JP2002217363A - 電力制御系電子回路装置及びその製造方法 - Google Patents

電力制御系電子回路装置及びその製造方法

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Satoshi Ikeda
敏 池田
Yasushi Kato
康司 加藤
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康文 中島
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で放熱性が良く、浮遊インダクタンスを
低減可能な電力制御系電子回路装置、及び該電力制御系
電子回路装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体素子１１１の電極にバンプ１１２
を設け、さらに、取付用部材１１４ｂを有する金属部材
１１４に上記バンプ付き半導体素子を電気的に接続した
ことで、配線ワイヤを削除でき配線ワイヤに起因する浮
遊インダクタンスや導通抵抗の低減を図ることができ
る。又、上記取付用部材を第２回路基板１１６に接続す
ることで、従来の凹コネクタ及び凸コネクタを削除する
ことができ当該電力制御系電子回路装置の小型化を図る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばモータ駆動
用としての、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトラン
ジスタ）やダイオード等の半導体素子を用いた電力制御
系電子回路装置、及び該電力制御系電子回路装置の製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、モータ駆動装置に用いられる電子
機器の高性能、高機能化に伴い、上記モータ駆動装置に
おける使用電流も増大し、用いる半導体にも大電流対応
が必要となっている。従来のモータ駆動装置としては図
１６に示すものがある。以下、図を参照しながら、従来
のモータ駆動装置の一例について説明する。図１６にお
いて、１ａはＩＧＢＴ、１ｂはダイオード、３は高温半
田、４は金属片、５は封止樹脂、６は半田、７は回路基
板、１０は放熱板、１０ａは凸部ネジ台、１１はネジ、
１２は表面実装電子部品(受動素子)、１３は表面実装電
子部品(半導体素子)、１４は金属ベース回路基板、１５
はシリコーングリース、１８は金属線、１９は金属リー
ド、２２は凸コネクター、２３は凹コネクター、２４は
絶縁用樹脂である。
【０００３】以上のように構成される従来のモータ駆動
装置の製造方法を以下に説明する。まず、ＩＧＢＴ１ａ
及びダイオード１ｂ等の半導体部品１を金属片４に高温
半田３により接続する。次に、金属線１８を用いて、Ｉ
ＧＢＴ１ａとダイオード１ｂとの間、及びこれらの半導
体部品１と金属リード１９との間を電気的に接合する。
尚、通常、金属線１８は、アルミニウム線又は金線を使
用する。例えばアルミニウムにてなる金属線１８を用い
た場合、半導体部品１の金属片４と接合した第１電極に
対向して存在する第２電極への金属線１８の接合は、ア
ルミニウム線のウエッジボンディング方式を用いて接続
する。半導体部品１の上記第２電極はアルミニウムによ
り形成されており、常温の状態で上記第２電極の表面に
おけるアルミニウムと、アルミニウムにてなる金属線１
８とを超音波エネルギーを印加しながら圧接すると、そ
れぞれのアルミニウム表面の酸化膜が除去され、上記第
２電極と上記金属線１８との接合が得られる。半導体部
品１の上記第２電極に接合された金属線１８は、銅にス
ズメッキした金属リード１９まで引き回され、金属リー
ド１９に上記ウエッジボンディング方式にて接合され
る。
【０００４】次に、半導体部品１及び金属線１８の物理
的保護と信頼性向上とを目的として、トランスファー成
形技術又はインジェクション成形技術を用いて、半導体
部品１及び金属線１８を覆って封止樹脂５による封止を
行なう。次に、金属リード１９を金型により、金属片４
と同じ面まで曲げ切断する。これらの工程により、半導
体部品１、高温半田３、金属片４、金属線１８、金属リ
ード１９、及び封止樹脂５により形成された、「ＴＯ―
２２０」と呼ばれる電子部品が完成する。
【０００５】次に、金属ベース回路基板１４の上に、ク
リーム半田を印刷した後、上記電子部品「ＴＯ−２２
０」、凸コネクター２２等の種々の電子部品を置き、該
金属ベース回路基板１４の全体を加熱炉に投入する。こ
れにて上記クリーム半田を溶融し、その後常温に戻すこ
とにより上記クリーム半田を硬化させ、硬化した半田６
にて金属ベース回路基板１４と、上記電子部品「ＴＯ−
２２０」、凸コネクター２２等の種々の電子部品とを電
気的及び物理的に接合する。次に電気的絶縁を図るため
に、封止樹脂２４を金属ベース回路基板１４の全体に塗
布した後、上記種々の電子部品を有する金属ベース回路
基板１４の全体を減圧炉に投入して、封止樹脂２４の内
部に混在する気泡を取り除き、加熱炉に投入し封止樹脂
２４を硬化させる。
【０００６】次に、放熱板１０にシリコーングリース１
５を塗布する。次に放熱板１０に金属ベース回路基板１
４を密着させ、ネジにて固定する。次に、金属ベース回
路基板１４に実装された凸コネクター２２と、回路基板
７上に実装された凹コネクター２３とを位置合わして凸
コネクター２２を凹コネクター２３に差し込みながら、
回路基板７を金属ベース回路基板１４の凸部ネジ台１０
ａに密着させ、ネジ１１により固定する。
【０００７】以上の工程により、モータ駆動電流をスイ
ッチング制御する上記電子部品「ＴＯ−２２０」を有す
る、放熱が必要な電子部品を金属ベース回路基板１４に
実装する工程と、上記電子部品「ＴＯ−２２０」を制御
する回路が搭載され放熱の必要性のない回路基板７を組
み合せる工程とが終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
構成では、金属線１８と金属リード１９による抵抗ロ
ス、及び一定長さによる浮遊インダクタンスの発生があ
る。又、例えば上記電子部品「ＴＯ−２２０」は金属リ
ード１９を有するため、該電子部品「ＴＯ−２２０」の
面積よりも広い面積が金属ベース回路基板１４には必要
であり、小型化、高密度化が困難であるという問題があ
る。一方、電気製品における近年の軽薄短小化の動向に
対応して、電気製品のモータ駆動装置も小型化、高放熱
化が求められている。しかしながら、高温半田３の内部
に気泡が混在する場合には、半導体部品１により発生し
た熱の流れが気泡により遮られ、半導体部品１から金属
片４への熱抵抗が増大する。このため気泡部分のみが高
温になり、最悪の場合には半導体部品１を破壊する場合
もある。
【０００９】又、上述のように、半導体部品１における
上記第２電極への金属線１８の接合は、アルミニウム線
のウエッジボンディング方式を用いて接続されるが、従
来の工程では、接合工法により金属線１８の太さに制約
があり、又、基板電極の配置により金属線１８の長さに
制約があり、配線抵抗を低減することは不可能である。
このため、近年の半導体部品１の進歩によるオン抵抗の
低減に対応することができず、電気信号の高周波化、大
電流化によるノイズ増大が大きな問題となっている。
【００１０】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、小型で放熱性が良く、抵抗及び浮遊イ
ンダクタンスを低減可能な電力制御系電子回路装置、及
び該電力制御系電子回路装置の製造方法を提供すること
を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は以下のように構成する。本発明の第１態様
の電力制御系電子回路装置は、互いに対向する両面に電
極を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子
と、上記半導体素子の上記両面の内、一方の面に存在す
る第１電極と金属板を介して電気的に接続され上記金属
板及び上記半導体素子を載置する第１回路基板と、上記
半導体素子の上記両面の内、他方の面側であって上記第
１基板に対向して配置され、上記半導体素子の制御回路
を有する第２回路基板と、上記他方面に存在する第２電
極と上記第２回路基板とを電気的に直接接続する金属線
と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】上記金属線は、上記半導体素子の放熱に起
因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基板との
間の伸縮を吸収する第１屈曲部を有するように構成して
もよい。
【００１３】上記第２電極に接合された上記金属線は、
上記半導体素子の厚み方向に沿って延在するように構成
してもよい。
【００１４】上記第１回路基板を載置し、かつ上記第２
回路基板を支持する支持部材を有する放熱部材をさらに
備え、上記支持部材にて上記第２回路基板を支持した状
態にて上記金属線は、上記放熱に起因して生じる上記第
１回路基板と上記第２回路基板との間の伸縮を吸収する
とともに上記第１回路基板を上記放熱板へ押圧する第２
屈曲部を有するように構成してもよい。
【００１５】又、本発明の第２態様の電力制御系電子回
路装置は、互いに対向する両面の内、一方の面に第１電
極を他方の面に第２電極を有し駆動電流制御を行う放熱
の必要な半導体素子と、上記第２電極に形成されるバン
プと、上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と
電気的に接続される第１面を有する金属部材であって、
上記半導体素子の厚み方向に沿って上記第１面に立設さ
れ、上記バンプが形成された上記半導体素子を上記第１
面に載置したとき上記厚み方向に沿って上記バンプを超
える高さを有する金属にてなる取付用部材を有する金属
部材と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】上記第２態様の回路装置において、上記取
付用部材は、一つの金属部材に対して３つ以上設けるよ
うに構成してもよい。
【００１７】上記第２態様の回路装置において、上記他
方の面側に配置され、上記バンプ及び上記取付用部材の
先端部と電気的に接続されて上記半導体素子の制御回路
を有する第２回路基板をさらに備えるように構成しても
よい。
【００１８】上記第２態様の回路装置において、電気絶
縁部材を介して上記金属部材を載置し上記半導体素子か
ら上記金属部材へ伝導した熱を放散し、かつ上記第２回
路基板を支持する支持部材を有する放熱部材をさらに備
えるように構成してもよい。
【００１９】又、本発明の第３態様の電力制御系電子回
路装置の製造方法は、互いに対向する両面の一方の面に
第１電極を他方の面に第２電極を有し駆動電流制御を行
う放熱の必要な半導体素子と、上記第２電極に形成され
るバンプと、上記第１電極に対向して配置され上記第１
電極と電気的に接続される第１面を有する金属部材であ
って、上記半導体素子の厚み方向に沿って上記第１面に
立設され、上記バンプが形成された上記半導体素子を上
記第１面に載置したとき上記厚み方向に沿って上記バン
プを超える高さを有する金属にてなる取付用部材を有す
る金属部材と、を備えた電力制御系電子回路装置の製造
方法において、上記金属部材の上記第１面と上記第１電
極とを接触させて上記第１面上に上記半導体素子を載置
して高温炉内にて加熱し、溶融した半田を上記高温炉内
にて上記第１面に供給し、上記第１面と上記第１電極と
の間に存在する上記溶融半田内から気泡を排除するよう
に上記半導体素子と上記金属部材とを相対的に押圧し、
上記押圧状態を維持したまま降温して上記溶融半田を凝
固させ、上記半導体素子と上記金属部材とを接合する、
ことを特徴とする。
【００２０】上記第３態様の製造方法において、上記他
方の面側に配置され上記半導体素子の制御回路を有する
第２回路基板に対して、上記バンプ及び上記取付用部材
の先端部を電気的に接続することをさらに備え、複数の
上記金属部材を上記第２回路基板へ取り付けるとき、上
記第２回路基板に対する全ての上記金属部材の高さが統
一されるように、各金属部材間にて上記取付用部材の高
さを調整するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態における電力制
御系電子回路装置、及び該電力制御系電子回路装置の製
造方法について、図を参照しながら以下に説明する。
尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付
している。 第１実施形態；図５は、上記実施形態の電力制御系電子
回路装置の一例である電力制御系第１電子回路装置（以
下、「第１回路装置」と記す）１００を示し、図１には
該第１回路装置１００を備え上記電力制御系電子回路装
置の他の例に相当する電力制御系第２電子回路装置（以
下、「第２回路装置」と記す）１０１が示されている。
図１の上記第２回路装置１０１は以下のように構成され
ている。即ち、１１１は、例えばモータ等の駆動機器へ
の駆動電流の制御系に用いられ、放熱処置が必要な駆動
用半導体素子であり、ここではＩＧＢＴ（絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ）１１１−１とダイオード１１
１−２を有する。該駆動用半導体素子１１１には、図３
に示すように、互いに対向する一方の面１１１ａ及び他
方の面１１１ｂには、それぞれ第１電極１１１ｃ及び第
２電極１１１ｄが形成されている。１１２は、駆動用半
導体素子１１１の第２電極１１１ｄに形成したバンプ
（突起電極）である。１１４は、図４に示すように、駆
動用半導体素子１１１より発生した熱を放出、拡散する
金属部材であり、母材である銅に対し金型を用いて、後
述の取付用部材１１４ｂに相当する凸部を形成後、表面
全体にスズメッキを施している。又、該金属部材１１４
は、上記第１電極１１１ｃに対向して配置され第１電極
１１１ｃと電気的に接続される第１面１１４ａを有す
る。１１３は、上記駆動用半導体素子１１１の第１電極
１１１ｃと、金属部材１１４の上記第１面１１４ａとを
接合する高温半田である。又、上記取付用部材１１４ｂ
は、上記駆動用半導体素子１１１の厚み方向１１１ｅに
沿って上記第１面１１４ａに立設され、上記バンプ１１
２が形成された駆動用半導体素子１１１を上記第１面１
１４ａに載置したとき上記厚み方向１１１ｅに沿って上
記バンプ１１２を超える高さを有する。取付用部材１１
４ｂは、本実施形態では図示するように一対設けている
が、一つの第１回路装置１００につき３本以上設けるこ
ともでき、この場合、後述するように第１回路装置１０
０を第２回路基板１１６に取り付けるときの第１回路装
置１００の平面度をより向上させることができる。
【００２２】１１５は、図５に示すように、上記第１面
１１４ａに取り付けられた、バンプ１１２を有する駆動
用半導体素子１１１に対して、バンプ１１２の略半分が
露出する程度まで設けられ駆動用半導体素子１１１及び
バンプ１１２を保護する封止樹脂である。以上にて上記
第１回路装置１００が構成される。このような第１回路
装置１００は、図６に示すように、駆動用半導体素子１
１１の上記他方の面１１１ｂ側に配置される第２回路基
板１１６に対して、上記バンプ１１２及び上記取付用部
材１１４ｂの先端部１１４ｃが半田１１７によって電気
的に接続される。第２回路基板１１６は、駆動用半導体
素子１１１の制御回路を有し、該制御回路を構成するコ
ンデンサや抵抗などの受動部品の電子部品１２２、能動
部品であるトランジスター、メモリーなどの電子部品１
２３が片面若しくは両面に実装されている。又、第２回
路基板１１６内には、電子部品１２２、１２３と上記駆
動用半導体素子１１１とを電気的に接続するための内部
配線１２４が形成されている。
【００２３】放熱部材１２０は、上記金属部材１１４を
載置し上記駆動用半導体素子１１１から上記金属部材１
１４へ伝導した熱を空気中へ放散し、かつ上記第２回路
基板を支持する支持部材１２０ａにて、例えば図１に示
すような凹部１２０ｂを有する。該凹部１２０ｂに第１
回路装置１００を収納するようにして、かつ一対の支持
部材１２０ａに第２回路基板１１６の両端部をネジ１２
１にて固定する。このとき、上記凹部１２０ｂの底面１
２０ｃには、上記金属部材１１４からの熱を放熱部材１
２０に伝導し、同時に金属部材１１４と放熱部材１２０
とを電気的に絶縁する高放熱絶縁樹脂１１９が熱プレス
工法により設けられ、さらに、該高放熱絶縁樹脂１１９
と金属部材１１４との間には金属部材１１４と高放熱絶
縁樹脂１１９との密着部分の熱抵抗を下げるシリコーン
グリス１１８が設けられている。尚、後述のように金属
部材１１４の高さ寸法は規定されることから、シリコー
ングリス１１８は、金属部材１１４を高放熱絶縁樹脂１
１９側へ押圧して金属部材１１４と高放熱絶縁樹脂１１
９とを常に密着させるための緩衝材的役割を果たす。
又、上記シリコーングリス１１８に替えて軟質シートを
用いることもできる。以上のように第２回路装置１０１
は構成されている。
【００２４】次に、上述した第１回路装置１００の形成
工程について、図２〜図６を参照して説明する。図２に
示す駆動用半導体素子１１１の第２電極１１１ｄ上に、
ワイヤボンディング装置を改善した突起電極形成機や、
又は、メッキ工程を用いて、図３に示すようにアルミニ
ウム電極上に金メッキのバンプ１１２を形成する。次
に、図４に示すように、金属部材１１４の第１面１１４
ａ上の所定位置に駆動用半導体素子１１１を載置した状
態にて、これらが、窒素と水素の混合雰囲気で還元雰囲
気状態を維持した３５０℃の高温炉内に投入される。次
に、溶融した高温半田１１３を、上記高温炉の中で金属
部材１１４の第１面１１４ａに、本実施形態では滴下し
て供給する。これにて、金属部材１１４の第１面１１４
ａと、駆動用半導体素子１１１の第１電極１１１ｃとを
高温半田１１３にて接合する。さらに、高温半田１１３
の供給後、上記第１面１１４ａと上記第１電極１１１ｃ
との間に存在する上記溶融半田内から気泡を排除するよ
うに、上記駆動用半導体素子１１１と上記金属部材１１
４とを相対的に押圧する。尚、本実施形態では、駆動用
半導体素子１１１に上記金属部材１１４を平行に押圧し
て密着させている。次に、該密着状態を維持しながら、
金属部材１１４及び駆動用半導体素子１１１を冷却し、
半田１１３を凝固させる。凝固後、金属部材１１４及び
駆動用半導体素子１１１を大気中に戻す。
【００２５】次に、図５に示すように、駆動用半導体素
子１１１自身と、駆動用半導体素子１１１とバンプ１１
２との接合部分を機械的に保護するために、封止樹脂１
１５を形成する。封止樹脂１１５は液体状態で塗布後、
加熱により硬化させるか、又は、トランスファー成形や
インジョクション成形技術を用いて形成する。これにて
第１回路装置１００が形成される。次に、図６に示すよ
うに、駆動用半導体素子１１１の保護と、電子部品とし
ての取り扱いを可能な状態にするため、上記電子部品１
２２、１２３と同時に第２回路基板１１６上に半田１１
７を用いて、第１回路装置１００を接合する。該接合
は、通常用いられる表面実装技術（ＳＭＴ）を使用す
る。
【００２６】以上説明したように本実施形態では、金属
部材１１４には、金属部材１１４の第１面１１４ａから
駆動用半導体素子１１１の厚み方向１１１ｅに突設し金
属にてなる取付用部材１１４ｂを設けたことから、該取
付用部材１１４ｂを介して駆動用半導体素子１１１の第
１電極１１１ｃと、第２回路基板１１６との電気的接続
を図ることができ、かつ駆動用半導体素子１１１を有す
る金属部材１１４の第２回路基板１１６への固定を行な
うことができる。したがって、従来必要とした凹コネク
タ２３及び凸コネクタ２２は不要となることから、第１
回路装置１００及び第２回路装置１０１の小型化を図る
ことができる。又、同時に、駆動用半導体素子１１１の
第２電極１１１ｄと第２回路基板１１６とを、バンプ１
１２を介して電気的接続を図ったことから、従来の金属
線１８、金属リード１９の使用により生じた浮遊容量に
比して浮遊容量の低減及び抵抗の低減を図ることができ
る。又、バンプ１１２の接合により、配線抵抗を従来に
比べて低減することができることから、オン抵抗を低減
でき、上記ノイズ低減を図ることもできる。
【００２７】又、上述のように、駆動用半導体素子１１
１の第１電極１１１ｃと金属部材１１４とを接合すると
きに両者を相対的に押圧して半田１１３内から気泡を除
去するようにしたことから、ボイドが原因で駆動用半導
体素子１１１が異常過熱するのを防止することができ
る。
【００２８】図２〜図５までに示す工程が終了した状態
で、複数の第１回路装置１００が第２回路基板１１６に
接合された状態を図７に示している。尚、図７では２個
の第１回路装置１００を設けた場合であるが、勿論３個
以上の場合も存在し、逆に１個の場合も存在する。この
ように複数の第１回路装置１００を設ける場合、各第１
回路装置１００の第２回路基板１１６からの高さＨ１、
Ｈ２の誤差範囲を規定値内にしなければならない。本実
施形態では、金属部材１１４は、上記取付用部材１１４
ｂを有することから、取付用部材１１４ｂを例えば切削
することで、各金属部材１１４間で取付用部材１１４ｂ
の高さを調整することができる。したがって、上記高さ
Ｈ１、Ｈ２は、±５０μｍ以内の位置精度を実現するこ
とができる。尚、図７の状態の第２回路基板１１６を、
放熱部材１２０に組合せたものが、図１に示す上記第２
回路装置１０１である。勿論、該第２回路装置１０１に
おいても、上記第１回路装置１００が奏する上述の効果
を得ることができる。
【００２９】第２実施形態；第２回路装置１０１の変形
例である第４回路装置１０３について図８を参照して以
下に説明する。第４回路装置１０３では、上記第１回路
装置１００の変形例である第３回路装置１０２を有す
る。又、図８に示す符号１３３は、金属にてなる第１回
路基板である。又、図８では、第２回路基板１１６には
いわゆる片面実装がなされている。第３回路装置１０２
は、上記第１回路装置１００におけるバンプ１１２に代
えて金属にてなるスプリング線１３６を設け、金属部材
１１４に代えて第２金属部材１３４を設けている。スプ
リング線１３６は、上記駆動用半導体素子１１１と上記
第２回路基板１１６とを電気的に接続する導体であり、
図示するように第２屈曲部１３６ａを有する。又、図８
に示す第４回路装置１０３では、スプリング線１３６の
一端は、第２回路基板１１６を貫通して第２回路基板１
１６に半田付けされる。又、第２金属部材１３４は、取
付用部材１１４ｂを設けていない。又、上記スプリング
線１３６の上記第２屈曲部１３６ａ部分は、封止樹脂１
１５による樹脂封止を行なっていない。尚、その他の構
成については、上述した第１回路装置１００の構成と同
一である。
【００３０】このように構成された第３回路装置１０２
は、第２金属部材１３４が半田１１７にて第１回路基板
１３３に接合され、該第１回路基板１３３は、シリコー
ングリス１１８を介して放熱部材１２０上に載置され
る。以上のように構成される第４回路装置１０３では、
スプリング線１３６の第２屈曲部１３６ａにて第１回路
基板１３３を放熱部材１２０へ押圧することができる。
又、熱ストレスに対してもスプリング線１３６で吸収す
ることが可能になり、高信頼性を実現する。
【００３１】又、図示するように各スプリング線１３６
は、上記厚み方向１１１ｅに沿って配置しており、厚み
方向１１１ｅに直交する方向に配置していないので、第
４回路装置１０３の小型化を図っている。又、駆動用半
導体素子１１１と第２金属部材１３４との間に存在する
半田１１３内から気泡を除去するようにしたことから、
ボイドが原因で駆動用半導体素子１１１が異常過熱する
のを防止することができる。
【００３２】図９に示す第４回路装置１０３−１は、図
８に示す第４回路装置１０３の変形例であり、スプリン
グ線１３６−１は、図示するように、第２回路基板１１
６を貫通することなく片面に半田付けされている。又、
第２回路基板１１６には、いわゆる両面実装が施されて
いる。その他の構成は、上述した図８に示す第４回路装
置１０３の構成に同じである。図９に示す第４回路装置
１０３−１においても、図８に示す第４回路装置１０３
と同様の効果を得ることができる。
【００３３】第３実施形態；第２回路装置１０１の変形
例である第５回路装置１０４について図１０を参照して
以下に説明する。第５回路装置１０４は、図１６を参照
して説明した駆動装置における構成から凸コネクター２
２及び凹コネクター２３を削除し、金属線１８に新たに
金属リード１３９を接続した構成を有する。又、駆動用
半導体素子１１１と第２金属部材１３４との半田付け接
合に際しては、上述した、気泡除去動作を実行してい
る。又、図８では、第２回路基板１１６にはいわゆる片
面実装がなされている。上記金属リード１３９は、銅に
スズメッキした金属線であり、アルミニウムエッジ接合
されたアルミニウムの金属線１８に対して接合され、
又、途中には第１屈曲部１３９ａを設け、金属リード１
３９の一端を第２回路基板１１６に貫通させて半田付け
されている。又、第２回路基板１１６には、いわゆる両
面実装が施されている。
【００３４】このような第５回路装置１０４によれば、
凸コネクター２２及び凹コネクター２３を削除し、金属
リード１３９を第２回路基板１１６に直接接続したこと
から、装置の小型化を図ることができる。又、金属リー
ド１３９には、第１屈曲部１３９ａを設けたことから、
熱ストレスを金属リード１３９で吸収することが可能に
なり、高信頼性を実現する。又、駆動用半導体素子１１
１と第２金属部材１３４との間に存在する半田１１３内
から気泡を除去するようにしたことから、ボイドが原因
で駆動用半導体素子１１１が異常過熱するのを防止する
ことができる。
【００３５】図１１に示す第５回路装置１０４−１は、
図１０に示す第５回路装置１０４の変形例であり、金属
リード１３９−１は、図示するように、第２回路基板１
１６を貫通することなく片面に半田付けされている。そ
の他の構成は、上述した図１０に示す第５回路装置１０
４の構成に同じである。このような第５回路装置１０４
−１においても、図１０に示す第５回路装置１０４と同
様の効果を得ることができる。
【００３６】第４実施形態；上述の第４回路装置１０３
の変形例である第６回路装置１０５について図１２を参
照して以下に説明する。当該第６回路装置１０５では、
第４回路装置１０３のスプリング線１３６に代えて金属
ワイヤ１４１を設けている。該金属ワイヤ１４１は、電
気スパークにより金線を溶融して形成した金ボール１４
０付きの金属ワイヤであり、上記金ボール１４０を駆動
用半導体素子１１１等に接合させている。金ボール１４
０の上記接合は、ワイヤボンディング工法により、金線
の加熱及び超音波振動により行う。接合後、金属ワイヤ
１４１は、上記厚み方向１１１ｅに引き上げられ、所定
の長さで切断され、金属ワイヤ１４１が変形しないよう
に封止樹脂１１５にて封止される。又、金属ワイヤ１４
１の一端は、第２回路基板１１６を貫通して半田付けさ
れる。尚、その他の構成は、上述した図８に示す第４回
路装置１０３の構成に同じである。
【００３７】このように第６回路装置１０５によれば、
第４回路装置１０３と同様に、金属ワイヤ１４１は、厚
み方向１１１ｅに延在していることから、第６回路装置
１０５の小型化を図ることができる。又、駆動用半導体
素子１１１と第２金属部材１３４との間に存在する半田
１１３内から気泡を除去するようにしたことから、ボイ
ドが原因で駆動用半導体素子１１１が異常過熱するのを
防止することができる。
【００３８】図１３に示す第６回路装置１０５−１は、
図１２に示す第６回路装置１０５の変形例であり、金属
ワイヤ１４１−１は、図示するように、第２回路基板１
１６を貫通することなく片面に半田付けされている。
尚、その他の構成は、上述した第６回路装置１０５の構
成に同じである。図１３に示す第６回路装置１０５−１
においても、図１２に示す第６回路装置１０５と同様の
効果を得ることができる。
【００３９】第５実施形態；上述の第４回路装置１０３
の変形例である第７回路装置１０６について図１４を参
照して以下に説明する。当該第７回路装置１０６では、
例えばアルミニウム線又は銅線にてなる金属ワイヤ１４
２を用いている。該金属ワイヤ１４２は、駆動用半導体
素子１１１等に対して超音波振動を作用させたウエッジ
ボンディング工法により接合される。接合後、金属ワイ
ヤ１４２は、上記厚み方向１１１ｅに引き上げられ、所
定の長さで切断され、金属ワイヤ１４２が変形しないよ
うに封止樹脂１１５にて封止される。又、金属ワイヤ１
４２の一端は、第２回路基板１１６を貫通して半田付け
される。尚、その他の構成は、上述した図８に示す第４
回路装置１０３の構成に同じである。
【００４０】このように第７回路装置１０６によれば、
第４回路装置１０３と同様に、金属ワイヤ１４２は、厚
み方向１１１ｅに延在していることから、第７回路装置
１０６の小型化を図ることができる。又、アルミニウム
や銅を用いることから、金線を使用する場合に比べて安
価に構成することが可能である。又、上述の気泡除去動
作を施していることから、駆動用半導体素子１１１が異
常過熱されることもない。
【００４１】図１４に示す第７回路装置１０６−１は、
図１３に示す第７回路装置１０６の変形例であり、金属
ワイヤ１４２−１は、図示するように、第２回路基板１
１６を貫通することなく片面に半田付けされている。
尚、その他の構成は、上述の第７回路装置１０６の構成
に同じである。図１４に示す第７回路装置１０６−１に
おいても、図１３に示す第７回路装置１０６と同様の効
果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の第１態様の
電力制御系電子回路装置によれば、半導体素子の他方の
面に第２電極と、上記他方の面側に配置される第２回路
基板とを電気的に直接に接続する金属線を備えたことか
ら、従来の凹コネクタ及び凸コネクタを削除することが
でき当該電力制御系電子回路装置の小型化を図ることが
できる。
【００４３】又、上記金属線に屈曲部を設けることで、
上記半導体素子の熱による第１回路基板と第２回路基板
との間の伸縮を吸収することができる。又、上記金属線
を上記半導体素子の厚み方向に延在させることで、さら
に電力制御系電子回路装置の小型化をはかることができ
る。又、上記金属線を上記半導体素子の厚み方向に延在
させるとともに第２屈曲部を設けることで、上記小型化
及び伸縮吸収が達成でき、又、第１回路基板を放熱板へ
押圧することもでき、安定して除熱を行なうことができ
る。
【００４４】又、本発明の第２態様の電力制御系電子回
路装置によれば、半導体素子の第２電極にバンプを設
け、さらに、取付用部材を有する金属部材を備えたこと
で、配線ワイヤをなくすことができ、該配線ワイヤに起
因する浮遊インダクタンスや導通抵抗の低減を図ること
ができる。
【００４５】又、複数個の金属部材を設けたとき、各金
属部材間の高さ寸法は、上記取付用部材にて調整して均
一化することができる。又、上記金属部材を備えること
で、上記取付用部材にて半導体素子と第２回路基板とを
電気的に直接に接続することができ、従来の凹コネクタ
及び凸コネクタを削除することができ当該電力制御系電
子回路装置の小型化を図ることができる。さらに、放熱
部材を備え上記第２回路基板を支持することで、一つの
放熱部材にて金属部材から安定して放熱を行なうことが
できる。
【００４６】又、本発明の第３態様の電力制御系電子回
路装置の製造方法によれば、半導体素子と金属部材との
間に存在する半田内から気泡を削除するように、半導体
素子と金属部材とを相対的に押圧した後、該半田を凝固
させることから、半導体素子から金属部材への熱伝導が
上記気泡により妨げられることはなく、半導体素子の異
常な温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態における電力制御系電
子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図２】 図１に備わる第１回路装置を構成する半導体
素子を示す図である。
【図３】 図２に示す半導体素子にバンプを形成した状
態を示す図である。
【図４】 図３に示すバンプ付きの半導体素子を金属部
材に取り付けた状態を示す図である。
【図５】 図４に示す状態にさらに封止樹脂を設けた状
態を示す図である。
【図６】 図５に示す第１回路装置を第２回路基板に取
り付けた状態を示す断面図である。
【図７】 複数の第１回路装置を第２回路基板に装着し
た状態を示す断面図である。
【図８】 本発明の第２実施形態における電力制御系電
子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図９】 図８に示す第２回路装置の変形例を示す断面
図である。
【図１０】 本発明の第３実施形態における電力制御系
電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図１１】 図１０に示す第２回路装置の変形例を示す
断面図である。
【図１２】 本発明の第４実施形態における電力制御系
電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図１３】 図１２に示す第２回路装置の変形例を示す
断面図である。
【図１４】 本発明の第５実施形態における電力制御系
電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図１５】 図１４に示す第２回路装置の変形例を示す
断面図である。
【図１６】 従来の電力制御系電子回路装置の断面図で
ある。
【符号の説明】
１００…第１回路装置、１０１…第２回路装置、１０２
…第３回路装置、１０３…第４回路装置、１０４…第５
回路装置、１０５…第６回路装置、１０６…第７回路装
置、１１１…半導体素子、１１１ａ…一方面、１１１ｂ
…他方面、１１１ｃ…第１電極、１１１ｄ…第２電極、
１１２…バンプ、１１４…金属部材、１１４ｂ…取付用
部材、１１６…第２回路基板、１２０…放熱部材、１２
０ａ…支持部材、１３３…第１回路基板、１３４…第２
金属部材、１３６、１３６−１…スプリング線、１３６
ａ…第２屈曲部、１３９、１３９−１…金属リード、１
３９ａ…第１屈曲部、１４１、１４１−１、１４２、１
４２−１…金属ワイヤ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 康司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 中島 康文 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに対向する両面（１１１ａ、１１１
    ｂ）に電極（１１１ｃ、１１１ｄ）を有し駆動電流制御
    を行う放熱の必要な半導体素子（１１１）と、 上記半導体素子の上記両面の内、一方の面（１１１ａ）
    に存在する第１電極（１１１ｃ）と金属板（１３４）を
    介して電気的に接続され上記金属板及び上記半導体素子
    を載置する第１回路基板（１３３）と、 上記半導体素子の上記両面の内、他方の面（１１１ｂ）
    側であって上記第１基板に対向して配置され、上記半導
    体素子の制御回路を有する第２回路基板（１１６）と、 上記他方面に存在する第２電極（１１１ｄ）と上記第２
    回路基板とを電気的に直接接続する金属線（１３６、１
    ３６−１、１３９、１３９−１、１４１、１４１−１、
    １４２、１４２−１）と、を備えたことを特徴とする電
    力制御系電子回路装置。
  2. 【請求項２】 上記金属線は、上記半導体素子の放熱に
    起因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基板と
    の間の伸縮を吸収する第１屈曲部（１３９ａ）を有す
    る、請求項１記載の電力制御系電子回路装置。
  3. 【請求項３】 上記第２電極に接合された上記金属線
    は、上記半導体素子の厚み方向（１１１ｅ）に沿って延
    在する、請求項１記載の電力制御系電子回路装置。
  4. 【請求項４】 上記第１回路基板を載置し、かつ上記第
    ２回路基板を支持する支持部材（１２０ａ）を有する放
    熱部材（１２０）をさらに備え、上記支持部材にて上記
    第２回路基板を支持した状態にて上記金属線は、上記放
    熱に起因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基
    板との間の伸縮を吸収するとともに上記第１回路基板を
    上記放熱板へ押圧する第２屈曲部（１３６ａ）を有す
    る、請求項３記載の電力制御系電子回路装置。
  5. 【請求項５】 互いに対向する両面（１１１ａ、１１１
    ｂ）の内、一方の面（１１１ａ）に第１電極（１１１
    ｃ）を他方の面（１１１ｂ）に第２電極（１１１ｄ）を
    有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子（１１
    １）と、 上記第２電極に形成されるバンプ（１１２）と、 上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と電気的
    に接続される第１面（１１４ａ）を有する金属部材（１
    １４）であって、上記半導体素子の厚み方向（１１１
    ｅ）に沿って上記第１面に立設され、上記バンプが形成
    された上記半導体素子を上記第１面に載置したとき上記
    厚み方向に沿って上記バンプを超える高さを有する金属
    にてなる取付用部材（１１４ｂ）を有する金属部材（１
    １４）と、を備えたことを特徴とする電力制御系電子回
    路装置。
  6. 【請求項６】 上記取付用部材は、一つの金属部材に対
    して３つ以上設けられる、請求項５記載の電力制御系電
    子回路装置。
  7. 【請求項７】 上記他方の面側に配置され、上記バンプ
    及び上記取付用部材の先端部（１１４ｃ）と電気的に接
    続されて上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基
    板（１１６）をさらに備えた、請求項５又は６記載の電
    力制御系電子回路装置。
  8. 【請求項８】 電気絶縁部材（１１９）を介して上記金
    属部材を載置し上記半導体素子から上記金属部材へ伝導
    した熱を放散し、かつ上記第２回路基板を支持する支持
    部材（１２０ａ）を有する放熱部材（１２０）をさらに
    備えた、請求項７記載の電力制御系電子回路装置。
  9. 【請求項９】 互いに対向する両面（１１１ａ、１１１
    ｂ）の一方の面（１１１ａ）に第１電極（１１１ｃ）を
    他方の面（１１１ｂ）に第２電極（１１１ｄ）を有し駆
    動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子（１１１）
    と、 上記第２電極に形成されるバンプ（１１２）と、 上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と電気的
    に接続される第１面（１１４ａ）を有する金属部材（１
    １４）であって、上記半導体素子の厚み方向（１１１
    ｅ）に沿って上記第１面に立設され、上記バンプが形成
    された上記半導体素子を上記第１面に載置したとき上記
    厚み方向に沿って上記バンプを超える高さを有する金属
    にてなる取付用部材（１１４ｂ）を有する金属部材（１
    １４）と、を備えた電力制御系電子回路装置の製造方法
    において、 上記金属部材の上記第１面と上記第１電極とを接触させ
    て上記第１面上に上記半導体素子を載置して高温炉内に
    て加熱し、 溶融した半田を上記高温炉内にて上記第１面に供給し、 上記第１面と上記第１電極との間に存在する上記溶融半
    田内から気泡を排除するように上記半導体素子と上記金
    属部材とを相対的に押圧し、 上記押圧状態を維持したまま降温して上記溶融半田を凝
    固させ、上記半導体素子と上記金属部材とを接合する、
    ことを特徴とする電力制御系電子回路装置の製造方法。
  10. 【請求項１０】 上記他方の面側に配置され上記半導体
    素子の制御回路を有する第２回路基板（１１６）に対し
    て、上記バンプ及び上記取付用部材の先端部（１１４
    ｃ）を電気的に接続することをさらに備え、 複数の上記金属部材を上記第２回路基板へ取り付けると
    き、上記第２回路基板に対する全ての上記金属部材の高
    さが統一されるように、各金属部材間にて上記取付用部
    材の高さを調整する、請求項９記載の電力制御系電子回
    路装置の製造方法。
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