JP2019009328A - 電力用半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだペーストに含まれるフラックス成分の流れを制御可能にし、小型・軽量化、大電流・高耐圧化、および低コスト・高信頼化を実現できる電力用半導体装置を得る。
【解決手段】パワー半導体素子がＡｇシンターによりチップ搭載され、金属配線基板と、主端子と、フレーム枠とを備えて構成された電力用半導体装置であって、主端子は、はんだ接合される一端に、フラックスを含むはんだペーストを注入するための開口が設けられるとともに、開口を形成する周囲の一部分に、はんだペーストを外部に流出させるための切り欠きを有し、切り欠きは、開口部に注入されたはんだペーストが、パワー半導体素子およびＡｇシンターからずれた方向に流出する位置に設けられ、はんだペーストに含まれるフラックス成分の流れ制御を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流経路用の主端子と信号端子を備え、パワー半導体素子と端子、それを結線するワイヤを封止材で封止した電力用半導体装置に関し、特に、はんだペーストによる接合を適用する電力用半導体装置に関する。

電力変換用の電力用半導体装置は、輸送用機器から生活家電まで様々な製品に組み込まれている。また、これまで電力用半導体装置を備えていなかった製品においても、省電力化と高効率化の観点から、組み込まれるケースが増加している。これらの製品では、さらなる小型化や耐久性の向上が求められており、搭載される電力用半導体装置でも、小型化と高耐久化が必須条件となっている。

電力用半導体装置は、家庭用電化製品あるいはコンピュータなどに使われる半導体素子に比べて、高電圧、大電流、高周波での動作が可能である。一方で、電力用半導体装置は、動作時における発熱が顕著で高温になりやすい。

例えば、電力変換装置として幅広く利用されているスイッチング電源は、大電流回路を高速に、繰り返し開閉し続けることで電力を制御している。このような制御を行うことで、スイッチング電源は、スイッチング素子として使われるパワー半導体のオン抵抗および順方向の電圧降下による電力損失で発熱する。このため、パワー半導体素子の大電流経路となる主端子のはんだ接合性は、モジュール製品の耐久性、信頼性などに大きな影響を及ぼす要因の１つになっている。

パワーモジュールでは、リフロー工程による部品の接続が一般的であり、その際、フラックス成分を含むはんだペーストが用いられる。パワーモジュールのように電極面積が大きくなると、リフロー時の温度を上げても、はんだペーストの濡れ拡がり性は改善されない。そのため、はんだペーストを多めに使用してはんだ付け性を確保している。しかしながら、はんだペーストを多めに使用することによって、ボイドの発生、フラックスやはんだ粒子の飛散などの不具合を引き起こす。

熱によるパワーモジュール用部品における接続端子の不具合を防止する従来技術としては、リード電極面の中央部に穴を開け、煙突効果を利用してはんだ接合部のガス（ボイド）を放出させるものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３３５７６７号公報

しかしながら、この従来技術には、以下のような課題がある。上述した特許文献１記載の半導体パワーモジュール用部品接続端子において、リード電極面の中央部に開けられる穴は、はんだ接続部のガスを外に放出する目的である。このため、この穴の形状は、端子下面の開口が広く上方に向かうに従い狭くなる逆テーパー型である。また、この特許文献１は、部品の接続については、あらかじめはんだペーストが塗布されており、その上に部品を載せるものである。

この場合、はんだペースト上に部品を載せるための加圧力で、あらかじめ塗布してあるはんだペーストの周囲への押出し、フラックスやはんだ粒子の飛散などが生じる。そのため、溶融後のはんだペーストが、隣接するチップあるいは配線に接触し、電気的なショートを引き起こすおそれがある。さらに、フラックスやはんだ粒子が飛散することで、十分なはんだ溶融性を得るために必要な量のはんだが残らないという問題もある。

また、板はんだなど固形はんだを使用する場合には、はんだ、または接合部材の表面酸化により、はんだ溶融時の濡れ性が著しく悪くなる。そのため、事前にフラックス剤を塗布すること、あるいはギ酸などの還元雰囲気におけるはんだ溶融を行うことが必要となる。

一方、フラックスを塗布してはんだ溶融した場合には、信頼性上の問題により、はんだ溶融後にフラックス残渣の洗浄工程が必要であった。この結果、作業工程の追加、あるいは作業者の追加が必要となり、コストの増加につながる。

さらに、小さな部品を配置する場合には、あるいは構造的に複雑な場合など、フラックス残渣を完全に取り除けない場合も考えられる。このため、信頼性劣化への懸念が残る。

ギ酸雰囲気によるはんだ溶融の場合では、ギ酸の取扱い、管理上の問題、およびギ酸専用の雰囲気形成装置の導入が必要となる。従って、ギ酸雰囲気によるはんだ溶融の場合には、コストの増加に加え、作業性も悪くなるといった問題がある。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、はんだペーストを適用した接合を行う際に、はんだペーストに含まれるフラックス成分の流れを制御可能にし、小型・軽量化、大電流・高耐圧化、および低コスト・高信頼化を実現できる電力用半導体装置を得ることを目的とする。

本発明に係る電力用半導体装置は、パワー半導体素子がＡｇシンターによりチップ搭載され、はんだ接合用のランド部を有する金属配線基板と、ランド部と一端がはんだ接合により電気的に接続された主端子と、主端子の他端が外部に突出するように組み込まれるとともに、パワー半導体素子が搭載された金属配線基板の周囲を覆う樹脂製のフレーム枠とを備えて構成された電力用半導体装置であって、主端子は、はんだ接合される一端に、フラックスを含むはんだペーストを注入するための開口が設けられるとともに、開口を形成する周囲の一部分に、はんだペーストを外部に流出させるための切り欠きを有し、切り欠きは、開口部に注入されたはんだペーストが、パワー半導体素子およびＡｇシンターからずれた方向に流出する位置に設けられ、はんだペーストに含まれるフラックス成分の流れ制御を可能とするものである。

本発明によれば、主端子の一端において、特定の方向にはんだペーストを流出させるための切り欠きを有する開口を備えることで、多めにはんだペーストが塗布された場合にも、主端子から漏洩するはんだペーストを適切に誘導、排出できる構成を実現している。この結果、はんだペーストを適用した接合を行う際に、はんだペーストに含まれるフラックス成分の流れを制御可能にし、小型・軽量化、大電流・高耐圧化、および低コスト・高信頼化を実現できる電力用半導体装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の上面および断面の具体的な構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の主端子の上面およびＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置におけるはんだペーストの流れ出しを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の主端子の断面を拡大した図である。 本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の主端子の形状例である。 本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置の上面および断面の具体的な構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置におけるはんだペーストの流れ出しを模式的に示す図である。 本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の主端子に載せる具体的なすり鉢状治具および治具を主端子上に搭載した場合の断面を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の主端子に載せるフレーム枠一体型治具の断面を示す図である。 本発明の実施の形態４における電力用半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。

以下、本発明の電力用半導体装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の構成を示す図である。本実施の形態１に係る電力用半導体装置は、モジュールの樹脂製フレーム枠２から突出して形成された、主端子５および複数本の信号端子６を備えて構成されている。

主端子５は、電力用半導体装置の主電源を入力するための電源端子である。主端子５は、金属製であり、例えば、銅やステンレス鋼を基材とした合金から形成されている。主端子５の表面は、基材の金属が露出していても良いし、当該表面の少なくとも一部にめっき処理が施されていても良い。

信号端子６は、一端が、モジュールのフレーム枠から突出して形成されている。信号端子６は、パワー半導体素子３の動作を制御する信号を外部から入力するための端子である。信号端子６は、主端子５と同様に、金属製であり、合金で形成されている。また、信号端子６は、リードの表面の少なくとも一部または全体にめっき処理が施されていてもよい。

フレーム枠２は、射出成型可能であり、高耐熱性樹脂からなる。高耐熱性樹脂の具体例としては、ＰＰＳ（ポリファニレンサルファイド）、フッ素系樹脂などが挙げられる。フレーム枠２には、半導体素子の電源端子である主端子５と動作制御用の信号端子６、さらにワイヤボンド結線用の端子が組み込まれている。

このフレーム枠２は、半導体素子を搭載する基板１と、接着剤により接着されている。接着剤は、シリコーン系またはエポキシ系の熱硬化型接着剤が一般的である。

パワー半導体素子３は、パワー半導体素子３の上面に設けられた上面電極、およびパワー半導体素子３の下面に設けられた下面電極を備えている。パワー半導体素子３の下面電極は、配線基板の端子上に導電性部材を介して接合されることによって、配線基板と機械的および電気的に接続されている。

また、パワー半導体素子３の上面電極は、主端子５の下部と導電性部材を介して接合されることによって、機械的および電気的に接続されている。さらに、パワー半導体素子３は、ワイヤにより外部端子であるリードに接続されている。パワー半導体素子３は、オン時にはその厚さ方向に電流を流し、オフ時には電流を遮断する特徴をもつ。

なお、パワー半導体素子３の材料としては、例えば、Ｓｉのみならず、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓなどの化合物半導体が用いられても良い。また、パワー半導体素子３の上面電極の表面には、Ｎｉめっき層など、はんだ付けをできる層が設けられてもよい。

電力用半導体装置は、電力の制御または供給を行う半導体装置であり、大きな電圧、電流を扱うことが特徴である。電力用半導体装置は、電圧の変換、周波数の変換、直流から交流への変換、あるいは交流から直流への変換など、電力変換用途に用いられている。また、電力用半導体装置は、エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品のインバータ、電気・ハイブリッド自動車、電気鉄道車両の駆動系装置、照明機器の照度制御用途などに使用されている。

導電性部材は、パワー半導体素子３の上面電極または配線基板と、主端子５との間、およびパワー半導体素子３の下面電極と、配線基板との間、にそれぞれ配設される。導電性部材には、例えば、銀（Ａｇ）ペーストが用いられる。Ａｇペーストは、高温耐久性、放熱性に優れたダイボンド材料の一つとして、パワー半導体製品に用いられるようになってきた。

Ａｇペーストは、Ａｇナノ粒子に有機溶剤を加えてペースト状にしたものである。Ａｇナノ粒子は、金属の中でも高い伝導率を持ち、耐熱性、高温耐久性および信頼性に優れている。さらに、Ａｇナノ粒子は、金属をナノスケールまで微粒子化して反応性を高めることで、接合材料を融解することなく低温で焼結させて、金属接合層を形成する。

シリコーンゲルは、パワー半導体素子３と端子、ワイヤなどを覆い、パワー半導体素子を光、熱、湿度、振動などの外部環境要因から保護することを目的に、モジュール用封止材料として使用される。

また、シリコーンゲルは、シリコーン特有の耐熱・耐寒性に優れ、腐食性がなく、硬化時の収縮が小さい、などの性質と、低架橋密度から生じる粘着性および密着性に優れ、シール性、耐湿性を有する性質とを持っている。さらに、シリコーンゲルは、振動吸収性にも優れた特性を併せ持ち、封止・保護材、充填剤として広く使用されている。

配線基板は、絶縁層と導体層を持ち、パワー半導体素子３の下面電極と導電性部材を介して接合されている。配線基板は、セラミック素材に、銅あるいはアルミニウムなどで配線されたものである。

すり鉢状治具１２は、はんだ溶融温度を上回る耐熱性の材質でできている。フレーム枠２と同様に、すり鉢状治具１２には、ＰＰＳ（ポリファニレンサルファイド）、あるいはフッ素系樹脂が用いられ、セラミックも使用可能である。

本発明の治具であるすり鉢状治具１２は、はんだ塗布工程で端子部にセットされ、はんだ塗布後に取り外される。または、すり鉢状治具１２は、リフロー工程のはんだ溶融後に取り外されるか、もしくはそのまま取り外すことなく、後工程のシリコーンゲルで封入されることも可能である。

また、フレーム枠２の製造工程において、金型設計により主端子５の上部位置に予めすり鉢状治具１２に相当する形状をフレーム枠製造時に射出一体成型することが可能である。この場合には、フレーム枠２とすり鉢形状とが一体構造になるため、パワー半導体素子の組み立て工程で、すり鉢状治具１２を主端子５の上に設置する作業が不要となる。この結果、工程削減、作業者削減など時間短縮とコスト削減が可能である。

図２は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の上面および断面の具体的な構成を示す図である。図２に示した電力用半導体装置に用いられる基板１は、セラミックなどの絶縁層とＣｕなどの表面導体層、裏面導体層から構成されている。そして、この基板１の表面導体層には、Ａｇペーストにより、パワー半導体素子３（ＩＧＢＴ；Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒとフリーホイールダイオード）が各２個ずつダイボンドされている。

また、基板１の裏面は、パワー半導体動作時の発熱を逃がす効果を有するヒートシンクに接合されている。

基板表面のチップ外周部に、シリコーン接着剤などを用いてフレーム枠２を接着し、熱硬化させる。フレーム枠２には、パワー半導体を動作させるための大電流の経路となる主端子５と、電力制御用の８本の信号端子６が、フレーム枠の垂直方向（Ｚ軸方向）に突出している。

また、フレーム枠の水平方向（ＸＹ方向）には、基板１とはんだ付け接合するための主端子５と、パワー半導体素子３の電極パッドとワイヤボンドで結線するための信号端子６とが、それぞれ突出している。

基板１にフレーム枠２を接着剤で接着、硬化させると、基板１上のランドとフレーム枠２から突出している主端子５とが位置決めされた状態となる。接着・硬化された電力用パワー半導体装置は、チップ上の電極とフレーム上の端子がアルミワイヤにより結線された後に、はんだ塗布工程の治具にセットされる。

ディスペンサユニットを主端子５上の開口部に移動させ、はんだペーストを注入する。はんだペーストは、ディスペンサユニットのエア圧力、ヘッド部の移動速度、ディスペンサ先端部と主端子間の距離（ＧＡＰ）を変数として、最適な塗布量が得られるように調整可能である。

使用するはんだペーストは、無残渣、あるいは洗浄工程不要な低残渣のタイプを用いることで、はんだ付け前のフラックス塗布、およびはんだ塗布後のギ酸還元雰囲気における溶融を回避できる。従って、このようなはんだペーストを用いることで、汎用の窒素リフロー装置における低酸素濃度雰囲気でのはんだペーストの溶融が可能となる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の主端子５の上面およびＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示した図である。

主端子５は、フレーム枠２からＸＹ方向に突出している、はんだを塗布するための端子である。この端子は、Ｚ方向の端子上面の開口寸法が下面の開口寸法より広く、いわゆるテーパー形状１０を有している。

この端子の上部から、ディスペンサユニットを用いてはんだペーストの塗布を行った場合を、次に説明する。

本発明による主端子５の構造によれば、はんだペーストが、端子の上面に載ったままになったり、端子上面から端子外側に漏洩したりすることを防止できる。さらに、塗布したはんだペーストが、端子下面のランド部１５（図２参照）まで溶融したまま流動する。そのため、基板１のランド部１５と端子下面および側面部において、良好なフィレットを形成するために必要な量のはんだペーストを充填することが可能である。

図４は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置におけるはんだペーストの流れ出しを模式的に示す図である。主端子５は、先の図３に示したように、先端の一部分が切れたＣ字の切れ目９をしている。図４において、この切れた部分は、基板１上に２個並んで搭載されている半導体チップ３の間に位置する。主端子５の中にはんだペースト１４が注入されている。

ディスペンサユニットで、はんだペースト１４を注入する際に、はんだペースト１４の量が多くなると、主端子５の開口部から余分なはんだペースト１４が漏出する。この時、主端子５の先端に導入したＣ字の切れ目９が、開口部に対して垂直方向へはんだペースト１４の流れを誘導させることで、半導体素子（チップ）３やＡｇシンターエリア８へ流れこむはんだペースト１４の量を低減できる。すなわち、Ｃ字の切れ目９を有することで、はんだペースト１４に含まれるフラックス成分の流れ制御を実現できる。

この効果により、漏洩したはんだペースト１４による電気的なショートが防止できる。さらに、はんだペースト１４に含有されるフラックス成分が、Ａｇシンターエリア８に付着して生じる、Ａｇイオンマイグレーションの発生も回避でき、製品の信頼性を向上できる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の主端子５の断面を拡大した図である。図５には、フレーム枠２の断面も重ねて描画している。この主端子５は、図３と同様に、端子上面部の開口が広く、下面に行くほど狭くなるテーパーを持っている。さらに、主端子５の下面の外側が、基板方向に向かって鍵形（Ｌ字）に曲がったカギ部１１を有する構造となっている。

ディスペンサユニットからはんだペースト１４を注入する時に、はんだペースト１４の粘度、または端子と基板ランドの間隔によって、端子下面に流動したはんだペースト１４がそのままランドの外に押し出されるおそれがある。そこで、このカギ部１１は、はんだペースト１４がランドの外に押し出されることを防止するための防波堤の役割をするために設けられている。

本実施の形態１に係る主端子５の構造により、はんだペースト１４、およびそれに含まれるフラックスが、端子、ランド周辺に流れ出して半導体素子（チップ）３と電気的にショートすることを回避することができる。これにより、はんだ接合用のランド、チップと配線の間隔を狭めてモジュールの小型化、軽量化を図ることが可能である。さらには、主端子５の簡便な構成によりはんだペーストに含まれるフラックス成分の流れ制御を実現でき、使用部材の削減が可能となり、コストを低減できる。

図６は、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の主端子５の形状例である。はんだペースト１４の流出方向を誘導し制御するために、端子の一部分を用途に合わせて切り欠いた例である。

図６（ａ）は、端子の横方向が切れた端子を例示している。図６（ｂ）は、任意の角度をつけて切り取った端子を例示している。なお、端子の形状は、図６（ａ）、図６（ｂ）に示したような形状に限定されない。

端子と半導体素子（チップ）３の距離あるいは相互配置、ランドのサイズ、はんだ接合に必要な面積、はんだペーストの塗布量などによって、はんだペーストの流出方向を考慮して、端子の形状、端子の切れ位置、切れ幅を設計することが可能である。その具体例として、図６（ｃ）は、菱形形状の端子を例示しており、図６（ｄ）は、三角形状の端子を例示している。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置の上面および断面の具体的な構成を示す図である。図７においては、セラミックなどの絶縁層とＣｕなどの表面導体層、裏面導体層からなる基板１の表面導体層に、Ａｇペーストでパワー半導体素子（ＩＧＢＴとフリーホイールダイオード）３が各１個ずつダイボンドされている。基板表面のチップ外周部に、シリコーン接着剤などを用いてフレーム枠２を接着し、熱硬化させる。

フレーム枠２には、パワー半導体を動作させるための大電流の経路となる主端子５と、電力制御用の５本の信号端子６が、フレーム枠２の垂直方向（Ｚ軸方向）に突出している。また、フレーム枠２の水平方向（ＸＹ方向）には、基板１とはんだ付け接合するための主端子５と、パワー半導体素子３の電極パッドとワイヤボンドで結線するための信号端子６とが、それぞれ突出している。

基板１にフレーム枠２を接着剤で接着、硬化させた後に、アルミワイヤでチップ電極とフレーム上の端子を結線する。次に、ディスペンサユニットで端子開口部にはんだペースト１４を注入する。はんだペースト１４は、無残渣、あるいは洗浄工程不要な低残渣のタイプを用いることで、フラックス塗布やギ酸還元雰囲気における溶融を回避できる。従って、このようなはんだペースト１４を用いることで、汎用の窒素リフロー装置における低酸素濃度雰囲気でのはんだペースト１４の溶融が可能となる。

図８は、本発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置におけるはんだペースト１４の流れ出しを模式的に示す図である。主端子５は、端子片側の横サイドを切り欠いた形状である。はんだペースト１４の量が多くなると、端子の開口部から漏れ出したはんだペースト１４が、端子の切れ目に対して垂直方向に流れ出すように誘導され、半導体素子（チップ）３やＡｇシンターエリア８へ向かわないように、主端子の切れ目が配置されている。

これにより、流れ出したはんだペーストとチップとのショートが防止できる。すなわち、Ａｇシンターエリア８において、はんだペーストに含有されるフラックス成分が付着することで引き起こされる、Ａｇイオンマイグレーションの発生を回避し、製品の信頼性を向上させることが可能である。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の主端子５に載せる具体的なすり鉢状治具１２および治具を主端子５上に搭載した場合の断面を示す図である。本実施の形態３におけるすり鉢状治具１２は、フレーム枠２と同じ材質のＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの射出成形可能な樹脂からなる。

ディスペンサユニットによる端子上部からのはんだペースト１４塗布前に、このすり鉢状治具１２を端子上部に機械制御、または人手により位置決めして設置した後に、はんだペースト１４を塗布する。

通常、ディスペンサユニットで端子開口内にはんだペースト１４を注入し、基板ランド部１５と端子のすき間にはんだペースト１４を充填させるためには、ディスペンサヘッド先端のノズル（またはニードル）を、端子上面に数十ミクロンから数百ミクロンの距離に近付ける位置決め精度が必要となる。

しかし、量産工程を想定した場合、電力用半導体装置の部材公差、組立公差、搬送の位置決め精度により、ディスペンサユニットのノズル先端と端子開口の相対位置にばらつきが生じる。

そこで、量産工程でのノズル先端と端子開口の位置決め精度のばらつきに影響されないために、本実施の形態２では、すり鉢状治具１２を用いている。具体的には、すり鉢状治具１２を端子上面に設置し、すり鉢状治具１２の開口内にはんだペーストを注入するためのノズル先端を配置する。ここで、図９に示すように、すり鉢状治具１２は、すり鉢状治具１２の開口部の断面積が、主端子５の上面開口部の断面積よりも大きくなるような形状として形成されている。

このような形状を有するすり鉢状治具１２を用いることで、ディスペンサヘッド先端のノズルの位置決め精度を緩和し、はんだペースト注入時のタレや漏れを防止し、チップや配線にはんだペースト、およびそれに含まれるフラックスがかかり、電気的にショートすることを防止できる。

図１０は、本発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の主端子５に載せるフレーム枠一体型治具１３の断面を示す図である。図１０に示したフレーム枠一体型治具１３は、図９と異なり、金型設計により、すり鉢状治具１２が樹脂製フレーム枠と一体形成されている。この結果、フレーム枠２とすり鉢状治具１３の位置合わせ機構が不要である。

フレーム枠２は、例えば、ＰＰＳ（ポリファニレンサルファイド）等の樹脂でできている。従って、すり鉢状部分のある金型を設計し、フレーム枠２の製造工程において、すり鉢状部分のある金型を使うことで、フレーム枠一体型治具１３を射出成型することが可能となる。この結果、製品品質、歩留まり的にも安定し、高コストになることもなく、大量生産が可能である。

実施の形態３におけるすり鉢状治具１３は、はんだペーストをディスペンサユニットで端子上部から塗布する時の、ディスペンサユニットの位置決め精度を緩和することができる。この結果、端子とディスペンサユニットの相対位置ずれによるはんだペーストのタレ、漏れ、はみ出し等を抑制し、端子開口部と端子下と基板ランド間の隙間に必要な量のはんだペーストを塗布することが可能となる。

さらに、十分なフィレットを形成させ、良好なはんだペーストの溶融性を確保するために、多めにはんだペーストを塗布した場合でも、はんだペーストがチップや配線部へもれ出して、はんだブリッジによる電気的ショートを引き起こすことなどによる製品品質不良を防止することが可能である。

耐熱性のすり鉢状治具は、はんだペースト塗布後、またはリフロー工程のはんだペーストの溶融後に取り外して後続のモジュールに再設置するリサイクルが可能である。しかし、耐熱治具を取り外して再設置するための人手や設備などを考慮して、コスト的に高くなると判断される場合は、耐熱治具を付けたまま後工程へ流動し、半導体素子や端子、ワイヤと共に耐熱治具をシリコーンゲルで充填することも可能である。

実施の形態４．
本実施の形態４では、本発明の係る電力用半導体装置の一連の製造工程について、フローチャートを用いて具体的に説明する。図１１は、本発明の実施の形態４における電力用半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。

まず、セラミック基板（基板１）にＡｇペーストを印刷し（ステップＳ１１０１）、パワー半導体素子３（チップ３）をダイボンドする（ステップＳ１１０２）。

次に、エポキシ系接着剤をフレーム枠２裏面に塗布し、基板１とフレーム枠２を重ね合わせて組み付けた後、硬化炉で基板１とフレーム枠２を硬化させる（ステップＳ１１０３）。

次に、アルミワイヤでチップ３の電極（パッド）とフレーム枠２表面にある電極端子とをワイヤボンドで結線する（ステップＳ１１０４）。

次に、主端子リード４がフレーム枠２から突出している主端子５に設けられたはんだ付け部にはんだペースト１４を塗布し、リフロー工程にて、低酸素濃度雰囲気ではんだを溶融、冷却して、主端子５と基板１と接合させる（ステップＳ１１０５）。

この工程において、先の実施の形態１〜３で説明したように、一端において、特定の方向にはんだペースト１４を流出させるための切り欠きを有する開口を備える主端子５が適用される。このような主端子５を適用することにより、多めにはんだペースト１４が塗布された場合にも、主端子５から漏洩するはんだペースト１４を適切に誘導、排出でき、はんだペースト１４に含まれるフラックス成分の流れ制御が可能となる。

次に、ヒートシンクにはんだを設置し、その上に複数個の電力用半導体装置を載せる。また、電力用半導体装置のチップ上の電極にはんだを載せて、その上にリード（端子と同様の金属製部品）を設置し、リフロー工程にて溶融、冷却してはんだ接合にてリードを組み付ける（ステップＳ１１０６）。

次に、シリコーン系ゲルにてフレーム枠２の内部にゲルを注入し、硬化炉でゲルを硬化させる（ステップＳ１１０７）。

次に、サポートを取り付けて主端子をＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接し（ステップＳ１１０８）、シリコーンゲルでパワー半導体装置を搭載するサポート内部全体をゲル封止する（ステップＳ１１０９）。

ゲル封止後に、冷却用のパイプを圧入し（ステップＳ１１１０）、特性を検査する（ステップＳ１１１１）。

なお、この組み立て工程フローに記載していないが、外観目視検査、超音波探傷検査（ＳＡＴ・Ｃ−ＳＡＭ）、Ｘ線検査、電気特性検査などの品質検査工程、あるいは還元・洗浄工程は、工程フロー途中の予め規定されたタイミングで実施されるものとする。

以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 基板、２ フレーム枠、３ パワー半導体素子（半導体チップ）、４ 主端子リード、５ 主端子（はんだ付け部）、６ 信号端子、７ 位置決めピン、８ Ａｇシンターエリア、９ 端子切り欠き部、１０ テーパー部、１１ カギ（¬）部、１２ すり鉢状治具、１３ フレーム枠一体型すり鉢状治具、１４ はんだペースト、１５ ランド部。

Claims (5)

1. パワー半導体素子がＡｇシンターにより搭載され、はんだ接合用のランド部を有する金属配線基板と、
   前記ランド部と一端がはんだ接合により電気的に接続される主端子と、
   前記主端子の他端が外部に突出するように組み込まれるとともに、前記パワー半導体素子が搭載された前記金属配線基板の周囲を覆う樹脂製のフレーム枠と
   を備えて構成された電力用半導体装置であって、
   前記主端子は、はんだ接合される前記一端に、フラックスを含むはんだペーストを注入するための開口部が設けられるとともに、前記開口部を形成する周囲の一部分に、前記はんだペーストを外部に流出させるための切り欠きを有し、
   前記切り欠きは、前記開口部に注入された前記はんだペーストが、前記パワー半導体素子および前記Ａｇシンターからずれた方向に流出する位置に設けられ、前記はんだペーストに含まれるフラックス成分の流れ制御を可能とする
   電力用半導体装置。
2. 前記主端子は、前記開口部の縦方向断面形状が、前記ランド部にはんだ接合される下面側に対して上面側を広くし、上面方向に進むに従い開口部が広がるテーパー形状を有する
   請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記主端子は、前記一端の先端部分の縦方向断面形状が、前記ランド部にはんだ接合される下面側の方向へ曲がった鍵形状を有する
   請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
4. 前記開口部の上面に搭載され、前記開口部の上面の断面積を拡大させるすり鉢形状を有する治具
   をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
5. 前記治具は、前記フレーム枠と一体成形されている
   請求項４に記載の電力用半導体装置。

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