回転する。
これにより、
図4に示すように、半導体素子1の各角部13の周方向位置を頂面22aの各角部23に一致させることができる。すなわち、半田リフローの際に接続板2に対する半導体素子1の周方向位置(回転位置)を補正するセルフアライメント効果を得ることができる。
【0018】
なお、上記半田リフロー工程の際には、溶融半田が半導体素子1と台座部22の頂面22aとの間に挟まれているため、溶融半田の表面張力により、頂面22aの周縁から基準面21aへの溶融半田の流出が抑えられる。
最後に、上記半田リフロー工程後に冷却することで、
図4に示すように、半導体素子1を半田4により接続板2の台座部22上に接続した構造が得られる。この接続構造では、平面視した半導体素子1の各角部13が台座部22の頂面22aの各角部23に一致している。また、頂面22aのうち内方に窪んだ各辺の中間部分が、平面視した半導体素子1の辺よりも内側に位置している。
【0019】
以上説明したように、本実施形態の半導体素子1の接続構造及び製造方法によれば、半田リフローの際に接続板2に対する半導体素子1の回転位置を補正するセルフアライメント効果が得られるため、接続板2に対する半導体素子1の回転位置にずれが生じることを防止できる。
したがって、接続板2に半導体素子1を接続した後に、
図1に示すように、半導体素子1上に接続子C1を接合する際、半導体素子1の信号電極11Cに対する接続子C1の接合位置がずれてしまうことを防止できる、すなわち、半導体素子1に対する接続子C1の接合不良の発生を防止できる。なお、半導体素子1に対する棒状の接続子C1の接合は、ワイヤボンディングの接合と比較して、接続板2に対する半導体素子1の回転位置のずれが微小であっても、接合不良が発生する虞があるが、本実施形態の接続構造では、接続板2に対する半導体素子1の回転位置を高い精度で位置決めできるため、接続子C1の接合不良の発生を防止できる。
また、接合不良の発生を防止できることで、半導体素子1の信号電極11Cに対する接続子C1の接合を効率よく実施することも可能となる。
【0020】
また、本実施形態の接続構造及び接続方法によれば、位置決め用の治具を用いることなく、接続板2に対する半導体素子1の回転位置にずれが生じることを防止できる。
さらに、位置決め用の治具を用いた場合には、半導体素子1を接続板2に接続した後、治具を半導体素子1及び接続板2から取り外す工程が必要となるが、本実施形態によれば、このような工程が不要となるため、半導体素子1の接続を効率よく行うことができる。
また、位置決め用の治具を用いた場合には、治具を半導体素子1及び接続板2から取り外す際に、治具が半導体素子1に衝突あるいは接触して半導体素子に欠け等の不具合が生じる虞があるが、本実施形態によればこのような不具合も生じないため、半導体素子1を接続板2に接続した構造の歩留まり向上を図ることができる。
【0021】
〔第二実施形態〕
次に、
図5,6を参照して本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態の接続構造は、接続板2に備える台座部22の頂面22aに流入溝26を形成した点を除き、第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同様の構成について同一符号を付す等して、その説明を省略する。
【0022】
図5に示すように、この実施形態に係る接続構造では、台座部22の頂面22aに、その中央領域から頂面22aの各角部23に向けて延びる複数の流入溝26が形成されている。各流入溝26の深さ寸法は、台座部22の高さ寸法よりも小さく設定されている。また、本実施形態では、各流入溝26が頂面22aの中央領域から角部23まで直線状に延びている。なお、頂面22aの角部23側に位置する各流入溝26の延在方向の端部は、例えば
図5(a)のように台座部22の側面22bに開口してもよいが、例えば開口していなくてもよい。また、各流入溝26は、
図5(b)のように断面U字状に形成されてもよいが、断面V字状など任意の断面形状に形成されてよい。
【0023】
上記構成の接続板2上に半導体素子1を接続する際には、第一実施形態と同様の準備工程、配置工程及び半田リフロー工程を実施すればよい。
そして、半田リフロー工程においては、第一実施形態の場合と同様に、溶融半田(溶融した半田4)が頂面22aの各辺の中間部分から角部23に向けて流れることで、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れが強められる(
図3の矢印F1参照)。また、溶融半田が、
図6において矢印F2で示すように、各流入溝26に入り込んだ上で頂面22aの中央領域から各角部23に向けて流れるため、頂面22aの各角部23に向かう溶融半田の流れをさらに強めることができる。
【0024】
本実施形態の半導体素子1の接続構造及び接続方法によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
また、半田リフローの際に頂面22aの各角部23に向かう溶融半田の流れをさらに強めることができるため、例えば
図6のように、半導体素子1の各角部13が頂面22aの各角部23に対して周方向にずれて位置している場合に、半導体素子1の各角部13が頂面22aの各角部23に近づくように半導体素子1を回転方向R1に回転させる力が、第一実施形態の場合と比較して大きくなる。すなわち、接続板2に対する半導体素子1の回転位置を補正するセルフアライメント効果の向上を図ることができる。
さらに、本実施形態では、流入溝26の深さ寸法が台座部22の高さ寸法よりも小さいため、半田4を多量に使用しなくても、流入溝26内において頂面22aの中央領域から角部23に向けて流れる溶融半田の流れを半導体素子1に効率的に作用させて、上記セルフアライメント効果の向上を図ることができる。
【0025】
〔第三実施形態〕
次に、
図7,8を参照して本発明の第三実施形態について説明する。
この実施形態の接続構造は、台座部22の頂面22aに形成される流入溝26の形状を除き、第二実施形態と同様である。本実施形態では、第二実施形態と同様の構成について同一符号を付す等して、その説明を省略する。
【0026】
図7に示すように、この実施形態の接続構造では、第二実施形態の場合と同様に、台座部22の頂面22aに、その中央領域から頂面22aの各角部に向けて延びる複数の流入溝26が形成されている。また、各流入溝26の深さ寸法は、台座部22の高さ寸法よりも小さく設定されている。
そして、本実施形態では、複数の流入溝26が頂面22aの中央領域から周縁に向かうにしたがって、頂面22aの周縁の周方向の一方側(図示例では時計周りの方向)に傾斜するように湾曲している。言い換えれば、各流入溝26は、その延在方向の中途部が両端部に対して頂面22aの周縁の周方向の他方側(図示例では反時計周りの方向)にずれて位置するように、弓状に湾曲している。
【0027】
上記構成の接続板上に半導体素子1を接続する際には、第一実施形態と同様の準備工程、配置工程及び半田リフロー工程を実施すればよい。
そして、半田リフロー工程においては、第一実施形態の場合と同様に、溶融半田が頂面22aの各辺の中間部分から角部23に向けて流れることで、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れが強められる(
図3の矢印F1参照)。また、第二実施形態の場合と同様に、溶融半田が、
図8において矢印F3で示すように、各流入溝26に入り込んだ上で頂面22aの中央領域から角部23に向けて流れるため、頂面22aの各角部23に向かう溶融半田の流れをさらに強めることができる。さらに、本実施形態では、流入溝26内に入り込んだ溶融半田が、
図8において矢印F3で示すように、頂面22aの周縁の周方向の一方側(図示例では時計周りの方向)に流れることになる。
【0028】
本実施形態の半導体素子1の接続構造及び接続方法によれば、第二実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、本実施形態によれば、半田リフローの際に流入溝26内に入り込んだ溶融半田が頂面22aの周縁の周方向の一方側(図示例では時計周りの方向)に流れるため、例えば
図8のように、半導体素子1の各角部13が頂面22aの各角部23に対して周方向にずれて位置している場合に、半導体素子1を頂面22aの周縁の周方向の一方側(
図8において回転方向R2)に回転させることができる。
【0029】
したがって、例えば
図8のように半導体素子1を頂面22aに配した状態(配置工程後の状態)において、半導体素子1の角部13が頂面22の二つの角部23のほぼ中間に位置するように、接続板2に対する半導体素子1の回転位置が大きくずれていても、接続板2に対する半導体素子1の回転位置を補正するセルフアライメント効果を確実に得ることができる。
また、例えば
図8のように、半導体素子1の特定の角部13(例えば信号電極11Cが形成された角部13A;
図1参照)の周方向位置が、頂面22aの特定の角部23に対して45度以上ずれていても、半導体素子1は半田リフローの際に特定の回転方向に回転するため、半導体素子1の特定の角部13を頂面22aの特定の角部23に一致させることも可能となる。
【0030】
〔第四実施形態〕
次に、
図9,10を参照して本発明の第四実施形態について説明する。
この実施形態の接続構造は、台座部22の周囲に環状突起部27を形成した点を除き、第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同様の構成について同一符号を付す等して、その説明を省略する。
【0031】
図9に示すように、本実施形態の接続構造では、台座部22の径方向外側に間隔をあけた位置において基準面21aから突出して台座部22を囲む環状突起部27が形成されている。これにより、台座部22と環状突起部27との間には、基準面21aを底面とする平面視環状の環状溝部28が形成されている。また、環状突起部27の高さ寸法は、台座部22の高さ寸法よりも低く設定されている。
そして、本実施形態の環状突起部27は、台座部22及び環状溝部28の形成領域を除く、基準面21a全体に形成されている。また、平面視した環状突起部27の内縁は、台座部22の平面視形状よりも大きな相似形状に形成されている。すなわち、環状溝部28の平面視形状が台座部22の平面視形状に相似している。
【0032】
上記構成の接続板2上に半導体素子1を接続する際には、第一実施形態と同様の準備工程、配置工程及び半田リフロー工程を実施すればよい。
そして、本実施形態の半導体素子1の接続構造によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、環状突起部27が形成されていることにより、半田リフロー工程において、仮に溶融半田が頂面22aの周縁から基準面21aに流出しても、環状溝部28に入り込むため、溶融半田が基準面21a上に過度に濡れ広がることを防止できる。
【0033】
また、環状突起部27の高さ寸法が台座部22よりも低く設定されていることで、例えば
図10に示すように、半導体素子1の一部が台座部22の周縁から外側にはみ出して環状突起部27上に位置していても、環状突起部27の頂面22aに接触することを防止できる。したがって、半田リフローにおける半導体素子1の回転が、半導体素子1と環状突起部27との接触によって阻害されることを防止できる。すなわち、環状突起部27が形成されていても、半田リフローの際に接続板2に対する半導体素子1の回転位置を補正するセルフアライメント効果を確実に得ることができる。
なお、上述した第四実施形態の構成は、前述した第二、第三実施形態の構成にも適用可能である。
【0034】
〔第五実施形態〕
次に、
図11,12を参照して本発明の第五実施形態について説明する。
この実施形態の接続構造は、平面視した台座部22の形状を除き、第一実施形態と同様である。本実施形態では、第一実施形態と同様の構成について同一符号を付す等して、その説明を省略する。
【0035】
図11に示すように、本実施形態の接続構造では、台座部22の頂面22aの平面視形状が、第一実施形態と同様に、半導体素子1の平面視形状に相似する多角形状に形成され、さらに、平面視した頂面22aの各辺の中間部分が内方に窪んでいる。具体的には、頂面22aの平面視形状は、半導体素子1の平面視形状と同等の大きさの正方形状に形成された上で、各辺が内方に窪むように形成されている。
【0036】
そして、本実施形態では、頂面22aの複数の辺の窪み(窪み部25)の大きさが、頂面22aの周縁の周方向の一方側(図示例では時計周りの方向)に向かうにしたがって小さくなっている。
図11では、複数の窪み部25のうち、左下に位置する第一窪み部25Aの窪みの大きさが最も大きく、第一窪み部25Aから時計周りの方向に配列された第二窪み部25B、第三窪み部25C、第四窪み部25Dの順番で、窪みの大きさが順次小さくなっている。
【0037】
以下の説明では、第一窪み部25Aと第二窪み部25Bとの間に位置する角部23を第一角部23A、第二窪み部25Bと第三窪み部25Cとの間に位置する角部23を第二角部23B、第三窪み部25Cと第四窪み部25Dとの間に位置する角部を第三角部23C、第四窪み部25Dと第一窪み部25Aとの間に位置する第四角部23Dと呼ぶ。
【0038】
上記構成の接続板2上に半導体素子1を接続する際には、第一実施形態と同様の準備工程、配置工程及び半田リフロー工程を実施すればよい。
そして、半田リフロー工程においては、第一実施形態の場合と同様に、溶融半田(溶融した半田4)が頂面22aの各辺の中間部分から角部23に向けて流れることで、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れが強められる(
図12の矢印F4参照)。
ただし、本実施形態では、頂面22aの角部23に向かう溶融半田の流れの強さが、複数の角部23の間で異なる。以下、この点について詳細に説明する。
【0039】
本実施形態では、頂面22aに形成された窪み部25の大きさが大きいほど、窪み部25に対応する頂面22aの辺の中間部分からこれに隣り合う二つの角部23に向かう溶融樹脂の流れが強くなる。なお、
図12においては、各矢印F4の長さが、各角部23に向かう溶融半田の流れの強さを示している。
例えば、窪みの大きさが最も大きい第一窪み部25Aに対応する頂面22aの辺の中間部分から、この辺の両端に位置する二つの角部23(第一角部23A及び第四角部23D)に向かう溶融樹脂の流れ(矢印F41で示す流れ)が最も強くなる。一方、窪みの大きさが最も小さい第四窪み部25Dに対応する頂面22aの辺の中間部分から、この辺の両端に位置する二つの角部23(第三角部23C及び第四角部23D)に向かう溶融樹脂の流れ(矢印F44で示す流れ)が最も弱くなる。このため、頂面22aの第一角部23Aに向かう溶融樹脂の流れが最も強くなり、第頂面22aの第三角部23Cに向かう溶融樹脂の流れが最も弱くなる。
【0040】
本実施形態の半導体素子1の接続構造によれば、第一実施形態と同様の効果を奏する。
さらに、本実施形態によれば、半田リフローの際に特定の角部23(第一角部23A)に向かう溶融樹脂の流れが、他の角部23(第二〜第四角部23B〜23D)に向かう流れよりも強いため、例えば
図12のように、半導体素子1を頂面22aに配した状態(配置工程後の状態)において、半導体素子1の角部13が頂面22の二つの角部23のほぼ中間に位置するように、接続板2に対する半導体素子1の回転位置のずれが大きくても、半導体素子1を所定の回転方向(
図12において回転方向R3)に回転させて、半導体素子1の各角部13を頂面22aの各角部23に一致させることが可能となる。すなわち、接続板2に対する半導体素子1の回転位置を補正するセルフアライメント効果を確実に得ることができる。
なお、上述した第五実施形態の構成は、前述した第二〜第四実施形態の構成にも適用可能である。
【0041】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、平面視した台座部22の頂面22aの各辺が、円弧状に形成されているが、少なくとも各辺の中間部分が最も内側に窪むように形成されていればよい。したがって、平面視した頂面22aの各辺は、例えば、各辺の中間部分から各角部23に向けて直線状に形成されてもよい。
【0042】
また、平面視した頂面22aの形状や大きさは、上記実施形態のものに限らず、少なくとも半導体素子1の平面視形状に相似する多角形状に形成された上で、各辺が内方に窪むように形成されていればよい。
したがって、頂面22aの平面視形状は、例えば、頂面22aの各角部23が半導体素子1の各角部13よりも径方向外側に位置するように形成されてもよい。また、平面視した頂面22aの大きさは、例えばその全体が平面視した半導体素子1の内側あるいは外側に位置するように設定されてもよい。
【0043】
ただし、台座部22からこれに接続された半導体素子1の側面までの絶縁距離を確保する必要がある場合には、台座部22の頂面22aのうち半導体素子1によって覆われずに露出する領域が小さい方が好ましく、また、頂面22aの露出領域は無い方がより好ましい。また、半田リフローの際に生じる溶融半田の流れが、接続板2に対する半導体素子1の回転位置の補正に有効活用されるためには、頂面22aの平面視形状は、少なくとも内方に窪んだ頂面22aの各辺の中間部分が平面視した半導体素子1の辺よりも内側に位置するように形成されることがより好ましい。
【0044】
また、本発明の接続構造には、上記実施形態のような半導体素子1を適用することに限らず、少なくとも下面全体が接続板2に接続される単一の電極となっている任意の電子部品を適用することが可能である。このような電子部品としては、半導体素子1の他に、例えば半導体素子等の回路素子を樹脂封止したパッケージ部品などが挙げられる。
さらに、本発明の接続構造に適用される電子部品の平面視形状は、上記実施形態のような正方形形状に限らず、長方形、六角形状など任意の多角形状であってよい。なお、例えば電子部品の平面視形状が六角形状である場合には、接続板2の頂面22aの平面視形状は、電子部品の平面視形状に相似する六角形状に形成されればよい。