JP3715590B2 - インサート成形ケース及び半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はインサート成形ケース及びそれを適用した半導体装置に関し、特にインサート成形ケースにおいて端子をケース本体に強固に固定するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7に第1の従来技術に係る電力用半導体装置750を説明するための平面図を示す。また、図7中の破線で囲んだ部分8の拡大図を図8に示し、図8中の9−9線における断面図を図9に示す。
【0003】
電力用半導体装置750では、放熱板757上にはんだを介して、例えばセラミック等から成る絶縁基板756が配置されている。そして、絶縁基板756上に回路パターン754が形成されており、回路パターン754上には複数の電力用半導体チップ753がそれぞれはんだを介して配置されている。そして、電力用半導体チップ753を取り囲むように、枠状のインサート成形ケース(以下、単に「ケース」とも呼ぶ)800が放熱板757上に配置されている。
【0004】
ケース800は、例えば樹脂から成る絶縁性のケース本体810と、ケース本体810内にインサートされた複数の端子850と、を含んでいる。端子850のボンディング面853と、電力用半導体チップ753と、回路パターン754とは、ワイヤ752によって互いに所定に接続されている。
【0005】
図8及び図9に示すように、端子850は先端側部分の一部にツブシ加工により厚さを薄くしたツブシ部855を有しており、ツブシ部855はボンディング面853と段差(例えば0.2〜0.3mm)を成している。そして、端子850は、ツブシ部855がケース本体810内に埋設され且つボンディング面853がケース本体810の表面と同じ高さレベルで露出するように、ケース本体810内に埋設されている(インサートされている)。
【0006】
次に、図10に第2の従来技術に係るインサート成形ケース900の端子950付近の平面図を示し、図10中の11−11線における断面図を図11に示す。ケース900は上述のケース800に変えて電力用半導体装置750に適用される。ケース900用の成形金型にはガイドピンが設けられており、当該ガイドピンは成形時に端子950をガイドし、保持する。このため、以下、ケース900をピンガイド型のケース900とも呼ぶことにする。
【0007】
図10及び図11に示すようにケース900は上述のガイドピンに起因した穴912を有しており、穴912内において電極950が露出している。ケース900においても端子950のボンディング面953がケース本体910の表面と同じ高さレベルになるように成形されている。
【0008】
なお、ケース800,900内に不図示のシリコンゲルが充填され、電力用半導体チップ753等が封止される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ケース800は端子850のボンディング面853がケース本体810の表面と同じ高さになるようにインサート成形されるので、成形金型とツブシ部855との間の隙間はボンディング面853とツブシ部855との上記段差(例えば0.2〜0.3mm)に相当する。そのような狭い隙間に起因して、図9に示すようにツブシ部855上にケース本体810用の樹脂が十分に配置(充填)されない場合、つまりツブシ部855が十分に埋設されない場合が生じうる。かかる場合、端子850はケース本体810に十分に保持されないため、例えば端子850が浮き上がってワイヤボンディングが安定的に実施できない、換言すればワイヤボンディングの強度が不十分になってしまう。
【0010】
さらに、端子850はツブシ部855を加工する必要性があるので、その加工コストがケース800及び半導体装置750を高価にしてしまう。
【0011】
他方、ピンガイド型のケース900ではガイドピン穴912内の空気がシリコンゲル中に気泡を形成するので、該気泡に起因して半導体装置に不具合が発生する場合がある。
【0012】
また、ケース900用の成形金型にはガイドピンを精度良く設ける必要があるため、ケース900及び半導体装置750が高価になってしまう。
【0013】
本発明はかかる点に鑑みて成されたものであり、従来のケース800,900よりも端子がケース本体に強固に固定されたインサート成形ケースを安価に提供することを第1の目的とする。
【0014】
さらに、本発明は第1の目的を実現しうるインサート成形ケースを用いることによって半導体装置を安価に提供することを第2の目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のインサート成形ケースは、電気回路を収容して半導体装置を形成するインサート成形ケースであって、絶縁性のケース本体と、ボンディング面及び前記ボンディング面に引き続く側面を有し、前記ボンディング面が露出するように前記ケース本体内にインサートされた端子と、を備え、前記ケース本体は、前記端子の幅方向において前記ボンディング面の両側に設けられており前記ボンディング面に引き続く前記側面に接すると共に前記ボンディング面には接せずにそれよりも突出した突出部を含んでおり、前記突出部間の距離をL1とし、前記端子の幅をL2とするとき、L1≦L2、且つ、L1≒L2を満たす。
【0016】
請求項2に記載のインサート成形ケースは、請求項1に記載のインサート成形ケースであって、前記端子の前記側面は、前記ボンディング面に引き続く、プレスせん断により発生したダレ面を含み、前記ダレ面に前記突出部が接している。
【0017】
請求項3に記載の半導体装置は、請求項1又は請求項2に記載のインサート成形ケースと、前記インサート成形ケース内に収容されており、前記端子の前記ボンディング面とワイヤにより接続された電気回路と、を備える。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1に本発明の実施の形態に係る電力用半導体装置ないしは電力用半導体モジュール50を説明するための平面図を示す。電力用半導体装置50は、放熱板57と、例えばセラミック等から成る絶縁基板56と、電気回路51と、ワイヤ52と、枠状のインサート成形ケース(以下、単に「ケース」とも呼ぶ)100と、を含んでいる。
【0019】
詳細には、放熱板57上に不図示のはんだを介して絶縁基板56が配置されている。そして、絶縁基板56を介して放熱板57に対面するように当該絶縁基板56上に導電性の回路パターン54が形成されており、回路パターン54上には複数の電力用半導体チップ53がそれぞれ不図示のはんだを介して配置されている。電力用半導体チップ53は例えばスイッチング用素子であり、一例としてIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が挙げられる。複数の電力用半導体チップ53及び回路パターン54はワイヤ55によって所定に接続されている。すなわち、電力用半導体チップ53、回路パターン54、及び、ワイヤ55で以て絶縁基板56上に電気回路51が形成されている。なお、回路パターン54上には電力用半導体チップ53を位置決めするためのレジスト58が配置されている。
【0020】
そして、枠状のケース100の一方の開口を塞ぐように放熱板57が配置されており、これによりケース100と放熱板57とで以て箱体ないしは器体が形成されている。このとき、ケース100と放熱板57とは該箱体内に、換言すれば枠状のケース100内に、電気回路51が収容されるように配置されている。
【0021】
ケース100は、例えば樹脂から成る絶縁性から成り枠体を形作っているケース本体110と、ケース本体110内にインサートされた複数の端子150と、を含んでおり、端子150のボンディング面153(図2乃至図5参照)と電気回路51とがワイヤ52によって電気的に接続されている。なお、ケース100は後に詳述する。
【0022】
電力用半導体装置50は、シリコンゲルと、蓋と、回路基板とをさらに含んでいる。具体的には、ケース100と放熱板57とで以て形成された箱体内には電気回路51を覆って例えば不図示のシリコンゲルが充填され、さらに不図示の蓋がされる。電力用半導体装置50では端子150の第1部分151(図2乃至図5)の先端にケース100内において不図示の回路基板が接続される。
【0023】
次に、図2乃至図5を参照してケース100を詳述する。なお、図2は図1中の破線で囲んだ部分2の拡大図であり、図3は図2中の矢印3の方向からケース100を見た図であり(説明のためハッチングを施している)、図4は図2中の4−4線における断面図であり、図5は図2乃至図4中の5−5線における断面図である。なお、図面の煩雑化を避けるため、例えば図3及び図4ではケース本体110の一部(端子150の第1部分151に対面する部分)の図示を省略している。
【0024】
ここでは説明の簡単のため端子150はL字型に曲げられた板状部材から成る場合を挙げ、L字型の一辺及び他辺を第1部分151及び第2部分152とそれぞれ呼ぶことにする。
【0025】
端子150は上記枠体内側において第1部分151の板状主面が枠体の側壁部分に対面するように且つ第2部分152の先端が上記枠体内側に向けて突出するように配置されており、端子150の折り曲げ部付近はケース本体110内に埋設されている(インサートされている)。
【0026】
第1部分151の少なくとも先端はケース本体110の表面から突出している。なお、電力用半導体装置50では第1部分151の先端はケース本体110内において不図示の回路基板に接続されるため図5には第1部分151がケース本体110の側壁部分よりも低い場合を図示しているが、該先端をケース本体110の側壁部分よりも高くして外部引き出し端子として用いることも可能である。
【0027】
他方、第2部分152において上記板状部材の一方の主面はボンディング面153を成しており、第2部分はさらに、ボンディング面153に対向する板状主面(以下、裏面とも呼ぶ)154、及び、裏面154とボンディング面153との間に裏面154及びボンディング面153に引き続く側面155を有している。なお、側面155のうちで第2部分152の長さ方向の端面を先端面156とも呼ぶことにする。
【0028】
第2部分152はボンディング面153が露出するようにケース本体110内に埋設されている(インサートされている)。すなわち、第2部分152の裏面154及び側面155はケース本体110に接している。なお、図2等では第2部分152の先端面156が露出する場合を図示しているが、当該先端面156が露出しないようにしても構わない。
【0029】
特に、ケース本体110において第2部分152の側面155に接する部分111はボンディング面153よりも突出しており、ボンディング面153の平面視において(図2参照)当該部分111とボンディング面153とは第2部分152の幅の方向DWに交互に並んでいる。以下、当該部分111を「突出部111」と呼ぶことにする。すなわち、突出部111は第2部分152の幅方向DWにおいて第2部分152の両側にそれぞれ設けられており、当該突出部111は第2部分152の側面155に接すると共にボンディング面153よりも突出している。ボンディング面153に対する突出部111の突出量(突出高さ)aはワイヤボンディング装置がワイヤボンディング作業をしうるように設定され、例えば0.25mm以下である。
【0030】
しかも、突出部111間の距離L1と第2部分152の幅L2とは等しく設定されている(L1=L2)或いは大略等しく設定されている(L1≒L2)。ここで、第2部分152においてボンディング面153の平面視上(図2参照)、先端面156付近ないしは先端側部分152Aが折り曲げ部側部分152Bに対して幅狭になっているが、先端側部分152A及び折り曲げ部側部分152Bのいずれにおいても上述のL1=L2(又はL1≒L2)を満たしている。なお、幅狭の先端側部分152Aによれば端子150をプレスせん断する際に先端側部分152Aへの加重を減らすことができる。なお、第2部分152の幅L2は例えば、先端側部分152Aにおいて約0.8mm、折り曲げ部側部分152Bにおいて約1.4mmである。
【0031】
このように、ケース本体110の突出部111は端子150の側面155に接すると共にボンディング面153よりも突出しており、さらに突出部111間の距離L1と端子150の第2部分152の幅L2とが(大略)等しい。このため、第2部分152の幅方向DW両側に、突出部111としてのケース本体110用樹脂が従来のケース800,900に比べて十分に配置され、しかも突出部111はボンディング面153を幅方向DWにおいて挟み込むように配置されている。従って、ボンディング面153を十分に確保しつつ端子150を、特にボンディング面153をケース本体110に対して強固に固定することができるので、安定的にワイヤボンディングを実施してボンディング強度を増大させることができる。その結果、ケース100を用いることにより生産性及び歩留まりが向上し、電力用半導体装置50を安価に提供することができる。
【0032】
また、ケース100によれば、従来のケース800のように端子850にツブシ加工を施したり、従来のケース900のように成形金型にガイドピンを精度良く設ける必要が無い。つまり、ツブシ加工やガイドピンの配置についてのコストを削減することによっても電力用半導体装置50を安価にすることができる。また、ケース100はガイドピン穴912自体を有さないので、該穴912に起因した気泡がシリコンゲル内に形成されることがなく、従って当該気泡が電力用半導体装置50に不具合を引き起こすことがない。
【0033】
さて、端子150をプレスせん断で形成した場合、図3及び図4の拡大図に相当の図6に示すように、端子150の縁(エッジ)にダレ面157が形成される。なお、ここではダレ面157は側面155の一部として扱う。当該ダレ面157を利用することによって端子150をより強固にケース本体110に固定することができる。
【0034】
具体的には、ダレ面157に引き続く(換言すればダレ面157に近い側の)板状主面をボンディング面153に選定し、且つ、当該ダレ面157に突出部111が接するように(被さるように)ケース100を成形する。ボンディング面153の平面視におけるダレ面157の幅(幅方向DWの寸法)は例えば約0.2mmであり、このとき、突出部111間の幅L1と端子150の第2部分152の幅L2とは大略等しい(L1≒L2)がL1の方がL2よりも若干小さい(L1<L2。ここではL2−L1=0.4mm)。
【0035】
このようにダレ面157上にも突出部111を形成することにより、第2部分152の幅方向DWにおける端部がケース本体110内に埋設されるので、端子150を成す板状部材の厚さ方向DTにも突出部111によって第2部分152が固定される。このため、端子150を、従ってボンディング面をより強固にケース本体110に固定することができ、ワイヤボンディングの安定性及びボンディング強度をさらに増大させることができる。このとき、プレスせん断された端子150においてダレ面157に引き続く板状主面をボンディング面153に選定するという簡単な手段によって、かかる効果が得られる。
【0036】
なお、上述の例のようにダレ面157の幅は第2部分152の幅L2に比して小さいので、ボンディング面153は十分に確保される。
【0037】
ところで、端子150は電力用半導体装置50において制御用端子であっても良いし、当該制御用端子よりも幅が広い高電圧・大電流用端子であっても良い。
【0038】
また、電気回路51は電力用半導体チップ53に変えて又は加えて低電圧用半導体チップを含んでいても良く、つまりケース100の適用範囲は電力用半導体装置50に限られない。
【0039】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、ケース本体の突出部は端子の側面に接すると共にボンディング面よりも突出しており、さらに突出部間の距離L1と端子の幅L2とはL1≦L2且つL1≒L2を満たす。このため、端子の幅方向両側に十分な大きさ(量)の突出部が配置され、しかも突出部はボンディング面を上記幅方向において挟み込むように配置されている。従って、ボンディング面を十分に確保しつつケース本体に対して端子が、特にボンディング面が強固に固定されるので、安定したワイヤボンディングを可能にし、ボンディング強度を増大させることができる。このとき、本発明のインサート成形ケースでは端子にツブシ加工を施したり成形金型にガイドピンを設ける必要が無いので、安価に上記効果を得ることができる。また、ガイドピンを用いないのでケース本体にガイドピン穴が形成されず、従って当該穴内の空気に起因した不具合が生じない半導体装置を提供することができる。
【0040】
請求項2に係る発明によれば、ダレ面に突出部が接しているので、端子の幅方向の端部がケース本体内に埋設され、これにより突出部によって端子がその厚さ方向にも固定される。このため、端子を、従ってボンディング面をケース本体に、より強固に固定することができる。従って、ワイヤボンディングの安定性及びボンディング強度をさらに増大させることができる。しかも、プレスせん断により製造された端子においてダレ面に引き続く面をボンディング面に選定するという簡単な手段によって、上記効果が得られる。
【0041】
請求項3に係る発明によれば、請求項1又は請求項2に記載のインサート成形ケースを用いるので生産性及び歩留まりが向上し、その結果、安価な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係る電力用半導体装置を説明するための平面図である。
【図2】 図1中の破線で囲んだ部分2の拡大図である。
【図3】 図2中の矢印3の方向からインサート成形ケースを見た図である。
【図4】 図2中の4−4線における断面図である。
【図5】 図2乃至図4中の5−5線における断面図である。
【図6】 本発明の実施の形態に係るインサート成形ケースを説明するための拡大図である。
【図7】 第1の従来技術に係る電力用半導体装置を説明するための平面図である。
【図8】 図7中の破線で囲んだ部分8の拡大図である。
【図9】 図8中の9−9線における断面図である。
【図10】 第2の従来技術に係るインサート成形ケースを説明するための平面図である。
【図11】 図10中の11−11線における断面図である。
【符号の説明】
50 電力用半導体装置、51 電気回路、52 ワイヤ、100 インサート成形ケース、110 絶縁性のケース本体、111 突出部、150 端子、153 ボンディング面、155 側面、157 ダレ面、DW 幅方向、L1突出部間の距離、L2 端子の第2部分の幅。
Claims (3)
- 電気回路を収容して半導体装置を形成するインサート成形ケースであって、
絶縁性のケース本体と、
ボンディング面及び前記ボンディング面に引き続く側面を有し、前記ボンディング面が露出するように前記ケース本体内にインサートされた端子と、を備え、
前記ケース本体は、前記端子の幅方向において前記ボンディング面の両側に設けられており前記ボンディング面に引き続く前記側面に接すると共に前記ボンディング面には接せずにそれよりも突出した突出部を含んでおり、
前記突出部間の距離をL1とし、前記端子の幅をL2とするとき、L1≦L2、且つ、L1≒L2を満たす、
インサート成形ケース。 - 請求項1に記載のインサート成形ケースであって、
前記端子の前記側面は、前記ボンディング面に引き続く、プレスせん断により発生したダレ面を含み、
前記ダレ面に前記突出部が接している、
インサート成形ケース。 - 請求項1又は請求項2に記載のインサート成形ケースと、
前記インサート成形ケース内に収容されており、前記端子の前記ボンディング面とワイヤにより接続された電気回路と、を備える、
半導体装置。
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