(57)【要約】      （修正有）【課題】インサート物の厚みを厳しく管理するなどの弊害を回避した信頼性の高い電力用半導体装置とその製造方法を提供する。【解決手段】表面に回路パターンを有する基板２１と、該回路パターンに固着された半導体素子２２、２４と、一端に開放面を有し、他端にて該回路パターンに固着され該基板に対して直立し、一部に他の部分よりも内径が大きく形成された部分を有する筒状電極と、該基板と該半導体素子と該筒状電極１２を、該基板の裏面および該筒状電極の一端が外部に露出するように覆う樹脂筐体１０とを備える。【選択図】図２
2010186953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に回路パターンを有する基板と、
前記回路パターンに固着された半導体素子と、
一端に開放面を有し、他端にて前記回路パターンに固着されて前記基板に対して直立し、一部に他の部分よりも内径が大きく形成された部分を有する筒状電極と、
前記基板と前記半導体素子と前記筒状電極を、前記基板の裏面および前記筒状電極の一端が外部に露出するように覆う樹脂筐体とを備えたことを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記筒状電極の一端は端部に向かうほど内径が大きくな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３】
前記筒状電極の内径が大きく形成された部分は、前記筒状電極の一端に配され、かつ、他の部分より外径と内径の差が小さい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】
前記筒状電極の他端は端部に向かうほど内径が大きくなる形状であり、
前記筒状電極の他端は前記基板とはんだ付けにより接合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５】
前記筒状電極の一端はその端部が前記基板の方向を向くように湾曲させられた形状であ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６】
前記筒状電極は絞り加工により形成された内壁部と外壁部が所定間隔離間する二重構造を有し、
前記筒状電極の一端は前記絞り加工による折り返し部分であり、
前記筒状電極の他端は前記折り返し部分と反対の部分の前記外壁部であ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７】
一端に他の部分より内径の大きい部分および開放面を有する筒状電極の他端を基板の表面に固着し、前記筒状電極を前記基板に対して直立させ、樹脂封止されるべきインサート物を製作する工程と、
前記インサート物を、金型が前記基板の裏面と前記筒状電極の一端を挟むように前記金型内部に配置する工程と、
前記筒状電極の一端にたわみを持たせるように前記金型の型締めを行う工程と、
前記型締めを維持して前記金型内部にモールド樹脂を注入する工程とを備える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、樹脂筐体から一部が露出した筒状電極を備える電力用半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置は回路を構成するパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードなどの半導体素子を樹脂封止して保護する構成である。樹脂封止は金型内部に樹脂封止されるべきインサート物を搬入し、当該金型内部にモールド樹脂を注入することにより樹脂筐体を形成するトランスファーモールド法によることが多い。ここで、樹脂封止されるべきインサート物とはメタルベース基板および、メタルベース基板が備える回路パターン上に半導体素子および筒状電極が接合された構造物をいう。
【０００３】
筒状電極は樹脂筐体内部で前述の半導体素子と接続されて、半導体素子と外部を接続する部品である。したがって筒状電極は、開放面を有する一端で樹脂筐体外部に露出するように、メタルベース基板に直立して配置されてトランスファーモールドが行われる。トランスファーモールド工程では、下金型と上金型でインサート物を挟んで型締めを行うため筒状電極の一端と上金型の内壁が接した状態で金型内部へモールド樹脂が注入される。
【０００４】
電力用半導体装置の信頼性を確保する観点から、トランスファーモールド工程においてはインサート物の厚みと金型内部の高さが一致しており、型締めによってインサート物に過大な力がかからないことが望ましい。特許文献１、２には信頼性を高めた電力用半導体装置の製造方法についての開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８４３１５号公報
【特許文献２】特開平１０−１１６９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
インサート物の厚みはメタルベース板の厚みのばらつき、筒状電極の高さのばらつきやそれをメタルベース基板と接着するはんだ厚のばらつきなどによってある程度のばらつきを有するものである。そして、インサート物の厚みが金型内部の高さより大きい場合には筒状電極が強い力でメタルベース基板に押し付けられるため、筒状電極やメタルベース基板にダメージを与える問題があった。また、筒状電極のうち樹脂筐体の外部に露出すべき部分が上金型からの力によって歪められ開口の内径が小さくなってしまう結果、筒状電極にピン電極を挿入できなくなる問題があった。
【０００７】
また、筒状電極がメタルベース基板に対して垂直ではなく傾いて配置された場合や、インサート物の厚みが金型内部の高さよりも小さい場合には筒状電極の内部にまでモールド樹脂が進入してしまう問題もあった。
【０００８】
そこでインサート物の厚みを金型内部の高さと完全一致させようとすると、インサート物を構成する部材を高精度で製造しその組み立ても高精度を要するため製造が高コスト化し工程も複雑化する問題があった。
【０００９】
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、トランスファーモールドに伴う弊害を抑制し、かつ、電力用半導体装置の信頼性を高めることが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】
【００１０】
本願の発明にかかる電力用半導体装置は、表面に回路パターンを有する基板と、該回路パターンに固着された半導体素子と、一端に開放面を有し、他端にて該回路パターンに固着され該基板に対して直立し、一部に他の部分よりも内径が大きく形成された部分を有する筒状電極と、該基板と該半導体素子と該筒状電極を、該基板の裏面および該筒状電極の一端が外部に露出するように覆う樹脂筐体とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本願の発明にかかる電力用半導体装置の製造方法は、一端に他の部分より内径の大きい部分および開放面を有する筒状電極の他端を基板の表面に固着し、該筒状電極を該基板に対して直立させ、樹脂封止されるべきインサート物を製作する工程と、該インサート物を、金型が該基板の裏面と該筒状電極の一端を挟むように該金型内部に配置する工程と、該筒状電極の一端にたわみを持たせるように該金型の型締めを行う工程と、該型締めを維持して該金型内部にモールド樹脂を注入する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により弊害なく信頼性の高い電力用半導体装置を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の電力用半導体装置を説明する図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ断面矢示図である。
【図３】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。
【図４】インサート物の構成を説明する図である。
【図５】金型を用いた樹脂封止について説明する図である。
【図６】ピン電極が接続された電力用半導体装置を説明する図である。
【図７】一端において略垂直に曲げられた筒状電極を説明する図である。
【図８】筒状電極の一端に他の部分より内径の大きい部分を有すものの例を説明する図である。
【図９】筒状電極がその一端において薄く形成された電力用半導体装置を説明する図である。
【図１０】実施形態２の電力用半導体装置を説明する図である。
【図１１】実施形態３の電力用半導体装置を説明する図である。
【図１２】実施形態４の電力用半導体装置を説明する図である。
【図１３】図１２の一部を拡大しピン電極を付加した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
本実施形態は図１〜９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。
【００１５】
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Ｉ−Ｉ断面矢示図である。図１に示されるように本実施形態の電力用半導体装置は樹脂筐体１０の表面に筒状電極１２の一部が露出する。さらに樹脂筐体１０の表面にはヒートシンクなどの放熱部品を取り付けるための取り付け穴１４が形成されている。本実施形態では樹脂筐体１０の縦横が７６ｍｍ×４５ｍｍ、厚さが８ｍｍ程度であるが特にこれに限定されない。
【００１６】
図２に示されるように樹脂筐体１０内部に放熱板１６が配置される。放熱板１６は銅を主材料とした金属からなる。放熱板１６は裏面において樹脂筐体１０から外部に露出する。放熱板１６の表面には熱伝導性絶縁接着層１８を介して厚さ０．３ｍｍの銅を主材料とした金属からなる配線パターン２０が配置される。メタルベース基板２１は縦横が４０ｍｍ×４５ｍｍ程度である。なお以後、放熱板１６と熱伝導性絶縁接着層１８と回路パターン２０をまとめてメタルベース基板２１と称することがある。
【００１７】
メタルベース基板２１の回路パターン２０には、ＩＧＢＴ２２の裏面とＦＷＤｉ（フリーホイールダイオード）２４の裏面がはんだ２６によりはんだ付けされる。ここで、ＩＧＢＴ２２の表面はゲート電極とエミッタ電極が配置され、裏面にはコレクタ電極が配置される。また、ＦＷＤｉ２４の表面はアノード電極が配置され、裏面にはカソード電極が配置される。ＩＧＢＴ２２とＦＷＤｉ２４は回路パターン２０とアルミニウムワイヤ２８により所望の回路を構成するように接続される。なお以後、ＩＧＢＴ２２とＦＷＤｉ２４をまとめて半導体素子と称することがある。
【００１８】
さらに本実施形態の電力用半導体装置は筒状電極１２を備える。筒状電極１２は半導体素子と外部を接続するために設けられる。筒状電極１２は基本的に内径０．８５ｍｍ、外径２．８５ｍｍの筒状の形状である。しかし筒状電極１２はその一端においては前述した部分より内径が大きく形成されており、かつ、開放面を有する。具体的には筒状電極１２の一端は端部に向かうほど内径が大きくなりその端部おいては内径が１．５ｍｍ、外径が３．５ｍｍとなっている。換言すれば筒状電極１２の一端はラッパ状の形状である。このような筒状電極１２の一端は樹脂筐体１０から外部に露出している。一方、筒状電極１２の他端は回路パターン２０にはんだ付けされる。
【００１９】
本実施形態の電力用半導体装置は上述の構成を備える。以後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。この説明は図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず図３に記載のステップ１００について説明する。
【００２０】
ステップ１００ではインサート物の製作が行われる。インサート物とはトランスファーモールドによって樹脂封止されるべき構造物である。本実施形態のインサート物は図４に記載されている。図４に記載のとおり筒状電極１２は、筒状電極１２の他端が回路パターン２０にはんだ付けされ、前述した筒状電極１２の一端が上向きとなるように直立して配置される。その他、半導体素子の回路パターン２０へのはんだ付けや、アルミニウムワイヤ２８によるワイヤボンディングが行われてインサート物の製作を終了する。インサート物が製作されるとステップ１０２へと処理が進められる。
【００２１】
ステップ１０２ではインサート物が金型内部に配置される。ステップ１０２に続くステップ１０４では当該金型の型締めが行われる。ステップ１０２、１０４については図５を参照して説明する。本実施形態で樹脂筐体の形成に用いる金型は上金型３２、下金型３４を備える。インサート物は、メタルベース基板２１の裏面が下金型３４の内壁に接し、かつ、筒状電極１２の一端が上金型３２の内壁に接するように金型内部であるキャビティ３４に配置される。
【００２２】
この状態で型締めが行われると、筒状電極１２の一端が上金型３２から下方向への押し付け力を受けてたわむ。このたわみによって筒状電極１２と上金型３２は密着する。型締めが行われるとステップ１０６へと処理が進められる。
【００２３】
ステップ１０６ではモールド樹脂が金型内部に注入される。本実施形態ではモールド樹脂としてエポキシ樹脂が用いられるが特にこれに限定されない。この工程は既知の技術と同様に加熱されたモールド樹脂を金型内部に加圧注入するものである。モールド樹脂が金型内部に注入されるとステップ１０８へと処理が進められる。
【００２４】
ステップ１０８では樹脂封止が完了した電力用半導体装置が金型から取り出される。その後、たとえば０．６４ｍｍ角の黄銅などからなるピン電極４０が筒状電極１２の開放面に挿入される（ステップ１１０）。ここで、ピン電極４０と筒状電極１２の接続強化のためにエポキシ系樹脂ベースの導電性接着剤などを用いてもよい。図６にはピン電極４０が挿入された電力用半導体装置の外観斜視図を示す。
【００２５】
ステップ１１０を終えると、適宜に電力用半導体装置が１８０℃程度で熱処理され樹脂筐体１０および導電性接着剤を硬化させて電力用半導体装置が完成する。
【００２６】
一般に、インサート物の厚みは、金型内部の高さ（キャビティ高さのことをいう、図５で両方向矢印で示す）と一致することが好ましい。しかしながら、インサート物の厚みは、メタルベース基板２１の厚みのばらつき、筒状電極の高さのばらつきやそれをメタルベース基板と接着するはんだ厚のばらつき、筒状電極の傾きなどによってある程度のばらつきを有するものである。
【００２７】
そして、インサート物の厚みが金型内部の高さより大きい場合には筒状電極が強い力でメタルベース基板に押し付けられるため、筒状電極やメタルベース基板にダメージを与える問題があった。また、筒状電極のうち樹脂筐体の外部に露出すべき部分が上金型からの力によって歪められ開口の内径が小さくなってしまう結果、筒状電極にピン電極を挿入できなくなる問題があった。
【００２８】
また、筒状電極がメタルベース基板に対して垂直ではなく傾いて配置された場合や、インサート物の厚みが金型内部の高さよりも小さい場合には筒状電極の内部にまでモールド樹脂が進入してしまう問題もあった。
【００２９】
そこでインサート物の厚みを金型内部の高さと完全一致させようとすると、インサート物を構成する部材を高精度で製造しその組み立ても高精度を要するため製造が高コスト化し工程も複雑化する問題があった。
【００３０】
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消できる。本実施形態では型締めの際に筒状電極１２の一端が上金型３２から下方向への押し付け力を受けてたわむ。よって、上金型３２から下方向の力が直接筒状電極１２とメタルベース基板２１の接続部に及ばず筒状電極１２のたわみによって緩和される。よって筒状電極やメタルベース基板にダメージを与える問題を解消できる。また、上金型内壁には伸縮性を有する樹脂シートが貼り付けられている場合がある。このような場合でも上金型が樹脂シートを介して筒状電極に対し下方向の力を及ぼす限り本実施形態の構成と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
さらに、型締めの際に筒状電極１２の一端がたわむことにより筒状電極１２と上金型３２との密着度も向上することができる。よって、インサート物の厚みのばらつきがあったり、筒状電極１２がメタルベース基板２１に対して傾いてはんだ付けされた場合であっても筒状電極１２の内部にモールド樹脂が進入してしまう問題を解消できる。これは生産性の向上に寄与する。なお、インサート物を前述とは上下反転させて金型内に設置することも考えられる。その場合、下金型内壁が筒状電極の一端と接し、上金型内壁がメタルベース基板の裏面と接することになるがその場合であっても本発明の効果を失わない。すなわち、メタルベース基板の裏面と筒状電極の一端を挟むように型締めされれば本発明の効果を得ることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態の筒状電極１２の一端は端部に向かうほど内径が大きくなる形状であるから、金型内部にモールド樹脂を注入する際のモールド樹脂充填圧力は筒状電極１２を上金型３２の内壁に押し付ける方向に働く。よって筒状電極１２と上金型３２との密着度をさらに向上させることができる。
【００３３】
さらに、本実施形態の筒状電極１２の一端は端部に向かうほど内径が大きくなる形状であるから、上金型３２からの力によって筒状電極１２の開口の内径は開く方向であり、これが小さくなってピン電極の挿入を阻害する問題を解消できる。
【００３４】
また、本実施形態の電力用半導体装置によれば、筒状電極１２が樹脂筐体１０の外部に露出する部分で内径が大きくなっている部分がピン電極の挿入時のガイド役を果たす。よってピン電極の挿入が容易化する。また同様に、ピン電極４０と筒状電極１２の接続強化のために筒状電極に塗布する導電性接着剤についても塗布位置が多少ばらついても筒状電極内に導電性接着剤が塗布される。
【００３５】
本実施形態では筒状電極１２の一端が端部に向かうほど筒状電極の内径が大きくなることとしたが本発明はこれに限定されない。本実施形態の筒状電極は型締めの際にたわんで自身の開放面が狭くなることを抑制し、かつ、筒状電極とメタルベース基板の接続部に過剰な力を及ぼすことを回避できることを特徴とする。よって、この特徴を失わない限りにおいて様々な変形が可能である。
【００３６】
たとえば筒状電極の形状として図７に記載のように、筒状電極の一端で略垂直に曲げられて他の部分より内径が大きくされていても本発明の効果を得ることができる。この場合、筒状電極の曲げられた部分が上金型からの力によってたわみ、この部分で上金型からの下方向への力を吸収できる。
【００３７】
たとえば筒状電極の形状として図８に記載のように、筒状電極の一端に他の部分より内径の大きい部分を有すものの筒状電極の一端の端部では内径が最大でない構成であっても本発明の効果を得ることができる。
【００３８】
たとえば筒状電極の形状として図９に記載のように、筒状電極の一端であって他の部分より内径が大きく形成された部分は当該他の部分より薄く形成されていると本発明の効果が高まる。すなわち、筒状電極の一端の外径と内径の差を他の部分より小さくなるように形成することで、型締めの際に筒状電極の一端がよりたわみやすくなり上述の効果が高まる。ここで、大電流が流れる主電極用の筒状電極は、特にサイズが大きく、しかも外径と内径の差が大きい（厚い）ため、上述のような構成が有効である。また、筒状電極の長手方向の長さが長く、メタルベース基板に対して傾いてはんだ付けされやすい場合にもこの構成が有効である。ここで、電力用半導体装置が動作温度の高い環境下で使用される場合や、大型である場合には電力用半導体装置の熱変形が大きくなる。この熱変形に伴い、筒状電極の樹脂筐体から露出する部分を起点とする樹脂筐体の剥離や亀裂が懸念される。しかしながら、上述のように筒状電極の一端を他の部分より薄く形成しておくことにより、筒状電極の一端が樹脂筐体の熱変形に追従しやすくなるためこの懸念を解消できる。ところで、半導体素子はＳｉＣ基板で形成されると電力用半導体装置の一層の高温化にも対応できる。そして、半導体素子をＳｉＣ基板で形成した場合に上述の構成を採用することで電力用半導体装置の高温化に対応でき、かつ、樹脂筐体の剥離や亀裂の懸念を解消できる。また、半導体素子をＳｉＣ基板で製造することは電力用半導体装置の高耐圧化や大電流化にも有用である。
【００３９】
たとえば内径が一様な筒状電極に前述の「内径が大きくなる部分」に相当する部品を取り付けて筒状電極が構成されていても本発明の効果を得ることができる。つまり、筒状電極は一体的に構成されておらず複数の部品の組み合わせであってもよい。その場合、内径が一様な筒状電極は電気伝導性や熱伝導性の良好なアルミニウムや銅で形成し、「内径が大きくなる部分」に相当する部品をばね性の高いりん青銅、もしくはやわらかいアルミニウム、はんだなどで形成すると本発明の効果を高めることができる。
【００４０】
たとえば筒状電極は円筒状でなくても良いし、筒状電極がピン電極と接続されるのではなくねじ止めなどの他の手段により外部と接続されても良い。また、筒状電極に対してピン電極を圧入することとしても良いし、筒状電極の寸法も任意である。同様にメタルベース基板２１の構成や半導体素子の種類なども任意である。
【００４１】
実施の形態２
本実施形態は図１０を参照して説明する。図１０は本実施形態の電力用半導体装置の断面図である。本実施形態は実施形態１と筒状電極の構成が異なる。本実施形態の筒状電極６０は回路パターン２０と接続される部分（他端）において端部に向かうほど内径が大きくなる形状である。筒状電極６０の他端と回路パターン２０ははんだ付けにより接合される。なお、筒状電極６０は樹脂筐体１０から露出すべき一端においては実施形態１と同様であり「他の部分より内径の大きい」部分を有する。
【００４２】
本実施形態の電力用半導体装置も図３のフローチャートと同様の工程で製造される。上述した筒状電極６０はインサート物の製作を行う工程で回路パターン２０にはんだ付けされる。ここで、筒状電極６０の他端は端部に向かうほど内径が大きくなる形状であるため回路パターン２０に対して直立させることが容易である。特に筒状電極の高さが高くなるとはんだの供給ばらつきやはんだ付け治具の寸法精度のばらつきによって直立させることができない問題があったが本実施形態ではそれを解消できる。
【００４３】
また、筒状電極の他端と回路パターンの接触面積が狭いと両者の接触部にはんだが十分供給されず両者の接触部に隙間が生じることがあった。この隙間から筒状電極の内部にモールド樹脂が進入し生産性を著しく阻害する問題があった。この問題を解消するためにはんだの供給量を増やすと筒状電極が回路パターンに対して傾きやすくなる問題もあった。ところが本実施形態の筒状電極６０は回路パターン２０との接触面積が広いため前述の隙間が生じにくくこれらの問題を解消できる。
【００４４】
また、本実施形態の構成では筒状電極６０と回路パターン２０との接触面積が大きいため、温度サイクルで発生する樹脂筐体１０の熱変形による応力によって筒状電極６０と回路パターン２０との接続部が破断しにくい。よって電力用半導体装置の信頼性を高めることができる。
【００４５】
ここで、筒状電極６０と回路パターン２０との接続部は、筒状電極６０に接続されたピン電極などの外部電極からの振動や静的な荷重の印加の影響を受けることが考えられる。しかしながら本実施形態の筒状電極６０の他端は回路パターン２０と接触面積が大きくしかも樹脂筐体１０により筒状電極６０が回路パターン２０に押さえ込まれる構成であるため、この接続は前述の影響を受けづらく信頼性を向上させることができる。
【００４６】
実施の形態３
本実施形態は図１１を参照して説明する。図１１は本実施形態の電力用半導体装置の断面図である。本実施形態は実施形態１と筒状電極の構成が異なる。本実施形態の筒状電極６２は樹脂筐体１０の外部へ露出すべき一端が湾曲させられている。つまり、筒状電極６２の一端は端部が折り返された折り返し部分を備え、当該折り返し部分が樹脂筐体１０の表面に露出する。そして当該折り返し部分の端部は樹脂筐体１０内に埋め込まれている。さらに、筒状電極６２は他端においても前述の折り返し部を備える。
【００４７】
一般に筒状電極の端部が樹脂筐体の表面に露出する構成であると、温度サイクルなどによる樹脂筐体の熱変形に伴い、前述の端部を起点とする樹脂筐体の剥離や亀裂が懸念される。同様にピン電極などの外部電極からの振動や静的な荷重の印加によっても前述の端部を起点とする樹脂筐体の剥離や亀裂が懸念される。ところが本実施形態では筒状電極６２の一端の折り返された端部は樹脂筐体１０内に埋め込まれて表面に露出しない。よって前述の懸念を解消でき、信頼性の高い電力用半導体装置を製造できる。
【００４８】
本実施形態の電力用半導体装置も図３のフローチャートと同様の工程で製造される。そして型締めを行う際には筒状電極６２の一端の折り返し部分が上金型と接したわむため、実施形態１で説明した効果も得ることができる。これに加えて、筒状電極６２の一端の折り返し部分が上金型と接し、当該折り返し部分の端部は上金型と接しないことにより上金型に筒状電極６２の電極材料が転写されづらくなる。よって上金型の清掃の実施頻度を抑制することができる。
【００４９】
本実施形態の筒状電極６２の一端および他端における折り返し部はたとえばプレス成形により製造されてもよい。プレス成形によれば図１１に記載のとおり折り返し部に曲率を持たせる形状とすることが容易である。また、成形時のスプリングバックなどにより折り返し部の弾性力が高まる形状となる。よって、上述の効果を高めることができる。
【００５０】
実施の形態４
本実施形態は図１２、１３を参照して説明する。図１２は本実施形態の電力用半導体装置の断面図であり、図１３は図１２の一部拡大図であって、図１２の構成にピン電極７２が圧入された状態を表す。本実施形態は実施形態１と筒状電極の構成が異なり、特にピン電極を筒状電極に圧入する電力用半導体装置に好適な構成を提供するものである。
【００５１】
本実施形態の電力用半導体装置は二重構造の筒状電極７０を備える。すなわち、図１３に示されるように、筒状電極７０は内壁部７４と外壁部７６を備える。内壁部７４と外壁部７６は一定間隔離間しているが樹脂筐体１０に露出する部分において両者を接続する接続部が配置される。本実施形態の筒状電極７０は絞り加工により形成されており、前述の接続部は筒状電極の折り返しによってできた部分であるため折り返し部分と称する。図１３には折り返し部分７５が破線で示されている。
【００５２】
筒状電極７０は折り返し部分７５で樹脂筐体１０の表面から露出する。一方、筒状電極の折り返し部分７５と反対の部分では前述の外壁部７６が回路パターン２０とはんだ付けされる。ここで、内壁部７４は回路パターン２０とはんだ付けされず、回路パターン２０と接触もしない。しかしながら、内壁部７４は外壁部７６と一定の間隔を維持して平行に延びる。
【００５３】
本実施形態の電力用半導体装置も図３のフローチャートと同様の工程で製造される。上述したとおり、筒状電極７０の外壁部７６が回路パターン２０にはんだ付けされてインサート物の製作を終えると、インサート物が金型内部に配置される。インサート物はメタルベース基板２１の裏面が下金型内壁に接し、かつ、折り返し部分７５が上金型内壁に接するように金型内部へ配置される。
【００５４】
次に前述の折り返し部分７５がたわむように型締めが行われる。その後の工程は実施形態１と同様である。
【００５５】
筒状電極にピン電極を圧入する構成の電力用半導体装置がある。そして圧入の際には筒状電極が樹脂筐体によって固定されているために、筒状電極がピン電極に対して十分な反発力を及ぼすことができない問題があった。筒状電極の材料自身の反発力や、ピン電極に弾性を持たせることによる弾性力によって前述の反発力を得ることがある。しかしながらこの場合は筒状電極やピン電極を高い寸法精度で形成し、搭載しなければならず製造工程が高コスト化する問題があった。特に１００アンペア程度の大電流を扱う電力用半導体装置では電極の本数も多くなるため、多数のピン電極を接続するため工程が煩雑となる問題があった。また、ピン電極が圧入ではなく導電性接着剤やはんだにより筒状電極と接続される場合には、これらを用いた接続の前にピン電極をメタルベース基板に対して直立させる仮留めが必要である。しかしながら、前述の反発力が不十分であるために前述の仮留めでピン電極が直立せず、治具を用いて強制的に直立させる必要があった。
【００５６】
ところが、本実施形態のように筒状電極７０が内壁部７４と外壁部７６を有する２重構造であれば上述の問題を解決できる。すなわち、ピン電極７２を筒状電極７０に圧入する際に、樹脂筐体１０に覆われずしかも外壁部７６と一定間隔離間した内壁部７４が外壁部７６側に拡がるため十分な反発力を得ることができる。よって高コスト化せずとも圧入によってピン電極が強固に固定された信頼性の高い電力用半導体装置を製造することができる。また、ピン電極が圧入ではなく導電性接着剤やはんだにより筒状電極と接続される場合であっても、導電性接着剤やはんだ塗布前に内壁部７４から十分な反発力を得てピン電極をメタルベース基板に対して直立させることができる。よって導電性接着剤やはんだ塗布前の仮留めの段階でピン電極を直立させるための治具を用いる必要がない。その他、上金型により折り返し部分７５がたわむように型締めされることの効果は実施形態１に記載したとおりである。
【００５７】
本実施形態で用いる筒状電極７０はばね性の高いりん青銅、黄銅などの材料が好ましいが他の材料でもよい。
【００５８】
また、インサート物を製作する工程において自動搭載機を用いて筒状電極７０をメタルベース基板２１の表面に搭載させるためには、筒状電極７０は円筒状であることが好ましいが特にこれに限定されない。
【００５９】
本実施形態の筒状電極７０の折り返し部分７５を形成するためには絞り加工を行うこととしたが、同様の形状を得られる限りにおいて絞り加工に限定されない。
【００６０】
ここまでの全ての実施形態におけるメタルベース基板は基板の例示であって他の構成を有する基板であってもよい。すなわち、基板は表面に半導体素子および筒状電極を固着できる限りにおいて特に限定されない。よって例えばセラミック表面にＣｕ、Ａｌなどの金属箔が形成され、当該セラミック裏面には金属箔やはんだなどを介して放熱板が取り付けられる構成の基板を用いても本発明の効果を失わない。
【符号の説明】
【００６１】
１０  樹脂筐体、  １２  筒状電極、  ２１  メタルベース基板、  ２２  ＩＧＢＴ、  ２４  ＦＷＤｉ
【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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