JP2012124294A - 半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接続工程が容易に行える半導体モジュールとその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁基板１４は、半導体チップ１２を搭載している。枠体２２は、絶縁基板１４をその内部に収容している。電極２８は、枠体２２内に配置され半導体チップ１２と電気的に接続されている。電極２８は、枠体２２の電極支持部に支持されている。バスバー１８は、電極２８に接合されてケースの外部に引き出される。バスバー支持体２０は、バスバー１８を保持しており、枠体２２に搭載される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体モジュール及びその製造方法に関するものである。

半導体モジュールは、一般的に、半導体チップ、絶縁基板、バスバー、及び、ケースを備えている。半導体チップは、配線パターンを有する絶縁基板上に搭載されている。半導体チップを搭載した絶縁基板はケース内に収容されている。このケースは、バスバーと一体成形されるものであり、バスバーは、配線パターンを介して半導体チップと電気的に接続されている。バスバーは、Ｌ字形状を有している。このような、半導体モジュールとしては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。

特許第４０８９１３号公報

上述した従来の半導体モジュールでは、バスバーは、絶縁基板の配線パターンが形成された面に直交する方向にケース外部において延びている。したがって、バスバーは、当該バスバーと配線パターンとのワイヤ接続を行う作業を阻害し得る。また、バスバーとケースが一体成形されているので、ケース成形用の金型のコストが高くなり得る。

したがって、本技術分野においては、接続工程をより容易にし、且つ、製造コストを低減し得る半導体モジュール、及び、その製造方法が要請されている。

本発明の一側面に係る半導体モジュールは、半導体チップ、絶縁基板、ケース、電極、バスバー、及び、バスバー支持体を備えている。絶縁基板は、半導体チップを搭載している。ケースは、絶縁基板をその内部に収容している。電極は、ケース内に配置され半導体チップと電気的に接続されている。当該電極は、ケースの電極支持部に支持されている。バスバーは、電極に接合されてケースの外部に引き出される。バスバー支持体は、バスバーを保持しており、ケースに搭載される。

この半導体モジュールでは、バスバー支持体によって保持されたバスバーが、ケース内に設けられた電極に接合される構造を有している。即ち、バスバーを保持したバスバー支持体が、電極及びケースとは別の部品を構成している。したがって、電極と半導体チップとの間の電気的接続、例えば、絶縁基板上の配線パターンと電極とのワイヤリングを、バスバーを電極に接合する前に行うことが可能である。したがって、当該電気的接合を行う作業をバスバーが阻害しない。また、バスバーとケースが一体に成型されていないので、ケースの製造コストを低減することができる。

一実施形態においては、ケースの電極支持部は、第１の領域及び第２の領域を含む電極設置面を有するよう台状に形成されていてもよい。この形態においては、絶縁基板に平行な第１の方向における絶縁基板と前記第２の領域との間の距離は、当該第１の方向における絶縁基板と第１の領域との間の距離よりも大きく、絶縁基板に直交する第２の方向における絶縁基板と第２の領域との間の距離は、当該第２の方向における絶縁基板と第１の領域との間の距離よりも小さくてもよい。この形態においては、第１の領域及び第２の領域にわたって前記電極が搭載され、バスバー支持体は第２の領域に搭載され得る。

かかる形態によれば、第２の領域は、第１の領域に対して凹状となる。したがって、バスバー支持体を第２の領域に搭載して、当該第２の領域においてバスバーを電極に接合することができる。故に、第１の領域を超えて接合部材が流出することを阻止し得る。

一実施形態においては、電極支持部には、バスバーと接続される電極の縁に沿うように、溝が形成されていてもよい。この形態によれば、バスバーと電極とを接合するための接合部材が流出しても、流出した接合部材が溝によって吸収され得る。なお、電極とバスバーは、例えば、半田ペースト又は導電ペーストを介して接合され得る。

また、一実施形態においては、ケース及びバスバー支持体のうち一方には、当該ケース及びバスバー支持体のうち他方の少なくとも一部分が嵌る凹部が形成されていてもよい。この形態によれば、一方の部材の凹部に他方の部材を嵌めることにより、ケースに対するバスバー支持体の位置決めを容易に行い得る。

本発明の別の一側面は半導体モジュールを製造する方法に関する。この方法は、（ａ）半導体チップを搭載した絶縁基板をケースに収容する工程であって、当該ケースはその電極支持部に電極を支持しており、該電極は該ケースの内部に配置されている、当該工程と、（ｂ）半導体チップと電極とを電気的に接続する工程と、（ｃ）バスバーを保持したバスバー支持体をケースに搭載する工程と、（ｄ）電極とバスバーとを接合する工程と、を含む。

この製造方法によれば、半導体チップと電極とを電気的に接続する工程の後に、バスバーを電極に接合することができる。したがって、半導体チップと電極とを電気的に接続する作業を、バスバーが阻害しない。また、バスバーとケースが一体に成型されていないので、ケースの製造コストを低減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、接続工程をより容易にし、且つ、製造コストを低減し得る半導体モジュール、及び、その製造方法が提供される。

一実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。 図１に示す半導体モジュールの分解斜視図である。 図１に示す半導体モジュールの別の分解斜視図である。 図４に示す半導体モジュールの一部を拡大して示す斜視図である。 一実施形態に係る半導体チップ及び絶縁基板の平面図である。 別の一実施形態に係る半導体モジュールの一部を拡大して示す分解斜視図である。 一実施形態に係る半導体モジュールの製造方法の一工程を示す図である。 一実施形態に係る半導体モジュールの製造方法の一工程を示す図である。 一実施形態に係る半導体モジュールの製造方法の一工程を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

まず、図１〜図５を参照して、一実施形態に係る半導体モジュールについて説明する。図１は、一実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。図２は、図１に示す半導体モジュールの分解斜視図であり、半導体モジュールから蓋体を取り外した状態を示している。図３は、図１に示す半導体モジュールの別の分解斜視図であり、蓋体を省略し、且つ、バスバー及びバスバー支持体を分離した状態を示している。図４は、図３に示す半導体モジュールの一部を拡大して示す斜視図である。図５は、一実施形態に係る半導体チップ及び絶縁基板の平面図である。

図１〜図３に示すように、半導体モジュール１０は、一以上の半導体チップ１２、絶縁基板１４、ケース１６、バスバー１８、及び、バスバー支持体２０を備えている。半導体モジュール１０では、半導体チップ１２がケース１６内部に収容されており、当該半導体チップ１２と電気的に接続するバスバー１８がケース１６の外部に引き出されている。

図２〜図４に示すように、一以上の半導体チップ１２は、絶縁基板１４上に搭載されている。半導体チップ１２としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ、又は、ダイオードが例示される。絶縁基板１４は、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＮ、又はＡｌ_２Ｏ_３といった材料から構成され得る。ＡｌＮ及びＳｉＮは、熱伝導率に優れる。Ａｌ_２Ｏ_３によれば、低コストの絶縁基板を製造し得る。また、ＳｉＮは、Ｃｕとの熱伝導率に近い熱伝導率を有するので、後述する搭載板がＣｕから構成されている場合に、半導体モジュール１０の信頼性を向上し得る。

絶縁基板１４は、その主面に形成された配線パターンを含んでいる。半導体チップ１２は、これら配線パターンにワイヤ等を介して電気的に接続されている。図５は、半導体チップ１２及び絶縁基板１４のより詳細な一例を示している。図５には、半導体チップ１２の例として、複数のＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａ及び複数のダイオード１２ｂが示されている。

一実施形態においては、絶縁基板１４の主面は、第１の基板領域１４ａ及び第２の基板領域１４ｂを含み得る。第１の基板領域１４ａには、配線パターンとして、ゲートパターンＧＰ１、ソースパターンＳＰ１、ドレインパターンＤＰ１が設けられている。ドレインパターンＤＰ１上には、裏面ドレイン電極が電気的に接続するように、ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａが搭載されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａのゲート電極は、ワイヤを介して、ゲートパターンＧＰ１に接続されており、ソース電極は、別のワイヤを介して、ソースパターンＳＰ１に接続されている。また、ドレインパターンＤＰ１上にはダイオード１２ｂが搭載されている。ゲートパターンＧＰ１は、別のゲートパターンＧ１に電気的に接続されており、ソースパターンＳＰ１は、ワイヤを介して、補助エミッタパターンＥ１に接続されている。ドレインパターンＤＰ１は、絶縁基板１４の一縁部に設けられたドレインパターンＤ１に、ワイヤを介して接続されている。

第２の基板領域１４ｂにも、配線パターンとして、ゲートパターンＧＰ２、ソースパターンＳＰ２、ドレインパターンＤＰ２が設けられている。ドレインパターンＤＰ２上には、裏面ドレイン電極が電気的に接続するように、ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａが搭載されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ １２ａのゲート電極は、ワイヤを介して、ゲートパターンＧＰ２に接続されており、ソース電極は、別のワイヤを介して、ソースパターンＳＰ２に接続されている。また、ドレインパターンＤＰ１上にはダイオード１２ｂが搭載されている。ゲートパターンＧＰ２は、別のゲートパターンＧ２に電気的に接続されており、ソースパターンＳＰ２は、ワイヤを介して、補助エミッタパターンＥ２及び絶縁基板１４の一縁部に設けられたソースパターンＳ２に接続されている。ドレインパターンＤＰ２は、絶縁基板１４の一縁部に設けられたソースパターンＤ２Ｓ１に、ワイヤを介して接続されている。

ケース１６は、このように半導体チップ１２を搭載した絶縁基板１４を、その内部に収容する。一実施形態においては、図１〜図３に示すように、ケース１６は、枠体２２、蓋体２４、及び、搭載板２６（図７を参照）を含み得る。

枠体２２は、絶縁基板１４の周囲を囲むよう、ケース１６の側壁を構成している。蓋体２４は、枠体２２の上部開口を閉じるように枠体２２に取り付けられ得る。この蓋体２４には、孔２４ａ、及びねじ孔２４ｂが形成されている。孔２４ａは、バスバー１８を引き出すために蓋体２４に形成されている。ねじ孔２４ｂは、孔２４ａから引き出され蓋体２４の上面に沿うように折り曲げられたバスバー１８を、ねじによって固定するために、当該蓋体２４に形成されている。これら枠体２２及び蓋体２４は、例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いた成型により製造され得る。

搭載板２６は、枠体２２の下部開口を閉じるように枠体２２に取り付けられ得る。搭載板２６は、半導体チップ１２を搭載した絶縁基板１４をその主面上に搭載する。搭載板２６は、例えば、Ｃｕといった金属から構成され得る。

次に、図３及び図４を参照する。ケース１６には、複数の電極２８が支持されている。一実施形態においては、ケース１６の枠体２２は、電極支持部２２ａを含んでおり、当該電極支持部２２ａによって複数の電極２８が支持されている。図３及び図４に示す形態では、電極支持部２２ａは、枠体２２の一側壁に一体化されている。

一実施形態においては、電極支持部２２ａは、搭載板２６に対して台状に形成されている。電極支持部２２ａの上面、即ち、電極設置面は、第１の領域２２ｂ及び第２の領域２２ｃを含んでいる。第１の領域２２ｂと絶縁基板１４との間の距離は、絶縁基板１４の主面に平行な方向において、第２の領域２２ｃと絶縁基板１４との間の距離より小さくなっている。また、第１の領域２２ｂと絶縁基板１４との距離は、絶縁基板１４の主面に直交する方向において、第２の領域２２ｃと絶縁基板１４との距離より大きくなっている。即ち、第２の領域２２ｃは、第１の領域２２ｂに対して凹状に構成されている。

上述した複数の電極２８は、電極支持面から露出するように、第１の領域２２ｂ及び第２の領域２２ｃにわたって延在している。これら電極２８は、ケース１６の内部に存在している。電極２８とケース１６の枠体２２は、一体成形され得る。

第１の領域２２ｂに設置された電極２８の部分は、上述した絶縁基板１４の配線パターンと、ワイヤを介して接続され得る。図３及び図５に示した例では、三つの電極２８が、ソースパターンＤ２Ｓ１、ソースパターンＳ２、ドレインパターンＤ１にそれぞれ接続され得る。

図３及び図４に示すように、第２の領域２２ｃ、即ち、電極支持部２２ａの凹部には、バスバー１８を支持したバスバー支持体２０が搭載され得る。バスバー１８は、略帯状の金属製の部材である。バスバー１８は、その基端部において第２の領域２２ｃにおける電極２８と平行に延びた後、折り曲げられて、絶縁基板１４の主面と直交する方向に延びている。

バスバー支持体２０は、ケース１６とは別体の部品である。バスバー支持体２０は、枠体２２と同様の材料を用いてバスバー１８と一体成形され得る。バスバー支持体２０は、図３及び図４に示す形態では、その下面においてバスバー１８を露出させるよう、当該バスバー１８の基端部と一体成形されている。バスバー１８は、その基端部において、例えば、銀ペーストや半田プリフォームといった接合部材を介して、第２の領域２２ｃに設定された電極２８と接合され得る。

このように、半導体モジュール１０では、電極支持部２２ａの凹部にバスバー支持体２０を搭載するので、バスバー支持体２０の位置決めを容易に行い得る。また、接合部材が流れ出ることを、第１の領域２２ｂによって阻止し得る。

また、図３及び図４に示すように、一実施形態においては、電極支持部２２ａには、第２の領域２２ｃにおいて、電極２８の縁に沿って、溝２２ｄが形成されていてもよい。かかる形態によれば、溝２２ｄによって、流出する接合部材を吸収することが可能となる。

以下、別の実施形態に係る半導体モジュールを、図６を参照して説明する。図６は、別の一実施形態に係る半導体モジュールの一部を拡大して示す分解斜視図である。図６に示す半導体モジュール１０Ａは、バスバー支持体２０及び枠体２２に代えて、バスバー支持体２０Ａ及び枠体２２Ａを備える点において、半導体モジュール１０と異なっている。

バスバー支持体２０Ａには、絶縁基板１４の主面と略直交する方向に延びる凹部２０ｒが形成されている。また、枠体２２Ａは、枠体２２と同様の構造に加えて、凹部２０ｒに嵌り得る凸部２２ｐが形成されている。凸部２２ｐも、絶縁基板１４の主面と略直交する方向に延びている。これら凸部２２ｐ及び凹部２０ｒは、バスバー支持体２０Ａをケース１６に搭載する際に、当該バスバー支持体２０Ａを第２の領域２２ｃに案内する機能を有している。半導体モジュール１０Ａは、当該凸部２２ｐ及び凹部２０ｒによって、より容易に組立てることが可能となっている。

以下、図７〜図９を参照して、一実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明する。図７〜９は、半導体モジュール１０の製造方法における各工程を示している。半導体モジュール１０を製造する方法においては、予め、電極２８を支持した枠体２２、及び蓋体２４を予め成型しておく。また、この工程とは別途に、バスバー１８を支持したバスバー支持体２０を予め成型しておく。

そして、続く工程において、図７に示すように、半導体チップ１２を搭載した絶縁基板１４を搭載板２６上に搭載し、当該搭載板２６を枠体２２に取り付ける。これによって、ケース１６内に、半導体チップ１２を搭載した絶縁基板１４が収容される。

次の工程においては、図８に示すように、絶縁基板１４の配線パターンと電極２８とをワイヤを介して接続する。これによって、半導体チップ１２と電極２８とが電気的に接続される。上述した例では、３つの電極２８が、ソースパターンＤ２Ｓ１、ソースパターンＳ２、ドレインパターンＤ１にそれぞれ接続、ワイヤを介して接続される。

次の工程においては、図９に示すように、バスバー１８を支持したバスバー支持体２０を、電極支持部２２ａの第２の領域２２ｃに搭載する。そして、第２の領域２２ｃに存在する電極２８上に予め設けておいた接合部材Ｓｄにより、電極２８とバスバー１８とを接合する。

最後に、バスバー１８を孔２４ａから引き出すように蓋体２４を枠体２２に取り付けることにより、図１に示す半導体モジュール１０が完成する。

以上説明した種々の実施形態の半導体モジュールによれば、バスバー１８を保持したバスバー支持体が、電極２８及びケース１６とは別体となっている。これにより、電極２８と半導体チップ１２との電気的接続を行った後に、バスバー１８と電極２８とを接続することができる。したがって、電極２８と半導体チップ１２との電気的接続、即ち、絶縁基板１４の配線パターンと電極２８とのワイヤによる接続を行う作業を、バスバー１８が阻害しない。故に、かかる半導体モジュールによれば、ワイヤ等による接続工程が容易となり得る。また、バスバー１８が、ケース１６とは別体であるので、ケース１６の成型に用いる金型のコストが低減され得る。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、凸部２２ｐ及び凹部２０ｒに代えて、枠体に凹部が形成され、バスバー支持体に当該凹部に嵌り得る凸部が形成されていてもよい。

１０，１０Ａ…半導体モジュール、１２…半導体チップ、１４…絶縁基板、１６…ケース、１８…バスバー、２０，２０Ａ…バスバー支持体、２０ｒ…凹部、２２，２２Ａ…枠体、２２ａ…電極支持部、２２ｂ…第１の領域、２２ｃ…第２の領域、２２ｄ…溝、２２ｐ…凸部、２４…蓋体、２６…搭載板、２８…電極。

Claims (6)

1. 半導体チップと、
   前記半導体チップを搭載した絶縁基板と、
   前記絶縁基板を収容するケースと、
   前記ケース内に配置され前記半導体チップと電気的に接続される電極であって、前記ケースの電極支持部に支持されている、該電極と、
   前記電極に接合されて前記ケースの外部に引き出されるバスバーと、
   前記バスバーを保持したバスバー支持体であって、前記ケースに搭載される該バスバー支持体と、
   を備える半導体モジュール。
2. 前記電極支持部は、第１の領域及び第２の領域を含む電極設置面を有するよう台状に形成されており、
   前記絶縁基板に平行な第１の方向における前記絶縁基板と前記第２の領域との間の距離は、該第１の方向における前記絶縁基板と前記第１の領域との間の距離よりも大きく、
   前記絶縁基板に直交する第２の方向における前記絶縁基板と前記第２の領域との間の距離は、該第２の方向における前記絶縁基板と前記第１の領域との間の距離よりも小さく、
   前記第１の領域及び前記第２の領域にわたって前記電極が搭載されており、
   前記バスバー支持体は、前記第２の領域に搭載されている、
   請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記電極支持部には、前記バスバーと接続される前記電極の縁に沿うように溝が形成されている、
   請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
4. 前記ケース及び前記バスバー支持体のうち一方には、該ケース及び該バスバー支持体のうち他方の少なくとも一部分が嵌る凹部が形成されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の半導体モジュール。
5. 前記電極と前記バスバーは、半田ペースト又は導電ペーストを介して接合されている、請求項１〜４の何れか一項に記載の半導体モジュール。
6. 半導体モジュールを製造する方法であって、
   半導体チップを搭載した絶縁基板をケースに収容する工程であり、該ケースはその電極支持部に電極を支持しており、該電極は該ケースの内部に配置されている、該工程と、
   前記半導体チップと前記電極とを電気的に接続する工程と、
   バスバーを保持したバスバー支持体を前記ケースに搭載する工程と、
   前記電極と前記バスバーとを接合する工程と、
   を含む方法。

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