JP2013069809A

JP2013069809A - 半導体装置

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Publication number: JP2013069809A
Application number: JP2011206551A
Authority: JP
Inventors: Satoru Sasaki; 悟佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP5742623B2

Abstract

【課題】製造工程の簡略化が図られた半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第１の電極１１ａおよび信号電極１１ｃが設けられた半導体素子１１と、第１の電極１１ａに接合される導電部材（リードフレーム１４）と、少なくとも信号配線１５ａが形成されると共に、導電部材（リードフレーム１４）を第１の電極１１ａに接合する際に、信号配線１５ａが信号電極１１ｃに接合するように、導電部材（リードフレーム１４）に取り付けられているフレキシブル基板１５とを備える。これにより、フレキシブル基板１５の接合に際して、導電部材（リードフレーム１４）の位置決めを通じてフレキシブル基板１５の位置決めが可能となり、半導体素子１１に対してフレキシブル基板１５を容易に位置決めできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子にフレキシブル基板を取り付けてなる半導体装置に関する。

従来、半導体装置としては、例えば特開２００６−３３２５７９号公報に開示されるように、車両用インバータのパワーモジュールとして用いられるものが知られている。図４は、同公報に開示された装置の一例を示している。この装置は、図４（ａ）に示すように、制御ＩＣチップ１０１を搭載したフレキシブル基板１０２のリード部１０３をＩＧＢＴ素子１０４（半導体素子）の制御電極に接続してなる信号配線を有している。この装置では、図４（ａ）の一部Ｐを拡大した図４（ｂ）に示すように、ＩＧＢＴ素子１０４に対するフレキシブル基板１０２（のリード部１０３）の接触が、フレキシブル基板１０２に挿入された付勢部材１０５の弾性による圧接によって確保されている。

特開２００６−３３２５７９号公報

しかし、このような半導体装置では、フレキシブル基板１０２の可撓性に起因して、付勢部材１０５の弾性による圧接の管理が難しいので、半導体素子に対するフレキシブル基板の位置決めが不適切になるなど、半導体装置の製造工程が困難となり易い。

そこで、本発明は、製造工程の簡略化が図られた半導体装置を提供しようとするものである。

本発明のある態様によれば、第１の電極および信号電極が設けられた半導体素子と、第１の電極に接合される導電部材と、少なくとも信号配線が形成されると共に、導電部材を第１の電極に接合する際に、信号配線が信号電極に接合するように、導電部材に取り付けられているフレキシブル基板と、を備える半導体装置が提供される。

かかる構成によれば、フレキシブル基板は、少なくとも信号配線が形成されると共に、導電部材を第１の電極に接合する際に、信号配線が信号電極に接合するように、導電部材に取り付けられている。これにより、フレキシブル基板の接合に際して、導電部材の位置決めを通じてフレキシブル基板の位置決めが可能となり、半導体素子に対してフレキシブル基板を容易に位置決めできる。よって、半導体装置の製造工程を簡略化できる。

また、半導体装置が、導電部材を介して第１の電極に接合される第１の電極端子をさらに備え、導電部材が、第１の電極および第１の電極端子に接合されるリードフレームであってもよい。かかる構成によれば、導電部材が、第１の電極および第１の電極端子に接合されるリードフレームであるので、フレキシブル基板を単独で接合する場合のように別途の加圧・加熱部材を用いなくても、リードフレームを加圧・加熱部材としてフレキシブル基板を接合できる。

また、半導体装置が、少なくとも半導体素子の周囲を封止する封止樹脂部をさらに備え、信号電極に接合される信号配線が形成されたフレキシブル基板の一端が、封止樹脂部の一端から露出してもよい。かかる構成によれば、信号電極に接合される信号配線が形成されたフレキシブル基板の一端が封止樹脂部の一端から露出するので、半導体素子から半導体装置の外部に至る信号配線をフレキシブル基板に一体化できる。

また、第１の電極端子の電位が、フレキシブル基板に実装された実装部品の基準電位に等しくてもよい。かかる構成によれば、第１の電極端子の電位が、フレキシブル基板に実装された実装部品の基準電位に等しいので、実装部品のノイズ耐性を向上できる。

また、半導体装置が、第１の電極に接合される第１の電極端子をさらに備え、導電部材が、第１の電極に接合される第１の電極端子であってもよい。かかる構成によれば、フレキシブル基板は、導電部材である第１の電極端子を第１の電極に接合する際に、信号配線が信号電極に接合するように第１の電極端子に取り付けられている。このため、フレキシブル基板の接合に際して、第１の電極に対する第１の電極端子の位置決めを通じて、信号電極に対するフレキシブル基板の位置決めが可能となり、半導体素子に対してフレキシブル基板を容易に位置決めできる。

また、導電部材が、第１の電極に接合されるリードフレームであってもよい。かかる構成によれば、フレキシブル基板は、導電部材であるリードフレームを第１の電極に接合する際に、信号配線が信号電極に接合するようにリードフレームに取り付けられている。このため、フレキシブル基板の接合に際して、第１の電極に対するリードフレームの位置決めを通じて、信号電極に対するフレキシブル基板の位置決めが可能となり、半導体素子に対してフレキシブル基板を容易に位置決めできる。

また、導電部材には、半導体素子と導電部材との間にフレキシブル基板を配置するための空間を形成するために、第１の電極の側に突出した凸部が設けられてもよい。かかる構成によれば、半導体素子と導電部材との間にフレキシブル基板を配置するための空間を形成するために、第１の電極の側に突出した凸部が設けられるので、半導体素子に対してフレキシブル基板を容易に接合できる。

以上説明したように、本発明によれば、製造工程の簡略化が図られた半導体装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。半導体装置の第１の変形例を示す断面図である。半導体装置の第２の変形例を示す断面図である。フレキシブル基板を用いた従来の半導体装置を示す断面図である。

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。

本発明の実施形態に係る半導体装置は、例えば車両用インバータに用いられるパワーモジュールである。図１に示すように、半導体装置は、半導体素子１１と、第１および第２の電極端子１２、１３と、リードフレーム１４と、フレキシブル基板１５と、封止樹脂部１６とを含む。

半導体素子１１は、パワーデバイスとも称され、シリコン、炭化珪素、窒化ガリウムなどの半導体からなる。半導体素子１１は、第１の電極１１ａおよび信号電極１１ｃ（信号パッドとも称する）を設けた第１の面（図１では上面）と、第２の電極１１ｂを設けた第２の面（図１では下面）とを有する。

第１および第２の電極端子１２、１３は、出力電極とも称され、銅、タングステン、モリブデンなどで構成された金属板からなるが、他の金属材料で構成されてもよい。第１および第２の電極端子１２、１３には、配線端子１２ａ、１３ａの一端がそれぞれに接続される。第１の電極端子１２（Ｎ電極）は、接合部１７ｃを介してリードフレーム１４の上面に接合される。第２の電極端子１３（Ｐ電極）は、接合部１７ｂを介して半導体素子１１の第２の電極１１ｂに接合されて半導体素子１１と電気的に接続される。

リードフレーム１４は、第１の電極１１ａに接合される導電部材として機能する。リードフレーム１４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であり、外部配線との橋渡しの役目を果たす。リードフレーム１４は、プリント回路基板１５よりも高い剛性を伴う。リードフレーム１４は、その一端が半導体装置の中央に位置し、その他端が半導体装置の側端に位置する。リードフレーム１４の一端は、その上面が接合部１７ｃを介して第１の電極端子１２の下面に接合されて第１の電極端子１２と電気的に接続されると共に、その下面が接合部１７ａを介して半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合されて半導体素子１１と電気的に接続される。よって、リードフレーム１４は、半導体素子１１と第１の電極端子１２とを電気的に接続する。

リードフレーム１４には、その下面に接着手段（不図示）などを介してフレキシブル基板１５が取り付けられる。リードフレーム１４の一端は、半導体素子１１側に突出した凸部１４ａを有しており、半導体素子１１と第１の電極端子１２との間にフレキシブル基板１５を配置するための空間を形成する。よって、リードフレーム１４の凸部１４ａは、フレキシブル基板１５の配置空間を確保するためのスペーサとして機能する。

フレキシブル基板（ＦＰＣ基板）１５は、プリドライバＩＣなどの実装部品１５ｂを実装すると共に、少なくとも半導体素子１１に接続される信号配線１５ａが形成される。フレキシブル基板１５は、その一端が半導体素子１１の近傍に位置し、その他端が半導体装置の外部に位置して周辺の制御基板（不図示）に接続される。フレキシブル基板１５は、その上面が接着手段などを介してリードフレーム１４に取り付けられ、よって、リードフレーム１４に一体化される。フレキシブル基板１５の一端は、その下面が信号接合部１７ｄを介して半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合されて半導体素子１１と電気的に接続される。

封止樹脂部１６は、モールド材とも称され、エポキシモールド樹脂などの絶縁樹脂からなるが、他の絶縁材料で構成されてもよい。封止樹脂部１６は、少なくとも半導体素子１１の周囲を封止し、図１に示す実施形態では、第１および第２の電極端子１２、１３の側面、および第１および第２の電極端子１２、１３の間の空間を封止する。なお、封止樹脂部１６は、第１の電極端子１２の上面および第２の電極端子１３の下面をさらに封止してもよい。第１および第２の電極端子１２、１３に接続された配線端子１２ａ、１３ａの他端と、フレキシブル基板１５の他端とは、封止樹脂部１６から露出する。なお、リードフレーム１４の他端は、封止樹脂部１６から露出してもよく、露出しなくてもよい。

半導体装置の製造に際して、フレキシブル基板１５は、リードフレーム１４を半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合する際に信号配線１５ａが半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合するように、リードフレーム１４に取り付けられている。すなわち、フレキシブル基板１５は、リードフレーム１４（の凸部１４ａ）を第１の電極１１ａに接合する際に信号配線１５ａが信号電極１１ｃに接合可能（電気的に接続可能）な位置に配置されるように、リードフレーム１４に取り付けられている。このため、フレキシブル基板１５の接合に際して、半導体素子１１の第１の電極１１ａに対するリードフレーム１４の位置決めを通じて、半導体装置の信号電極１１ｃに対するフレキシブル基板１５の位置決めが可能となり、半導体素子１１に対してフレキシブル基板１５を容易に位置決めできる。フレキシブル基板１５を単独で位置決めする場合、半導体素子１１の近傍に位置決め用の隙間が必要となり半導体装置の大型化を招く場合があるが、リードフレーム１４の位置決めを通じてフレキシブル基板１５の位置決めが可能となるので、半導体装置の大型化を抑制できる。

また、半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合されるリードフレーム１４にフレキシブル基板１５が取り付けられているので、第１の電極１１ａに対するリードフレーム１４の接合と、信号電極１１ｃに対するフレキシブル基板１５の信号配線１５ａの接合とをほぼ同時にできる。また、半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合される信号配線１５ａがフレキシブル基板１５に形成されるので、実装部品１５ｂなどをフレキシブル基板１５上で半導体素子１１の直近に配置可能となり信号配線１５ａの寄生インダクタンスを低減できる。

さらに、フレキシブル基板１５が取り付けられたリードフレーム１４が半導体素子１１の第１の電極１１ａおよび第１の電極端子１２に接合されるので、フレキシブル基板１５を単独で接合する場合のように別途の加圧・加熱部材を用いなくても、リードフレーム１４を加圧・加熱部材としてフレキシブル基板１５を接合できる。また、半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合される信号配線１５ａが形成されたフレキシブル基板１５の一端が封止樹脂部１６の一端から露出するので、半導体素子１１から半導体装置の外部に至る信号配線１５ａをフレキシブル基板１５に一体化できる。また、第１の電極端子１２の電位がフレキシブル基板１５に実装された実装部品１５ｂの基準電位に等しいので、実装部品１５ｂのノイズ耐性を向上できる。

つぎに、図２および図３を参照して、半導体装置の第１および第２の変形例について説明する。図２および図３は、半導体装置の第１および第２の変形例をそれぞれに示す断面図である。

図２に示すように、第１の変形例に係る半導体装置では、図１に示した半導体装置において、リードフレーム１４に代えて、第１の電極端子２２が導電部材として機能する。つまり、第１の電極端子２２は、フレキシブル基板１５を取り付けると共に、半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合される。第１の電極端子２２は、プリント回路基板１５よりも高い剛性を伴う。なお、第１の電極端子２２には、配線端子２２ａの一端が接続される。

第１の電極端子２２の下面には、フレキシブル基板１５の配置空間を確保するためのスペーサとして機能する凸部２２ｂが設けられる。よって、半導体装置では、第２の電極端子１３が接合部１７ｂを介して半導体素子１１の第２の電極１１ｂに接合され、第１の電極端子２２の凸部２２ｂが接合部１７ｅを介して半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合される。よって、半導体素子１１は、第１および第２の電極端子２２、１３と電気的に接続される。そして、フレキシブル基板１５は、フレキシブル基板１５を半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合する際に、配線回路１５ａが半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合するように、第１の電極端子２２の（凸部２２ｂ以外の）下面に取り付けられている。よって、第１の電極端子２２に取り付けられたフレキシブル基板１５は、信号接合部１７ｄを介して半導体素子１１と電気的に接続される。

半導体装置の製造に際して、フレキシブル基板１５は、第１の電極端子２２（の凸部２２ｂ）を半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合する際に、信号配線１５ａが半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合するように第２の電極端子２２に取り付けられている。このため、フレキシブル基板１５の接合に際して、半導体素子１１の第１の電極１１ａに対する第２の電極端子２２の位置決めを通じて、半導体装置の信号電極１１ｃに対するフレキシブル基板１５の位置決めが可能となり、半導体素子１１に対してフレキシブル基板１５を容易に位置決めできる。

図３に示すように、第２の変形例に係る半導体装置は、半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合される第１の電極端子１２、２２を有していない半導体装置である。第２の変形例に係る半導体装置では、図２に示した半導体装置において、第２の電極端子２２に代えて、リードフレーム２４が導電部材として機能する。つまり、リードフレーム２４は、フレキシブル基板１５を取り付けると共に、半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合される。リードフレーム２４は、プリント回路基板１５よりも高い剛性を伴う。

リードフレーム２４の下面には、フレキシブル基板１５の配置空間を確保するためのスペーサとして機能する凸部２４ａが設けられる。よって、半導体装置では、第２の電極端子１３が接合部１７ｂを介して半導体素子１１の第２の電極１１ｂに接合され、リードフレーム２４の凸部２４ａが接合部１７ｆを介して半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合される。よって、半導体素子１１は、第２の電極端子１３およびリードフレーム２４と電気的に接続される。そして、フレキシブル基板１５は、信号配線１５ａが接合部１７ｄを介して半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合されるようにリードフレーム２４の（凸部２４ａ以外の）下面に取り付けられている。よって、リードフレーム２４に取り付けられたフレキシブル基板１５は、信号接合部１７ｄを介して半導体素子１１と電気的に接続される。

半導体装置の製造に際して、フレキシブル基板１５は、リードフレーム２４（の凸部２４ａ）を半導体素子１１の第１の電極１１ａに接合する際に、信号配線１５ａが半導体素子１１の信号電極１１ｃに接合するようにリードフレーム２４に取り付けられている。このため、フレキシブル基板１５の接合に際して、半導体素子１１の第１の電極１１ａに対するリードフレーム２４の位置決めを通じて、半導体装置の信号電極１１ｃに対するフレキシブル基板１５の位置決めが可能となり、半導体素子１１に対してフレキシブル基板１５を容易に位置決めできる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る半導体装置によれば、フレキシブル基板１５は、少なくとも信号配線１５ａが形成されると共に、導電部材（リードフレーム１４、２４、第１の電極端子２２）を第１の電極１１ａに接合する際に、信号配線１５ａが信号電極１１ｃに接合するように、導電部材（リードフレーム１４、２４、第１の電極端子２２）に取り付けられている。これにより、フレキシブル基板１５の接合に際して、導電部材（リードフレーム１４、２４、第１の電極端子２２）の位置決めを通じてフレキシブル基板１５の位置決めが可能となり、半導体素子１１に対してフレキシブル基板１５を容易に位置決めできる。よって、半導体装置の製造工程を簡略化できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は、前述した実施形態に係る半導体装置に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１１…半導体素子、１１ａ…第１の電極、１１ｂ…第２の電極、１１ｃ…信号電極、１２、２２…第１の電極端子、１３…第２の電極端子、１４、２４…リードフレーム、１５…フレキシブル基板、１５ａ…信号配線、１６…封止樹脂部、１４ａ、２２ｂ、２４ａ…凸部

Claims

第１の電極および信号電極が設けられた半導体素子と、
前記第１の電極に接合される導電部材と、
少なくとも信号配線が形成されると共に、前記導電部材を前記第１の電極に接合する際に、前記信号配線が前記信号電極に接合するように、前記導電部材に取り付けられているフレキシブル基板と、
を備える半導体装置。
前記導電部材を介して前記第１の電極に接合される第１の電極端子をさらに備え、
前記導電部材が、前記第１の電極および前記第１の電極端子に接合されるリードフレームである、請求項１に記載の半導体装置。
少なくとも前記半導体素子の周囲を封止する封止樹脂部をさらに備え、
前記信号電極に接合される前記信号配線が形成された前記フレキシブル基板の一端が、前記封止樹脂部の一端から露出する、請求項１または２に記載の半導体装置。
前記第１の電極端子の電位が、前記フレキシブル基板に実装された実装部品の基準電位に等しい、請求項２または３に記載の半導体装置。
前記第１の電極に接合される第１の電極端子をさらに備え、
前記導電部材が、前記第１の電極に接合される前記第１の電極端子である、請求項１に記載の半導体装置。
前記導電部材が、前記第１の電極に接合されるリードフレームである、請求項１に記載の半導体装置。
前記導電部材には、前記半導体素子と前記導電部材との間に前記フレキシブル基板を配置するための空間を形成するために、前記第１の電極の側に突出した凸部が設けられる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置。
前記導電部材が前記フレキシブル基板よりも高い剛性を伴う、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体装置。