半导体模块用外部端子的制作方法

1.本发明涉及一种用于半导体模块的外部端子，特别是涉及一种适用于大功率用半导体模块的外部端子。


背景技术：

2.在大功率用半导体模块中，会因基板温度上升而使基板产生应力，以及因热应力(弯曲应力或剪切应力)而发生焊锡脱落或出现裂缝的问题。特别是在外部端子焊接于长方形基板的长边方向时，因为易于发生向基板的长边方向弯曲的问题，所以外部端子在焊接的底部易出现焊接裂缝。另外，外部端子的端子主体部是用热膨胀率小的环氧树脂等密封材料固定的，因此密封材料的热膨胀差会导致位于外部端子底部的焊接部受到不均等的应力，进而易受热应力的影响。
3.即，为了保证大功率用半导体模块的可靠性，外部端子焊接部产生的热应力的分散成为问题。
4.为了解决上述问题，先前建议了在端子上形成狭缝的构造(专利文献1)。该端子在对焊接部施加基板的热应力时使狭缝弯曲，从而缓解应力。
5.现有技术文献
6.专利文献1：特开平6
‑
21603号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.但是，在专利文献1所示的端子中，当来自基板3的热应力的分布变得复杂时，便无法充分缓解应力。其原因在于，由于端子主体部左右两边的弯曲强度或剪切强度相等，所以无法有效吸收由焊接于基板的底部扩散至端子主体部的应力，从而端子主体部不会变形。
9.解决课题的方法
10.本发明的目的是提供一种半导体模块用外部端子，其通过改变端子主体部左右两侧的弯曲强度或剪切强度，使端子主体部容易变形。
11.本发明的半导体模块用外部端子具备焊接的底部，和起自所述底部的垂直折曲的板状端子主体部。
12.所述端子主体部在起自所述底部的折曲部的正上方的左端部侧具有第1沟部，在右端部侧具有第2沟部，所述第1沟部和所述第2沟部相对于在垂直方向上通过所述端子主体部的中心线不对称。
13.在本发明的实施方式中，所述第1沟部和所述第2沟部各自在水平方向上的长度不同。
14.在本发明的其他实施方式中，具备第3沟部和第4沟部。所述第3沟部和第4沟部相对于在垂直方向上通过所述端子主体部的中心线也不对称。
15.发明的效果
16.在本发明中，第1沟部和第2沟部设置于起自焊接的底部的折曲部的正上方，因此集中于底部的应力受第1沟部和第2沟部的影响，使端子主体部容易变形。另外，第1沟部和第2沟部相对于在垂直方向上通过端子主体部的中心线不对称，所以端子主体部在应力下更容易变形。由此，集中于底部的应力被端子主体部的变形所吸收，可防止底部产生焊接裂纹和裂缝。
附图说明
17.[图1]为本发明的实施方式的半导体模块的斜视图。
[0018]
[图2]为半导体模块的俯视图。
[0019]
[图3]为外部端子4的左斜视图。
[0020]
[图4]为外部端子4的俯视图(该图的(a))、正面图(该图的(b))、仰视图(该图的(c))、右侧面图(该图的(d))。
[0021]
[图5]为第2实施方式的外部端子的正面图。
具体实施方式
[0022]
图1是本发明的实施方式的半导体模块的斜视图。图2是所述半导体模块的俯视图。
[0023]
该半导体模块具备金属导体的底板1，安装于底板1上的树脂制壳体2，收纳于壳体2内的陶制基板(下文也称基板)3。
[0024]
基板3安装有未图示的多个半导体元件、电路部件等，基板3的上下端部和右侧端部焊接有用于连接外部的7个外部端子4(4a～4g)。实际上，基板3是由在多个陶制基板上直接接合铜板的直接覆铜(dcb，direct copper bond)基板构成的，位于图2右侧的3个外部端子4c～4e在长方形的dcb基板30的长边方向配置为一列。其他外部端子4a、4b、4f、4g配置于未图示的其他dcb基板的短边方向。
[0025]
7个外部端子4(4a～4g)均为相同形状，是将板状金属导体冲切为预定形状后，进行折曲加工而形成。在图1和图2中，7个外部端子4(4a～4g)的上端部未折曲，但底部焊接并且壳体内用树脂密封然后折曲。下文将外部端子4(4a～4g)称为外部端子4，对一个外部端子4进行说明。
[0026]
图3是外部端子4的左斜视图。
[0027]
外部端子4由焊接于基板3的底部40、起自底部40向垂直方向折曲的第1垂直片41、起自垂直片41向水平方向折曲的水平片42、起自水平片42向垂直方向折曲的第2垂直片43构成。端子主体部44由第1垂直片41、水平片42、第2垂直片43构成。
[0028]
在端子主体部44的第1垂直片41上，在起自底部40的折曲部的正上方的左端部侧形成有第1沟部45，右端部侧形成有第2沟部46。另外，在第1沟部45和第2沟部46的上方，第2垂直片43的下端部的左端部侧形成有第3沟部47，右端部侧形成有第4沟部48。
[0029]
在端子主体部44的第2垂直片43的近中央位置形成有折曲部49。在端子主体部44的上部形成有用于在电缆或母线上旋紧端子的连接用孔50。在第2垂直片43的折曲部49的稍下方，其两个端部形成有定位用突起51、52。在第2垂直片43的定位用突起51、52的稍下方，在第2垂直片43的中央部形成有固定用锚栓孔53。上述定位用突起51、52挂在壳体2，定
位于壳体2的预定位置。然后，将外部端子4焊接于基板3。之后，将密封材料注入壳体2，则密封材料也进入锚栓孔53，端子主体部44被固定在密封材料内。
[0030]
图4是外部端子4的俯视图(该图的(a))、正面图(该图的(b))、仰视图(该图的(c))、右侧面图(该图的(d))。
[0031]
在起自底部40的折曲部的正上方的左端部侧设置的第1沟部45和在右端部侧设置的第2沟部46相对于在垂直方向上通过端子主体部的中心线x，在水平方向上不对称。即，在图4中，第1沟部45的长度l1＜第2沟部46的长度l2。
[0032]
因为第1沟部45和第2沟部46设置于底部40的正上方，即与底部40相接而设置，并且l1＜l2，所以外部端子4以左右不平衡的状态吸收底部40产生的热应力。其结果，对底部40的热应力，外部端子4的第1垂直片41易于向左右两侧变形，更好地吸收应力。根据实验，与l1＝l2相比，l1＜l2的条件下，对热应力成不平衡的状态，应力吸收变大，底部40不易产生焊接裂缝。进一步，因为第1沟部45和第2沟部46形成于底部40的正上方，因此可更明显地观测到该效果。
[0033]
在本实施方式中，为了对热应力形成在左右两侧更不平衡的状态，设置第3沟部47和第4沟部48。第3沟部47和第4沟部48设置于第2垂直片43的下端部，其位置在第1沟部45和第2沟部46的上方。第3沟部47设置于第2垂直片43的左端部侧，第4沟部48设置于垂直片43的右端部侧。第3沟部47的长度l4与第1沟部l1的长度l1相同。另外，第3沟部47和第4沟部48相对于中心线x在水平方向上不对称。即，在图4中，第3沟部47的长度l4(＝l1)＞第4沟部48的长度l3。
[0034]
第3沟部47和第4沟部48与第1沟部45和第2沟部46同样地，对底部40产生的热应力形成不平衡状态。因此，对底部40的热应力，外部端子的端子主体部44更易于向左右两侧变形。此处，即使只形成第1沟部45和第2沟部46这一组，或第3沟部47和第4沟部48这一组中的任一组，也可形成对热应力的不平衡状态。另外，在设置第1沟部45和第2沟部46，第3沟部47和第4沟部48这两组时，各沟部的长度可设定为能够形成不平衡状态的任意长度。例如，可以是l1＞l2和l3＞l4的组合，l1＞l2和l3＜l4的组合。另外，在这些组合中，l1和l4的关系可以是l1＞l4或l1＜l4。在这些组合中，l1或l2中较长的沟部lx和l3或l4中较长的沟部ly可以配置在中心线x的左侧，也可以配置在中心线x的右侧。作为其他示例，可以将lx配置在中心线x的左侧，ly配置在中心线x的右侧。无论哪种情况，都可相对于热应力形成不平衡的状态。
[0035]
另外，因为第2垂直片43用密封材料固定，所以第3沟部47和第4沟部48使端子主体部44更易于向左右两侧变形。
[0036]
通过上述结构，即使基板3持续高温状态，或重复热循环，外部端子4的底部40产生较大的热应力，该热应力也可以通过端子主体部44，在本例中，通过第1垂直片41和第2垂直片43两者或任一者变形而吸收。由此，可防止固定底部40的焊接部产生裂缝。
[0037]
上述效果可通过至少使第1沟部45、第2沟部46相对于中心线x不对称来获得。另外，该效果在外部端子4c～4e中显著。其原因在于外部端子4c～4e在长方形的dcb基板30的长边方向的侧部配置成一列。长方形的dcb基板30容易因受热而向长边方向弯曲，由此，可推断外部端子4c～4e与其他外部端子相比，更容易受到热应力。
[0038]
接下来，对其他实施方式进行说明。
[0039]
图5是第2实施方式中外部端子的正面图。
[0040]
第3沟部47和第4沟部48各自的垂直方向的位置不同。其他与图4相同。第3沟部47和第4沟部48的长度可以相同，也可以不同。
[0041]
由此，第1沟部45和第2沟部46相对于中心线x不对称，第3沟部47和第4沟部48相对于中心线x也不对称。
[0042]
另外，外部端子4在定位用突起51、52挂于壳体2，定位于基板内部预定位置后，焊接底部40。之后，以用凝胶状密封材料覆盖焊接部的方式密封壳体2内，进一步，从其上用环氧树脂密封材料将壳体2内密封。此时，环氧树脂密封材料也进入锚栓孔53继而固化，端子主体部44被固定在密封材料中。
[0043]
附图标记说明
[0044]1ꢀꢀꢀ
底板
[0045]2ꢀꢀꢀ
壳体
[0046]3ꢀꢀꢀ
基板
[0047]4ꢀꢀꢀ
外部端子
[0048]
45
ꢀꢀ
第1沟部
[0049]
46
ꢀꢀ
第2沟部
[0050]
47
ꢀꢀ
第3沟部
[0051]
48
ꢀꢀ
第4沟部
[0052]
x
ꢀꢀꢀ
中心线