JP2010182978A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】封止品質を低下させることなく所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】本発明による半導体装置１は、一方のリードフレーム２と、他方のリードフレーム３と、一方のリードフレーム２の含む平面コイル４と他方のリードフレーム３の含む平面コイル５とにより挟持される絶縁薄膜６とを含むとともに、絶縁薄膜６が、平面コイル４、５の巻回中心の径方向外側から径方向内側に向けて封入樹脂を誘導する誘導手段を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車、トラック、バス等の車両に適用されて好適な半導体装置であって、特には平面トランスを内蔵する半導体装置に関する。

近年においては、車載機器の小型化の要請が高くなっており、車載機器内部に搭載される半導体装置においては、半導体素子、回路パターン、抵抗、キャパシタ、等の集積化が進むとともに、相対的にインダクタンス成分を有する電源部の容積率が上昇することを招いている。このような電源部の容積率を低下させるために、インダクタンス成分を有するトランスを平面トランスとして、小型化、平板化を図るとともに、回路パターンや抵抗、キャパシタ、半導体素子が実装される基板上に一体的に形成することが例えば、特許文献１に記載されているように提案されている。

特開２００１−１１０６３９号公報

このような従来技術における半導体装置においては、平面トランスを構成する一対の平面コイルを、それぞれ別個のリードフレームにより構成して、一方の平面コイルと他方の平面コイルを厚み方向にオーバーラップさせて、一方の平面コイルと他方の平面コイルにより絶縁フィルムを挟持して、絶縁フィルムと一方及び他方の平面コイルとを接着して、樹脂封止時における樹脂の流動により、平面コイル相互間の厚み方向の間隔が変動することを防止して間隔を一定として、平面コイル相互間の短絡、過大な離隔、平行度合いの低下を防止して、所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することが行われる。

ところが、このように平面コイル相互間に単に絶縁フィルムを挟持した場合においては、一方及び他方のリードフレームの対向面と反対側の面はダイアタッチ材により封止されており、対向面においては絶縁フィルムにより封止されているため、リードフレームを構成する径方向に隣接する導体相互間の隙間に平面コイルの巻回中心を中心とした径方向外側から径方向内側に樹脂を充填するにあたって、径方向外側に位置する導体と径方向内側に位置する導体との間に形成される渦巻き状の隙間を通過させて樹脂を充填する必要があるため、平板コイルの巻回中心近傍まで樹脂が十分に行き届かずに、途中で樹脂が固化してしまい、封止品質が大幅に低下するという問題が生じるおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑み、封止品質を低下させることなく所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することができる半導体装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、
一方のリードフレームと、
他方のリードフレームと、
前記一方のリードフレームの含む平面コイルと前記他方のリードフレームの含む平面コイルとにより挟持される絶縁薄膜とを含むとともに、
前記絶縁薄膜が、前記平面コイルの巻回中心の径方向外側から径方向内側に向けて封入樹脂を誘導する誘導手段を含むことを特徴とする。

ここで、前記絶縁薄膜とは例えば絶縁フィルムにより構成される。なお一般的には、前記一方のリードフレームの前記他方のリードフレームと反対側の面には絶縁物すなわちダイアタッチ材が接合され、当該ダイアタッチ材の前記他方のリードフレームと反対側の面には例えば低圧素子が実装され、低圧素子と、前記一方のリードフレームの含む平面コイルとはＡｕワイヤ等のボンディングワイヤにより電気的な接続がなされる。

同様に、前記他方のリードフレームの前記一方のリードフレームと反対側の面にも絶縁物すなわちダイアタッチ材が接合され、当該ダイアタッチ材の前記一方のリードフレームと反対側の面には例えば高圧素子が実装され、高圧素子と、前記他方のリードフレームの含む平面コイルとはＡｕワイヤ等のボンディングワイヤにより電気的な接続がなされる。

このように、前記一方のリードフレームにおいて、前記ダイアタッチ材、前記低圧素子、前記Ａｕワイヤが実装され、前記他方のリードフレームにおいて、前記ダイアタッチ材、前記高圧素子、前記Ａｕワイヤが実装された後に構成されるアッシーを、所定の射出成形用金型内部に載置して、樹脂を充填して樹脂封止した後に前記半導体装置が形成される。

なお、前記絶縁薄膜が、前記平面コイルの巻回中心の径方向外側から径方向内側に向けて封入樹脂を誘導する誘導手段を含むことのより具体的な形態としては、例えば、前記平面コイルに対して、前記絶縁薄膜を部分的かつ分割的に配置して、前記巻回中心の径方向外側から前記径方向内側に向けて、前記平面コイルを構成する前記リードフレームの前記径方向に隣接して位置する導体の隙間相互間を、前記径方向においてバイパスする経路を構成して、当該経路を前記誘導手段とすることができる。

この場合において、例えば、四角形状かつ渦巻き状の前記平面コイルにおいて、前記巻回中心近傍と、前記四角形状の四隅に、例えば前記導体の前記径方向幅の数倍程度の一辺を有する四角柱形状の前記絶縁薄膜を部分的且つ分割的に載置して接着することとしても良いし、前記巻回中心近傍と、前記四角形状の四隅においてのみ、部分的に前記絶縁薄膜が接触するように、前記絶縁薄膜の厚み方向の両面において、部分的に突出する前記四角柱形状の突部を備える構成としてもよい。

さらに、前記射出成形用金型において前記樹脂の流動方向が予め定まる場合には、当該流動方向に対して長辺方向を有する長方形柱状の前記絶縁薄膜、又は、前記長方形柱状の突部を備える前記絶縁薄膜を備えることとしてもよい。また、前記流動方向に指向する楔形状や、楕円形状の前記絶縁薄膜又は前記突部を備える前記絶縁薄膜を備えることとしても良い。

これらのいずれの形態においても、前記絶縁被膜が、前記平面コイルの前記巻回中心の径方向外側から前記径方向内側に向けて前記封入樹脂を誘導する誘導手段を含むこととなるので、前記樹脂封止において、前記封止用樹脂が前記平面コイルを構成する前記四角形状且つ前記渦巻き状の前記リードフレームの前記導体相互の前記径方向の間に位置する隙間を介して充填されることを廃することができ、前記径方向において、前記平面コイルを構成する前記リードフレームの前記径方向に隣接して位置する導体の隙間相互間を、前記径方向においてバイパスする経路を経由して、前記封止樹脂を前記径方向外側から内側に向けて充填することができる。

これにより、前記樹脂封止時において、前記平板コイルの巻回中心近傍まで樹脂が十分に行き届かずに、途中で樹脂が固化してしまい、封止品質が大幅に低下するという不具合が発生することを防止して、所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することができる。

本発明によれば、封止品質を低下させることなく所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することができる半導体装置を提供することができる。

本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係わる半導体装置の製造工程前の一実施形態を示す模式図であり、図２は、図１に示した半導体装置において絶縁フィルムを平板コイルの前面に載置した場合を示す模式断面図である。図３は、本発明に係わる半導体装置の製造工程途中のアッシーの一実施形態を示す模式図であり、図４は、図３に示した半導体装置のアッシーにおいて絶縁フィルムを平板コイルの全面に載置した場合を示す模式断面図である。図５は、図３に示した半導体装置のアッシーを樹脂封止した後の状態を示す模式図であり、図６は、図４に示した半導体装置のアッシーを樹脂封止した後の状態を示す模式図である。図７は、図１に示した半導体装置の絶縁フィルムの変形例を示す模式図である。

図１に示すように、本実施例の半導体装置１は、一方のリードフレーム２と、他方のリードフレーム３と、一方のリードフレーム２の含む平面コイル４と他方のリードフレーム３の含む平面コイル５とにより挟持される絶縁フィルム６とを含む。絶縁フィルム６は絶縁薄膜を構成する。なお、リードフレームとは、半導体パッケージの内部配線として使われる薄板の金属を指す。

絶縁フィルム６は、平面コイル４及び平面コイル５の巻回中心の径方向外側から径方向内側に向けて封入樹脂を誘導する誘導手段を含む。ここでは、図１に示すように、絶縁フィルム６は、四角形状且つ渦巻き状に巻回される平面コイル５の四隅に対応する四角形状の絶縁フィルム部分６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、巻回中心近傍に対応する四角形状の絶縁フィルム部分６ｅを含む。

絶縁フィルム部分６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは、平面コイル５を構成する導体の幅の数倍程度の一辺を有して、それぞれ、接着剤により平面コイル５に四隅に接着され、絶縁フィルム部分６ｅも、平面コイル５を構成する導体の幅の数倍程度の一辺を有して、それぞれ、接着剤により平面コイル５の巻回中心近傍に接着される。

このように絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅが接着された平面コイル５を一対備えるリードフレーム３に対して、一対の平面コイル４を備えるリードフレーム１を平面コイル５に平面コイル４がオーバーラップするように載置して、それぞれの絶縁フィルム６ａ〜６ｅに平面コイル４の隅部及び巻回中心近傍を接着剤により接合する。

つまり、本実施例の半導体装置１においては、平面コイル５及び平面コイル４ともに、巻回中心に対して径方向外側に位置する導体と、隣接して径方向内側に位置する導体との間に形成される隙間を、径方向外側から径方向内側に向けてバイパスする経路が絶縁フィルム部分６ａと絶縁フィルム部分６ｂとの周方向隙間に、絶縁フィルム部分６ｂと絶縁フィルム部分６ｃとの周方向隙間、絶縁フィルム部分６ｃと絶縁フィルム部分６ｄとの周方向隙間、絶縁フィルム部分６ｄと絶縁フィルム部分６ａとの周方向隙間にそれぞれ形成され、これらの経路が、封止樹脂を径方向外側から径方向内側に誘導する誘導手段を構成する。

なお、絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅは、平面コイル４と平面コイル５との平行性を確保する観点から、載置位置としては荷重支持の観点から適宜適切な位置を選択することが好ましい。

これに対して、例えば、図２に示すように、絶縁フィルム６を、一対の平面コイル５の全面にオーバーラップする一体物とした場合においては、以下のような問題点が生じる。
図２に示す形態においては、平面コイル４、５相互間に単に一体物の絶縁フィルム６を挟持しているので、図４に示すように、一方のリードフレーム２及び他方のリードフレーム３の対向面と反対側の面がダイアタッチ材７（絶縁物）により封止された後において、一方のリードフレーム２の他方のリードフレーム３と反対側の面にはダイアタッチ材７が接合され、ダイアタッチ材７の他方のリードフレーム３と反対側の面には低圧素子８が実装され、低圧素子８と一方のリードフレーム２の含む平面コイル４とはＡｕワイヤ１０により電気的な接続がなされる。

同様に、図４に示すように、他方のリードフレーム３の一方のリードフレーム２と反対側の面にもダイアタッチ材７が接合され、ダイアタッチ材７の一方のリードフレーム２と反対側の面には高圧素子９が実装され、高圧素子９と、他方のリードフレーム３の含む平面コイル５とはＡｕワイヤ１０により電気的な接続がなされる。

このように、一方のリードフレーム２において、ダイアタッチ材７、低圧素子８、Ａｕワイヤ１０が実装され、他方のリードフレーム３において、ダイアタッチ材７、高圧素子９、Ａｕワイヤ１０が実装された後に構成されるアッシーを、図６中破線で示す射出成形用金型内部に載置して、絶縁及び防塵のために樹脂封止を実行する工程において、樹脂を充填して樹脂封止した後に半導体装置が形成されることとなる。

ところが、一方のリードフレーム２において、他方のリードフレーム３との対向面においては絶縁フィルム６により封止されており、対向面と反対側の面もダイアタッチ材７により封止されているため、リードフレーム２を構成する径方向に隣接する導体相互間の隙間に平面コイル４の巻回中心を中心とした径方向外側から径方向内側に樹脂を充填するにあたって、径方向外側に位置する導体と径方向内側に位置する導体との間に形成される巻回中心の周方向に延びる渦巻き状の長大な隙間を通過させて樹脂を充填する必要があるため、図６に示すように、平板コイル４の巻回中心近傍まで樹脂が十分に行き届かずに、途中で樹脂が固化してしまい、巻回中心近傍では空洞が発生して、封止品質が大幅に低下するという問題が生じる。

同様に、他方のリードフレーム３においても、一方のリードフレーム２との対向面においては絶縁フィルム６により封止されており、対向面と反対側の面もダイアタッチ材７により封止されているため、リードフレーム３を構成する径方向に隣接する導体相互間の隙間に平面コイル５の巻回中心を中心とした径方向外側から径方向内側に樹脂を充填するにあたって、径方向外側に位置する導体と径方向内側に位置する導体との間に形成される巻回中心の周方向に延びる長大な渦巻き状の隙間を通過させて樹脂を充填する必要があるため、これも図６に示すように、平板コイル５の巻回中心近傍まで樹脂が十分に行き届かずに、途中で樹脂が固化してしまい、巻回中心近傍では空洞が発生して、封止品質が大幅に低下するという問題が生じる。

ところが、本実施例の半導体装置１においては、図１に示したように、絶縁フィルム６を五つの絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅにより構成して、平面コイル４及び平面コイル５の巻回中心近傍と四隅にそれぞれ配置して接着して、図３に示すようなアッシーを構成した上で、図５に示すように、樹脂封止工程を実行することとなるので、絶縁フィルム６が、平面コイル４、５の巻回中心の径方向外側から径方向内側に向けて封入樹脂を誘導する誘導手段を構成する前述したバイパス機能を有する経路を含むこととすることができる。

これにより、樹脂封止時において、封止用の樹脂が平面コイル４、５を構成する四角形状且つ渦巻き状のリードフレーム２又は３の径方向に隣接する導体相互の径方向の間に位置する隙間を介して充填されることを廃することができる。つまり、径方向において、平面コイル４、５を構成するリードフレーム１、２の径方向に隣接して位置する導体の隙間相互間を径方向においてバイパスする絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅにより構成される経路を経由して、封止樹脂を径方向外側から内側に向けて充填することができる。

このため、本実施例の半導体装置１においては、樹脂封止時において、平板コイル４、５の巻回中心近傍まで樹脂を充填するにあたっての、樹脂が通過する経路を、平板コイル４及び５を構成する径方向に隣接する導体相互間に形成される、巻回中心の周方向に延びる長大な経路とすることに変えて、径方向にバイパスされた経路とすることができるので、樹脂封止時において前述した射出成形用金型内部に発生する圧力が、平板コイル４及び５の巻回中心近傍まで十分に行き届くものとして、樹脂を巻回中心まで十分に行き届かせることができる。これにより、巻回中心に至らない途中で樹脂が停止して固化してしまい、封止品質が大幅に低下するという不具合が発生することを防止して、所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

例えば、上述した実施例の半導体装置１においては、絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅの形状を四角形状としたが、円柱形状、楕円柱形状、楔柱形状、等、適宜変更することが可能である。

また、絶縁フィルム６については、上述した実施例において示したように、絶縁フィルム部分６ａをそれぞれ独立させた形態とすることもできるが、例えば図７に示すように、絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅを両面に突出させて備えて、一枚の平板状に構成することもできる。この場合においては、それぞれ独立させた形態とすることに比べて、微細な絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅをそれぞれ平面コイル４に載置して接着する工程をより簡略化することができる。

さらに、図８に示すように、絶縁フィルム６を、リードフレーム２の構成する平面コイル４又はリードフレーム３の構成する平面コイル５の巻回中心と径方向外側をバイパスする切り欠き部６ｆを有する形態の凹字状又はコの字状に形成することももちろん可能である。この場合においても、絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅをそれぞれ独立させた形態とすることに比べて、微細な絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅをそれぞれ平面コイル４に載置して接着する工程をより簡略化することができ、絶縁フィルム部分６ａ〜６ｅを図７二示したように突出させて備えることに較べて、絶縁フィルム６の形態をより簡略化することができる。

本発明は、封止品質を低下させることなく所望した平面トランスのゲインと電圧変動率を確保することができる半導体装置に関するものであり、比較的軽微な変更により、所望の効果を得ることができるので、乗用車、トラック、バス等の様々な車両に用いられる半導体装置に適用して有益なものである。

１ 半導体装置
２ リードフレーム
３ リードフレーム
４ 平面コイル
５ 平面コイル
６ 絶縁フィルム
６ａ 絶縁フィルム部分
６ｂ 絶縁フィルム部分
６ｃ 絶縁フィルム部分
６ｄ 絶縁フィルム部分
６ｅ 絶縁フィルム部分
６ｆ 切り欠き
７ ダイアタッチ材
８ 低圧素子
９ 高圧素子
１０ Ａｕワイヤ

Claims (1)

1. 一方のリードフレームと、他方のリードフレームと、前記一方のリードフレームの含む平面コイルと前記他方のリードフレームの含む平面コイルとにより挟持される絶縁薄膜とを含むとともに、前記絶縁薄膜が、前記平面コイルの巻回中心の径方向外側から径方向内側に向けて封入樹脂を誘導する誘導手段を含むことを特徴とする半導体装置。