JP2012099773A - Manufacturing method of semiconductor module and semiconductor module - Google Patents

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敦哉 山▲崎▼
Kotaro Terao
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a reliable semiconductor module which includes a structure in which a structure mounting a conductor chip on a heat sink is provided in a mold layer.SOLUTION: Semiconductor chips 31 and 32 are joined on a heat sink 11 by soldering or the like (chip mounting process). Then, one ends of internal leads (leads) 41, 42 are respectively connected to cathode electrodes 312, 322 on surfaces of semiconductor chip bodies 311, 321 to be fixed thereto. Further, the other ends of the internal leads 41, 42 are respectively fixed to the other end sides of external leads 12, 13 by soldering (internal lead fix process). Subsequently, a rectangular shape mold layer 60 covering the semiconductor chips 31 and 32 is formed (mold process). After that, connecting parts 15, 16 are cut at the side close to the heat sink 11, and connecting parts 17 to 21 are cut.

Description

本発明は、半導体チップを放熱板上に搭載した構成がモールド層中に設けられた構成を具備する半導体モジュールの製造方法に関する。また、この半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor module having a configuration in which a configuration in which a semiconductor chip is mounted on a heat sink is provided in a mold layer. The present invention also relates to this semiconductor module.

大電流の動作を行うパワー半導体素子として、整流用のダイオードがある。こうしたダイオードは、高い放熱性をもつ基板(放熱板)上に搭載された上でモールドされ、電極端子がその外部に取り出された形態とされる。例えばこれらのダイオードはDC−DCコンバータに用いられるが、その際には、複数のダイオードが並列に接続されて用いられる場合が多いため、複数のダイオードチップ(シリコンチップ)が一方の端子を共通にした形態で内蔵された構造をもつ半導体モジュールとされる場合が多い。ダイオードチップは例えば数mm角程度の大きさであり、その両面にそれぞれアノード電極とカソード電極が設けられている。こうした場合の半導体モジュールの構成は、例えば特許文献1、特許文献2に記載されている。   As a power semiconductor element that operates with a large current, there is a rectifying diode. Such a diode is mounted on a substrate (heat radiating plate) having a high heat dissipation property, molded, and electrode terminals are taken out from the outside. For example, these diodes are used in DC-DC converters. In this case, since a plurality of diodes are often connected in parallel, a plurality of diode chips (silicon chips) share one terminal in common. In many cases, the semiconductor module has a built-in structure. The diode chip has a size of, for example, a few mm square, and an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides thereof. The configuration of the semiconductor module in such a case is described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.

特許文献1に記載の技術においては、2つのダイオードにおけるアノード電極を共通の基板側に接続する構造を採用している。これによって、特別な絶縁構造を採用しない安価な半導体モジュールを実現している。   The technique described in Patent Document 1 employs a structure in which anode electrodes of two diodes are connected to a common substrate side. As a result, an inexpensive semiconductor module that does not employ a special insulating structure is realized.

特許文献2に記載の技術においては、複数のダイオードチップを同一の放熱板上に搭載し、屈曲した形状のリードを上側に引き出した構造を採用している。この際、複数のダイオードにおける同一極性のリードは並べて配列されている。また、ダイオードチップはモールド層中に封止され、リードの一部はこのモールド層から突出した構成とされる。これにより、製造が容易でかつ接続が容易な半導体モジュールを得ることができる。   The technology described in Patent Document 2 employs a structure in which a plurality of diode chips are mounted on the same heat sink and bent leads are drawn upward. At this time, leads of the same polarity in the plurality of diodes are arranged side by side. Further, the diode chip is sealed in the mold layer, and a part of the lead protrudes from the mold layer. Thereby, a semiconductor module that is easy to manufacture and easy to connect can be obtained.

特開2004−297864号公報JP 2004-297864 A 特開平6−13537号公報JP-A-6-13537

特許文献1、特許文献2に記載の半導体モジュールの製造は容易であるものの、上側に取り出されるリードの機械的強度が問題である。このリードには外部で電気的接続がとられるが、その際にリードに力が加わった場合には、リードに接続されたダイオードチップ(半導体チップ)に直接力が加わり、モールド層中において、これらの間の接合が破壊されたり、ダイオードチップが破損する場合があった。また、リードに電気的接続をとる際だけでなく、その製造時においても、各構成部品(リードや半導体チップ)を取り扱う際に、これらの間の接合部や半導体チップ等に過大な力が加わることがある。このため、この半導体モジュールの信頼性は低くなった。   Although manufacturing of the semiconductor modules described in Patent Document 1 and Patent Document 2 is easy, the mechanical strength of the lead taken out to the upper side is a problem. This lead is electrically connected to the outside, but if a force is applied to the lead at that time, a force is directly applied to the diode chip (semiconductor chip) connected to the lead, and these are in the mold layer. In some cases, the junction between the two was destroyed or the diode chip was damaged. Also, not only when electrical connection is made to the leads, but also when manufacturing each component (lead or semiconductor chip), an excessive force is applied to the joints or semiconductor chips between them. Sometimes. For this reason, the reliability of this semiconductor module became low.

従って、信頼性の高い半導体モジュールを容易に製造することは困難であった。   Therefore, it has been difficult to easily manufacture a highly reliable semiconductor module.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、放熱板の上に半導体チップが搭載された構造がモールド層中に設けられ、前記半導体チップの一方の極が前記放熱板に接続され、前記モールド層から突出したリードに前記半導体チップの他方の極が接続された構成を具備する半導体モジュールの製造方法であって、前記リードが、前記モールド層からその一端が突出する外部リードと、前記半導体チップにその一端が接続されその他端が前記外部リードの他端側に接続される弾性体で構成された内部リードと、を具備する構成とし、前記放熱板と前記外部リードとが、複数の連結部を用いて外枠部と略同一平面上で、前記放熱板と前記外部リードとが直接接さない状態で一体化された構成を具備するリードフレームが用いられ、前記リードフレームにおいて、前記放熱板と隣接する前記外部リードの一部を、前記リードフレームの法線方向に屈曲させる第1の曲げ加工工程と、前記リードフレームにおいて、前記外部リードの一部が屈曲された側に前記放熱板が移動するように、前記放熱板に接続された前記連結部を屈曲させる第2の曲げ加工工程と、前記放熱板から見て前記外部リードが存在する側の前記放熱板の主面上において、前記半導体チップの一方の極が前記放熱板に接続されるように前記半導体チップを搭載するチップ搭載工程と、前記内部リードの一端を前記半導体チップの他方の極に接続して固定し、かつ前記内部リードの他端を前記放熱板と隣接する前記外部リードの一部に接続して固定する内部リード固定工程と、前記放熱板上において、前記半導体チップと前記内部リードとを覆う構成で前記モールド層を形成するモールド工程と、を具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法において、前記放熱板と隣接する前記外部リードの一部には開口部が設けられ、前記内部リード固定工程において、前記内部リードの他端が前記開口部を貫通して前記外部リードから突出した形態とすることを特徴とする。
本発明の半導体モジュールの製造方法は、前記半導体チップと、前記半導体チップに接続される前記リードとを複数組具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、放熱板の一方の主面上に半導体チップが搭載された構造がモールド層中に設けられ、前記半導体チップの一方の極が前記放熱板に接続され、前記モールド層から突出したリードに前記半導体チップの他方の極が接続された構成を具備する半導体モジュールであって、前記リードは、前記モールド層からその一端が突出する外部リードと、前記半導体チップにその一端が接続されその他端が前記外部リードの他端側に接続される弾性体で構成された内部リードと、で構成され、前記外部リードは、前記放熱板から見て前記半導体チップが搭載された側と同一の側に前記放熱板と直接接さない状態で設置され、かつ前記放熱板に隣接する他端側の一部が、前記放熱板側に向かって屈曲した形状とされ、前記放熱板上において、前記半導体チップと前記内部リードとが前記モールド層中に封止されたことを特徴とする。
本発明の半導体モジュールにおいて、前記外部リードの他端側の一部には開口部が設けられ、前記モールド層中において前記内部リードの他端が前記開口部を貫通して前記外部リードから突出した形態を具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールは、前記半導体チップと、前記半導体チップと対応する前記リードとを複数組具備することを特徴とする。
本発明の半導体モジュールにおいて、前記半導体チップはダイオードチップであることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
In the semiconductor module manufacturing method of the present invention, a structure in which a semiconductor chip is mounted on a heat sink is provided in a mold layer, and one pole of the semiconductor chip is connected to the heat sink and protrudes from the mold layer. A method of manufacturing a semiconductor module comprising a configuration in which the other pole of the semiconductor chip is connected to the lead, wherein the lead has an external lead protruding at one end from the mold layer, and one end at the semiconductor chip. Is connected to the other end of the external lead, and the heat dissipation plate and the external lead are connected using a plurality of connecting portions. A lead frame having a configuration in which the heat radiating plate and the external lead are integrated with each other on the substantially same plane as the outer frame portion is not used, and the lead frame is used. In the first bending process of bending a part of the external lead adjacent to the heat sink in the normal direction of the lead frame, a part of the external lead is bent in the lead frame. A second bending step for bending the connecting portion connected to the heat sink so that the heat sink moves to the side, and the heat sink on the side where the external leads are present when viewed from the heat sink. On the main surface, a chip mounting step for mounting the semiconductor chip so that one pole of the semiconductor chip is connected to the heat sink, and one end of the internal lead is connected to the other pole of the semiconductor chip. An internal lead fixing step of fixing and fixing the other end of the internal lead by connecting to a part of the external lead adjacent to the heat sink; and on the heat sink, the semiconductor chip and the inner lead Characterized by comprising a molding step of forming the mold layer in a configuration covering the lead, the.
In the semiconductor module manufacturing method of the present invention, an opening is provided in a part of the external lead adjacent to the heat sink, and the other end of the internal lead penetrates the opening in the internal lead fixing step. And projecting from the external lead.
The method of manufacturing a semiconductor module according to the present invention includes a plurality of sets of the semiconductor chip and the leads connected to the semiconductor chip.
In the semiconductor module of the present invention, a structure in which a semiconductor chip is mounted on one main surface of a heat sink is provided in a mold layer, and one pole of the semiconductor chip is connected to the heat sink, from the mold layer A semiconductor module having a configuration in which the other pole of the semiconductor chip is connected to a protruding lead, wherein the lead is connected to an external lead having one end protruding from the mold layer and one end connected to the semiconductor chip. And an internal lead made of an elastic body whose other end is connected to the other end side of the external lead, and the external lead is the same as the side on which the semiconductor chip is mounted as viewed from the heat sink And a part of the other end side adjacent to the heat radiating plate is bent toward the heat radiating plate. Oite, characterized in that said semiconductor chip and the inner leads are sealed in the mold layer.
In the semiconductor module of the present invention, an opening is provided in a part on the other end side of the external lead, and the other end of the internal lead protrudes from the external lead through the opening in the mold layer. It is characterized by having a form.
The semiconductor module of the present invention includes a plurality of sets of the semiconductor chip and the leads corresponding to the semiconductor chip.
In the semiconductor module of the present invention, the semiconductor chip is a diode chip.

本発明は以上のように構成されているので、信頼性の高い半導体モジュールを容易に製造することができる。   Since this invention is comprised as mentioned above, a highly reliable semiconductor module can be manufactured easily.

本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において用いられるリードフレームの構成を、半導体チップが搭載される前までの状態において示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the lead frame used in the manufacturing method of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention in the state before mounting a semiconductor chip. 本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において用いられるリードフレームの構成を、半導体チップが搭載される前までの状態において示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the lead frame used in the manufacturing method of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention in the state before mounting a semiconductor chip. 本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において用いられるリードフレームを異なる方向から見た斜視図(a)、側面図(b)である。They are the perspective view (a) and the side view (b) which looked at the lead frame used in the manufacturing method of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention from the different direction. 本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において用いられるリードフレーム上の構成を、半導体チップが搭載される以降の状態において示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure on the lead frame used in the manufacturing method of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention in the state after a semiconductor chip is mounted. 本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において、内部リードの固定の状況を示す斜視図(a)、断面図(b)である。In the manufacturing method of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention, it is the perspective view (a) which shows the condition of fixation of an internal lead, and sectional drawing (b). 本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの一例において外部から電極端子を接続する際の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the form at the time of connecting an electrode terminal from the outside in an example of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る半導体モジュールの製造方法において、他の構成のリードフレームを用いた場合の形態の斜視図である。In the manufacturing method of the semiconductor module which concerns on embodiment of this invention, it is a perspective view of the form at the time of using the lead frame of another structure.

以下、本発明の実施の形態となる半導体モジュールについて説明する。この半導体モジュールにおいては、2つのダイオードチップ(シリコンチップ:半導体チップ)が同一の放熱板上に搭載された構造がモールド層中に封入されている。各ダイオードチップのアノード電極(一方の極)は、この放熱板に接続されており、各カソード電極(他方の極)に接続されたリードが、このモールド層から突出した構成とされる。ここで、リードは、モールド層からその一端が突出しその他端側に開口部が設けられた外部リードと、ダイオードチップにおけるカソード電極にその一端が接続されその他端が外部リードの他端側に接続される内部リードとで構成される。   Hereinafter, a semiconductor module according to an embodiment of the present invention will be described. In this semiconductor module, a structure in which two diode chips (silicon chip: semiconductor chip) are mounted on the same heat sink is enclosed in a mold layer. The anode electrode (one pole) of each diode chip is connected to this heat dissipation plate, and the lead connected to each cathode electrode (the other pole) protrudes from this mold layer. Here, the lead has an external lead whose one end protrudes from the mold layer and has an opening on the other end side, one end connected to the cathode electrode of the diode chip, and the other end connected to the other end side of the external lead. And internal leads.

この半導体モジュールを製造する際には、リードを構成するうちの一方である外部リードと放熱板とが一体化されたリードフレームが用いられる。このリードフレーム10の斜視図を図1に示す。ここで、このリードフレーム10は、平板から図1(a)の形態で製造され、第1の曲げ加工工程後に図1(b)の形態とされ、第2の曲げ加工工程後に図1(c)の形態とされる。また、これに対応した平面図を図2(a)〜(c)にそれぞれ示す。なお、実際にはこのリードフレーム10は多数が配列された形態で一体化された大面積の形態で使用され、これを用いて多数の半導体モジュールが製造される。図1、2に示されたリードフレーム10は、この大型のリードフレームのうち、1個の半導体モジュールに対応した箇所となっている。   When manufacturing this semiconductor module, a lead frame in which an external lead, which is one of the leads, and a heat sink are integrated is used. A perspective view of the lead frame 10 is shown in FIG. Here, the lead frame 10 is manufactured from a flat plate in the form of FIG. 1A, and after the first bending process, the lead frame 10 is formed in the form of FIG. 1B, and after the second bending process, FIG. ). Moreover, the top view corresponding to this is shown to Fig.2 (a)-(c), respectively. Actually, the lead frame 10 is used in the form of a large area integrated in a form in which a large number are arranged, and a large number of semiconductor modules are manufactured using this. The lead frame 10 shown in FIGS. 1 and 2 is a portion corresponding to one semiconductor module in the large lead frame.

図1(a)、図2(a)に示されるように、このリードフレーム10においては、放熱板11と、外部リード12、13とが外枠部14との間で連結部15〜21を用いて固定されている。ただし、放熱板11と外部リード12、13とは連結部15〜21、外枠部14を介してのみ接しており、直接には接していない。   As shown in FIGS. 1A and 2A, in the lead frame 10, the radiator plate 11 and the external leads 12 and 13 connect the connecting portions 15 to 21 between the outer frame portion 14. It is fixed using. However, the heat sink 11 and the external leads 12 and 13 are in contact only via the connecting portions 15 to 21 and the outer frame portion 14 and are not in direct contact.

リードフレーム10は、熱伝導率、電気伝導度が高く、充分な機械的強度をもち、かつ曲げ加工が可能な材料として、例えば銅や銅合金で構成される。このため、図1(a)、図2(a)の形態は、この材料で構成された平板を加工することによって形成される。ただし、放熱板11は外部リード12、13よりも厚く設定されるため、この平板においては、放熱板11となる箇所が厚く、外部リード12、13となる箇所がこれよりも薄くされる。また、連結部15〜21は、後で機械的に折り曲げられたり、切断されるために、外部リード12、13と同様に薄いことが好ましい。平板がこのような板厚設定とされた後に、例えばプレス加工等が施されることによって、図1(a)、図2(a)の形態のリードフレーム10が製造される。この状態では、放熱板11、外部リード12、13、外枠部14はいずれも平面形状であり、これらは略同一平面上に配置された形態となっている。なお、外部リード12、13の一端側に接続された連結部17、18の中心には、後でこれらを切断することが容易となるように、開口が形成されている。   The lead frame 10 is made of, for example, copper or a copper alloy as a material that has high thermal conductivity and high electrical conductivity, has sufficient mechanical strength, and can be bent. For this reason, the form of Fig.1 (a) and FIG.2 (a) is formed by processing the flat plate comprised with this material. However, since the heat radiating plate 11 is set to be thicker than the external leads 12 and 13, in this flat plate, the portion that becomes the heat radiating plate 11 is thick and the portion that becomes the external leads 12 and 13 is thinner. The connecting portions 15 to 21 are preferably thin like the external leads 12 and 13 in order to be mechanically bent or cut later. After the flat plate is set to such a plate thickness, for example, press processing or the like is performed, whereby the lead frame 10 in the form shown in FIGS. 1A and 2A is manufactured. In this state, the heat radiating plate 11, the external leads 12, 13 and the outer frame portion 14 are all in a planar shape, and these are arranged on substantially the same plane. In addition, an opening is formed in the center of the connecting portions 17 and 18 connected to one end side of the external leads 12 and 13 so that these can be easily cut later.

なお、図1(a)、図2(a)に示されるように、放熱板11、外部リード12、13には円形の開口や切り欠き部が形成されている。これらは、後で放熱板11、外部リード12、13をビス止め固定する際に用いられる。また、外部リード12、13における放熱板11側には、矩形開口部(開口部)121、131がそれぞれ設けられている。   As shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a), the heat sink 11 and the external leads 12 and 13 are formed with circular openings and notches. These are used later when fixing the heat sink 11 and the external leads 12 and 13 with screws. In addition, rectangular openings (openings) 121 and 131 are provided on the external leads 12 and 13 on the heat radiating plate 11 side, respectively.

次に、図1(a)、図2(a)の形態のリードフレーム10において、外部リード12、13の他端側の一部を、図1(b)、図2(b)に示されるように、下側に向かって折り曲げる(第1の曲げ加工工程)。この工程においては、外部リード12、13において矩形開口部121、131が形成されたその一部(他端側)を、共にリードフレーム10の法線方向(図中下側)に向かって屈曲させる。この作業は、通常の機械曲げ加工によって行うことができる。   Next, in the lead frame 10 shown in FIGS. 1A and 2A, a part of the other end side of the external leads 12 and 13 is shown in FIGS. 1B and 2B. Thus, it is bent toward the lower side (first bending process). In this step, a part (the other end side) where the rectangular openings 121 and 131 are formed in the external leads 12 and 13 are both bent toward the normal direction (lower side in the figure) of the lead frame 10. . This operation can be performed by ordinary mechanical bending.

次に、図1(c)、図2(c)に示されるように、放熱板11が元の位置と平行の状態で下側(外部リード12、13の一部が屈曲された側)に移動するように、放熱板11に接続された連結部15、16を折り曲げる(第2の曲げ加工工程)。これにより、放熱板11は、外枠部14よりも下側に平行に移動する。この際、外部リード12、13の折り曲げられた先端部と放熱板11とは接さない状態とされる。図1(c)、図2(c)の状態を図1(c)中の矢印方向上側から見た斜視図を図3(a)、この矢印方向から見た側面図を図3(b)に示す。   Next, as shown in FIGS. 1 (c) and 2 (c), the heat radiating plate 11 is parallel to the original position and is on the lower side (the side where the external leads 12, 13 are partially bent). The connecting portions 15 and 16 connected to the heat radiating plate 11 are bent so as to move (second bending process). Thereby, the heat sink 11 moves in parallel below the outer frame portion 14. At this time, the bent tips of the external leads 12 and 13 are not in contact with the heat sink 11. FIG. 3A is a perspective view of the state of FIG. 1C and FIG. 2C viewed from the upper side of the arrow in FIG. 1C, and FIG. Shown in

以上の工程により、最終的に、リードフレーム10は、図1(c)、図2(c)、図3に示された形態となる。この状態においては、外部リード12、13と放熱板11とは異なる平面上に位置し、矩形開口部121、131が形成された外部リード12、13の他端側の一部は、放熱板11がある側に向かって屈曲した形状とされている。   Through the above steps, the lead frame 10 is finally in the form shown in FIG. 1C, FIG. 2C, and FIG. In this state, the external leads 12 and 13 and the heat sink 11 are located on different planes, and a part of the other end side of the external leads 12 and 13 where the rectangular openings 121 and 131 are formed is the heat sink 11. The shape is bent toward the side.

この形態とされたリードフレーム10上に半導体チップが搭載される。また、内部リードが半導体チップと接続され、この内部リードが外部リードと接続されることによって、リード(外部リード)と半導体チップとの電気的接続がなされる。ここで用いられる半導体チップは、例えばダイオードが内部に形成されたダイオードチップである。その形状は矩形体であり、その裏面側(放熱板11に接合される側)にダイオードのアノード電極が、表面側にカソード電極がそれぞれ設けられている。   A semiconductor chip is mounted on the lead frame 10 in this form. Further, the internal lead is connected to the semiconductor chip, and the internal lead is connected to the external lead, whereby the lead (external lead) and the semiconductor chip are electrically connected. The semiconductor chip used here is, for example, a diode chip in which a diode is formed. The shape is a rectangular body, and the anode electrode of the diode is provided on the back surface side (side joined to the heat sink 11), and the cathode electrode is provided on the front surface side.

図4は、上記の形態のリードフレーム10上に半導体チップを搭載する以降の工程を示す、図1に対応した斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view corresponding to FIG. 1, showing the subsequent steps for mounting the semiconductor chip on the lead frame 10 of the above-described form.

まず、図4(a)に示されるように、半導体チップ31、32が、放熱板11上にはんだ等を用いて接合される(チップ搭載工程)。半導体チップ31、32が搭載されるのは、放熱板11から見て外枠部14や外部リード12、13が存在する側の放熱板11の主面である。半導体チップ31、32は、矩形体形状の半導体チップ本体311、321の表面にカソード電極312、322が形成された構成をなしている。半導体チップ31、32の接合の際、これらの裏面にあるアノード電極と放熱板11とは電気的にも接合されるため、基板11は半導体チップ31、32共通のアノード端子となる。   First, as shown in FIG. 4A, the semiconductor chips 31 and 32 are bonded onto the heat sink 11 using solder or the like (chip mounting process). The semiconductor chips 31 and 32 are mounted on the main surface of the heat sink 11 on the side where the outer frame portion 14 and the external leads 12 and 13 are present when viewed from the heat sink 11. The semiconductor chips 31 and 32 are configured such that cathode electrodes 312 and 322 are formed on the surfaces of rectangular semiconductor chip bodies 311 and 321. When the semiconductor chips 31 and 32 are bonded, the anode electrode on the back surface of the semiconductor chips 31 and 32 and the heat radiating plate 11 are also bonded electrically, so that the substrate 11 serves as an anode terminal common to the semiconductor chips 31 and 32.

次に、図4(b)に示されるように、内部リード(リード)41、42のそれぞれの一端を半導体チップ本体311、321の表面にあるカソード電極312、322とそれぞれ接続して固定する。また、内部リード41、42のそれぞれの他端を外部リード12、13の他端側(放熱板11と隣接し、屈曲した外部リード12、13の一部)にそれぞれはんだで固定する(内部リード固定工程)。これにより、内部リード41、42はこの構造中で固定される。この際、内部リード41、42の他端は外部リード12における矩形開口部121、外部リード13における矩形開口部131をそれぞれ貫通した上ではんだによって外部リード12、13にそれぞれ接合される。   Next, as shown in FIG. 4B, one end of each of the internal leads (leads) 41 and 42 is connected and fixed to the cathode electrodes 312 and 322 on the surfaces of the semiconductor chip bodies 311 and 321, respectively. Also, the other end of each of the internal leads 41 and 42 is fixed to the other end side of the external leads 12 and 13 (adjacent to the heat sink 11 and part of the bent external leads 12 and 13) with solder (internal leads). Fixing process). Thereby, the internal leads 41 and 42 are fixed in this structure. At this time, the other ends of the internal leads 41 and 42 penetrate the rectangular opening 121 in the external lead 12 and the rectangular opening 131 in the external lead 13, respectively, and are joined to the external leads 12 and 13 by solder.

内部リード41、42は、それぞれクランク状に屈曲した形状をなすが、その材質は、導電性でありかつ弾性変形が可能な材料を用いることができ、リードフレーム10とは異なる材料を用いることができる。   The internal leads 41 and 42 each have a shape bent in a crank shape, and the material thereof can be a conductive and elastically deformable material, and a material different from that of the lead frame 10 can be used. it can.

図5(a)は、外部リード12、内部リード41、半導体チップ31の間の接合の状況を示す拡大斜視図、これらの接合部分の断面図が図5(b)である。半導体チップ本体311の裏面に形成されたアノード電極313と放熱板11とははんだ層51で接合され、半導体チップ本体311の表面に形成されたカソード電極312と内部リード41の一端(図5(b)における左側下面)とははんだ層52で接合される。内部リード41の他端(図5(b)における右端)が外部リード12における矩形開口部121を貫通した状態で、矩形開口部121中にはんだ層53が形成されることによって、内部リード41と外部リード12とが接合される。なお、斜視図(図5(a))においては、はんだ層51〜53の記載は省略している。   FIG. 5A is an enlarged perspective view showing a bonding state among the external lead 12, the internal lead 41, and the semiconductor chip 31, and FIG. 5B is a sectional view of these bonding portions. The anode electrode 313 formed on the back surface of the semiconductor chip body 311 and the heat sink 11 are joined by the solder layer 51, and the cathode electrode 312 formed on the surface of the semiconductor chip body 311 and one end of the internal lead 41 (FIG. 5B The solder layer 52 is joined to the lower left surface in FIG. By forming the solder layer 53 in the rectangular opening 121 with the other end of the internal lead 41 (the right end in FIG. 5B) penetrating the rectangular opening 121 in the external lead 12, the internal lead 41 and The external lead 12 is joined. In addition, in the perspective view (FIG. 5A), the description of the solder layers 51 to 53 is omitted.

次に、図4(c)に示されるように、半導体チップ31、32を覆う矩形体形状のモールド層60を形成する(モールド工程)。モールド層60は、例えば樹脂材料で構成される。この工程は、通常の半導体モジュールを製造する場合に行われるモールド工程と同様である。この際に、連結部15〜21はいずれもモールド層60の外側に露出した形態とされる。   Next, as shown in FIG. 4C, a rectangular mold layer 60 covering the semiconductor chips 31 and 32 is formed (molding step). The mold layer 60 is made of, for example, a resin material. This step is the same as the molding step performed when manufacturing a normal semiconductor module. At this time, all of the connecting portions 15 to 21 are exposed to the outside of the mold layer 60.

その後、連結部15、16を放熱板11に近い側で切断し、かつ連結部17〜21を切断することによって外枠部14を分離すれば、図4(d)に示されるように、個々の半導体モジュール100が得られる。この半導体モジュール100を使用する際には、外部リード12、13に、外部から配線が接続される。   Then, if the outer frame part 14 is separated by cutting the connecting parts 15 and 16 on the side close to the heat sink 11 and cutting the connecting parts 17 to 21, as shown in FIG. The semiconductor module 100 is obtained. When the semiconductor module 100 is used, wiring is connected to the external leads 12 and 13 from the outside.

上記の製造方法を実行するに際して、図4(c)に示された構造(放熱板11上の構造)は、外枠部14ごと取り扱うことができる。前記のように、実際には、多数のリードフレーム10が配列された大型のリードフレームを用いて同時に多数の半導体モジュールが製造される。この場合においても、図4(c)に示された構造が配列された構造全体を外枠部14を用いて扱うことが可能である。この点については、図4(a)(b)の状態においても同様であり、半導体チップ31、32が搭載された以降の工程において、外枠部14と直接接触することによって、全体の構造を取り扱うことが可能である。この際、外部リード12、13や放熱板11は連結部15〜21を介して外枠部14と接続されているため、外枠部14を取り扱うことによって加わる力は、外部リード12、13や放熱板11に連結部15〜21を介して伝わり、半導体モジュールにおいて最も重要な構成要素である半導体チップ31、32にはこの力が直接伝わることはない。また、半導体チップ31、32と内部リード41、42との接合部にもこの力が伝わらないため、これらの間のはんだ接合部の破壊も抑制される。   When the above manufacturing method is executed, the structure shown in FIG. 4C (the structure on the heat dissipation plate 11) can be handled together with the outer frame portion 14. As described above, in practice, a large number of semiconductor modules are manufactured simultaneously using a large lead frame in which a large number of lead frames 10 are arranged. Even in this case, the entire structure in which the structure shown in FIG. 4C is arranged can be handled using the outer frame portion 14. This is the same in the state of FIGS. 4A and 4B. In the subsequent steps after the semiconductor chips 31 and 32 are mounted, the entire structure is obtained by directly contacting the outer frame portion 14. It is possible to handle. At this time, since the external leads 12 and 13 and the heat radiating plate 11 are connected to the outer frame portion 14 via the connecting portions 15 to 21, the force applied by handling the outer frame portion 14 is the external leads 12, 13 and This force is transmitted to the heat sink 11 via the connecting portions 15 to 21 and this force is not directly transmitted to the semiconductor chips 31 and 32 which are the most important components in the semiconductor module. Further, since this force is not transmitted to the joint portion between the semiconductor chips 31 and 32 and the internal leads 41 and 42, the breakage of the solder joint portion between them is also suppressed.

また、高い歩留まりで高信頼性の半導体モジュールを製造するためには、上記の製造工程において、リード(外部リード、内部リード)、半導体チップ、放熱板の位置関係は高精度で維持されることが必要である。これに対して、リードフレーム10が図1(c)の形態とされて以降は、放熱板11、外部リード12、13の位置関係は連結部15〜21と外枠部14によって維持される。また、内部リード41、42とこれらとの間の位置関係は、外部リード12、13における矩形開口部121、131によって維持される。このため、上記の製造方法において、これらの構成要素の位置関係は高精度で維持される。このため、高い歩留まりで高い信頼性をもつ半導体モジュールを容易に製造することができる。   In order to manufacture a highly reliable semiconductor module with a high yield, the positional relationship among the leads (external leads, internal leads), the semiconductor chip, and the heat sink must be maintained with high accuracy in the above manufacturing process. is necessary. On the other hand, after the lead frame 10 is configured as shown in FIG. 1C, the positional relationship between the heat sink 11 and the external leads 12 and 13 is maintained by the connecting portions 15 to 21 and the outer frame portion 14. Further, the positional relationship between the internal leads 41 and 42 and these is maintained by the rectangular openings 121 and 131 in the external leads 12 and 13. For this reason, in the manufacturing method described above, the positional relationship between these components is maintained with high accuracy. For this reason, it is possible to easily manufacture a semiconductor module having a high yield and high reliability.

この半導体モジュール100に対して配線を接続する際の構成について、以下に説明する。この場合に配線を接続する際の形態を示す斜視図が図6である。まず、図6(a)は、モールド層60を形成した後の外観斜視図である。この状態においては、モールド層60から外部リード12、13の上部が上方かつ外側に向かって突出している。   A configuration when wiring is connected to the semiconductor module 100 will be described below. In this case, FIG. 6 is a perspective view showing a form when wiring is connected. First, FIG. 6A is an external perspective view after the mold layer 60 is formed. In this state, the upper portions of the external leads 12 and 13 protrude upward and outward from the mold layer 60.

次に、図6(b)に示されるように、モールド層60の上面に2個のナット61、62を埋め込む。ナット61、62は、それぞれが外部リード12、13に設けられた円形の開口部に対応する。   Next, as shown in FIG. 6B, two nuts 61 and 62 are embedded in the upper surface of the mold layer 60. The nuts 61 and 62 correspond to circular openings provided in the external leads 12 and 13, respectively.

次に、図6(c)に示されるように、外部リード12、13を内側に向かって折り曲げる。この際、外部リード12、13にある開口部と、ナット61、62とが対応する位置となっていれば、上方から、この開口部にビス63、64を貫通させることにより、配線を外部リード12、13にビス止めして固定することができる。   Next, as shown in FIG. 6C, the external leads 12 and 13 are bent inward. At this time, if the openings in the external leads 12 and 13 and the nuts 61 and 62 are in the corresponding positions, the wires 63 and 64 are passed through the openings from above, so that the wiring is connected to the external leads. 12 and 13 can be fixed with screws.

すなわち、モールド層60を形成後に、図6(b)に示された形態でナット61、62をモールド層60の上面に設置することにより、配線の接続を特に容易に行うことができる。   That is, after forming the mold layer 60, the nuts 61 and 62 are installed on the upper surface of the mold layer 60 in the form shown in FIG.

外部リード12、13を内側に向かって折り曲げる際には、これらに外部から大きな力が加わる。しかしながら、こうした場合においても、上記の構造の半導体モジュール10においては、外部リード12、13が直接半導体チップ31、32の固定されておらず、この際に発生する応力は内部リード41、42が弾性変形することによって緩和される。また、図5(b)に示された形態がモールド層60の中に形成されている。この場合、外部リード12を貫通して内部リード41の他端が突出した形態となっているため、外部リード12に対して図5(b)中の白矢印で示された方向に力が加わった際におけるモールド層60と外部リード12、内部リード41との間の接合の耐性も高まる。   When the external leads 12 and 13 are bent inward, a large force is applied to them from the outside. However, even in such a case, in the semiconductor module 10 having the above structure, the external leads 12 and 13 are not directly fixed to the semiconductor chips 31 and 32, and the stress generated at this time causes the internal leads 41 and 42 to be elastic. It is alleviated by deformation. Further, the form shown in FIG. 5B is formed in the mold layer 60. In this case, since the other end of the internal lead 41 protrudes through the external lead 12, a force is applied to the external lead 12 in the direction indicated by the white arrow in FIG. In this case, the bonding resistance between the mold layer 60 and the external leads 12 and the internal leads 41 is also increased.

また、内部リード41、42を外部リード12、13に接続する際には、内部リード41、42の他端をそれぞれ矩形開口部121、131に貫通させた後に、これらがはんだ(はんだ層53)で固定される。このため、内部リード41、42と外部リード12、13の接合の位置精度も高まる。   When connecting the internal leads 41 and 42 to the external leads 12 and 13, the other ends of the internal leads 41 and 42 are passed through the rectangular openings 121 and 131, respectively, and then solder (solder layer 53). It is fixed with. For this reason, the positional accuracy of joining of the internal leads 41 and 42 and the external leads 12 and 13 is also increased.

従って、この半導体モジュール100の信頼性を高めることができる。また、上記のリードフレーム10を用いてこの半導体モジュール100を容易に製造することができる。   Therefore, the reliability of the semiconductor module 100 can be increased. In addition, the semiconductor module 100 can be easily manufactured using the lead frame 10 described above.

なお、放熱板、リード(外部リード、内部リード)、外枠部、連結部が接続された形態をもつリードフレームの構成は、上記の製造方法が適用できる限りにおいて任意である。例えば、図7は、2つの放熱板上にそれぞれ半導体モジュールが2個並べて製造されるような形態としたリードフレーム410を用いた際のモールド工程後(図4(c)に対応)の形態の斜視図である。このリードフレーム410においては、放熱板411、412と、外部リード413〜416が各半導体モジュール用に用いられ、これらの外側に外枠部417が配置される。放熱板411と放熱板412とは、図中の中央付近で連結部418〜422で接続され、この箇所においてこの構造が連結部423によって外枠部417に接続される。また、放熱板411の左端部は、連結部424〜426を介して連結部427によって外枠部417に接続される。同様に、放熱板412の右端部は、連結部428〜430を介して連結部431によって外枠部417に接続される。外部リード413、414と外枠部417との接続方法、外部リード415、416と外部リード417との接続方法は図1に記載のリードフレーム10とそれぞれ同様である。   In addition, the structure of the lead frame having the form in which the heat radiating plate, the leads (external leads, internal leads), the outer frame portion, and the connecting portion are connected is arbitrary as long as the above manufacturing method can be applied. For example, FIG. 7 shows a form after the molding process (corresponding to FIG. 4C) when using the lead frame 410 configured such that two semiconductor modules are manufactured side by side on two heat sinks. It is a perspective view. In the lead frame 410, the heat radiating plates 411 and 412 and the external leads 413 to 416 are used for each semiconductor module, and the outer frame portion 417 is disposed outside these. The heat radiating plate 411 and the heat radiating plate 412 are connected by connecting portions 418 to 422 in the vicinity of the center in the figure, and this structure is connected to the outer frame portion 417 by the connecting portion 423 at this location. Further, the left end portion of the heat sink 411 is connected to the outer frame portion 417 by the connecting portion 427 via the connecting portions 424 to 426. Similarly, the right end portion of the heat sink 412 is connected to the outer frame portion 417 by the connecting portion 431 via the connecting portions 428 to 430. The connection method between the external leads 413 and 414 and the outer frame portion 417 and the connection method between the external leads 415 and 416 and the external lead 417 are the same as those of the lead frame 10 shown in FIG.

図7の構成に用いられるリードフレーム410においては、隣接する放熱板411、412において共通する連結部423が用いられる。これにより、第2の曲げ加工工程を、隣接する放熱板411、412で共通に行うことができるため、製造工程の単純化、第2の曲げ加工工程後の放熱板411、412の位置精度を向上させることができる。   In the lead frame 410 used in the configuration of FIG. 7, a common connecting portion 423 is used in the adjacent heat sinks 411 and 412. Thereby, since the 2nd bending process can be performed in common with the adjacent heat sinks 411 and 412, the manufacturing process is simplified, and the positional accuracy of the heat sinks 411 and 412 after the second bending process is increased. Can be improved.

なお、上記の例では、外部リード12、13の他端側に矩形開口部121、131を形成し、矩形開口部121、131を内部リード41、42が貫通させて形態として内部リード41、42と外部リード12、13を接続したが、これらの接続方法は任意である。例えば、矩形以外の形状の開口部を用いてもよく、開口部を用いずにこれらを直接接続してはんだで固定することもできる。   In the above example, the rectangular leads 121 and 131 are formed on the other end side of the external leads 12 and 13, and the rectangular leads 121 and 131 are penetrated by the internal leads 41 and 42 to form the internal leads 41 and 42. The external leads 12 and 13 are connected, but these connection methods are arbitrary. For example, an opening having a shape other than a rectangle may be used, and these may be directly connected and fixed with solder without using the opening.

また、上記の例では半導体チップとリードを2組ずつ用いていたが、これらを3組以上としてもよい。あるいは、1組だけであっても同様に半導体モジュールを製造できることは明らかである。また、放熱板を2個の半導体チップの共通のアノード電極として用いたが、放熱板を2つに分割可能な構成とし、それぞれを個々の半導体チップのアノード電極とすることも可能である。   In the above example, two pairs of semiconductor chips and leads are used, but these may be three or more. Alternatively, it is obvious that a semiconductor module can be similarly manufactured even with only one set. Further, although the heat radiating plate is used as a common anode electrode of two semiconductor chips, the heat radiating plate can be divided into two, and each can be used as an anode electrode of each semiconductor chip.

また、上記の例では、表面形状が平坦である放熱板に半導体チップが搭載されるとしたが、放熱板の表面の形態は、半導体チップを同様に搭載でき、かつ上記の製造方法が適用できる限りにおいて任意である。例えば、半導体チップを搭載しやすいような凹凸を適宜形成することもできる。   In the above example, the semiconductor chip is mounted on the heat sink having a flat surface shape. However, the surface of the heat sink can be mounted in the same manner, and the above manufacturing method can be applied. As long as it is optional. For example, irregularities that facilitate mounting of semiconductor chips can be formed as appropriate.

また、上記の例では、放熱板側にダイオードのアノード電極を接続し、リード側にカソード電極を接続する構成としたが、これらが逆であっても同様の効果を奏することは明らかである。また、ダイオードだけでなく、2つの電極端子を用いて駆動する半導体デバイスを用いた半導体モジュールであれば、同様の構成を使用することができることは明らかである。   In the above example, the anode electrode of the diode is connected to the heat radiating plate side and the cathode electrode is connected to the lead side. However, it is obvious that the same effect can be obtained even if these are reversed. It is obvious that a similar configuration can be used in a semiconductor module using a semiconductor device that is driven using not only a diode but also two electrode terminals.

10、410 リードフレーム
11、411、412 放熱板
12、13、413〜416 外部リード(リード)
14、417 外枠部
15〜21、418〜431 連結部
31、32 半導体チップ
41、42 内部リード(リード)
51〜53 はんだ層
60 モールド層
100 半導体モジュール
121、131 矩形開口部(開口部)
311、321 半導体チップ本体(半導体チップ)
312、322 カソード電極(半導体チップ)
313 アノード電極(半導体チップ)
10, 410 Lead frame 11, 411, 412 Heat sink 12, 13, 413-416 External lead (lead)
14, 417 Outer frame portion 15-21, 418-431 Connection portion 31, 32 Semiconductor chip 41, 42 Internal lead (lead)
51-53 Solder layer 60 Mold layer 100 Semiconductor module 121, 131 Rectangular opening (opening)
311 and 321 Semiconductor chip body (semiconductor chip)
312 and 322 Cathode electrode (semiconductor chip)
313 Anode electrode (semiconductor chip)

Claims (7)

放熱板の上に半導体チップが搭載された構造がモールド層中に設けられ、前記半導体チップの一方の極が前記放熱板に接続され、前記モールド層から突出したリードに前記半導体チップの他方の極が接続された構成を具備する半導体モジュールの製造方法であって、
前記リードが、前記モールド層からその一端が突出する外部リードと、前記半導体チップにその一端が接続されその他端が前記外部リードの他端側に接続される弾性体で構成された内部リードと、を具備する構成とし、
前記放熱板と前記外部リードとが、複数の連結部を用いて外枠部と略同一平面上で、前記放熱板と前記外部リードとが直接接さない状態で一体化された構成を具備するリードフレームが用いられ、
前記リードフレームにおいて、前記放熱板と隣接する前記外部リードの一部を、前記リードフレームの法線方向に屈曲させる第1の曲げ加工工程と、
前記リードフレームにおいて、前記外部リードの一部が屈曲された側に前記放熱板が移動するように、前記放熱板に接続された前記連結部を屈曲させる第2の曲げ加工工程と、
前記放熱板から見て前記外部リードが存在する側の前記放熱板の主面上において、前記半導体チップの一方の極が前記放熱板に接続されるように前記半導体チップを搭載するチップ搭載工程と、
前記内部リードの一端を前記半導体チップの他方の極に接続して固定し、かつ前記内部リードの他端を前記放熱板と隣接する前記外部リードの一部に接続して固定する内部リード固定工程と、
前記放熱板上において、前記半導体チップと前記内部リードとを覆う構成で前記モールド層を形成するモールド工程と、
を具備することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
A structure in which a semiconductor chip is mounted on a heat sink is provided in the mold layer, one pole of the semiconductor chip is connected to the heat sink, and the other pole of the semiconductor chip is connected to a lead protruding from the mold layer. A method for manufacturing a semiconductor module having a configuration in which
An external lead whose one end protrudes from the mold layer, and an internal lead composed of an elastic body having one end connected to the semiconductor chip and the other end connected to the other end of the external lead; And comprising
The heat sink and the external lead have a configuration in which the heat sink and the external lead are integrated with each other on a substantially same plane with the outer frame portion using a plurality of connecting portions. A lead frame is used,
In the lead frame, a first bending step of bending a part of the external lead adjacent to the heat sink in a normal direction of the lead frame;
In the lead frame, a second bending step of bending the connecting portion connected to the heat sink so that the heat sink moves to a side where a part of the external lead is bent;
A chip mounting step of mounting the semiconductor chip so that one pole of the semiconductor chip is connected to the heat sink on the main surface of the heat sink on the side where the external leads are present when viewed from the heat sink; ,
An internal lead fixing step of connecting and fixing one end of the internal lead to the other pole of the semiconductor chip and connecting the other end of the internal lead to a part of the external lead adjacent to the heat sink When,
On the heat sink, a molding step of forming the mold layer in a configuration covering the semiconductor chip and the internal leads;
A method for manufacturing a semiconductor module, comprising:
前記放熱板と隣接する前記外部リードの一部には開口部が設けられ、
前記内部リード固定工程において、
前記内部リードの他端が前記開口部を貫通して前記外部リードから突出した形態とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体モジュールの製造方法。
An opening is provided in a part of the external lead adjacent to the heat sink,
In the internal lead fixing step,
2. The method of manufacturing a semiconductor module according to claim 1, wherein the other end of the internal lead penetrates the opening and protrudes from the external lead.
前記半導体チップと、前記半導体チップに接続される前記リードとを複数組具備することを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体モジュールの製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor module according to claim 1, further comprising a plurality of sets of the semiconductor chip and the leads connected to the semiconductor chip. 放熱板の一方の主面上に半導体チップが搭載された構造がモールド層中に設けられ、前記半導体チップの一方の極が前記放熱板に接続され、前記モールド層から突出したリードに前記半導体チップの他方の極が接続された構成を具備する半導体モジュールであって、
前記リードは、前記モールド層からその一端が突出する外部リードと、前記半導体チップにその一端が接続されその他端が前記外部リードの他端側に接続される弾性体で構成された内部リードと、で構成され、
前記外部リードは、前記放熱板から見て前記半導体チップが搭載された側と同一の側に前記放熱板と直接接さない状態で設置され、かつ前記放熱板に隣接する他端側の一部が、前記放熱板側に向かって屈曲した形状とされ、
前記放熱板上において、前記半導体チップと前記内部リードとが前記モールド層中に封止されたことを特徴とする半導体モジュール。
A structure in which a semiconductor chip is mounted on one main surface of a heat radiating plate is provided in the mold layer, one pole of the semiconductor chip is connected to the heat radiating plate, and the semiconductor chip is connected to a lead protruding from the mold layer A semiconductor module having a configuration in which the other pole is connected,
The lead is an external lead having one end protruding from the mold layer, an internal lead composed of an elastic body having one end connected to the semiconductor chip and the other end connected to the other end of the external lead, Consists of
The external lead is installed on the same side as the side on which the semiconductor chip is mounted as viewed from the heat sink so as not to directly contact the heat sink, and a part of the other end adjacent to the heat sink Is a shape bent toward the heat sink side,
A semiconductor module, wherein the semiconductor chip and the internal lead are sealed in the mold layer on the heat sink.
前記外部リードの他端側の一部には開口部が設けられ、
前記モールド層中において前記内部リードの他端が前記開口部を貫通して前記外部リードから突出した形態を具備することを特徴とする請求項4に記載の半導体モジュール。
An opening is provided in a part on the other end side of the external lead,
5. The semiconductor module according to claim 4, wherein the other end of the internal lead penetrates the opening and protrudes from the external lead in the mold layer.
前記半導体チップと、前記半導体チップと対応する前記リードとを複数組具備することを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体モジュール。   6. The semiconductor module according to claim 4, comprising a plurality of sets of the semiconductor chip and the leads corresponding to the semiconductor chip. 前記半導体チップはダイオードチップであることを特徴とする請求項4から請求項6までのいずれか1項に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to any one of claims 4 to 6, wherein the semiconductor chip is a diode chip.
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WO2017056144A1 (en) * 2015-09-28 2017-04-06 三菱電機株式会社 Semiconductor device

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