特許 7603745 パワー半導体パッケージ信号接続部品及び半導体モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】パワー半導体パッケージ信号接続部品及び半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/48 20060101AFI20241213BHJP

【ＦＩ】

H01L23/48 Z

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023088681

(22)【出願日】2023-05-30

(65)【公開番号】P2024113634

(43)【公開日】2024-08-22

【審査請求日】2023-05-30

(31)【優先権主張番号】112104573

(32)【優先日】2023-02-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】502121096

【氏名又は名称】朋程科技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100204490

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 葉子

(72)【発明者】

【氏名】蔡 欣昌

(72)【発明者】

【氏名】劉 敬文

(72)【発明者】

【氏名】陳 鼎麟

【審査官】齊藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０９３００８７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１９４８８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第６６２３２８３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１１３０３５７９０（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００６－８６２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｒ １２／５７

Ｈ０１Ｒ １２／５８

Ｈ０１Ｒ １２／７１―１２／８１

Ｈ０１Ｒ １３／０４―１３／１１

Ｈ０１Ｌ ２３／４９８

Ｈ０５Ｋ １／００―３／４６

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の貫通孔を有するシリンダと、
前記シリンダの両側にそれぞれ配置された２つの基部であって、各前記基部は、連続突出パターンを備え、平坦な表面と、曲面と、第２の貫通孔と、を有し、前記平坦な表面は、前記曲面に接続され、前記曲面の第１の側は、前記シリンダに接続され、前記第２の貫通孔は、前記曲面を貫通して前記第１の貫通孔に連通し、前記連続突出パターンは前記曲面の第２の側に接続され、前記平坦な表面上に位置し、且つ前記連続突出パターンは、円弧六芒星の輪郭を呈する前記２つの基部と、
を備える、パワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項2】

前記連続突出パターンは、複数の突出部と、複数の接続部とを含み、前記突出部と前記接続部とが交互に接続されて連続パターンを形成する、
請求項１に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項3】

各基部の前記連続突出パターンの前記突出部と各基部の周縁とは、間隔をあけて配置される、
請求項２に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項4】

各基部の前記連続突出パターンの前記突出部は、各基部の周縁に接続される、
請求項２に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項5】

前記連続突出パターンの前記曲面から離れた側は、円弧状の輪郭を呈する、
請求項１に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項6】

前記シリンダの延在方向は、各基部の延在方向に垂直である、
請求項１に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項7】

各基部の周縁と前記シリンダの周縁は水平距離だけ離れている、
請求項１に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項8】

前記曲面の前記第１の側と前記第２の側との間には高低差がある、
請求項１に記載のパワー半導体パッケージ信号接続部品。

【請求項9】

接触面を有する積層基板と、
前記積層基板の前記接触面上に配置されたパワー半導体パッケージ信号接続部品であって、
第１の貫通孔を有するシリンダと、
前記シリンダの両側にそれぞれ配置された２つの基部であって、各前記基部は、連続突出パターンを備え、平坦な表面と、曲面と、第２の貫通孔と、を有し、前記平坦な表面は、前記曲面に接続され、前記曲面の第１の側は、前記シリンダに接続され、前記第２の貫通孔は、前記曲面を貫通して前記第１の貫通孔に連通し、前記連続突出パターンは前記曲面の第２の側に接続され、前記平坦な表面上に位置し、且つ前記連続突出パターンは、円弧六芒星の輪郭を呈する前記２つの基部と、
を備える前記パワー半導体パッケージ信号接続部品と、
前記パワー半導体パッケージ信号接続部品の前記２つの基部のうちの１つと前記積層基板との間に配置されたはんだであって、前記２つの基部のうちの１つの前記連続突出パターンが前記はんだに直接接触し、前記連続突出パターンと前記積層基板とは間隔をあけて配置される前記はんだと、
を備える、半導体モジュール。

【請求項10】

前記積層基板は、
互いに対向する第１の表面及び第２の表面を有する絶縁層と、
前記絶縁層の前記第１の表面上に配置され、前記接触面を有する配線層と、
前記絶縁層の前記第２の表面上に配置される金属層と、
を備える、請求項９に記載の半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワー半導体パッケージ信号接続部品及び半導体モジュールに関し、より詳細には、連続突出パターンを有するパワー半導体パッケージ信号接続部品及びパワー半導体パッケージ信号接続部品を用いた半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュールは、通常、接続部品を使用して、積層基板（ダイレクトボンディング銅（ＤＢＣ）基板など）とプレスフィットピンの間の信号を接続する。従来の接続部品は、はんだ付けにより積層基板に接続される。接続部品のはんだと接触する面は完全に平坦な表面であるため、プレスにより接続部品のシリンダ内にはんだが流れ込みやすく、さらに、はんだ量の厚みが不足すると、シリンダを介して外部端子と積層基板との電気的接続が妨げられ、これにより、信頼性が低くなるという問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、連続突出パターンを含み、その後の応用においてはんだの厚さを効果的に増加させることができるパワー半導体パッケージ信号接続部品を提供する。

【0004】

本発明はまた、上述のパワー半導体パッケージ信号接続部品を含み、はんだの厚さを増加させることができ、より良好な構造信頼性を有する半導体モジュールを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品は、第１の貫通孔を有するシリンダと、シリンダの両側に配置された２つの基部とを含む。各基部は、連続突出パターンを含み、平坦な表面、曲面、及び第２の貫通孔を有する。平坦な表面は曲面に接続され、曲面の第１の側はシリンダに接続される。第２の貫通孔は、曲面を貫通し、第１の貫通孔に連通する。連続突出パターンは、曲面の第２の側に接続され、平坦な表面上に位置する。

【0006】

本発明の一実施形態において、上述の連続突出パターンは、複数の突出部と複数の接続部とを含む。突出部と接続部とは交互に接続されて連続パターンを形成する。

【0007】

本発明の一実施形態において、上述の各基部の連続突出パターンの突出部と各基部の周縁
とは、間隔をあけて配置される。

【0008】

本発明の一実施形態において、各基部の上述の連続突出パターンの突出部が各基部の周縁に接続される。

【0009】

本発明の一実施形態において、上述の連続突出パターンの曲面から離れた側は、円弧状の輪郭を呈する。

【0010】

本発明の一実施形態において、シリンダの延在方向は、各基部の延在方向に対して垂直である。

【0011】

本発明の一実施形態において、各上述の基部の周縁とシリンダの周縁とは、水平距離だけ離れている。

【0012】

本発明の一実施形態において、曲面の第１の側と第２の側との間には、高低差がある。

【0013】

本発明の半導体モジュールは、接触面を有する積層基板と、積層基板の接触面上に配置され、シリンダ及び２つの基部を含むパワー半導体パッケージ信号接続部品と、はんだとを含む。シリンダは、第１の貫通孔を有する。基部は、シリンダの両側に配置される。各基部は、連続突出パターンを含み、平坦な表面と、曲面と、第２の貫通孔と、を有する。平坦な表面は曲面に接続され、曲面の第１の側はシリンダに接続される。第２の貫通孔は、曲面を貫通し、第１の貫通孔に連通する。連続突出パターンは、曲面の第２の側に接続され、平坦な表面上に位置する。はんだは、パワー半導体パッケージ信号接続部品の２つの基部のうちの１つと積層基板との間に配置される。２つの基部のうちの１つの連続突出パターンは、はんだと直接接触し、連続突出パターンと積層基板とは間隔をあけて配置される。

【0014】

本発明の一実施形態において、上述の積層基板は、絶縁層と、配線層と、金属層と、を含む。絶縁層は、互いに対向する第１の表面及び第２の表面を有する。配線層は、絶縁層の第１の面上に配置され、接触面を有する。金属層は、絶縁層の第２の表面上に配置される。

【発明の効果】

【0015】

以上に基づいて、本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品において、基部は連続突出パターンを含む。連続突出パターンは曲面に接続され、平坦な表面上に位置する。すなわち、連続突出パターンと平坦な表面との配置により、基部は内凸外凹の凹凸平面を有することができる。したがって、その後の応用において、パワー半導体パッケージ信号接続部品の基部と積層基板の間にはんだを配置する場合、凹凸平面によりパワー半導体パッケージ信号接続部品と積層基板との間のはんだの厚さが増加するだけでなく、はんだがシリンダに進入することを低減／回避し、はんだにかかる応力を軽減する。したがって、本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品は、後続の応用において、はんだの厚さを効果的に増加させることができ、本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品を用いた半導体モジュールは、より良好な構造信頼性を有することができる．

【0016】

本発明の上述の特徴及び利点をより明確かつ理解しやすくするために、以下に特定の実施形態を示し、添付図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの概略断面図である。

【図2A】図１のパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略斜視図である。

【図2B】図２Ａのパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略上面図である。

【図2C】図２Ａのパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略底面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

図１は、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの概略断面図である。図２Ａは、図１のパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略斜視図である。図２Ｂは、図２Ａのパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略上面図である。図２Ｃは、ワー半導体パッケージ信号接続部品の概略底面図である。なお、図１のパワー半導体パッケージ信号接続部品の断面図は、図２ＡのＩ－Ｉ線に沿った断面図である。

【0019】

まずは、図１を参照されたい。本実施形態において、半導体モジュール１０は、積層基板２００と、パワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａと、はんだ３００とを備える。パワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａは、積層基板２００の接触面２２１上に配置され、はんだ３００は、パワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａと積層基板２００との間に配置される。

【0020】

詳細には、本実施形態の半導体モジュール１０は、例えばパワーモジュールであるが、これに限定されるものではない。図１に示されるように、本実施形態の積層基板２００は、絶縁層２１０と、配線層２２０と、金属層２３０とを含む。絶縁層２１０は、互いに対向する第１の面２１１及び第２の面２１３を有する。配線層２２０は、絶縁層２１０の第１の表面２１１上に配置され、接触面２２１を有する。金属層２３０は、絶縁層２１０の第２の表面２１３上に配置される。ここで、積層基板２００は、例えば、ダイレクトボンディング銅（ＤＢＣ）基板が挙げられるが、これに限定されるものではない。一実施形態では、絶縁層２１０をセラミック基板に置き換えることもできる。

【0021】

次に、図１及び図２Ａを同時に参照されたい。本実施形態のパワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａは、シリンダ１１０及び２つの基部１２０、１３０を含む。シリンダ１１０は第１の貫通孔１１５を有し、これはシリンダ１１０が中空シリンダとして具現化されることを意味する。基部１２０、１３０はそれぞれシリンダ１１０の両側に接続される。図２Ａに示されるように、シリンダ１１０の延在方向Ｌ１は、基部１２０、１３０の延在方向Ｌ２と略垂直である。基部１２０、１３０の形状は、例えば円盤状である。基部１２０の周縁Ｓ２とシリンダ１１０の周縁Ｓ１とは水平距離Ｄ１だけ離れており、基部１３０の周縁Ｓ３とシリンダ１１０の周縁Ｓ１とは水平距離Ｄ２だけ離れている。すなわち、本実施形態におけるシリンダ１１０及び基部１２０、１３０の形状は、例えば、Ｉ字型である。パワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａの材質は、例えば、銅や銅合金などの金属や合金であるが、これに限定されるものではない。

【0022】

さらに、図１、図２Ａ及び図２Ｂを同時に参照されたい。本実施形態の基部１２０は、連続突出パターン１２２を含み、平坦な表面１２１と、曲面１２３と、第２の貫通孔１２５とを有する。平坦な表面１２１は曲面１２３に接続され、曲面１２３の第１側Ｅ１はシリンダ１１０に接続される。第２の貫通孔１２５は曲面１２３を貫通し、第１の貫通孔１１５に連通する。連続突出パターン１２２は、曲面１２３の第２の側Ｅ２に接続され、平坦な表面１２１上に位置し、これは、連続突出パターン１２２と平面１２１とは凹凸面を形成することができることを意味する。さらに、本実施形態では、曲面１２３の第１の側Ｅ１と第２の側Ｅ２との間には高低差Ｈ１が存在する。連続突出パターン１２２の曲面１２３から離れた側は、円弧六芒星のような円弧状の輪郭を呈するが、これに限定されるものではない。連続突出パターン１２２は、複数の突出部１２４と複数の接続部１２６とを含む。突出部１２４と接続部１２６は交互に接続されて連続パターンを形成する。ここで、基部１２０の連続突出パターン１２２の突出部１２４と基部１２０の周縁Ｓ２とは間隔をあけて配置される。つまり、突出部１２４の縁が基部１２０の周縁Ｓ２に接触しないため、連続突出パターン１２２が第２の貫通孔１２５に近づき、連続突出パターン１２２を有さない平坦な表面１２１が基部１２０の周縁Ｓ２に近づくことにより、内凸外凹の凹凸面が形成される。

【0023】

同様に、図１及び図２Ｃを参照されたい。基部１３０は、連続突出パターン１３２を含み、平坦な表面１３１と、曲面１３３と、第２の貫通孔１３５と、を有する。平坦な表面１３１は、曲面１３３に接続され、曲面１３３の第１の側Ｅ３は、シリンダ１１０に接続される。第２の貫通孔１３５は、曲面１３３を貫通し、第１の貫通孔１１５に連通する。連続突出パターン１３２は、曲面１３３の第２の側Ｅ４に接続され、平坦な表面１３１上に位置し、これは、連続突出パターン１３２と平坦な表面１３１とは凹凸面を形成することができることを意味する。さらに、本実施形態では、曲面１３３の第１の側Ｅ３と第２の側Ｅ４との間には高低差Ｈ２が存在する。連続突出パターン１３２の曲面１３３から離れた側は、円弧六芒星のような円弧状の輪郭を呈するが、これに限定されるものではない。連続突出パターン１３２は、複数の突出部１３４と複数の接続部１３６とを含む。突出部１３４と接続部１３６とは交互に接続されて連続パターンを形成する。ここで、基部１３０の連続突出パターン１３２の突出部１３４と基部１３０の周縁Ｓ３とは間隔をあけて配置される。つまり、突出部１３４の縁が基部１３０の周縁Ｓ３に接触しないため、連続突出パターン１３２が第２の貫通孔１３５に近づき、連続突出パターン１３２を有さない平坦な表面１３１が基部１３０の周縁Ｓ３に近づくことにより、内凸外凹の凹凸面が形成される。

【0024】

再度、図１を参照されたい。はんだ３００は、パワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａの２つの基部１２０、１３０のうちの１つ（例えば、基部１３０）と積層基板２００との間に配置される。基部１３０の連続突出パターン１３２は、はんだと直接接触しても良く、連続突出パターン１３２と積層基板２００とは、間隔をあけて配置される。本実施形態の連続突出パターン１３２と平坦な表面１３１は、内凸外凹の凹凸面を形成することができるので、基部１３０の連続突出パターン１３２がはんだ３００と接触すると、基部１３０の平坦な表面１３１と積層基板２００との間のはんだ３００の厚さが増加し得る。さらに、高低差Ｈ２を有する曲面１３３、連続突出パターン１３２、及び平坦な表面１３１の設計により、はんだがシリンダ１１０内に進入することを回避／低減することができ、これにより、後続の外部端子（図示せず）がシリンダ１１０を通過して積層基板２００に電気的に接続されることを可能にする。また、連続突出パターン１３２が第２の貫通孔１３５に近い（すなわち、内側に位置する）ため、パワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａが熱により変形する際に、その下のはんだ３００が受ける応力が小さくなり得る。これにより、本実施形態の半導体モジュール１０は、より良好な構造信頼性を有することができる。

【0025】

ここで、以下の実施形態では、前の実施形態の構成要素及び内容の一部の符号を引き続き使用しており、同一または類似の構成要素を示すために同じ符号が使用され、同じ技術的内容についての説明は省略されていることに留意されたい。省略された部分の説明については、前述の実施形態を参照することができ、ここでは詳細を繰り返さない。

【0026】

図３は、本発明の一実施形態に係るパワー半導体パッケージ信号接続部品の概略上面図である。図２Ｂ及び図３を同時に参照されたい。本実施形態のパワー半導体パッケージ信号接続部品１００ｂは、図２Ｂのパワー半導体パッケージ信号接続部品１００ａと同様である。両者の違いは、本実施形態において、基部１２０’の連続突出パターン１２２’は、複数の突出部１２４’と複数の接続部１２６’とを含むことである。突出部１２４’と接続部１２６’とは交互に接続されて連続パターンを形成し、突出部１２４’は、基部１２０’の周縁Ｓ２’に接続される。すなわち、本実施形態の連続突出パターン１２２’は、連続突出パターン１２２’を有さない平坦な表面１２１よりも大きな面積を占める。しかしながら、連続突出パターン１２２’は依然として第２の貫通孔１２５に近く、連続突出パターン１２２’を有さない平坦な表面１２１は基部１２０の周縁部Ｓ２’に近いため、内凸外凹の凹凸面が形成される。

【0027】

まとめると、本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品では、基部は連続突出パターンを含む。連続突出パターンは、曲面に接続され、平坦な表面上に位置する。すなわち、連続突出パターンと平坦な表面との配置により、基部は内凸外凹の凹凸面を有することができる。したがって、その後の応用でパワー半導体パッケージ信号接続部品の基部と積層基板の間にはんだを配置する場合、凹凸面によりパワー半導体パッケージ信号接続部品と積層基板との間のはんだの厚さが増加するだけでなく、はんだがシリンダに進入するのを低減／回避し、はんだにかかる応力を軽減することができる。したがって、本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品は、後続の応用において、はんだの厚さを効果的に増加させることができ、本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品を用いた半導体モジュールは、より良好な構造信頼性を有することができる．

【0028】

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの実施形態は本発明を限定するものではない。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、いくつかの変更及び修正を行うことができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められるものとする。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本発明のパワー半導体パッケージ信号接続部品及び半導体モジュールは、はんだの厚さを厚くすることができ、より良好な構造信頼性を有し、パワーモジュールの分野に適用することができる。

【符号の説明】

【0030】

１０： 半導体モジュール
１００ａ、 １００ｂ： パワー半導体パッケージ信号接続部品
１１０： シリンダ
１１５： 第１の貫通孔
１２０、 １２０’、 １３０： 基部
１２１、 １３１： 平坦な表面
１２２、 １２２’、 １３２： 連続突出パターン
１２３、 １３３： 曲面
１２４、 １２４’、 １３４： 突出部
１２５、 １３５： 第２の貫通孔
１２６、 １２６’、 １３６： 接続部
２００： 積層基板
２１０： 絶縁層
２１１： 第１の表面
２１３： 第２の表面
２２０： 配線層
２２１： 接触面
２３０： 金属層
３００： はんだ
Ｄ１、 Ｄ２： 水平距離
Ｅ１、 Ｅ３： 第１の側
Ｅ２、 Ｅ４： 第２の側
Ｈ１、 Ｈ２： 高低差ｅ
Ｌ１、 Ｌ２： 延在方向
Ｓ１、 Ｓ２、 Ｓ２’、 Ｓ３： 周縁

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】