技術 半導体モジュール

0001

本発明は、半導体モジュールに関する。

0002

特許文献１には、ベアチップの制御信号用電極（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、金属板を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。

0003

特開２０１５−８０３８３号公報

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。

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が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。

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。

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。

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、半田などの導電性の接合材（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。