(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの基板に複数の方形状の半導体素子を搭載してなると共に上記基板を被固定体に固定するための固定部を有する半導体モジュールであって、
上記複数の半導体素子のそれぞれは、各半導体素子に最も近い上記固定部に対して一つの辺を対向させて配置しており、
上記固定部に対して対向配置させた上記半導体素子の辺は、上記固定部を中心とした円周の接線上に配置されており、
上記半導体素子は、導体板を介して上記基板に接合されていると共に、上記基板と電気的に導通した状態で接合されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１において、上記基板は、上記固定部と上記半導体素子との間を通る溝部を、上記被固定体への取付面側に形成してなることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項３】
請求項２において、上記溝部は、上記固定部を中心とした円周状に形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項４】
請求項２において、上記溝部は、直線状に形成されていることを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つの基板に複数の方形状の半導体素子を搭載してなる半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図１３に示すごとく、一つの基板２に複数の方形状の半導体素子３を搭載してなる半導体モジュール９がある。かかる半導体モジュール９は、例えばケース等の被固定体４に対して、上記基板２の一部においてボルト９１２を用いて固定される。このとき、図１４に示すごとく、基板２に反りが生じた場合や、被固定体４の表面の平面度が低い場合などには、被固定体４に基板２を固定する際に基板２に曲げ応力がかかることとなり、基板２と半導体素子３との接合部に応力がかかることとなる。
【０００３】
特に、基板２の搭載面に、半導体素子３を覆うモールド樹脂を形成した場合には、モールド成形時に、樹脂の収縮により基板２が、上記被固定体４側に凸となるように反りを生ずるおそれがあり、上記の問題が生じやすい。
このような基板の反りの問題に対して、基板を複数に分割して、分割された個々の基板における反り量を低減する技術が開示されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−９３０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、基板を複数に分割する構成は複雑であり、製造コストが高くなる等の問題がある。また、上記特許文献１の図２に示すごとく、分割後の各基板の４つ角において被固定体に基板を固定すると、各基板毎に生じた反りや被固定体の表面状態によっては、結局、半導体素子と基板との接合部に応力が生じるおそれがある。
【０００６】
そこで、本願発明者らは、半導体素子３と基板２との接合部の剥離について検討した結果、半導体素子３の角部３２において剥離が生じやすいことを見出した。これは、以下の理由によるものと考えられる。
すなわち、被固定体４に基板２を固定したとき、基板２と半導体素子３との接合部には、固定部９１から最も近い部分に最も大きな応力がかかることとなる。そして、その部分は、図１３に示すごとく、半導体素子３の角部３２であり、最も強度が低くなる部分でもある。すなわち、半導体素子３と基板２との接合部のうち最も強度の低い部分に、最も大きな応力がかかるような配置となっている。
その結果、固定部９１に最も近い部分である半導体素子３の角部３２において、剥離等の不具合が発生することとなる。
【０００７】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、基板からの半導体素子の剥離を抑制することができる半導体モジュールを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、一つの基板に複数の方形状の半導体素子を搭載してなると共に上記基板を被固定体に固定するための固定部を有する半導体モジュールであって、
上記複数の半導体素子のそれぞれは、各半導体素子に最も近い上記固定部に対して一つの辺を対向させて配置しており、
上記固定部に対して対向配置させた上記半導体素子の辺は、上記固定部を中心とした円周の接線上に配置されており、
上記半導体素子は、導体板を介して上記基板に接合されていると共に、上記基板と電気的に導通した状態で接合されていることを特徴とする半導体モジュールにある（請求項１）。
【０００９】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記半導体モジュールにおいては、上記固定部に最も近い位置に配された半導体素子が、一つの辺を上記固定部に対向させて配置している。そのため、上述のごとく、最も応力のかかりやすい位置である「固定部に最も近い位置」には、半導体素子の角部ではなくて一つの辺が配置することとなる。その結果、上記固定部における固定によって生じる応力に起因して半導体素子が基板から剥離することを効果的に抑制することができる。
また、本発明の構成は、半導体素子の配置の向きを工夫したものであり、特別な加工等を施す必要がない。それ故、製造容易であると共に、製造コストが高くなる等のおそれもない。
【００１０】
以上のごとく、本発明によれば、基板からの半導体素子の剥離を抑制することができる半導体モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明（請求項１）において、上記複数の半導体素子までの上記固定部からの距離が同等である場合には、すべての半導体素子がそれぞれの一つの辺を上記固定部に対向させて配置している。
上記被固定体としては、例えば、上記半導体モジュールを搭載するケース等がある。
また、基板の搭載面に、半導体素子を覆うモールド樹脂を形成することもできる。この場合には、モールド成形時に、樹脂の収縮により基板が、上記被固定体側に凸となるように反りを生ずるおそれがある。かかる場合に、本発明を適用することにより、効果的に基板からの半導体素子の剥離を抑制することができる。
また、上記半導体素子としては、例えば、ダイオード、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等を用いることができる。
【００１２】
また、上記複数の半導体素子のそれぞれは、各半導体素子に最も近い上記固定部に対して、一つの辺を対向配置している。
これにより、上記複数の半導体素子のそれぞれについて、より効果的に剥離の発生を抑制することができる。
【００１３】
また、上記固定部に対して対向配置させた上記半導体素子の辺は、上記固定部を中心とした円周の接線上に配置されている。
これにより、より一層効果的に、半導体素子の剥離の発生を抑制することができる。
【００１４】
また、上記半導体素子は、導体板を介して上記基板に接合されている。
これにより、基板と導体板との間、及び導体板と半導体素子との間の双方に、接合面が形成されることとなる。そのため、かかる構成の半導体モジュールに本発明を適用することにより、これら複数の接合面における剥離を効果的に抑制することができる。
【００１５】
また、上記半導体素子は、上記基板と電気的に導通した状態で接合されている。
これにより、上記基板を上記半導体素子の一つの電極に接続することとなり、半導体モジュールの小型化を容易にすることができる。
【００２０】
また、上記基板は、上記固定部と上記半導体素子との間を通る溝部を、上記被固定体への取付面側に形成してなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記基板に反りが生じていたり上記被固定体の表面の平面度が低かったりしても、上記基板を上記被固定体へ取り付ける際に、基板が上記溝部において屈曲することにより、基板が被固定体に追従する。そして、このとき、基板は上記溝部において屈曲し、半導体素子を搭載した部分においてはほとんど変形しない。すなわち、溝部において、応力を吸収することができる。そのため、半導体素子に応力が作用することを抑制することができ、その剥離の発生を抑制することができる。
【００２１】
また、上記溝部は、上記固定部を中心とした円周状に形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記溝部において、固定部からの応力を効果的に緩和することができる。すなわち、基板に生じる応力は固定部を中心に同心円状に広がるため、固定部を中心とした円周状に溝部を形成することにより、効果的に応力を緩和することができる。
【００２２】
また、上記溝部は、直線状に形成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、上記溝部を容易に形成することができる。
【実施例】
【００２３】
（参考例１）
本発明の実施例に係る半導体モジュールにつき、図１〜図３を用いて説明する。
本例の半導体モジュール１は、図１に示すごとく、一つの基板２に複数の方形状の半導体素子３を搭載してなる。
上記複数の半導体素子３のうち、少なくとも、基板２を被固定体４に固定するための固定部１１に最も近い位置に配された半導体素子３は、一つの辺３１を固定部１１に対向させて配置している。
また、上記複数の半導体素子３のそれぞれは、各半導体素子３に最も近い固定部１１に対して、一つの辺３１を対向配置している。
【００２４】
本例においては、一つの基板２に４個の半導体素子３を搭載してなる。基板２は略長方形状を有すると共にその角部に面取り部２１を設けてなる。そして、基板２の長手方向の両端部からそれぞれ若干内側に入った位置における短手方向の中央において、固定部１１を配置している。
【００２５】
そして、上記４個の半導体素子３は、いずれかの固定部１１からの距離が同等であり、４個すべての半導体素子３が、それぞれの一つの辺３１を固定部１１に対向させて配置している。
また、図３に示すごとく、固定部１１に対して対向配置させた半導体素子３の辺３１は、固定部１１を中心とした円周１１１の接線上に配置されていることが好ましい。ここで、より好ましくは、固定部１１の中心を、円周１１１の中心とする。
【００２６】
本例の半導体モジュール１における基板２は、銅、アルミニウム等の金属板からなる。そして、図２に示すごとく、固定部１１は、基板２に設けた貫通孔２２にボルト１１２を挿通すると共に、このボルト１１２を被固定体４に螺合することによって構成される。被固定体４は、半導体モジュール１を搭載するケースの一部であり、アルミニウム等の金属からなる。
なお、本例における半導体素子３はダイオードである。
【００２７】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記半導体モジュール１においては、半導体素子３が、一つの辺３１を固定部１１に対向させて配置している。そのため、上述のごとく、最も応力のかかりやすい位置である固定部１１に最も近い位置には、半導体素子３の角部３２ではなくて一つの辺３１が配置することとなる。その結果、固定部１１における固定によって生じる応力に起因して半導体素子３が基板２から剥離することを効果的に抑制することができる。
また、本発明の構成は、半導体素子３の配置の向きを工夫したものであり、特別な加工等を施す必要がない。それ故、製造容易であると共に、製造コストが高くなる等のおそれもない。
【００２８】
特に、固定部１１に対して対向配置させた半導体素子３の辺３１を、固定部１１を中心とした円周１１１の接線上に配置することにより、一層効果的に、半導体素子３の剥離の発生を抑制することができる。
【００２９】
以上のごとく、本例によれば、基板からの半導体素子の剥離を抑制することができる半導体モジュールを提供することができる。
【００３０】
（参考例２）
本例は、図４に示すごとく、固定部１１を基板２の四隅付近に配置した例である。
この場合にも、各半導体素子３の一つの辺３１を、その半導体素子３に最も近い固定部１１に対向させている。その他は、参考例１と同様である。
本例の場合にも、基板からの半導体素子の剥離を抑制することができる半導体モジュールを提供することができる。その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３１】
（参考例３）
本例は、図５、図６に示すごとく、半導体素子３と基板２との間に、絶縁層５が介在している半導体モジュール１の例である。
そして、絶縁層５は、固定部１１に対向する対向辺５１を有する。好ましくは、対向辺５１は、固定部１１を中心とした円周の接線上に配置されている。
また、上記対向辺５１は、この対向辺５１が対向する固定部１１に対向する半導体素子３の辺３１と平行に配される。
絶縁層５は、例えば樹脂、セラミック等からなる。
また、半導体素子３は、絶縁層５に直接接合されている。
その他は、参考例２と同様である。
【００３２】
本例の場合には、半導体素子３に、基板２からの応力が絶縁層５を介して伝わることとなるが、参考例２と同様の構成を適用することにより、その応力による半導体素子３の剥離を抑制することができる。
【００３３】
また、絶縁層５は、固定部１１に対向する対向辺５１を有することにより、基板２と絶縁層５との間の剥離の発生を抑制することができる。
また、対向辺５１を、固定部１１を中心とした円周の接線上に配置することにより、一層効果的に、絶縁層５の剥離の発生を抑制することができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３４】
（参考例４）
本例は、図７〜図１０に示すごとく、基板２における被固定体４への取付面２４側に、固定部１１と半導体素子３との間を通る溝部２３を形成してなる半導体モジュール１の例である。
溝部２３の形成の仕方は、取付面２４側において、固定部１１と半導体素子３との間を通る状態であればよく、例えば、図７、図９、図１０にそれぞれ示すような形成状態が考えられる。
【００３５】
図７に示す半導体モジュール１においては、溝部２３を、複数の直線部分を組み合わせたような状態で、固定部１１と半導体素子３との間に形成している。
また、図９に示す半導体モジュール１においては、溝部２３を、固定部１１を中心とした円周状に形成している。
また、図１０に示す半導体モジュール１においては、溝部２３を直線状に形成している。
その他は、参考例１と同様である。
【００３６】
本例の場合には、基板２に反りが生じていたり被固定体４の表面の平面度が低かったりしても、基板２を被固定体４へ取り付ける際に、基板２が溝部２３において屈曲することにより、基板２が被固定体４に追従する。そして、このとき、基板２は溝部２３において屈曲し、半導体素子３を搭載した部分においてはほとんど変形しない。すなわち、溝部２３において、応力を吸収することができる。そのため、半導体素子３に応力が作用することを抑制することができ、その剥離の発生を抑制することができる。
【００３７】
また、図９に示すごとく、溝部２３が、固定部１１を中心とした円周状に形成されている場合には、溝部２３において、固定部１１からの応力を効果的に緩和することができる。すなわち、基板２に生じる応力は固定部１１を中心に同心円状に広がるため、固定部１１を中心とした円周状に溝部２３を形成することにより、効果的に応力を緩和することができる。
【００３８】
また、図１０に示すごとく、溝部２３が直線状に形成されている場合には、溝部２３を容易に形成することができる。そのため、安価な半導体モジュール１を得ることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００３９】
（実施例１）
本例は、図１１に示すごとく、半導体素子３が、導体板１２を介して基板２に接合されている半導体モジュール１の例である。
本例の構成は、基板２と半導体素子３との間の熱膨張係数差による応力を抑制すべく、導体板１２を、基板２と半導体素子３との間に介在させるものである。例えば、半導体素子３がシリコン（Ｓｉ）からなり、基板２が銅（Ｃｕ）からなる場合に、アルミニウム（Ａｌ）からなる導体板１２を介在させる。また、導体板１２を銅（Ｃｕ）板として、その両面における界面にハンダを介在させることにより、応力緩和を行うこともできる。
【００４０】
また、半導体素子３は、基板２と電気的に導通した状態で接合されている。すなわち、半導体素子３の一対の主面には、一対の電極が配置されており、その両主面にそれぞれ銅等からなる導体板１２、１３が接合されている。そして、一方の導体板１２は、半導体素子３とは反対側の面において基板２に接合されており、他方の導体板１３における半導体素子３とは反対側の面には、リードフレーム１４が接合されている。半導体素子３、導体板１２、１３、及びリードフレーム１４は、モールド樹脂１５によってモールドされており、リードフレーム１４に接続された外部端子１４９が、モールド樹脂１５から露出している。
また、基板２と導体板１２との間、導体板１２、１３と半導体素子２との間は、それぞれ、ハンダによって接続されている。
【００４１】
かかる構成によって、半導体素子３の一方の電極は、基板２及び被固定体４を介して接地されている。また、半導体素子３の他方の電極は、外部端子１４９に電気的に接続されている。そして、基板２に搭載された複数の半導体素子３は、互いに電気的に並列に接続されることとなる。
その他は、参考例１と同様である。
【００４２】
本例の場合には、基板２と導体板１２との間、導体板１２、１３と半導体素子２との間に、それぞれ接合面が形成されることとなる。そのため、かかる構成の半導体モジュール１に本発明を適用することにより、これら複数の接合面における剥離を効果的に抑制することができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００４３】
（参考例５）
本例は、図１２に示すごとく、半導体素子３が、リードフレーム１４１及び絶縁層５を介して基板２に接合されている半導体モジュール１の例である。
すなわち、本例の半導体モジュール１は、基板２の一方の面に絶縁層５を介してリードフレーム１４１の一部を配置し、該リードフレーム１４１上に複数の半導体素子３をハンダによって接合している。すなわち、半導体素子３の一方の面に配した電極を、リードフレーム１４１に電気的に接続する。
【００４４】
また、半導体モジュール１は、上記リードフレーム１４１とは電気的に絶縁された他のリードフレーム１４２を有する。そして、このリードフレーム１４２は、半導体素子３における基板２とは反対側の面に配された電極に対して、ボンディングワイヤー１４３によって電気的に接続されている。
そして、２つのリードフレーム１４１、１４２は、それぞれモールド樹脂１５の外部に露出した外部端子１４９に電気的に接続されている。
【００４５】
かかる構成により、半導体素子３の一対の電極は、モールド樹脂１５の外部にそれぞれ露出した一対の外部端子１４９にそれぞれ電気的に接続されている。
そして、基板２に搭載された複数の半導体素子３は、互いに電気的に並列に接続されることとなる。
その他は、参考例１と同様である。
【００４６】
本例の場合にも、リードフレーム１４１と半導体素子３との間の接合面における剥離の発生を効果的に抑制することができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
上記実施例１、参考例１〜５においては、何れも一つの基板に４個の半導体素子を搭載した半導体モジュールの例を示したが、基板に搭載する半導体素子の個数は、複数個であれば特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】参考例１における、半導体モジュールの平面説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面説明図。
【図３】参考例１における、固定部の円周接線上に一つの辺を配した半導体モジュールの平面説明図。
【図４】参考例２における、半導体モジュールの平面説明図。
【図５】参考例３における、半導体モジュールの平面説明図。
【図６】図５のＢ−Ｂ線矢視断面説明図。
【図７】参考例４における、半導体モジュールの平面説明図。
【図８】図７のＣ−Ｃ線矢視断面説明図。
【図９】参考例４における、円周形状の溝部を設けた半導体モジュールの平面説明図。
【図１０】参考例４における、直線状の溝部を設けた半導体モジュールの平面説明図。
【図１１】実施例１における、半導体モジュールの断面説明図。
【図１２】参考例５における、半導体モジュールの断面説明図。
【図１３】従来例における、半導体モジュールの平面説明図。
【図１４】従来例における、半導体モジュールの問題点を示す断面説明図。
【符号の説明】
【００４９】
１  半導体モジュール
１１  固定部
２  基板
３  半導体素子
３１  辺
４  被固定体
【図１】
0005098636.tif 000002
【図２】
0005098636.tif 000003
【図３】
0005098636.tif 000004
【図４】
0005098636.tif 000005
【図５】
0005098636.tif 000006
【図６】
0005098636.tif 000007
【図７】
0005098636.tif 000008
【図８】
0005098636.tif 000009
【図９】
0005098636.tif 000010
【図１０】
0005098636.tif 000011
【図１１】
0005098636.tif 000012
【図１２】
0005098636.tif 000013
【図１３】
0005098636.tif 000014
【図１４】
0005098636.tif 000015