(57)【要約】【課題】パッケージに組み込んだパワー半導体チップ，絶縁基板の回路パターンと外部導出端子との間に配線する接続導体の半田接合に伴うトラブルを回避して製品歩留りの向上化を図る。【解決手段】パッケージの金属ベース板１に絶縁基板２を介してＩＧＢＴ３（パワー半導体チップ）をマウントした上で、ＩＧＢＴの上面電極，絶縁基板の回路パターンと外囲ケース４から引き出した外部導出端子５との間に接続導体を内部配線したパワー半導体装置において、前記の接続導体として軟銅細線を素線とした束線，撚線，編組線などの可撓導体１０を採用し、その両端に結合した導体端子１０ａを配線の相手側部材の上に重ねて半田接合するようにし、半田接合工程で発生する熱収縮などに起因する引張応力を可撓導体により吸収し、半田接合部の剥離，チップ割れなどのダメージが発生するのを防止する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージの金属ベース板上に絶縁基板を介してパワー半導体チップをマウントした上で、該半導体チップの上面電極，前記絶縁基板の回路パターンとパッケージの外囲ケースから引き出した外部導出端子との間に接続導体を内部配線したパワー半導体装置において、
前記接続導体を可撓導体としてその両端を配線の相手側部材に接合したことを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項２】
可撓導体が軟銅などの細線を素線とした束線，撚線，編組線のいずれかであり、その両端に結合した端子を介して配線の相手側部材に接合したことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体装置。
【請求項３】
可撓導体に軟質な絶縁被覆を施したことを特徴とする請求項１または２に記載のパワー半導体装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの項に記載のパワー半導体装置の製造方法であって、可撓導体の両端に結合した端子をそれぞれ配線相手側部材の接合面に半田層を挟んで重ねた上で、各端子の上に重りを乗せて定位置に加圧保持し、この仮組立状態で不活性ガス雰囲気の炉内に搬入して半田接合することを特徴とするパワー半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置に適用するＩＧＢＴモジュールなどを対象とするパワー半導体装置、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記したＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）  モジュールとして、パッケージの金属ベース板上に絶縁基板を介してパワー半導体チップをマウントした上で、該半導体チップの上面電極，前記絶縁基板の回路パターンと外囲ケースから引き出した外部導出端子との間に配線する接続導体として、銅合金製のリードフレーム（板状導体）を採用して配線抵抗，およびジュール発熱を低減するようにした構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
図７は上記のように接続導体にリードフレームを用いて内部配線したＩＧＢＴモジュールの組立構造を表す図であり、図において１はパッケージの金属ベース板（銅板）、２は金属ベース板１の上面に搭載した絶縁基板（例えば、セラミック板の両面に銅パターンを直接接合したＤｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ  基板）、３は絶縁基板２の上にコレクタ電極面を下に向けてマウントしたＩＧＢＴ、４は金属ベース板１に組み合わせたパッケージの外囲ケース（樹脂モールドケース）、５は外囲ケース４に一体成形して外部に引き出したコレクタＣ，エミッタＥ，およびゲートＧに対応する外部導出端子、６は絶縁基板２の回路パターン（ＩＧＢＴ３のコレクタ電極を接続した回路パターン）とＩＧＢＴ３の上面のエミッタ電極およびゲート電極と前記の各外部導出端子５との間に配線したリードフレーム（接続導体）である。なお、７はヒートシンクとして金属ベース板１の下面に取り付けた放熱フィンである。
【０００３】
次に、図７に示したＩＧＢＴモジュールの構造において、リードフレーム６を配線の相手側部材に接合する際の半田接合工程を図８で説明する。図示例はＩＧＢＴ３の上面のエミッタ電極と外部導出端子５（エミッタＣの端子）との間に、逆Ｕ字形に屈曲形成したリードフレーム６を半田接合により配線したものである。なお、図中で絶縁基板２は、セラミック板２ａの両面に銅回路パターン２ｂ，２ｃを直接接合したＤｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ  基板であり、ＩＧＢＴ３はコレクタ電極を下向けに絶縁基板２の銅回路パターン２ｂに半田マウントされている。
ここで、リードフレーム６を配線する際には、ＩＧＢＴ３のエミッタ電極面および外部導出端子５の脚部上面に半田層８（半田板あるいはペースト状半田）を挟んでリードフレーム６の両端脚部を重ね、さらにリードフレーム６の中央部の上面に重り９を載せてリードフレームが転倒しないように定位置に加圧保持した上で、この仮組立体を不活性ガス雰囲気の炉内に搬入して半田接合を行う。なお、炉内温度は半田の溶融温度よりも１０〜３０℃高い温度に設定して半田接合を行うようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７６２５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記のようにＩＧＢＴモジュールの内部配線用接続導体としてリードフレームを用い、このリードフレームを図８で述べたような方法で半田接合した従来構成では、その半田接合の工程で次記のような問題点が発生する。
すなわち、リードフレーム６はその板厚，幅をＩＧＢＴ３のサイズ，通電容量に合わせて設定し、一例として板厚０．５ｍｍ，幅７ｍｍの銅合金製になる導体板（剛体）を用いている。
そのために、リードフレーム６の半田接合（半田の溶融→凝固）の際に生じる熱収縮で引張応力がＩＧＢＴ３チップに加わり、これが原因で半田接合部の剥離，チップ割れなどのダメージを引き起こす懸念がある。また、図８で述べたようにリードフレーム６をＩＧＢＴ３のチップ上面と外部導出端子５の脚部上面との間に跨がって載せた仮組立の状態で炉内に搬入して半田接合を行った場合に、ＩＧＢＴ３と外部導出端子５とでは伝熱条件の相違からリードフレーム６との間に挟んだ半田層８が溶融するまでに時間の差が生じ、これが原因でリードフレーム６が定位置からずれた位置に接合されてしまうといった不具合が発生することも認められている。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、改良して製品歩留りの向上を図ったパワー半導体装置，およびその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、パッケージの金属ベース板上に絶縁基板を介してパワー半導体チップをマウントした上で、該半導体チップの上面電極，前記絶縁基板の回路パターンと外囲ケースから引き出した外部導出端子との間に接続導体を配線したパワー半導体装置において、
前記接続導体を可撓導体としてその両端を配線の相手側部材に接合する（請求項１）ものとし、具体的には次記のような態様で実現する。
（１）  可撓導体には軟銅などの細線を素線とした束線，撚線，編組線などを用い、その導体の両端に結合した端子を介して配線の相手側部材に接合する（請求項２）。
【０００８】
（２）  可撓導体に周面に熱収縮チューブなどの軟質な絶縁被覆を施しておく（請求項３）。
上記のように内部配線用の接続導体として可撓導体を用いることにより、図８で述べたような半田接合の際に生じる熱収縮を可撓導体自身の変形により吸収して半田接合部の剥離，チップ割れなどのダメージ発生を回避できる。さらに、可撓導体に軟質な絶縁被覆を施しておくことで、接続導体の可撓性を阻害することなしに接続導体が他のチップなどに接触して短絡するなどのトラブルを安全に回避できる。
【０００９】
また、前記の可撓導体を相手側部材に半田接合して内部配線する方法として、本発明によれば、可撓導体の両端端子をそれぞれ配線相手側部材の接合面に半田層を挟んで重ねた上で、各端子の上に重りを乗せて接合位置に加圧保持し、この仮組立状態で不活性ガス雰囲気の炉内に搬入して半田接合を行うものとする（請求項４）。
この方法によれば、半田接合工程で可撓導体の両端と相手側部材との間に挟んだ半田層の溶融に時間差があっても、その影響を受けることなく可撓導体の両端の端子を個別に定位置に加圧保持して半田接合することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例によるＩＧＢＴモジュールの組立構造図であり、基本的な構造は図７と同様であるが、絶縁基板２の回路パターン，ＩＧＢＴ３のチップ上面電極と外部導出端子５との間に配線する接続導体として、この実施例では図７のリードフレーム６に代えて可撓導体１０を使用し、その両端に結合した導体端子１０ａを介して配線の相手側部材に半田付けするなどして導電接合するようにしている。
【００１１】
ここで、用いる可撓導体１０としては、図２に示すように軟銅などの細線を素線として多数本の素線１０ｂを束ねたもの、また図３のように多数本の素線を撚り合わせた撚線１０ｃ、あるいは図示してないが多数本の素線で編んだ平編組線などを採用し、図４（ａ），（ｂ）  で示すように可撓導体１０の両端に通常の圧着端子と同様に導体端子１０ａを嵌合した上で、端子１０ａの筒部を押し潰して可撓導体１０と端子１０ａとの間を電気的，機械的に圧着接合させる。なお、可撓導体１０として撚線あるいは平編組線を用いることにより、外部から配線を通じてモジュールに侵入するノイズを低減させることができる。
【００１２】
なお、可撓導体１０の断面積は、同容量のＩＧＢＴモジュールにおいて、ＩＧＢＴと外部導出端子との間を複数本のワイヤボンディングで接続した場合におけるワイヤの合計断面積以上であることが望ましい。また、同様にリードフレーム６で接続した場合におけるリードフレームの断面積と同等であればよい。
また、図５（ａ），（ｂ）  は図２，図３に示した可撓導体１０の外周に絶縁被覆として軟質な絶縁チューブを被覆した応用実施例を示す。この絶縁チューブ１１は、可撓導体１０をモジュール内部に配線した状態で、撓んだ可撓導体が他の半導体チップ，接続導体などに接触して短絡するのを防ぐ役目を果たすもので、例えば耐熱性のある熱収縮チューブが採用できる。なお、熱収縮チューブを用いる場合には、端子１０ａを取り付ける前に可撓導体にチューブを挿入しておき、端子を結合した後に熱を加えてチューブを熱収縮させるようにする。
【００１３】
次に、前記の可撓導体１０を接続導体として、半田接合によりＩＧＢＴモジュールに内部配線する際の半田接合する製造方法を図６により説明する。すなわち、配線の相手側部材であるＩＧＢＴ３の上面電極，および外部導出端子５の脚部の上に半田層８（半田板あるいはペースト状の半田クリーム）を挟んで可撓導体１０の端子１０ａを載せ、さらに両端の各端子１０ａにその上に重り９を載せて端子１０ａを所定の接合位置に加圧保持させる。次にこの仮組立状態のまま炉内に搬入し、ここで炉内温度を半田層８の溶融温度よりも１０〜３０℃高い温度に設定して半田接合を行う。
【００１４】
この方法により、炉内での半田接合工程で可撓導体１０の両端部に挟んだ半田層８が溶融するまでの時間に差があっても、その影響が他端の半田接合部に波及するおそれがなく、可撓導体１０の両端端子１０ａを個々にあらかじめ指定した位置に安定よく半田接合できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、パッケージの金属ベース板上に絶縁基板を介してパワー半導体チップをマウントした上で、該半導体チップの上面電極，前記絶縁基板の回路パターンとパッケージの外囲ケースから引き出した外部導出端子との間に接続導体を内部配線したパワー半導体装置において、
前記接続導体を可撓導体としてその両端を配線の相手側部材に接合したことにより、接続導体に剛性のあるリードフレームを採用した従来構成で問題となっていた半田接合部の剥離，チップ割れなどのダメージ発生を回避して安定よく接合でき、これにより製品歩留りの向上化が図れる。
【００１６】
また、前記の可撓導体に軟質な絶縁被覆を施すことで安全性が向上する。
さらに、前記の接続導体を相手側部材に半田接合して内部配線する際の方法として、可撓導体の両端に結合した端子をそれぞれ配線相手側部材の接合面に半田層を挟んで重ねた上で、各端子の上に重りを乗せて定位置に加圧保持し、この仮組立状態で不活性ガス雰囲気の炉内に搬入して半田接合することにより、可撓導体の両端に結合した端子を所定の位置に合わせて安定よく半田接合できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるパワー半導体装置の組立構造図
【図２】図１における可撓導体の一実施例の構成図
【図３】撚線を採用した可撓導体の構成図
【図４】図２に示した可撓導体を製造する工程図で、（ａ），（ｂ）  はそれぞれ可撓導体と端子との分解状態，および可撓導体に端子を結合した状態を表す図
【図５】可撓導体の周面に絶縁被覆を施した実施例の構造図で、（ａ），（ｂ）  はそれぞれ図２，図３の可撓導体に絶縁チューブを被覆した状態を表す図
【図６】本発明の実施例による可撓導体の両端を相手側部材に半田接合して内部配線する際の工程説明図
【図７】接続導体にリードフレームを用いた従来のパワー半導体装置の組立構造図
【図８】図７におけるリードフレームの両端を相手側部材に半田接合して内部配線する際の工程説明図
【符号の説明】
１    金属ベース板
２    絶縁基板
２ｂ  回路パターン
３    ＩＧＢＴ（パワー半導体チップ）
５    外部導出端子
８    半田層
９    重り
１０    可撓導体
１０ａ  導体端子
【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】
2004319740.tif 000008
【図７】
2004319740.tif 000009
【図８】
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