JP5125975B2

JP5125975B2 - 樹脂ケース製造方法

Info

Publication number: JP5125975B2
Application number: JP2008266144A
Authority: JP
Inventors: 伸征矢野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP2010098036A

Description

本発明は樹脂ケース製造方法に関し、特に半導体素子を収納する樹脂ケースの製造のための樹脂ケース製造方法に関する。

インバータ装置、無停電電源装置、工作機械、産業用ロボット等では、その本体装置とは独立して、パワー半導体素子を搭載した半導体装置（汎用モジュール）が使用されている。そして、このような半導体装置は、複数のパワー半導体素子、回路基板、配線等を樹脂ケース（外装用ケース）内に封止させた構造をしている（例えば、特許文献１参照）。

図６に樹脂ケースの要部図を示す。ここで、図６（ａ）には、樹脂ケースの上面が示され、図６（ｂ）には、図６（ａ）のＸ−Ｙ断面が示されている。
図示する如く、樹脂ケース１００上面の外形は長方形をなし、その内部には上述したパワー半導体素子等が収納される。そして、当該樹脂ケース１００の上端面１００ａから樹脂ケース１００の内部には、上記パワー半導体素子の主電極に導通する外部接続用端子（パワー端子）１０１が延出されている（図６（ａ）参照）。
特開平０６−０４５５１８号公報（図１）

しかし、樹脂ケース１００の上端面１００ａから延出させた外部接続用端子１０１においては、図６（ｂ）に示す如く、予め、上端面１００ａに垂直に封止され、その後に矢印ａの方向に折り曲げ加工されて、樹脂ケース１００内に封止されたナット１０２との位置合わせがなされる。

このような折り曲げ加工を施すと、
（１）樹脂ケース１００の上端面１００ａにおいて、外部接続用端子１０１の根本部分にクラックが発生する場合がある。

（２）外部接続用端子１０１の折り曲げた部分１０１ａにおいて、外部接続用端子１０１のめっき膜の裂け、剥離が発生する場合がある。
（３）折り曲げた後の外部接続用端子１０１と上端面１００ａとの平行性、並びに上端面１００ａからの外部接続用端子１０１の高さにばらつきが生じる。

（４）外部接続用端子１０１の先端に設けられた孔部１０１ｈとナット孔１０２ｈとの位置精度が向上しない。
という、問題点があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、品質が高い樹脂ケースを製造する樹脂ケース製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、締付部材の表面が第１の樹脂ケースから突出するように、前記締付部材を前記第１の樹脂ケース内に固定する工程と、少なくとも一部が折り曲げられた外部接続用端子の一部を前記締付部材上に配置する工程と、前記第１の樹脂ケースの下面と前記外部接続用端子の上面とを金型で挟持しプレスしながら、前記外部接続用端子の一部を第２の樹脂ケース内に固定すると共に、前記第１の樹脂ケースと前記第２の樹脂ケースとを一体化する工程と、を有することを特徴とする樹脂ケース製造方法が提供される。

上記手段によれば、樹脂ケースの品質が向上する。

以下、本実施の形態に係る樹脂ケースを使用した半導体装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は半導体装置の要部断面模式図である。

半導体装置１においては、板厚が数ミリの金属ベース板１０を基体とし、当該金属ベース板１０上に、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）系の鉛フリー半田層（図示しない）を介して絶縁基板２０が接合・搭載されている。そして、絶縁基板２０上層には、半導体素子３０が搭載されている。半導体素子３０としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）素子が該当する。或いは、半導体素子３０は、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）素子であってもよい。これらの素子、配線等が組み合わされて、当該半導体装置１では、例えば、インバータ回路を備えた半導体モジュール（パワーモジュール）を構成している。

更に、半導体装置１では、金属ベース板１０の上端縁に樹脂ケース４０，４１が固設され、上記半導体素子等が樹脂ケース４０，４１により封止（パッケージ）されている。このような樹脂ケース４０，４１は、先に一次成形された樹脂ケース４０がさらに二次成形され、一体となっている。

絶縁基板２０は、絶縁板２０ａと、絶縁板２０ａの下面にＤＣＢ（Direct Copper Bonding）法で形成された金属箔２０ｂと、絶縁板２０ａの上面に同じくＤＣＢ法で形成された金属箔２０ｃ，２０ｄを備えている。

更に、それぞれの絶縁基板２０の金属箔２０ｃ上には、半田層（図示しない）を介して、少なくとも一つの半導体素子３０が搭載されている。即ち、半導体素子３０の裏面電極（主電極）が金属箔２０ｃに接合している。

また、半導体素子３０の上記裏面電極とは反対側の主面、即ち、半導体素子３０の上面側の主電極３０ｅには、ボンディングワイヤ３０ｗの一端が接合され、ボンディングワイヤ３０ｗの他端が金属箔２０ｄに接合している。そして、当該金属箔２０ｄには、樹脂ケース４０内に成形され、固定された外部接続用端子５０の一端が接合している。

尚、以上の接合は、例えば、上記半田材による半田付け、レーザ溶接、または超音波接合によりなされている。
また、前記一端と反対側の外部接続用端子５０の他端は、樹脂ケース４１内に挿入され、固定されたナット（締付部材）６０に密接している。

このような外部接続用端子５０は、樹脂ケース４０，４１内に収納する回路構成に応じて、インバータ回路の正極入力端子（Ｐ端子）、負極入力端子（Ｎ端子）、或いは交流出力端子（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）とすることもできる。

尚、半導体素子３０がＩＧＢＴ素子、パワーＭＯＳＦＥＴ素子の場合には、半導体素子３０の上面側に主電極３０ｅの他、制御用電極を配置している（図示しない）。
ここで、絶縁板２０ａは、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体のセラミックで構成され、金属箔２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ、外部接続用端子５０は、銅（Ｃｕ）を主成分とする金属で構成されている。

また、樹脂ケース４０，４１の材質は、例えば、ＰＰＳ（ポリ・フェニレン・サルファイド）製である。
そして、半導体装置１においては、樹脂ケース４０，４１及び金属ベース板１０で取り囲まれた空間に、半導体素子３０、ボンディングワイヤ３０ｗ等の保護を目的として、封止用樹脂７０を充填している。封止用樹脂７０の材質は、例えば、ゲルまたはエポキシ樹脂を主成分とする樹脂が適用される。

このように、本実施の形態の樹脂ケース４０，４１では、樹脂ケース４１内に表面が突出するように固定されたナット６０と、少なくとも一部が折り曲げられ、樹脂ケース４０内に一部が固定された外部接続用端子５０と、を有している。そして、樹脂ケース４０と樹脂ケース４１とが一体化し、ナット６０の表面と外部接続用端子５０の一部とが密接している。

次に、樹脂ケース４０，４１の製造方法を詳細に説明しながら、上記半導体装置１の製造方法について説明する。本実施の形態では、樹脂ケース４１自体を製造する一次成形と、樹脂ケース４０と樹脂ケース４１とを一体化させた成形体を製造する二次成形とに分けて半導体装置１を製造している。

図２〜図５は半導体装置の製造方法を説明する要部断面模式図である。
先ず、図２に示す如く、ナット６０が挿入・固定された樹脂ケース４１を予め製造する。当該樹脂ケース４１は、トランスファモールド法により製造される。例えば、溶融した樹脂を金型（図示しない）内に注入し、当該樹脂を金型内で固化させることにより、ナット６０を封止・固定した樹脂ケース４１を形成する。

ここで、ナット６０においては、ナット６０の上面６０ｓが樹脂ケース４１の上面４１ｓから突出するように樹脂ケース４１内に挿入・固定される。ナット６０は、その側面の上部が前記上面４１ｓから０．２ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上露出する。ナット６０が突出する大きさの上限は、ナット６０を固定できる程度の任意の値をとりうるが、例えば、その側面の高さの半分から３分の２である。

この段階で一次成形が終了する。
尚、一次成形では、ナット６０の下方の樹脂ケース４１に空間部４１ｈが形成される。当該空間部４１ｈは、ナット６０にボルト締めをする際のボルト先端の遊びとなる。

次に、図３に示す如く、樹脂ケース４１と外部接続用端子５０との位置合わせを行った後、ナット６０上に外部接続用端子５０を配置する。
例えば、プレス加工により、予め数箇所を折り曲げた外部接続用端子５０を準備し、外部接続用端子５０に設けられた貫通孔５０ｈの中心と、ナット孔６０ｈの中心とが合致するようにナット６０上に外部接続用端子５０を配置する。

尚、外部接続用端子５０においては、折り曲げ加工の後に、めっきによって、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）層等のコーティング膜が形成されている。
次に、図４に示す如く、下金型８０と上金型８１とによって、上述した樹脂ケース４１及び外部接続用端子５０を挟持し、二次成形を行う。当該二次成形は、トランスファモールド法により実施される。例えば、樹脂ケース４１及び外部接続用端子５０を下金型８０上に載置した後、下金型８０と上金型８１とを衝合させて、溶融した樹脂を金型内に注入する。そして、当該樹脂を前記金型内で固化させることにより、樹脂ケース４０を形成する。

この段階で外部接続用端子５０の一部が樹脂ケース４０に固定されるとともに、ナット６０の側面の一部が同様に固定される。
また、本実施の形態の二次成形では、樹脂ケース４１の下面４１ｄと下金型８０とを直接的に接触させている。即ち、二次成形中、樹脂ケース４１の下面４１ｄは、下金型８０から直接的に圧力を受けている。

更に、本実施の形態の二次成形では、外部接続用端子５０の上面５０ｓと上金型８１とを直接的に接触させている。即ち、二次成形中、外部接続用端子５０の上面５０ｓは、上金型８１により直接的に圧力を受けている。

そして、ナット６０においては、上述した如く、その上面６０ｓが樹脂ケース４１の上面４１ｓから突出している。
従って、下金型８０と上金型８１とのプレスにより、外部接続用端子５０とナット６０の上面６０ｓとが密接した状態で二次成形が行われる。

尚、当該二次成形においては、樹脂ケース４０を形成するために溶融した樹脂が金型内に注入されることから、樹脂ケース４０と樹脂ケース４１の界面が固溶する。即ち、二次成形においては、樹脂ケース４０と樹脂ケース４１とが一体になる。樹脂ケース４１の上面４１ｓとこれに対向する外部接続用端子５０は樹脂ケース４０を介して接している。

次に、下金型８０と上金型８１とから、外部接続用端子５０を固定した樹脂ケース４０，４１を取り出す。この状態を図５に示す。当該図５に示す如く、樹脂ケース４０，４１が一体となった樹脂ケースが製造される。

そして、この後においては、図１に示す金属ベース板１０、絶縁基板２０、半導体素子３０及びボンディングワイヤ３０ｗ等を樹脂ケース４０，４１内に配置して、外部接続用端子５０と金属箔２０ｄとを接合する。これにより、上記半導体装置１が形成する。

このように、本実施の形態では、ナット６０の表面が樹脂ケース４１から突出するように、ナット６０を樹脂ケース４１内に固定し、少なくとも一部が折り曲げられた外部接続用端子５０の一部をナット６０上に配置している。そして、樹脂ケース４１と外部接続用端子５０とを金型で挟持しながら、外部接続用端子５０の一部を樹脂ケース４０内に固定すると共に、樹脂ケース４０と樹脂ケース４１とを一体化している。

次に、本実施の形態によってもたらされる有利な効果について説明する。
先ず、本実施の形態では、外部接続用端子５０を樹脂ケース４０に固定した後に、外部接続用端子５０を折り曲げるのではなく、予め折り曲げられた外部接続用端子５０の一部を樹脂ケース４０内に固定している。

これにより、樹脂ケース４０表面から延出させた外部接続用端子５０の根本部分の樹脂ケース４０にクラックが発生することがない。
また、外部接続用端子５０を折り曲げた後に、外部接続用端子５０表面にめっきを施すので、外部接続用端子５０の折り曲げた部分において、めっき膜が裂けたり、剥離することがない。

また、プレス機により予め折り曲げられた外部接続用端子５０の一部を樹脂ケース４０内に固定することから、外部接続用端子５０の折り曲げ加工の自由度が向上する。例えば、樹脂ケース４０内の端、狭部にも複雑に折り曲げられた外部接続用端子５０を容易に装着できる。

また、肉厚の厚い外部接続用端子５０をプレス機により予め折り曲げて、樹脂ケース４０内に固定することも可能である。これにより、電気抵抗がより低い外部接続用端子５０を樹脂ケース４０に搭載することができる。

また、本実施の形態では、外部接続用端子５０の貫通孔５０ｈとナット孔６０ｈとの位置合わせを行った後、金型により外部接続用端子５０とナット６０とを密接させながら、外部接続用端子５０の一部を樹脂ケース４０内に固定している。

これにより、ナット６０に接触する外部接続用端子５０とナット６０の上面６０ｓとが平行になると共に、樹脂ケース４１の上面４１ｓからの外部接続用端子５０の高さが均一になる。また、外部接続用端子５０の貫通孔５０ｈの中心とナット孔６０ｈの中心とを精度よく一致させることができる。

また、外部接続用端子５０とナット６０とを密接させながら、外部接続用端子５０の一部を樹脂ケース４０内に固定することから、二次成形中に樹脂ケース４０の樹脂成分が外部接続用端子５０とナット６０との間隙に回り込むことがない。

また、外部接続用端子５０の貫通孔５０ｈとナット孔６０ｈとの位置が精度よく一致することから、貫通孔５０ｈ及びナット孔６０ｈの径をより小径にすることができる。これにより、外部接続用端子５０と外部接続用端子５０に接続する外部端子との接触面積が増加し、外部接続用端子５０と前記外部端子との接触抵抗が減少する。

このように、本実施の形態によれば、外部接続用端子を封止した樹脂ケースの品質が向上する。

半導体装置の要部断面模式図である。半導体装置の製造方法を説明する要部断面模式図である（その１）。半導体装置の製造方法を説明する要部断面模式図である（その２）。半導体装置の製造方法を説明する要部断面模式図である（その３）。半導体装置の製造方法を説明する要部断面模式図である（その４）。樹脂ケースの要部図である。

符号の説明

１半導体装置
１０金属ベース板
２０絶縁基板
２０ａ絶縁板
２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ金属箔
３０ｗボンディングワイヤ
３０半導体素子
３０ｅ主電極
４０，４１樹脂ケース
４１ｄ下面
４１ｈ空間部
４１ｓ，５０ｓ，６０ｓ上面
５０外部接続用端子
５０ｈ貫通孔
６０ナット
６０ｈナット孔
７０封止用樹脂
８０下金型
８１上金型

Claims

締付部材の表面が第１の樹脂ケースから突出するように、前記締付部材を前記第１の樹脂ケース内に固定する工程と、
少なくとも一部が折り曲げられた外部接続用端子の一部を前記締付部材上に配置する工程と、
前記第１の樹脂ケースの下面と前記外部接続用端子の上面とを金型で挟持しプレスしながら、前記外部接続用端子の一部を第２の樹脂ケース内に固定すると共に、前記第１の樹脂ケースと前記第２の樹脂ケースとを一体化する工程と、
を有することを特徴とする樹脂ケース製造方法。
前記外部接続用端子を前記締付部材上に配置する前に、前記外部接続用端子をプレス加工により折り曲げることを特徴とする請求項１記載の樹脂ケース製造方法。
前記締付部材に設けられた孔の中心と前記外部接続用端子に設けられた孔の中心とが一致するように前記外部接続用端子を前記締付部材上に配置することを特徴とする請求項１記載の樹脂ケース製造方法。