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技術 半導体モジュール

出願人 株式会社豊田自動織機
発明者 加藤直毅森昌吾佐藤晴光渡辺大城湯口洋史音部優里
出願日 2016年8月3日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-153084
公開日 2018年2月8日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2018-022777
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置の組立体 ダイオード、トランジスタのリードフレーム
主要キーワード 各支持壁 信号用パターン 温度センス 各導電板 各信号端子 信号用電極 四角枠 アッシー
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

導電部転倒を抑制すること。

解決手段

半導体モジュール10は基板21と、基板21に実装された二つのベアチップ半導体素子)31と、基板21に固定されたケース61とを備えている。絶縁基板22の上面には、各ベアチップ31のそれぞれに対応して一つの導体パターン24、及び、五つの信号用パターン25が設けられている。各ベアチップ31の信号用電極と各信号用パターン25とは、導電板42によって接続されている。導電板42の接続部43には絶縁部材48が設けられている。

概要

背景

特許文献1には、ベアチップ制御信号用電極ゲート電極)と制御信号用パターンとを導電部で接続した半導体モジュールが記載されている。制御信号用パターンには信号端子を介して制御装置が接続される。導電部は、例えば、金属板曲げ加工したものであり、半田によって制御信号用電極、及び、制御信号用パターンに接合されている。これにより導電部を介して制御信号用電極と制御信号用パターンとが接続されている。

概要

導電部の転倒を抑制すること。半導体モジュール10は基板21と、基板21に実装された二つのベアチップ(半導体素子)31と、基板21に固定されたケース61とを備えている。絶縁基板22の上面には、各ベアチップ31のそれぞれに対応して一つの導体パターン24、及び、五つの信号用パターン25が設けられている。各ベアチップ31の信号用電極と各信号用パターン25とは、導電板42によって接続されている。導電板42の接続部43には絶縁部材48が設けられている。

目的

本発明の目的は、導電部の転倒を抑制することができる半導体モジュールを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板と、上面に配される電極及び下面に配される電極を有し、前記基板上に、前記下面に配される電極が実装されたベアチップと、前記上面に配される電極における制御信号用電極接合される第1の接合部、前記基板上の制御信号用パターンに接合される第2の接合部及び前記第1の接合部と前記第2の接合部とを電気的に接続する接続部を有する導電部と、を備える半導体モジュールにおいて、前記接続部には、絶縁部材が設けられていることを特徴とする半導体モジュール。

請求項2

前記ベアチップ一つに対して前記制御信号用電極を含む複数の信号用電極を有し、複数の前記導電部が複数の前記信号用電極にそれぞれ配置され、複数の前記導電部における各接続部は一つの前記絶縁部材によって固定されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体モジュール。

請求項3

前記絶縁部材と前記基板とは面接触していることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体モジュール。

請求項4

前記絶縁部材と前記基板とは接着されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体モジュール。

請求項5

前記ベアチップが複数備えられ、各ベアチップの上面に配される電極における信号用電極とは別の電極に接合される複数のリードケースによって一体的に形成され、前記リードと前記別の電極とは接触せずに接合されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のうちいずれか1項に記載の半導体モジュール。

請求項6

前記リードの接合部はR形状を有することを特徴とする請求項5に記載の半導体モジュール。

技術分野

0001

本発明は、半導体モジュールに関する。

背景技術

0002

特許文献1には、ベアチップ制御信号用電極ゲート電極)と制御信号用パターンとを導電部で接続した半導体モジュールが記載されている。制御信号用パターンには信号端子を介して制御装置が接続される。導電部は、例えば、金属板曲げ加工したものであり、半田によって制御信号用電極、及び、制御信号用パターンに接合されている。これにより導電部を介して制御信号用電極と制御信号用パターンとが接続されている。

先行技術

0003

特開2015−80383号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、制御信号用電極、及び、制御信号用パターンに導電部を半田で接合する前には導電部を自立させる必要がある。しかしながら、導電部は制御信号を伝達するための部材であり、小さくて軽い。このため、制御信号用電極、及び、制御信号用パターンに導電部を接合する前に導電部が転倒するおそれがある。

0005

本発明の目的は、導電部の転倒を抑制することができる半導体モジュールを提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

上記課題を解決する半導体モジュールは、基板と、上面に配される電極及び下面に配される電極を有し、前記基板上に、前記下面に配される電極が実装されたベアチップと、前記上面に配される電極における制御信号用電極に接合される第1の接合部、前記基板上の制御信号用パターンに接合される第2の接合部及び前記第1の接合部と前記第2の接合部とを電気的に接続する接続部を有する導電部と、を備える半導体モジュールにおいて、前記接続部には、絶縁部材が設けられている。

0007

これによれば、絶縁部材の荷重が導電部に加わり、絶縁部材が設けられていない場合に比べて導電部が安定しやすい。このため、制御用信号パターン及び制御信号用電極に導電部を接合する前であっても導電部が自立しやすく、導電部の転倒を抑制することができる。

0008

上記半導体モジュールについて、前記ベアチップ一つに対して前記制御信号用電極を含む複数の信号用電極を有し、複数の前記導電部が複数の前記信号用電極にそれぞれ配置され、複数の前記導電部における各接続部は一つの前記絶縁部材によって固定されていてもよい。

0009

これによれば、複数の導電部は、一つの絶縁部材に固定されることでアッシー化される。このため、導電部の接合に際して、導電部の位置決めを個別で行う必要がなく、複数の導電部の位置決めを行いやすい。

0010

上記半導体モジュールについて、前記絶縁部材と前記基板とは面接触していてもよい。
これによれば、絶縁部材と基板とが接触していることで導電部が転倒することが更に抑制される。

0011

上記半導体モジュールについて、前記絶縁部材と前記基板とは接着されていてもよい。
これによれば、絶縁部材が基板に接着されているため、導電部が転倒することが更に抑制される。

0012

上記半導体モジュールについて、前記ベアチップが複数備えられ、各ベアチップの上面に配される電極における信号用電極とは別の電極に接合される複数のリードケースによって一体的に形成され、前記リードと前記別の電極とは接触せずに接合されている。

0013

これによれば、半田によって信号用電極とは別の電極にリードを接合する前において、ケースの位置決めを行うことでケースに一体化された複数のリードが位置決めされる。このため、複数のリードを一括で配置することができる。

0014

上記半導体モジュールについて、前記リードの接合部はR形状を有する。
これによれば、リードと制御信号用電極とは別の電極とを接合する半田にフィレットが形成されやすい。

発明の効果

0015

本発明によれば、導電部の転倒を抑制することができる。

図面の簡単な説明

0016

半導体モジュールの平面図。
半導体モジュールを示す図1の2−2線断面図。
半導体モジュールを示す図2の3−3線断面図。
導電板を拡大して示す平面図。
リードの斜視図。
半導体モジュールの製造工程の一工程を示す図。

実施例

0017

以下、半導体モジュールの一実施形態について説明する。
図1及び図2に示すように、半導体モジュール10は水平に配置される基板21と、基板21に実装された二つのベアチップ(半導体素子)31と、基板21に固定されたケース61とを備えている。また、半導体モジュール10は図示しない封止樹脂を備えている。なお、図1図6において、水平面を直交するX,Y方向で規定するとともに、上下方向をZ方向で規定している。

0018

基板21は、絶縁基板22を有している。絶縁基板22の二箇所には、上下方向(Z方向)に貫通する貫通孔23が設けられている。絶縁基板22の上面には、各ベアチップ31のそれぞれに対応して一つの導体パターン24、及び、五つの信号用パターン25が設けられている。すなわち、絶縁基板22には合計して二個の導体パターン24と十個の信号用パターン25が設けられている。各信号用パターン25は、それぞれ、X方向に延び、かつ、十個の信号用パターン25はY方向に並設されている。各導体パターン24にはパッド24aが設けられている。また、各信号用パターン25の二箇所にはパッド25a,25bが設けられている。

0019

各導体パターン24には、ベアチップ31が接合されている。本実施形態のベアチップ31は、縦型パワーMOSFETである。
図3に示すように、各ベアチップ31は、上面32に配される電極としてのソース電極33、及び、信号用電極34a,34b,34c,34d,34eを有している。複数の電極33,34a,34b,34c,34d,34eにおける信号用電極34a,34b,34c,34d,34eはY方向に並んでいる。すなわち、ベアチップ31一つに対して、複数の信号用電極34a,34b,34c,34d,34eが設けられている。

0020

信号用電極34aは制御信号用電極(ゲート電極)である。信号用電極34b,34cは温度センス用の正負の電極である。信号用電極34d,34eは電流センス用の正負の電極である。

0021

各信号用電極34a,34b,34c,34d,34eの面積は、同一である。また、ベアチップ31の上面32に配される複数の電極33,34a,34b,34c,34d,34eにおける信号用電極34aとは別の電極であるソース電極33の面積に比べて、信号用電極34aの面積は小さい。

0022

図2に示すように、ベアチップ31は、下面35に配される電極としてのドレイン電極36を有している。ドレイン電極36は、下面35の全体に亘って設けられている。各ベアチップ31のドレイン電極36は、半田などの導電性接合材(図示略)によって導体パターン24に接合されている。

0023

図2及び図3に示すように、基板21の上面側には、五つの導電部としての導電板(バスバー)42を一つの絶縁部材48で一体化した導電板アッシー41が二つ設けられている。導電板42は、複数の信号用電極34a,34b,34c,34d,34eにそれぞれ配置されている。

0024

各ベアチップ31の信号用電極34a,34b,34c,34d,34eと各信号用パターン25とは、導電板42によって接続されている。各信号用パターン25のうち、導電板42によって信号用電極34aと接続される信号用パターン25が制御信号用パターンとなる。

0025

図2に示すように、導電板42は、金属板を曲げ加工したものであり、矩形状の接続部43と、第1の延設部44と、第2の延設部45と、第1の接合部46と、第2の接合部47とを有している。接続部43はX方向に延びている。各延設部44,45は、接続部43の両端部から下方に延びている。第1の接合部46は第1の延設部44の下端部からX方向に延びている。第2の接合部47は第2の延設部45の下端部からX方向に延びている。接続部43は、第1の接合部46と第2の接合部47との間に設けられている。接続部43は、第1の延設部44及び第2の延設部45を介して、第1の接合部46と第2の接合部47とを電気的に接続している。第1の延設部44の上下方向(Z方向)の寸法は、第2の延設部45の上下方向(Z方向)の寸法よりも短い。

0026

また、図4に示すように、L1×L2で表される第1の接合部46の面積は、L3×L4で表される第2の接合部47の面積よりも小さい。更に、L11×L12で表される信号用電極34a,34b,34c,34d,34eの面積は、L13×L14で表されるパッド25aの面積よりも小さい。

0027

図2及び図3に示すように、各導電板42の接続部43には、絶縁部材48が設けられている。絶縁部材48は、五つの導電板42に対して一つ設けられており、各導電板42の接続部43は絶縁部材48を貫通している。絶縁部材48の一部は、第1の延設部44と第2の延設部45との間に設けられている。絶縁部材48は、樹脂製である。

0028

五つの導電板42はY方向に互いの間隔を維持された状態で絶縁部材48に固定され、一体化(アッシー化)されている。各導電板42の第1の接合部46同士の間隔は、ベアチップ31毎の信号用電極34a,34b,34c,34d,34e同士の間隔と同一間隔であり、各導電板42の第2の接合部47同士の間隔は、各信号用パターン25のパッド25a同士の間隔と同一間隔である。

0029

各導電板42は、第1の接合部46が信号用電極34a,34b,34c,34d,34eに対向し、第2の接合部47が信号用パターン25のパッド25aに対向するように配置されている。そして、第1の接合部46は半田51によって信号用電極34a,34b,34c,34d,34eに接合され、第2の接合部47は半田52によって信号用パターン25のパッド25aに接合されている。半田51は、信号用電極34a,34b,34c,34d,34eと第1の接合部46との間にフィレットが形成されている。また、絶縁部材48において、基板21と対向する面は接着剤49によって絶縁基板22に接着されている。

0030

図1及び図2に示すように、ケース61は基板21の上面に配置されている。ケース61は四角枠状の本体62と、本体62の外面において二つの角部に設けられた突出部63とを有している。突出部63からは下方に向けて突起64が突出している。二つの突起64同士の離間距離は、絶縁基板22に設けられた貫通孔23同士の離間距離と同一である。また、二つの突起64の大きさは、貫通孔23に挿入可能な大きさになっている。

0031

本体62は、X方向に延びる一対の壁部65,66と、Y方向に延びる一対の壁部70,71とを有し、対向する第1壁部65と第2壁部66には二つの支持壁67,68が架設されている。各支持壁67,68には、それぞれ、二つのリード69が上下方向(Z方向)に延びる状態で固定されている。

0032

図5に示すように、各リード69は、柱状であり下端69aにR形状を有している。具体的にいえば、各リード69は下端69aを除く部分が四角柱状であり、下端69aは円弧状になっている。各リード69は、各支持壁67,68を貫通している。そして、各リード69は、ケース61によって一体的に形成されている。

0033

図2及び図3に示すように、本体62において、第3壁部70には信号端子72が設けられている。信号端子72は、各ベアチップ31に対応して五つずつ設けられており、Y方向に並んで合計十個設けられている。

0034

信号端子72は、棒状であり、下端が直角に曲げられたL字状である。各信号端子72の下端は、本体62内に向けて第3壁部70から突出している。各信号端子72は、ケース61と一体化されている。各リード69、及び、各信号端子72は基板21から上下方向(Z方向)に延びる状態で設けられており、基板21を平面視したときに基板21の水平方向に突出していない。

0035

ケース61の二つの突起64は絶縁基板22の二つの貫通孔23に挿入されている。ケース61の各壁部65,66,70,71は、図示しない接着剤によって絶縁基板22に接着されている。

0036

支持壁67に一体化された各リード69はソース電極33上に接近している。リード69の下端69aはソース電極33とは接触しない状態で半田53によってソース電極33に接合されている。このため、ソース電極33と接合される下端69aが接合部となる。半田53は、フィレットが形成されている。

0037

支持壁68に一体化された各リード69は導体パターン24のパッド24a上に接近している。リード69はパッド24aとは接触しない状態で半田54によって接合されている。半田54は、フィレットが形成されている。

0038

ケース61に一体化された各信号端子72の下端は、各信号用パターン25のパッド25bに対向するように位置している。信号端子72の下端は、半田55によって各信号用パターン25のパッド25bに接合されている。

0039

次に、本実施形態の半導体モジュール10の作用について説明する。
半導体モジュール10を製造する際に、導電板42の第1の接合部46を半田によって信号用電極34a,34b,34c,34d,34eに接合し、導電板42の第2の接合部47を半田によって信号用パターン25のパッド25aに接合する。以下、詳細に説明する。

0040

図6に示すように、半田付けを行う際には、信号用電極34a,34b,34c,34d,34e上、及び、パッド25a上に半田ペースト51a,52aを配置し、半田ペースト51a,52a上に導電板42の第1の接合部46及び第2の接合部47を配置する。この際、接着剤49によって絶縁部材48を絶縁基板22に接着する。

0041

また、本実施形態では、各リード69、及び、各信号端子72も一括で半田付けするため、ソース電極33上、及び、パッド24a,25b上にも半田ペースト53a,54a,55aを配置する。そして、ケース61の突起64が絶縁基板22の貫通孔23に挿入されるようにケース61を配置することで、各リード69と各信号端子72の位置決めが行われる。各リード69の下端69a、及び、各信号端子72の下端は、半田ペースト53a,54a,55aに接触する。

0042

そして、リフロー炉などで半田ペースト51a,52a,53a,54a,55aを溶融させ、その後、硬化させることで各導電板42、各リード69、各信号端子72が半田51,52,53,54,55によって接合される。

0043

各導電板42は、半田51,52によって接合される前には、半田ペースト51a,52a上で自立している必要がある。本実施形態では、接続部43に絶縁部材48を設けることで、絶縁部材48の荷重が導電板42に加わる。このため、絶縁部材48が設けられていない場合に比べて、導電板42から基板21に向けて加わる荷重が大きくなり、重心が安定する。このため、導電板42が転倒しにくい。更に、本実施形態では絶縁部材48を絶縁基板22に接着しているため、導電板42が転倒することが更に抑制されている。

0044

また、半田ペースト51a,52aの溶融時には溶融した半田ペースト51a,52aの表面張力に起因してマンハッタン現象が起きるおそれがあるが、絶縁部材48の荷重が導電板42に加わっていることで、マンハッタン現象が起きることも抑制されている。

0045

特に、第1の接合部46の面積と第2の接合部47の面積に差があると、面積差に起因して導電板42の転倒や、マンハッタン現象が起きやすいが、本実施形態のように絶縁部材48を設けることで、第1の接合部46の面積と第2の接合部47の面積に差があっても導電板42の転倒やマンハッタン現象を抑制することができる。

0046

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)導電板42の接続部43には絶縁部材48が設けられている。このため、絶縁部材48の荷重が導電板42に加わり、半田51,52による接合を行う前に導電板42が転倒することが抑制される。

0047

(2)絶縁部材48は、接着剤49によって絶縁基板22に接着されている。このため、導電板42が転倒することが更に抑制される。
(3)絶縁部材48によって複数の導電板42を一体化している。このため、導電板42の接合に際して、導電板42の位置決めを個別で行う必要がなく、複数の導電板42の位置決めを行いやすい。

0048

(4)リード69の下端69aは、ソース電極33から離間している。このため、リード69との接触によってソース電極33が損傷することが抑制される。
(5)リード69の下端69aはR形状を有している。このため、リード69とソース電極33を接合する半田53、及び、リード69とパッド24aを接合する半田54にフィレットが形成されやすい。

0049

(6)導電板42を半田51,52によって信号用電極34a,34b,34c,34d,34eと信号用パターン25のパッド25aに接合しているため、導電板42の接合と、リード69の接合を一括で行うことができる。仮に、信号用電極34a,34b,34c,34d,34eと信号用パターン25のパッド25aとをボンディングワイヤによって接続する場合、ボンディングワイヤの接合とリード69の接合を別に行う必要がある。ケース61を基板21に取り付けたあとにボンディングワイヤの接合を行う場合、接合を行う領域を確保するためにケース61を大きくする必要がある。本実施形態のように、導電板42を用いて一括で半田付けを行うことで、ケース61を大きくする必要がなく、半導体モジュール10の大型化が抑制される。

0050

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○絶縁部材48は、絶縁基板22に接着されていなくてもよい。この場合、絶縁部材48は絶縁基板22に面接触してもよいし、面接触していなくてもよい。いずれの場合でも、絶縁部材48の荷重が導電板42に加わることで、半田51,52によって接合を行う前に導電板42が転倒することが抑制される。また、絶縁部材48が絶縁基板22に面接触している場合には、絶縁部材48と絶縁基板22の接触面積が増加することで、導電板42が転倒しにくい。

0051

○各導電板42に個別に絶縁部材が設けられていてもよい。すなわち、複数の導電板42は一体化されていなくてもよい。
○導電板42の数は、信号用電極34a,34b,34c,34d,34eの数に合わせて適宜変更してもよい。

0052

○絶縁部材48と絶縁基板22とを接着する接着剤は、半田付け工程などにおいて揮発してもよい。
○絶縁部材48は、絶縁性の材料であれば、樹脂以外で製造されていてもよい。

0053

○絶縁部材48は、ケース61に接着されてもよい。
○リード69の下端69aは、ソース電極33に接していてもよい。
○リード69、及び、信号端子72は、ケース61に一体化されていなくてもよい。

0054

○リード69の下端69aは、平坦形状などR形状を有していなくてもよい。
○ベアチップ31はIGBT絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)でもよい。
○ベアチップ31の個数、導体パターン24の個数、リード69の個数などは適宜変更してもよい。

0055

○第1の接合部と、第2の接合部と、第1の接合部と第2の接合部との間に設けられた本体部とを有するチップコンデンサの本体部に絶縁部材を設けてもよい。
○各信号用電極34a,34b,34c,34d,34eの面積は同一でなくてもよい。

0056

○各導電板42の第1の接合部46同士の間隔は、ベアチップ31毎の信号用電極34a,34b,34c,34d,34e同士の間隔と同一間隔でなくてもよい。
○各導電板42の第2の接合部47同士の間隔は、各信号用パターン25のパッド25a同士の間隔と同一間隔でなくてもよい。

0057

○第1の接合部46の面積は、第2の接合部47の面積以上であってもよい。

0058

10…半導体モジュール、21…基板、22…絶縁基板、24…導体パターン、25…信号用パターン、31…ベアチップ、32…上面、33…ソース電極、34a,34b,34c,34d,34e…信号用電極、35…下面、36…ドレイン電極、42…導電板、43…接続部、46…第1の接合部、47…第2の接合部、48…絶縁部材、51,52,53,54,55…半田、69…リード、69a…下端。

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