JP2011165836A - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂封止型の半導体装置に関し、特に電力用半導体装置であってパッケージ上面より電極を取り出す半導体装置に関する。 The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device in which an electrode is taken out from an upper surface of a package.
半導体装置は、その内部回路において1kV以上の絶縁耐圧を有する半導体チップ(例えばIGBT等)を扱うことがある。このような電力用半導体装置では、内部回路の地絡を防止するため、半導体装置の筐体つまりモールド樹脂において、当該半導体装置に備わる放熱板と電極との間の絶縁距離を確保することが必須である。 A semiconductor device may handle a semiconductor chip (eg, IGBT) having a dielectric breakdown voltage of 1 kV or higher in its internal circuit. In such a power semiconductor device, in order to prevent a ground fault of the internal circuit, it is essential to ensure an insulation distance between the heat sink and the electrode provided in the semiconductor device in the housing of the semiconductor device, that is, the mold resin. It is.
一方、半導体装置の外形の小型化を図るためには、半導体装置の上面から電極を取り出す構成が好ましい。また、半導体装置の筐体を作製する方法としては、生産性及び信頼性の向上が可能なトランスファモールド法が知られている。しかしながら、該トランスファモールド法では、狭隘な部分、例えばモールド金型の合わせ面であるパーティングライン部分にも封止樹脂が流入してしまうことから、一般的には上記パーティングラインにリードフレームを配置して、封止樹脂が金型外へ流出するのを抑制している。 On the other hand, in order to reduce the size of the outer shape of the semiconductor device, it is preferable to take out the electrode from the upper surface of the semiconductor device. As a method for manufacturing a housing of a semiconductor device, a transfer mold method capable of improving productivity and reliability is known. However, in the transfer molding method, since the sealing resin also flows into a narrow part, for example, a parting line part that is a mating surface of the mold, a lead frame is generally attached to the parting line. It arrange | positions and it suppresses that sealing resin flows out of a metal mold | die.
このようなトランスファモールド法を用いて、上述のように半導体装置の上面から電極を取り出す半導体モジュールの開発が進められており、具体的構造について、下記の特許文献1に開示がある。
Development of a semiconductor module in which an electrode is extracted from the upper surface of a semiconductor device as described above using such a transfer mold method has been advanced, and a specific structure is disclosed in
特許文献1では、パワーモジュールにおける内部回路基板に起立設置された外部接続端子に封止樹脂漏出阻止部を、別途、取り付けたり、張出し成形して構成している。そして、上記封止樹脂漏出阻止部をモールド用の金型に密着させることにより、トランスファモールド法によって構成される筐体上面からの外部接続端子の取り出しを実現することを開示している。
In
しかしながら、従来技術には下記のような問題がある。即ち、特許文献1では、樹脂筐体上面からピン状の外部接続端子を突出可能であるが、上記封止漏出阻止部が金型に密着するように、内部の回路基板に対して外部接続端子を垂直に接続する必要があり、かつ接続後における外部接続端子の高さを揃える必要がある。よって、特許文献1の発明は、多数の外部接続端子を取り出す構造には不向きである。また、外部接続端子と、プリント基板などの外部配線との接続において両者のピッチにズレがあるときには、外部接続端子が変形し、樹脂筐体と外部接続端子との界面に応力が作用した状態となる。このような応力が作用した状況で、外部接続端子が数十アンペアのような大電流を扱い、高温環境で長時間使用される等、電力用半導体装置が過酷な環境下で使用される場合、電力用半導体装置としての信頼性を向上させるためには、樹脂筐体と外部接続端子との界面で発生する応力を緩和する必要がある。
However, the prior art has the following problems. That is, in
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたもので、従来に比べて信頼性の高い電力用半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor device having higher reliability than the conventional one.
上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の第1態様における電力用半導体装置は、半導体素子が実装される回路パターンを有する基板と、筒状形状であり、上記回路パターンに固定される一端部、及び上記一端部に対向する他端部を有する筒状電極と、上記筒状電極の上記他端部における少なくとも他端を露出させて、上記基板、上記半導体素子、及び上記筒状電極を封止する樹脂筐体と、上記筒状電極の上記他端部に挿入される外部電極であって、上記挿入により、上記他端に当接し又は上記樹脂筐体に当接する張出部を有する外部電極と、を備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the power semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a substrate having a circuit pattern on which a semiconductor element is mounted, a cylindrical shape, one end fixed to the circuit pattern, and facing the one end. A cylindrical electrode having the other end, and a resin casing that exposes at least the other end of the cylindrical electrode at the other end to seal the substrate, the semiconductor element, and the cylindrical electrode; An external electrode that is inserted into the other end of the cylindrical electrode, and has an overhanging portion that abuts against the other end or abuts against the resin casing by the insertion. It is characterized by.
本発明の第1態様における電力用半導体装置によれば、外部電極は、筒状電極に挿入されたときに筒状電極の他端又は樹脂筐体に当接する張出部を有する。よって、筒状電極と外部電極との配列ピッチにズレが存在して外部電極が変形した状態であっても、上記張出部が筒状電極の他端あるいは樹脂筐体に支持されており、樹脂筐体と外部電極との界面に作用する応力を緩和することができる。したがって、たとえ、上記応力が作用した状況において、外部電極が大電流を扱い、高温環境で長時間使用される等、電力用半導体装置が過酷な環境下で使用された場合であっても、電力用半導体装置としての信頼性を従来に比べて向上することができる。 According to the power semiconductor device of the first aspect of the present invention, the external electrode has the overhanging portion that comes into contact with the other end of the cylindrical electrode or the resin housing when inserted into the cylindrical electrode. Therefore, even when there is a deviation in the arrangement pitch between the cylindrical electrode and the external electrode and the external electrode is deformed, the overhanging portion is supported by the other end of the cylindrical electrode or the resin casing, The stress acting on the interface between the resin casing and the external electrode can be relaxed. Therefore, even if the power semiconductor device is used in a harsh environment, such as when the external electrode handles a large current and is used for a long time in a high-temperature environment in the situation where the stress is applied, the power As a semiconductor device, the reliability can be improved as compared with the prior art.
また、上記張出部を上記他端又は樹脂筐体に当接させることによって、樹脂筐体の成形金型との位置決め精度を緩和することができ、さらに外部電極の高さを張出部によって規定することができる。よって、複数の外部電極の高さを揃えることが容易となる。したがって、組立性にも優れた電力用半導体装置を提供することが可能となる。 Further, by bringing the overhanging portion into contact with the other end or the resin housing, the positioning accuracy of the resin housing with the molding die can be relaxed, and the height of the external electrode can be adjusted by the overhanging portion. Can be prescribed. Therefore, it becomes easy to make the heights of the plurality of external electrodes uniform. Therefore, it is possible to provide a power semiconductor device excellent in assemblability.
本発明の実施形態である電力用半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下に説明する各実施の形態では、本発明による効果が顕著に現れることから、半導体装置としてIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)及びFWDi(フリーホイール・ダイオード)等の発熱性の素子を例に採るが、本発明は、これらに限定するものではなく、勿論、通常の半導体装置にも適用可能である。 A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals. Further, in each of the embodiments described below, since the effects of the present invention are remarkably exhibited, heat generating elements such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and FWDi (Free Wheel Diode) are exemplified as semiconductor devices. However, the present invention is not limited to these, and can be applied to ordinary semiconductor devices.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる電力用半導体装置101の外形図であって、図2に示すI−I方向における電力用半導体装置101の断面が示されている。本実施形態の電力用半導体装置101は、その基本的構成部分として、回路基板4と、筒状電極8と、樹脂筐体1と、外部電極2とを有する。
FIG. 1 is an outline view of the
回路基板4は、一般的にメタルベース基板として用いられ、放熱板41に、熱伝導性絶縁接着層42を介して回路パターン43を接着して形成され、一実施例として45mm×40mmの大きさにてなる基板である。放熱板41は、本実施形態では銅にてなる厚さ2.0mmの金属板であるが、熱伝導に優れる材料であれば良く、銅に限定されない。熱伝導性絶縁接着層42は、本実施形態では、絶縁性接着剤としてのエポキシ樹脂に、熱伝導性フィラーとしてアルミナなどの比較的熱伝導率の高い絶縁性材料を混合した、厚さ0.2mmにてなる層である。回路パターン43は、本実施形態では、電気伝導と熱伝導に優れた銅を主とした金属よりなる厚さ0.5mmの層にて形成した配線パターンである。
The
このように構成された回路基板4の回路パターン43には、半導体素子として、それぞれ厚さ0.13mmのIGBT5と、FWDi6とが、厚さ50μmにて、接合材の一例に相当するSn−Ag−Cu系のはんだによって接続されている。該接続により、IGBT5及びFWDi6におけるそれぞれの裏面電極であるコレクタ電極及びカソード電極(共に不図示)の回路パターン43への電気的接続と、IGBT5及びFWDi6の発生熱を放熱板41へ、さらに放熱板41に取り付けられるヒートシンク(不図示)への放熱とが可能となる。
In the
IGBT5及びFWDi6の表面電極であるエミッタ電極、アノード電極(共に不図示)には、一例として直径400μmのアルミニウムワイヤ7が超音波ワイヤボンディングにて接続され、上記表面電極は回路パターン43と電気的に接続されている。また、IGBT5の制御電極であるゲート電極(不図示)にも、同様にアルミニウムワイヤ7が接続され、上記ゲート電極は回路パターン43と接続されている。尚、上記ゲート電極との配線は、電圧印加が主であるため、ワイヤ7の径は200μm程度の細いワイヤでも構わない。
For example, an
さらに回路基板4の回路パターン43には、導電性に優れる銅からなる高さ5.3mmの筒状電極8が立設され、接合材の一例に相当しIGBT5等を接合する、はんだと同種のはんだにて回路パターン43に固定される。筒状電極8は、筒状であれば内形、外形の各形状は問わない。例えば、ナット状でネジを切った部材であっても構わない。本実施形態では円筒形状である。このような筒状電極8は、例えばパイプ材料を機械加工することで作製され、一実施例として外径が1.6mm、内径が1.0mmであり、回路パターン43に、はんだにより固定される、接続部に相当する一端部8aと、外部電極2が挿入され接続される他端部8bとを有する。また、上記はんだは、はんだ付時のぬれ広がりによって、円筒状電極8の主に内周に、はんだフィレットを形成している。はんだフィレットが形成されると、筒状電極8の高さを決めるはんだ厚は、およそ10μm程度となり、筒状電極8は、回路パターン43に対してほぼ垂直に接続される。よって、筒状電極8の他端8cは、水平又はほぼ水平な状態となる。
Further, the
樹脂筐体1は、上述のように構成された回路基板4、IGBT5、FWDi6、及び筒状電極8を、水分や異物などから保護するためのものであり、また、外部電極2などを設計値に基づいた寸法で保持するためのものであり、主としてエポキシ樹脂を用いて、半導体装置の製造で一般的に採用されているトランスファモールド法を用いて成型される。本実施形態では、樹脂筐体1は、76mm×45mm、厚さ8mmからなり、その上面1aには、筒状電極8の上記他端部8bに位置する他端8cが露出している。尚、筒状電極8について、樹脂筐体1から露出する部分は、上記他端8cに限定されず、上記他端8cを含むその近傍部分つまり筒状電極8の側面も含むことができる。
The
また、樹脂筐体1には、当該樹脂筐体1に露出した、放熱板41の露出面に放熱グリース等を介して接続されるヒートシンク(不図示)を取り付けるための貫通穴1bが設けられており、ネジ止めにより上記ヒートシンクの固定が可能である。該ヒートシンクからの放熱により、IGBT5及びFWDi6の発熱による温度上昇がさらに抑制される。また、筒状電極8には、ピン状の端子にてなる外部電極2が挿入され、外部機器と当該半導体装置101との電気的接続が可能となる。
Further, the
外部電極2は、本実施形態では、リン青銅などの銅合金からなる直径1.2mm、高さ10mmのほぼ円柱形状のピン電極であり、その一端部22が筒状電極8の上記他端部8bに挿入される。さらに外部電極2は、本実施形態において特徴的構成の一つである張出部21を有する。張出部21は、外部電極2が筒状電極8に挿入されたとき、筒状電極8の上記他端8cに当接し又は樹脂筐体1の上面1aに当接する部分であり、本実施形態では、図2に示すように、外部電極2の本体部23から外部電極2の直径方向に突出した円形のつば形状を有する。このような張出部21は、例えば金型による潰し加工にて本体部23と一体成形可能であり、一実施例として、直径が約2mmである。
In the present embodiment, the
以上のような構成を有する電力用半導体装置101の製造方法としては、メタルベースの回路基板4に、IGBT5、FWDi6、及び筒状電極8をはんだ付けし、アルミニウムワイヤ7で接続するところまで完了した組立部品を、予め加熱されたモールド金型に装填する。次に、トランスファモールド法を用いてエポキシ樹脂を主剤とするモールド樹脂を上記金型内に流入させ、加熱、加圧環境下で硬化させる。この際、筒状電極8とモールド金型とを接触させることで、筒状電極8の他端8cが閉止され、上記モールド樹脂の筒状電極8内への流入が抑制される。
このような樹脂封止成型後、筒状電極8に外部電極2を圧入することによって電力用半導体装置101が完成する。筒状電極8に外部電極2を圧入した状態では、外部電極2に張出部21の当接面21aは、筒状電極8の他端8cに接触し又は樹脂筐体1の上面1aに接触し、張出部21は上面1aより露出して配置される。
The manufacturing method of the
After such resin sealing molding, the
以上説明した電力用半導体装置101によれば、外部電極2に張出部21を設けたことにより以下の効果を得ることができる。
即ち、各外部電極2において、張出部21から先端24までの長さは均一にて作製されている。さらに、上述のように、筒状電極8の他端8cは水平あるいは略水平に設置され、樹脂筐体1の高さは金型で規定される。よって、上記他端8cあるいは樹脂筐体1の上面1aに張出部21を当接させることで、筒状電極8への外部電極2の挿入高さは、全ての外部電極2においてほぼ一定とすることができる。
According to the
That is, in each
また、外部電極2は、一般的に、外部の配線で用いられるプリント基板(図示せず)に設けられたスルーホールとはんだ付けにより接続される。その際、外部電極2の位置や、外部電極2間のピッチが上記スルーホールのピッチとずれている場合には、外部電極2をわずかに変形させて上記基板、つまり上記スルーホールに挿入する必要がある。このとき、張出部21が存在しない場合には、外部電極2に加えられた変形が筒状電極8への外部電極2の圧入部に対する応力となる。
The
これに対し本実施形態の場合には、張出部21が筒状電極8の他端8cあるいは樹脂筐体1の上面1aに接触していることから、外部電極2に作用している曲げ応力によって上記圧入部に加わる応力を分散させ軽減することができる。よって、筒状電極8と樹脂筐体1との界面に作用する応力を従来に比べて軽減することができ、樹脂筐体1における界面部分からの亀裂の発生及び進展を抑制することができる。したがって、電力用半導体装置101としての信頼性を従来に比べて向上させることができる。
On the other hand, in the case of the present embodiment, since the overhanging
また、電力用半導体装置101を実際に使用する際には、電力用半導体装置101と、外部電極2が接続されている上記プリント基板との温度差によって、熱膨張率に依存した変形が外部電極2に作用する。よって、温度サイクル数が多い環境下や温度差が大きい環境下では、筒状電極8への外部電極2の圧入部、及び筒状電極8と樹脂筐体1との界面には、繰り返し応力が発生し、上記圧入部ではダメージが進展することも考えられる。しかしながら、本実施形態の場合、上述のように、張出部21が圧入部及び上記界面に加わる応力を分散させ軽減することができることから、たとえ、電力用半導体装置101が過酷な環境下で使用された場合であっても、電力用半導体装置101の信頼性を向上することができる。ひいては電力用半導体装置101の長寿命化を図ることができる。
When the
尚、本実施形態では、上述のように、張出部21は、外部電極2の本体部23と一体成形されているが、例えば溶接や接着などの手段によって張出部21用の別部材を本体部23に取り付けることで形成してもよい。
さらにまた、張出部21は、単に、筒状電極8の他端8cあるいは樹脂筐体1の上面1aに接触するだけでなく、接着などの手段により、他端8cあるいは上面1aに固定されてもよい。
このような変形例においても、上述した効果と同一の効果を奏することができる。
In the present embodiment, as described above, the overhanging
Furthermore, the overhanging
Even in such a modification, the same effect as described above can be obtained.
また、外部電極2の先端部分と上記スルーホールとがはんだ付けされず単に圧入されるだけの場合、圧入時に外部電極2の中心と上記スルーホールの中心とのずれ量だけ、外部電極2が変形を受け、はんだ付の場合よりも高い応力が発生することが懸念される。しかしながらこの場合においても、張出部21を設けたことで、外部電極2と筒状電極8との接続信頼性を向上させることが可能である。
Further, when the tip of the
また、本実施形態では、張出部21は、外部電極2の本体部23を中心とした円形状であることから、外部電極2が本体部23を中心にいずれの方向に変形した場合でも、上記接続信頼性を確保することができる。
Further, in the present embodiment, since the overhanging
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2にかかる電力用半導体装置102の断面図である。上述した実施の形態1では、複数の外部電極2における各張出部21の間には何の物体も存在していない。これに対して本実施の形態2では、それぞれの張出部21間に、樹脂筐体1による障壁部11を設けた。この点でのみ、本実施の形態2は、実施の形態1における構成と異なり、実施の形態2におけるその他の構成は、実施の形態1の構成に同じである。よって、以下ではこの相違点のみについて説明を行う。
FIG. 3 is a sectional view of the
上記障壁部11は、隣接する張出部21同士間において十分な沿面絶縁距離を確保するためのものである。即ち、実施の形態1における電力用半導体装置101と同様に、本実施の形態2の電力用半導体装置102においても高電圧を扱うため、隣接する各外部電極2においては十分な沿面絶縁距離をとる必要がある。一方、実施の形態1にて説明したように、各外部電極2に張出部21を設けることで、各張出部21間の絶縁距離を確保するためには、各外部電極2の配置ピッチを従前より大きくする必要が生じる。これでは半導体装置全体の大型化を招いてしまう。
The
そこで、本実施の形態2では、筒状電極8の長さを実施形態1の場合に比べて短くし、樹脂筐体1において、それぞれの筒状電極8の他端8cが位置し張出部21が位置する部分に凹部12を形成する。このように構成することで、隣接する張出部21の間には、凹部12を形成する側壁に対応する障壁部11が存在する。障壁部11によって、隣接する張出部21同士の沿面距離及び空間距離を大きくすることが可能となり、電力用半導体装置102を大型化することなく十分な絶縁距離を確保することが可能となる。
Therefore, in the second embodiment, the length of the
本実施形態では、障壁部11は、以下のような方法で形成される。即ち、図4に示すように、トランスファモールド法に用いられる上金型91及び下金型92の内、筒状電極8の他端8c側に位置する上金型91について、樹脂筐体1の上面1aを成形する上金型91の内面91aに対して上記他端8cを含む部分を凸状にすることで、樹脂筐体1に上記凹部12を形成し障壁部11を成形することができる。一実施例として、凹部12の深さつまり障壁部11の高さは、1.5mmである。尚、障壁部11への異物などの付着により、沿面距離が短くなることが考えられることから、障壁部11の高さは、大きい方が好ましい。目安としては1mm以上の高さが望ましい。
In the present embodiment, the
また、障壁部11の別の形成方法としては、図5に示すように、例えばシリコーンなどの軟質材料93を上金型91と筒状電極8とで挟み、樹脂筐体1の成形後に取り外すことでも、実現可能である。軟質材料93としては、好ましくはシリコーンなど、樹脂筐体1のエポキシ樹脂との接着性が低い材料が選択されるが、銅、黄銅などの軟質の金属を用いることも可能である。
Further, as another method of forming the
また、本実施形態では上述のように樹脂筐体1の上面1aに対して凹部12を形成することで障壁部11を形成したが、これとは逆に、図1に示すように上面1aより突出して露出する、隣接する張出部21同士の間に、上面1aに凸状の障壁部を形成してもよい。
Further, in the present embodiment, the
尚、上述のような方法で障壁部11を有する樹脂筐体1を成形した後、実施の形態1にて示したものと同様に、筒状電極8に外部電極2を挿入することによって、電力用半導体装置102が構成される。
本実施形態では、外部電極2が筒状電極8に挿入されたとき、外部電極2の張出部21の当接面21aは、筒状電極8の他端8c、あるいは、凹部12の底面12a(図3)に接触し、張出部21は底面12aより露出して配置される。
In addition, after molding the
In the present embodiment, when the
以上説明した本実施形態の電力用半導体装置102は、勿論、実施形態1の電力用半導体装置101による上述した効果を奏することができ、かつ、障壁部11の形成によって、電力用半導体装置の小型化を図ることができる。
The
さらにまた、樹脂筐体1に上記凹部12を形成するために、実施形態1の電力用半導体装置101の構成に比べて短い筒状電極8を用いる。よって、回路パターン43に筒状電極8を立設するとき、回路パターン43に対して筒状電極8が傾斜し難くなると共に、部材の寸法精度も向上し、組み立てが比較的容易になるという効果もある。
Furthermore, in order to form the
実施の形態3.
図6は、本発明の実施の形態3にかかる電力用半導体装置103の斜視図である。本実施の形態では、IGBT5及びFWDi6の主電極と接続される外部電極2として、実施の形態1、2におけるピン電極ではなく、一実施例として板幅2mm、板厚1mmの板状のリード端子25を用いる。また、図6に示すように、リード端子25に対応して、樹脂筐体1には、上述の実施の形態2で説明した、凹部12を形成している。本実施の形態3の電力用半導体装置103におけるその他の構成は、上述した実施の形態1,2の電力用半導体装置101,102における構成と同じであり、ここでの説明は省略する。以下には、相違する構成部分であるリード端子25について主に説明を行う。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a perspective view of the
ピン電極に代えてリード端子25を用いる理由は、ピン端子に比べて断面積が大きく、例えば数十アンペアの大電流を流すことができるからである。このようなリード端子25は、図7に示すようなプレスフィット端子であり、筒状電極8への接続は、上述した実施の形態1,2の場合と同様に圧入による。尚、図7において、左側の図はリード端子25の正面図に相当し、右側の図はリード端子25の側面図に相当する。
The reason for using the
外部電極2としてのリード端子25は、板形状の本体部253と、張出部21とを有し、リード端子25における張出部21は、突出部251と、支持部252とを有する。
突出部251は、本体部253の板厚方向254に直交する板幅方向255に沿って、本体部253の軸方向におけるほぼ中央部から本体部253の両側へ突出する部材であり、その厚みは、本実施形態では本体部253の板厚と同じとしている。また、左右の突出部251は、本実施形態では同じ長さにて延在するが異なっても構わない。また、上記軸方向における突出部251の幅サイズは特に規定しない。尚、一実施例として、上記幅サイズは約3mmである。
The
The protruding
支持部252は、左右の各突出部251の先端部分を板厚方向254へ折り曲げて形成した部分であり、左右の各突出部251において互いに逆向きに適宜な長さにて延在する。尚、一実施例として、支持部252の長さは約1mmである。
The
上述のように構成される突出部251及び支持部252の内、少なくとも支持部252の当接面252aは、図6に示すように、リード端子25が筒状電極8に圧入されたときに、樹脂筐体1における凹部12の底面12aに接触する。また、突出部251及び支持部252は、底面12aより露出して配置される。
Of the protruding
板状のリード端子25が張出部21として上述の突出部251及び支持部252を有することで以下のような効果を奏する。
即ち、例えばリード端子25を外部の回路を構成するプリント基板(図示せず)などに接続する際、及び、上記プリント基板との接続後、リード端子25を有する電力用半導体装置103が温度サイクル環境下に置かれた際には、電力用半導体装置103と上記プリント基板との温度差あるいは熱膨張率差により、リード端子25を変形させる応力が発生する。よって、張出部21として突出部251及び支持部252を有しない、単なる短冊状のリード端子であれば、特に板厚方向254への応力に対してはリード端子自体が撓み、筒状電極8との接続部に応力がかかる。
The plate-
That is, for example, when the
これに対して本実施形態におけるリード端子25は、突出部251及び支持部252を有することから、突出部251が延在する板幅方向255へのリード端子25における変形又は応力は勿論緩和され、さらに板厚方向254へのリード端子25における変形又は応力についても、支持部252を設けたことで緩和させることができる。
On the other hand, since the
特に、図7に示されるリード端子25のように、板幅方向255の反発力で支持されるプレスフィット端子を用いる場合には、板厚方向254における応力を緩和することで著しく信頼性を向上させることが可能となる。よって、支持部252を設けた構造は、非常に有効である。
また、リード端子25を筒状電極8に圧入するときにおいても、板厚方向254へリード端子25が傾き難くなる。よって、リード端子25の角度を気にせずに筒状電極8への設置が完了するため、生産性の向上にも寄与する。
このような効果は、特に図6に示すような、それぞれのリード端子25が同一の板幅方向255に沿って配向されている構成において顕著に発揮される。
In particular, when using a press-fit terminal supported by a repulsive force in the
Even when the
Such an effect is particularly prominent in a configuration in which the
また、リード端子25について、本実施形態では作製が容易であるという理由から、突出部251の先端部分を折り曲げることで支持部252を形成しているが、突出部251に対する支持部252の形成方法は、これに限定されない。例えば、突出部251とは別の部材を用い、接着等により各突出部251に取り付けてもよい。さらに、突出部251に対する支持部252の設置位置は、リード端子25の板厚方向254への変形時におけるモーメント力の観点からすると突出部251の先端部分が好ましいが、上記先端部分に限定するものではなく、突出部251の延在方向において、板厚方向254への変形を抑制可能な位置とすることができる。また、支持部252の延在方向、つまり突出部251に対する支持部252の配向角度についても、本実施形態では樹脂筐体1における凹部12の幅サイズを最小に抑えることができることから、90度つまり板厚方向254としているが、これに限定されず、上述のように板厚方向254へのリード端子25の変形を抑制可能な角度とすることができる。
Further, for the reason that the
リード端子25について上述したような効果を有する本実施形態における電力用半導体装置103は、勿論、実施形態1の電力用半導体装置101による上述した効果を奏することができる。
The
実施の形態4.
図8は、本発明の実施の形態4における電力用半導体装置に備わり、外部電極2の変形例に相当するリード端子26を示している。尚、図8において、左側の図はリード端子26の正面図に相当し、右側の図はリード端子26の側面図に相当する。このようなリード端子26は、上述した実施の形態1から3の電力用半導体装置101〜103における外部電極2又はリード端子25に代えて用いることができる。よって、以下では、リード端子26についてのみ説明を行い、電力用半導体装置におけるその他の構成部分についての説明は省略する。尚、実施の形態3のように、リード端子26は、IGBT5及びFWDi6の主電極と接続される外部電極として使用するのが好ましい。
FIG. 8 shows a
リード端子26は、上述したリード端子25とほぼ同様の構成を有し、屈曲部261を有する点でのみ異なる。
屈曲部261は、リード端子26における、突出部251及び支持部252と、先端262との間に位置し、リード端子26の板厚方向264に凸となる部分であり、本実施形態では、半円形の円弧形状にてなる。尚、屈曲部261の形状は、円弧状に限定されず、例えばV字、W字、又はS字等の形状であってもよい。
The
The
上述のような屈曲部261を有するリード端子26は、以下のような効果を奏する。
即ち、実施の形態3で述べた通り、電力用半導体装置と外部の回路とを接続すると、使用環境における温度分布や、装置と基板との熱膨張率の差により、リード端子26が変形したり、リード端子26に応力が作用したりする。これに対しては上述したように、リード端子26に備わる突出部251及び支持部252によって、リード端子26と筒状電極8との接続信頼性を向上させることができる。
The
That is, as described in the third embodiment, when the power semiconductor device is connected to an external circuit, the
例えば上述のリード端子25のように屈曲部261を有しないリード端子では、外部回路との接続部分であるはんだ付部や圧入部に応力が加わることになる。これは、リード端子における板厚方向254への力の作用は、リード端子自体が撓むことができるので、上記接続部分への応力伝播は緩和されるが、板幅方向255への作用については、リード端子が変形しにくいので、上記接続部分への応力は軽減されにくい。
For example, in a lead terminal that does not have a
そこで本実施の形態4では、リード端子26に上記屈曲部261を設け、屈曲部261にて板幅方向255への力つまり変形を吸収する。これにより、リード端子26と外部回路との接続部分に作用する応力を緩和し、上記接続部分の接続信頼性を向上させることができ、また、リード端子26と外部回路との接続を簡素化することもできる。
Therefore, in the fourth embodiment, the
また、リード端子と外部回路との接続を、はんだ付や圧入ではなく、プレスフィット端子による圧入にて行う場合には、当該プレスフィット端子には、上記外部回路へ圧入する際の荷重によって軸方向に撓まず、かつ、上述したように当該プレスフィット端子の板厚方向及び板幅方向には可撓であることが要求される。よって、このようなプレスフィット端子としては、図9に示すリード端子27が好ましい。リード端子27は、軸方向の両端部分にプレスフィット端子部分を設け、リード端子25と同様に突出部251及び支持部252を有し、かつ、突出部251及び支持部252と先端272との間に、ねじり部271を有する。ねじり部271は、リード端子27における軸周り方向に90度、当該リード端子27をねじることで形成される部分である。これは、リード端子27の板厚方向274には、リード端子27が変形しやすいという特性を利用したものである。
In addition, when the lead terminal and the external circuit are connected by press-fitting with a press-fit terminal instead of soldering or press-fitting, the press-fit terminal has an axial direction due to the load when press-fitting into the external circuit. The press-fit terminal is required to be flexible in the plate thickness direction and plate width direction as described above. Therefore, as such a press-fit terminal, the
上述のねじり部271は、例えば、電力用半導体装置の全体が高温となる場合など、上記外部回路のプリント基板と電力用半導体装置のリード端子との接続部分への負荷が大きい環境下で有効である。ねじり部271を設けることで、リード端子27と上記外部回路とのはんだ付けを必要とせず、かつ、端子の軸方向における剛性を維持しながら応力を軽減可能なリード端子構造を提供することができる。このようなリード端子27による効果は、特に、半導体素子を高い温度で使用できるSiC(シリコンカーバイド)を基材とした半導体装置において顕著に発揮される。また、上述のリード端子27は、強い振動を受ける半導体装置などにおいても、接続信頼性の向上に寄与することができる。
The above-described
リード端子26,27について上述したような効果を有する本実施形態における電力用半導体装置104は、勿論、実施形態1の電力用半導体装置101による上述した効果を奏することができる。
また、上述した各実施形態における構成を適宜組み合わせて構成することも可能である。
The power semiconductor device 104 according to the present embodiment having the effects described above with respect to the
Moreover, it is also possible to combine the structure in each embodiment mentioned above suitably.
1 樹脂筐体、2 外部電極、4 回路基板、5 IGBT、6 FWDi、
8 筒状電極、11 障壁部、12 凹部、21 張出部、25〜27 リード端子、
101〜103 電力用半導体装置、
251 突出部、252 支持部、261 屈曲部、271 ねじり部。
1 resin housing, 2 external electrode, 4 circuit board, 5 IGBT, 6 FWDi,
8 cylindrical electrode, 11 barrier portion, 12 concave portion, 21 overhang portion, 25-27 lead terminal,
101-103 power semiconductor device,
251 Projection part, 252 Support part, 261 Bending part, 271 Torsion part.
Claims (7)
筒状形状であり、上記回路パターンに固定される一端部、及び上記一端部に対向する他端部を有する筒状電極と、
上記筒状電極の上記他端部における少なくとも他端を露出させて、上記基板、上記半導体素子、及び上記筒状電極を封止する樹脂筐体と、
上記筒状電極の上記他端部に挿入される外部電極であって、上記挿入により、上記他端に当接し又は上記樹脂筐体に当接する張出部を有する外部電極と、
を備えたことを特徴とする電力用半導体装置。 A substrate having a circuit pattern on which a semiconductor element is mounted;
A tubular electrode having a cylindrical shape and having one end fixed to the circuit pattern and the other end opposed to the one end;
A resin housing that exposes at least the other end of the other end of the cylindrical electrode and seals the substrate, the semiconductor element, and the cylindrical electrode;
An external electrode that is inserted into the other end of the cylindrical electrode, and has an overhanging portion that abuts against the other end or abuts against the resin housing by the insertion;
A power semiconductor device comprising:
上記樹脂筐体は、隣接する上記張出部の間に形成される障壁部を有する、請求項1記載の電力用半導体装置。 A plurality of sets of the cylindrical electrode and the external electrode are provided,
The power semiconductor device according to claim 1, wherein the resin casing includes a barrier portion formed between the adjacent overhang portions.
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