(57)【要約】【課題】基板等に鑞材を介して接合される接続端子の傾きを改善することができる半導体装置の提供。【解決手段】本発明は、接続端子を備える半導体装置１であって、接続端子１４０は、基板、又は、基板上に配置される１つの半導体素子である接合対象物に、それぞれ鑞材を介して接合される２つの脚部１４２と、２つの脚部１４２に接続され、基板又は１つの半導体素子から離間しつつ２つの脚部間を延在する連結部１４１と、を含むことを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続端子を備える半導体装置であって、
前記接続端子は、
基板、又は、基板上に配置される１つの半導体素子である接合対象物に、それぞれ鑞材を介して接合される２つの脚部と、
前記２つの脚部に接続され、前記接合対象物から離間しつつ前記２つの脚部間を延在する連結部と、を含むことを特徴とする、半導体装置。
【請求項２】
前記２つの脚部は、それぞれ、前記鑞材を受け入れる切欠きを有する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記２つの脚部は、それぞれ、前記基板の表面に対して垂直な方向に延在する第１部位を有し、前記切欠きは、該部位に形成させる、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記切欠きは、穴の形態で閉じた切欠き、又は、前記脚部の３方向の縁部のうちの１つ縁部のみで開口する切欠きである、請求項２又は３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記２つの脚部は、それぞれ、前記基板の表面に対して垂直な方向に延在する第１部位と、前記第１部位から屈曲して前記基板の表面の平行な方向に延在する第２部位とを含む、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記２つの脚部は、同一の構成を有する、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
接続端子を備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の半導体装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。この半導体装置では、接続端子（端子台）は、基板に半田付けにより接合され、基板とバスバーとを接続する。接続端子はＣ字型の断面を有する。
【０００３】
また、半田付けの信頼性を高めるために接続端子に貫通穴を形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３２２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２２８８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、接続端子を鑞材により基板等に接合する場合には、加熱により溶融した半田等の鑞材が接合部の全体に行き渡ると共に、余剰鑞材が一部に集中しないことが望ましい。これは、鑞材が接合部の全体に行き渡らない場合や余剰鑞材が一部に集中した場合には、接続端子が傾く等して接続端子の接合の信頼性が低下する虞があるためである。
【０００６】
この点、上記の特許文献１に開示されるようなＣ字型の断面の接続端子は、余剰鑞材が端子角部に集中しやすく、接続端子が傾く等して接続端子の接合の信頼性が低下する虞がある。
【０００７】
そこで、本発明は、基板等に鑞材を介して接合される接続端子の傾きを改善することができる半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、接続端子を備える半導体装置であって、
前記接続端子は、
基板、又は、基板上に配置される１つの半導体素子である接合対象物に、それぞれ鑞材を介して接合される２つの脚部と、
前記２つの脚部に接続され、前記接合対象物から離間しつつ前記２つの脚部間を延在する連結部と、を含むことを特徴とする、半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、基板等に鑞材を介して接合される接続端子の傾きを改善することができる半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施例による半導体装置１の要部を示す斜視図である。
【図２】図１に示す半導体装置１のラインＡ−Ａに沿った断面図である。
【図３】図１に示す半導体装置１のラインＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図４】第２接続端子１４０の他の実施例を示す図である。
【図５】Ｃ字型の断面の接続端子を用いた場合の問題点の説明図である。
【図６】切欠き１４２ｃを有する第２接続端子１４０の一実施例を示す斜視図である。
【図７】図６の第２接続端子１４０とヒートスプレッダ２０との接合部の２方向からの断面図である。
【図８】切欠き１４２ｃを有する第２接続端子１４０の他の一実施例を示す斜視図である。
【図９】切欠き１４２ｃを有する第２接続端子１４０の更なる他の一実施例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１２】
図１は、本発明の一実施例による半導体装置１の要部を示す斜視図である。図２は、図１に示す半導体装置１のラインＡ−Ａに沿った断面図である。図３は、図１に示す半導体装置１のラインＢ−Ｂに沿った断面図である。尚、図１においては、第１外部端子８０及び第２外部端子８２の下方の要素が見えるように、第１外部端子８０及び第２外部端子８２については透視図で示されている。尚、半導体装置１の上下方向は、半導体装置１の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、半導体装置１のヒートスプレッダ２０に対して半導体チップ１０が存在する側を上方とする。半導体装置１は、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用のインバータを構成するものであってよい。
【００１３】
半導体装置１は、図1及び図２に示すように、半導体チップ１０と、第１接続端子１２と、ヒートスプレッダ２０と、第２接続端子１４０とを含む。
【００１４】
半導体チップ１０は、パワー半導体素子を含み、本例ではＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）を含む。尚、半導体チップ１０が含むパワー半導体素子の種類や数は、任意である。半導体チップ１０は、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field-Effect  Transistor)のような他のスイッチング素子を含んでもよい。半導体チップ１０は、ヒートスプレッダ２０上に半田５０により接合される。図示の例では、半導体チップ１０は、ＩＧＢＴからなる半導体チップ１０Ａと、ＦＷＤ（Free  Wheeling  Diode）からなる半導体チップ１０Bからなる。この場合、半導体チップ１０Ａは、上面にエミッタ電極を備え、下面にコレクタ電極を備える。また、半導体チップ１０Bは、上面にアノード電極を備え、下面にカソード電極を備える。
【００１５】
第１接続端子１２は、半導体チップ１０Ａ、１０Ｂの電極に半田５０により固着（接合）される。図示の例では、第１接続端子１２は、ＩＧＢＴのエミッタ電極と、ＦＷＤのアノード電極に半田５０により接合される。第１接続端子１２は、側面視で、図２に示すように、上向きに凸形状をなし、ヒートスプレッダ２０の上面から上方に離間した上部１２１と、ヒートスプレッダ２０の上面付近の高さに延在する２つの接続部１２２と、上部１２１及び２つの接続部１２２を繋ぐ上下方向の脚部１２３とから構成される。２つの接続部１２２は、それぞれ、ＩＧＢＴのエミッタ電極と、ＦＷＤのアノード電極に接合される。第１接続端子１２の上部１２１には、図１及び図２に示すように、第１外部端子８０が、例えばレーザ溶接により、接合される。尚、第１外部端子８０及び後述の第２外部端子８２は、同一のバスバーモジュールに組み込まれてもよい。また、第１外部端子８０及び第２外部端子８２は、上下方向の位置公差を吸収するために、切欠き等を有して可撓性があるように構成されてもよい。
【００１６】
ヒートスプレッダ２０は、半導体チップ１０で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ２０は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。本例では、一例として、ヒートスプレッダ２０は、銅により形成される。銅としては、伝導率が銅材の中で最も高い無酸素銅(C1020)が好適である。
【００１７】
尚、ヒートスプレッダ２０は、図示を省略するが、絶縁層を介してヒートシンクに接合されてよい。絶縁層は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層は、ヒートスプレッダ２０とヒートシンクの間に設けられ、ヒートスプレッダ２０とヒートシンクに接合する。絶縁層は、ヒートスプレッダ２０とヒートシンクとの間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ２０からヒートシンクへの高い熱伝導性を確保する。ヒートシンクは、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成されてもよい。ヒートシンクは、下面側にフィンを備える。フィンの数や配列態様は任意である。フィンは、ストレートフィンであってもよいし、その他、ピンフィンの千鳥配置等で実現されてもよい。半導体装置１の実装状態では、フィンは、冷却水や冷却空気のような冷却媒体と接触する。このようにして、半導体装置１の駆動時に生じる半導体チップ１０からの熱は、ヒートスプレッダ２０、絶縁層を介して、ヒートシンクのフィンから冷却媒体へと伝達され、半導体装置１の冷却が実現される。
【００１８】
第２接続端子１４０は、ヒートスプレッダ２０の上面に半田７０により接合される。尚、ヒートスプレッダ２０には、上述の如く半導体チップ１０ＡとしてのＩＧＢＴのコレクタ電極（及び半導体チップ１０ＢとしてのＦＷＤのカソード電極）が接続されるので、第２接続端子１４０は、ＩＧＢＴのコレクタ電極の取り出し部を構成する。また、第２接続端子１４０は、図１及び図３に示すように、例えばレーザ溶接により、第２外部端子８２に接合される。
【００１９】
第２接続端子１４０は、図３に示すように、ヒートスプレッダ２０の上面に２点で接合される。図３に示す例では、第２接続端子１４０は、ヒートスプレッダ２０の上面に対して垂直方向に延在する２つの脚部１４２と、ヒートスプレッダ２０の上面から離間しつつヒートスプレッダ２０の上面に平行に延在する連結部（上部）１４１とを含み、連結部１４１は、２つの脚部１４２を接続する。即ち、第２接続端子１４０は、２つの脚部１４２と連結部１４１により下方に向いたＣ字型断面を画成する。第２接続端子１４０は、２つの脚部１４２にてヒートスプレッダ２０に半田７０により接合される。尚、第２接続端子１４０は、はんだに対する濡れ性（はんだ濡れ性）を有するめっき層が形成されてもよい。この場合、第２接続端子１４０の一部にのみ（例えば２つの脚部１４２にのみ）にめっき層が形成されてもよい。
【００２０】
２つの脚部１４２は、好ましくは、同一の構成を有する。即ち、２つの脚部１４２は、好ましくは、形状（長さ、幅、高さ等）が同一であり、図３の断面視で左右対称に配置される。尚、第２接続端子１４０は、一定幅の直線状の板材からプレス加工で形成されてよい。
【００２１】
第２接続端子１４０は、例えばヒートスプレッダ２０の上面の２点の接合箇所に、溶融した半田を配置し、それぞれの半田の位置にそれぞれ脚部１４２を位置付けることで、ヒートスプレッダ２０上に搭載されてもよい。この際、第２接続端子１４０は、溶融状態にある半田が接合部の全体に行き渡るように、所定のスクラブ方向に揺動されてもよい（即ちスクラブ工程が実行されてもよい）。所定のスクラブ方向は、２つの脚部１４２を結んだ方向（図１のＬ方向）であってよい。
【００２２】
図４は、第２接続端子１４０の他の実施例を示す図であり、図３に示した断面視と同様の断面視である。
【００２３】
図４に示す例では、２つの脚部１４２は、それぞれ、ヒートスプレッダ２０の上面に対して垂直方向に延在する第１部位１４２ａと、第１部位１４２ａから屈曲して、ヒートスプレッダ２０の上面に沿って延在する第２部位１４２ｂとを含む。この場合も、同様に、第２接続端子１４０は、２つの脚部１４２にてヒートスプレッダ２０に半田７０により接合される。
【００２４】
尚、図４に示す例では、２つの脚部１４２の各第２部位１４２ｂは、互いに近接する方向に延在するが、更なる他の実施例として、２つの脚部１４２の各第２部位１４２ｂは、互いに離反する方向に延在してもよいし、若しくは、一方が他方に近接する方向に延在し且つ他方が一方から離反する方向に延在してもよい。
【００２５】
以上説明した本実施例によれば、上述の如く、第２接続端子１４０が２点（即ち２つの脚部１４２）でヒートスプレッダ２０の上面に半田７０により接合されるので、２つの脚部１４２を結ぶ方向（Ｌ方向）で半田７０による接合部のアンバランスが低減され、Ｃ字型の断面の接続端子を用いた場合に生ずるような不都合（即ち、図５に示すように、余剰半田が端子角部に集中しやすく、接続端子が傾く等の不都合）を防止することができる。これにより、第２接続端子１４０とヒートスプレッダ２０との接合の信頼性を高めることができる。
【００２６】
ここで、第２接続端子１４０は、好ましくは、半田７０を受け入れる切欠きを有する。このような切欠きは、脚部１４２の任意の場所に任意の形状で形成されてよい。これにより、余剰半田が切欠き内に入ることができ、余剰半田の好ましくない態様のはみ出しを防止することができる。以下では、切欠きを有する第２接続端子１４０の好ましい幾つかの実施例について説明する。
【００２７】
図６は、切欠き１４２ｃを有する第２接続端子１４０の一実施例を示す斜視図である。図７は、第２接続端子１４０とヒートスプレッダ２０との接合部の２方向からの断面図（図６のＬ方向及びＷ方向に視た、切欠き１４２ｃを通る断面図）である。尚、以下では、Ｌ方向は、２つの脚部１４２を結ぶ方向に対応し、第２接続端子１４０の長手方向を指し、Ｈ方向は、高さ方向を指し、Ｗ方向は、脚部１４２の幅方向（長手方向及び高さ方向に垂直な方向）を指す。
【００２８】
図６に示す例では、２つの脚部１４２は、それぞれ、高さ方向Ｈに延在する切欠き１４２ｃを有する。切欠き１４２ｃは、図７に示すように、接合時に半田７０を受け入れる。切欠き１４２ｃは、好ましくは、図６に示すように、脚部１４２の幅方向Ｗの略中央部に形成される。２つの脚部１４２のそれぞれ切欠き１４２ｃは、好ましくは、同一の構成（位置や形状等）を有する。尚、図６に示す例では、切欠き１４２ｃは、脚部１４２の幅方向Ｗの中央部に形成され、脚部１４２におけるヒートスプレッダ２０側の縁部（高さ方向Ｈの下方側縁部）のみで開口する。これにより、切欠き１４２ｃは囲まれた空間を形成するので、溶解状態の半田７０は、高さ方向に延在する切欠き１４２ｃに対してもその内部へ移動する（這い上がる）ことができる。しかしながら、切欠き１４２ｃは、ヒートスプレッダ２０側の縁部と、幅方向Ｗの一方の縁部の双方で開口するものであってもよい（即ち幅方向Ｗの端に形成されてもよい）。また、切欠き１４２ｃは、１つの脚部１４２に対して複数個設定されてもよい。また、切欠き１４２ｃの形状は、任意であり、図示のような矩形の形状以外にも、三角形や、円形や楕円形等を含んでよい。
【００２９】
図８は、切欠き１４２ｃを有する第２接続端子１４０の他の一実施例を示す斜視図である。
【００３０】
図８に示す例では、２つの脚部１４２は、図４に示した例と同様、それぞれ、ヒートスプレッダ２０の上面に対して垂直方向に延在する第１部位１４２ａと、第１部位１４２ａから屈曲して、ヒートスプレッダ２０の上面に沿って延在する第２部位１４２ｂとを含み、第２部位１４２ｂに切欠き１４２ｃが形成される。従って、図８に示す例では、切欠き１４２ｃは、長手方向Ｌに延在する。切欠き１４２ｃは、同様に、図８に示すように、脚部１４２の幅方向Ｗの略中央部に形成される。２つの脚部１４２のそれぞれ切欠き１４２ｃは、好ましくは、同一の構成（位置や形状等）を有する。尚、図８に示す例では、切欠き１４２ｃは、脚部１４２の幅方向Ｗの中央部に形成され、脚部１４２における長手方向Ｌの縁部のみで開口する。しかしながら、切欠き１４２ｃは、長手方向Ｌの縁部と、幅方向Ｗの一方の縁部の双方で開口するものであってもよいし、若しくは、幅方向の一方の縁部のみで開口するものであってもよい。また、切欠き１４２ｃは、１つの脚部１４２に対して複数個設定されてもよい。また、切欠き１４２ｃの形状は、任意であり、図示のような矩形の形状以外にも、三角形や、円形や楕円形等を含んでよい。
【００３１】
図９は、切欠き１４２ｃを有する第２接続端子１４０の更なる他の一実施例を示す斜視図である。
【００３２】
図９に示す例では、２つの脚部１４２は、図４に示した例と同様、それぞれ、ヒートスプレッダ２０の上面に対して垂直方向に延在する第１部位１４２ａと、第１部位１４２ａから屈曲して、ヒートスプレッダ２０の上面に沿って延在する第２部位１４２ｂとを含み、第１部位１４２ａと第２部位１４２ｂとに亘って切欠き１４２ｃが形成される。即ち、切欠き１４２ｃは、第１部位１４２ａと第２部位１４２ｂとの間の屈曲部を含む領域に形成される。従って、図９に示す例では、切欠き１４２ｃは、第１部位１４２ａにおいて高さ方向Ｈに延在すると共に、第２部位１４２ｂにおいて長手方向Ｌに延在する。切欠き１４２ｃは、同様に、図９に示すように、脚部１４２の幅方向Ｗの略中央部に形成される。２つの脚部１４２のそれぞれ切欠き１４２ｃは、好ましくは、同一の構成（位置や形状等）を有する。尚、同様に、切欠き１４２ｃは、１つの脚部１４２に対して複数個設定されてもよい。また、切欠き１４２ｃの形状は、任意であり、図示のような矩形の形状以外にも、三角形や、円形や楕円形等を含んでよい。
【００３３】
尚、図９に示す例では、切欠き１４２ｃは、脚部１４２の幅方向Ｗの中央部に形成され、穴の形態で全周が囲繞されている。しかしながら、切欠き１４２ｃは、第２部位１４２ｂにおいて長手方向Ｌに更に延在し、脚部１４２における長手方向Ｌの縁部のみで開口してもよい。或いは、切欠き１４２ｃは、幅方向Ｗの一方の縁部のみで開口してもよいし、長手方向Ｌの縁部と、幅方向Ｗの一方の縁部の双方で開口するものであってもよい。
【００３４】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００３５】
例えば、上述では、ヒートスプレッダ２０と第２外部端子８２とを接続する第２接続端子１４０の構成について特に言及しているが、第２接続端子１４０と同様の構成の接続端子を用いて、他の部品間の接続を実現することは可能である。例えば、第１接続端子１２に代えて、第２接続端子１４０と同様の構成の接続端子を用いて、半導体チップ１０Ａと第１外部端子８０とを接続すると共に、第２接続端子１４０と同様の構成の接続端子を用いて、半導体チップ１０Ｂと第１外部端子８０とを接続することとしてもよい。この場合も、同様に、第２接続端子１４０と同様の構成の各接続端子は、それぞれ、２つの脚部により、半田により半導体チップ１０Ａ又は半導体チップ１０Ｂに接合されればよい。
【００３６】
また、上述の実施例では、第２外部端子８２は、一定の幅を有しているが、第２外部端子８２の幅は変化してもよい。また、上述の実施例では、脚部１４２は、ヒートスプレッダ２０の上面に対して垂直に延在するが、垂直以外の角度であってもよい。例えば、脚部１４２は、ヒートスプレッダ２０の上面に対して斜め方向に延在する第１部位と、第１部位から屈曲して、ヒートスプレッダ２０の上面に沿って延在する第２部位とを含んでもよい。
【００３７】
また、上述の実施例では、半導体装置１は、他の構成（例えば、走行モータ駆動用のＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータの素子の一部）を含んでよいし、また、半導体装置１は、半導体チップ１０Ａ、１０Ｂと共に、他の素子（コンデンサ、リアクトル等）を含んでもよい。また、半導体装置１は、車両用のインバータに適用されるものであったが、半導体装置１は、他の用途（鉄道、エアコン、エレベータ、冷蔵庫等）で使用されるインバータに使用されてもよい。更に、半導体装置１は、インバータ以外の装置、例えば、コンピューター用のＭＰＵ（Microprocessor  Unit）や、無線通信機の送信部の電力増幅回路に使用される高周波パワーモジュールに使用されてもよい。
【００３８】
また、上述の実施例では、半導体チップ１０が配置され第２接続端子１４０が接合される基板は、ヒートスプレッダ２０であったが、本発明は、他の任意の基板にも適用可能である。例えば、半導体チップ１０が配置され第２接続端子１４０が接合される基板は、高い熱伝導性を有するセラミック基板の両面にアルミ板を備えたＤＢＡ（Direct  Brazed  Aluminum）基板や、セラミック基板の両面に銅板を備えたＤＢＣ（Direct  Brazed  Copper）基板により構成されてもよい。
【００３９】
また、上述の実施例では、鑞材として半田が用いられているが、半田に代えて種々の鑞材（例えば、金、銀、銅等を含むもの。硬鑞であるか軟鑞であるかを問わない）を採用することが可能である。さらに、鑞材は、合金からなる材料に限られるものではなく、加熱により液化し冷却（自然冷却を含む）により固化して接合を実現するあらゆる導電性材料を鑞材として採用することが可能である。また、半田７０としては、主成分として含まれる金属の種類（例えば、錫等）によらず種々の半田を採用することができる。
【００４０】
図示の例では、ヒートスプレッダ２０単位で構成を説明したが、半導体装置１に含まれるヒートスプレッダ２０の数は任意である。例えば、半導体装置１に含まれるヒートスプレッダ２０の数は、６であってもよい。この場合、６つのヒートスプレッダ２０上の各半導体チップ１０は、モータ駆動用のインバータのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各上アーム及び各下アームを構成するものであってよい。
【符号の説明】
【００４１】
１    半導体装置
１０（１０Ａ，１０Ｂ）    半導体チップ
１２    第１接続端子
２０    ヒートスプレッダ
５０    半田
７０    半田
８０    第１外部端子
８２    第２外部端子
１４０    第２接続端子
１４１    連結部
１４２    脚部
１４２ａ    第１部位
１４２ｂ    第２部位
１４２ｃ    切欠き
【図１】
2013094824.tif 000003
【図２】
2013094824.tif 000004
【図３】
2013094824.tif 000005
【図４】
2013094824.tif 000006
【図５】
2013094824.tif 000007
【図６】
2013094824.tif 000008
【図７】
2013094824.tif 000009
【図８】
2013094824.tif 000010
【図９】
2013094824.tif 000011