JP2008235651A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置の外囲樹脂ケースを共通部品として、各機種，およびユーザー指定の仕様にも柔軟に対応できるように改良したパッケージ組立構造を提供する。
【解決手段】金属ベース１，絶縁回路基板２，半導体チップ３からなる基板組立体に外囲樹脂ケース５を組合せ、この樹脂ケースの周壁上に配列した外部端子６のＬ形脚部６ａをケース内側に突き出して絶縁回路基板，半導体チップとの間に配線導体を接続した半導体装置において、外囲樹脂ケース５にはその周壁部にあらかじめ多数の端子取付穴５ａを鋳抜き形成してこの端子取付穴に必要な外部端子６を後付けし、さらに配線導体をリードフレーム１０として、その両端を外部端子，絶縁回路基板，半導体チップに超音波接合，あるいはレーザ溶接，半田接合して組み立てる。また、前記の端子取付穴５ａは、機種によって異なる端子配列にすべて対応するよう樹脂ケースの周壁部に割り付けておき、製品の組立時にその仕様に合わせて選択した端子取付穴に必要な外部端子を圧入して装着する。
【選択図】 図１
【解決手段】金属ベース１，絶縁回路基板２，半導体チップ３からなる基板組立体に外囲樹脂ケース５を組合せ、この樹脂ケースの周壁上に配列した外部端子６のＬ形脚部６ａをケース内側に突き出して絶縁回路基板，半導体チップとの間に配線導体を接続した半導体装置において、外囲樹脂ケース５にはその周壁部にあらかじめ多数の端子取付穴５ａを鋳抜き形成してこの端子取付穴に必要な外部端子６を後付けし、さらに配線導体をリードフレーム１０として、その両端を外部端子，絶縁回路基板，半導体チップに超音波接合，あるいはレーザ溶接，半田接合して組み立てる。また、前記の端子取付穴５ａは、機種によって異なる端子配列にすべて対応するよう樹脂ケースの周壁部に割り付けておき、製品の組立時にその仕様に合わせて選択した端子取付穴に必要な外部端子を圧入して装着する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、インバータ装置に適用するインテリジェント・パワー・モジュール(ＩＰＭ：Intelligent Power Module)などに適用する電力用の半導体装置に関し、詳しくは半導体装置のパッケージ構造，およびその組立方法に係わる。
まず、頭記した半導体装置の従来における組立構造を図１０〜図１２に示す。図１０において、１は銅材で作られた放熱用金属ベース、２は絶縁基板面に回路パターン２ａを形成した絶縁回路基板、３は絶縁回路基板２にマウントした半導体チップ（例えば、ＩＧＢＴ (Insulated Gate Bipolar Transistor)）、４は金属ベース１と絶縁回路基板２の間，および絶縁回路基板２と半導体チップ３の間を接合した半田接合層、５は外囲樹脂ケース、６は外囲樹脂ケース５の周壁部に配列して設けた外部端子（主端子，制御端子）、７は外部端子６から外囲樹脂ケース５の内側に突き出たＬ形脚部６ａと前記絶縁回路基板４の回路パターンとの間に接続したボンディングワイヤ（アルミワイヤ）、８はケース蓋、９は外囲樹脂ケース５の内方に充填した封止樹脂であり、前記の外部端子５は外囲樹脂ケース５の周壁部にインサート成形されている（例えば特許文献１参照）。なお、図１０の配線構造では半導体チップ３の上面主電極は、絶縁回路基板２の回路パターン２ａを経由して外部端子６との間にボンディングワイヤ７が配線されているが、これとは別に、半導体チップ３の上面主電極と外部端子６との間を直接ワイヤで接続する場合もある。
上記の半導体装置は以下述べるような手順で組立てられる。まず、銅材に圧延，打ち抜き，曲げ加工を施して成形した外部端子６を、外囲樹脂ケース５の成形金型内の所定位置にセットする。次に、この形成金型にＰＰＳ（ポリフェニレン・サルファイド：Polyphenylene Sulfide），ＰＢＴ（ポリブチレン・テレフタレート：Polybutylene terephthalate）などの注型樹脂を注入して外部端子６をインサート成形して端子一体形の外囲樹脂ケース５を作製する。
そして、別工程で半導体チップ３をマウントした絶縁回路基板２を金属ベース１に搭載して組み立てた基板組立体を前記外囲樹脂ケース５の底面に重ね合わせ、接着剤（例えばシリコーン接着剤で金属ベース１の周縁と外囲樹脂ケース５の間を接着固定する。
続く配線工程で、外囲樹脂ケース５の内側に突き出した外部端子６のＬ形脚部６ａと絶縁回路基板２の回路パターン２ａとの間にボンディングワイヤ７を接続する。なお、この配線工程では、一般に超音波ボンディング法によりワイヤ７を接続している。また、配線工程後は樹脂ケース５の内部に封止樹脂９を充填し、ケース蓋８を被着して半導体装置の製品が完成する。
続く配線工程で、外囲樹脂ケース５の内側に突き出した外部端子６のＬ形脚部６ａと絶縁回路基板２の回路パターン２ａとの間にボンディングワイヤ７を接続する。なお、この配線工程では、一般に超音波ボンディング法によりワイヤ７を接続している。また、配線工程後は樹脂ケース５の内部に封止樹脂９を充填し、ケース蓋８を被着して半導体装置の製品が完成する。
この半導体装置は、納入先のユーザーにて前記外部端子６を例えばインバータ装置のプリント基板に接続し、インテリジェント・パワー・モジュールとしてモータなどのインバータ制御に使用される。
特開２００３−２４９６２４号公報
前記した従来構成の半導体装置は、その外囲樹脂ケース５の周壁部にインサート成形して配列した外部端子６を、半導体チップ３の電流容量，配置、および接続相手のプリント基板の仕様と適合するような位置に指定して配列するようにしており、その構造の一例を図１１，図１２に示す。すなわち、図１１は外囲樹脂ケース５の周壁部にインサート成形した外部端子３（主端子，制御端子）の配列を示している。また、図１２（ａ），（ｂ）は通電容量によって形状を変えた外部端子６の外形図である。
ところで、図１１，図１２に例示した外部端子６の配列，および形状は機種，ユーザー指定の仕様によって異なる。このことから、半導体装置のメーカーでは、機種，ユーザーの指定別にその仕様に合わせて外部端子６をレイアウトした端子一体形の外囲樹脂ケース５を製作しており、そのために機種毎に外囲樹脂ケース用成形金型の設計，製作，保管管理に多大な経費がかかる。また、自動組立ロボットなどを使って形状の異なる外部端子部品（図１２参照）を製品の仕様に合わせて成形金型内部の指定した位置にセットすることは、実際面で困難であることから人手作業に頼っているのが現状であり、これらのことが製品コストを押し上げる大きな要因となっている。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、外囲樹脂ケースを共通部品として、このケースに装着する外部端子の配列を製品の機種，およびユーザー指定の仕様に対して柔軟に対応できるようにし、併せてその外部端子と絶縁回路基板，はチップとの間に接続する配線導体に対して信頼性の高い接合が確保できるようにパッケージの組立構造を改良した半導体装置，およびその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、半導体チップと、半導体チップをマウントした絶縁回路基板と、放熱用金属ベースとの積層組立体に外囲樹脂ケースを組合せ、該外囲樹脂ケースの周壁上に配列して設けた外部端子のＬ形脚部をケース内側に突き出した上で、該外部端子の脚部と前記絶縁回路基板の回路パターンまたは半導体チップとの間に配線導体を接続した半導体装置において、
前記外部端子を外囲樹脂ケースの周壁部にあらかじめ形成した端子取付穴に圧入して後付け装着し、かつ前記配線導体にはリードフレームを採用してその一端を前記外部端子の脚部に接合し、他端を絶縁回路基板の回路パターン，ないし半導体チップの電極面に接合するものとし（請求項１）、具体的には次記のような態様でパッケージを構成する。
（１）前記の外囲樹脂ケースを共通部品として、このケースに装着する外部端子の配列を機種，およびユーザー指定の仕様に対して柔軟に対応できるようにするために、外囲樹脂ケースの周壁部に形成した端子取付穴を、機種によって異なる端子配列のすべてに対応するよう割り付けて形成する（請求項２）。
（２）また、外囲樹脂ケースの端子取付穴に圧入装着した外部端子をガタツキなしに安定保持させるために、外部端子の圧入部位にガタ防止用のサポート凸部を形成して樹脂ケースに圧入保持させるようにする（請求項３）。
（３）前項（２）と同様な外部端子の保持の目的で、前記外囲樹脂ケースの内側に突き出した外部端子のＬ形脚部と金属ベースとの間に絶縁物製の端子保持枠を介装して外部端子を圧入位置に固定保持する（請求項４）。
（４）そして、前項（３）の支持構造に対しては、外部端子のＬ形脚部と端子保持枠との間を接着剤で結合するようにし（請求項５）、ここで外部端子にリードフレームを超音波ボンディングする場合に、外部端子に加わる超音波振動の減衰するのを防ぐために、前記接着剤としてエポキシ系接着剤，アクリル系接着剤，あるいはウレタン系接着剤などの高弾性率の接着剤で結合する（請求項６）。
（５）さらに、超音波ボンディング，またはレーザ溶接法でリードフレームを半導体チップに接合する場合には、半導体チップの電極面に金属板を積層した上で、該金属板にリードフレームを重ねて超音波ボンディング，またはレーザ溶接して半導体チップの損傷を防止するようにする（請求項７）。
前記外部端子を外囲樹脂ケースの周壁部にあらかじめ形成した端子取付穴に圧入して後付け装着し、かつ前記配線導体にはリードフレームを採用してその一端を前記外部端子の脚部に接合し、他端を絶縁回路基板の回路パターン，ないし半導体チップの電極面に接合するものとし（請求項１）、具体的には次記のような態様でパッケージを構成する。
（１）前記の外囲樹脂ケースを共通部品として、このケースに装着する外部端子の配列を機種，およびユーザー指定の仕様に対して柔軟に対応できるようにするために、外囲樹脂ケースの周壁部に形成した端子取付穴を、機種によって異なる端子配列のすべてに対応するよう割り付けて形成する（請求項２）。
（２）また、外囲樹脂ケースの端子取付穴に圧入装着した外部端子をガタツキなしに安定保持させるために、外部端子の圧入部位にガタ防止用のサポート凸部を形成して樹脂ケースに圧入保持させるようにする（請求項３）。
（３）前項（２）と同様な外部端子の保持の目的で、前記外囲樹脂ケースの内側に突き出した外部端子のＬ形脚部と金属ベースとの間に絶縁物製の端子保持枠を介装して外部端子を圧入位置に固定保持する（請求項４）。
（４）そして、前項（３）の支持構造に対しては、外部端子のＬ形脚部と端子保持枠との間を接着剤で結合するようにし（請求項５）、ここで外部端子にリードフレームを超音波ボンディングする場合に、外部端子に加わる超音波振動の減衰するのを防ぐために、前記接着剤としてエポキシ系接着剤，アクリル系接着剤，あるいはウレタン系接着剤などの高弾性率の接着剤で結合する（請求項６）。
（５）さらに、超音波ボンディング，またはレーザ溶接法でリードフレームを半導体チップに接合する場合には、半導体チップの電極面に金属板を積層した上で、該金属板にリードフレームを重ねて超音波ボンディング，またはレーザ溶接して半導体チップの損傷を防止するようにする（請求項７）。
また、前記構成の半導体装置を製作する本発明の製造方法は、外囲樹脂ケースの成形工程で、そのケース周壁部に端子取付穴を機種によって異なる端子配列のすべてに対応するよう割り付けて鋳抜き形成しておき、続く組立工程では、外囲樹脂ケースに形成した前記端子取付穴から指定の端子配列に対応する端子取付穴を選択してここに外部端子を圧入装着し、さらに該外囲樹脂ケースを半導体チップ，絶縁回路基板，金属ベースの積層組立体に組み付けた上で、前記外部端子の脚部と絶縁回路基板の回路パターン，ないし半導体チップとの間にリードフレームを接合して装置を組み立てるようにする（請求項８）。
上記の半導体装置およびその製造方法によれば、製品の機種，ユーザー指定の仕様に合わせて選択した外囲樹脂ケースの端子取付穴に必要な外部端子を後付け装着することが可能である。したがって、この外囲樹脂ケースを各機種に共通な部品として、外部端子の多様な配列指定にも全て柔軟に対応させることができる。これにより、従来構造のように機種毎にその仕様に合わせて配列する外部端子をインサート成形した端子一体形の外囲樹脂ケースをその都度製作する必要がなく、これにより樹脂ケースの成形金型の設計，製作管理に要する経費を節減して製品コストの大幅な低減化が図れる。
また、外部端子の圧入部にサポート凸部を形成して端子取付穴に圧入する、あるいいは外部端子のＬ形脚部と金属ベース板の間に端子保持枠を介装し、さらに端子脚部と端子保持枠との間を接着剤により結合して外部端子を装着位置に安定よく固定支持することにより、続く配線工程でリードフレームを外部端子の脚部に超音波ボンディング法で接合する際に、その接合面に超音波振動を効率よく加えて信頼性の高い接合強度を確保できる。
さらに、半導体チップの電極面に金属板を積層した上で、この金属板にリードフレームを超音波ボンディング，あるいはレーザ溶接することにより、半導体チップの損傷を防ぐことができるほか、この金属板がヒートスプレッダの役目を果たして半導体チップの集中発熱を緩和できる効果も得られる。
しかも、外囲樹脂ケースの端子取付穴に外部端子を圧入装着したパッケージ構造に対して、その内部の配線導体にリードフレームを採用したことにより、次記のような効果が得られる。すなわち、従来装置ではアルミワイヤを内部の配線導体として外部端子に超音波ボンディングしている。しかしながら、線径の細いワイヤ７にボンディングツールを押しつけて行う超音波ボンディング法は、接合相手部材の取付け状態の影響を受け易く、そのために前記のように外囲樹脂ケースの端子取付穴に圧入した外部端子にガタツキが残っていると、超音波振動がワイヤ／外部端子間の接合面に効率よく加わらず、このためにワイヤの接合不良が生じて信頼性が低下する。
しかも、外囲樹脂ケースの端子取付穴に外部端子を圧入装着したパッケージ構造に対して、その内部の配線導体にリードフレームを採用したことにより、次記のような効果が得られる。すなわち、従来装置ではアルミワイヤを内部の配線導体として外部端子に超音波ボンディングしている。しかしながら、線径の細いワイヤ７にボンディングツールを押しつけて行う超音波ボンディング法は、接合相手部材の取付け状態の影響を受け易く、そのために前記のように外囲樹脂ケースの端子取付穴に圧入した外部端子にガタツキが残っていると、超音波振動がワイヤ／外部端子間の接合面に効率よく加わらず、このためにワイヤの接合不良が生じて信頼性が低下する。
かかる点、装置内部の配線導体に帯状導体片で作られたリードフレームを採用し、このリードフレームを外部端子の脚部に重ねて接合することにより、外囲樹脂ケースに圧入装着した外部端子に多少のガタツキがあっても、その影響を殆ど受けずに信頼性の高い接合を確保できる。また、リードフレームの接合には、半田付け，超音波ボンディング，レーザ溶接などの各種接合方法が適用できる。
以下、本発明の実施の形態を図１〜図９に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１〜図５は本発明の第１実施例に対応する半導体装置の構成図、図６，図７、および図８，図９はそれぞれ第２，第３の実施例に対応する構成図であり、実施例の図中で図１０，図１１に対応する部材には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
まず、図１〜図５により第１実施例のパッケージ組立構造を説明する。この実施例は、図１０，図１１で述べた従来構造のように外部端子６を外囲樹脂ケース５と一体にインサート成形した構造とは次の点で異なる。すなわち、図示の実施例では外囲樹脂ケース６の周壁部に沿って複数箇所に定ピッチ間隔に並ぶ端子取付穴５ａをあらかじめ形成している。なお、端子取付穴５ａは、外囲樹脂ケース５の成形工程でその成形金型に端子取付穴に対応する中子をセットして鋳抜き形成すればよい。そして、製品組立時には前記した端子取付穴５ａのうちから機種毎に指定した端子取付穴を選択し、ここに外部回路との接続に必要な外部端子６を圧入して後付けするようにしている。さらに、外部端子６と絶縁回路基板２の回路パターン２ａ，半導体チップ３の上面電極とを接続する配線導体として、図１０に示したワイヤ７の代わりに、銅，アルミニウムなどの低抵抗，高熱伝導率の材料で作られた帯状導体片のリードフレーム１０を採用し、後記するようにリードフレーム１０の一端を外部端子６のＬ形脚部６ａに、他端を絶縁回路基板２の回路パターン２ａ（図１（ａ）参照），および半導体チップ３の上面電極（図２参照）に超音波接合している。
すなわち、外囲樹脂ケース５の周壁部に配置した外部端子６の配列位置は、先述のように製品の機種，ユーザー指定の仕様によって異なる。そこで、外囲樹脂ケース５の周壁部に形成する前記の端子取付穴５ａは、図１（ｂ）で示すように外部端子６の多様な配列にすべて対応できるように割り付けて形成しておくようにする。
そして、機種毎に外部端子６の配列位置を指定して外囲樹脂ケース５に装着する際には、前記のように外囲樹脂ケース５の周壁部に割りつけて形成した多数の端子取付穴５ａから機種，ユーザーの仕様により指定した端子取付穴５ａを選択する。その上で、選択した端子取付穴５ａに外部端子６を圧入して所定位置に装着する。
そして、機種毎に外部端子６の配列位置を指定して外囲樹脂ケース５に装着する際には、前記のように外囲樹脂ケース５の周壁部に割りつけて形成した多数の端子取付穴５ａから機種，ユーザーの仕様により指定した端子取付穴５ａを選択する。その上で、選択した端子取付穴５ａに外部端子６を圧入して所定位置に装着する。
なお、外部端子６の装着工程では、外囲樹脂ケース５の周壁部に割り付けた端子取付穴５ａの位置データをあらかじめ組立ロボットに記憶させておき、機種毎に指定した外部端子６の配列位置をプログラム設定することで容易に自動組立が行える。また、製作する製品の仕様に合わせて後付けする外部端子６の配列位置を変える場合でも、組立ロボットのプログラム設定を変更するだけで簡単に対応できる。
上記構成により、従来構造のように機種毎にその仕様に合わせて外部端子を指定位置にインサート成形した端子一体形の外囲樹脂ケースを製作する必要がなく、樹脂ケースの成形金型の設計，製作管理に要する経費を含めて製品コストの大幅な低減化が図れる。
またこの実施例では、外囲樹脂ケース５の内側に突き出した外部端子６のＬ形脚部６ａとケース底面に重ね合わせた金属ベース１との間を電気的に絶縁隔離するために、外部端子６の脚部６ａの下面側に絶縁物製の端子保持枠１１を介装して外部端子６を下支えするようにしている。この端子保持枠１１は、樹脂ケース５と同等な樹脂材で作られたものであり、外部端子６を圧入装着した後に外囲樹脂ケース５の内側に端子保持枠１１を装填した上で、外囲樹脂ケース５の下面側に重ね合わせた放熱用金属ベース１と外囲樹脂ケース５および端子保持枠１１との間を接着剤１２（例えばシリコーン接着剤）で固着する。なお、外部端子６の脚部裏面側に重ねて端子保持枠１１を介装するために、外囲樹脂ケース５の下半部内側にはあらかじめ端子保持枠１１が嵌入する凹状段部を形成しておく。
またこの実施例では、外囲樹脂ケース５の内側に突き出した外部端子６のＬ形脚部６ａとケース底面に重ね合わせた金属ベース１との間を電気的に絶縁隔離するために、外部端子６の脚部６ａの下面側に絶縁物製の端子保持枠１１を介装して外部端子６を下支えするようにしている。この端子保持枠１１は、樹脂ケース５と同等な樹脂材で作られたものであり、外部端子６を圧入装着した後に外囲樹脂ケース５の内側に端子保持枠１１を装填した上で、外囲樹脂ケース５の下面側に重ね合わせた放熱用金属ベース１と外囲樹脂ケース５および端子保持枠１１との間を接着剤１２（例えばシリコーン接着剤）で固着する。なお、外部端子６の脚部裏面側に重ねて端子保持枠１１を介装するために、外囲樹脂ケース５の下半部内側にはあらかじめ端子保持枠１１が嵌入する凹状段部を形成しておく。
次に、前記構成になる半導体装置の組立手順を図３で説明する。まず、外囲樹脂ケース５の周壁部に鋳抜き形成した端子取付穴５ａに外部端子６を図示矢印Ｉのように樹脂ケースの底面側から圧入して装着する。続いて端子保持枠１１を樹脂ケースの底面側から図示矢印IIのように嵌着して外部端子６を装着位置に保持する。次に、別な工程で作製した金属ベース１，絶縁回路基板２，半導体チップ３からなる基板組立体を図示矢印IIIのように樹脂ケースの底面側に組み付け、図１で示したように金属ベース１の周縁と外囲樹脂ケース５，端子保持枠１１との間を接着剤１２で固着する。この組立状態で、次に内部配線工程に移り、配線経路に合わせて曲げ成形したリードフレーム１０を外部端子６のＬ形脚部６ａと絶縁回路基板２の回路パターン２ａとの間（図１（ａ）参照）、およびＬ形脚部６ａと半導体チップ３の上面電極との間（図２参照）にセットし、超音波ボンディングツール１３を押し当てて超音波ボンディングする。なお、１４はこの超音波接合部である。
このリードフレーム１０の超音波接合は、基本的にワイヤの超音波ボンディング法と同様であるが、ボンディングツール１３を介して接合部に加える超音波の振動周波数，および振幅は次のように設定するのがよい。すなわち、アルミワイヤの超音波ボンディングに適用する振動周波数は１００ｋＨｚ，振幅は２〜５μｍ程度であるが、リードフレームの超音波接合に適用する振動周波数は２０〜８０ｋＨｚ，振幅は１０〜５０μｍ程度にする。これにより、外囲樹脂ケース５の端子取付穴５ａに圧入装着した外部端子６に多少のガタツキがあっても、接合面に超音波振動エネルギーが効率よく加わって高い接合強度を確保できることが確認されている。
なお、リードフレーム／半導体チップ間の接合箇所では、リードフレーム１０を半導体チップ５の上面電極に直接押し当てて振幅量の大きな超音波振動を加えると半導体チップの電極面が破壊するおそれがある。そこで、この実施例では図２で示すように半導体チップ３の上面電極にあらかじめ，銅，アルミニウム，モリブデン，タングステン，銅−モリブデン焼結体，銅−タングステン焼結体などで作られた金属板１５を半田接合しておき、この金属板１５にリードフレーム１０を重ねて超音波ボンディングするようにしている。これにより、半導体チップ３の電極面の損傷を防ぐことができる。また、この金属板１５は半導体チップ３に対してヒートスプレッダとして機能し、通電に伴う半導体チップ３の発熱をチップ全域に分散させてチップの局所的な集中加熱を回避できる。
そして、リードフレーム１０を配線した後に、外囲樹脂ケース５の内方に封止樹脂９（図１０参照）充填し、さらに外囲樹脂ケース５の上面にケース蓋を被せて半導体装置の製品が完成する。
一方、外囲樹脂ケース５の端子取付穴５ａに圧入装着した外部端子６をガタツキなしに固定支持させるために、本発明では次記のような手段を講じて外部端子６を所定の装着位置にガタ無しに固定保持させるようにしており、その実施態様を図４，図５に示す。
一方、外囲樹脂ケース５の端子取付穴５ａに圧入装着した外部端子６をガタツキなしに固定支持させるために、本発明では次記のような手段を講じて外部端子６を所定の装着位置にガタ無しに固定保持させるようにしており、その実施態様を図４，図５に示す。
まず、図４（ａ）〜（ｃ）に示す外部端子６には、外部端子６の圧入部位にガタ防止用のサポート凸部を形成している。ここで、図４（ａ）では、外部端子６の圧入部表面の片側に台形状のサポート凸部６ｂをプレス成形加工により膨出形成しておく。このサポート凸部６ｂは、外囲樹脂ケース５に鋳抜き形成した端子取付穴５ａ（図３参照）と外部端子６との間の寸法公差を補償して外部端子６を締まりばめ(close fit)するためのもので、その凸部６で締めしろ（Interference）を与えるようにしている。
また、前記のサポート凸部６ｂは、図４（ｂ）のように外部端子６の両側に形成してもよい。なお、外部端子６に前記のような凸部をプレス加工により成形するのは工数が増してコスト高となることから、図４（ｃ）のように凸部６ｂを反対側の面から叩き出して形成することもできる。なお、６ｃは叩き出し加工により凸部６ｂの反対側面に生じた凹部を表している。なお、サポート凸部６ｂは、外部端子６を外囲樹脂ケース５の端子取付穴５ａに圧入した状態で隣り合う外部端子と対峙しない面に形成するのがよい。その理由は、凸部６ｂが隣接する外部端子と対峙する側の面に形成されていると、外部端子６を圧入した際に、サポート凸部６ｂに押されて端子取付穴５ａが隣接する外部端子の方に押し広げられ、このために樹脂ケース自身に反り，変形が生じるおそれがあるためである。
一方、図５に示したパッケージ組立構造では、外囲樹脂ケース５に圧入装着した外部端子６のガタツキ防止策として、外部端子６の脚部６ｂとその下面側に装填した端子保持枠１０（図１参照）との間を接着剤１６で接着して外部端子６の脚部６ａをガタツキ無しに強固に固定支持するようにしている。
なお、接着剤１６の弾性率が低いと、リードフレーム１０を外部端子６に超音波ボンディングする際に、ボンディングツールから外部端子６の脚部表面に加わる超音波振動が吸収，減衰してリードフレーム１０の接合不良を引き起こすおそれがあることから、接着剤１６には高弾性率の接着剤を用いるのがよい。このような条件に適合する接着剤としては、エポキシ系接着剤，アクリル系接着剤，あるいはウレタン系接着剤などがある。
なお、接着剤１６の弾性率が低いと、リードフレーム１０を外部端子６に超音波ボンディングする際に、ボンディングツールから外部端子６の脚部表面に加わる超音波振動が吸収，減衰してリードフレーム１０の接合不良を引き起こすおそれがあることから、接着剤１６には高弾性率の接着剤を用いるのがよい。このような条件に適合する接着剤としては、エポキシ系接着剤，アクリル系接着剤，あるいはウレタン系接着剤などがある。
次に、リードフレーム１０を接合相手部材にレーザ溶接して接合した実施例を図６，図７に示す。この実施例によるパッケージ構造は先記した実施例１と同様であるが、外囲樹脂ケース５に圧入装着した外部端子６のＬ形脚部６ａと絶縁回路基板２の回路パターンａ，半導体チップ３の上面電極との間に配したリードフレーム１０の両端接合箇所に上方からレーザ光１７を照射してリードフレーム１０を接合相手部材に溶接接合するようにしており、１８はそのレーザ溶接部である。なお、この実施例においても、実施例１と同様に半導体チップ３の上面電極に金属板１５を半田接合しておき、レーザ溶接部１８の溶け込みによる半導体チップ３の損傷を防ぐようにしている。
また、このレーザ溶接に適用するレーザ光は波長が０．３３〜１０．６μｍの範囲であればよく、このレーザ光１７の吸収率を高めるために、銅材のリードフレームに対してはその表面にＮｉ，Ｓｎなどのメッキを施しておくのがよい。
次に、応用実施例としてリードフレーム１０を接合相手部材に半田付け接合した実施例を図８，図９に示す。この実施例では、リードフレーム１０の配線工程で外部端子６のＬ形脚部６ａ，絶縁回路基板２の導体パターン２ａ，半導体チップ３の上面電極に半田クリームを塗布し、この上にリードフレーム１０をセットした状態で加熱炉に搬入してリフロー半田付けする。なお、この半田リフローの過程で、金属ベース１／絶縁回路基板２／半導体チップ３の間を接合しておいた半田層が再溶融して部品のアライメントがずれるおそれがある場合には、前記半田層の半田よりも融点の低い半田を用いリードフレーム１０を接合すればよい。
１ 放熱用金属ベース
２ 絶縁回路基板
２ａ 回路パターン
３ 半導体チップ
４ 半田接合部
５ 外囲樹脂ケース
５ａ 端子取付穴
６ 外部端子
６ａ 脚部
６ｂ サポート凸部
１０ リードフレーム
１１ 端子保持枠
１２，１６ 接着剤
１４ 超音波接合部
１５ 金属板
１８ レーザ溶接部
２ 絶縁回路基板
２ａ 回路パターン
３ 半導体チップ
４ 半田接合部
５ 外囲樹脂ケース
５ａ 端子取付穴
６ 外部端子
６ａ 脚部
６ｂ サポート凸部
１０ リードフレーム
１１ 端子保持枠
１２，１６ 接着剤
１４ 超音波接合部
１５ 金属板
１８ レーザ溶接部
Claims (8)
- 半導体チップと、半導体チップをマウントした絶縁回路基板と、放熱用金属ベースとの積層組立体に外囲樹脂ケースを組合せ、該外囲樹脂ケースの周壁上に配列して設けた外部端子のＬ形脚部をケース内側に突き出した上で、該外部端子の脚部と前記絶縁回路基板の回路パターンまたは半導体チップとの間に配線導体を接続した半導体装置において、
前記外部端子を外囲樹脂ケースの周壁部にあらかじめ形成した端子取付穴に圧入して装着し、かつ前記配線導体にはリードフレームを採用してその一端を前記外部端子の脚部に接合し、他端を絶縁回路基板の回路パターン，ないし半導体チップの電極面に接合して組み立てたことを特徴とする半導体装置。 - 請求項１に記載の半導体装置において、外囲樹脂ケースの周壁部に形成した端子取付穴を、機種によって異なる端子配列のすべてに対応するよう割り付けて形成したことを特徴とする半導体装置。
- 請求項１に記載の半導体装置において、外部端子の圧入部位にガタ防止用のサポート凸部を形成したことを特徴とする半導体装置。
- 請求項１に記載の半導体装置において、外囲樹脂ケースの内側に、外部端子のＬ形脚部と金属ベースとの間に介装して外部端子を所定の装着位置に固定保持する絶縁物製の端子保持枠を設けたことを特徴とする半導体装置。
- 請求項４に記載の半導体装置において、外部端子のＬ形脚部と端子保持枠との間を接着剤で結合したことを特徴とする半導体装置。
- 請求項５に記載の半導体装置において、外部端子のＬ形脚部と端子保持枠との間を接合する接着剤が、高弾性率のエポキシ系接着剤，アクリル系接着剤，ウレタン系接着剤のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項１に記載の半導体装置において、半導体チップの上面電極面に金属板を積層し、該金属板にリードフレームを重ねて超音波ボンディング，またはレーザ溶接して接合したことを特徴とする半導体装置。
- 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、外囲樹脂ケースの成形工程で、そのケース周壁部に端子取付穴を機種によって異なる端子配列のすべてに対応するよう割り付けて鋳抜き形成し、組立工程では、外囲樹脂ケースに形成した前記端子取付穴から指定の端子配列に対応する端子取付穴を選択してここに外部端子を圧入装着し、さらに該外囲樹脂ケースを半導体チップ，絶縁回路基板，金属ベースの積層組立体に組み付けた上で、前記外部端子の脚部と絶縁回路基板の回路パターン，ないし半導体チップとの間にリードフレームを接合したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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