JP2000150720A - 樹脂封止型半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】樹脂封止型半導体デバイスのパッケージ外形サ
イズを小さく抑えつつ、制御端子と封止樹脂との間で高
い接着強度が確保できるように改良する。 【解決手段】リードフレーム３を使ってパワー素子１，
制御素子２をマウントするとともに、リードフレームの
裏面側には放熱金属板４を配し、その周域を樹脂６にて
一体に封止した樹脂封止型半導体デバイスにおいて、制
御素子にワイヤ接続してパッケージから側方に引出した
制御端子３ｄのリード片をストレート形状となすととも
に、封止樹脂層内に埋没している制御端子のインナリー
ド部に切欠き凹所３ｄ-1を形成して封止樹脂とアンカー
（投錨）結合させる。これにより、制御端子／樹脂間の
接着強度が高まり、外力Ｆが加わっても制御端子がパッ
ケージから簡単に抜けることがなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家電用機器の電源
装置などに適用するインテリジェントパワーモジュール
を実施対象とした小通電容量の樹脂封止型半導体デバイ
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今のエアコン，洗濯機など家電用機器
では、その電源にインバータ装置を搭載して運転制御を
行うようにしており、これに対応してパワー素子（ＩＧ
ＢＴなど）と制御素子（ＩＣ）をリードフレームにマウ
ントしてその周囲を樹脂にて封止した樹脂封止型のイン
テリジェントパワーモジュールが製品化されている。

【０００３】次に、前記したインテリジェントパワーモ
ジュールを例に、従来における樹脂封止型半導体デバイ
ス（マルチチップ形のデュアル・インライン・パッケー
ジ）の構造を図６(a),(b) に示す。図において、１はパ
ワー素子、２は制御素子、３はリードフレーム、４はリ
ードフレーム３の裏面側に絶縁間隔を隔てて配した放熱
金属板（ヒートシンク）、５はボンディングワイヤ、６
は封止樹脂であり、放熱金属板４は片方の面が外方に露
出している。

【０００４】ここで、リードフレーム３には、パワー素
子１をマウントするダイパッド３ａ，制御素子２をマウ
ントするダイパッド３ｂ，主端子３ｃ，制御端子３ｄが
パターン形成されており、主端子３ｃと制御端子３ｃと
は互いに反対方向に引き出されている。なお、図示はリ
ードフレーム３のタイバーをカットした後のデバイス組
立て状態を表しており、デバイス組立前の状態ではリー
ドフレームが前記したダイパッド，端子の相互間をタイ
バー，サイドバーで連結した一枚の金属リボンで作られ
ていることは周知の通りである。

【０００５】かかる構成の樹脂封止型半導体デバイス
は、リードフレーム３にパワー素子１，制御素子２をマ
ウントし、リードフレーム３との間をボンディングワイ
ヤ５で接続した状態で、放熱金属板４とともにトランス
ファ成形金型や液状射出成形金型にインサートし、金型
に封止樹脂（成形樹脂）を注入して一体成形する。

【０００６】また、前記の主端子３ｃ，および制御端子
３ｄについて、主端子３ｃは数十Ａの電流が通電するこ
とからそのリード片は幅広な形状に設計されている。し
たがって、主端子３ｃと封止樹脂６と接着面積も大き
く、樹脂封止したデバイスの組立状態では主端子３ｃ／
封止樹脂６間には大きな接着強度が確保できる。これに
対して、制御端子３ｄはパワー素子１をスイッチング制
御する微小な信号電流を流すだけであり、そのリード片
の幅はワイヤ５のボンディングが行える程度の狭い幅に
設計されており、このままでは封止樹脂６に対する接着
面積も小さくて十分な接着強度を確保することが困難で
ある。しかも、この半導体デバイスを家電用機器の電源
部に搭載する場合は、前記した主端子３ｃ，制御端子３
ｄを折り曲げるなどして相手側のソケット，プリント板
などに接続するようにすることから、封止樹脂６との接
着強度が不十分であると、外力を加えた際に制御端子３
ｄが樹脂パッケージから抜けたりするおそれがある。

【０００７】そこで、従来の構造では図示のようにダイ
パッド３ｂと分離して制御素子２とワイヤ接続した制御
端子３ｄを“く”字形に屈曲した形状にパターン形成し
ておき、樹脂６で封止した状態で制御端子３ｄに矢印方
向の引っ張り外力Ｆが加わっても簡単に抜け出ないよう
にしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した従
来構造の樹脂封止型半導体デバイスでは次に記すような
問題点がある。すなわち、 (1) リード片の途中を“く”形に屈曲した制御端子３ｄ
は、そのリード片がストレート形状（直線状）であるも
のと比べて横幅の占有スペースが大となる。このため
に、パワー素子１が１〜２個組である半導体デバイスで
はさほど問題となることはないが、パワー素子１の数が
４，あるいは６個であるマルチチップデバイスでは、パ
ワー素子の数に対応して制御素子２，およびその制御端
子３ｃの数も大幅に増加するために、パッケージの外形
サイズＬが大形化する。しかも、パッケージサイズが大
きくなると、封止樹脂の使用量も増えて半導体デバイス
がコストアップする。

【０００９】(2) 家電用機器に使用するインテリジェン
トパワーモジュールに組み込んだパワー素子は、大容量
の電力用パワー素子に比べて発熱量が少ないが、特に樹
脂封止型半導体デバイスでは、パッケージ自身も小形で
あることから発熱を効率よくヒートシンクを介して外部
に放熱する必要がある。

【００１０】かかる点、樹脂封止型半導体デバイスで
は、パワー素子を伝熱性の高いセラミックス基板などに
マウントした大容量の半導体モジュールとは異なり、パ
ワー素子１をマウントしたリードフレームのダイパッド
３ａと放熱金属板（ヒートシンク）４との間の隙間に封
止樹脂６を充填して電気的に絶縁するようにしている。
しかも、通常の成形樹脂の熱伝導率は０．数Ｗ／ｍＫ程
度で、樹脂に熱伝導性の高いフィラーを混入してもその
熱伝導率は高々数Ｗ／ｍＫが限界であり、セラミックス
基板の熱伝導率と比べて遙に劣る。そのために、樹脂封
止型半導体デバイスにおいて、セラミックス基板を採用
したものと同程度の放熱性を確保するには、図６の構造
でリードフレーム３とその裏面側に配した放熱金属板４
との間の樹脂層厚さを極端に薄く（２００μｍ程度）に
して成形する必要がある。

【００１１】しかしながら、図示構造の樹脂封止型半導
体デバイスで、パワー素子１に対する放熱性を高めるた
めにリードフレーム／放熱金属板間の樹脂層を極端に薄
くすると、一方では制御素子２が誤動作し易くなるとい
った新たな問題が派生する。すなわち、金属材料である
リードフレーム３，放熱金属板４とこの間に充填した樹
脂層とで一種のコンデンサ（漂遊容量）を形成し、制御
素子２のダイパッド３ｂと放熱金属板４との間が静電結
合される。そのために、外来ノイズなどで制御素子２が
誤動作するおそれがあり、それを防ぐにはリードフレー
ム／放熱金属板間の樹脂層の厚さを増して前記コンデン
サの静電容量を小さく（３００ｐＦ以下）抑える必要が
あり、先記した放熱性と相反することになる。

【００１２】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
り、その第１の目的はパッケージの外形サイズを小さく
抑えつつ制御端子と封止樹脂との間で高い接着強度が確
保できるようにし、第２の目的はパワー素子に対する高
い放熱性を確保しつつ放熱金属板との間の静電結合に起
因する制御素子の誤動作を効果的に抑制できるように改
良した樹脂封止型半導体デバイスを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、リードフレームのダイパッドにパワ
ー素子，および制御素子を個別にマウントするととも
に、リードフレームの裏面側には絶縁間隔を隔てて放熱
金属板を配し、その周域を樹脂にて一体に封止した樹脂
封止型半導体デバイスにおいて、 (1) 第１の目的の達成手段として、制御素子にワイヤ接
続したリードフレームの制御端子をストレート形状とし
て樹脂パッケージから側方に引出すとともに、封止樹脂
層内に埋没している制御端子のインナリード部に切欠き
部を形成して封止樹脂とアンカー結合させる（請求項
１）ものとし、具体的には制御端子の側縁に切欠き凹所
を形成する（請求項２）、あるいは制御端子の板面にそ
の幅方向に切欠き凹溝を形成する（請求項３）などの形
態で構成する。

【００１４】上記構成によれば、リードフレームにパワ
ー素子，制御素子をマウントしてトランスファー成形
法，あるいは液状射出成形法により樹脂封止すると、樹
脂が制御端子の切欠部に入り込んで硬化し、樹脂と制御
端子とをアンカー（投錨）結合する。これにより樹脂／
制御端子間の接着強度が高まるので、制御端子を真っ直
ぐなストレート形状にしても、外力で制御端子が簡単に
樹脂パッケージから抜けることがない。しかも、制御端
子のリード片をストレートな形状とすることで、従来構
造のように制御端子を“く”字形に屈曲した場合と比べ
て制御端子の占有スペースが縮小してデバイスのパッケ
ージ外形を小形化できる。

【００１５】(2) 第２の目的の達成手段として、制御素
子をマウントしたダイパッドの板厚をパワー素子を搭載
したダイパッドの板厚よりも肉薄に形成するとともに、
放熱金属板と対向するダイパッドの裏面側でパワー素子
のダイパッドとの間に段差を設定するものとし（請求項
４）、その具体的な形態として、制御素子，パワー素子
をマウントする各ダイパッドを１枚のリードフレームに
パターン形成するとともに、制御素子のダイパッドをそ
の裏面側から肉薄加工を施してパワー素子のダイパッド
の裏面との間に段差を設定する（請求項５）、あるいは
制御素子をマウントするダイパッドとパワー素子をマウ
ントするダイパッドを別々なリードフレームに形成し、
かつ制御素子用リードフレームの板厚をパワー素子用リ
ードフレームの板厚よりも肉薄にして双方のリードフレ
ームの裏面側に段差を設定した構成がある（請求項
６）。

【００１６】上記構成によれば、パワー素子のダイパッ
ドとその裏面側に配した放熱金属板との間の隙間を極端
に狭めて両者間の伝熱抵抗を十分に低くめるようにして
も、パワー素子のダイパッドと制御素子のダイパッドと
の間には段差が設定されているので、制御素子のダイパ
ッドと放熱金属板との間には前記段差に相応して大きな
間隔が確保される。これにより、制御素子のダイパッド
と放熱金属板との間を静電結合するコンデンサ（漂遊容
量）の静電容量が小さくなって外来ノイズによる制御素
子の誤動作を効果的に抑止できる。つまり、パワー素子
に対する高い放熱性と、制御素子に対する耐ノイズ性を
両立させることができる。なお、制御素子の発熱量はパ
ワー素子に比べて遙に小さいので放熱金属板との間の間
隔が増しても放熱性の面で支障を来すおそれはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
実施例に基づいて説明する。なお、各実施例の図中で図
６に対応する同一部材には同じ符号を付してその説明は
省略する。

【００１８】〔実施例１〕図１(a),(b) および図２(a),
(b) は本発明の請求項１〜３に対応した実施例の構成図
であり、その樹脂封止型半導体デバイスは図６に示した
ものと基本的に同じである。ここで、図１(a),(b) に示
す実施例においては、封止樹脂６（樹脂パッケージ）か
ら側方に引出したリードフレーム３の制御端子３ｃのう
ち、特に制御素子２をマウントしたダイパッド３ｂとワ
イヤ５で接続した制御端子については、そのリード片の
形状を真っ直ぐなストレート形状として引き出すととも
に、そのリード片のインナーリード部には切欠き部とし
てリード片の側縁に括れとなるＵ字，ないしＶ字状にな
る切欠き凹所３ｄ-1が形成されている。なお、この切欠
き凹所３ｄ-1はあらかじめリードフレーム３にパターン
形成しておく。

【００１９】かかる構造のリードフレームにパワー素子
１，制御素子２をマウントした回路組立体をトランスフ
ァー成形法，あるいは液状射出成形法で樹脂封止する
と、図１(b) で表すように樹脂６が制御端子３ｄの切欠
き凹所３ｄ-1に入り込んで硬化し、封止樹脂６と制御端
子３ｄとをアンカー（投錨）結合する。これにより樹脂
／制御端子間の接着強度が高まる。したがって、制御端
子３ｄを真っ直ぐなストレート形状にしてパッケージか
ら側方に引き出した構造で、制御端子３ｄに矢印方向の
外力Ｆを加えても簡単に樹脂パッケージから抜けること
がない。しかも、制御端子３ｄのリード片をストレート
な形状とすることで、制御端子を“く”字形に屈曲した
従来構造（図６参照）と比べて制御端子３ｄの占有スペ
ースが縮小してデバイスのパッケージ外形サイズを小形
化できる。なお、前記切欠き凹所３ｄ-1の切込み深さ
は、制御端子３ｄの寸法幅とその断面強度，樹脂６との
アンカー結合強度，および信号電流の導電性確保を勘案
して適正な深さに決定するものとする。

【００２０】一方、図２(a),(b) の実施例では、ストレ
ート形状として引出した制御端子３ｄに対し、そのイン
ナーリード部には切欠き部として制御端子の板面にその
幅方向に切欠き凹溝３ｄ-2が形成されている。これによ
り、図１の切欠き凹所３ｄ-1と同様に制御素子３ｄと封
止樹脂６との接着強度を高めることができる。

【００２１】〔実施例２〕次に、本発明の請求項４〜６
に対応した実施例を図３〜図５に示す。図３において、
パワー素子１をマウントしたダイパッド３ａ，および主
端子３ｃの板厚Ｔに対して、制御素子２をマウントした
ダイパッド３ｂ，および制御端子３ｄの板厚ｔは肉薄
（Ｔ＞ｔ）であり、両者の間にはリードフレームの裏面
側で段差Δｈを設定して金属放熱板４と対向している。
また、ダイパッド３ａと放熱金属板４との間の絶縁間隔
ｄはパワー素子１に対する放熱性を考慮して２００μｍ
程度に設定されている。

【００２２】かかる構成により、パワー素子１をマウン
トしたダイパッド３ａと放熱金属板４との間の伝熱抵抗
を低く抑えつつ、一方では前記の段差Δｈを設定した分
だけ制御素子２をマウントしたダイパッド３ｂと放熱金
属板４との間の間隔が広がって該部に形成される漂遊容
量（コンデンサ）が小さくなる。これにより、パワー素
子１に対する高い放熱性を確保しつつ、一方では外来ノ
イズに対する制御素子２の誤動作を効果的に防ぐことが
できる。なお、前記段差Δｈは大であるほど好ましい
が、板厚Ｔのリードフレーム３に形成したダイパッド３
ａと放熱金属板４との間の隙間を２００μｍ程度とした
条件で、放熱金属板４と制御素子２をマウントするダイ
パッド３ｂとの間の漂遊容量が所定値，例えば３００ｐ
Ｆ以下となるように設定するものとする。

【００２３】ここで、前記段差Δｈを設定するリードフ
レーム３の実施例を図４(a),(b) および図５(a),(b) に
示す。先ず、図４(a),(b) の実施例では、リードフレー
ム３（板厚Ｔ）にパターン形成した制御端子のダイパッ
ド３ｂ，および制御端子３ｄをその裏面側からスタンピ
ング加工，エッチング加工などを施してその肉厚をｔに
薄肉化し、パワー素子のダイパッド３ａの裏面との間に
段差Δｈを設定するようにしている。なお、図中で３ｅ
はリードフレーム３のタイバーである。

【００２４】一方、図５(a),(b) の実施例では、リード
フレームがパワー素子用のリードフレーム３Ａと、制御
素子用のリードフレーム３Ｂとの２枚のリードフレーム
に分けてある。ここでリードフレーム３Ａは、その板厚
をＴとしてダイパッド３ａ，主端子３ｃがパターン形成
されている。これに対して、リードフレーム３Ｂはその
板厚をｔ（Ｔ＞ｔ）としてダイパッド３ｂ，制御端子３
ｄがパターン形成されている。そして、樹脂封止型半導
体デバイスを組立てるには、前記リードフレーム３Ａと
３Ｂにそれぞれパワー素子１，制御素子２（図３参照）
をマウントし、さらにワイヤ５を接続した上で、リード
フレーム３Ａと３Ｂの上面を揃えてトランスファー成形
金型，あるいは液状射出成形金型にインサートして樹脂
封止する。これにより、前記した板厚Ｔとｔとの差に対
応してダイパッド３ａと３ｂとの間にはその裏面側で前
記した段差Δｈが確保される。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれば
次記の効果を奏することができる。 (1) 請求項１〜３の構成により、組立状態でパッケージ
の封止樹脂が制御端子の切欠部に入り込ん制御端子と樹
脂との間をアンカー（投錨）結合する。これにより樹脂
／制御端子間の接着強度が高まるので、制御端子を真っ
直ぐなストレート形状にしても、外力で制御端子が簡単
に樹脂パッケージから抜けることがない。しかも、制御
端子のリード片をストレートな形状とすることで、従来
構造のように制御端子を“く”字形に屈曲した構造と比
べて半導体デバイスのパッケージ外形を小形化できる。

【００２６】(2) 請求項４〜６の構成により、パワー素
子のダイパッドとその裏面側に配した放熱金属板との間
の隙間を極端に狭めて両者間の伝熱抵抗を十分に低くめ
るようにしつつ、一方では制御素子のダイパッドと放熱
金属板との間には漂遊容量を低く抑えて外来ノイズによ
る制御素子の誤動作を効果的に抑止でき、これによりパ
ワー素子に対する高い放熱性と、制御素子に対する耐ノ
イズ性を両立させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に対応する樹脂封止型半導体
デバイスの構成図であり、(a)はその平面図、(b) は(a)
における制御端子部と封止樹脂とのアンカー結合状態
を表した拡大図

【図２】本発明の実施例１に対応する応用実施例の構成
図であり(a) は樹脂封止型半導体デバイスの平面図、
(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断面図

【図３】本発明の実施例２に対応する樹脂封止型半導体
デバイスの構成断面図

【図４】図３の半導体デバイスに採用するリードフレー
ムの構成図であり、(a) はその平面図、(b) は(a) の矢
視Ｘ−Ｘ断面図

【図５】図４と異なる実施例のリードフレームの構成図
であり、(a) はその平面図、(b) は(a) の矢視Ｘ−Ｘ断
面図

【図６】マルチチップのインテリジェントパワーモジュ
ールを対象とした従来の樹脂封止型半導体デバイスの組
立構造図であり、(a) はその平面図、(b) は(a) の矢視
Ｘ−Ｘ断面図

【符号の説明】

１ パワー素子 ２ 制御素子 ３，３Ａ，３Ｂ リードフレーム ３ａ パワー素子をマウントするダイパッド ３ｂ 制御素子をマウントするダイパッド ３ｃ 主端子 ３ｄ 制御端子 ３ｄ-1 切欠き凹所 ３ｄ-2 切欠き凹溝 ４ 金属放熱板 ５ ボンディングワイヤ ６ 封止樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永友 寿美 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 米澤 栄一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA01 CA21 DB02 FA04 GA02 GA05 5F067 AA01 AA03 AA04 AB02 BB04 BD08 CA01 CD01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リードフレームのダイパッドにパワー素
   子，および制御素子を個別にマウントするとともに、リ
   ードフレームの裏面側には絶縁間隔を隔てて放熱金属板
   を配し、その周域を樹脂にて一体に封止した樹脂封止型
   半導体デバイスにおいて、制御素子にワイヤ接続したリ
   ードフレームの制御端子をストレート形状として樹脂パ
   ッケージから側方に引出すとともに、封止樹脂層内に埋
   没している制御端子のインナリード部に切欠き部を形成
   して封止樹脂とアンカー結合させたことを特徴とする樹
   脂封止型半導体デバイス。
2. 【請求項２】請求項１記載の樹脂封止型半導体デバイス
   において、切欠き部として制御端子の側縁に切欠き凹所
   を形成したことを特徴とする樹脂封止型半導体デバイ
   ス。
3. 【請求項３】請求項１記載の樹脂封止型半導体デバイス
   において、切欠き部として制御端子の板面にその幅方向
   に切欠き凹溝を形成したことを特徴とする樹脂封止型半
   導体デバイス。
4. 【請求項４】リードフレームのダイパッドにパワー素
   子，および制御素子を個別にマウントするとともに、リ
   ードフレームの裏面側には絶縁間隔を隔てて放熱金属板
   を配し、その周域を樹脂にて一体に封止した樹脂封止型
   半導体デバイスにおいて、制御素子をマウントしたダイ
   パッドの板厚をパワー素子を搭載したダイパッドの板厚
   よりも肉薄に形成するとともに、放熱金属板と対向する
   ダイパッドの裏面側でパワー素子のダイパッドとの間に
   段差を設定して樹脂封止したことを特徴とする樹脂封止
   型半導体デバイス。
5. 【請求項５】請求項４記載の樹脂封止型半導体デバイス
   において、制御素子，パワー素子をマウントする各ダイ
   パッドを１枚のリードフレームにパターン形成するとと
   もに、制御素子のダイパッドをその裏面側から肉薄加工
   を施してパワー素子のダイパッドの裏面との間に段差を
   設定したことを特徴とする樹脂封止型半導体デバイス。
6. 【請求項６】請求項４記載の樹脂封止型半導体デバイス
   において、制御素子をマウントするダイパッドとパワー
   素子をマウントするダイパッドを別々なリードフレーム
   に形成し、かつ制御素子用リードフレームの板厚をパワ
   ー素子用リードフレームの板厚よりも肉薄にして双方の
   リードフレームの裏面側に段差を設定したことを特徴と
   する樹脂封止型半導体デバイス。