JP2010171278A - 半導体装置及びリードフレーム - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化並びに動作速度の高速化を実現しつつ、熱干渉に伴う半導体素子や回路の出力特性のばらつきを減少することができる半導体装置並びにリードフレームを提供する。
【解決手段】半導体装置1において、第1の方向Xに離間して配列された第1の半導体素子31及び第2の半導体素子32と、第1の方向Xに延伸し、第1の表面21A上に第1の半導体素子31及び第2の半導体素子32を搭載し、第1の方向Xと交差する第2の方向Yにおいて第1の側面21C1から第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間に達する第1の切欠部211を有する第1のダイパッド21と、第1のダイパッド21の第1の側面21C1に対向する第2の側面21C2に連接された第1のリード23(D)とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置及びリードフレームに関し、特にダイパッド上に複数の半導体素子を搭載した半導体装置及びそれに使用されるリードフレームに関する。
先行技術文献に開示される負荷駆動装置は、負荷を駆動する複数の出力パワートランジスタとそれを駆動制御する制御用ICとを備えている。複数の出力パワートランジスタ、駆動用ICはいずれも同一の電極基板上に実装され、この電極基板、出力パワートランジスタ及び駆動用ICはモールド樹脂によって一体的に封止されている。出力パワートランジスタと駆動用ICとはワイヤを用いて電気的に接続されている。
このように構成された負荷駆動装置においては、同一の電極基板上に出力パワートランジスタ及び駆動用ICを実装しているので、電極基板を個別に製作した場合に比べて、電極基板のサイズが小さくなる。更に、出力パワートランジスタと駆動用ICとの離間距離が小さくなる。従って、負荷駆動装置の小型化を実現することができる。
また、負荷駆動装置においては、出力パワートランジスタと駆動用ICとの間を電気的に接続するワイヤ長が短くなる。つまり、駆動用ICから出力パワートランジスタへの駆動制御信号の伝達速度の高速化を実現することができる。
特開2008−16822号公報
しかしながら、上記先行技術文献に開示された負荷駆動装置においては、以下の点について配慮がなされていなかった。
複数の出力パワートランジスタにはその稼動時に大電流が流れ、出力パワートランジスタは発熱し温度上昇を生じる。複数の出力パワートランジスタは同一の電極基板上に実装されているので、1つの出力パワートランジスタから発生した熱は電極基板を通して他の出力パワートランジスタに伝達される。この他の出力パワートランジスタにおいては、伝達された不必要な熱によって温度上昇が生じ、出力特性にばらつきが生じる。
また、出力パワートランジスタ間だけにこのような熱干渉に伴う出力特性のばらつきが発生するのではなく、出力パワートランジスタの稼動時に発生する熱は同一の電極基板上に実装された駆動用ICにも影響を及ぼす。すなわち、駆動用ICの出力特性にばらつきが生じる。
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、小型化並びに動作速度の高速化を実現しつつ、熱干渉に伴う半導体素子、回路の少なくともいずれかの出力特性のばらつきを減少することができる半導体装置を提供することである。
また、本発明は、このような課題を解決することができる半導体装置を製作することができるリードフレームを提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の実施例に係る第1の特徴は、半導体装置において、第1の方向に離間して配列された第1の半導体素子及び第2の半導体素子と、第1の方向に延伸し、第1の表面上に第1の半導体素子及び第2の半導体素子を搭載し、第1の方向と交差する第2の方向において第1の側面から第1の半導体素子と第2の半導体素子との間に達する切欠部を有する第1のダイパッドと、第1のダイパッドの第1の側面と異なる第2の側面に連接されたリードとを備える。
本発明の実施例に係る第2の特徴は、半導体装置において、第1の方向に離間して配列された第1の半導体素子及び第2の半導体素子と、第1の方向に延伸し、第1の表面上に第1の半導体素子及び第2の半導体素子を搭載し、第1の方向と交差する第2の方向において第1の側面から第1の半導体素子と第2の半導体素子との間に達する切欠部を有する第1のダイパッドと、第1のダイパッドの第1の側面に離間して配設された第2のダイパッドと、切欠部に対向する領域において第2のダイパッドの表面上に搭載された電子部品とを備える。
第1の特徴に係る半導体装置において、第1のダイパッドの第1の表面からそれと対向する第2の表面までの厚さはリードの厚さに比べて厚いことが好ましい。
第1の特徴又は第2の特徴に係る半導体装置において、第1の半導体素子、第2の半導体素子、第1のダイパッドの第1の表面、この第1の表面に対向する第2の表面を覆い、切欠部に埋設された樹脂封止体を更に備え、樹脂封止体の第1のダイパッドの第2の表面上の厚さは、第1のダイパッドの第1の表面から第2の表面までの厚さに比べて薄く、かつ樹脂封止体の第1のダイパッドの第1の表面上の厚さに比べて薄いことが好ましい。
第1の特徴又は第2の特徴に係る半導体装置において、第1のダイパッドの第2の側面は第1の表面に対して鋭角をなす第2のテーパ面により構成され、第1の側面は、第1の表面に対して第2の側面の鋭角よりも大きくかつ第1の表面に垂直な角度以下の角度に設定された第1のテーパ面により構成されていることが好ましい。
第1の特徴又は第2の特徴に係る半導体装置において、第1のダイパッドの厚さは第2のダイパッドの厚さに比べて厚いことが好ましい。
本発明の実施例に係る第3の特徴は、半導体装置において、第1の方向に離間して順次配列された第1の半導体素子、第2の半導体素子、第3の半導体素子及び第4の半導体素子と、第1の方向に延伸し、第1の表面上に第1の半導体素子乃至第4の半導体素子を搭載し、第1の方向と交差する第2の方向において、第1の側面から第1の半導体素子と第2の半導体素子との間に達する第1の切欠部、第1の側面から第3の半導体素子と第4の半導体素子との間に達する第2の切欠部、及び第1の側面から第2の半導体素子と第3の半導体素子との間に達し第1の切欠部及び第2の切欠部の長さに比べて長い第3の切欠部を有する第1のダイパッドと、第1のダイパッドの第1の側面とは異なる第2の側面に連接されたリードとを備える。
第3の特徴に係る半導体装置において、リードは、第3の切欠部に対向する領域において、第1のダイパッドの第2の側面に一体に構成されていることが好ましい。
第3の特徴に係る半導体装置において、第1の切欠部及び第2の切欠部は、第2の方向において、第1の半導体素子と第2の半導体素子とが対向する側面、第3の半導体素子と第4の半導体素子とが対向する側面に対して、各々50%以上100%以下掛かる長さに設定され、第3の切欠部は、第2の方向において、第2の半導体素子と第3の半導体素子とが対向する側面に対して、100%を超えて掛かる長さに設定されていることが好ましい。
本発明の実施例に係る第4の特徴は、リードフレームにおいて、第1の特徴乃至第3の特徴のいずれかに係る半導体装置の第1のダイパッド及びリード、又は第1のダイパッド、第2のダイパッド及びリードを一体に構成したものである。
本発明によれば、小型化並びに動作速度の高速化を実現しつつ、熱干渉に伴う半導体素子、回路の少なくともいずれかの出力特性のばらつきを減少することができる半導体装置を提供することができる。
また、本発明によれば、上記半導体装置を製作することができるリードフレームを提供することができる。
本発明の一実施例に係る半導体装置の樹脂封止体の一部を取り除いた要部平面図である。 図1に示す半導体装置の全体の拡大断面図である。 図1に示す半導体装置の全体平面図である。 (A)は一実施例に係る半導体装置を説明するために実験に使用された第1の試料の斜視図、(B)は第2の試料の斜視図である。 (A)は第3の試料の斜視図、(B)は第4の試料の斜視図である。 一実施例に係る半導体装置において切欠部の長さと半導体素子間の温度との関係を示すグラフである。 一実施例に係る半導体装置において切欠部の長さと半導体素子間の熱抵抗との関係を示すグラフである。 一実施例に係る半導体装置において半導体素子の過渡的な温度変化を示すグラフである。 一実施例に係る半導体装置において切欠部の幅と半導体素子の温度との関係を示すグラフである。 一実施例に係る半導体装置において放熱経路の熱抵抗と切欠部の幅との関係を示すグラフである。 一実施例に係る半導体装置において半導体素子の過渡的な温度変化を示すグラフである。 図1乃至図3に示す半導体装置の製作に使用されるリードフレームの平面図である。
次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
また、以下に示す実施例はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
本実施例は、パワートランジスタ及びその駆動制御を行う制御回路を樹脂封止体によって封止した半導体装置に本発明を適用した例を説明するものである。
[半導体装置の全体構造]
図1乃至図3に示すように、本実施例に係る半導体装置1は、第1の方向Xに離間して順次配列された第1の半導体素子31、第2の半導体素子32、第3の半導体素子33及び第4の半導体素子34と、第1の方向Xに延伸し、第1の表面21A上に第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34を搭載し、第1の方向Xと交差する第2の方向Yにおいて、第1の側面21C1から第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間に達する第1の切欠部211、第1の側面21C1から第3の半導体素子33と第4の半導体素子34との間に達する第2の切欠部212、及び第1の側面21C1から第2の半導体素子32と第3の半導体素子33との間に達し第1の切欠部211及び第2の切欠部212の長さに比べて長い第3の切欠部213を有する第1のダイパッド21と、第1のダイパッド21の第1の側面21C1に対向する第2の側面21C2に連接され、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34に共通の第1のリード23(D1)、23(D2)、23(D3)とを備えている。
更に、本実施例に係る半導体装置1は、第1のダイパッド21の第1の側面21C1から離間しかつ分離された第2のダイパッド22と、第3の切欠部213に対向する領域において第2のダイパッド22の第1の表面22A上に搭載され、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34の動作を制御する電子部品としての制御回路35とを備えている。
そして、この半導体装置1は、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34、第1のダイパッド21の第1の表面21A、この第1の表面21Aに対向する第2の表面21B及びリード23のインナー部を覆い、第1の切欠部211、第2の切欠部212及び第3の切欠部213に埋設された樹脂封止体5を備えている。樹脂封止体5は、制御回路35、第2のダイパッド22の第1の表面22A、この第1の表面22Aに対向する第2の表面22B、第2のダイパッド22の第1の側面22C1に対向する第2の側面22C2に沿って配列された第2のリード24のインナー部を同様に覆う。
ここで、第1の方向Xとは座標系のX軸方向と同一方向であり、第2の方向とはY軸方向と同一方向である。また、Z軸方向は、第1の方向X及び第2の方向Yを含む平面に対して垂直な方向であり、第3の方向Zとして説明する。例えば、本実施例においては、第1の方向Xは第2の方向Y、第3の方向Zのそれぞれに対して直角に設定されている。
[第1の半導体素子31−第4の半導体素子34の構成]
図1及び図2に示す本実施例に係る半導体装置1において、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34は、例えば、同一の半導体素子であり、シリコン(Si)、シリコンカーバイト(SiC)、窒化物半導体のいずれかからなる。ここでは、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34は、例えば縦型構造を有するスイッチング素子又はダイオードを有する。また、本実施例において、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34は、横型構造、又は縦型構造と横型構造とを混在させたスイッチング素子又はダイオードを備えてよい。例えば、横型構造を有するスイッチング素子を有する半導体素子が使用される場合、第1のダイパッド21とこの半導体素子との間には絶縁物を介在させることができる。スイッチング素子には、少なくともMOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor)、MISFET(metal insulated semiconductor field effect transistor)のいずれかが含まれる。
第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれの表面には第1の主電極パッド(ここではソース電極パッド)301及び制御電極パッド(ここではゲート電極パッド)302が配設されている。更に、本実施例において、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれの表面には、温度センス用パッド303、電圧センス用パッド304及び電流センス用パッド305が配設されている。これらの第1の主電極パッド301等は、例えばアルミニウム(Al)、又は添加物を含むAl合金により形成されている。図示しないが、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれの表面と対向する裏面の全域には第2の主電極パッド(ここではドレイン電極パッド)が配設されている。
第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれは、必ずしもこの数値に限定されるものではないが、例えば第1の方向Xの長さを3.2mm−3.6mm、第2の方向Yの長さを3.4mm−3.8mmとした平面形状を有する。また、第3の方向Zの厚さは0.3mm−0.5mmに設定されている。本実施例において、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれは、第1の方向Xにおいて一直線上に配列されている。配列間隔(ピッチ)は例えば6.1mm−6.5mmである。
また、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれは、第1のダイパッド21の第1の表面21A上に図示しない導電性接着剤を介在させ、電気的かつ機械的に接続されている。導電性接着剤には例えば銀(Ag)ペースト等を使用することができる。
なお、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34は温度検出用のダイオードとスイッチング素子とを組み合わせて搭載した複合半導体素子等であってもよい。また、スイッチング素子には、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタ等を使用することができる。
また、本実施例において、第1のダイパッド21の第1の表面21A上には第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34の合計4個の半導体素子が搭載(実装)されているが、この個数に限定はされない。例えば、第1のダイパッド21の第1の表面21A上に第2の半導体素子32及び第3の半導体素子33の合計2個の半導体素子、又は第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34に、図1中、第1の半導体素子31の左側及び第4の半導体素子34の右側に各々1個づつ加えて合計6個の半導体素子が搭載されてもよい。ここでは、第1のダイパッド21の第1の表面21A上に最大6個の半導体素子を搭載することができる。更に、第1のダイパッド21の形状を変更する必要があるが、第1のダイパッド21の第1の表面21A上には、8個、12個等の半導体素子を搭載することができる。
また、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34は、本実施例において、第3の方向Zから見て、第1の方向Xに直線上一列に順次配列されているが、必ずしも直線上一列に配列される必要はない。例えば、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34が第1の方向Xに順次配列されつつ、第1の半導体素子31に対して第2の半導体素子32乃至第4の半導体素子34の少なくともいずれか1つが第2の方向Yにずれて配置されていてもよい。具体的には、第1の半導体素子31及び第2の半導体素子32に対して第3の半導体素子33及び第4の半導体素子34が第2の方向Yにずれて配置される場合、第1の半導体素子31及び第3の半導体素子33に対して第2の半導体素子32及び第4の半導体素子34が第2の方向Yにずれて配置される場合、第1の半導体素子31及び第4の半導体素子34に対して第2の半導体素子32及び第3の半導体素子33が第2の方向Yにずれて配置される場合等が含まれる。本実施例は、これらの配列形態も、第1の方向Xへの順次配列という意味において使用している。
[制御回路35の構成]
電子部品としての制御回路35は、本実施例において、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれの駆動制御を行う制御用モノリシックIC(MIC)である。制御回路35は、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれと同様にSi、SiC又は窒化物半導体からなり、この半導体チップにトランジスタ、容量、抵抗等の素子を集積化して回路を構築している。制御回路35は、必ずしもこの数値に限定されるものではないが、例えば第1の方向Xの長さを6.4mm−6.8mm、第2の方向Yの長さを4.0mm−4.4mmとした平面形状を有する。また、第3の方向Zの厚さは0.3mm−0.5mmに設定されている。
また、制御回路35は、第2のダイパッド22の第1の表面22A上に、図示しない絶縁体を介在させ、電気的に分離された状態において機械的に接続されている。この絶縁体には、例えばエポキシ系接着剤、エポキシ樹脂基板、セラミックス基板等を使用することができる。
第1の半導体素子31の制御電極パッド302、温度センス用パッド303、電圧センス用パッド304、電流センス用パッド305のそれぞれは、図1中、制御回路35の左側に配設された配線基板36を通して間接的に制御回路35の電極パッド351に電気的に接続されている。第1の半導体素子31の制御電極パッド302等と配線基板36との電気的な接続並びに配線基板36と制御回路35の電極パッド351との電気的な接続には例えば第2のワイヤ42が使用されている。
第2の半導体素子32の制御電極パッド302等は配線基板36を介さずに直接的に制御回路35の電極パッド351に電気的に接続されている。双方の電気的な接続には同様に例えば第2のワイヤ42が使用されている。
第3の半導体素子33の制御電極パッド302等は、第2の半導体素子32と制御回路35との接続構造と同様に、直接的に制御回路35の電極パッド351に電気的に接続されている。双方の電気的な接続には同様に例えば第2のワイヤ42が使用されている。
第4の半導体素子34の制御電極パッド302等は、第1の半導体素子31と制御回路35との接続構造と同様に、図1中、制御回路35の右側に配設された配線基板36を通して間接的に制御回路35の電極パッド351に電気的に接続されている。第4の半導体素子34の制御電極パッド302等と配線基板36との電気的な接続並びに配線基板36と制御回路35の電極パッド351との電気的な接続には例えば第2のワイヤ42が使用されている。
第2のワイヤ42には、本実施例において、例えば細径の金(Au)ワイヤが使用されている。第2のワイヤ42のボンディングには、超音波振動に熱圧着を併用したワイヤボンディング法が使用されている。
一方、第1の半導体素子31の第1の主電極パッド301は第1のリード23(S1)に第1のワイヤ41を通して電気的に接続され、第2の半導体素子32の第1の主電極パッド301は第1のリード23(S2)に第1のワイヤ41を通して電気的に接続されている。同様に、第3の半導体素子33の第1の主電極パッド301は第1のリード23(S3)に第1のワイヤ41を通して電気的に接続され、第4の半導体素子34の第1の主電極パッド301は第1のリード23(S4)に第1のワイヤ41を通して電気的に接続されている。
第1のワイヤ41には、本実施例において、例えば第2のワイヤ42に比べて太径のAlワイヤが使用されている。第1のワイヤ41のボンディングには、第2のワイヤ42のワイヤボンディング方法と同様に、超音波振動に熱圧着を併用したワイヤボンディング法が使用されている。
[配線基板36の構成]
配線基板36は、第2のダイパッド22の第1の表面22A上において、図1中、制御回路35の左側、右側のそれぞれに配設されている。配線基板36は、本実施例において、絶縁基板361と、その表面上に配設された配線362とを備えている。配線基板36の配線362は、第1の方向Xに延伸し、第2の方向Yに一定間隔において複数本配列されている。
図1中、制御回路35の左側に配設された配線基板36は、制御回路35の左端から第1の半導体素子31に対向する領域まで配線362を引き出したレイアウトを有し、制御回路35と第1の半導体素子31との電気的な接続に要求されるワイヤボンディングルールを緩和する機能を有する。つまり、第1の半導体素子31、第2の半導体素子32のそれぞれと制御回路35との間を第2のワイヤ42を通して直接接続した場合には第2のワイヤ42のボンディング密度が高くなり、又第2のワイヤ42の長さも長くなり、隣接する第2のワイヤ42間の短絡が誘発されるので、第1の半導体素子31と制御回路35との接続は配線基板36を通して迂回させている。
同様に、制御回路35の右側に配設された配線基板36は、制御回路35の右端から第4の半導体素子34に対向する領域まで配線362を引き出したレイアウトを有し、制御回路35と第4の半導体素子34との電気的な接続に要求されるワイヤボンディングルールを緩和する機能を有する。つまり、第3の半導体素子33、第4の半導体素子34のそれぞれと制御回路35との間を第2のワイヤ42を通して直接接続した場合には第2のワイヤ42のボンディング密度が高くなり、又第2のワイヤ42の長さも長くなり、隣接する第2のワイヤ42間の短絡が誘発されるので、第4の半導体素子34と制御回路35との接続は配線基板36を通して迂回させている。
配線基板36は、第1の半導体素子31、第4の半導体素子34のそれぞれとの接続に要求されるワイヤボンディングルールを緩和する機能を有するだけではなく、第2のリード24との電気的な接続に要求されるワイヤボンディングルールも緩和する機能を有する。制御回路35の電極パッド351と第2のダイパッド22の第2の側面22C2に沿って中央部分に配列された第2のリード24とは第2のワイヤ42を通して直接的に電気的に接続されている。また、制御回路35の電極パッド351と第2のダイパッド22の第2の側面22C2に沿って周辺部分に配列された第2のリード24とは第2のワイヤ42及び配線基板36を通して間接的に電気的に接続されている。いずれの場合も、第2のワイヤ42の長さを短くすることができる。配線基板36の配線362の断面面積に比べて第2のワイヤ42の断面面積は小さいので、第2のワイヤ42の長さを短くすることにより、信号伝達速度の高速化を実現することができる。
本実施例において、配線基板36の絶縁基板361は例えばガラスエポキシ樹脂により形成されている。配線362は、この構造に限定されないが、例えば銅(Cu)層上にニッケル(Ni)−燐(P)合金層、Au層のそれぞれを積層した複合膜により形成されている。図示していないが、配線362上には保護膜としてソルダーレジスト膜が配設されていてもよい。
なお、本実施例に係る半導体装置1に要求される機能に応じて、第2のダイパッド22の配線基板36が搭載された領域には、配線基板36に代えて、半導体素子(半導体チップ)、抵抗、容量、インダクタ、トランス等の制御回路35とは別の電子部品を搭載することができる。
[第1のダイパッド21の構成]
図1に示すように、第1のダイパッド21の平面形状は、第1の方向Xに細長く延伸し、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれを搭載した部分が第1の側面21C1として第2の方向Yに突出し、逆に第1の切欠部211、第2の切欠部212及び第3の切欠部213の部分が第1の側面21C1から第2の側面21C2に向かって途中まで後退し、第2の側面21C2部分が第1の方向Xに連なる櫛形形状により構成されている。
この数値に必ずしも限定されるものではないが、第1のダイパッド21の第1の方向Xの長さは例えば38.5mm−39.5mmに設定され、第2の方向Yの幅は例えば7.2mm−7.6mmに設定されている。第1のダイパッド21の第1の表面21Aからそれに対向する第2の表面(裏面)21Bまでの厚さt1は例えば1.8mm−2.2mmに設定されている。ここで、第2のダイパッド22、第1のリード23、第2のリード24のそれぞれの厚さt2は例えば0.3mm−0.7mmに設定されており、これらの厚さに対して第1のダイパッド21の厚さは倍以上の厚さを有する。
図2に示すように、第1のダイパッド21の第2の側面21C2は、第1の表面21Aに対して鋭角α2をなす第2のテーパ面により構成されている。第1の側面21C1は、第1の表面21Aに対して、第2の側面21C2の鋭角α2よりも大きく第1の表面21Aに垂直な角度以下好ましくはそれよりも小さい鋭角α1をなす第1のテーパ面により構成されている。鋭角α1は鋭角α2と同一にすること、又は鋭角α1は鋭角α2に比べて小さくすることもできる。
第1のダイパッド21の第1の側面21C1は、第1の表面21Aから第2の表面21Bに向かう厚さ方向の放熱経路の断面積を出来る限り増加し、放熱経路における熱抵抗を減少する機能を備えている。また、第1の側面21C1は、第1のダイパッド21を金型により製作する際の抜き勾配を作るために第1のテーパ面により構成されている。本実施例において、鋭角α1は例えば80度−84度に設定されている。
一方、第1のダイパッド21の第2の側面21C2は、それに沿って複数の第1のリード23が配列され、トランスファーモールド法を用いた樹脂封止体5の製作の際の流動性樹脂の回り込みを改善する機能を備えている。つまり、鋭角α2が小さければ、第2の側面21C2の第2のテーパ面の傾斜角度が緩くなり、流動性樹脂の流動経路を拡大することができる。また、第2の側面21C2は、第1の側面21C1と同様に、第1のダイパッド21の厚さ方向の放熱経路の断面積を出来る限り増加する必要もある。従って、本実施例において、鋭角α2は例えば55度−65度に設定されている。
第1のダイパッド21の第1の側面21C1の、第2のダイパッド22に最も近い最先端部216は、それ以外の部分に比べて厚さを薄く、ここでは第2のダイパッド22、第1のリード23、第2のリード24のそれぞれの厚さt2と同一の厚さにより構成されている。最先端部216の第2の方向Yの長さは例えば0.1mm−0.3mmに設定されている。最先端部216は、その厚さを薄くすることによって、第1のダイパッド21から第2のダイパッド22に向かう放熱経路の断面積を減少し、その放熱経路における熱抵抗を増加する機能を備えている。つまり、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれの動作によって発生する熱が、最先端部216が熱抵抗となって、第1のダイパッド21から第2のダイパッド22に伝わりにくくなっている。
第1の切欠部211乃至第3の切欠部213は第1の側面21C1に設けられている。この第1の切欠部211乃至第3の切欠部213は、後述するが、第1の方向Xにおいて隣り合う第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34の相互間の温度干渉を抑制するだけでなく、第2のダイパッド22に最も近い部分において第1のダイパッド21の第1の側面21C1を一部削減した(切り欠いた)形状を有し、第1のダイパッド21から第2のダイパッド22に向かう熱の伝搬を抑制する効果を有する。
第1のダイパッド21及び第1のリード23は、同一のリードフレームとして製作され、このリードフレームから切断されたものである。第1のダイパッド21及び第1のリード23は、本実施例において、電気伝導性に優れかつ熱伝導性に優れた例えばCu板又はCu合金板を使用し、これらの金属板にエッチング加工若しくは打ち抜き加工を行い形成されている。
[第1の切欠部211乃至第3の切欠部213の構成]
第1のダイパッド21に配設された第1の切欠部211は、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32とが対向する側面に対して、50%以上100%以下掛かる長さL1に設定されている。更に、第1の切欠部211は、第1のダイパッド21の厚さに対して、50%以上100%以下の幅W1に設定されている。ここで、第1の切欠部211の長さL1とは第1の切欠部211の第2の方向Yの長さであり、第1の切欠部211の幅W1とは第1の切欠部211の第1の方向Xの長さである。
同様に、第1のダイパッド21に配設された第2の切欠部212は、第3の半導体素子33と第4の半導体素子34とが対向する側面に対して、50%以上100%以下掛かる長さL1に設定されている。同様に、第2の切欠部212は、第1のダイパッド21の厚さに対して、50%以上100%以下の幅W1に設定されている。
これに対して、第1のダイパッド21に配設された第3の切欠部213は、第2の半導体素子32と第3の半導体素子33とが対向する側面に対して、長さL1よりも長く、100%を超えて掛かる長さL2に設定されている。また、第3の切欠部213は、第1の切欠部211及び第2の切欠部212の幅W1と同様に、第1のダイパッド21の厚さに対して、50%以上100%以下の幅W2に設定されている。
前述の第1の切欠部211乃至第3の切欠部213のそれぞれのサイズと、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34において隣り合う同士の温度干渉との関係は以下の通りである。この関係は本願発明者の実験結果に基づき導き出されたものである。
図4(A)は実験に使用した半導体装置1の要部に相当する試料の基本構成を示す。ここでは、理解し易いように、前述の図1乃至図3に示す半導体装置1の構成要素に対応させ、第1の方向Xに隣り合う第1の半導体素子31及び第2の半導体素子32と、それらの間において第1のダイパッド21に配設された第1の切欠部211とを有する基本試料が使用された。
この基本試料において、第1のダイパッド21のサイズは、第1の方向Xの長さLを10.6mm、第2の方向Yの幅Wを7.0mm、第3の方向Zの厚さtを2.0mmにそれぞれ設定した。第1のダイパッド21の第1の半導体素子31を搭載する領域の第1の方向Xの長さ、第2の半導体素子32を搭載する領域の第1の方向Xの長さはいずれも4.3mm、第1の切欠部211の幅W1は2.0mmに設定した。第1のダイパッド21の第2の側面2Cには、第1のダイパッド21の第1の半導体素子31側の側面から1.4mmの位置並びに第2の半導体素子32側の側面から7.2mmの位置に、長さ9.0mm、幅2.0mm、厚さ0.5mmの第1のリード23(D)が一体に連接されている。
第1の半導体素子31及び第2の半導体素子32のサイズは、第1の方向Xの長さを3.4mm、第2の方向Yの幅を3.6mm、第3の方向Zの厚さを0.4mmにそれぞれ設定した。第1の半導体素子31、第2の半導体素子32のそれぞれは、第1の切欠部211との間に第1の方向Xにおいて0.45mmの離間寸法を持ち、第1の側面21C1から1.5mmの離間寸法を持って搭載された。そして、一方の第1の半導体素子31は発熱体として使用し、他方の第2の半導体素子32の中央部分は第1の半導体素子31から発せられる熱の測定箇所として使用した。
樹脂封止体5のサイズは、第1の方向Xの長さを12.6mm、第2の方向Yの幅を9.0mm、第3の方向Zの厚さを4.4mmにそれぞれ設定した。樹脂封止体5の第1のダイパッド21の第1の側面21C1、第2の側面21C2並びにその他の側面における厚さはそれぞれ1.0mmである。樹脂封止体5の第1のリード23(D)の裏面(第1のダイパッド21の第2の表面21B側)の厚さは2.0mm、第1のダイパッド21の第2の表面21B側の厚さは0.5mmに設定した。樹脂封止体5はここではエポキシ樹脂が使用された。
実験の条件は、初期温度を25℃とし、第1の半導体素子31の表面(チップ表面)の発熱量を30Wに設定した。更に、主要な放熱経路となる、樹脂封止体5の第1のダイパッド21の第2の表面21B側の表面温度が25℃に保持され、放熱条件は9000W/m・kに設定した。また、それ以外の樹脂封止体5の表面や第1のリード23(D)の外気に触れている表面温度は同様に25℃に保持され、この自然放熱条件は10W/m・kに設定した。温度の解析時間は0秒−1秒の範囲内とし、温度測定のサンプリング時間は0.05秒に設定した。
図4(B)、図5(A)、図5(B)はいずれも試料の基本構成を示し、第1の切欠部211の幅W1は一定であるが、長さL1が異なる。図4(B)に示す試料は第1のダイパッド21の第1の側面21C1から第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に丁度掛かる第1の切欠部211を有し、この第1の切欠部211は長さL10と表記する。図5(A)に示す試料は第1のダイパッド21の第1の側面21C1から第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に50%掛かる第1の切欠部211を有し、この第1の切欠部211は長さL150と表記する。図5(B)に示す試料は第1のダイパッド21の第1の側面21C1から第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に100%掛かる第1の切欠部211を有し、この第1の切欠部211は長さL1100と表記する。
図6は第1の切欠部211の長さL1と半導体素子間の温度との関係を示す。図6中、横軸は第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面の第2の方向Yの長さに対する第1の切欠部211の長さの比である。縦軸は第1の半導体素子31を発熱させ1秒後に第2の半導体素子32において測定された温度(℃)である。
図6から明らかなように、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に第1の切欠部211が丁度掛かる長さL10(図4(B)に示す試料に相当)まで、第1の半導体素子31から発生した熱の大半は第1のダイパッド21を通して第2の半導体素子32に伝搬される。第2の半導体素子32は、第1の半導体素子31から伝搬される熱の影響を受け、56℃−57℃まで温度の上昇を生じる。第1の切欠部211の長さL10を超えると、第1の半導体素子31から発生した熱の伝搬は第1の切欠部211に遮られ、第2の半導体素子32の温度は下降する。
第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に第1の切欠部211が50%掛かる長さL150(図5(A)に示す試料に相当)を超えると、第1の半導体素子31から発生した熱の伝搬を第1の切欠部211により遮る効果が顕著に現れ、第2の半導体素子32の温度は52℃−53℃以下に急激に下降する。第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に第1の切欠部211が100%掛かる長さL1100(図5(B)に示す試料に相当)になると、第1の半導体素子31から発生した熱の伝搬を第1の切欠部211により遮る効果が更に顕著に現れ、第2の半導体素子32の温度は44℃−45℃以下に下降する。
図7は第1の切欠部211の長さL1と半導体素子間の熱抵抗との関係を示す。図7中、横軸は第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面の第2の方向Yの長さに対する第1の切欠部211の長さの比である。縦軸は第1の半導体素子31を発熱させ1秒後に測定した第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間の熱抵抗(℃/W)である。
図7から明らかなように、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に第1の切欠部211が丁度掛かる長さL10(図4(B)に示す試料に相当)まで、第1のダイパッド21の第1の半導体素子31から第2の半導体素子32に至る放熱経路の熱抵抗は一定の割合において増加する。第1の切欠部211が長さL10のとき、熱抵抗は約2.0℃/Wである。この熱抵抗の一定の増加の割合は、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に第1の切欠部211が50%掛かる長さL150(図5(A)に示す試料に相当)付近まで続く。第1の切欠部211が長さL150のとき、熱抵抗は約2.1℃/Wである。
これを超えて特に第1の切欠部211が60%以上掛かる長さに達すると、放熱経路の熱抵抗は急激に増加する。この第1の切欠部211が60%掛かる長さのとき、熱抵抗は約2.15℃/Wである。第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に第1の切欠部211が100%掛かる長さL1100(図5(B)に示す試料に相当)まで、熱抵抗は急激に増加し、この熱抵抗の増加率は一定になる。第1の切欠部211が100%掛かる長さのとき、熱抵抗は約2.4℃/Wである。
ここで、第1のダイパッド21に配設される第1の切欠部211が50%掛かる長さL150を超えて特に100%掛かる長さL1100又はそれ以上の長さのとき、第1のダイパッド21の第1の半導体素子31から第2の半導体素子32に至る放熱経路の熱抵抗が著しく増加する。そこで、発熱体である第1のダイパッド21の第1の半導体素子31の近傍、詳細には第1のダイパッド21の第1の切欠部211に達する前の第2の側面21C2に連接して第1のリード23(D)が配設されていれば、この第1のリード23(D)を放熱経路として第1の半導体素子31から発せられる熱を有効に放熱することができる。
図8は半導体素子の過渡的な温度変化を示す。図8中、横軸は第1の半導体素子31の発熱開始からの経過時間(秒)を示す。縦軸は温度(℃)である。
符号31を付けて括ったデータは、発熱体としての第1の半導体素子31において、発熱開始から一定時間の経過毎に測定した温度を示すデータである。このうち、データ31nは第1のダイパッド21に第1の切欠部211を配設しない場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31aは第1のダイパッド21に長さL10を有する第1の切欠部211を配設した場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31bは第1のダイパッド21に長さL150を有する第1の切欠部211を配設した場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31cは第1のダイパッド21に長さL1100を有する第1の切欠部211を配設した場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31avはデータ31a、31b及び31cの平均値である。
一方、符号32を付けて括ったデータは、測定体としての第2の半導体素子32において、発熱開始から一定時間の経過毎に測定した温度を示すデータである。このうち、データ32nは第1のダイパッド21に第1の切欠部211を配設しない場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32aは第1のダイパッド21に長さL10を有する第1の切欠部211を配設した場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32bは第1のダイパッド21に長さL150を有する第1の切欠部211を配設した場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32cは第1のダイパッド21に長さL1100を有する第1の切欠部211を配設した場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32avはデータ32a、32b及び32cの平均値である。
図8において、第1のダイパッド31に第1切欠部211を配設しない場合、データ31nに示すように第1の半導体素子31の過渡的な温度は最も低くなるが、逆にデータ32nに示すように第2の半導体素子32の過渡的な温度は最も高くなる。つまり、第1の半導体素子31から発せられる熱の第2の半導体素子32に及ぼす影響が最も大きくなる。
これに対して、第1のダイパッド31に第1切欠部211を配設した場合、データ31avに示すように第1の半導体素子31の過渡的な温度は高くなるものの、逆にデータ32avに示すように第2の半導体素子32の過渡的な温度は低くなる。つまり、第1の半導体素子31から発せられる熱の第2の半導体素子32に及ぼす影響を減少することができる。更に、データ31a、31b及び31cに示すように、第1の切欠部211の長さL1が長くなるに従って、第1の半導体素子31の過渡的な温度は徐々に高くなるものの、データ32a、32b及び32cに示すように、第2の半導体素子32の過渡的な温度は徐々に低くなる。
前述の図6乃至図8に示す実験結果によれば、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に掛からない長さを有する第1の切欠部211を単純に第1のダイパッド21に配設したのでは、第1の半導体素子31から第2の半導体素子32に及ぼす熱干渉を抑制することができない。熱干渉を抑制するためには、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に掛かる長さL1を有する第1の切欠部211が必要である。更に、50%掛かる長さL150を超える第1の切欠部211を備えることにより、第2の半導体素子32においては、第1の半導体素子31からの熱の影響を急激に減少することができる。そして、100%掛かる長さL1100を超える第1の切欠部211を備えることにより、第2の半導体素子32においては、第1の半導体素子31からの熱の影響を極力減少することができる。
次に、前述の図4(A)に示す基本試料において、第1のダイパッド21に配設された第1の切欠部211の長さL1を一定とし、幅W1を変えた場合の隣り合う半導体素子同士の温度干渉の実験結果は以下の通りである。第1の切欠部211の長さL1はここでは第1のダイパッド21の第1の側面21C1から4.0mm(第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面に対して約69%−70%掛かる長さ)に設定した。それ以外の第1のダイパッド21のサイズ等や実験条件は前述と同様である。
図9は第1の切欠部211の幅W1と第2の半導体素子32の温度との関係を示す。図9中、横軸は第1の切欠部211の第1の方向Xの幅W1(mm)である。ここで、横軸において、幅W1が0mmとは第1の切欠部211そのものが配設されていない場合を意味する。縦軸は第1の半導体素子31を発熱させ1秒後に第2の半導体素子32において測定された温度(℃)である。
図9から明らかなように、第1のダイパッド21の第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間に第1の切欠部211が配設されれば、第1の半導体素子31から発せられる熱の第2の半導体素子32への伝搬は急減に減少し、第2の半導体素子32の温度は下降する。この温度の下降は、第1の切欠部211の幅W1が約1.0mmになるまで一定の割合で進む。幅W1が約1.0mmを超えたときから第2の半導体素子32の温度の変化が無くなり、飽和状態が続く。そして、第1の切欠部211の幅W1が約2.0mm付近になると、極僅かではあるが、第2の半導体素子32の温度が上昇する傾向が見られる。これは、第1の切欠部211の幅W1が増加するに従って、第1のダイパッド21の第1の表面21Aの面積が減少し、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面(裏面)2Bに向かう放熱経路の断面面積が減少し、熱抵抗が増加するためである。
図9に示す実験結果によれば、第1の切欠部211の幅W1は、急激な温度の下降と飽和状態との境界である1.0mm以上とし、、更に極僅かな温度の上昇は見られるものの境界での温度と大差がないので、3.0mm以下とする。更に、好ましくは、第1のダイパッド21の第2の表面21B側への放熱経路の熱抵抗の減少を勘案して、第1の切欠部211の幅W1は2.0mm以下に設定する。
ここで、第1のダイパッド21の厚さは2.0mmに設定しているので、最も好ましい第1の切欠部211の幅W1は以下の関係式により表すことができる。
0.5mm ≦ W1 ≦ 1.0mm
図10は第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面(裏面)2Bを経て樹脂封止体5の裏面に至る放熱経路の熱抵抗と第1の切欠部211の幅W1との関係を示す。図10中、横軸は第1のダイパッド21に配設した第1の切欠部211の幅W1(mm)である。縦軸は第1の半導体素子31を発熱させ1秒後に樹脂封止体5の裏面において測定した放熱経路(第1のダイパッド21の第1の表面21A−樹脂封止体5の裏面)の熱抵抗(℃/W)である。
図10から明らかなように、第1のダイパッド21に第1の切欠部211が配設されると、放熱経路において熱抵抗が急激に上昇する。第1の切欠部211の幅W1が0mmすなわち第1の切欠部211を配設されていないときの熱抵抗は約2.0℃/Wである。熱抵抗の急激な上昇は第1の切欠部211の幅W1が1.0mmまで一定の割合で進む。このときの熱抵抗は約2.06℃/W−2.08℃/Wである。
第1の切欠部211の幅W1が1.0mmを越えると、熱抵抗の上昇率は減少する。この上昇率は一定である。第1の切欠部211の幅W1が2.0mmのときの熱抵抗は約2.15℃/Wであり、第1の切欠部211の幅W1が3.0mmのときの熱抵抗は約2.24℃/Wである。
つまり、第1の切欠部211の幅W1が1.0mmに満たないときには、第1のダイパッド21に第1の切欠部211が配設されたことにより急激に樹脂封止体5の裏面から放熱効率が低下する。これに対して、第1の切欠部211の幅W1が1.0mmを越えると、熱抵抗の上昇率を減少することができるので、樹脂封止体5の裏面からの放熱効率の低下を抑制することができる。むしろ、第1の切欠部211の幅W1を1.0mm以上に設定することによって、第1の半導体素子31からの熱の第2の半導体素子32への影響を抑制することができ、更に樹脂封止体5の裏面からの放熱効率を高めることができる。
図11は半導体素子の過渡的な温度変化を示す。図11中、横軸は第1の半導体素子31の発熱開始からの経過時間(秒)を示す。縦軸は温度(℃)である。
前述の図8における説明と同様に、符号31を付けて括ったデータは、発熱体としての第1の半導体素子31において、発熱開始から一定時間の経過毎に測定した温度を示すデータである。このうち、データ31nは第1のダイパッド21に第1の切欠部211を配設しない場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31dは第1のダイパッド21に幅W1を1.0mmに設定した第1の切欠部211を配設した場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31eは第1のダイパッド21に幅W1を2.0mmに設定した第1の切欠部211を配設した場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31fは第1のダイパッド21に幅W1を3.0mmに設定した第1の切欠部211を配設した場合の第1の半導体素子31の過渡的な温度変化を示す。データ31avはデータ31d、31e及び31fの平均値である。
一方、符号32を付けて括ったデータは、測定体としての第2の半導体素子32において、発熱開始から一定時間の経過毎に測定した温度を示すデータである。このうち、データ32nは第1のダイパッド21に第1の切欠部211を配設しない場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32dは第1のダイパッド21に幅W1を1.0mmに設定した第1の切欠部211を配設した場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32eは第1のダイパッド21に幅W1を2.0mmに設定した第1の切欠部211を配設した場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ31fは第1のダイパッド21に幅W1を3.0mmに設定した第1の切欠部211を配設した場合の第2の半導体素子32の過渡的な温度変化を示す。データ32avはデータ32d、32e及び32fの平均値である。
図11において、第1のダイパッド31に第1の切欠部211を配設しない場合、データ31nに示すように第1の半導体素子31の過渡的な温度は最も低くなるが、逆にデータ32nに示すように第2の半導体素子32の過渡的な温度は最も高くなる。つまり、前述の図8に示す過渡的な温度変化の傾向と同様に、第1の半導体素子31から発せられる熱の第2の半導体素子32に及ぼす影響が最も大きくなる。
これに対して、第1のダイパッド31に第1の切欠部211を配設した場合、データ31avに示すように第1の半導体素子31の過渡的な温度は高くなるものの、逆にデータ32avに示すように第2の半導体素子32の過渡的な温度は低くなる。つまり、第1の半導体素子31から発せられる熱の第2の半導体素子32に及ぼす影響を減少することができる。更に、データ31d、31e及び31fに示すように、第1の切欠部211の幅W1が大きくなるに従って、僅かではあるが第1の半導体素子31の過渡的な温度は徐々に高くなるものの、データ32d、32e及び32fに示すように、第2の半導体素子32の過渡的な温度は大差なく低い。
以上の実験結果にも基づき、本実施例に係る半導体装置1においては、第1のダイパッド21の第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間に第1の切欠部211が配設され、第3の半導体素子33と第4の半導体素子34との間に第1の切欠部211と同一構造(同一サイズ)の第2の切欠部212が配設される。第1の切欠部211、第2の切欠部212のそれぞれの長さL1は、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との対向面、第3の半導体素子33と第4の半導体素子34との対向面に各々50%以上掛かる長さに設定され、隣り合う同士の温度干渉を減少するとともに、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bに至る放熱経路の熱抵抗の増加を避けるために、100%掛かる長さを越えないで設定される。第1の切欠部211、第2の切欠部212のそれぞれの幅W1は、第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との隣り合う同士、第3の半導体素子33と第4の半導体素子34との隣り合う同士において温度干渉を減少することができ、しかも第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bに至る放熱経路の熱抵抗の増加を避けるために、第1のダイパッド21の厚さt1に対して0.5以上1.0以下の範囲内に設定される。
更に、本実施例に係る半導体装置1においては、図1に示すように、第1のダイパッド21の中心部分に位置する第2の半導体素子32と第3の半導体素子33との間に、第1の切欠部211及び第2の切欠部212の長さL1に比べて第2の方向Yに長い長さL2を有する第3の切欠部213が配設されている。第1のダイパッド21の中心部分は樹脂封止体5の中心部分に相当し、第2の半導体素子32、第3の半導体素子33のそれぞれから発せられる熱が周辺部分に比べて籠もり易く、相互に温度干渉が発生し易い。
第3の切欠部213は、第2の半導体素子32と第3の半導体素子33との間において温度干渉をできる限り生じないように、双方の対向面に100%以上掛かる長さL3に設定されている。本実施例において、第3の切欠部213の長さL2は第1のダイパッド21の第1の側面21Cから第2の方向Yに向かって例えば7.6mm−7.8mmに設定されている。
更に、第3の切欠部213の幅W2は、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bに至る放熱経路において第3の切欠部213の周囲の熱抵抗を減少するために(放熱経路の断面面積を増加するために)、第1の切欠部211並びに第2の切欠部212の幅W1に比べて若干小さい幅W2に設定されている。ここでは、第3の切欠部213の幅W2は、第1のダイパッド21の厚さt1に対して0.5以上1.0以下の範囲内であって、例えば1.5mm−1.7mmに設定されている。
更に、第1のダイパッド21の第1の表面21A側において、第1のダイパッド21の第1の側面21C1と第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれとの間に溝202が配設されている。この溝202は、樹脂封止体5の食い込みを許容し、樹脂封止体5に第1のリード23を強固に取り付ける目的において配設されている。また、この溝202は、第1のダイパッド21の第2の方向Yの放熱経路の断面面積を縮小し、熱抵抗を増加するようになっている。つまり、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれから発せられる熱が第2のダイパッド22側(制御回路35側)に伝搬されることを、溝202により減少することができる。
なお、本実施例に係る半導体装置1においては、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34の合計4個の半導体素子が第1のダイパッド21の第1の表面21A上に搭載されているが、この第1のダイパッド21には更に2個を加えた合計6個の半導体素子を搭載することができる。図1中、第1の半導体素子31の左側において、第1のダイパッド21には第4の切欠部214が配設され、第4の半導体素子34の右側において、第1のダイパッド21には第5の切欠部215が配設されている。この第4の切欠部214並びに第5の切欠部215は、前述の第1の切欠部211並びに第2の切欠部212の長さL1及び幅W1と同一の長さL1及び幅W1に設定されている。
[第1のリード23の構成]
図1乃至図3に示すように、第1のリード23は、第1のダイパッド21の第2の側面21C2に対向し、この第2の側面21C2に沿って複数本配列されている。図1中、最も左端に配列された第1のリード23(N1)、それから第1の方向Xに順次配列された第1のリード23(S1)、第1のリード23(S2)、第1のリード23(S3)、第1のリード23(S4)、最も右端に配列された第1のリード23(N2)のそれぞれのインナー部は、第1のダイパッド21の第2の側面21C2から一定間隔において離間され、第1のダイパッド21とは電気的に絶縁されている。
ここでインナー部は第1のリード23の樹脂封止体5により被覆された部分である。また、アウター部は第1のリード23の樹脂封止体5から突出された部分である。このアウター部の最も先端部分は、実装ボードや他の電子装置に実装する際の端子として使用される。
第1のリード23(N1)、23(N2)は空き端子(空きピン)として使用される。第1のリード23(S1)は第1の半導体素子31にソース電流を供給する端子として使用される。第2のリード23(S2)は第2の半導体素子32にソース電流を供給する端子として使用される。第3のリード23(S3)は第3の半導体素子33にソース電流を供給する端子として使用される。第4のリード23(S4)は第4の半導体素子34にソース電流を供給する端子として使用される。
図1中、左側において第1のリード23(N1)と23(S1)との間に配設された第1のリード23(D1)は、第1のダイパッド21の左側において一体に形成され、連接されかつ電気的に接続されている。右側において第1のリード23(S4)と23(N2)との間に配設された第1のリード23(D3)は、第1のダイパッド21の右側において一体に形成され、連接されかつ電気的に接続されている。同様に、中央において第1のリード23(S2)と23(S3)との間に配設された第1のリード23(D2)は、第1のダイパッド21の中央において一体に形成され、連接されかつ電気的に接続されている。これらの第1のリード23(D1)、23(D2)、23(D3)は、いずれも第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34にドレイン電流を供給する共用の端子として使用される。
第1のリード23は、例えば0.5mmの厚さを有し、インナー部の第1のダイパッド21側のボンディング領域を除き、例えば2.0mmのリード幅を有する。第1のリード23は、製造過程において、第1のダイパッド21と共に連接された同一のリードフレームから切断されたものであり、第1のダイパッド21と同一材料により構成されている。
第1のリード23の第1のダイパッド21の第1の表面21A側のインナー部において、ボンディング領域の境界部分に溝201が配設されている。この溝201は、主に樹脂封止体5の食い込みを許容し、樹脂封止体5に第1のリード23を強固に取り付ける目的において配設されている。
第1のダイパッド21の第1の半導体素子31が搭載された領域並びに第1のダイパッドの第2の側面21C2に連接された第1のリード23(D1)は第1の放熱経路R1を生成する。前述の図7を用いて説明したように、第1のダイパッド21の第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間には第1の切欠部211が配設され、第1の半導体素子31から発せられた熱は第1のダイパッド21を通して第2の半導体素子32に伝搬されにくくなる。この第1の半導体素子31から発せられる熱は、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bを経て樹脂封止体5の裏面に至る放熱経路を通して放出されるとともに、第1の半導体素子31を中心として第1の切欠部211とは反対の方向に配設され第1の半導体素子31の近くに配設された第1のリード23(D1)を含む第1の放熱経路R1を通して放出される。
同様に、第1のダイパッド21の第4の半導体素子34が搭載された領域並びに第1のダイパッドの第2の側面21C2に連接された第1のリード23(D3)は第2の放熱経路R2を生成する。第1のダイパッド21の第3の半導体素子33と第4の半導体素子34との間には第2の切欠部212が配設され、第4の半導体素子34から発せられた熱は第1のダイパッド21を通して第3の半導体素子33に伝搬されにくくなる。この第4の半導体素子34から発せられる熱は、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bを経て樹脂封止体5の裏面に至る放熱経路を通して放出されるとともに、第4の半導体素子34を中心として第2の切欠部212とは反対の方向に配設され第4の半導体素子34の近くに配設された第1のリード23(D3)を含む第2の放熱経路R2を通して放出される。
更に、第1のダイパッド21の第2の半導体素子32及び第3の半導体素子33が搭載された領域並びに第1のダイパッドの第2の側面21C2に連接された第1のリード23(D2)は第3の放熱経路R3を生成する。第1のダイパッド21の第1の半導体素子31と第2の半導体素子32との間には第1の切欠部211が配設され、第2の半導体素子32から発せられた熱は第1のダイパッド21を通して第1の半導体素子31に伝搬されにくくなる。同様に、第1のダイパッド21の第3の半導体素子33と第4の半導体素子34との間には第2の切欠部212が配設され、第3の半導体素子33から発せられた熱は第1のダイパッド21を通して第4の半導体素子34に伝搬されにくくなる。この第2の半導体素子32から発せられる熱は、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bを経て樹脂封止体5の裏面に至る放熱経路を通して放出されるとともに、第2の半導体素子32を中心として第1の切欠部211とは反対の方向に配設され第2の半導体素子32の近くに配設された第1のリード23(D2)を含む第3の放熱経路R3を通して放出される。また、第3の半導体素子33から発せられる熱は、第1のダイパッド21の第1の表面21Aから第2の表面21Bを経て樹脂封止体5の裏面に至る放熱経路を通して放出されるとともに、第3の半導体素子33を中心として第2の切欠部212とは反対の方向に配設され第3の半導体素子33の近くに配設された第1のリード23(D3)を含む第3の放熱経路R3を通して放出される。
第3の放熱経路R3において、第2の半導体素子32から発せられる熱が第3の半導体素子33に影響を及ぼさないように、又は第3の半導体素子33から発せられた熱が第2の半導体素子32に影響を及ぼさないように、第1のダイパッド21にその第1の側面21C1から第2の側面21C2に至る長さL2を有する第3の切欠部213が配設されている。
[第2のダイパッド22の構成]
図1及び図2に示すように、第2のダイパッド22は、第1のダイパッド21の第1の側面21C1に第1の側面22C1を対向させ、離間させて配設されている。第1のダイパッド21の第1の側面21C1と第2のダイパッドの第1の側面22C1との離間寸法は、本実施例において、例えば0.3mm−0.5mmに設定されている。第2のダイパッド22の第1の方向Xの長さは例えば26.0mm−30.0mmに設定され、第2の方向Yの幅すなわち第1の側面22C1からそれに対向する第2の側面22C2までの寸法は例えば4.2mm−4.4mmに設定されている。第2のダイパッド22の第3の方向Zの厚さは第1のリード23の厚さと同一である。
制御回路35は第2のダイパッド22の第1の表面22Aの中央部に配設されている。この制御回路35が搭載された領域において、第2のダイパッド22の第1の側面22C1は、第1のダイパッド21に配設された第3の切欠部213に対向させている。すなわち、第3の切欠部213が配設されることによって、第1のダイパッド21の第1の側面21C1と第2のダイパッド22の第1の側面22C1との間の対向面積を減少することができ、特に第2の半導体素子32及び第3の半導体素子33から発せられる熱の、第1のダイパッド21を通して第2のダイパッド22に至る熱伝達経路の熱抵抗を増加することができる。従って、第2の半導体素子32及び第3の半導体素子33から発せられる熱の制御回路35に及ぼす影響を減少することができる。
第2のダイパッド22において、制御回路35と配線基板36との間には第1の表面22Aからそれに対向する第2の表面22Bに貫通するスリット203が配設されている。スリット203は、第2のダイパッド22の第1の表面22A側の樹脂封止体5と第2の表面22B側の樹脂封止体5との結合を許容し、第2のダイパッド22と樹脂封止体5との間の接着性を向上することができる。更に、スリット203は、第1の半導体素子31から発せられる熱の、第1のダイパッド21、第2のダイパッド22のそれぞれを経て制御回路35に至る熱伝達経路、並びに第4の半導体素子34から発せられる熱の、第1のダイパッド21、第2のダイパッド22のそれぞれを経て制御回路35に至る熱伝達経路の熱抵抗を増加し、それらの熱が制御回路35に及ぼす影響を減少することができる。
第2のダイパッド22は、製造過程において、第1のダイパッド21と共に連接された同一のリードフレームから切断されたものであり、第1のダイパッド21と同一材料により構成されている。
[第2のリード24の構成]
図1乃至図3に示すように、第2のリード24は、第2のダイパッド22の第2の側面22C2に対向し、この第2の側面21C2に沿って複数本配列されている。図1中、最も左端に配列された第2のリード24、左側中央部に配列された第2のリード24、右側中央部に配列された第2のリード24、最も右側に配列された第2のリード24のそれぞれは第2のダイパッド22に一体に形成され、連接されかつ電気的に接続されている。これらの第2のリード24は吊りリードとして機能する。それ以外の第2のリード24は信号端子、電源端子、又は空き端子として使用される。
第2のリード24は、製造過程において、第1のダイパッド21と共に連接された同一のリードフレームから切断されたものであり、第1のダイパッド21と同一材料により構成されている。第2のリード24は、第1のリード23と同一の厚さに設定されているが、電流容量が小さいので、例えば0.5mm−0.7mmのリード幅に設定されている。
第2のリード24のインナー部においては、ボンディング領域の境界部分に溝204が配設されている。この溝204は、第1のリード23の溝201と同様に、主に樹脂封止体5の食い込みを許容し、樹脂封止体5に第2のリード24を強固に取り付ける目的において配設されている。
[リードフレームの構成]
ここで、本実施例に係る半導体装置1の製造過程(組立過程)において、図12に示すリードフレーム2が使用される。リードフレーム2は、外枠25及び26に、前述の第1のダイパッド21、第2のダイパッド22、第1のリード23及び第2のリード24を連接し、それらを一体に構成したものである。ここでは、本実施例においては、第1の方向Xに複数個分の半導体装置1を同時に製作できる多連リードフレーム2が使用されている。
外枠25、外枠26のそれぞれは、第2の方向Yに離間して対向し、第1の方向Xに延伸する。外枠25には第1のリード23が連接され、外枠26には第2のリード24が連接される。外枠25には、製造過程において使用される位置決め穴251が配設され、外枠26には同様に使用される位置決め穴261、262、263が配設されている。
第1の方向Xに隣り合う第1のリード23は連結部28を介して相互に連結されている。同様に、第1の方向Xに隣り合う第2のリード24は連結部29を介して相互に連結されている。この連結部28、29は、いずれも樹脂封止体5を成形する際の樹脂の流出を堰き止めるダムとしての機能を有し、樹脂封止体5の成形後には切断され取り除かれる。
1つの半導体装置1を製作する領域と第1の方向Xに隣り合う他の1つの半導体装置1を形成する領域との間は内枠27により相互に連結されている。この連結部分は同様に樹脂封止体5の成形後に切断され取り除かれる。
[樹脂封止体5の構成]
図1乃至図3に示すように、樹脂封止体5は、第1のダイパッド21、それに搭載された第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34、第2のダイパッド22、それに搭載された制御回路35及び配線基板36、第1のリード23のインナー部、第2のリード24のインナー部を被覆する。樹脂封止体5の製作にはトランスファーモールド法が使用される。樹脂封止体5には例えば熱硬化型エポキシ系樹脂が使用される。
樹脂封止体5の第1の方向Xの長さは例えば47.2mm−47.6mmに設定され、第2の方向Yの幅は例えば19.0mm−19.4mmに設定される。樹脂封止体5の厚さは例えば4.3mm−4.5mmに設定される。樹脂封止体5の第1のダイパッド21の第1の表面21A上の厚さは例えば1.8mm−2.0mmに設定される。樹脂封止体5の第2の表面(裏面)21B上の厚さは、第1の表面21A上の厚さに比べて薄く、かつ第1のダイパッド21の厚さに比べて薄い、例えば0.4mm−0.6mmに設定される。
[半導体装置の特徴]
以上説明したように、本実施例に係る半導体装置1においては、1つの共通の第1のダイパッド21に複数の第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34を搭載したので、半導体素子毎にダイパッドを分割した場合に比べて、全体の小型化を実現することができる。更に、本実施例に係る半導体装置1においては、小型化の実現により、第1のワイヤ41、第2のワイヤ42のそれぞれのワイヤ長を短くすることができ、信号伝搬速度を速くすることができるので、動作速度の高速化を実現することができる。
更に、本実施例に係る半導体装置1においては、第1のダイパッド21に第1の切欠部211、第2の切欠部212、第3の切欠部213を備えたので、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34の隣り合う同士の温度干渉を減少することができる。加えて、本実施例に係る半導体装置1においては、第1のダイパッド21を厚くし、樹脂封止体5の第1のダイパッド21の第2の表面21B側の厚さを薄くし、樹脂封止体5の裏面側に抜ける放熱経路を確保しつつ、第1のリード23(D1)、23(D2)及び23(D3)を利用して第1の放熱経路路R1−第3の放熱経路R3を備えたので、第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34の隣り合う同士の温度干渉を減少することができる。特に、本実施例に係る半導体装置1においては、樹脂封止体5の中央部分の第3の切欠部213の長さL2を樹脂封止体5の周辺部分の第1の切欠部211及び第2の切欠部212の長さL1に対して長く設定しているので、第2の半導体素子32と第3の半導体素子33との温度干渉を減少することができる。従って、隣り合う同士の温度干渉に伴う第1の半導体素子31乃至第4の半導体素子34のそれぞれの出力特性のばらつきを減少することができる。
更に、本実施例に係る半導体装置1においては、第1のダイパッド21の第3の切欠部213に対向した領域に制御回路35を配設しているので、特に第2の半導体素子32、第3の半導体素子33のそれぞれから発せられる熱の影響を減少することができる。従って、制御回路の出力特性のばらつきを減少することができる。
更に、本実施例に係る半導体装置1においては、第2のダイパッド22の制御回路35が搭載された領域に最も近い、第1のダイパッド21の第1の側面21C1の一部を切り欠いて第3の切欠部213を配設しているので、第1のダイパッド21から第2のダイパッド22に向かう熱の伝搬を抑制することができる。
そして、本実施例に係るリードフレーム2を用いることによって、このような効果を奏する半導体装置1を製作することができる。
[その他の実施例]
上記のように、本発明を一実施例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものでない。本発明は様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術に適用することができる。例えば、前述の実施例において、半導体装置1の最終的なリード形状を説明していないが、第1のリード23、第2のリード24のそれぞれのアウター部の形状は、ピン挿入型、面実装型のいずれであってもよい。
また、前述の実施例に係る半導体装置1は、樹脂封止体5の対向する2つの側面に2方向に配列された第1のリード23及び第2のリード24を備えているが、樹脂封止体5の1つの側面に1方向にリードが配設された半導体装置並びに樹脂封止体5の4つの側面に4方向にリードが配列された半導体装置に本発明を適用することができる。また、前述の実施例に係る半導体装置1においては、第1のダイパッド21の第1の放熱経路R1乃至第3の放熱経路R3を構築する第1のリード23(D1)乃至第1のリード23(D3)は、第1のダイパッド21の第1の側面21C1に対向する第2の側面21C2に限らず、第1の側面21C1に隣り合う第1の側面21C1とは異なる側面に配設してもよい。
本発明は、小型化並びに動作速度の高速化を実現しつつ、熱干渉に伴う半導体素子、回路の少なくともいずれかの出力特性のばらつきを減少することができる半導体装置並びにリードフレームに広く適用することができる。
1…半導体装置
2…リードフレーム
21…第1のダイパッド
22…第2のダイパッド
23…第1のリード
24…第2のリード
211…第1の切欠部
212…第2の切欠部
213…第3の切欠部
31…第1の半導体素子
32…第2の半導体素子
33…第3の半導体素子
34…第4の半導体素子
35…制御回路
36…配線基板
41…第1のワイヤ
42…第2のワイヤ
5…樹脂封止体

Claims (10)

  1. 第1の方向に離間して配列された第1の半導体素子及び第2の半導体素子と、
    前記第1の方向に延伸し、第1の表面上に前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を搭載し、前記第1の方向と交差する第2の方向において第1の側面から前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との間に達する切欠部を有する第1のダイパッドと、
    前記第1のダイパッドの前記第1の側面と異なる第2の側面に連接されたリードと、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 第1の方向に離間して配列された第1の半導体素子及び第2の半導体素子と、
    前記第1の方向に延伸し、第1の表面上に前記第1の半導体素子及び前記第2の半導体素子を搭載し、前記第1の方向と交差する第2の方向において第1の側面から前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との間に達する切欠部を有する第1のダイパッドと、
    前記第1のダイパッドの前記第1の側面に離間して配設された第2のダイパッドと、
    前記切欠部に対向する領域において前記第2のダイパッドの表面上に搭載された電子部品と、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  3. 前記第1のダイパッドの前記第1の表面からそれと対向する第2の表面までの厚さは前記リードの厚さに比べて厚いことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  4. 前記第1の半導体素子、前記第2の半導体素子、前記第1のダイパッドの前記第1の表面、この第1の表面に対向する第2の表面を覆い、前記切欠部に埋設された樹脂封止体を更に備え、
    前記樹脂封止体の前記第1のダイパッドの前記第2の表面上の厚さは、前記第1のダイパッドの前記第1の表面から前記第2の表面までの厚さに比べて薄く、かつ前記樹脂封止体の前記第1のダイパッドの前記第1の表面上の厚さに比べて薄いことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記第1のダイパッドの前記第2の側面は前記第1の表面に対して鋭角をなす第2のテーパ面により構成され、前記第1の側面は、前記第1の表面に対して前記第2の側面の前記鋭角よりも大きくかつ前記第1の表面に垂直な角度以下の角度に設定された第1のテーパ面により構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の半導体装置。
  6. 前記第1のダイパッドの厚さは前記第2のダイパッドの厚さに比べて厚いことを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 第1の方向に離間して順次配列された第1の半導体素子、第2の半導体素子、第3の半導体素子及び第4の半導体素子と、
    前記第1の方向に延伸し、第1の表面上に前記第1の半導体素子乃至前記第4の半導体素子を搭載し、前記第1の方向と交差する第2の方向において、第1の側面から前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子との間に達する第1の切欠部、第1の側面から前記第3の半導体素子と前記第4の半導体素子との間に達する第2の切欠部、及び第1の側面から前記第2の半導体素子と前記第3の半導体素子との間に達し前記第1の切欠部及び前記第2の切欠部の長さに比べて長い第3の切欠部を有する第1のダイパッドと、
    前記第1のダイパッドの前記第1の側面とは異なる第2の側面に連接されたリードと、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  8. 前記リードは、前記第3の切欠部に対向する領域において、前記第1のダイパッドの前記第2の側面に一体に構成されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記第1の切欠部及び前記第2の切欠部は、前記第2の方向において、前記第1の半導体素子と前記第2の半導体素子とが対向する側面、前記第3の半導体素子と前記第4の半導体素子とが対向する側面に対して、各々50%以上100%以下掛かる長さに設定され、
    前記第3の切欠部は、前記第2の方向において、前記第2の半導体素子と前記第3の半導体素子とが対向する側面に対して、100%を超えて掛かる長さに設定されていることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の半導体装置。
  10. 前記請求項1、前記請求項2又は前記請求項7に記載される、前記第1のダイパッド及び前記リード、又は前記第1のダイパッド、前記第2のダイパッド及び前記リードを一体に構成したことを特徴とするリードフレーム。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012151163A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Sanken Electric Co Ltd 半導体モジュール
JP2012182250A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置
JP2013188888A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Omron Corp シール性を有する金属インサート成形品、当該金属インサート成形品を備えたシール性を有する電子部品、およびシール性を有する金属インサート成形品の製造方法
JP2017034053A (ja) * 2015-07-31 2017-02-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP2018018952A (ja) * 2016-07-28 2018-02-01 三菱電機株式会社 半導体装置
CN107658283A (zh) * 2017-09-30 2018-02-02 杭州士兰微电子股份有限公司 用于电机驱动的集成功率模块和智能功率模块

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01293548A (ja) * 1988-05-20 1989-11-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPH04336460A (ja) * 1991-05-14 1992-11-24 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JPH05304247A (ja) * 1992-04-27 1993-11-16 Toshiba Corp 樹脂封止型半導体装置
JPH0982862A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Rohm Co Ltd オーディオ信号出力半導体装置
JP2005064076A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置
JP2005353741A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Denso Corp 電子装置
JP2006313876A (ja) * 2005-04-04 2006-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd リードフレームおよび半導体装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01293548A (ja) * 1988-05-20 1989-11-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPH04336460A (ja) * 1991-05-14 1992-11-24 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JPH05304247A (ja) * 1992-04-27 1993-11-16 Toshiba Corp 樹脂封止型半導体装置
JPH0982862A (ja) * 1995-09-13 1997-03-28 Rohm Co Ltd オーディオ信号出力半導体装置
JP2005064076A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Sanyo Electric Co Ltd 回路装置
JP2005353741A (ja) * 2004-06-09 2005-12-22 Denso Corp 電子装置
JP2006313876A (ja) * 2005-04-04 2006-11-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd リードフレームおよび半導体装置

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012151163A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Sanken Electric Co Ltd 半導体モジュール
JP2012182250A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置
JP2013188888A (ja) * 2012-03-12 2013-09-26 Omron Corp シール性を有する金属インサート成形品、当該金属インサート成形品を備えたシール性を有する電子部品、およびシール性を有する金属インサート成形品の製造方法
JP2017034053A (ja) * 2015-07-31 2017-02-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
CN106409819A (zh) * 2015-07-31 2017-02-15 瑞萨电子株式会社 半导体装置
CN106409819B (zh) * 2015-07-31 2021-10-01 瑞萨电子株式会社 半导体装置
JP2018018952A (ja) * 2016-07-28 2018-02-01 三菱電機株式会社 半導体装置
CN107665875A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 三菱电机株式会社 半导体装置
CN107658283A (zh) * 2017-09-30 2018-02-02 杭州士兰微电子股份有限公司 用于电机驱动的集成功率模块和智能功率模块
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