JP4331993B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、パワー半導体装置がパッケージ内に組み込まれた電力用半導体装置に関するものである。

この種のパワー半導体装置は、パッケージ(ケース)の底板を構成する金属の放熱板上に、半田により、表面に導電性の層を有する絶縁性のセラミック基板が設けられ、そのセラミック基板上面に導電層に、スイッチング用素子が取付けられている。また、ケース内部には、複数の主端子を保持するための端子ブロックが設けられており、各スイッチング素子は、主端子などにワイヤー配線を用いて結線される。前記主端子の一端はケース外に引き出され、接続端子となる。

前記端子ブロックでは、複数個の主端子を互いに絶縁するために、各主端子の間には絶縁紙が挿入され、ネジを用いて主端子が固定されていた。

また、この種のパワー半導体装置には、絶縁紙は使用していないが、放熱効果を増すために、放熱板上に絶縁層を介して金属性の回路パターンを貼り合わせ、その回路パターン上に、外部取り出しのためのリードフレームを設け、そのリードフレーム上にデバイスを取り付けたものがある(例えば、特許文献１参照)。
特開平09-129822号「半導体装置」（段落番号[0031]〜[0044]、図１）

上述のように、端子ブロックの形成には、主端子と絶縁紙とを交互に貼り合わす作業が必要であるため、作業性が低く、最終工程がネジによる固定のためネジと主端子との絶縁不具合を発生させる恐れがあった。

一方、特許文献１のものでは、放熱効果は優れているものの、多くの絶縁層および金属層を必要とするため高価となり、組み立て工程も複雑化した。

この発明は、組み立て工程を少なくして端子ブロックの形成を容易にきる電力用半導体装置を提供するものである。

本発明は、半導体装置のケース内部にて、主端子およびその主端子を固定する樹脂ラインからなる端子ブロックを金型を用いて形成できる電力用半導体装置を提供する。前記樹脂ラインに固定すべき必要枚数の主端子および各主端子間に挿入される絶縁紙に対し、それぞれ共通する個所に穴を形成しておく。そして前記金型にセットした主端子および絶縁紙を、成型時に移動しないように、当該金型に備えたガイド等にて保持する。そして、樹脂ラインを成型する際に、前記穴に注入した樹脂と一体的に成型することで、前記主端子および絶縁紙を樹脂ラインに固定する。

この発明によれば、端子ブロックの形成の際、樹脂ラインの成型時に、主端子だけでなく、絶縁紙に一緒に樹脂ラインに成型固定するようにしたので、主端子や絶縁紙を個々に組み立てる必要がなくなり、作業性が飛躍的に改善され、又、ロボットなどの高価な装置を必要としないので製品を安価に提供できる。また、主端子の固定にネジなどを使用しないため、絶縁不具合等の発生をなくせる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１における端子ブロック５０を適用して形成されたパワー半導体装置の内部平面図であり、この図１中のＡ−ＡラインおよびＢ−Ｂラインでの断面図を図２および図３に示す。パワー半導体装置のパッケージであるケース１の底面として熱伝導性のよい放熱板２が取付けネジにより取り付けられており、その放熱板２上でかつ、放熱板２を２分するように、樹脂ライン３が設けられる。その樹脂ライン３両側で前記放熱板２上には、それぞれ絶縁基板４が設けられ、その絶縁基板４上には所定の半導体素子５が実装されている。

図４は端子ブロック５０の組み立て図を示したものであり、図示のように、樹脂ライン３には、３個の主端子６(６ａ、６ｂ、６ｃ)と、各主端子間に挿入される２枚の絶縁紙７(７ａ、７ｂ)が図示した順序で組み立てられ、端子ブロック５０が形成される。各主端子６ａ、６ｂ、６ｃには、外部接続のために、一方端に接続用端子８ａ、８ｂ、８ｃを備える。この接続用端子に形成したネジ挿通穴に対応して、ケース１側に穴Ｐが形成される(図３)。これらの主端子や絶縁紙は、従来、ネジを用いて樹脂ライン３に固定していたが、本発明では以下のような方法で行う。

主端子６および絶縁紙７に、図４で示されるように、それぞれ対応する個所に２個づつ穴Ｑを形成しておき、金型を用いた樹脂ライン３の成型時に、これらの穴Ｑに注入した樹脂３ａと共に一体成型することで主端子６および絶縁紙７を樹脂ライン３に固定している。

但し、金型による成型時には、絶縁紙７が移動しないように保持しておく必要があり、そのため、図５に示すように、絶縁紙７の両側を保持するためのガイド２１と、絶縁紙７ａを上方から抑え込む支持部材２２とを前記金型に備えている。図５は、図４で示した順に組み立てた端子ブロック５０におけるＣ−Ｃ’ラインでの断面図である。

図６は、端子ブロック５０を放熱板２上に装着した状態を示しており、樹脂ライン３の両側にし絶縁基板４が設けられ、その絶縁基板４に実装された半導体素子５は、導電性ワイヤ９によって、主端子６に接続される。

その後、半導体素子５を埋設するようにケース１内にゲル状樹脂(不図示)が充填され、最後にケース１に上蓋１０が取付けられる。

上記の実施の形態では、予め作製した着脱自在の端子ブロック５０をケース１に組み込んだが、主端子の一部をケースにインサートするなどして、ケース１の成型時に端子ブロック５０を一体的に成型してもよい。前者の場合は、成型金型の構造が前者のものと比較して単純となるため、金型加工の容易化を図れるだけでなく、成型不良を低減できる。後者の場合、組み立てが簡単となり、生産性が優れる。

上記実施の形態では、主端子６の両側に絶縁基板４を配設して、ボンディングワイヤの長さを短くし、結果的にワイヤボンディング時間の短縮により生産性の向上を図ったが、絶縁基板の一辺近傍に主端子を配設した構造も可能である。

また、端子ブロックを着脱自在に設ければ、組み立て時の生産性を更に高め得る効果がある。

本発明の電力用半導体装置の内部平面図 図１中のＡ−Ａラインでの断面図 図１中のＢ−Ｂラインでの断面図 端子ブロックの組み立て図 端子ブロックの組み立て時の様子を示した断面図 ケースに装着した端子ブロックの正面図

符号の説明

１ ケース
２ 放熱板
３ 樹脂ライン
４ 絶縁基板
５ 半導体素子
６ 主端子
７ 絶縁紙
８ 接続用端子
９ 導電性ワイヤ
１０ 上蓋
２１ ガイド
２２ 支持部材
５０ 端子ブロック
Ｑ 穴

Claims (3)

1. ベース板、
   裏主面が前記ベース板の第１主面上に固着されると共に、表主面には回路パターンが形成された絶縁基板、
   この絶縁基板の前記回路パターン上に固着された複数の電力用半導体チップ、
   前記絶縁基板の一辺近傍に配設されると共に、互いの少なくとも一部同士が所定の間隔をおいて対向する複数の主端子、
   前記複数の主端子を固定する樹脂ライン、
   前記複数の主端子の前記間隔を置いた部分に配設され前記複数の主端子間を絶縁する絶縁層、
   一端の開口端が前記ベース板の周縁部に固着し少なくとも前記絶縁基板と前記電力用半導体チップを囲繞する樹脂製のケース、
   および前記電力用半導体チップと前記主端子とを接続するボンディングワイヤ
   を備えた電力用半導体装置において、
   前記絶縁層を前記ケースとは別体の絶縁紙とすると共に、前記主端子と前記絶縁紙の共通する箇所に穴を形成し、前記絶縁紙と前記主端子とを前記樹脂ラインに一体的に成型固定したことを特徴とする電力用半導体装置。
2. ベース板、
   裏主面が前記ベース板の第１主面上に固着されると共に、表主面には回路パターンが形成された第１と第２の絶縁基板、
   この第１と第２の絶縁基板の夫々の前記回路パターン上に固着された複数の電力用半導体チップ、
   前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との隣接部の上部に間隔をおいて配設されると共に、互いの少なくとも一部同士が所定の間隔をおいて対向する複数の主端子、
   前記複数の主端子を固定する樹脂ライン、
   前記複数の主端子の前記間隔を置いた部分に配設され前記複数の主端子間を絶縁する絶縁層、
   一端の開口端が前記ベース板の周縁部に固着し少なくとも前記第１と第２の絶縁基板と前記電力用半導体チップを囲繞する樹脂製のケース、
   および前記電力用半導体チップと前記主端子とを接続するボンディングワイヤ
   を備えた電力用半導体装置において、
   前記絶縁層を前記ケースとは別体の絶縁紙とすると共に、前記主端子と前記絶縁紙の共通する箇所に穴を形成し、前記絶縁紙と前記主端子とを前記樹脂ラインに一体的に成型固定したことを特徴とする電力用半導体装置。
3. 樹脂で互いに一体化された主端子と絶縁紙とからなる端子ブロックを前記ケースに着脱自在としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力用半導体装置。

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