特開 2024-159058 電子モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024159058

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】電子モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20241031BHJP

   H01L 23/48 20060101ALI20241031BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L23/48 Q

H01L21/60 321E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023074801

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002697

【氏名又は名称】めぶき弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】梅田 宗一郎

(72)【発明者】

【氏名】久徳 淳志

(57)【要約】

【課題】内部接続端子とチップスペーサの位置ずれを抑制し所望のセルフアライメント効果の向上が図れる電子モジュールを提供することである。
【解決手段】電子モジュール１００は、電子素子１２０と、電子素子１２０に電気的に接続され、導電性を有する内部接続端子１３４と、内部接続端子１３４の下端面と電子素子１２０の間に形成されたチップスペーサ１２２とを備る。チップスペーサ１２２は、導電性接合材ＢＭ１を介して電子素子１２０に接合され、チップスペーサ１２２の上面に内部接続端子１３４よりも大径の窪み１１３が形成されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子素子と、
前記電子素子に電気的に接続され、導電性を有する内部接続端子と、
当該内部接続端子の下端面と前記電子素子の間に形成されたチップスペーサと、を備え
前記チップスペーサは、導電性接合材を介して前記電子素子に接合され、前記チップスペーサの上面に前記内部接続端子よりも大径の窪みが形成されている、
ことを特徴とする電子モジュール。

【請求項2】

前記内部接続端子は円柱形状を有し、前記チップスペーサは円盤形状を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。

【請求項3】

前記チップスペーサの下面に凸部が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。

【請求項4】

前記チップスペーサの上面に凹部が形成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電子モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電子素子（半導体素子、半導体チップ）と、電子素子の電極と基板上の配線パターンとを接続する内部接続端子とを備える電子モジュールが知られている。一方、電子素子と、電子素子が実装された基板と、基板上の配線パターンと接続された内部接続端子としてのピン端子と、そのピン端子を支持するとともに電子素子の電極とピン端子とを電気的に接続したリードフレームとを備えた電子モジュールが知られている（以下の特許文献１参照）。そして、この種の電子モジュールの中には、内部接続端子が配線パターンではなく電子素子の電極と接続されているものもある。このような電子モジュールとしては、電子素子を、チップスペーサを介して内部接続端子に接続させて応力緩和を図っているものが考えられる。

【0003】

ところで、図６に示すように絶縁基板３１２上にはんだＢＭ３０を介して電子素子３２０が接合され、リードフレーム（図示せず）に形成された貫通孔（図示せず）に挿通された内部接続端子３３４の下端側にはんだＢＭ２０を介してチップスペーサ３１８が接合されている電子モジュールも知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６８５０９３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、内部接続端子３３４とチップスペーサ３１８の接合工程において、内部接続端子３３４とチップスペーサ３１８の間のはんだＢＭ２０が流れ出し、はんだ溶融時における内部接続端子３３４とチップスペーサ３１８の位置ずれが生じ所望のセルフアライメント効果が発揮しにくいという課題があった。

【0006】

そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、内部接続端子とチップスペーサの位置ずれを抑制し所望のセルフアライメント効果の向上が図れる電子モジュール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】

本発明の電子モジュールは、電子素子と、前記電子素子に電気的に接続され、導電性を有する内部接続端子と、当該内部接続端子の下端面と前記電子素子の間に形成されたチップスペーサとを備える。前記チップスペーサは、導電性接合材を介して前記電子素子に接合され、前記チップスペーサの上面に前記内部接続端子よりも大径の窪みが形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電子モジュールによれば、チップスペーサの上面の外周部であって端子の外周に対応した領域には端子よりも大径の窪みが形成されているため、内部接続端子とチップスペーサの位置ずれを抑制し所望のセルフアライメント効果の向上が図れる電子モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る電子モジュール１００の外観を示した斜視図である。

【図2】第１の実施形態におけるチップスペーサを説明するために示す図である。図２（ａ）は第１の実施形態に係る電子モジュールの一方のピン端子およびチップスペーサを示した平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の縦断面図であり、図２（ｃ）はチップスペーサの外観を示した斜視図である。

【図3】第１の実施形態に係る電子モジュール１００の断面構造を示した図である。

【図4】ピン端子回転時におけるピン端子及びチップスペーサの状況を示す図である。図４（ａ）はピン端子およびチップスペーサの形状が四角形状である場合のピン端子回転時の状況を示した図であり、図４（ｂ）はピン端子およびチップスペーサの形状が円盤状である場合のピン端子回転時の状況を示した図である。

【図5】第２の実施形態に係る電子モジュール１００の断面構造を示した図である。

【図6】従来技術に係る電子モジュールを説明するために示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明に係る電子モジュールについて説明する。以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明に必須であるとは限らない。

【0011】

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る電子モジュール１００は、図１に示すように、前後方向に長尺で、かつ上下方向に扁平な略直方体形状をなしている。電子モジュール１００は、絶縁基板１１２と、電子素子１２０Ａ，１２０Ｂと、第１端子１３０と、第２端子１４０と、第３端子１６０と、第１接続フレーム１３２Ｂと、第２接続フレーム１４２Ｂと、第３接続フレーム１５２Ｂと、封止樹脂（図示せず）とを備える。

【0012】

絶縁基板１１２は、上面に回路配線が形成され、下面（裏面）に放熱用の金属板が形成されたＤＣＢ（ＤｉｒｅｃｔＣｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ基板）のセラミックス基板である。２つの電子素子１２０Ａ，１２０Ｂは、例えば、絶縁基板１１２の一方の面に形成された回路配線上に配置されている。なお、絶縁基板１１２は、プリント基板等であってもよい。絶縁基板１１２は、矩形の平板状に形成されており、電子モジュール１００の長手方向である前後方向の中央部に配設されていることが好ましい。

【0013】

２つの電子素子１２０Ａ，１２０Ｂは、絶縁基板１１２の一方の面上の回路配線上にそれぞれ配設されている。電子素子１２０Ａ，１２０Ｂとしては、半導体素子として構成され、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）を用いることができるが、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ダイオードその他適宜の素子を用いることができる。電子素子１２０Ａ，１２０Ｂは、半導体基板の両方の面に図示しない電極を備え、表面にはソース電極及びゲート電極が形成され、裏面にはドレイン電極（図示せず）が形成されている。

【0014】

電子素子１２０Ａにおいて、ソース電極は、チップスペーサ１２２，内部接続端子１３４，第１接続フレーム１３２Ｂを介して第１端子１３０に接続されている。また、ワイヤや回路配線などを介してセンス端子としてのピン端子１７２と接続されている。ゲート電極は、回路配線を介してピン端子１７４と接続されている。ドレイン電極は半導体基板の下面側に形成され回路配線と電気的に接続されている。なお、図１の例では内部接続端子１３４は断面円形状のピン端子である。

【0015】

電子素子１２０Ｂにおいて、ソース電極は、チップスペーサ（図示せず），内部接続端子１５４，第３接続フレーム１５２Ｂ、回路配線を介して前方側の電子素子１２０Ａのドレイン電極と接続されるとともに第３接続フレーム１５２Ｂを介して第３端子１６０に接続されている。また、ワイヤや回路配線などを介してセンス端子としてのピン端子１８２と接続されている。ゲート電極は、回路配線を介してピン端子１８４と接続されている。ドレイン電極は半導体基板の下面側に形成され回路配線を介して第２接続フレーム１４２Ｂと電気的に接続されている。なお、図１の例では内部接続端子１５４は断面円形状のピン端子である。

【0016】

第１接続フレーム１３２Ｂ及び第１端子１３０は同じ板材１３２により、一体に形成されている。すなわち、板材１３２のうち、封止樹脂に埋まっている部分が第１接続フレーム１３２Ｂに該当する。第１接続フレーム１３２Ｂは、第１接続フレーム１３２Ｂを上下方向に貫通する貫通孔１３３（図３参照）を有し、第１端子１３０と電気的に接続されている。貫通孔１３３は、上下方向に見たとき円形形状をなしている。貫通孔１３３には、内部接続端子１３４の上端部が嵌合しており、内部接続端子１３４により、第１接続フレーム１３２Ｂと電子素子１２０Ａの電極とが接続されている。なお、貫通孔の形状は、円形形状に限られず、六角形等の多角形であってもよい。

【0017】

内部接続端子１３４は、円柱状の金属で構成されており、電子素子１２０Ａの電極と第１接続フレーム１３２Ｂとを電気的に接続し、例えば圧入によって、第１接続フレーム１３２Ｂに固定される。

【0018】

チップスペーサ１２２は、図２（ａ）および図２（ｃ）に示されるように導電性を有する薄い平板材（ここでは銅板）によって円盤状に形成されており、内部接続端子１３４と同心円状に配置されている。チップスペーサ１２２の直径は、内部接続端子１３４の直径よりも大きく設定されている。チップスペーサ１２２の上面には、内部接続端子１３４の直径より大きい外径を有する環状の窪み１１３が形成されており、チップスペーサ１２２は、窪み１１３において導電性接合材（例えば、はんだＢＭ２）を介して内部接続端子１３４の下面に接合されている。チップスペーサ１２２の下面は、導電性接合材（例えば、はんだＢＭ１）を介して電子素子１２０Ａの上面（具体的には図示しない電極）に接合されている。なお、以下の説明で特に区別する必要がないときは説明の便宜上電子素子の符号を１２０として説明する。

【0019】

また、チップスペーサ１２２の下面には凸部１１５が形成されており、凸部１１５の下端が電子素子１２０の電極と接することにより、チップスペーサ１２２の底と電子素子１２０との間隔を一定に保つことができる。そしてチップスペーサ１２２と電子素子１２０との間に配置するはんだＢＭ１のはんだ厚を一定に保つことができる。チップスペーサ１２２の上面には、この凸部１１５に対応する凹部１１７が形成されている。なお、この凸部１１５はチップスペーサ１２２の窪み１１３の例えば４か所に上からピン（図示せず）で垂直下方向に力を加えて形成させているが、それ以外の方法、例えば金型を用いて形成するようにしてもよい。また、凹部１１７はピンで垂直下方向に力を加えて凸部１１５を形成させたときにできるものであり、凹部１１７の外観形状は凸部１１５の形状に対応した形状となり、その外径や深さは凸部１１５の形状に応じて変わる。また、凸部１１５および凹部１１７の形成位置は内部接続端子１３４の外周位置よりも外側であってチップスペーサ１２２の外径よりも内側に少なくとも３つ以上形成されていることが好ましい。凸部１１５および凹部１１７の数を少なくとも３つ以上とした理由はチップスペーサ１２２の直立に影響を与えないようにするためである。

【0020】

なお、内部接続端子１５４の下面と電子素子１２０との間にも上記同様にチップスペーサ（図示せず）が配置されているが、その構造等は上記と同様であるのでその説明は省略する。

【0021】

第２接続フレーム１４２Ｂは、第２端子１４０と電気的に接続されている。第２接続フレーム１４２Ｂは、封止樹脂の内部に埋まっている。電子モジュール１００において、第２接続フレーム１４２Ｂは、第２端子１４０と同じ板材１４２により、一体に形成されている。すなわち、板材１４２のうち、封止樹脂に埋まっている部分が、第２接続フレーム１４２Ｂに該当する。

【0022】

第２接続フレーム１４２Ｂは、第２接続フレーム１４２Ｂを上下方向に貫通する４つの貫通孔（符号省略）を備える。貫通孔は、上下方向に見たとき円形形状をなしている。４つの貫通孔には、それぞれ、内部接続電極１４４の上端部が嵌合している。４つの内部接続電極１４４により、第２接続フレーム１４２Ｂと電子素子１２０Ｂの図示しない電極とが接続されている。内部接続電極１４４は、例えば圧入によって、第２接続フレーム１４２Ｂに固定されている。上記した貫通孔及び内部接続電極１４４の数は、必要な電力を流通することが可能であれば４個に限られず、１個以上の任意の数であることができる。

【0023】

第３接続フレーム１５２Ｂは、第３端子１６０と電気的に接続されている。第３接続フレーム１５２Ｂは、第１接続フレーム１３２Ｂ及び第２接続フレーム１４２Ｂと同じ平面上に配設されていてもよい。

【0024】

第３接続フレーム１５２Ｂは、第３接続フレーム１５２Ｂを上下方向に貫通する貫通孔（符号省略）を備える。貫通孔は、上下方向に見たとき円形形状をなしている。貫通孔には、内部接続電極としての内部接続端子１５４の上端部が嵌合している。内部接続電極１４４により、第３接続フレーム１５２Ｂと電子素子１２０Ｂの図示しない電極とが接続されている。内部接続端子１５４は、例えば圧入によって、第３接続フレーム１５２Ｂに固定されている。

【0025】

第１端子１３０は、図１に示すように、電子モジュール１００の前後方向の前方に配設されている。第１端子１３０は、導電性を有する平板材、例えば銅板によって板状に形成された板材１３２Ａから構成される。第１端子１３０は、第１端子１３０を上下方向に貫通する貫通孔（符号省略）を備える。貫通孔は、上下方向に見たとき、例えば、円形形状をなしている。なお、貫通孔の形状は、円形形状に限られず、六角形等の多角形であってもよい。

【0026】

貫通孔には、第１袋ナット２３０の上端が嵌合している。ここで、第１袋ナット２３０の上面の高さは、第１端子１３０の上面の高さと同じか、第１端子１３０の上面の高さより低いことが好ましい。

【0027】

第１端子１３０の下面及び第１袋ナット２３０は、封止樹脂の内部に埋まっている。一方、第１端子１３０の上面は、封止樹脂の外部に露出している。封止樹脂から露出した第１端子１３０の上面に外部接続部材（図示せず。）を配置し、ボルト（図示せず。）で固定することにより、第１端子１３０と外部接続部材との間で、電気的接続をとることができる。

【0028】

第２端子１４０は、図１～図３に示すように、電子モジュール１００の前後方向の後方に配設されている。第２端子１４０は、導電性を有する平板材、例えば銅板から形成された板材１４２Ａから構成される。第２端子１４０は、第２端子１４０を上下方向に貫通する貫通孔（符号省略）を備える。貫通孔は、上下方向に見たとき、例えば、円形形状をなしている。

【0029】

貫通孔には、第２袋ナット２４０の上端が嵌合している。ここで、第２袋ナット２４０の上面の高さは、第２端子１４０の上面の高さと同じか、第２端子１４０の上面の高さより低いことが好ましい。

【0030】

第２端子１４０の下面及び第２袋ナット２４０は、封止樹脂の内部に埋まっている。一方、第２端子１４０の上面は、封止樹脂の外部に露出している。封止樹脂から露出した第２端子１４０の上面に外部接続部材（図示せず。）を配置し、ボルト（図示せず。）で固定することにより、第２端子１４０と外部接続部材との間で、電気的接続をとることができる。

【0031】

電子モジュール１００は、第３端子１６０を備えていてもよい。第３端子１６０は、任意の構成要素である。第３端子１６０は、図１に示されるように、導電性を有する平板材、例えば、銅板により形成されている。第３端子１６０は、前後方向が板厚方向となるように配設されており、上下方向を長手方向とする長尺状をなしている。第３端子１６０は、封止樹脂の上側に配設され、封止樹脂から露出する部分（以下、「上側部分」と記す。）と、封止樹脂に覆われた部分（以下、「下側部分」と記す。）とを有する。

【0032】

第３端子１６０の上側部分には、第３端子１６０を前後方向に貫通する貫通孔（符号省略）を備える。これにより、第３端子１６０に、図示しない外部接続部材を、図示しないボルト、及び、図示しないナットで固定することができる。さらに、貫通孔には、図示しない袋ナットの一端が嵌合していてもよい。これにより、第３端子１６０に外部接続部材をボルトで固定したとき、第３端子１６０と外部接続部材との電気的接続を確実に取ることができる。第３端子１６０の下側部分は、電子素子１２０Ａ，１２０Ｂの図示しない電極と接続されている。

【0033】

［第１の実施形態における効果］
第１の実施形態に係る電子モジュール１００によれば、チップスペーサ１２２に内部接続端子１３４の直径より大きい外径を有する環状の窪み１１３が形成されているので、この窪み１１３によって、チップスペーサ１２２の上面と内部接続端子１３４の下面との間からのはんだＢＭ２の径方向外側への流れ出しを抑制することができる。

【0034】

また、円盤状に形成されチップスペーサ１２２が内部接続端子１３４と同心円状に配置されている（図４（ｂ）参照）ので、例えば四角形状に形成されたチップスペーサ１２７が電子素子１２０の上面に配置されるとともに四角形状の内部接続端子２３４の下面に配置される場合に、はんだ凝集時において内部接続端子２３４の回転移動にともなう周囲の電子部品１２８への接触（図４（ａ）参照）を避けることができる。

【0035】

さらに、チップスペーサ１２２の下面には凸部１１５が形成されているので、凸部１１５によってはんだＢＭ１の凝集時のセルフアライメントを内部接続端子１３４の軸心に向かって働かせることができる。

【0036】

さらに、チップスペーサ１２２の上面には凹部１１７が形成されているので、この凹部１１７によって、チップスペーサ１２２の上面と内部接続端子１３４の下面との間からのはんだＢＭ２の径方向外側への流れ出しを抑制することができる。

【0037】

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る電子モジュールについて、図５を参照して説明する。なお、この第２の実施形態は、上記した第１の実施形態と凹部１１７が形成されていない点を除いて同様であるので異なる点についてのみ説明し同様の部分の説明は省略する。図５に示すようにチップスペーサ１２６は、金型を利用した射出成型により、図２（ｃ）に示すような凹部１１７を形成させずに凸部１１５のみ形成させたものである。このように凹部１１７を形成させずに凸部１１５のみ形成させたものであっても、チップスペーサ１２６に内部接続端子１３４の直径より大きい外径を有する環状の窪み１１３が形成されている。

【0038】

したがって、チップスペーサ１２６に内部接続端子１３４の直径より大きい外径を有する窪み１１３によって、チップスペーサ１２２の上面と内部接続端子１３４の下面との間からのはんだＢＭ２の径方向外側への流れ出しを抑制することができる。さらに、チップスペーサ１２６の下面には凸部１１５が形成されているので、凸部１１５によってはんだＢＭ１の凝集時のセルフアライメントを内部接続端子１３４の軸心に向かって働かせることができる。

【符号の説明】

【0039】

１００…電子モジュール、１１２…絶縁基板、１１３…窪み、１１５…凸部、１１７…凹部、１２０（１２０Ａ，１２０Ｂ）…電子素子、１２２，１２６…チップスペーサ、１３０…第１端子、１３２Ａ，１４２Ａ，１６０Ａ…平板材、１３４，１５４…内部接続端子、１４０…第２端子、１３２Ｂ，１４２Ｂ，１５２Ｂ…接続フレーム、１６０…第３端子、１７０…封止樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】