JP2009129952A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヒートシンク部120と配線部13とリード部110とフレーム部180、190とからなるリードフレーム10に、半導体素子300と回路部品500、510、520等とを実装し、これらをワイヤ600で接続し、モールド樹脂700によって封止した半導体装置1であって、所定の間隙を設けて配設された第1の配線部130と第2の配線部131とを架橋する架橋部品500を含み、架橋部品500と配線部130、131との接合部に作用する外力の低減を図る外力抑制手段をリードフレーム10の架橋部品500を載置した部位の周辺に設ける。例えば、第1の配線部130と補強フレーム部150とを架橋する第1の支持部140と、第2の配線部131と補強フレーム部150とを架橋する第2の支持部を設けることによって外力を抑制できる。
【選択図】 図1
Description
近年、これらの半導体装置の更なる高機能化、高速応答化を図るべく、半導体素子には高い信頼性とともに更なる高電力化、高周波化、小型化等が要求され、半導体素子として、パワーMOSFET(金属酸化膜型電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、BSIT(バイポーラモード静電誘導トランジスタ)等のパワーデバイスが用いられている。
このようなパワーデバイスの多くは、作動に伴って発熱し、制御回路の信頼性に影響を与える虞があることから、これらの発熱性の半導体素子を含む半導体装置には、放熱対策を含む様々な信頼性向上を図る方策が講じられている。
又、回路配線部(13x)は、セラミック基板上に印刷形成されたプリント配線に比べ遙かに放熱性に優れ、点火プラグの大電流化に適している。
通常、熱処理によりリードフレーム(10x)の歪みの除去が図られているが、この様な歪みを完全に取り除くことは極めて困難である。
従って、本発明によれば、導通信頼性の高い半導体装置が実現可能となる。又、上記モールド樹脂によって上記架橋部品を封止固定した後に上記補強フレームを切除すれば、上記第1の配線部と上記第2の配線部とが短絡することはない。
本図(a)に示すように、リードフレーム10は、複数のリード部110と制御回路の構成する配線部13とヒートシンク部120と、フレーム部180、190とによって構成されている。
配線部13には、コンデンサ500と、ICチップ520、ダイオード等の電子部品が実装されている。第1の配線部130と第2の配線部とを架橋するように架橋部品としてコンデンサ500が実装され、第1の配線部130と第2の配線部131とは、それぞれ支持部として吊りリード140、141を介して補強フレーム150に接続されている。
ヒートシンク部120は、厚肉に形成され、放熱性を向上せしめてある。ヒートシンク部120上には、発熱性の半導体素子であるIGBT300と、抵抗部品510とが実装されている。
複数のリード部110が、配線部13及びヒートシンク部120に導通しており、IGBT300、抵抗部品510、ICチップ520、ダイオード等の電子部品の所定部位が、リード部110、配線部13、ヒートシンク部120の所定部位とボンディングワイヤ600によって接続され、制御回路部50を構成している。
尚、リードフレーム10には、例えば、銅、アルミニウムなどの良導電性で熱伝導率の高い金属材料が用いられ、必要に応じて、ニッケルメッキ等の表面処理がなされている。
ボンディングワイヤ600には、例えば、アルミニウム又は金等の良導電性の金属材料が用いられている。
モールド樹脂700には、例えば、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂が用いられている。又、ダイオード530等の、モールド樹脂との濡れ性が悪い部位には、適宜ポリイミド樹脂のコーティングが施され、密着強度の向上が図られている。
本実施形態においては、本図(a)に示すように、第1の配線部130と第2の配線部131とが所定距離D1だけ離隔して配設されており、長さL1のコンデンサ500が導電性接着剤210を用いて接合されている。
第1の配線部130と第2の配線部131とは、それぞれ支持部として第1の吊りリード140と第2の吊りリード141を介して、補強フレーム150に接続されている。
第1の吊りリード140と第2の吊りリード141との間隔L2は、少なくともD1よりも長くするのが望ましい。又、補強フレーム150は、モールド樹脂700により、コンデンサ500が封止固定された後に切除可能なように、図中に一点破線で示した樹脂モールド700の外形線の外側に配設する必要がある。
尚、本実施形態において、リード部110及び配線部13は0.5mm、ヒートシンク部120は、1.6mm程度に加工してある。
通常、歪み取りのために、リードフレーム10は、焼鈍処理され、又、必要に応じて、錆止め及び導通性向上のために、ニッケルメッキ等の表面処理がなされる。
本図(a)に示すように、リードフレーム10との各部品との導通を要する部位にハンダ箔200を貼付する。尚、ハンダ箔200は、貼付位置を模式的に示したもので、形状を特定するものではない。
次いで、本図(b)に示すように、IGBT300、抵抗部品510、ICチップ520、ダイオード等の電子部品をハンダ箔200の貼付位置に載置し、還元性雰囲気で加熱し、各部品をハンダ付けする。尚、本実施形態においてはハンダ箔200を用いたが、糸ハンダやハンダペーストやダイボンド方式等を用いても良い。
次いで、本図(c)に示すように、導電性樹脂210を所定位置に塗布する。
次いで、本図(d)に示すように、コンデンサ500を導電性樹脂210によって所定の位置に貼付け、所定の温度で加熱硬化させる。
次いで、本図(c)に示すように、所定の部位を、ボンディングワイヤ600を用いて導通せしめる。この時、第1の配線部130と第2の配線部131とが、第1の吊りリード140、第2の吊りリード141を介して補強フレーム150に固定されているので、ボンディングジグによって配線部13が押さえられても、コンデンサ500の接続部が剥離することがない。
この時、第1の配線部130と第2の配線部131とに撓みが生じても、コンデンサ500の接合部は、補強フレーム150により定位置に固定されているので、剥離する虞がない。本図(c)に示すように、モールド樹脂700が固化したら、モールド型80から取り出し、本図(d)に示すように、フレーム部180、190、補強フレーム部150及び、リード部110の結合部等を切断装置90により切除する。以上により、本図(e)に示すようなイグナイタ1が完成する。尚、第1の吊りリード140及び第2の吊りリード141の端部140’、141’として、モールド樹脂700の側面に露出するので、搭載時には外部との絶縁を考慮する必要がある。
本図(a)に示すように、本実施形態においては、第1の配線部130a及び第2の配線部131aを幅広に形成し、外力抑制手段として、第1の配線部130aと第2の配線部131aとを架橋する架橋部品であるコンデンサ500と略平行に配した高剛性の絶縁性樹脂部材160を第1の配線部130と第2の配線部131との間に嵌着せしめた。
絶縁部材160は、両側に溝部を有す断面略H字形に形成され、第1の配線部130aの端縁と第2の配線部131aの端縁とがそれぞれの溝部に挿嵌する。絶縁部材160の長さL3は、少なくともコンデンサ500の長さL1よりも長く形成してある。
本図(b)に示すように、本実施形態における配線部13aに歪みが生じており、ワイヤボンディング又はモールド樹脂を充填する際に、コンデンサ500の接合部に剥離方向の外力が働いたとしても、本図(c)に示すように、絶縁性樹脂部材160の剛性によって、コンデンサ500の接合部が定位置に保持されるので、接合部が剥離する虞がない。加えて、絶縁性樹脂部材160は、モールド樹脂700によってコンデンサ500を封止固定する際に、コンデンサ500とともにモールド樹脂700内に封止される。
本実施形態によれば、本図(b)に示すように、第1の配線部130と上記第2の配線部とのいずれか又は両方に歪みが生じて、ワイヤボンディング又はモールド樹脂を充填する際に、コンデンサ500の接合部に剥離方向の外力が働いたとしても、本図(c)に示すように、絶縁性セラミック部材150aの剛性によって、コンデンサ500の接合部が定位置に保持されるので、上記接合部が剥離する虞がない。加えて、絶縁性セラミック部材160aは、モールド樹脂700によってコンデンサ500を封止固定する際に、コンデンサ500とともにモールド樹脂700内に封止される。又、ハンダ付け200による絶縁性セラミック部材160aの接合強度は、導電性接着剤210によるコンデンサ500の接合強度よりも高く、絶縁性セラミック部材160aが上記外力によって剥離することはない、又、絶縁性セラミック部材160aは剛性が高いので、上記外力によって破壊されることもない。
本図(a)に示すように、外力抑制手段として、第1の配線部130c又は第2の配線部131の少なくともいずれか一方に、撓み変形容易な歪み吸収部170が設けてある。本実施形態によれば、本図(b)に示すように、第1の配線部130cと第2の配線部131cとのいずれか又は両方に歪みが存在し、ワイヤボンディング又はモールド樹脂を充填する際に、コンデンサ500の接合部に剥離方向の外力が働いたとしても、本図(c)に示すように、歪み吸収部170が容易に撓み変形するので、コンデンサ500の接合部に上記外力が伝わらず、コンデンサ500の接合部が定位置に保持されるので、上記接合部が剥離する虞がない。
本実施形態によれば、本図(b)に示すように、第1の配線部130dと第2の配線部131dとに歪みが生じていたとしても、本図(c)に示すように、コンデンサ500がその両側で作用する外力作用部位を結んだ直線に対して略直交方向に載置されるので、外力作用部位からコンデンサ500と上記第1の配線部130dとの接合部までの距離と、外力作用部位からコンデンサ500と上記第2の配線部131dとの接合部までの距離とが等しくなる。従って、第1の配線部130dと第2の配線部131dとに外力が作用したときに、第1の配線部130dの変形量及び変形方向と第2の配線部131dの変形量及び変形方向とが略同一となり、コンデンサ500との接合部に剥離方向の力が働き難くなる。
尚、本図(a)に示すように、第1の配線部130dの一方の端縁と、第2の配線部131dの一方の端縁とを、コンデンサ500の両側に作用する外力の一方の作用部位に掛からない範囲に止めれば、第1の配線部130dと第2の配線部131dとに作用する外力は片側のみとなり、更にコンデンサ500の接合部に剥離方向の力が作用し難くなる。
本実施形態においては、外力抑制手段として、第1の配線部130aと第2の配線部131aとを架橋する架橋部品であるコンデンサ500と略平行に配した高剛性の絶縁性樹脂部材160を第1の配線部130と第2の配線部131との間に嵌着せしめてある。
本実施形態においては、外力抑制手段として、コンデンサ500と略平行に配した高剛性の絶縁性セラミック部材160aを第1の配線部130bと第2の配線部131bとを架橋するようにハンダ付け200によって固定してある。
尚、本実施形態において、第2の配線部131dの端縁がフレーム部190に直接つながらないように、切り欠きを設けて、第2の配線部131dのコンデンサ500が載置されていない部位でフレーム部190と接続するように配線パターンを形成すれば、図10に示したように、第1の配線部130dと第2の配線部131dとの片側のみに外力が作用するようにすることも可能である。
又、上記実施形態の説明において、配線部に生じる歪みを全て一方向に発生した図を用いて説明したが、本発明の効果は配線部の特定の方向に発生する歪みに対する効果に限定するものではない。
更に、上記実施形態の説明において、本発明のそれぞれの実施形態が単独で適用されているものについて説明したが、適用する半導体装置に応じて、本発明の外力抑制手段について、図15、図16に示したように、同時に複数の異なる外力抑制手段を適用しても良い。
10 リードフレーム
110 入出力リード部
120 ヒートシンク部
13 配線部
130 第1の配線部
131 第2の配線部
140、141 外力抑制手段(吊りバー)
150 補強用フレーム部
180、190 フレーム部
210 電導性接着剤
300 半導体素子
50 制御回路部
500、510、520、530 実装部品
600 ボンディングワイヤ
700 モールド樹脂
Claims (7)
- 発熱性の半導体素子を実装するヒートシンク部と、該半導体素子を制御する制御回路の配線部と、上記ヒートシンク部と上記配線部とに接続する入出力端子を構成するリード部と、これらを支持するフレーム部とを一体のリードフレームによって形成し、
上記半導体素子と上記制御回路を構成する回路部品とを上記リードフレームに実装し、これら導通するワイヤをボンディングし、モールド樹脂によって封止して一体化した半導体装置であって、
上記回路部品は、所定の間隙を設けて配設された第1の配線部と第2の配線部とを架橋するように載置された架橋部品を含み、
ワイヤボンディング又はモールド樹脂を充填する際に上記架橋部品と上記配線部との接合部に作用する外力の低減を図る外力抑制手段を上記リードフレームの上記架橋部品を載置した部位の周辺に設けたことを特徴とする半導体装置。 - 上記外力抑制手段として、上記第1の配線部と上記第2の配線部と略平行に配設した補強フレーム部と、上記第1の配線部と上記補強フレーム部とを架橋する第1の支持部と、上記第2の配線部と上記補強フレーム部とを架橋する第2の支持部とを設けた請求項1に記載の半導体装置。
- 上記外力抑制手段として、上記架橋部品と略平行に配した高剛性の絶縁性樹脂部材を上記第1の配線部と上記第2の配線部とを架橋するように嵌着した請求項1に記載の半導体装置。
- 上記架橋部品の接合は、導電性接着剤又はワイヤボンディングにより行い、上記外力抑制手段として、上記架橋部品と略平行に配した高剛性の絶縁性セラミック部材を上記第1の配線部と上記第2の配線部とを架橋するようにハンダ付けした請求項1に記載の半導体装置。
- 上記外力抑制手段として、上記第1の配線部又は上記第2の配線部の少なくともいずれか一方に、撓み変形容易な歪み吸収部を設けた請求項1に記載の半導体装置。
- 上記外力抑制手段として、上記架橋部品の両側で作用する外力の作用部位を結んだ直線に対して上記第1の配線部と上記第2の配線部とを略平行に配した請求項1に記載の半導体装置。
- 上記半導体は絶縁ゲートバイポーラトランジスタであって、内燃機関の点火を行う点火プラグに高電圧を供給する点火コイルの駆動制御を上記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのスイッチングによって行うイグナイタに適用したことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の半導体装置。
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