(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に搭載された少なくとも一つの半導体素子と、
前記半導体素子を包容する樹脂ケースと、
前記樹脂ケース内の何れかの場所に立設された、少なくとも一つのピンと、
前記樹脂ケース内に配置された、少なくとも一つの第１のプリント基板と、
前記樹脂ケース外に配置された、少なくとも一つの第２のプリント基板と、を備え、
配置された前記第１及び第２のプリント基板並びに前記樹脂ケースの蓋部が、前記ピンにより位置決めされていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ピンの材質が金属または樹脂を主たる成分であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ピンの短手方向における切断面の形状が円形状、三角状、四角状、六角状のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、特に半導体素子をパッケージングした半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボット等では、その本体装置とは独立して、パワー半導体素子を搭載した半導体装置（汎用モジュール）が使用されている。
【０００３】
このような半導体装置では、複数の素子を樹脂ケースにより封止させた構造のものが一般的である。また、最近では、それらの素子を駆動する等の制御基板を、半導体装置内に組み込んだＩＰＭ（Intelligent Power Module）も、主流になりつつある。
【０００４】
そして、この制御基板においては、半導体装置の小型化に伴う組み立て性向上のために半導体装置内で正確な位置決めが要求される。それ故、最近では、封止用のケースに、位置決め用のピンを設け、当該ピンに、上記制御基板を嵌め合わせることにより、当該制御基板の正確な位置決めを図った報告例がある（例えば、特許文献１参照）。このような半導体装置の簡略図を、図４に示す。
【０００５】
図４は半導体装置の構成を説明する要部図である。
図示するように、当該半導体装置１００は、ベース基板１０１上に、複数の絶縁基板１０２が載置され、さらに、夫々の絶縁基板１０２上に、半導体素子１０３が搭載されている。
【０００６】
また、ベース基板１０１の上端縁には、ケースの外枠１０４ａ，１０４ｂが固着されている。さらに、ベース基板１０１の中央部分には、ケースの内枠１０４ｃが固着されている。そして、外枠１０４ａ、内枠１０４ｃに固設されたリードフレーム１０５ａ，１０５ｂは、ワイヤ１０６ａ，１０６ｂを介し、半導体素子１０３の電極と電気的に接続されている。
【０００７】
そして、当該半導体装置１００においては、制御基板１０７が、外枠１０４ａ，１０４ｂ上に設けられたピン１０８により位置決めされ、台座１０９を介し、半導体素子１０３上に配置されている。
【特許文献１】特開２００７−１１５９８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図４に示した半導体装置１００では、当該制御基板１０７専用の位置決め用のピン１０８を、半導体装置１００の外枠１０４ａ，１０４ｂ上に配設しているに過ぎない。
【０００９】
このような半導体装置の構成では、例えば、制御基板１０７より面積が小さい複数の制御基板を半導体装置内に配置させる場合や、或いは、複数の制御基板と共に、樹脂ケース蓋を配置する場合において、それらを一括して位置決めすることができないという問題があった。
【００１０】
また、位置決め用のピン１０８を外枠１０４ａ，１０４ｂ上に設ける構造では、半導体装置のコンパクト化を図ることができないという問題もあった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、面積の異なる複数の制御基板や、複数の制御基板と樹脂ケース蓋とを、一括して位置あわせすることができ、さらに、組み立てやすくコンパクトな形状の半導体装置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】
本発明では上記課題を解決するために、基板上に搭載された少なくとも一つの半導体素子と、前記半導体素子を包容する樹脂ケースと、前記樹脂ケース内の何れかの場所に立設された、少なくとも一つのピンと、前記樹脂ケース内に配置された、少なくとも一つの第１のプリント基板と、前記樹脂ケース外に配置された、少なくとも一つの第２のプリント基板と、を備え、配置された前記第１及び第２のプリント基板並びに前記樹脂ケースの蓋部が、前記ピンにより位置決めされていることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体装置において、面積の異なる複数の制御基板や、複数の制御基板と樹脂ケース蓋とを、一括して位置あわせすることができる。さらに、組み立てやすくコンパクトな形状の半導体装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施の形態に係る半導体装置の要部断面模式図である。
図示する半導体装置１は、板厚が数ミリの金属ベース板１０を基体とし、当該金属ベース板１０上に、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）系の鉛フリー半田層（図示しない）を介して絶縁基板２０が接合されている。そして、絶縁基板２０上層には、複数の半導体素子３０，３１が実装されている。さらに、半導体装置１は、半導体素子３０，３１等を樹脂ケース４０によりパッケージングし、汎用ＩＧＢＴモジュールとして機能する。
【００１５】
絶縁基板２０は、絶縁板２０ａと、絶縁板２０ａの下面にＤＣＢ（Direct Copper Bonding）法で形成された金属箔２０ｂと、絶縁板２０ａの上面に同じくＤＣＢ法で形成された、複数の金属箔２０ｃ，２０ｄ，２０ｅを備えている。この金属箔２０ｃ，２０ｄ，２０ｅにおいては、絶縁板２０ａ上で、夫々異なる形状の回路パターンを構成している。
【００１６】
さらに、夫々の金属箔２０ｃ，２０ｄ上には、半田層（図示しない）を介して、少なくとも一つの半導体素子３０，３１が裏面側（例えば、コレクト電極側）を接合させた状態にて搭載されている。
【００１７】
なお、半導体素子３０，３１の当該接合面（裏面側）とは反対側の主面、即ち、半導体素子３０，３１の上面には、制御電極並びにエミッタ電極（図示しない）が配設されている。そして、半導体素子３０の制御電極は、金属ワイヤ２１ａを介して、金属箔２０ｅに導通している。更に、金属箔２０ｅは、図示しない回路パターン（例えば、制御回路）に接続されている。また、半導体素子３１の制御電極は、金属ワイヤ２１ｂを介して、樹脂ケース４０に固定されたピン端子（制御用端子）２２に導通している。
【００１８】
ここで、絶縁板２０ａは、例えば、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）焼結体のセラミックで構成され、金属箔２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属で構成されている。
【００１９】
また、半導体素子３０，３１は、縦型のパワー半導体素子であり、例えば、上側の主面に、主電極（例えば、エミッタ電極）と制御電極（ゲート電極）を配設し、下側の主面に別の主電極（例えば、コレクタ電極）を配設したＩＧＢＴ素子が該当する。また、半導体素子３０，３１においては、上述したＩＧＢＴ素子に限らず、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。また、ＦＷＤ素子でもよい。
【００２０】
さらに、図１には、特に、図示されていないが、絶縁板２０ａ上に金属箔２０ｃ，２０ｄのほか、複数の金属箔がパターニングされ、さらに電極端子等が配設されている。
また、半導体装置１にあっては、金属ベース板１０の上端縁に、例えば、ＰＰＳ（ポリ・フェニレン・サルファイド）製の樹脂ケース４０を構成する外枠部４０ａが固設されている。そして、外枠部４０ａ内には、例えば、半導体素子３０，３１の夫々の主電極に導通する外部接続用端子５０，５１，５２が封止（インサート成形）されている。
【００２１】
ここで、外部接続用端子５０，５１，５２は、例えば、銅を主たる成分とした材質により構成されている。また、半導体装置１内には、半導体素子３０，３１の制御電極に導通する制御用端子（例えば、ピン端子）が複数個配設されている。
【００２２】
さらに、半導体装置１にあっては、位置決め用のピン６０（円柱状）が樹脂ケース４０内に、少なくとも一つ、垂直に立設している。そして、その一端が外枠部４０ａ内に固着（インサート）されている。また、半導体素子３０，３１の上方には、樹脂ケース４０を構成する蓋部４０ｂが外枠部４０ａに嵌合・配置されている。なお、ピン６０は、金属または樹脂を主たる成分により構成されている。特に、樹脂を用いた場合には、樹脂ケース４０内に配設された金属ワイヤ２１ａ，２１ｂや電極等がピン６０と接触しても、これらの絶縁性を確保する効果がある。また、その短手方向における断面形状（図の左右方向に切断した切断面）は、円形状以外のほか、三角状、四角状、六角状でもよい。
【００２３】
また、ピン６０は、蓋部４０ｂに設けられた貫通孔４１を貫通し、さらに、蓋部４０ｂの上方へ延出されている。そして、蓋部４０ｂ上方に配置させたプリント基板７０（例えば、制御用基板）の貫通孔７１を貫通し、もう一方の端がプリント基板７０の上方へ延出されている。
【００２４】
また、上述したピン端子２２は、蓋部４０ｂを貫通するように立設し、プリント基板７０の主面に設けられた回路パターン（図示しない）と、半田付けにより電気的に接続されている。
【００２５】
なお、貫通孔４１，７１内を通過するピン６０の外面と、蓋部４０ｂ並びにプリント基板７０の内面とは、直接接触せずに、クリアランスを設けてもよい。
また、ピン６０を配置する位置は、図示する位置に限ることはなく、樹脂ケース４０内、即ち、金属ベース板１０、外枠部４０ａ並びに蓋部４０ｂによって取り囲まれた領域内に存在する何れかのスペースに配置してもよい。
【００２６】
そして、この外枠部４０ａ、蓋部４０ｂ及び金属ベース板１０で取り囲まれた空間には、半導体素子３０，３１、金属ワイヤ２１ａ，２１ｂ等の保護を目的としてゲル４２が充填されている。ここで、ゲル４２の材質は、例えば、シリコーンを主たる成分により構成されている。
【００２７】
また、半導体装置１にあっては、上述したように、蓋部４０ｂに対向するプリント基板７０が支柱（台座）７２を介して取り付けられている。そして、上記ピン端子２２の上端がプリント基板７０の主面に配設された複数の回路パターン（図示しない）に、半田付けにより電気的に接続されている。このようなプリント基板７０には、ＩＣ回路部、コンデンサ部、抵抗部等が実装されている。
【００２８】
なお、半導体装置１にあっては、半導体装置の更なる小型化、軽量化を図るために、金属ベース板１０を取り除き、絶縁基板２０を半導体装置１の基体とした、所謂金属ベースレス構造であってもよい。
【００２９】
また、図１に示す半導体装置１では、１枚のプリント基板７０を蓋部４０ｂ上方に対向・配置させた構造をなしているが、当該上方に配置するプリント基板の枚数は、特に１枚に限ることはない。即ち、少なくとも１枚のプリント基板を半導体装置１に取り付ければよい。
【００３０】
また、プリント基板を配置する場所においては、半導体装置１の蓋部４０ｂの上方に限ることはなく、例えば、少なくとも１枚のプリント基板を、樹脂ケース４０内、即ち、金属ベース板１０、外枠部４０ａ並びに蓋部４０ｂによって取り囲まれた領域内に配置してもよい。
【００３１】
このような半導体装置１の変形例を、図２を用いて説明する。なお、以下に示す図においては、図１と同一の部材には、同一の符号を付し、その説明の詳細については省略する。
【００３２】
図２は半導体装置の変形例の要部断面模式図である。
図示するように、半導体装置２では、金属ベース板１０、外枠部４０ａ並びに蓋部４０ｂによって取り囲まれた領域内に、プリント基板７５を配置している。また、半導体装置２では、樹脂ケース４０内において、金属箔２０ｅから、ピン端子２３を立設させている。
【００３３】
ここで、ピン端子２３は、絶縁板２０ａ上に配置した金属箔２０ｅに接続・固定されている。また、ピン端子２２は、半導体装置１と同様に、樹脂ケース４０に固定されている。そして、半導体素子３０，３１の制御電極と、ピン端子２２，２３とは、金属ワイヤ２１ａ，２１ｂを介し、電気的に接続されている。
【００３４】
また、ピン端子２３においては、その上端がプリント基板７５を貫通し、プリント基板７５の主面に配設された回路パターンと、半田付けにより電気的に接続されている。また、ピン端子２２は、プリント基板７５を貫通し、さらに、プリント基板７０を貫通して、プリント基板７０の主面に配設された回路パターンと、半田付けにより電気的に接続されている。
【００３５】
尚、必要に応じて、プリント基板７５に設けられた回路パターンと、ピン端子２２とを電気的に接続してもよい。
また、半導体装置２にあっては、位置決め用のピン６１が樹脂ケース４０内に、少なくとも一つ、垂直に立設している。そして、その一端が外枠部４０ａ内に固着（インサート）されている。また、半導体素子３０，３１の上方には、プリント基板７５（例えば、制御用基板）が配置されている。さらに、プリント基板７５の上方には、蓋部４０ｂが外枠部４０ａに嵌合・配置されている。
【００３６】
また、ピン６１は、プリント基板７５に設けられた貫通孔７６を貫通し、蓋部４０ｂに設けられた貫通孔４１を貫通し、さらに、蓋部４０ｂの上方へ延出されている。そして、蓋部４０ｂ上方に配置させたプリント基板７０（例えば、制御用基板）の貫通孔７１を貫通し、もう一方の端がプリント基板７０の上方へ延出されている。
【００３７】
なお、貫通孔４１，７１，７６内を通過するピン６１の外面と、蓋部４０ｂ並びにプリント基板７０，７５の内面とは、直接接触せずに、クリアランスを設けてもよい。
また、ピン６１を配置する位置は、図示する位置に限ることはなく、樹脂ケース４０内、即ち、金属ベース板１０、外枠部４０ａ並びに蓋部４０ｂによって取り囲まれた領域内に存在する何れかのスペースに配置してもよい。
【００３８】
そして、このプリント基板７５の主面に、温度センサー回路や過電圧・過電流保護回路等を組み込むことにより、小型・薄型サイズのＩＰＭが実現する。
このように、少なくとも１枚のプリント基板を金属ベース板１０、外枠部４０ａ並びに蓋部４０ｂによって取り囲まれた領域内に取り付けてもよい。
【００３９】
このような構成によれば、ピン６１によって、プリント基板７０，７５の位置決めがなされるため、ピン端子２２，２３と、プリント基板７０，７５に設けられた貫通孔との位置決めが精度よくなされる。そして、ピン端子２２，２３をプリント基板７０，７５の貫通孔に通しやすくなるため、組み立て性が向上する。
【００４０】
特に、近年の半導体装置では、集積度を向上させているために、ピン端子２２，２３を線細にする必要が生じるが、上述の如く、組み立て性を向上させることにより、組み立て時に生じるピン端子の曲がり、破損等を確実に防止することができる。
【００４１】
次に、図２に示した半導体装置２を例に、複数のプリント基板７０，７５と蓋部４０ｂを一括で位置あわせする方法について説明する。
図３は半導体装置の組み立て方法を説明する要部断面模式図である。
【００４２】
図示するように、半導体装置２の上方に、プリント基板７０，７５と蓋部４０ｂを配置させる。
次に、プリント基板７５に設けられた貫通孔７６と、ピン６１との位置あわせを行い、貫通孔７６にピン６１を貫入させ、当該貫入状態を維持しながら、プリント基板７５を下方に移動させる。そして、図２に示す如く、プリント基板７５を半導体素子３０，３１上方の所定の位置に配置する。
【００４３】
続いて、蓋部４０ｂに設けられた貫通孔４１と、ピン６１との位置あわせを行い、貫通孔４１にピン６１を貫入させ、当該貫入状態を維持しながら、蓋部４０ｂを下方に移動させる。そして、蓋部４０ｂをプリント基板７５上方の所定の位置に配置する。このような方法により、図２に示す如く、蓋部４０ｂが外枠部４０ａに嵌合される。
【００４４】
そして、プリント基板７０に設けられた貫通孔７１と、ピン６１との位置あわせを行い、貫通孔７１にピン６１を貫入させ、当該貫入状態を維持しながら、プリント基板７０を下方に移動させる。そして、図２に示す如く、プリント基板７０を、支柱７２を介し、蓋部４０ｂ上方の所定の位置に配置する。
【００４５】
なお、蓋部４０ｂを外枠部４０ａに嵌合させた後において、金属ベース板１０、蓋部４０ｂ並びに外枠部４０ａによって取り囲まれた領域に、上記のゲル４２を充填してもよい。
【００４６】
このように、半導体装置１，２にあっては、絶縁基板２０上に、少なくとも一つの半導体素子３０，３１が搭載され、当該半導体素子３０，３１が樹脂ケース４０により包容され、当該樹脂ケース４０内の何れかの場所に少なくとも一つのピン６０，６１が立設されている。
【００４７】
また、樹脂ケース４０内もしくは樹脂ケース４０外、または、樹脂ケース４０内及び樹脂ケース４０外に、少なくとも一つのプリント基板７０，７５が配置されている。
そして、これらのプリント基板７０，７５並びに樹脂ケース４０の蓋部４０ｂは、共通するピン６０，６１により位置決めされている。
【００４８】
このような半導体装置１，２によれば、蓋部４０ｂ、プリント基板７０或いはプリント基板７５の全てが、共通のピン６０，６１を基準にして、一括して、簡便に位置決めされる。特に、共通のピン６０，６１のみを設ければ足りるので、半導体装置の低コスト化を図ることができる。
【００４９】
また、一つのピン６０，６１を基準にして、蓋部４０ｂ、プリント基板７０或いはプリント基板７５の位置決めを図ることから、夫々の位置決め精度が向上する。
また、外部接続用端子５０，５１，５２が外枠部４０ａにインサート成形されている場合には、外枠部４０ａ上にピン６０，６１を設置する場所が制約を受けてしまうが、本実施の形態においては、当該ピン６０，６１を樹脂ケース４０内の何れかの領域に設けている。従って、ピン６０，６１を配置する自由度が大きく増加する。これにより、設計上のマージンが拡大し、半導体装置の更なる小型化・薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施の形態に係る半導体装置の要部断面模式図である。
【図２】半導体装置の変形例の要部断面模式図である。
【図３】半導体装置の組み立て方法を説明する要部断面模式図である。
【図４】半導体装置の構成を説明する要部図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２  半導体装置
１０  金属ベース板
２０  絶縁基板
２０ａ  絶縁板
２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ  金属箔
２１ａ，２１ｂ  金属ワイヤ
２２，２３  ピン端子
３０，３１  半導体素子
４０  樹脂ケース
４０ａ  外枠部
４０ｂ  蓋部
４１，７１，７６  貫通孔
４２  ゲル
５０，５１，５２  外部接続用端子
６０，６１  ピン
７０，７５  プリント基板
７２  支柱
【図１】
0005251066.tif 000002
【図２】
0005251066.tif 000003
【図３】
0005251066.tif 000004
【図４】
0005251066.tif 000005