(57)【要約】【課題】本発明は端子の位置ずれを容易に把握できる電力用半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】半導体素子と、該半導体素子を覆い、外壁に他の部分より低く形成された樹脂筐体凹部を有する樹脂筐体と、該樹脂筐体内で該半導体素子と電気的に接続され、該樹脂筐体凹部から該樹脂筐体外部に伸びる端子とを備える。そして、該樹脂筐体凹部における該端子の位置は該端子の位置ずれの情報を与えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を覆い、外壁に他の部分より低く形成された樹脂筐体凹部を有する樹脂筐体と、
前記樹脂筐体内で前記半導体素子と電気的に接続され、前記樹脂筐体凹部から前記樹脂筐体外部に伸びる端子とを備え、
前記樹脂筐体凹部における前記端子の位置は前記端子の位置ずれの情報を与えることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記端子は複数配置され、
前記樹脂筐体の外壁には前記端子毎に個別に独立した前記樹脂筐体凹部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記端子は複数配置され、
前記端子は、
前記半導体素子と電気的に接続された柱状電極と、
導電性接着剤により前記柱状電極と固着され前記樹脂筐体外部へ伸びるピン電極を備え、
前記樹脂筐体の外壁には前記端子毎に個別に独立した前記樹脂筐体凹部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記半導体素子と熱接続され、かつ、前記樹脂筐体の第１主面から露出した放熱板をさらに備え、
前記端子は複数配置され、
前記端子は前記第１主面と対向する前記樹脂筐体の第２主面から外部に伸びることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
基板上に配置された半導体素子と、
前記基板と前記半導体素子を覆う樹脂筐体と、
前記樹脂筐体内で前記半導体素子と電気的に接続され、前記樹脂筐体の主面から前記樹脂筐体外部に伸びる端子とを備え、
前記樹脂筐体の主面の前記端子と所定間隔離間した部分には他の部分より低い溝である樹脂筐体溝が形成されており、
前記樹脂筐体溝の深さは前記基板および前記半導体素子が外部に露出しない深さであり、
前記樹脂筐体溝はトランスファーモールドにより形成されることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項６】
前記樹脂筐体の主面には前記端子を複数備え、
前記端子と他の端子との間に前記樹脂筐体溝が形成されたことを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記端子は、
前記半導体素子と電気的に接続され前記樹脂筐体外部へ露出する面に孔を有する柱状電極と、
前記柱状電極の前記孔に圧入されることにより前記柱状電極と接続され前記樹脂筐体外部へ伸びるピン電極とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記樹脂筐体の主面に配置され、前記端子の中腹部分を覆い、前記端子の前記樹脂筐体外部に伸びる方向を規定する電極ホルダをさらに備え、
前記電極ホルダは絶縁性であり、かつ、一部で前記樹脂筐体溝に嵌合又は接着を伴う嵌合をすることを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
前記端子は前記樹脂筐体外部に伸びる部分でねじ締結が可能なように孔が設けられたことを特徴とする請求項８に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
前記電極ホルダにはナットが埋め込み配置されており、
前記端子の前記孔は前記ナットと重なるように配置されたことを特徴とする請求項９に記載の電力用半導体装置。
【請求項１１】
樹脂筐体の外壁に他の部分より低い樹脂筐体凹部を形成し、かつ、前記樹脂筐体凹部から柱状電極の一部が露出するように前記樹脂筐体を形成するトランスファーモールドを行う工程と、
前記樹脂筐体凹部と前記柱状電極の位置関係から前記柱状電極の位置ずれ量が規格内か否かを判定する工程と、
前記樹脂筐体凹部に接続点が配されるように前記樹脂筐体外部に伸びるピン電極が前記柱状電極と接続された状態で、前記樹脂筐体凹部に樹脂または接着剤を注入する工程とを備えたことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂筐体が半導体素子を覆い、樹脂筐体外部に伸びる端子を備えた電力用半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体素子は、基板上に形成された回路パターン上に配置される。ここで、半導体素子とはパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴに限定されず、例えばダイオードなどの、電力用半導体装置に用いられる素子をいう。そして半導体素子間や、半導体素子と回路パターンとのワイヤ接続が適宜行われる。
【０００３】
半導体素子と外部との接続を担う端子の一部である柱状電極は回路パターンにはんだ付けなどにより固定される。柱状電極が固定されると、トランスファーモールドにより半導体素子および柱状電極の樹脂封止が行われる。柱状電極は外部と半導体素子を接続するものであるため、トランスファーモールド後には前述の柱状電極の一部が外部に露出している必要がある。
【０００４】
トランスファーモールドにより樹脂筐体が形成された後に、ピン電極と呼ばれる電極が、樹脂筐体外部へ伸びるように柱状電極と接続され電力用半導体装置が完成する。ここで、ピン電極と柱状電極は半導体素子と外部を接続するものであり機能が共通するので両者を一括して端子と称する。一般に電力用半導体装置は複数の端子を備える。従って端子間の空間距離および沿面距離を考慮して、端子間の絶縁距離を確保するように端子が配置される。特許文献１、２には信頼性、品質安定性の向上を図る        電力用半導体装置の構成についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２３３２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１８４３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電力用半導体装置は高電圧を扱うため、電力用半導体装置の製造工程において端子間距離が絶縁距離以上であることを確認する必要がある。つまり、端子が設計された位置からある程度位置ずれしてしまう製造ばらつきは不可避であり、この位置ずれによってもなお端子間の絶縁距離を確保できているか否かを確認する必要がある。
【０００７】
そして、端子数が増加すれば端子間距離の測定に長時間を要するため生産性が低下する問題があった。ここで、端子間距離の測定を容易化するために端子間を離間させる設計とすると電力用半導体装置の小型化を阻害する問題もあった。
【０００８】
このような問題は、樹脂筐体の一面から露出するように放熱板を有する電力用半導体装置の場合に特に顕著である。すなわち、端子が放熱板から電気的な影響を受けないように、放熱板が露出する面と対向する面にのみ集中して配置され、端子間距離測定の測定点および測定時間が増加するため生産性が低下する。また、端子が集中して配置されると端子の接着に用いる導電性の接着剤が端子間を導通して絶縁特性を悪化させる問題もあった。
【０００９】
さらに、樹脂筐体を形成するトランスファーモールドを行う工程において、端子と樹脂の間にエアーが残存し、端子の絶縁特性を悪化させる問題もあった。
【００１０】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、端子の絶縁特性を向上させ、しかも容易に端子の位置ずれ量を把握できる電力用半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の発明にかかる電力用半導体装置は、半導体素子と、該半導体素子を覆い、外壁に他の部分より低く形成された樹脂筐体凹部を有する樹脂筐体と、該樹脂筐体内で該半導体素子と電気的に接続され、該樹脂筐体凹部から該樹脂筐体外部に伸びる端子とを備える。そして、該樹脂筐体凹部における該端子の位置は該端子の位置ずれの情報を与えることを特徴とする。
【００１２】
本願の発明にかかる電力用半導体装置は、基板上に配置された半導体素子と、該基板と該半導体素子を覆う樹脂筐体と、該樹脂筐体内で該半導体素子と電気的に接続され、該樹脂筐体の主面から該樹脂筐体外部に伸びる端子とを備える。そして、該樹脂筐体の主面の該端子と所定間隔離間した部分には他の部分より低い溝である樹脂筐体溝が形成されており、該樹脂筐体溝の深さは該基板および該半導体素子が外部に露出しない深さであり、該樹脂筐体溝は該樹脂筐体をトランスファーモールドにより形成するときに形成されることを特徴とする。
【００１３】
本願の発明にかかる電力用半導体装置の製造方法は、樹脂筐体の外壁に他の部分より低い樹脂筐体凹部を形成し、かつ、該樹脂筐体凹部から柱状電極の一部が露出するように該樹脂筐体を形成するトランスファーモールドを行う工程と、該樹脂筐体凹部と該柱状電極の位置関係から該柱状電極の位置ずれ量が規格内か否かを判定する工程とを備える。そして、該樹脂筐体凹部に接続点が配されるように該樹脂筐体外部に伸びるピン電極が該柱状電極と接続された状態で、該樹脂筐体凹部に樹脂または接着剤を注入する工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により端子の位置ずれを容易に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の電力用半導体装置の斜視図である。
【図２】図１の樹脂筐体内部の構造を説明する斜視図である。
【図３】図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図４】トランスファーモールド工程について説明する図である。
【図５】トランスファーモールド工程後の構成について説明する図である。
【図６】実施形態２の電力用半導体装置の斜視図である。
【図７】図６のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図８】トランスファーモールド工程におけるモールド樹脂の流れを説明する図である。
【図９】トランスファーモールド工程におけるモールド樹脂の流れを説明する図である。
【図１０】トランスファーモールド工程におけるモールド樹脂の流れを説明する図である。
【図１１】ピン電極が柱状電極に圧入される構成について説明する、柱状電極及びその近傍の断面図である。
【図１２】スター形状のピン電極の平面図である。
【図１３】スター形状のピン電極の正面図である。
【図１４】ニードルアイ形状のピン電極の正面図である。
【図１５】実施形態３の電力用半導体装置の斜視図である。
【図１６】図１５のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図１７】実施形態４の電力用半導体装置の斜視図である。
【図１８】図１７のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図１９】電力用半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１
本実施形態は図１〜５を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態についても同様である。
【００１７】
図１は本実施形態の電力用半導体装置の外観を説明する斜視図である。そして図２は図１の樹脂筐体内部の構造を説明する斜視図である。さらに、図３は図１のＩ−Ｉ断面図である。以後図１、２、３を参照して本実施形態の電力用半導体装置の構成について説明する。本実施形態の電力用半導体装置の外観は図１に示すように樹脂筐体１０から柱状電極１６の一部およびピン電極１４が外部に伸びるものである。樹脂筐体１０はたてよこが７６ｍｍ×４５ｍｍであり、厚さが８ｍｍであるが特にこれに限定されない。また、柱状電極１６とピン電極１４を総括して端子１５と称する。
【００１８】
このような端子１５は、樹脂筐体１０が他の部分より低く形成された樹脂筐体凹部１２から樹脂筐体１０外部へ伸びる。ここで、樹脂筐体凹部１２は、図１に示されるように複数配置された端子１５毎に個別に独立して設けられるものである。本実施形態において樹脂筐体凹部１２は樹脂筐体１０の外壁に対して１００μｍ程度低く形成されている。また、樹脂筐体１０には電力用半導体装置にヒートシンクなどを取り付けるためにザグリ形状に加工された取り付け穴１７が形成されている。
【００１９】
樹脂筐体内部を表す図２に示すように、放熱板２４上に形成された回路パターン２８にＩＧＢＴ２０およびＦｗ−Ｄｉ（フリーホイールダイオード）２２がはんだ付けなどにより取り付けられる。ここで放熱板２４は主にアルミニウムなどを材料とする厚さ２ｍｍ程度の板材であり、ＩＧＢＴ２０やＦｗ−Ｄｉ２２の放熱を行うためにこれらと熱接続される。そして、回路パターン２８は放熱板２４と導通しないように、接着剤として機能するエポキシ樹脂にアルミナなどの比較的熱伝導率の高い絶縁材料を混合した熱伝導性絶縁接着層２６を介して放熱板２４と接着される。回路パターン２８は電気伝導性に優れる銅などを含む材料で形成される。
【００２０】
前述した回路パターン２８に対して直立するようにして柱状電極１６が配置される。柱状電極１６はＩＧＢＴ２０およびＦｗ−Ｄｉ２２（以後半導体素子と称する場合がある）を外部と電気的に接続するために配置されるものである。柱状電極１６ははんだ付けなどにより回路パターン２８と接続される。そして、柱状電極１６は前述したピン電極１４と接続可能なように樹脂筐体１０外部へ露出すべき面に孔を有する。図１では柱状電極１６の孔の開放面の一部が表面に露出する様子が描かれている。
【００２１】
そして、設計した回路構成を得るためにＩＧＢＴ２０、Ｆｗ−Ｄｉ２２、回路パターン２８はワイヤ３０により適宜接続される。ワイヤ３０による接続は超音波ワイヤボンディングなどの手法が用いられる。一般的な電力用半導体装置と同様に、ＩＧＢＴ２０の裏面はコレクタであり、Ｆｗ−Ｄｉ２２の裏面はカソードであり、両者は回路パターン２８と接続される。図１における樹脂筐体１０の内部は上述の構成を備える。
【００２２】
図３を参照して柱状電極１６とピン電極１４の接続について説明する。ピン電極１４は柱状電極１６の孔に挿入されてピン電極１４と柱状電極１６が接続されている。この接続は柱状電極１６の孔内壁に塗布された導電性接着剤により強化されている。
【００２３】
図４と図５を参照して本実施形態の電力用半導体装置の製造方法について説明する。図２に示される構造（以後インサート構造物と称する）が製造されると、この構造を水分や異物などから保護する樹脂筐体１０を形成する工程へ処理が進められる。樹脂筐体１０はトランスファーモールド法により形成される。
【００２４】
図４はトランスファーモールド工程を説明する図である。図４に示されるように、前述のインサート構造物は上金型４０と下金型４２で構成されるキャビティ４４内部へ配置される。上金型４０内壁には他の部分よりも突出した部分である上金型凸部４５が形成されている。この上金型凸部４５が柱状電極１６の上面と接触し、かつ、放熱板２４が下金型４２の内壁と接触した状態で型締めが行われる。次いでキャビティ４４内部にたとえばエポキシ樹脂などのモールド樹脂が充填され、加圧加熱されることで樹脂筐体１０が成型される。図５は樹脂筐体１０が成型されて金型から取り出された状態を説明する図である。
【００２５】
次いで、図３を参照して説明したようにピン電極１４が取り付けられ電力用半導体装置が完成する。
【００２６】
一般に、電力用半導体装置の端子は設計段階においては、端子間の距離が絶縁距離を確保するように配置される。しかしながら、インサート構造物の寸法精度や、柱状電極を回路パターンにはんだ付けする際に用いる冶具の寸法精度や、はんだが所望の場所以外に付着することを防止するはんだレジストの寸法精度などに起因して柱状電極が設計位置から位置ずれする場合がある。これを考慮して電力用半導体装置の製造工程においては端子間の距離が絶縁距離を確保できているかを確認することが多い。この確認工程を位置ずれ検査と称する。特に高電圧を扱う電力用半導体装置ではこの位置ずれ検査が不可欠である。
【００２７】
前述の位置ずれ検査は、樹脂筐体１０の外形形状を基準とすることが多く、測定冶具を用いる必要があるため検査作業が煩雑になるという問題があった。また端子数が増加すると検査に長時間を要し、生産性が低下する問題もあった。特に樹脂筐体から放熱板が露出し、放熱板−端子間の沿面距離も十分離間させる必要がある場合には端子を集中配置せざるを得ないことがありさらに検査を複雑化させる問題もあった。また、特に端子を集中配置した場合には、端子を構成する柱状電極とピン電極の接着に用いられる導電性接着剤が飛散し端子間の絶縁が確保できない問題もあった。また、位置ずれ検査を簡略化するためには、設計的に十分な端子間距離を取る事が考えられるが、電力用半導体装置を必要以上に大型化することが必要であった。
【００２８】
本実施形態の電力用半導体装置とその製造方法によれば上述の問題を解決できる。すなわち、複数配置された端子１５毎に形成された樹脂筐体凹部１２とその樹脂筐体凹部１２から伸びる端子１５との相対位置を比較するだけで容易に位置ずれ検査ができる。よって前述の測定冶具を用いる必要がない。故に検査作業が簡便であり生産性を向上できる。また、位置ずれ検査を容易化するために電力用半導体装置を大型化する必要もなく小型化が可能である。
【００２９】
たとえば、端子１５が樹脂筐体凹部１２から外部に伸びている限りにおいて、絶縁特性を確保できると判断できるように樹脂筐体凹部１２の広がりを定めておき、位置ずれ検査においては「端子１５が樹脂筐体凹部１２から外部に伸びている」ことのみを検査するとしても良い。この場合、端子が樹脂筐体凹部以外の樹脂筐体外壁の平坦な部分から伸びているものは不良品として検出でき容易に電力用半導体装置の出荷可否を判断できる。
【００３０】
さらに複数の端子１５に対して端子１５毎に独立した樹脂筐体凹部１２が形成されているため、導電性接着剤３３は柱状電極１６の孔の外に漏れ出したとしても樹脂筐体凹部１２の内壁部分に留まる。したがって導電性接着剤３３が端子１５と他の端子を導通してしまう問題を回避できる。
【００３１】
本実施形態においては位置ずれ検査で、端子１５の位置ずれの情報を与えるのは端子１５が樹脂筐体凹部１２から伸びているか否かであるとしたが本発明はこれに限定されない。樹脂筐体凹部１２とそこから伸びる端子１５との相対位置の関係から位置ずれ量が所定の規格内か否かを判断できる限りにおいて樹脂筐体凹部の広がりは限定されない。
【００３２】
本実施形態では端子１５毎に独立に樹脂筐体凹部１２が形成されている構成を説明したが本発明はこれに限定されない。導電性接着剤による端子間の導通の懸念がないほど端子間が離間しており、かつ、端子の位置ずれ量が容易に把握できる限りにおいて端子毎に樹脂筐体凹部が形成されなくても良い。
【００３３】
本実施形態では図１に示すように電力用半導体装置は樹脂筐体凹部１２が凹部としてそのまま残ることとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、樹脂筐体凹部１２は位置ずれ検査後に樹脂によって埋め込まれても良い。これにより柱状電極１６とピン電極１４の接続部の保護ができる。この埋め込みは、電力用半導体装置を湿度が高い環境で用いる場合や振動の激しい環境で用いる場合に特に効果的である。
【００３４】
本実施形態ではトランスファーモールドを行う工程において用いる上金型４０が上金型凸部４５を備えることとしたが本発明はこれに限定されない。上金型凸部４５を有しない上金型４０を用い、樹脂筐体の端子が伸びるべき面を平坦に形成しておき、その後機械加工やエネルギービーム加工で樹脂筐体凹部に相当する部分を作成してもよい。この場合上金型に上金型凸部を形成する必要がなくなり、かつ、上金型を汎用化できる利益がある。
【００３５】
本実施形態では柱状電極１６とピン電極１４が導電性接着剤３３により接着されることとしたが本発明はこれに限定されない。すなわち、柱状電極はめねじを形成したナットであり、そこにおねじが形成されたピン電極を挿入してねじ締めすることにより両者を接続してもよい。また、ピン電極自体を備えない端子であってもよい。すなわち、柱状電極に孔が形成されておらず柱状電極の樹脂筐体から露出した部分をはんだボールや導電性接着剤によって外部と接続することとしても良い。同様に接着剤を用いずにはんだ付けや溶接などの接続方法により柱状電極−ピン電極間あるいは柱状電極−外部間を接続してもよい。このように本実施形態の特徴は位置ずれ検査を容易化できることであるから、この実施形態で言及した材料や寸法、構成についてはこの特徴を失わない限りにおいて任意に定められるものである。たとえば、半導体素子はＩＧＢＴやＦｗ−Ｄｉに限定されない。
【００３６】
実施の形態２
本実施形態は図６〜１４を参照して説明する。図６は本実施形態の電力用半導体装置の外観を説明する斜視図である。図６に示される本実施形態の電力用半導体装置は樹脂筐体１０の表面に樹脂筐体溝５０が形成されている点が実施形態１で説明した電力用半導体装置と相違する。
【００３７】
図７は図６のＩＩ−ＩＩ断面図である。図７に示されるように樹脂筐体溝５０は端子１５を挟むように端子１５の左右に配置されている。ここで、放熱板２４、熱伝導性絶縁接着層２６、回路パターン２８をまとめて基板２９（メタルベース基板と呼ばれることもある）と称する。樹脂筐体溝５０の深さは、基板２９上におけるモールド樹脂の厚さを他の部分と比較して半減させる程度の深さである。つまり、樹脂筐体溝５０の底部は樹脂筐体１０の外壁から基板２９の中間程度の位置まで及ぶ。また、樹脂筐体溝５０の幅は１ｍｍ程度である。
【００３８】
本実施形態の電力用半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態の電力用半導体装置の製造方法は実施形態１との相違点のみ説明する。前述した樹脂筐体溝５０はトランスファーモールド法により樹脂筐体が形成されるときに樹脂筐体凹部１２とともに製造されるものである。すなわち、トランスファーモールドの際に用いられる上金型は図４で説明した上金型４０と類似するが、上金型凸部４５と同様に樹脂筐体溝５０を形成するための上金型凸部（溝用上金型凸部と称する）をさらに備える。
【００３９】
このような上金型を用いてトランスファーモールドが行われることの意義を説明するために、図８に示された比較例について説明する。比較例で用いられる上金型には溝用上金型凸部はない。図８はこのような上金型によって形成されたキャビティにモールド樹脂が注入されている際の平面図であり、特に柱状電極１６の近傍のモールド樹脂１６の流れについて説明するものである。図８左側に示すように、モールド樹脂５２のうち直接柱状電極１６に向かう成分は柱状電極１６によって塞き止められ流速が低下する。一方、モールド樹脂５２のうち柱状電極１６から離れた部分を流れるモールド樹脂１６の流速は衰えず同図中矢印方向に進行する。
【００４０】
この流速の差に起因して、柱状電極１６から離れた部分を流れるモールド樹脂１６がエアーを巻き込んだ状態で柱状電極１６を取り囲むことがある。その結果、図８右側に示すようにトランスファーモールド終了後も柱状電極１６と接してエアー５４が残存し密着不良を起こす問題があった。密着不良は絶縁不良の原因となり得る問題である。この問題を防止するためにモールド樹脂のキャビティへの注入速度を遅くすることや、キャビティ内部を真空とした状態でモールド樹脂を注入することも考えられる。しかしながらどちらの方法も生産性を悪化させたり、真空装置などの新たな生産設備を要したりするなどの問題があった。
【００４１】
ところが本実施形態の電力用半導体装置の製造方法によれば上述の問題を解決できる。図９、図１０を参照して本実施形態の効果を説明する。図９、１０は図８と同様にキャビティにモールド樹脂５２が注入されている際の平面図であり、モールド樹脂５２の流れについて説明する図である。上述のように樹脂筐体溝５０に対応する溝用上金型凸部５１により柱状電極１６近傍のみならず柱状電極１６から離れた場所でのモールド樹脂５２の流速も抑制される。つまり、図９に示すようにモールド樹脂５２の進行方向に対して平行に溝用上金型凸部５１が形成されていれば、モールド樹脂５２流路を狭くすることができ、前述のエアーの残存を抑制できる。また、図10に示すようにモールド樹脂５２の進行方向に対して垂直に溝用上金型凸部５１が形成されていれば、柱状電極１６の周りの広い範囲でモールド樹脂５２の流速が低下し前述のエアーの残存を抑制できる。
【００４２】
さらに、図６の樹脂筐体溝５０の分布から理解されるように、溝用上金型凸部５１は柱状電極１６の近傍にのみ配置される。よって、柱状電極１６近傍ではモールド樹脂５２の流速が抑制されるものの、それがキャビティ全体にモールド樹脂が充填されるために要する時間に与える寄与は無視できる程度であり生産性を阻害しない。よって高い生産性を維持してエアによる弊害を抑制した信頼性の高い電力用半導体装置が製造できる。
【００４３】
次に、完成品としての電力用半導体装置が樹脂筐体溝５０を有することによる３つの効果を説明する。第１の効果はヒートシンク取り付けによる樹脂筐体と柱状電極の剥離防止効果である。図６の取り付け穴１７にはヒートシンクなどが取り付けられる。そして、ヒートシンクなどがたとえばねじ締めにより電力用半導体装置に取り付けられた場合、電力用半導体装置に対し電力用半導体装置を湾曲させる力（締め付け力と称する）が及ぶことがある。締め付け力によって樹脂筐体と柱状電極が剥離する問題があった。しかしながら、本実施形態の構成によれば前述の締め付け力が樹脂筐体溝５０によって吸収されるので上述の問題を防止できる。なお、電力用半導体装置の樹脂筐体が大型であり、長辺と短辺を有する直方体または略直方体を構成している場合には長辺に対して直行するように樹脂筐体溝を設けるとより高い剥離防止効果を得ることができる。
【００４４】
第２の効果は、沿面距離増加効果である。端子間に樹脂筐体溝５０を設けると端子間の沿面距離が増加するため絶縁距離を確保することが容易となる。この結果、樹脂筐体溝５０がない場合より端子間の平面距離を短くして端子を配置できるため、電力用半導体装置の小型化をなし得る。
【００４５】
第３の効果は、ピン電極が柱状電極に対して圧入されて接続される場合における、ピン電極と柱状電極の接続強度向上効果である。ピン電極は柱状電極に対して圧入によって接続される場合がある。この場合両者の接続に接着剤などの接合剤を要さない利点はあるが接続強度が不十分となる場合があった。すなわち、圧入されるピン電極は柱状電極の孔の内壁をわずかに削って孔の幅を拡張し、柱状電極の内壁からの反発力によって接続状態が維持される。そして、柱状電極の左右はモールド樹脂に挟まれているため前述の孔の幅が拡張する余地に乏しく十分な反発力を得られない問題があった。また、十分な接続強度を得ようと圧入力を大きくする構成とした場合には、樹脂筐体１０に亀裂が生じるなどの問題もあった。
【００４６】
ところが、本実施形態の構成によれば柱状電極１６の近傍に樹脂筐体溝５０が配置されるため、ピン電極を圧入する際に柱状電極１６の孔の幅が十分に拡張される。よってピン電極は孔の内壁から十分な反発力を得ることができ、ピン電極と柱状電極の接続強度を向上できる。
【００４７】
図１１は上述のように圧入されるピン電極について説明する図である。図１１は柱状電極１６の近傍の拡大断面図である。図１１ではピン電極としてスター形状のピン電極６０が用いられる。スター形状のピン電極６０の平面図は図１２に示され、正面図は図１３に示される。スター形状のピン電極６０を用いる場合に樹脂筐体溝５０の深さは、スター形状のピン電極６０が柱状電極１６の内壁と接する部分まで及ぶことが望ましい。また、圧入するべきピン電極は特に限定されないがたとえば図１４に示すニードルアイ形状のピン電極６２であってもよい。
【００４８】
樹脂筐体溝５０をどのように配置するか、つまり、樹脂筐体溝５０に対応する溝用上金型凸部をどのように配置するかは前述のエアーの問題を回避できる限りにおいて任意である。たとえば、図６から把握されるように、端子間の距離が近接している領域ではモールド樹脂がエアーを巻き込みづらいため、その端子間に溝を配置しないこととしてもよい。これは溝の幅と端子間の距離によって決められる。
【００４９】
樹脂筐体溝５０の深さは本実施形態の深さに限定されない。すなわち、樹脂筐体溝５０は深すぎると溝用上金型凸部５１によって過剰にモールド樹脂の流れが遅くなる。一方、樹脂筐体溝５０は浅すぎると溝用上金型凸部５１によってモールド樹脂の流速を低下させる効果が十分得られない。よって、このことを考慮したものであれば前述の半導体素子や基板２９が外部に露出しない限りにおいて樹脂筐体溝５０の深さは特に限定されない。
【００５０】
実施の形態３
本実施形態は図１５、１６を参照して説明する。図１５は本実施形態の電力用半導体装置の外観を説明する斜視図である。図１５に示される本実施形態の電力用半導体装置はピン電極１４の一部を覆う電極ホルダ７０を備える点が実施形態２で説明した電力用半導体装置と相違する。また、ピン電極１４は電極ホルダ７０に覆われる部分において突起を有する点も実施形態２のピン電極と相違する。
【００５１】
図１６は図１５のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図１６に示されるように電極ホルダ７０は、ピン電極１４の中腹部分を覆い、ピン電極が樹脂筐体１０の外部に伸びる方向を規定する。電極ホルダ７０は、図１６から把握されるようにその一部が樹脂筐体溝５０に嵌合する形状である。電極ホルダ７０は絶縁性材料であるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で形成されたものである。
【００５２】
電極ホルダ７０の製造方法はアウトサート方式かインサート方式のどちらかが用いられる。アウトサート方式とはあらかじめピン電極１４の位置に対応する孔を有する電極ホルダ７０を形成しておき、その電極ホルダ７０をピン電極１４に対して圧入することである。一方、インサート方式とは柱状電極１６に接着されたピン電極１４を抱き込むようにモールド樹脂などにより電極ホルダ７０を成型することである。
【００５３】
アウトサート方式とインサート方式のいずれを用いる場合であっても柱状電極１６とピン電極１４を導電性接着剤で接着するための加熱が行われる前に電極ホルダ７０がピン電極１４の中腹部分を覆っているものとする。
【００５４】
図１６から把握されるようにピン電極１４は電極ホルダ７０に覆われる部分において直線的ではなく突起部が設けられている。この突起部は電極ホルダ７０との位置ずれを防止するために設けられるものであり、必須の構成要件ではない。
【００５５】
電力用半導体装置の端子と外部を接続して組み立てを行うためには、外部の基板に設けられたスルーホールに端子を挿入する場合がある。この組み立ての工程で端子がスルーホールに対して正しく挿入されるためには、ピン電極は柱状電極に、樹脂筐体の表面に対して垂直に伸びるように接続される必要がある。しかしながら端子が樹脂筐体の表面から垂直に伸びず組み立てが困難となる問題があった。
【００５６】
ピン電極を樹脂筐体表面に対して垂直に伸びるように柱状電極に接続するためには、ピン電極と柱状電極を導電性接着剤で接続するための熱処理をしている間に位置決めをし続けることが必要となる弊害もあった。また、特に大電流を扱う主電極を構成するピン電極は径が大きくなり前述のスルーホールとの位置がずれると組み立てが困難となる問題があった。
【００５７】
ところが本実施形態では電極ホルダ７０がピン電極１４の伸びる方向を、樹脂筐体１０の表面に対して垂直となるように規定するため上述の組み立てが困難となる問題を回避できる。すなわち本実施形態の電極ホルダ７０は位置決め部品として機能する。
【００５８】
本実施形態ではピン電極と柱状電極は導電性接着剤で接続されることとしたが、圧入により接続されても本発明の効果を失わない。すなわち、ピン電極を柱状電極に対して個別に圧入する際にはピン電極が歪む問題があった。また治具を用いてピン電極全体を位置決めして圧入を行う場合は工程が複雑化し生産性が阻害される問題があった。そこで、本実施形態のように複数のピン電極１４を電極ホルダ７０で連結することでピン電極１４の歪みを回避し、工程を簡素化できる。電極ホルダ７０を用いて前述のように圧入を行うと柱状電極１６の樹脂筐体１０から露出した部分でバリのような盛り上がりを起こすことがある。しかしながらこの盛り上がりは樹脂筐体凹部１２により吸収されるため、電極ホルダ７０が前述のバリに接触して異物が発生するなどの弊害の原因となるバリと電極ホルダ７０との干渉を回避できる。
【００５９】
本実施形態で説明した電極ホルダ７０によるピン電極１４の位置決めの精度を高めるために、電極ホルダ７０が樹脂筐体溝５０と平行方向にも固定されるようにしてもよい。具体的には樹脂筐体溝５０に樹脂筐体溝５０よりさらに深く形成された凹部を設け、電極ホルダ７０には前述の凹部に嵌合する凸部を備える構成とすることが考えられる。この場合樹脂筐体溝５０の凹部と電極ホルダ７０の凸部が嵌合し、電極ホルダ７０は樹脂筐体溝５０と平行方向にも固定される。よって端子が外部に伸びる方向を規定する精度を高めることができる。
【００６０】
本実施形態では電極ホルダ７０の材料はＰＰＳとしたが本発明はこれに限定されない。たとえばピン電極１４が柱状電極１６に対してはんだ付けされる場合にははんだ付けに伴う高温によって溶融しない材料であればよい。このような材料としてはＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）が例示できる。しかし局所フローはんだ付けで比較的低温で処理される場合には、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＡＢＳ樹脂などを用いて電極ホルダを形成することも可能である。
【００６１】
本実施形態では樹脂筐体凹部１２に樹脂などの接着剤を塗布したあとに電極ホルダを樹脂筐体１０に搭載あるいは形成することとしてもよい。この場合、接着剤が柱状電極１６とピン電極１２の接続を強化し、かつ、樹脂筐体１０と電極ホルダ７０の固定も可能となる。
【００６２】
実施の形態４
本実施形態は図１７〜１９を参照して説明する。本実施形態は電力用半導体装置の外部との接続にねじ締結を用いる電力用半導体装置に関する。図１７は本実施形態の電力用半導体装置の外観を説明する斜視図である。図１７に示される本実施形態の電力用半導体装置は一部のピン電極に代えてねじ電極８０が柱状電極に接続される点が実施形態３で説明した電力用半導体装置と相違する。また、ねじ電極８０に対応するナットも供える。また、図１５に記載のピン電極１４のうち電極ホルダ７０が配置されていないものに対しても、本実施形態においては電極ホルダ７０が配置される点も相違する。図１８は図１７のＩＶ−ＩＶ断面図である。図１９は本実施形態の電力用半導体装置の製造方法を説明するフローチャートである。
【００６３】
図１８を参照してねじ電極８０について説明する。ねじ電極８０は柱状電極１６に対して接続されており樹脂筐体１０の外部に伸びる。ねじ電極８０は電極ホルダ７０にインサート形成される。また、ねじ電極８０が外部に伸びる部分には外部とねじ締結が可能なように孔が設けられている（図１７に示す）。ねじ電極８０が有する前述の孔の部分は略直角に曲げ加工されており、電極ホルダ７０内に配置されたナット８２の孔と重なる。ねじ電極８０の柱状電極１６と接続される側は分岐したピン形状となっており、複数の同電位である柱状電極１６に対して挿入され接続される。
【００６４】
大電流を扱う電力用半導体装置の端子と外部のバスバーなどとの接続は、強固に固定され十分な容量を得るためにねじ締結されることが多い。ねじ締結のためには、柱状電極の孔にねじ切りを行いナットを形成し、そこに外部の丸型圧着端子を挟んでねじ締結することも考えられる。しかしながらこの場合端子（柱状電極）と外部の接触面積が不十分となり電気抵抗が増大する結果発熱が顕著となることがある。そこで、本実施形態のようにねじ電極８０を樹脂筐体１０から外部に露出させ大面積で外部と接続されることが好ましい。
【００６５】
前述した外部のバスバーなどとねじ電極８０をねじ締め締結する際には回転トルクを生じさせる必要がある。本実施形態の構成では、回転トルクは電極ホルダ７０が樹脂筐体溝５０に嵌合していることにより支持でき、ねじ締結に十分な回転トルクを生じさせることができる。したがって本実施形態の構成によれば、ねじ締結に伴って生じる回転トルクを柱状電極とねじ電極の接続部分のみで支持した場合に回転トルクが不足しねじ締めできない問題や当該接続部分へのダメージを与える問題を回避できる。
【００６６】
また、ナット８２の中央と樹脂筐体溝５０の距離を、ナット８２の中央と柱状電極１６の距離より長くすると柱状電極１６とねじ電極８０にかかる負荷を軽減できる。よって必要に応じて上述の点に考慮して樹脂筐体溝５０とナット８２を配置してもよい。
【００６７】
また、樹脂筐体凹部１２や樹脂筐体溝５０に接着剤を塗布した状態で前述のねじ締結を行うことも前述の回転トルクを弊害なく得るために有効である。
【００６８】
さらに、樹脂筐体溝５０の抜き勾配を小さくしたり、樹脂筐体溝５０の溝側面に凹部を形成し、電極ホルダ７０に当該アンダーカットに対応する凸部を設けて両者を固定したりすることも有効である。その他本発明の特徴を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００６９】
ここで、本実施形態の電力用半導体装置の製造方法について図１９のフローチャートを参照して説明する。まずステップ１００にて樹脂筐体１０を形成するトランスファーモールドが行われる（ステップ１００）。トランスファーモールドは図８から図１０を参照して説明したようにエアーによる密着不良を抑制して行われる。
【００７０】
次いで、樹脂筐体凹部１２と柱状電極１６の相対位置の観察から柱状電極の位置ずれ量が規格内か否かが判定される（ステップ１０２）。規格外と判定されるとその電力用半導体装置は没処理される（ステップ１１０）。
【００７１】
次いで、ステップ１０２において規格内であると判定されると、柱状電極１６にねじ電極８０が接続される（ステップ１０４）。この接続は導電性接着剤や圧入などにより行われる。
【００７２】
次いで、樹脂筐体凹部１２が樹脂などの接着剤で埋め込まれて柱状電極１６とねじ電極８０の接続部の固定が強化される（ステップ１０６）。
【００７３】
次いで、電極ホルダ７０が形成される（ステップ１０８）。このような製造工程により柱状電極１６の位置ずれが規格内であることを確認でき、かつ、ねじ締結により外部と接続できる電力用半導体装置を製造できる。ここで説明したねじ電極はピン端子に置き換えてもよい。なお、本発明の特徴を逸脱しない範囲において前述のフローチャートは変更され得る。たとえばねじ電極は電極ホルダにアウトサートされてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０  樹脂筐体、  １２  樹脂筐体凹部、  １４  ピン電極１４、  １５  端子、
１６  柱状電極、  ５０  樹脂筐体溝、  ７０  電極ホルダ、  ８０  ねじ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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