特許 6233528 半導体装置

(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】6233528

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20171113BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20171113BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20171113BHJP

   H05K 5/00 20060101ALI20171113BHJP

   H05K 7/14 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H01L25/04 C

   H01L23/48 G

   H05K5/00 A

   H05K7/14 J

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-554015(P2016-554015)

(86)(22)【出願日】2015年9月8日

(86)【国際出願番号】JP2015075521

(87)【国際公開番号】WO2016059916

(87)【国際公開日】20160421

【審査請求日】2016年10月3日

(31)【優先権主張番号】特願2014-210178(P2014-210178)

(32)【優先日】2014年10月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096714

【弁理士】

【氏名又は名称】本多 一郎

(72)【発明者】

【氏名】繁田 文雄

(72)【発明者】

【氏名】小平 悦宏

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 実開平５−１５４４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２０１３／０２７８２６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０５Ｋ ５／００

Ｈ０５Ｋ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層基板にそれぞれ接合された主端子及び制御端子と、
前記制御端子が貫通した開口を有し、前記積層基板を覆う樹脂ケースと、
を備え、
前記制御端子が、前記積層基板と前記樹脂ケースの開口との間に凹部を有し、
前記樹脂ケースが、固定部材及び、前記固定部材を取り付け可能な樹脂ケース本体を有し、
前記固定部材は、前記制御端子の凹部と係合する凸形状の段差部を有する樹脂ブロック部と、前記主端子に位置合わせされるナットが埋め込まれたナット収容部と、前記樹脂ブロック部及び前記ナット収容部を連結して一体化した梁部と、を含み、
前記樹脂ケース本体は、前記樹脂ブロック部を挿入可能な中空部を備え、前記ナット収容部及び樹脂ブロック部を、一方向から取り付け可能であることを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記固定部材の樹脂ブロック部が、前記樹脂ケース本体と係合する突起を備える請求項１記載の半導体装置。

【請求項3】

前記樹脂ケース本体の中空部の内面に、前記固定部材の樹脂ブロック部を案内する溝が形成され、
前記固定部材の樹脂ブロック部が、前記溝に案内される突起を備える請求項１記載の半導体装置。

【請求項4】

前記樹脂ケース本体の中空部の内面に、前記固定部材の樹脂ブロック部を固定するストッパーが形成され、
前記固定部材の樹脂ブロック部が、前記ストッパーと係合する突起を備える請求項１記載の半導体装置。

【請求項5】

前記固定部材のナット収容部の先端にテーパーが形成された請求項１記載の半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の半導体装置に関して特許文献１に記載されたパワー半導体モジュールを図１２（ａ）に平面図で、図１２（ｂ）に断面図で示す。図１２に示すパワー半導体モジュール１００は、放熱ベース１１上に積層基板１２が固着されている。積層基板１２は金属板、絶縁板及び回路板が積層されてなるものである。積層基板１２の回路板には，主端子１３の下端が、はんだ等の接合材や直接接合により電気的かつ機械的に接合され、また、制御端子１４０の下端が、はんだ等の接合材や直接接合により電気的かつ機械的に接合されている。積層基板１２を覆うように樹脂ケース５００が設けられ、放熱ベース１１に接着剤によって固着されている。

【0003】

図１２（ｃ）に主端子１３の上端近傍の要部拡大図を示す。主端子１３の上端は、上面部１３ａ及びこの上面部の両端に接続する２つの側面部１３ｂによりＵ字形状を有している。主端子１３の上端は、樹脂ケース５００の開口を通して外方に突出している。主端子１３の２つの側面部１３ｂの間には、ナットが埋め込まれた樹脂体であるナットグローブ５１０が挿入されている。

【0004】

図１２（ｄ）に制御端子１４０の上端近傍の拡大図を示す。制御端子１４０は、第１の突起１４０ａと第２の突起１４０ｂとを間隔を空けて有している。この第１の突起１４０ａと第２の突起１４０ｂの間に凹部１４０ｃが形成されている。
樹脂ケース５００の制御端子１４０用の開口に、この制御端子１４０の凹部１４０ｃに嵌まり合う凸形状の段差部を有する樹脂ブロック５２０が挿入されている。凹部１４０ｃは、樹脂ブロック５２０の先端部と係合される。これにより制御端子１４０は、水平な方向に精度よく位置決めされ、また、外部からの荷重による上下方向の移動が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１２／０７１４４０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された半導体装置は、樹脂ケースに取り付けられるナットグローブの挿入方向と、樹脂ブロックの挿入方向が異なっていた。そのため、半導体装置を製造する際は、ナットグローブを樹脂ケースに取り付ける工程と、樹脂ブロックを取り付ける工程とを別途に行う必要があり、取り付け作業に時間及び手間を要していた。
本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、パワー半導体モジュールを例とする半導体装置を製造する際に、取り付け作業に時間及び手間を軽減することのできる半導体装置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】

【0007】

本発明の半導体装置は、積層基板にそれぞれ接合された主端子及び制御端子と、前記制御端子が貫通した開口を有し、前記積層基板を覆う樹脂ケースと、を備えている。前記制御端子は、前記積層基板と前記樹脂ケースの開口との間に凹部を有している。前記樹脂ケースは、固定部材及び、前記固定部材を取り付け可能な樹脂ケース本体を有している。固定部材は、前記制御端子の凹部と係合する凸形状の段差部を有する樹脂ブロック部と、前記主端子に位置合わせされるナットが埋め込まれたナット収容部と、前記樹脂ブロック部及び前記ナット収容部を連結して一体化した梁部と、を含む。前記樹脂ケース本体は、前記樹脂ブロック部を挿入可能な中空部を備え、前記ナット収容部及び樹脂ブロック部を、一方向から取り付け可能である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の半導体装置によれば、半導体装置を製造する際に、取り付け作業の時間及び手間を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、発明の実施形態１のパワー半導体モジュールの説明図である。

【図2】図２は、固定部材の説明図である。

【図3】図３は、樹脂ブロック部の先端部の拡大図である。

【図4】図４は、樹脂ケース本体の側面図である。

【図5】図５は、変形例の固定部材の説明図である。

【図6】図６は、本発明の実施形態２の固定部材の説明図である。

【図7】図７は、樹脂ケース本体の側面図である。

【図8】図８は、本発明の実施形態３の樹脂ケース本体及び固定部材の部分拡大断面図である。

【図9】図９は、本発明の実施形態４の固定部材の平面図である。

【図10】図１０は、本発明の実施形態４の樹脂ケース本体の側面図である。

【図11】図１１は、変形例の樹脂ケース本体の側面図である。

【図12】図１２は、従来のパワー半導体モジュールの説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の半導体装置の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。なお、以下の説明では、上、下については図面における紙面の上、下の位置関係を意味していて、実際の使用状態における上、下の位置関係を意味するものではない。

【0011】

（実施形態１）
図１は、本発明の半導体装置の一実施形態であるパワー半導体モジュール１０の説明図である。図１中、図１（ａ）はパワー半導体モジュール１０の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線視の断面図である。パワー半導体モジュール１０は、放熱ベース１１、積層基板１２、主端子１３、制御端子１４及び樹脂ケース１５を備えている。

【0012】

放熱ベース１１上に積層基板１２が固着されている。積層基板１２は金属板、絶縁板及び回路板が積層されてなるものであって、放熱ベース１１に当該金属板を対向させて図示しない接合材、例えばはんだにより固着されている。積層基板１２の回路板は、所定の電気回路のパターンが選択的に形成されている。積層基板１２の回路板上には図示しないパワー半導体チップが接合材により電気的かつ機械的に接合されている。また、パワー半導体チップは、図示しない配線部材により積層基板１２の回路板や主端子１３や制御端子１４と電気的に接続されている。図１において、パワー半導体チップや配線部材は、本発明の特徴的な部分ではないので図示を省略している。積層基板１２の回路板には，主端子１３の下端が、はんだ等の接合材や直接接合により電気的かつ機械的に接合され、また、制御端子１４の下端が、はんだ等の接合材や直接接合により電気的かつ機械的に接合されている。

【0013】

樹脂ケース１５は、積層基板１２を覆うように設けられ、放熱ベース１１に接着剤によって固着されている。樹脂ケース１５は、樹脂ケース本体１５１と当該樹脂ケース本体１５１に取り付けられた固定部材１５２とにより構成されている。樹脂ケース１５は、主端子１３の上端を外方に突出させる開口１５ａ、制御端子１４の上端を外方に突出（貫通）させる開口１５ｂ及びねじ孔１５ｃを有している。図示した例では、主端子１３は３個であり、制御端子１４は４個である。

【0014】

図１（ｃ）に主端子１３の上端近傍の要部拡大図を示す。主端子１３の上端は、上面部１３ａ及びこの上面部の両端に接続する２つの側面部１３ｂによりＵ字形状を有している。主端子１３の上端は、樹脂ケース１５の開口を通して外方に突出している。上面部１３ａにはボルト穴１３ｃが形成されている。主端子１３の２つの側面部１３ｂの間には、樹脂ケース１５を構成する固定部材１５２のナット収容部１５３が挿入される。

【0015】

図１（ｄ）に制御端子１４の上端近傍の拡大図を示す。制御端子１４は、積層基板１２と樹脂ケース１５の開口１５ｂとの間に、第１の突起１４ａと第２の突起１４ｂとを間隔を空けて有している。この第１の突起１４ａと第２の突起１４ｂの間に凹部１４ｃが形成されている。凹部１４ｃは、樹脂ケース１５の固定部材１５２の樹脂ブロック部１５４の先端部と係合する。これにより制御端子１４は、水平な方向、すなわち、放熱ベース１１のおもて面の面内方向と平行な方向に精度よく位置決めされ、また、外部からの荷重による上下方向の移動が抑制される。

【0016】

図２（ａ）にナット収容部１５３及び樹脂ブロック部１５４を備える固定部材１５２の平面図を示す。また図２（ｂ）に固定部材１５２の側面図を示す。固定部材１５２は、ナット収容部１５３と、ナット収容部１５３の両側にそれぞれ設けられた２本の樹脂ブロック部１５４とが、梁部１５５により接続された形状を有している。梁部１５５は固定部材１５２の長手方向の一方の端部側でナット収容部１５３と２本の樹脂ブロック部１５４を連結している。ナット収容部１５３と樹脂ブロック部１５４はそれぞれ細長い棒（箱）状の形状である。ナット収容部１５３の長手方向と、樹脂ブロック部１５４の長手方向とは略平行である。このことにより固定部材１５２を樹脂ケース本体１５１に対して、一方向に、具体的には図１（ａ）及び図２（ａ）における紙面左方向から右方向に向かって、取り付けることができる。

【0017】

ナット収容部１５３は、主端子１３に外部配線を接続するナット１５６が埋め込まれた樹脂体であり、本実施形態では３個の主端子１３に対応した３個のナット１５６が、主端子１３の間隔と同じ間隔で直線状に配列されている。ナット収容部１５３の各ナット１５６は、主端子１３のそれぞれに位置合わせされる。主端子１３と外部配線との接続は、図示しないボルト又はねじを、主端子１３のボルト穴１３ｃを通してナット収容部１５３のナット１５６にねじ結合することにより行われる。

【0018】

図３に、樹脂ブロック部１５４の先端部の拡大図を示す。図３（ａ）は樹脂ブロック部１５４の先端部の上面図、図３（ｂ）は樹脂ブロック部１５４の先端部の下面図、図３（ｃ）は樹脂ブロック部１５４の先端部の側面図である。樹脂ブロック部１５４の先端部には樹脂ケースと係合する溝１５４ａが形成されている。また樹脂ブロック部１５４の両側面には、制御端子１４の凹部１４ｃと係合する凸形状を有する段差部１５４ｂが形成されている。また両側の側面には、それぞれ１つずつ突起１５４ｃが形成されている。また、樹脂ブロック部１５４の底面には、突起１５４ｄが形成されている。

【0019】

樹脂ブロック部１５４の先端部の両側面に段差部１５４ｂが形成されていることにより、段差部１５４ｂのそれぞれに位置させた制御端子１４の凹部１４ｃを係合させることができる。よって１つの樹脂ブロック部１５４で２本の制御端子１４を係合させ、固定することができる。樹脂ブロック部１５４の先端部の側面及び底面に形成された突起１５４ｃ、１５４ｄは、樹脂ケース本体１５１に設けられた樹脂ブロック部１５４用の窪みの内面に形成された凹部と係合することにより樹脂ブロック部１５４を固定する。

【0020】

図２に示す固定部材１５２の梁部１５５は、樹脂よりなり、ナット収容部１５３と樹脂ブロック部１５４との両者に接続されている。梁部１５５により、ナット収容部１５３と樹脂ブロック部１５４とが一体化されている。梁部１５５は、樹脂ケース本体１５１に取り付けたときに、主端子１３と干渉せず、かつ、樹脂ケース１５のねじ孔１５ｃに干渉しない位置であることが望ましい。そのために図１及び図２に示した本実施形態では、梁部１５５は、主端子１３とねじ孔１５ｃとの間の位置に設けられている。梁部１５５は、ナット収容部１５３と樹脂ブロック部１５４と共に、モールド成形により一体的に成形することができる。

【0021】

図４に樹脂ケース本体１５１の側面図を示す。樹脂ケース本体１５１の側面に、固定部材１５２のナット収容部１５３を載置する凹部１５１ａと、樹脂ブロック部１５４が挿入される開口１５１ｂと、梁部が取りつけられる溝１５１ｃが形成されている。これにより、固定部材１５２は、樹脂ケース本体１５１に一方向から取り付け挿入可能になっている。樹脂ケース本体１５１の一つの側面に形成された樹脂ブロック部１５４用の２個の開口１５１ｂから樹脂ケース１５の水平方向に延びる中空部が形成されていて、この中空部は制御端子１４まで達している。この中空部に樹脂ブロック部１５４が挿入されて、制御端子１４を固定する（図１（ａ）の平面図を参照）。そのため、中空部は樹脂ブロック部１５４を挿入可能な断面形状を有している。また、２個の樹脂ブロック部１５４に対応する２個の中空部の延伸方向は互いに略平行である。

【0022】

樹脂ケース本体１５１と固定部材１５２とは、図２に示す樹脂ブロック部１５４の突起１５４ｃ及び１５４ｄが、樹脂ケース本体１５１の上記中空部の内面に形成された凹部と係合することにより固定される。したがって、接着剤を用いることなく、樹脂ケース本体１５１と固定部材１５２とを固定することができる。もっとも、本実施形態において、樹脂ケース本体１５１と固定部材１５２とを接着剤により固定することを排除するものではない。

【0023】

図２に示す固定部材１５２は、２本の樹脂ブロック部１５４のそれぞれの先端部近傍に突起１５４ｃ及び１５４ｄが設けられている。もっとも、２本の樹脂ブロック部１５４のうちのいずれか一方の先端のみに突起１５４ｃ及び１５４ｄが設けられている場合であっても、樹脂ケース本体１５１と固定部材１５２とを固定することができる。

【0024】

本実施形態の変形例を図５に示す。図５（ａ）に平面図で、図５（ｂ）に側面図で示す固定部材１５７は、樹脂ブロック部１５８の後端部に樹脂ケース本体１５１に固定するための突起１５８ａが形成されている。この変形例で理解できるように固定部材を樹脂ケース本体に係合するための突起の位置は先端側、後端側を問わない。

【0025】

本実施形態の半導体装置は、ナット収容部１５３と樹脂ブロック部１５４とが梁部１５５により一体的に形成されていることにより、樹脂ケース本体に一方向から取り付けて固定することができる。また、ナット収容部１５３と樹脂ブロック部１５４とを一度に固定することができる。したがって、半導体装置を製造する際に、取り付け作業に時間及び手間を軽減することができる。

【0026】

（実施形態２）
本発明の半導体装置の別の実施形態を図６、図７を用いて説明する。本実施形態のパワー半導体モジュールは、図１に示したパワー半導体モジュール１０と基本的に同様の構成を有している。したがって、本実施形態の特徴的な構成として図６は、樹脂ケースを構成する本実施形態の固定部材２５２を図示し、図７は、本実施形態の樹脂ケース本体２５１を図示した。それ以外の構成は、図１に示したパワー半導体モジュール１０と基本的に同じである。なお、図６及び図７において、先に示した実施形態と同一部材については同一符号を付している。したがって、先の実施形態ですでに説明したのと重複する説明は省略する。

【0027】

図６及び図７に示した本実施形態の半導体装置は，固定部材２５２がナット収容部１５３と樹脂ブロック部２５４と梁部１５５とから構成されている。樹脂ブロック部２５４は、上面に、突起２５４ｅを有している。樹脂ケース本体２５１は、樹脂ブロック部２５４が挿入される中空部の内面のうちの上面に、該樹脂ブロック部２５４の突起２５４ｅを案内する溝を備えている。この溝は、図６において開口２５１ｂの上側の窪み２５１ｂａとして現れている。

【0028】

２本の樹脂ブロック部２５４は梁部１５５により接合されている。固定部材２５２の樹脂ブロック部２５４を樹脂ケース本体２５１の開口２５１ｂから挿入する際に、２本の樹脂ブロック部２５４の延伸方向は必ずしも平行を維持していない場合がある。この場合であっても本実施形態によれば、樹脂ブロック部２５４に形成された突起２５４ｅが中空部の溝に案内されるので、樹脂ブロック部２５４が中空部の内面に接触して引っ掛かりを生じることを抑制して、該樹脂ブロック部２５４をスムーズに挿入することができる。

【0029】

図６及び図７に示した本実施形態では、突起２５４ｅが樹脂ブロック部２５４の上面に形成されている。もっとも、突起２５４ｅが形成される位置は、樹脂ブロック部２５４の上面に限定されない。また、樹脂ブロック部２５４の長手方向における突起２５４ｅの位置も特に限定されない。もっとも、樹脂ブロック部２５４をスムーズに案内する観点から突起２５４ｅは樹脂ブロック部２５４の先端部近傍に形成されることが好ましい。
更に、図６及び図７では、突起２５４ｅは２本の樹脂ブロック部２５４の各々に形成されているが、何れか一方の樹脂ブロック部２５４のみに形成されていてもよい。

【0030】

（実施形態３）
本発明の別の実施形態を、図８を用いて説明する。本実施形態のパワー半導体モジュールは、図１に示したパワー半導体モジュール１０と基本的に同様の構成を有している。したがって、本実施形態の特徴的な構成として図８は、樹脂ケースを構成する樹脂ケース本体３５１の中空部及び当該中空部に挿入された固定部材の樹脂ブロック３５４の先端部の部分拡大断面図を示した。それ以外の構成は、図１に示したパワー半導体モジュール１０と基本的に同じである。

【0031】

図８において、樹脂ケース本体３５１の中空部の内面に、ストッパー３５１ｆが形成されている。また、樹脂ブロック３５４には、このストッパー３５１ｆを乗り越えて係合される突起３５４ｆを有している。

【0032】

先に図１に示した実施形態では樹脂ブロック部１５４の先端部に突起１５４ｃ、１５４ｄが形成されているが、本実施形態では樹脂ブロック３５４の先端部ではなく、先端部と後端部との間に突起３５４ｆが形成されている。この突起３５４ｆと上記ストッパーとが係合されることにより固定部材の樹脂ブロックが樹脂ケース本体に固定される。

【0033】

本実施形態で明らかなように固定部材の樹脂ブロックを固定するための係合手段の位置は問わない。
また、本実施形態の変形例として、先の実施形態で説明し、図６に示した樹脂ブロック部２５４の突起２５４ｅが、本実施形態の中空部のストッパー３５１ｆと係合するための突起３５４ｆを兼ねる構成とすることができる。

【0034】

（実施形態４）
本発明の別の実施形態を、図９を用いて説明する。本実施形態のパワー半導体モジュールは、図１に示したパワー半導体モジュール１０と基本的に同様の構成を有している。したがって、本実施形態の特徴的な構成として図９は、樹脂ケースを構成する固定部材４５２の平面図を示した。それ以外の構成は、図１に示したパワー半導体モジュール１０と基本的に同じである。

【0035】

図９に示した固定部材４５２は、ナット収容部４５３がその先端部にテーパー４５３ａを有している。ナット収容部４５３の先端部にテーパー４５３ａを有していることにより、当該ナット収容部４５３を、主端子１３の上端のＵ字形状を形成する２つの側面部１３ｂの間にスムーズに挿入することができる。

【0036】

本実施形態においては、先に実施形態２において図６及び図７を用いて説明したように、樹脂ブロック部１５４の上面に突起を形成し、この樹脂ブロック部１５４が挿入される樹脂ケース本体の中空部に溝を形成して、当該突起が案内される構成とすることもできる。かかる構成によれば、樹脂ブロック部１５４が中空部の内面に接触して引っ掛かりを生じることを抑制するので、固定部材４５２を樹脂ケース本体に、よりスムーズに挿入することができる。

【0037】

本実施形態の別の例として、図１０に樹脂ケースを構成する樹脂ケース本体４５１の側面図を示す。図１０の樹脂ケース本体４５１は、図９の固定部材４５２の樹脂ブロック部１５４が挿入される開口４５１ｂに、テーパー４５１ｂａが形成されている。これにより、樹脂ブロック部１５４を中空部にスムーズに挿入することができる。

【0038】

以上、本発明の半導体装置を図面及び実施形態を用いて具体的に説明したが、本発明は、実施形態及び図面の記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能である。

【0039】

例えば、固定部材の樹脂ブロック部は、樹脂ケース本体に形成された中空部に挿入されるものに限られない。樹脂ケース本体の上面に樹脂ブロック部を案内する溝が形成され、この溝に沿って樹脂ブロック部が案内され、制御端子を固定する構成とすることもできる。この構成の場合は、樹脂ブロック部は樹脂ケースの上面にて露出している。

【0040】

図１１は図７に示した樹脂ケース本体の変形例であり、開口２５１ｂの上側の一部が樹脂ケースの上面においても開口してスリットを形成している。これにより図６に示した固定部材２５２の樹脂ブロック部２５４の突起２５４ｅは、このスリットに案内される。

【符号の説明】

【0041】

１０ パワー半導体モジュール
１２ 積層基板
１３ 主端子
１４ 制御端子
１４ｃ 凹部
１５ 樹脂ケース
１５ｂ 開口
１５１、２５１、３５１ 樹脂ケース本体
１５１ｂ、２５１ｂ 中空部
２５１ｂａ 溝
３５１ｆ ストッパー
１５２、２５２、４５２ 固定部材
１５３、４５３ ナット収容部
４５３ａ テーパー
１５４、２５４、３５４ 樹脂ブロック部
２５４ｅ 突起
３５４ｆ 突起
１５４ｃ、１５４ｄ 突起
１５５ 梁部
１５６ ナット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】