(57)【要約】  複数の絶縁回路基板を有する構造であっても、絶縁回路基板間の電気的な接続を容易にし、絶縁回路基板の反り変形を抑制でき半導体チップの発熱を良好に放熱することのできる半導体モジュールを提供する。  半導体モジュールは、半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板９と、絶縁回路基板９間の対向する第１外縁部に接触する桟部５ａ、および第１外縁部を除いた複数の絶縁回路基板９の第２外縁部に接触する枠部５ｃを持った樹脂枠体５と、桟部５ａを跨いで絶縁回路基板９間を電気的に接続する導電部材７と、樹脂枠体５の上部の開口を覆う蓋部８ｃ、および桟部５ａの一部と突き合わされる隔壁部８ｂを持った上蓋８とを備える。
2015107804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、
前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、
前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋と、
を備えることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記上蓋が、前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出して絶縁回路基板に当接する柱状部を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記樹脂枠体は、
該樹脂枠体の内壁に沿って配設された段差部を備え、
軸部と、脚部と、前記軸部又は前記脚部よりも狭い幅で前記軸部と前記脚部を連結する屈曲されたヒンジ部とを持った金属端子を備え、
前記脚部が前記段差部の上段面上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記金属端子が、前記軸部の一部と前記脚部の一部とを露出した状態で、前記樹脂枠体の枠部に埋設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋とを備えた半導体モジュールの製造方法であって、
前記桟部が前記第１外縁部に当接され、前記枠部が前記第２外縁部に当接されるように、前記絶縁回路基板と前記樹脂枠体とを配置する第１工程と、
前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を前記導電部材で電気的に接続する第２工程と、
前記上蓋の前記蓋部が前記樹脂枠体上部の開口を覆い、前記上蓋の前記隔壁部が前記桟部の一部に当接するように、前記上蓋を前記樹脂枠体に固定する第３工程と、
を備えることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の絶縁回路基板を用いて形成した回路を、蓋付きケースに収容した半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ケースに収容された１つの基板の中央部に遮蔽板を設ける構造は、特許文献１が知られている。特許文献１には、１つの基板上に光受信ＩＣと増幅器ＩＣが搭載されており、光受信ＩＣと増幅器ＩＣとの間の基板中央部に左右の切り欠きが設けられ、この切り欠き部分で基板の全厚み部分と係合するように遮蔽板が挿入され、基板上に設けられた信号配線と遮蔽板との当接を避けるべく、遮蔽板の下面の信号配線に対向する部分には切り欠きが形成されていることが記載されている。ケースと遮蔽板の上には、蓋が配置されている。【０００３】
また、特許文献２には、蓋板の裏面に突起を設けて制御回路用プリント基板を上側から押さえつけることにより、前記プリント基板の上方向の変位を抑制し、このプリント基板とリードピンのはんだ接合部に生じる応力を緩和するパワー半導体モジュールが記載されている。【０００４】
また、端子に関する文献として、特許文献３には、複数の半導体チップと、ボンディングワイヤと、樹脂ケースと、樹脂ケース内にインサート成型された外部導出用金属端子（以降、金属端子）とを備える半導体モジュールが記載されている。樹脂ケースの外周枠に金属端子をインサート成型することによりケース内側の空間を広くして、ボンディングワイヤだけで絶縁回路基板や半導体チップや端子間の配線を行い、金属端子を絶縁回路基板上に直接はんだ接合しない構造である。この構造では、金属端子が樹脂ケースに確実に固定されていることが求められる。金属端子が樹脂ケースから浮いていると、金属端子に対してワイヤボンディングを行う際に、接続不良を起こす可能性が高くなるからである。そこで従来は、金属端子をＬ字状に曲げ、金属端子におけるワイヤボンディングすべき下端部を確実に支持できるように、樹脂ケース部分を階段状にし、下端部に外側に突出する凸部を設けることで、金属端子と樹脂ケースとの固定を強化していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５０９７４号公報
【特許文献２】特開２０００−６８４４６号公報
【特許文献３】特開２０００−２０８６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一枚の絶縁回路基板を用いる半導体モジュールは、半導体チップサイズやチップ数がさらに増加すると、絶縁回路基板に必要な面積が増大する。絶縁回路基板の面積が大きくなりすぎると、熱膨張係数の違いに起因する応力により絶縁回路基板の反りや割れが生じるおそれがある。従って、絶縁回路基板がさらに大きくなる構造では、絶縁回路基板の反りの影響を低減して絶縁回路基板とヒートシンクとの密着性を向上するため、絶縁回路基板を複数に分割して組み立てる構造が用いられる。しかしながら、複数の絶縁回路基板を用いて形成した回路を、蓋付きケースに収容し、複数の絶縁回路基板のそれぞれの全周辺を上から押さえて固定する半導体モジュールに関する記載は上記文献には無い。図６のように、単に、樹脂ケース２０５aの外枠だけでなく中央部にも絶縁回路基板２０１の周辺を抑える壁２０５cを設ける構造では、この壁２０５ｃが障害となって、絶縁回路基板２０１間のボンディングワイヤによる接続ができないという問題点があった。【０００７】
また、上記特許文献３のように金属端子の外側に凸部を備えていると、原材料である金属板から金属端子を製造する際、金属板の単位面積当たりの金属端子の製造個数が少なくなるという問題点があった。【０００８】
本発明は、前述した点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複数の絶縁回路基板を有する構造であっても、絶縁回路基板間の電気的な接続を容易にし、絶縁回路基板の反り変形を抑制でき、半導体チップの発熱を良好に放熱することのできる半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解消して、発明の目的を達成するために、本発明の半導体モジュールは、半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋とを備えることを特徴とする。【００１０】
本発明の半導体モジュールによれば、隔壁部に邪魔されることなく、桟部を跨ぐ導電部材によって絶縁回路基板間を電気的に接続できる。また、上蓋の隔壁部が樹脂枠体の桟部を押圧し、さらに桟部が絶縁回路基板の第１外縁部を押圧するので、絶縁回路基板が反ることを抑制できる。【００１１】
本発明の半導体モジュールにおいて、前記上蓋が、前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出して絶縁回路基板に当接する柱状部を備えることが好ましい。【００１２】
この構成によれば、上蓋の柱状部が絶縁回路基板の中央部分を押圧するので、絶縁回路基板が反ることを抑制できる。なお、前記上蓋は、前記樹脂枠体に接着されていてもよい。この構成によれば、上蓋を樹脂枠体に取り付けることが容易になる。また、前記上蓋を前記樹脂枠体に固定させる係合部を備える構成でもよい。この構成によれば、上蓋を樹脂枠体に取り付けることがより容易になる。【００１３】
本発明の半導体モジュールにおいて、前記樹脂枠体は、該樹脂枠体の内壁に沿って配設された段差部を備え、軸部と、脚部と、前記軸部又は前記脚部よりも狭い幅で前記軸部と前記脚部を連結する屈曲されたヒンジ部とを持った金属端子を備え、前記脚部が前記段差部の上段面上に配置されていることが好ましい。【００１４】
この構成によれば、ヒンジ部の幅が、軸部の幅と脚部の幅の少なくとも一方もしくはその両方より狭くされて樹脂枠体に係合され、ヒンジ部から折り曲げられた脚部を段差部の上段面上に固定できるので、金属端子と樹脂枠体との位置ずれを抑制できる。また、金属端子の樹脂枠体と係合するヒンジ部分は、金属端子の全幅より狭くした形状であるために、プレス加工で製造する際には、狭ピッチでレイアウトして、端材の量を減らし、単位面積当たりの金属端子の製造個数を増加できる。【００１５】
本発明の半導体モジュールにおいて、前記金属端子が、前記軸部の一部と前記脚部の一部とを露出した状態で、前記樹脂枠体の枠部に埋設されていることが好ましい。【００１６】
この構成によれば、金属端子の軸部は樹脂枠体に埋設されており、ボンディングワイヤの接続点となる金属端子の脚部のみが露出しているので、ワイヤボンディング作業が容易になり、且つ高信頼性の接続とすることができる。【００１７】
本発明の半導体モジュールの製造方法は、半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋とを備えた半導体モジュールの製造方法であって、前記桟部が前記第１外縁部に当接され、前記枠部が前記第２外縁部に当接されるように、前記絶縁回路基板と前記樹脂枠体とを配置する第１工程と、前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を前記導電部材で電気的に接続する第２工程と、前記上蓋の前記蓋部が前記樹脂枠体上部の開口を覆い、前記上蓋の前記隔壁部が前記桟部の一部に当接するように、前記上蓋を前記樹脂枠体に固定する第３工程とを備える。【００１８】
本発明の半導体モジュールの製造方法によれば、隔壁部に妨げられることなく、桟部を跨ぐ導体によって絶縁回路基板間を容易に接続することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の絶縁回路基板を有する構造であっても、絶縁回路基板間の電気的な接続を容易にし、絶縁回路基板の反り変形を抑制でき半導体チップの発熱を良好に放熱できる半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の半導体モジュールについて、組み立てる前の半導体モジュールの分解斜視図である。
【図２】図１（ｃ）の絶縁回路基板９上に、図１（ｂ）の樹脂枠体５を載せた状態の斜視図である。
【図３】半導体チップが搭載された絶縁回路基板に樹脂枠体５を図２のように載せ、ボンディングワイヤ（導電部材）７を接続した後の上面図である。
【図４】図３のＢ１−Ｂ２断面図に上蓋８の断面図を追加して示した概略断面図である。見易くするために、半導体チップおよびチップ周辺のボンディングワイヤ７ａ，７ｂ等を省略して記載している。
【図５】図４の上蓋８を適正な位置にセットした状態のＢ１−Ｂ２断面の概略断面図である。図４と同様に、半導体チップおよびチップ周辺のボンディングワイヤ７ａ，７ｂ等を省略して記載している。
【図６】従来の複数の絶縁回路基板を用いる半導体モジュールの概略構造を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の半導体モジュールにかかる実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の説明に用いられる添付図面は、見易くまたは理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。また、本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する実施形態の記載に限定されるものではない。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体モジュールの一部について、組み立てる前の半導体モジュールの分解斜視図である。
【００２３】
図１（ａ）は、上蓋８の斜視図である。上蓋８は、隔壁部８ｂと、柱状部８ａを備えている。隔壁部８ｂと柱状部８ａは、上蓋８の絶縁回路基板９に面する側に配置されている。隔壁部８ｂは、図１（ｂ）に示した樹脂枠体５の桟部５ａの一部を押圧する。柱状部８ａは、図１（ｃ）に示した各絶縁回路基板９の中央部分をそれぞれ押圧する。
【００２４】
図１（ｂ）は、金属端子４ａ，４ｂを枠部５ｃにインサート成型した樹脂枠体５である。樹脂枠体５は、桟部５ａと枠部５ｃと段差部５ｅを備えている。開口部５ｂは、桟部５ａと枠部５ｃで囲まれた部分であり、貫通孔が開いている。段差部５ｅは、樹脂枠体５の内壁に沿って配設され、段差部５ｅの上段面は金属端子４ａ，４ｂを設置する面になっている。樹脂枠体５は、図示しないヒートシンクに半導体モジュールを固定するための貫通孔６を備えている。樹脂枠体５および上蓋８の材料としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）などから選ばれる樹脂が好ましい。
【００２５】
図１（ｃ）は、半導体チップとボンディングワイヤ（導電部材）を省いて描いた絶縁回路基板９である。絶縁回路基板９としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素などの公知の絶縁性セラミックスが用いられる。各絶縁回路基板９のおもて面側には銅箔などからなる回路パターン９ａが接合され、各絶縁回路基板９の裏面側には周辺を残して全面に銅箔が接合されている。後述の図３に示すように、回路パターン９ａ上には、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＦＷＤ（Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの半導体チップ２ａ、２ｂがはんだ接合により搭載される。
【００２６】
図２は、図１（ｃ）の絶縁回路基板９上に、図１（ｂ）の樹脂枠体５を載せた状態の斜視図である。金属端子４ａ，４ｂは、樹脂枠体５に埋め込まれている。金属端子の脚部４ｃは、樹脂枠体５から延出されて、段差部５ｅの上段面に配置されている。段差部５ｅの上段面は平坦でもよいが、図示されるように金属端子４ａ，４ｂの脚部と嵌合する凹部を備えてもよい。このようにすると、金属端子４ａ，４ｂが安定し、位置ずれを防ぐことができる。樹脂枠体５の中央に設けられる開口部５ｂは絶縁回路基板の大きさより少し小さくされているので、樹脂枠体５は絶縁回路基板９の周辺を均等に押圧し接着することができる。樹脂枠体５の桟部５ａは隣接する絶縁回路基板９の外縁近傍を押圧し接着する。
【００２７】
図３は、半導体チップが搭載された絶縁回路基板に樹脂枠体５を図２のように載せ、ボンディングワイヤ（導電部材）７を接続した後の上面図である。ＩＧＢＴやＦＷＤのような半導体チップ２ａ，２ｂは、ハンダを介して回路パターン９ａに接続される。次いで、所要のインバータ回路などを構成するためのワイヤボンディング配線７ａ，７ｂが、半導体チップ２ａ、２ｂ間、絶縁回路基板間および金属端子の脚部４ｃとの間などに施される。さらに、ボンディングワイヤ７が、樹脂枠体５の桟部５ａの上を跨いで隣接する絶縁回路基板９の回路パターン９ａ面間に施され、電気的に接続している。なお、導電部材は、上記ボンディングワイヤに限定されず、扁平な板材であってもよい。
【００２８】
図４は、図３のＢ１−Ｂ２断面図に上蓋８の断面図を追加して示した概略断面図である。見易くするために、半導体チップおよびチップ周辺のボンディングワイヤ７ａ，７ｂ等を省略して記載している。金属端子４ａ，４ｂは、軸部４ｄと、脚部４ｃと、前記軸部４ｄと前記脚部４ｃを連結して屈曲されたヒンジ部４ｅと備えている。ヒンジ部４ｅは、前記軸部４ｄまたは前記脚部４ｃより幅が狭くされて樹脂枠体に係合され、ヒンジ部４ｅから折り曲げられた脚部４ｃは段差部５ｅに固定されるので、金属端子４ａ，４ｂと樹脂枠体５との位置ずれを抑制できる。
【００２９】
なお、本発明の金属端子４ａ，４ｂは、樹脂枠体５と係合するヒンジ部分４ｅを軸部４ｄまたは脚部４ｃよりも幅を狭くした形状であるために、プレス加工で製造する際には、狭ピッチでレイアウトして、端材の量を減らし、単位面積当たりの金属端子の製造個数を増加できる。
【００３０】
図４の断面図に示した半導体モジュールは、金属端子４ａ，４ｂの脚部４ｃの一部を樹脂枠体５の内側の段差部５ｅの平坦な上段面上に露出させ、軸部４ｄの一部を外部に導出させた状態で、金属端子４ａ，４ｂを一体モールド成型により保持している。ただし、金属端子４ａ，４ｂは、樹脂枠体５に必ずしも一体モールド成型しなくともよい。モールド成型した樹脂枠体に金属端子を嵌め込みにより一体化してもよい。このように金属端子４ａ，４ｂをワイヤボンディング配線領域外の樹脂枠体５に集め、ヒンジ部でＬ字状に折り曲げられた脚部４ｃのみを樹脂枠体５の内側の段差部５ｅ上に露出させることにより、金属端子の軸部４ｄは樹脂枠体５に埋設されており、ボンディングワイヤの接続点となる金属端子の脚部のみが露出しているので、ワイヤボンディング作業が容易になり、且つ高信頼性の接続とすることができる。
【００３１】
図５は、図４の上蓋８を適正な位置にセットした状態のＢ１−Ｂ２断面の概略断面図である。図４と同様に、半導体チップおよびチップ周辺のボンディングワイヤ７ａ，７ｂ等を省略して記載している。図１（ａ）に破線で示したように、上蓋８は、下側に隔壁部８ｂと柱状部８ａを備えている。図４、図５に示すように、隔壁部８ｂは、上蓋８を樹脂枠体５の上部の開口に被せたときに、樹脂枠体５の桟部５ａの上面を押圧するように配置されている。柱状部８ａは、絶縁回路基板９の中央近辺を押圧するように配置されている。
【００３２】
しかし、前述したように、ボンディングワイヤ７が樹脂枠体５の桟部５ａを跨いで接続されている箇所が存在するので、隔壁部８ｂの下端面を桟部５ａの上面と同寸法にすると、隔壁部８ｂがボンディングワイヤ７と干渉することになる。そこで本発明では、上蓋８に設けられている隔壁部８ｂがボンディングワイヤ７と干渉しない形状にされていることを特徴とする。例えば、図３に示したボンディングワイヤ７のように、ボンディングワイヤ７が絶縁回路基板９の両端近辺の位置に設けられている場合には、隔壁部８ｂがボンディングワイヤ７に接触しないように、隔壁部８ｂは、ボンディングワイヤ７の間の桟部５ａの上面のみに接触する形状にされている。このように隔壁部８ｂの寸法をボンディングワイヤ７に接触しないように下側の桟部５ａより短い形状にしても、隔壁部８ｂが桟部５ａを介して絶縁回路基板９を押圧する。そのため、複数の絶縁回路基板９は、樹脂枠体５の外周である枠部５ｃおよび桟部５ａによって、各絶縁回路基板９の周縁を均等に接触されるので、絶縁回路基板９に対してほぼ均等な押圧力を与えることができる。複数の絶縁回路基板９は、樹脂枠体５の枠部５ｃの下面や桟部５ａの下面と接着剤で接着されている。その結果、半導体モジュール１は、絶縁回路基板９の反り変形を抑制することができる。ヒートシンクは、絶縁回路基板９の裏面と対向する面が平坦面に成形されており、複数の絶縁回路基板９の裏面の銅箔に接触されている。前記平坦面には、ネジ溝が形成されており、樹脂枠体５は、貫通孔６を通したネジでヒートシンクに固定される。従って、半導体チップ２ａ，２ｂの発熱を、図示しないヒートシンクに放熱することができる。また、上蓋８に関して、隔壁部８ｂは桟部５ａを介して絶縁回路基板９を押圧するので、隔壁部８ｂの上蓋８からの長さは、柱状部８ａの上蓋８からの長さよりも、短くなる。このことも上記実施の形態の一例の構造的な特徴である。
【００３３】
本発明にかかる半導体モジュール１は、図１、図２の斜視図、図３の上面図に示すように、相互に近接して併置された複数の絶縁回路基板９と、この絶縁回路基板９の周辺上に接着させる樹脂枠体５と、この樹脂枠体５の上側の開口を閉じる上蓋８を備える。この上蓋８を樹脂枠体５の上側の開口に被せる方法は、樹脂枠体５へ接着剤で接着させる方法でもよい。また、上蓋８を樹脂枠体５に固定させる係合部を備えてもよい。係合部は、例えば、嵌合、ネジ止め、かみ合わせなどの構造にする。上蓋８の柱状部８ａ、隔壁部８ｂによる絶縁回路基板９に対する押圧力を確実にすることができる。
【００３４】
本発明の半導体モジュール１の製造方法は、桟部５ａが絶縁回路基板９間の対向する第１外縁部上に配置され、樹脂枠体５の枠部５ｃが複数の絶縁回路基板９の第２外縁部上に配置されるように絶縁回路基板９と樹脂枠体５とを配置する第１工程と、桟部５ａを跨いで絶縁回路基板９間を導電部材７で電気的に接続する第２工程と、上蓋８の蓋部８ｃが樹脂枠体上部の開口を覆い、上蓋８の隔壁部８ｂが桟部５ａの一部に突き合わせた状態になるように上蓋８が樹脂枠体５に固定される第３工程とを備える。第３工程で樹脂枠体５に上蓋８を被せる前に、樹脂枠体５と絶縁回路基板９とで囲まれる空間内部にシリコーンゲルなどを注入し封止する第４工程が含まれることがより好ましい。
【００３５】
以上、説明した実施の形態にかかる半導体モジュールによれば、複数の絶縁回路基板を有する構造であっても、絶縁回路基板間の電気的な接続を容易にし、絶縁回路基板の反り変形を抑制でき半導体チップの発熱を良好に放熱できる半導体モジュールを提供できる。
【符号の説明】
【００３６】
１  半導体モジュール
２ａ、２ｂ  半導体チップ
４ａ、４ｂ  金属端子
４ｃ  金属端子の脚部
４ｄ  金属端子の軸部
４ｅ  金属端子のヒンジ部
５  樹脂枠体
５ａ  桟部
５ｂ  開口部
５ｃ  枠部
５ｄ  樹脂枠体側の係合部
５ｅ  段差部
６  貫通孔
７、７ａ  ボンディングワイヤ（導電部材）
８  上蓋
８ａ  柱状部
８ｂ  隔壁部
８ｃ  蓋部
８ｄ  上蓋側の係合部
９  絶縁回路基板
９ａ  回路パターン
２００  半導体モジュール
２０１  絶縁回路基板
２０３  半導体チップ
２０４  外部導出金属端子
２０５ａ  樹脂ケース
２０５ｂ  上蓋
２０５ｃ  壁
【図１】
2015107804.tif 000003
【図２】
2015107804.tif 000004
【図３】
2015107804.tif 000005
【図４】
2015107804.tif 000006
【図５】
2015107804.tif 000007
【図６】
2015107804.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月8日(2016.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、
前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、
前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋と、
を備えることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記上蓋が、前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出して絶縁回路基板に当接する柱状部を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記樹脂枠体は、
該樹脂枠体の内壁に沿って配設された段差部を備え、
軸部と、脚部と、前記軸部又は前記脚部よりも狭い幅で前記軸部と前記脚部を連結する屈曲されたヒンジ部とを持った金属端子を備え、
前記脚部が前記段差部の上段面上に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記金属端子が、前記軸部の一部と前記脚部の一部とを露出した状態で、前記樹脂枠体の枠部に埋設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋とを備えた半導体モジュールの製造方法であって、
前記桟部が前記第１外縁部に当接され、前記枠部が前記第２外縁部に当接されるように、前記絶縁回路基板と前記樹脂枠体とを配置する第１工程と、
前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を前記導電部材で電気的に接続する第２工程と、
前記上蓋の前記蓋部が前記樹脂枠体上部の開口を覆い、前記上蓋の前記隔壁部が前記桟部の一部に当接するように、前記上蓋を前記樹脂枠体に固定する第３工程と、
を備えることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
一枚の絶縁回路基板を用いる半導体モジュールは、半導体チップサイズやチップ数がさらに増加すると、絶縁回路基板に必要な面積が増大する。絶縁回路基板の面積が大きくなりすぎると、熱膨張係数の違いに起因する応力により絶縁回路基板の反りや割れが生じるおそれがある。従って、絶縁回路基板がさらに大きくなる構造では、絶縁回路基板の反りの影響を低減して絶縁回路基板とヒートシンクとの密着性を向上するため、その１枚の絶縁回路基板を複数に分割して組み立てる構造が用いられる。しかしながら、複数の絶縁回路基板を用いて形成した回路を、蓋付きケースに収容し、複数の絶縁回路基板のそれぞれの全周辺を上から押さえて固定する半導体モジュールに関する記載は上記文献には無い。図６のように、単に、樹脂ケース２０５aの外枠だけでなく中央部にも絶縁回路基板２０１の周辺を押える壁２０５cを設ける構造では、この壁２０５ｃが障害となって、絶縁回路基板２０１間のボンディングワイヤによる接続ができないという問題点があった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記課題を解消して、発明の目的を達成するために、本発明の半導体モジュールは、半導体チップを備えた複数の絶縁回路基板と、前記絶縁回路基板の外縁部のうち隣接する絶縁回路基板と対向する第１外縁部に当接する桟部、および前記絶縁回路基板の外縁部から前記第１外縁部を除いた第２外縁部に当接する枠部を持った樹脂枠体と、前記桟部を跨いで前記絶縁回路基板間を電気的に接続する導電部材と、前記樹脂枠体の上部の開口を覆う蓋部、および前記蓋部の前記絶縁回路基板と対向する面から突出し前記桟部の一部に当接する隔壁部を持った上蓋とを備えることを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この構成によれば、ヒンジ部の幅が、軸部の幅と脚部の幅の少なくとも一方もしくはその両方より狭くされて樹脂枠体に係合され、ヒンジ部から折り曲げられた脚部を段差部の上段面上に固定できるので、金属端子と樹脂枠体との位置ずれを抑制できる。また、金属端子の樹脂枠体と係合するヒンジ部分は、金属端子の全幅より狭くした形状であるために、金属端子をプレス加工で製造する際には、狭ピッチでレイアウトして、端材の量を減らし、単位面積当たりの金属端子の製造個数を増加できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明によれば、半導体モジュールが半導体も複数の絶縁回路基板を有する構造であっても、絶縁回路基板間の電気的な接続を容易にし、絶縁回路基板の反り変形を抑制でき半導体チップの発熱を良好に放熱できる半導体モジュールを提供することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図３は、半導体チップが搭載された絶縁回路基板に樹脂枠体５を図２のように載せ、ボンディングワイヤ（導電部材）７を接続した後の上面図である。ＩＧＢＴやＦＷＤのような半導体チップ２ａ，２ｂは、ハンダを介して回路パターン９ａに接続される。次いで、所要のインバータ回路などを構成するためのボンディングワイヤ７ａ，７ｂが、半導体チップ２ａ、２ｂ間、絶縁回路基板および金属端子の脚部４ｃとの間などに施される。さらに、ボンディングワイヤ７が、樹脂枠体５の桟部５ａの上を跨いで隣接する絶縁回路基板９の回路パターン９ａ面間に施され、電気的に接続している。なお、導電部材は、上記ボンディングワイヤに限定されず、扁平な板材であってもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
なお、本発明の金属端子４ａ，４ｂは、樹脂枠体５と係合するヒンジ部分４ｅを軸部４ｄまたは脚部４ｃよりも幅を狭くした形状であるために、金属端子をプレス加工で製造する際には、狭ピッチでレイアウトして、端材の量を減らし、単位面積当たりの金属端子の製造個数を増加できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
しかし、前述したように、ボンディングワイヤ７が樹脂枠体５の桟部５ａを跨いで接続されている箇所が存在するので、隔壁部８ｂの下端面を桟部５ａの上面と同寸法にすると、隔壁部８ｂがボンディングワイヤ７と干渉することになる。そこで本発明では、上蓋８に設けられている隔壁部８ｂがボンディングワイヤ７と干渉しない形状にされていることを特徴とする。例えば、図３に示したボンディングワイヤ７のように、ボンディングワイヤ７が絶縁回路基板９の両端近辺の位置に設けられている場合には、隔壁部８ｂがボンディングワイヤ７に接触しないように、隔壁部８ｂは、ボンディングワイヤ７に挟まれた桟部５ａの上面の一部のみに接触する形状にされている。このように隔壁部８ｂの寸法をボンディングワイヤ７に接触しないように下側の桟部５ａより短い形状にしても、隔壁部８ｂが桟部５ａを介して絶縁回路基板９を押圧する。そのため、複数の絶縁回路基板９は、樹脂枠体５の外周である枠部５ｃおよび桟部５ａによって、各絶縁回路基板９の周縁を均等に接触されるので、絶縁回路基板９に対してほぼ均等な押圧力を与えることができる。複数の絶縁回路基板９は、樹脂枠体５の枠部５ｃの下面や桟部５ａの下面と接着剤で接着されている。その結果、半導体モジュール１は、絶縁回路基板９の反り変形を抑制することができる。ヒートシンクは、絶縁回路基板９の裏面と対向する面が平坦面に成形されており、複数の絶縁回路基板９の裏面の銅箔に接触されている。前記平坦面には、ネジ溝が形成されており、樹脂枠体５は、貫通孔６を通したネジでヒートシンクに固定される。従って、半導体チップ２ａ，２ｂの発熱を、図示しないヒートシンクに放熱することができる。また、上蓋８に関して、隔壁部８ｂは桟部５ａを介して絶縁回路基板９を押圧するので、隔壁部８ｂの上蓋８からの長さは、柱状部８ａの上蓋８からの長さよりも、短くなる。このことも上記実施の形態の一例の構造的な特徴である。
【国際調査報告】
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