(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する両面（１１１ａ、１１１ｂ）に電極（１１１ｃ、１１１ｄ）を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子（１１１）と、
上記半導体素子の上記両面の内、一方の面（１１１ａ）に存在する第１電極（１１１ｃ）と金属板（１３４）を介して電気的に接続され上記金属板及び上記半導体素子を載置する第１回路基板（１３３）と、
上記半導体素子の上記両面の内、他方の面（１１１ｂ）側であって上記第１基板に対向して配置され、上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板（１１６）と、
上記他方面に存在する第２電極（１１１ｄ）と上記第２回路基板とを電気的に直接接続する導体（１３６、１３６−１）と、
上記第１回路基板を載置し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材（１２０ａ）を有し上記半導体素子からの熱を放散する放熱部材（１２０）と、を備え、
上記支持部材にて上記第２回路基板を支持した状態にて上記第２電極に接合された上記導体は、上記半導体素子の厚み方向（１１１ｅ）に沿って延在し、かつ上記厚み方向に直交する方向に凸となる屈曲部であって上記放熱に起因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基板との間の伸縮を吸収するとともに上記第１回路基板を上記放熱部材へ押圧する第２屈曲部（１３６ａ）を有する、
ことを特徴とする電力制御系電子回路装置。
【請求項２】
互いに対向する両面（１１１ａ、１１１ｂ）に電極（１１１ｃ、１１１ｄ）を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子（１１１）と、
上記半導体素子の上記両面の内、一方の面（１１１ａ）に存在する第１電極（１１１ｃ）と金属板（１３４）を介して電気的に接続され上記金属板及び上記半導体素子を載置する第１回路基板（１３３）と、
上記半導体素子の上記両面の内、他方の面（１１１ｂ）側であって上記第１基板に対向して配置され、上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板（１１６）と、
上記他方面に存在する第２電極（１１１ｄ）と上記第２回路基板とを電気的に直接接続する導体（１３９、１３９−１）と、
上記第１回路基板を載置し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材（１２０ａ）を有し上記半導体素子からの熱を放散する放熱部材（１２０）と、を備え、
上記支持部材にて上記第２回路基板を支持した状態にて上記第２電極に接合された上記導体は、上記半導体素子の厚み方向（１１１ｅ）に直交する方向へ延在して、上記厚み方向に凸となる屈曲部であって上記半導体素子の放熱に起因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基板との間の伸縮を吸収する第１屈曲部（１３９ａ）を有する、
ことを特徴とする電力制御系電子回路装置。
【請求項３】
互いに対向する両面（１１１ａ、１１１ｂ）の内、一方の面（１１１ａ）に第１電極（１１１ｃ）を他方の面（１１１ｂ）に第２電極（１１１ｄ）を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子（１１１）と、
上記第２電極に形成されるバンプ（１１２）と、
上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と電気的に接続される第１面（１１４ａ）を有する金属部材（１１４）であって、上記半導体素子の厚み方向（１１１ｅ）に沿って上記第１面に立設され、上記バンプが形成された上記半導体素子を上記第１面に載置したとき上記厚み方向に沿って上記バンプを超える高さを有する金属にてなり一つの金属部材に対して３つ以上設けられる取付用部材（１１４ｂ）を有する金属部材（１１４）と、
を備えたことを特徴とする電力制御系電子回路装置。
【請求項４】
上記他方の面側に配置され、上記バンプ及び上記取付用部材の先端部（１１４ｃ）と電気的に接続されて上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板（１１６）をさらに備えた、請求項３記載の電力制御系電子回路装置。
【請求項５】
電気絶縁部材（１１９）を介して上記金属部材を載置し上記半導体素子から上記金属部材へ伝導した熱を放散し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材（１２０ａ）を有する放熱部材（１２０）をさらに備えた、請求項４記載の電力制御系電子回路装置。
【請求項６】
互いに対向する両面（１１１ａ、１１１ｂ）の一方の面（１１１ａ）に第１電極（１１１ｃ）を他方の面（１１１ｂ）に第２電極（１１１ｄ）を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子（１１１）と、
上記第２電極に形成されるバンプ（１１２）と、
上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と電気的に接続される第１面（１１４ａ）を有する金属部材（１１４）であって、上記半導体素子の厚み方向（１１１ｅ）に沿って上記第１面に立設され、上記バンプが形成された上記半導体素子を上記第１面に載置したとき上記厚み方向に沿って上記バンプを超える高さを有する金属にてなる取付用部材（１１４ｂ）を有する金属部材（１１４）と、を備えた電力制御系電子回路装置の製造方法において、
上記金属部材の上記第１面と上記第１電極とを接触させて上記第１面上に上記半導体素子を載置して高温炉内にて加熱し、
溶融した半田を上記高温炉内にて上記第１面に供給し、
上記第１面と上記第１電極との間に存在する上記溶融半田内から気泡を排除するように上記半導体素子と上記金属部材とを相対的に押圧し、
上記押圧状態を維持したまま降温して上記溶融半田を凝固させ、上記半導体素子と上記金属部材とを接合する、
ことを特徴とする電力制御系電子回路装置の製造方法。
【請求項７】
上記他方の面側に配置され上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板（１１６）に対して、上記バンプ及び上記取付用部材の先端部（１１４ｃ）を電気的に接続することをさらに備え、
複数の上記金属部材を上記第２回路基板へ取り付けるとき、上記第２回路基板に対する全ての上記金属部材の高さが統一されるように、各金属部材間にて上記取付用部材の高さを調整する、請求項６記載の電力制御系電子回路装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばモータ駆動用としての、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やダイオード等の半導体素子を用いた電力制御系電子回路装置、及び該電力制御系電子回路装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モータ駆動装置に用いられる電子機器の高性能、高機能化に伴い、上記モータ駆動装置における使用電流も増大し、用いる半導体にも大電流対応が必要となっている。従来のモータ駆動装置としては図１６に示すものがある。以下、図を参照しながら、従来のモータ駆動装置の一例について説明する。
図１６において、１ａはＩＧＢＴ、１ｂはダイオード、３は高温半田、４は金属片、５は封止樹脂、６は半田、７は回路基板、１０は放熱板、１０ａは凸部ネジ台、１１はネジ、１２は表面実装電子部品(受動素子)、１３は表面実装電子部品(半導体素子)、１４は金属ベース回路基板、１５はシリコーングリース、１８は金属線、１９は金属リード、２２は凸コネクター、２３は凹コネクター、２４は絶縁用樹脂である。
【０００３】
以上のように構成される従来のモータ駆動装置の製造方法を以下に説明する。
まず、ＩＧＢＴ１ａ及びダイオード１ｂ等の半導体部品１を金属片４に高温半田３により接続する。次に、金属線１８を用いて、ＩＧＢＴ１ａとダイオード１ｂとの間、及びこれらの半導体部品１と金属リード１９との間を電気的に接合する。尚、通常、金属線１８は、アルミニウム線又は金線を使用する。例えばアルミニウムにてなる金属線１８を用いた場合、半導体部品１の金属片４と接合した第１電極に対向して存在する第２電極への金属線１８の接合は、アルミニウム線のウエッジボンディング方式を用いて接続する。半導体部品１の上記第２電極はアルミニウムにより形成されており、常温の状態で上記第２電極の表面におけるアルミニウムと、アルミニウムにてなる金属線１８とを超音波エネルギーを印加しながら圧接すると、それぞれのアルミニウム表面の酸化膜が除去され、上記第２電極と上記金属線１８との接合が得られる。半導体部品１の上記第２電極に接合された金属線１８は、銅にスズメッキした金属リード１９まで引き回され、金属リード１９に上記ウエッジボンディング方式にて接合される。
【０００４】
次に、半導体部品１及び金属線１８の物理的保護と信頼性向上とを目的として、トランスファー成形技術又はインジェクション成形技術を用いて、半導体部品１及び金属線１８を覆って封止樹脂５による封止を行なう。次に、金属リード１９を金型により、金属片４と同じ面まで曲げ切断する。これらの工程により、半導体部品１、高温半田３、金属片４、金属線１８、金属リード１９、及び封止樹脂５により形成された、「ＴＯ―２２０」と呼ばれる電子部品が完成する。
【０００５】
次に、金属ベース回路基板１４の上に、クリーム半田を印刷した後、上記電子部品「ＴＯ−２２０」、凸コネクター２２等の種々の電子部品を置き、該金属ベース回路基板１４の全体を加熱炉に投入する。これにて上記クリーム半田を溶融し、その後常温に戻すことにより上記クリーム半田を硬化させ、硬化した半田６にて金属ベース回路基板１４と、上記電子部品「ＴＯ−２２０」、凸コネクター２２等の種々の電子部品とを電気的及び物理的に接合する。
次に電気的絶縁を図るために、封止樹脂２４を金属ベース回路基板１４の全体に塗布した後、上記種々の電子部品を有する金属ベース回路基板１４の全体を減圧炉に投入して、封止樹脂２４の内部に混在する気泡を取り除き、加熱炉に投入し封止樹脂２４を硬化させる。
【０００６】
次に、放熱板１０にシリコーングリース１５を塗布する。次に放熱板１０に金属ベース回路基板１４を密着させ、ネジにて固定する。次に、金属ベース回路基板１４に実装された凸コネクター２２と、回路基板７上に実装された凹コネクター２３とを位置合わして凸コネクター２２を凹コネクター２３に差し込みながら、回路基板７を金属ベース回路基板１４の凸部ネジ台１０ａに密着させ、ネジ１１により固定する。
【０００７】
以上の工程により、モータ駆動電流をスイッチング制御する上記電子部品「ＴＯ−２２０」を有する、放熱が必要な電子部品を金属ベース回路基板１４に実装する工程と、上記電子部品「ＴＯ−２２０」を制御する回路が搭載され放熱の必要性のない回路基板７を組み合せる工程とが終了する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成では、金属線１８と金属リード１９による抵抗ロス、及び一定長さによる浮遊インダクタンスの発生がある。又、例えば上記電子部品「ＴＯ−２２０」は金属リード１９を有するため、該電子部品「ＴＯ−２２０」の面積よりも広い面積が金属ベース回路基板１４には必要であり、小型化、高密度化が困難であるという問題がある。
一方、電気製品における近年の軽薄短小化の動向に対応して、電気製品のモータ駆動装置も小型化、高放熱化が求められている。しかしながら、高温半田３の内部に気泡が混在する場合には、半導体部品１により発生した熱の流れが気泡により遮られ、半導体部品１から金属片４への熱抵抗が増大する。このため気泡部分のみが高温になり、最悪の場合には半導体部品１を破壊する場合もある。
【０００９】
又、上述のように、半導体部品１における上記第２電極への金属線１８の接合は、アルミニウム線のウエッジボンディング方式を用いて接続されるが、従来の工程では、接合工法により金属線１８の太さに制約があり、又、基板電極の配置により金属線１８の長さに制約があり、配線抵抗を低減することは不可能である。このため、近年の半導体部品１の進歩によるオン抵抗の低減に対応することができず、電気信号の高周波化、大電流化によるノイズ増大が大きな問題となっている。
【００１０】
本発明は、上述の問題点を解決するためになされたもので、小型で放熱性が良く、抵抗及び浮遊インダクタンスを低減可能な電力制御系電子回路装置、及び該電力制御系電子回路装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様の電力制御系電子回路装置は、互いに対向する両面に電極を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子と、
上記半導体素子の上記両面の内、一方の面に存在する第１電極と金属板を介して電気的に接続され上記金属板及び上記半導体素子を載置する第１回路基板と、
上記半導体素子の上記両面の内、他方の面側であって上記第１基板に対向して配置され、上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板と、
上記他方面に存在する第２電極と上記第２回路基板とを電気的に直接接続する導体と、
上記第１回路基板を載置し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材を有し上記半導体素子からの熱を放散する放熱部材と、を備え、
上記支持部材にて上記第２回路基板を支持した状態にて上記第２電極に接合された上記導体は、上記半導体素子の厚み方向に沿って延在し、かつ上記厚み方向に直交する方向に凸となる屈曲部であって上記放熱に起因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基板との間の伸縮を吸収するとともに上記第１回路基板を上記放熱部材へ押圧する第２屈曲部を有する、
ことを特徴とする。
【００１２】
又、本発明の他の態様における電力制御系電子回路装置は、互いに対向する両面に電極を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子と、
上記半導体素子の上記両面の内、一方の面に存在する第１電極と金属板を介して電気的に接続され上記金属板及び上記半導体素子を載置する第１回路基板と、
上記半導体素子の上記両面の内、他方の面側であって上記第１基板に対向して配置され、上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板と、
上記他方面に存在する第２電極と上記第２回路基板とを電気的に直接接続する導体と、
上記第１回路基板を載置し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材を有し上記半導体素子からの熱を放散する放熱部材と、を備え、
上記支持部材にて上記第２回路基板を支持した状態にて上記第２電極に接合された上記導体は、上記半導体素子の厚み方向に直交する方向へ延在して、上記厚み方向に凸となる屈曲部であって上記半導体素子の放熱に起因して生じる上記第１回路基板と上記第２回路基板との間の伸縮を吸収する第１屈曲部を有する、
ことを特徴とする。
【００１５】
又、本発明の第２態様における電力制御系電子回路装置は、互いに対向する両面の内、一方の面に第１電極を他方の面に第２電極を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子と、
上記第２電極に形成されるバンプと、
上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と電気的に接続される第１面を有する金属部材であって、上記半導体素子の厚み方向に沿って上記第１面に立設され、上記バンプが形成された上記半導体素子を上記第１面に載置したとき上記厚み方向に沿って上記バンプを超える高さを有する金属にてなり一つの金属部材に対して３つ以上設けられる取付用部材を有する金属部材と、
を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記第２態様の回路装置において、上記他方の面側に配置され、上記バンプ及び上記取付用部材の先端部と電気的に接続されて上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板をさらに備えるように構成してもよい。
【００１８】
上記第２態様の回路装置において、電気絶縁部材を介して上記金属部材を載置し上記半導体素子から上記金属部材へ伝導した熱を放散し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材を有する放熱部材をさらに備えるように構成してもよい。
【００１９】
又、本発明の第３態様の電力制御系電子回路装置の製造方法は、互いに対向する両面の一方の面に第１電極を他方の面に第２電極を有し駆動電流制御を行う放熱の必要な半導体素子と、
上記第２電極に形成されるバンプと、
上記第１電極に対向して配置され上記第１電極と電気的に接続される第１面を有する金属部材であって、上記半導体素子の厚み方向に沿って上記第１面に立設され、上記バンプが形成された上記半導体素子を上記第１面に載置したとき上記厚み方向に沿って上記バンプを超える高さを有する金属にてなる取付用部材を有する金属部材と、を備えた電力制御系電子回路装置の製造方法において、
上記金属部材の上記第１面と上記第１電極とを接触させて上記第１面上に上記半導体素子を載置して高温炉内にて加熱し、
溶融した半田を上記高温炉内にて上記第１面に供給し、
上記第１面と上記第１電極との間に存在する上記溶融半田内から気泡を排除するように上記半導体素子と上記金属部材とを相対的に押圧し、
上記押圧状態を維持したまま降温して上記溶融半田を凝固させ、上記半導体素子と上記金属部材とを接合する、
ことを特徴とする。
【００２０】
上記第３態様の製造方法において、上記他方の面側に配置され上記半導体素子の制御回路を有する第２回路基板に対して、上記バンプ及び上記取付用部材の先端部を電気的に接続することをさらに備え、
複数の上記金属部材を上記第２回路基板へ取り付けるとき、上記第２回路基板に対する全ての上記金属部材の高さが統一されるように、各金属部材間にて上記取付用部材の高さを調整するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態における電力制御系電子回路装置、及び該電力制御系電子回路装置の製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において同じ構成部分については同じ符号を付している。
第１実施形態；
図５は、上記実施形態の電力制御系電子回路装置の一例である電力制御系第１電子回路装置（以下、「第１回路装置」と記す）１００を示し、図１には該第１回路装置１００を備え上記電力制御系電子回路装置の他の例に相当する電力制御系第２電子回路装置（以下、「第２回路装置」と記す）１０１が示されている。図１の上記第２回路装置１０１は以下のように構成されている。即ち、１１１は、例えばモータ等の駆動機器への駆動電流の制御系に用いられ、放熱処置が必要な駆動用半導体素子であり、ここではＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）１１１−１とダイオード１１１−２を有する。該駆動用半導体素子１１１には、図３に示すように、互いに対向する一方の面１１１ａ及び他方の面１１１ｂには、それぞれ第１電極１１１ｃ及び第２電極１１１ｄが形成されている。１１２は、駆動用半導体素子１１１の第２電極１１１ｄに形成したバンプ（突起電極）である。１１４は、図４に示すように、駆動用半導体素子１１１より発生した熱を放出、拡散する金属部材であり、母材である銅に対し金型を用いて、後述の取付用部材１１４ｂに相当する凸部を形成後、表面全体にスズメッキを施している。又、該金属部材１１４は、上記第１電極１１１ｃに対向して配置され第１電極１１１ｃと電気的に接続される第１面１１４ａを有する。１１３は、上記駆動用半導体素子１１１の第１電極１１１ｃと、金属部材１１４の上記第１面１１４ａとを接合する高温半田である。又、上記取付用部材１１４ｂは、上記駆動用半導体素子１１１の厚み方向１１１ｅに沿って上記第１面１１４ａに立設され、上記バンプ１１２が形成された駆動用半導体素子１１１を上記第１面１１４ａに載置したとき上記厚み方向１１１ｅに沿って上記バンプ１１２を超える高さを有する。取付用部材１１４ｂは、本実施形態では図示するように一対設けているが、一つの第１回路装置１００につき３本以上設けることもでき、この場合、後述するように第１回路装置１００を第２回路基板１１６に取り付けるときの第１回路装置１００の平面度をより向上させることができる。
【００２２】
１１５は、図５に示すように、上記第１面１１４ａに取り付けられた、バンプ１１２を有する駆動用半導体素子１１１に対して、バンプ１１２の略半分が露出する程度まで設けられ駆動用半導体素子１１１及びバンプ１１２を保護する封止樹脂である。以上にて上記第１回路装置１００が構成される。
このような第１回路装置１００は、図６に示すように、駆動用半導体素子１１１の上記他方の面１１１ｂ側に配置される第２回路基板１１６に対して、上記バンプ１１２及び上記取付用部材１１４ｂの先端部１１４ｃが半田１１７によって電気的に接続される。
第２回路基板１１６は、駆動用半導体素子１１１の制御回路を有し、該制御回路を構成するコンデンサや抵抗などの受動部品の電子部品１２２、能動部品であるトランジスター、メモリーなどの電子部品１２３が片面若しくは両面に実装されている。又、第２回路基板１１６内には、電子部品１２２、１２３と上記駆動用半導体素子１１１とを電気的に接続するための内部配線１２４が形成されている。
【００２３】
放熱部材１２０は、上記金属部材１１４を載置し上記駆動用半導体素子１１１から上記金属部材１１４へ伝導した熱を空気中へ放散し、かつ上記第２回路基板を支持する支持部材１２０ａにて、例えば図１に示すような凹部１２０ｂを有する。該凹部１２０ｂに第１回路装置１００を収納するようにして、かつ一対の支持部材１２０ａに第２回路基板１１６の両端部をネジ１２１にて固定する。このとき、上記凹部１２０ｂの底面１２０ｃには、上記金属部材１１４からの熱を放熱部材１２０に伝導し、同時に金属部材１１４と放熱部材１２０とを電気的に絶縁する高放熱絶縁樹脂１１９が熱プレス工法により設けられ、さらに、該高放熱絶縁樹脂１１９と金属部材１１４との間には金属部材１１４と高放熱絶縁樹脂１１９との密着部分の熱抵抗を下げるシリコーングリス１１８が設けられている。尚、後述のように金属部材１１４の高さ寸法は規定されることから、シリコーングリス１１８は、金属部材１１４を高放熱絶縁樹脂１１９側へ押圧して金属部材１１４と高放熱絶縁樹脂１１９とを常に密着させるための緩衝材的役割を果たす。又、上記シリコーングリス１１８に替えて軟質シートを用いることもできる。
以上のように第２回路装置１０１は構成されている。
【００２４】
次に、上述した第１回路装置１００の形成工程について、図２〜図６を参照して説明する。
図２に示す駆動用半導体素子１１１の第２電極１１１ｄ上に、ワイヤボンディング装置を改善した突起電極形成機や、又は、メッキ工程を用いて、図３に示すようにアルミニウム電極上に金メッキのバンプ１１２を形成する。次に、図４に示すように、金属部材１１４の第１面１１４ａ上の所定位置に駆動用半導体素子１１１を載置した状態にて、これらが、窒素と水素の混合雰囲気で還元雰囲気状態を維持した３５０℃の高温炉内に投入される。次に、溶融した高温半田１１３を、上記高温炉の中で金属部材１１４の第１面１１４ａに、本実施形態では滴下して供給する。これにて、金属部材１１４の第１面１１４ａと、駆動用半導体素子１１１の第１電極１１１ｃとを高温半田１１３にて接合する。
さらに、高温半田１１３の供給後、上記第１面１１４ａと上記第１電極１１１ｃとの間に存在する上記溶融半田内から気泡を排除するように、上記駆動用半導体素子１１１と上記金属部材１１４とを相対的に押圧する。尚、本実施形態では、駆動用半導体素子１１１に上記金属部材１１４を平行に押圧して密着させている。次に、該密着状態を維持しながら、金属部材１１４及び駆動用半導体素子１１１を冷却し、半田１１３を凝固させる。凝固後、金属部材１１４及び駆動用半導体素子１１１を大気中に戻す。
【００２５】
次に、図５に示すように、駆動用半導体素子１１１自身と、駆動用半導体素子１１１とバンプ１１２との接合部分を機械的に保護するために、封止樹脂１１５を形成する。封止樹脂１１５は液体状態で塗布後、加熱により硬化させるか、又は、トランスファー成形やインジョクション成形技術を用いて形成する。これにて第１回路装置１００が形成される。
次に、図６に示すように、駆動用半導体素子１１１の保護と、電子部品としての取り扱いを可能な状態にするため、上記電子部品１２２、１２３と同時に第２回路基板１１６上に半田１１７を用いて、第１回路装置１００を接合する。該接合は、通常用いられる表面実装技術（ＳＭＴ）を使用する。
【００２６】
以上説明したように本実施形態では、金属部材１１４には、金属部材１１４の第１面１１４ａから駆動用半導体素子１１１の厚み方向１１１ｅに突設し金属にてなる取付用部材１１４ｂを設けたことから、該取付用部材１１４ｂを介して駆動用半導体素子１１１の第１電極１１１ｃと、第２回路基板１１６との電気的接続を図ることができ、かつ駆動用半導体素子１１１を有する金属部材１１４の第２回路基板１１６への固定を行なうことができる。したがって、従来必要とした凹コネクタ２３及び凸コネクタ２２は不要となることから、第１回路装置１００及び第２回路装置１０１の小型化を図ることができる。又、同時に、駆動用半導体素子１１１の第２電極１１１ｄと第２回路基板１１６とを、バンプ１１２を介して電気的接続を図ったことから、従来の金属線１８、金属リード１９の使用により生じた浮遊容量に比して浮遊容量の低減及び抵抗の低減を図ることができる。
又、バンプ１１２の接合により、配線抵抗を従来に比べて低減することができることから、オン抵抗を低減でき、上記ノイズ低減を図ることもできる。
【００２７】
又、上述のように、駆動用半導体素子１１１の第１電極１１１ｃと金属部材１１４とを接合するときに両者を相対的に押圧して半田１１３内から気泡を除去するようにしたことから、ボイドが原因で駆動用半導体素子１１１が異常過熱するのを防止することができる。
【００２８】
図２〜図５までに示す工程が終了した状態で、複数の第１回路装置１００が第２回路基板１１６に接合された状態を図７に示している。尚、図７では２個の第１回路装置１００を設けた場合であるが、勿論３個以上の場合も存在し、逆に１個の場合も存在する。このように複数の第１回路装置１００を設ける場合、各第１回路装置１００の第２回路基板１１６からの高さＨ１、Ｈ２の誤差範囲を規定値内にしなければならない。本実施形態では、金属部材１１４は、上記取付用部材１１４ｂを有することから、取付用部材１１４ｂを例えば切削することで、各金属部材１１４間で取付用部材１１４ｂの高さを調整することができる。したがって、上記高さＨ１、Ｈ２は、±５０μｍ以内の位置精度を実現することができる。
尚、図７の状態の第２回路基板１１６を、放熱部材１２０に組合せたものが、図１に示す上記第２回路装置１０１である。勿論、該第２回路装置１０１においても、上記第１回路装置１００が奏する上述の効果を得ることができる。
【００２９】
第２実施形態；
第２回路装置１０１の変形例である第４回路装置１０３について図８を参照して以下に説明する。
第４回路装置１０３では、上記第１回路装置１００の変形例である第３回路装置１０２を有する。又、図８に示す符号１３３は、金属にてなる第１回路基板である。又、図８では、第２回路基板１１６にはいわゆる片面実装がなされている。
第３回路装置１０２は、上記第１回路装置１００におけるバンプ１１２に代えて金属にてなるスプリング線１３６を設け、金属部材１１４に代えて第２金属部材１３４を設けている。スプリング線１３６は、上記駆動用半導体素子１１１と上記第２回路基板１１６とを電気的に接続する導体であり、図示するように第２屈曲部１３６ａを有する。又、図８に示す第４回路装置１０３では、スプリング線１３６の一端は、第２回路基板１１６を貫通して第２回路基板１１６に半田付けされる。又、第２金属部材１３４は、取付用部材１１４ｂを設けていない。又、上記スプリング線１３６の上記第２屈曲部１３６ａ部分は、封止樹脂１１５による樹脂封止を行なっていない。
尚、その他の構成については、上述した第１回路装置１００の構成と同一である。
【００３０】
このように構成された第３回路装置１０２は、第２金属部材１３４が半田１１７にて第１回路基板１３３に接合され、該第１回路基板１３３は、シリコーングリス１１８を介して放熱部材１２０上に載置される。
以上のように構成される第４回路装置１０３では、スプリング線１３６の第２屈曲部１３６ａにて第１回路基板１３３を放熱部材１２０へ押圧することができる。又、熱ストレスに対してもスプリング線１３６で吸収することが可能になり、高信頼性を実現する。
【００３１】
又、図示するように各スプリング線１３６は、上記厚み方向１１１ｅに沿って配置しており、厚み方向１１１ｅに直交する方向に配置していないので、第４回路装置１０３の小型化を図っている。又、駆動用半導体素子１１１と第２金属部材１３４との間に存在する半田１１３内から気泡を除去するようにしたことから、ボイドが原因で駆動用半導体素子１１１が異常過熱するのを防止することができる。
【００３２】
図９に示す第４回路装置１０３−１は、図８に示す第４回路装置１０３の変形例であり、スプリング線１３６−１は、図示するように、第２回路基板１１６を貫通することなく片面に半田付けされている。又、第２回路基板１１６には、いわゆる両面実装が施されている。その他の構成は、上述した図８に示す第４回路装置１０３の構成に同じである。
図９に示す第４回路装置１０３−１においても、図８に示す第４回路装置１０３と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
第３実施形態；
第２回路装置１０１の変形例である第５回路装置１０４について図１０を参照して以下に説明する。
第５回路装置１０４は、図１６を参照して説明した駆動装置における構成から凸コネクター２２及び凹コネクター２３を削除し、金属線１８に新たに金属リード１３９を接続した構成を有する。又、駆動用半導体素子１１１と第２金属部材１３４との半田付け接合に際しては、上述した、気泡除去動作を実行している。又、図８では、第２回路基板１１６にはいわゆる片面実装がなされている。
上記金属リード１３９は、銅にスズメッキした金属線であり、アルミニウムエッジ接合されたアルミニウムの金属線１８に対して接合され、又、途中には第１屈曲部１３９ａを設け、金属リード１３９の一端を第２回路基板１１６に貫通させて半田付けされている。又、第２回路基板１１６には、いわゆる両面実装が施されている。
【００３４】
このような第５回路装置１０４によれば、凸コネクター２２及び凹コネクター２３を削除し、金属リード１３９を第２回路基板１１６に直接接続したことから、装置の小型化を図ることができる。又、金属リード１３９には、第１屈曲部１３９ａを設けたことから、熱ストレスを金属リード１３９で吸収することが可能になり、高信頼性を実現する。又、駆動用半導体素子１１１と第２金属部材１３４との間に存在する半田１１３内から気泡を除去するようにしたことから、ボイドが原因で駆動用半導体素子１１１が異常過熱するのを防止することができる。
【００３５】
図１１に示す第５回路装置１０４−１は、図１０に示す第５回路装置１０４の変形例であり、金属リード１３９−１は、図示するように、第２回路基板１１６を貫通することなく片面に半田付けされている。その他の構成は、上述した図１０に示す第５回路装置１０４の構成に同じである。
このような第５回路装置１０４−１においても、図１０に示す第５回路装置１０４と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
第４実施形態；
上述の第４回路装置１０３の変形例である第６回路装置１０５について図１２を参照して以下に説明する。
当該第６回路装置１０５では、第４回路装置１０３のスプリング線１３６に代えて金属ワイヤ１４１を設けている。該金属ワイヤ１４１は、電気スパークにより金線を溶融して形成した金ボール１４０付きの金属ワイヤであり、上記金ボール１４０を駆動用半導体素子１１１等に接合させている。金ボール１４０の上記接合は、ワイヤボンディング工法により、金線の加熱及び超音波振動により行う。接合後、金属ワイヤ１４１は、上記厚み方向１１１ｅに引き上げられ、所定の長さで切断され、金属ワイヤ１４１が変形しないように封止樹脂１１５にて封止される。又、金属ワイヤ１４１の一端は、第２回路基板１１６を貫通して半田付けされる。尚、その他の構成は、上述した図８に示す第４回路装置１０３の構成に同じである。
【００３７】
このように第６回路装置１０５によれば、第４回路装置１０３と同様に、金属ワイヤ１４１は、厚み方向１１１ｅに延在していることから、第６回路装置１０５の小型化を図ることができる。又、駆動用半導体素子１１１と第２金属部材１３４との間に存在する半田１１３内から気泡を除去するようにしたことから、ボイドが原因で駆動用半導体素子１１１が異常過熱するのを防止することができる。
【００３８】
図１３に示す第６回路装置１０５−１は、図１２に示す第６回路装置１０５の変形例であり、金属ワイヤ１４１−１は、図示するように、第２回路基板１１６を貫通することなく片面に半田付けされている。尚、その他の構成は、上述した第６回路装置１０５の構成に同じである。
図１３に示す第６回路装置１０５−１においても、図１２に示す第６回路装置１０５と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
第５実施形態；
上述の第４回路装置１０３の変形例である第７回路装置１０６について図１４を参照して以下に説明する。
当該第７回路装置１０６では、例えばアルミニウム線又は銅線にてなる金属ワイヤ１４２を用いている。該金属ワイヤ１４２は、駆動用半導体素子１１１等に対して超音波振動を作用させたウエッジボンディング工法により接合される。接合後、金属ワイヤ１４２は、上記厚み方向１１１ｅに引き上げられ、所定の長さで切断され、金属ワイヤ１４２が変形しないように封止樹脂１１５にて封止される。又、金属ワイヤ１４２の一端は、第２回路基板１１６を貫通して半田付けされる。尚、その他の構成は、上述した図８に示す第４回路装置１０３の構成に同じである。
【００４０】
このように第７回路装置１０６によれば、第４回路装置１０３と同様に、金属ワイヤ１４２は、厚み方向１１１ｅに延在していることから、第７回路装置１０６の小型化を図ることができる。又、アルミニウムや銅を用いることから、金線を使用する場合に比べて安価に構成することが可能である。又、上述の気泡除去動作を施していることから、駆動用半導体素子１１１が異常過熱されることもない。
【００４１】
図１４に示す第７回路装置１０６−１は、図１３に示す第７回路装置１０６の変形例であり、金属ワイヤ１４２−１は、図示するように、第２回路基板１１６を貫通することなく片面に半田付けされている。尚、その他の構成は、上述の第７回路装置１０６の構成に同じである。
図１４に示す第７回路装置１０６−１においても、図１３に示す第７回路装置１０６と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の電力制御系電子回路装置によれば、半導体素子の他方の面に第２電極と、上記他方の面側に配置される第２回路基板とを電気的に直接に接続する金属線を備えたことから、従来の凹コネクタ及び凸コネクタを削除することができ当該電力制御系電子回路装置の小型化を図ることができる。
【００４３】
又、上記金属線に屈曲部を設けることで、上記半導体素子の熱による第１回路基板と第２回路基板との間の伸縮を吸収することができる。
又、上記金属線を上記半導体素子の厚み方向に延在させることで、さらに電力制御系電子回路装置の小型化をはかることができる。
又、上記金属線を上記半導体素子の厚み方向に延在させるとともに第２屈曲部を設けることで、上記小型化及び伸縮吸収が達成でき、又、第１回路基板を放熱板へ押圧することもでき、安定して除熱を行なうことができる。
【００４４】
又、本発明の第２態様の電力制御系電子回路装置によれば、半導体素子の第２電極にバンプを設け、さらに、取付用部材を有する金属部材を備えたことで、配線ワイヤをなくすことができ、該配線ワイヤに起因する浮遊インダクタンスや導通抵抗の低減を図ることができる。
【００４５】
又、複数個の金属部材を設けたとき、各金属部材間の高さ寸法は、上記取付用部材にて調整して均一化することができる。
又、上記金属部材を備えることで、上記取付用部材にて半導体素子と第２回路基板とを電気的に直接に接続することができ、従来の凹コネクタ及び凸コネクタを削除することができ当該電力制御系電子回路装置の小型化を図ることができる。さらに、放熱部材を備え上記第２回路基板を支持することで、一つの放熱部材にて金属部材から安定して放熱を行なうことができる。
【００４６】
又、本発明の第３態様の電力制御系電子回路装置の製造方法によれば、半導体素子と金属部材との間に存在する半田内から気泡を削除するように、半導体素子と金属部材とを相対的に押圧した後、該半田を凝固させることから、半導体素子から金属部材への熱伝導が上記気泡により妨げられることはなく、半導体素子の異常な温度上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態における電力制御系電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図２】  図１に備わる第１回路装置を構成する半導体素子を示す図である。
【図３】  図２に示す半導体素子にバンプを形成した状態を示す図である。
【図４】  図３に示すバンプ付きの半導体素子を金属部材に取り付けた状態を示す図である。
【図５】  図４に示す状態にさらに封止樹脂を設けた状態を示す図である。
【図６】  図５に示す第１回路装置を第２回路基板に取り付けた状態を示す断面図である。
【図７】  複数の第１回路装置を第２回路基板に装着した状態を示す断面図である。
【図８】  本発明の第２実施形態における電力制御系電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図９】  図８に示す第２回路装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】  本発明の第３実施形態における電力制御系電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図１１】  図１０に示す第２回路装置の変形例を示す断面図である。
【図１２】  本発明の第４実施形態における電力制御系電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図１３】  図１２に示す第２回路装置の変形例を示す断面図である。
【図１４】  本発明の第５実施形態における電力制御系電子回路装置の第２回路装置の断面図である。
【図１５】  図１４に示す第２回路装置の変形例を示す断面図である。
【図１６】  従来の電力制御系電子回路装置の断面図である。
【符号の説明】
１００…第１回路装置、１０１…第２回路装置、１０２…第３回路装置、
１０３…第４回路装置、１０４…第５回路装置、１０５…第６回路装置、
１０６…第７回路装置、１１１…半導体素子、１１１ａ…一方面、
１１１ｂ…他方面、１１１ｃ…第１電極、１１１ｄ…第２電極、
１１２…バンプ、１１４…金属部材、１１４ｂ…取付用部材、
１１６…第２回路基板、１２０…放熱部材、１２０ａ…支持部材、
１３３…第１回路基板、１３４…第２金属部材、
１３６、１３６−１…スプリング線、１３６ａ…第２屈曲部、
１３９、１３９−１…金属リード、１３９ａ…第１屈曲部、
１４１、１４１−１、１４２、１４２−１…金属ワイヤ。
【図１】
0003923258.tif 000002
【図２】
0003923258.tif 000003
【図３】
0003923258.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003923258.tif 000008
【図８】
0003923258.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003923258.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003923258.tif 000014
【図１４】
0003923258.tif 000015
【図１５】
0003923258.tif 000016
【図１６】
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