JP2015106685A - パワーモジュール及びその製造方法 - Google Patents

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寿志 小田
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Abstract

【課題】パワーモジュールの小型化が可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】パワーモジュールは、１つの制御ＩＣ４と、複数のＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）２１とを備える。制御ＩＣ４は、高耐圧ＩＣ（High-Voltage Integrated Circuit）の機能と低耐圧ＩＣ（Low-Voltage Integrated Circuit）の機能とを有する。複数のＲＣ−ＩＧＢＴ２１は、制御ＩＣ４の四方のうち三方において配置され、制御ＩＣ４とワイヤ２２のみを介して接続されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力用半導体装置などのパワーモジュール及びその製造方法に関するものである。
電力用半導体装置などのパワーモジュールとして、高耐圧ＩＣ（ＨＶＩＣ：High-Voltage Integrated Circuit）と、低耐圧ＩＣ（ＬＶＩＣ：Low-Voltage Integrated Circuit）と、パワートランジスタと、ＦＷＤｉ（Free Wheeling Diode）と、これらが搭載されるフレームとを備えるパワーモジュールが提案されている（例えば特許文献１）。
特開２００３−１８９６３２号公報
近年、パワーモジュールの市場においては、価格競争が激しくなっており、さらなる低コスト化及び小型化が要求されている。
また、ダイボンダやモールド装置における、パワーモジュールのフレームの搬送レーン、及び、稼働範囲等により製造上の制約があることに加え、パワーモジュールのパッケージサイズの多様化に対応することができるように、フレームは単列（例えば横一列）に並べて設計されている。このため、１枚の金属板から生産可能なフレームの数が、パッケージのサイズにより決まる従来のフレームの設計方法では、パワーモジュールの生産量に限度があった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、パワーモジュールの小型化が可能な技術、または、パワーモジュールの生産性を向上可能な技術を提供することを目的とする。
本発明に係るパワーモジュールは、高耐圧ＩＣ（Integrated Circuit）の機能と低耐圧ＩＣの機能とを有する１つの制御ＩＣと、前記制御ＩＣの四方のうち三方において配置され、前記制御ＩＣとワイヤのみを介して接続された複数のＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）とを備える。
また、上記と別構成として、本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、複数のフレームを有するパワーモジュールの製造方法であって、（ａ）それぞれの延在方向と垂直方向に配列された前記複数のフレームを含む成型体を成型する工程と、（ｂ）前記複数のフレームに複数の半導体装置を接続する工程とを備える。また、前記パワーモジュールの製造方法は、（ｃ）前記複数の半導体装置を覆うとともに、前記成型体を部分的に覆うモールド樹脂を成型する工程と、（ｄ）前記成型体のうち、前記モールド樹脂から露出した前記複数のフレームの間の部分を切断する工程とを備える。
本発明によれば、パワーモジュールは、高耐圧ＩＣの機能と低耐圧ＩＣの機能とを有する１つの制御ＩＣと、ＲＣ−ＩＧＢＴとを備える。これにより、パワーモジュールの小型化が実現できる。
また、本発明によれば、金属成型体の複数のフレームは、フレームの延在方向と垂直方向に配列されている。したがって、金属成型体から生産可能なフレームの個数を増やすことができるので、生産性を向上させることができる。
関連パワーモジュールの構成を示す断面図である。 実施の形態１に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。 実施の形態４に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態４に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態４に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態４に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態４に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態５に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態６に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態７に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態８に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態９に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。 実施の形態１０に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。
＜実施の形態１＞
まず、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの構成について説明する前に、これと関連するパワーモジュール（以下、「関連パワーモジュール」と呼ぶ）について説明する。
図１は、関連パワーモジュール（トランスファーモールド型の電力半導体装置）の構成を示す断面図である。関連パワーモジュールは、第１フレーム１と、第２フレーム２と、パワーチップ３と、１つの制御ＩＣ（Integrated Circuit）４と、太線アルミワイヤ５と、細線金ワイヤ６と、モールド樹脂７と、絶縁シート８と、銅箔９とを備えている。
第１フレーム１は、水平方向に延設された延設部分１ａ及び第１ダイパッド１ｂを有している。第１ダイパッド１ｂにはパワーチップ３が搭載されており、第１ダイパッド１ｂは、パワーチップ３と接続されている。なお、延設部分１ａと、第１ダイパッド１ｂとの間には、高さ方向（図１の上下方向）に段差１ｃが設けられている。
第２フレーム２は、延設部分１ａに対応させて水平方向に延設された第２ダイパッド２ａを有している。すなわち、第２フレーム２の第２ダイパッド２ａの高さ方向の位置と、第１フレーム１の延設部分１ａの高さ方向の位置とは同じ、または略同じとなっている。ここで、第１フレーム１に、上述の段差１ｃが設けられることによって、第１ダイパッド１ｂが、第２ダイパッド２ａよりも下方に位置する（モールド樹脂７の底面に近く配置される）とともに、絶縁シート８の厚さを薄くすることが可能となっている。第２ダイパッド２ａには制御ＩＣ４が搭載されており、第２ダイパッド２ａは、制御ＩＣ４と接続されている。
第２フレーム２には、外部から制御信号が入力され、第２フレーム２に入力された制御信号は制御ＩＣ４に出力される。なお、この第２フレーム２には、第２ダイパッド２ａを有するフレームだけでなく、制御ＩＣ４が搭載される第２ダイパッド２ａを有さないが、細線金ワイヤ６を介して制御ＩＣ４と接続されるフレームも含まれるものとする。
パワーチップ３は、パワートランジスタのチップ３ａと、ＦＷＤｉのチップ３ｂとを含んでおり、チップ３ａ，３ｂは、はんだ（図示せず）によって第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂと接続されている。
制御ＩＣ４は、金属を含んだ樹脂ペースト（図示せず）によって、第２フレーム２の第２ダイパッド２ａと接続されている。制御ＩＣ４は、ＨＶＩＣの機能とＬＶＩＣの機能とを有しており、第２フレーム２からの制御信号に応じてパワーチップ３を制御する。
太線アルミワイヤ５は、パワーチップ３と第１フレーム１との間を接続し、細線金ワイヤ６は、制御ＩＣ４と第２フレーム２との間を接続している。また、パワーチップ３同士の間、または、パワーチップ３と第２フレーム２との間は、太線アルミワイヤまたは細線金ワイヤと同様のワイヤなどによって接続されている。
第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂ下には、絶縁シート８及び銅箔９がこの順で配置されており、銅箔９の一部が、モールド樹脂７の底面において外部に露出されている。
モールド樹脂７は、第１及び第２フレーム１，２の一部及び銅箔９の下面を除いて、上述した構成要素を覆う。第１及び第２フレーム１，２のうち、モールド樹脂７から露出された一部は、めっき処理が施されたリード端子１１であり、当該リード端子１１は、基板（図示せず）などに実装される。なお、パワーチップ３の動作時の発熱を効率よく放熱するために、第１及び第２フレーム１，２の材質には、例えば熱抵抗が比較的低い銅または銅合金が使用される。
以上に説明した関連パワーモジュールにおいては、１つの制御ＩＣ４が、ＨＶＩＣの機能とＬＶＩＣの機能とを有していることから、ある程度の小型化及び低コスト化が実現されているが、さらに改善できる余地があった。そこで、本実施の形態１に係るパワーモジュールでは、さらなる小型化及び低コスト化を実現することが可能となっている。
図２は、本実施の形態１に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。本実施の形態１に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
本実施の形態１に係るパワーモジュールは、第１及び第２フレーム１，２と、１つの制御ＩＣ４と、モールド樹脂７と、複数（図２では６つ）のＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）２１と、ゲートワイヤ２２とを備えている。図２では、説明を容易にするために、モールド樹脂７は想像線（二点鎖線）で示されている。なお、図２以降の図においても同様にモールド樹脂７を想像線で示すことがある。
ＲＣ−ＩＧＢＴ２１は、ＦＷＤｉをＩＧＢＴに内蔵させた逆導通ＩＧＢＴであり、ＦＷＤｉの機能とＩＧＢＴの機能とを有している。つまり、本実施の形態１に係るパワーモジュールは、関連パワーモジュールのパワートランジスタのチップ３ａ及びＦＷＤｉのチップ３ｂに代えて、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１を備えている。なお、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１には、例えば特開２０１２−１８６８９９号公報に開示されたＲＣ−ＩＧＢＴが適用されてもよい。ＲＣ−ＩＧＢＴ２１は、はんだ（図示せず）によって第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂと接続されている。
複数のＲＣ−ＩＧＢＴ２１は、制御ＩＣ４の四方のうち三方（図２では第２フレーム２が配置された上方を除いた左方、右方及び下方）に分散されて配置されている。そして、各ＲＣ−ＩＧＢＴ２１のゲート端子は、ゲートワイヤ２２（ワイヤ）のみを介して制御ＩＣ４の出力端子と接続されている。
以上のような本実施の形態１に係るパワーモジュールによれば、１つの制御ＩＣ４がＨＶＩＣの機能とＬＶＩＣの機能とを有することにより、従来の構成では複数必要であった制御ＩＣの数を低減することができる。よって、パワーモジュールの小型化が実現できるとともに、コストの低減を図ることができる。また、パワートランジスタのチップ３ａ及びＦＷＤｉのチップ３ｂの代わりにＲＣ−ＩＧＢＴ２１を備えることにより、パワーモジュールの小型化が確実に実現できるとともに、コストの低減をさらに図ることができる。これに加えて、制御ＩＣ４とＲＣ−ＩＧＢＴ２１とをゲートワイヤ２２のみを介して接続することにより、パッケージの小型化が可能となる。さらに、複数のＲＣ−ＩＧＢＴ２１を、制御ＩＣ４の四方のうち三方に分散して配置することにより、制御ＩＣ４と各ＲＣ−ＩＧＢＴ２１とを接続するゲートワイヤ２２の配線長のばらつきを抑制することが可能となり、各相の特性のばらつきを抑制することができる。
＜実施の形態１の変形例１＞
エアコンの通年稼働時間において、暖房中間運転期間が年間を通して最も長く、そのときのモータ出力電流値は低いため、この期間における損失をなるべく改善することが好ましい。そこで、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１の代わりに、材質にシリコンを使用したＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるＳｉ−ＭＯＳＦＥＴを、パワーモジュールに備えてもよい。このようなＳｉ−ＭＯＳＦＥＴを備える構成によれば、低電流領域の損失を改善することができる。したがって、当該パワーモジュールがエアコンに搭載された場合には、エアコンの省エネルギー効果を表す指標であるＡＰＦ（Annual Performance Factor）を改善する効果が見込める。
＜実施の形態１の変形例２＞
ＲＣ−ＩＧＢＴ２１の代わりに、材質にシリコンカーバイドを使用したＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを、パワーモジュールに備えてもよい。ＳｉＣはＳｉに比べて放熱性に優れるため、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１及びＳｉ−ＭＯＳＦＥＴと比較して同程度の放熱性であればチップサイズを縮小することができるので、パッケージの小型化が可能となる。また、同程度のチップサイズであれば、放熱性の向上が見込めるため、当該パワーモジュールがエアコンに搭載された場合には、製品性能向上によるエアコンシステムトータルでのコスト低減（例えば放熱性向上による放熱フィンの小型化など）を図ることができる。
＜実施の形態１の変形例３＞
実施の形態１では、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１は、はんだ（図示せず）によって第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂと接続されている構成、すなわちダイボンドにはんだを用いた構成について説明したが、これに限ったものではない。例えば、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１が、はんだの代わりに銀ペーストなどの樹脂ダイボンド剤（図示せず）によって第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂと接続される構成であってもよい。これにより、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１のダイボンド工程と、制御ＩＣ４のダイボンド工程とにおいて同じダイボンド装置を用いることが可能となる。加えて、銀ペーストなどの樹脂ダイボンド剤を用いることでアセンブリ加工費の低減を図ることができる。
＜実施の形態２＞
図３は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。本実施の形態２に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
本実施の形態２に係る制御ＩＣ４は、制御ＩＣ４の表面に設けられた第１パッド４ａと、制御ＩＣ４の裏面に設けられた第２パッド（図示せず）とを有している。ここで、第１パッド４ａは、ゲートワイヤ２２を介してＲＣ−ＩＧＢＴ２１と接続され、第２パッドは、金属を含んだ樹脂ペーストなどを介して第２フレーム２と接続されている。
以上のような本実施の形態２に係るパワーモジュールによれば、制御ＩＣ４と第２フレーム２との間にゲートワイヤ２２を接続しなくて済むことから、その分のワイヤボンドを形成する工程を省略することができる。したがって、アセンブリ加工費の低減と製造タスクの低減とを図ることができる。
＜実施の形態３＞
図４は、本発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの内部構成を示す上面図である。本実施の形態３に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
本実施の形態３に係るパワーモジュールは、関連パワーモジュール（図１）と同様に、第１フレーム１に、高さ方向に段差１ｃが設けられることによって、第１ダイパッド１ｂが、第２ダイパッド２ａよりも下方に位置する（モールド樹脂７の底面に近く配置される）。
このような本実施の形態３に係るパワーモジュールによれば、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１がモールド樹脂７の外部に近くなることから、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１の発熱に関して放熱性向上が見込める。これに伴い、当該パワーモジュールがエアコンに搭載された場合には、製品性能向上によるエアコンシステムトータルでのコスト低減（例えば放熱性向上による放熱フィンの小型化など）を図ることができる。
なお、本実施の形態３に係るパワーモジュールは上述に図４に示した構成に限ったものではない。例えば、図５に示すようにパワーモジュールは、関連パワーモジュール（図１）と同様に、第１ダイパッド１ｂ下に配置された、絶縁シート８をさらに備えてもよい。このような構成によれば、大容量化が可能となることにより、同じ電流定格下において耐圧性向上を図ることができる。また、上述の段差１ｃを設けていることから、絶縁シート８の厚さを薄くすることが可能となり、この観点からも放熱性向上が見込める。
＜実施の形態４＞
図６〜図１０は、本発明の実施の形態４に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態４に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
まず、金属板を選択的に打ち抜いてパターンを形成することによって、図６に示す金属成型体（成型体）３１を成型する。この金属成型体３１は複数のフレーム３２を含んでおり、複数のフレーム３２は、それぞれの延在方向（図６のｘ方向）と垂直方向（図６のｙ方向）に配列されている。
本実施の形態４では、複数のフレーム３２は、次の工程にてＲＣ−ＩＧＢＴ２１（半導体装置）が接続される第１フレーム１と、次の工程にて制御ＩＣ４（半導体装置）が接続される第２フレーム２とを、パワーモジュールごとに含んでいる。ここで、図６に示す金属成型体３１においては、パワーモジュールが、ｙ方向に２つ、ｘ方向に２つ以上配列されている。ただし、パワーモジュールの配列は、これに限ったものではなく、ｙ方向に１つまたは３つ以上のパワーモジュールが配列されてもよいし、ｘ方向に１つのパワーモジュールが配列されてもよい。
複数のパワーモジュールの向きは同一であり、各パワーモジュールの第１フレーム１は＋ｘ方向側、第２フレーム２は−ｘ方向側に配置されている。また、ここでは、複数のパワーモジュール同士の水平方向（図６のｘ方向及びｙ方向）の間隔も同一にしている。
図７は、金属成型体３１のうち１つのパワーモジュールに対応する部分を示す図である。図７に示されるように、金属成型体３１には、第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂ、及び、第２フレーム２の第２ダイパッド２ａも含んでいる。
また、金属成型体３１は、複数のフレーム３２（第１及び第２フレーム１，２）だけでなく、第１フレーム１と第１フレーム１との間、または、第２フレーム２と第２フレーム２との間を接続するタイバー３３をさらに含んでいる。そして、第１フレーム１（予め定められたフレーム３２）と、第１フレーム１側のタイバー３３（予め定められたタイバー３３）とには、樹脂を注入するための経路である樹脂ランナー３４が設けられている。この樹脂ランナー３４は、当該第１フレーム１及び当該タイバー３３の上面の溝パターンとして形成されてもよいし、これらの内部の空洞パターンとして形成されてもよい。
次に、複数のフレーム３２（第１フレーム１及び第２フレーム２）に複数の半導体装置（ＲＣ−ＩＧＢＴ２１及び制御ＩＣ４）を接続する。ここでは、第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂにＲＣ−ＩＧＢＴ２１を、ダイボンドによって搭載及び接続するとともに、第２フレーム２の第２ダイパッド２ａに制御ＩＣ４を、ダイボンドによって搭載及び接続する。それから、第１及び第２フレーム１，２、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１並びに制御ＩＣ４にワイヤボンディングを行うことにより、ゲートワイヤ２２などが形成される。なお、図の簡略化の観点からＲＣ−ＩＧＢＴ２１及び制御ＩＣ４は図示しないが、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１及び制御ＩＣ４は、例えば実施の形態１〜３と同様にして、第１及び第２フレーム１，２に接続される。なお、以下の図においても、図の簡略化の観点から、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１及び制御ＩＣ４の図示を省略することもある。また、本実施の形態４のいても、図１に示したように、第１ダイパッド１ｂ下に絶縁シート８及び銅箔９がこの順で配置されてもよい。
それから、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１及び制御ＩＣ４が接続された金属成型体３１を、モールド樹脂７を成型するための金型（以下「モールド用金型」と記す）内に配置する。図８には、モールド用金型の内部空間３５が二点鎖線で示されている。
図８の二点鎖線に示されるように、モールド用金型に配置された樹脂ランナー３４の出口（樹脂注入ゲート３４ａ）がモールド用金型の内部空間３５と連通するように、金属成型体３１はモールド用金型内に配置される。この状態において、固形化前の樹脂が、樹脂ランナー３４及び樹脂注入ゲート３４ａを経由してモールド用金型の内部空間３５に注入され、その後、当該樹脂が固形化される。これにより、図９に示すように、複数の半導体装置（ＲＣ−ＩＧＢＴ２１及び制御ＩＣ４）を覆うとともに、金属成型体３１を部分的に覆うモールド樹脂７が成型される。
つまり、本実施の形態４では、樹脂ランナー３４から樹脂を注入するサイドゲート方式によって、モールド樹脂７が成型される。なお、モールド樹脂７に覆われる金属成型体３１は、第１フレーム１の第１ダイパッド１ｂ、及び、第２フレーム２の第２ダイパッド２ａなどである。
次に、金属成型体３１のうち、モールド樹脂７から露出した複数のフレーム３２の間の部分を切断する。ここでは、当該切断によって第１フレーム１間のタイバー３３、及び、第２フレーム２間のタイバー３３などを除去することにより、図１０に示すパワーモジュールが完成する。
ここで、従来のパワーモジュールの製造方法で成型される金属成型体の複数のフレームは、延在方向（図６のｘ方向）に沿って単列で配列されていた。これに対して、本実施の形態４に係るパワーモジュールの製造方法で成型される金属成型体３１の複数のフレーム３２は、延在方向に沿って複数列で配列されている。すなわち、複数のフレーム３２が延在方向と垂直方向（図６のｙ方向）にも配列されている。したがって、金属成型体３１から生産可能なフレーム３２の個数を、従来よりも増やすことができるので、生産性を向上させることができる。
また、本実施の形態４によれば、第１フレーム１及び第１フレーム１側のタイバー３３に設けた樹脂ランナー３４に樹脂を注入するサイドゲート方式によって、モールド樹脂７を成型する。これにより、フレーム３２を複数列で配列しても、タイバー３３の位置から樹脂注入を行うことができることから、生産性を向上させることができる。
なお、本実施の形態４のように金属成型体３１における複数のパワーモジュール同士の向き及び水平方向の間隔を同一にする構成によれば、樹脂の流れによるワイヤの変形や剥離を抑えつつ、モールド樹脂７の樹脂を同時に注入することが可能となる。
＜実施の形態４の変形例＞
実施の形態４では、第１フレーム１及び第１フレーム１側のタイバー３３に設けた樹脂ランナー３４に樹脂を注入することによって、モールド樹脂７を成型したが、これに限ったものではない。例えば、上述の樹脂ランナー３４を設けずに、隣り合う第１フレーム１と、これらを接続するタイバー３３とによって囲まれる空間に樹脂注入ゲートを配置し、当該樹脂注入ゲート（図示せず）から樹脂を注入することによって、モールド樹脂７を成型してもよい。
また、実施の形態４では、第２ダイパッド２ａに接続する半導体装置に、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１を適用した場合について説明した。しかしこれに限ったものではなく、ＲＣ−ＩＧＢＴ２１の代わりに、パワーチップ３が適用されてもよい。なお、このことは、実施の形態５以降においても同様である。
＜実施の形態５＞
図１１は、本発明の実施の形態５に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態５に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
実施の形態４では、金属成型体３１における複数のパワーモジュール同士の向きは同一であった（図６）。これに対して、本実施の形態５では、図１１に示すように、金属成型体３１における複数のパワーモジュール同士の向きが異なっている。
具体的には、図１１の複数のパワーモジュールのうち、−ｘ側のパワーモジュール（第１のパワーモジュール）の向きは、図６のパワーモジュールと同じ向きであり、その第１フレーム１は＋ｘ方向側、第２フレーム２は−ｘ方向側に配置されている。一方、図１１の複数のパワーモジュールのうち、＋ｘ側のパワーモジュール（第２のパワーモジュール）の向きは、図６のパワーモジュールを１８０度回転させたものと同じであり、その第１フレーム１は−ｘ方向側、第２フレーム２は＋ｘ方向側に配置されている。すなわち、＋ｘ側のパワーモジュールは、−ｘ側のパワーモジュールに隣接し、かつ、−ｘ側のパワーモジュールと逆向きに配置されている。
そして、金属成型体３１において、−ｘ側のパワーモジュールの第１フレーム１と、＋ｘ側のパワーモジュールの第１フレーム１とが、垂直方向（ｙ方向）に並べて配列されている。ただし、−ｘ側のパワーモジュールの第１フレーム１と、＋ｘ側のパワーモジュールの第１フレーム１とが重なったり、接触したりしないように、金属成型体３１の設計時において、これら第１フレーム１の位置は適宜調整されているものとする。
図１１に示す金属成型体３１を成型した後、実施の形態４と同様に、当該金属成型体３１に半導体装置などの接続、モールド樹脂７の成型、及び、金属成型体３１のうちモールド樹脂７から露出した部分の選択的な切断が実施される。ただし、本実施の形態５では、切断工程においては、−ｘ側のパワーモジュールの第１フレーム１の＋ｘ側部分が切断され、＋ｘ側のパワーモジュールの第１フレーム１の−ｘ側部分が切断される。
以上のような本実施の形態５に係るパワーモジュールの製造方法によれば、一のパワーモジュールの第１フレーム１同士の隙間に、別のパワーモジュールの第１フレーム１を形成することができる。したがって、金属成型体３１から生産可能なフレーム３２の個数を、従来よりも増やすことができるので、生産性を向上させることができる。また、第１フレーム１同士の隙間は、第２フレーム２同士の隙間よりも比較的広いことから、一のパワーモジュールの第２フレーム２同士の隙間に、別のパワーモジュールの第２フレーム２を形成するよりも、金属成型体３１の成型を容易に行うことができる。
＜実施の形態６＞
図１２は、本発明の実施の形態６に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態６に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
本実施の形態６では、図１２に示すように、金属成型体３１における複数のパワーモジュール同士の向きが異なっている。
具体的には、図１２の複数のパワーモジュールのうち、＋ｘ側のパワーモジュールの向きは、図６のパワーモジュールと同じ向きであり、その第１フレーム１は＋ｘ方向側、第２フレーム２は−ｘ方向側に配置されている。一方、図１２の複数のパワーモジュールのうち、−ｘ側のパワーモジュールの向きは、図６のパワーモジュールを１８０度回転させたものと同じであり、その第１フレーム１は−ｘ方向側、第２フレーム２は＋ｘ方向側に配置されている。これにより、各パワーモジュールにおいて、第１フレーム１は、第２フレーム２よりも金属成型体３１の端部に配設される。
図１２に示す金属成型体３１を成型した後、実施の形態４と同様に、当該金属成型体３１に半導体装置などの接続、モールド樹脂７の成型、及び、金属成型体３１のうちモールド樹脂７から露出した部分の選択的な切断が実施される。
以上のような本実施の形態６に係るパワーモジュールの製造方法によれば、第１フレーム１は、第２フレーム２よりも金属成型体３１の端部に配設される。これにより、例えば、上述の樹脂ランナー３４に樹脂を注入する際に、樹脂の流れによるワイヤの変形や剥離を抑えることができる。また、例えば、実施の形態４の変形例と同様に、隣り合う第１フレーム１とタイバー３３とによって囲まれる空間に配置された樹脂注入ゲートから樹脂を注入したりする際に、樹脂の流れによるワイヤの変形や剥離を抑えることができる。さらに、金属成型体３１の両端部（図１２の＋ｘ側端部及び−ｘ側端部）から、モールド樹脂７の樹脂を同時に注入することが可能となるので、生産性を向上させることができる。
＜実施の形態７＞
図１３は、本発明の実施の形態７に係るパワーモジュールの製造工程（半導体装置の接続工程）を示す図である。なお、本実施の形態７に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
図１３に示すように、本実施の形態７では、半導体装置を接続する工程において、上述のｙ方向（予め定められた方向に）等間隔で配列された複数のＲＣ−ＩＧＢＴ２１が、第１ダイパッド１ｂに接続される。つまり、同一の搭載ピッチで複数のＲＣ−ＩＧＢＴ２１が接続される。このような本実施の形態７に係るパワーモジュールの製造方法によれば、例えば、複数のＲＣ−ＩＧＢＴ２１を接続するためのダイボンド工程が、１回のフロー（流し）で済み、制御ＩＣ４を接続するためのダイボンド工程も含めて２回のフロー（流し）で済む。すなわち、ダイボンダの処理回数を低減することができる。
＜実施の形態８＞
図１４は、本発明の実施の形態８に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態８に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
図１４に示すように、本実施の形態８では、平面視においてモールド樹脂７の辺に凹凸が形成されている。これにより、一のフレーム３２が突出しているモールド樹脂７の端面７ａの位置と、その隣のフレーム３２が突出しているモールド樹脂７の端面７ａの位置とが、フレーム３２の突出方向において異なっている。このような本実施の形態８に係るパワーモジュールの製造方法によれば、リード端子１１（フレーム３２）同士の間の沿面距離Ｌを長くすることができるので、パワーモジュールのパッケージの小型化を図ることができる。
＜実施の形態９＞
図１５は、本発明の実施の形態９に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態９に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
図１５に示すように、本実施の形態９では、一のフレーム３２が突出しているモールド樹脂７の端部７ｂと、その隣のフレーム３２が突出しているモールド樹脂７の端部７ｂとの間に絶縁部４１を形成している。このような本実施の形態９に係るパワーモジュールの製造方法によれば、リード端子１１（フレーム３２）同士の間の沿面距離を実質的に長くすることができるので、パワーモジュールのパッケージの小型化を図ることができる。
＜実施の形態１０＞
図１６は、本発明の実施の形態１０に係るパワーモジュールの製造工程を示す図である。なお、本実施の形態１０に係るパワーモジュールの構成要素のうち、以上で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付して以下説明する。
図１６に示すように、本実施の形態１０では、一のフレーム３２が突出しているモールド樹脂７の端面７ａに隣接して、当該一のフレーム３２の周囲を覆う絶縁キャップ４２を形成する。このような本実施の形態１０に係るパワーモジュールの製造方法によれば、リード端子１１（フレーム３２）同士の間の沿面距離を実質的に長くすることができるので、パワーモジュールのパッケージの小型化を図ることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態及び各変形例を自由に組み合わせたり、各実施の形態及び各変形例を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１ 第１フレーム、１ａ 延設部分、１ｂ 第１ダイパッド、１ｃ 段差、２ 第２フレーム、２ａ 第２ダイパッド、３ パワーチップ、４ 制御ＩＣ、４ａ 第１パッド、７ モールド樹脂、７ａ 端面、７ｂ 端部、８ 絶縁シート、２１ ＲＣ−ＩＧＢＴ、２２ ゲートワイヤ、３１ 金属成型体、３２ フレーム、３３ タイバー、３４ 樹脂ランナー、４１ 絶縁部、４２ 絶縁キャップ。

Claims (15)

  1. 高耐圧ＩＣ（Integrated Circuit）の機能と低耐圧ＩＣの機能とを有する１つの制御ＩＣと、
    前記制御ＩＣの四方のうち三方において配置され、前記制御ＩＣとワイヤのみを介して接続された複数のＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）と
    を備える、パワーモジュール。
  2. 請求項１に記載のパワーモジュールであって、
    制御信号が入力されるフレームをさらに備え、
    前記制御ＩＣは、表面に形成された第１パッドと、裏面に形成された第２パッドとを有し、
    前記第１パッドは、前記ワイヤを介して前記ＲＣ−ＩＧＢＴと接続され、
    前記第２パッドは、前記フレームと接続された、パワーモジュール。
  3. 請求項１に記載のパワーモジュールであって、
    水平方向に延設された延設部分と、水平方向に延設され、かつ前記ＲＣ−ＩＧＢＴが搭載された第１ダイパッドと、を有する第１フレームと、
    前記延設部分に対応させて水平方向に延設され、かつ前記制御ＩＣが搭載された第２ダイパッドを有する第２フレームと
    をさらに備え、
    前記第１フレームにおいて前記延設部分と前記第１パッドとの間に段差が設けられることによって、前記第１ダイパッドは、前記第２ダイパッドよりも下方に位置する、パワーモジュール。
  4. 請求項３に記載のパワーモジュールであって、
    前記第１フレームの前記第１ダイパッド下に配置された絶縁シートをさらに備える、パワーモジュール。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のパワーモジュールであって、
    前記ＲＣ−ＩＧＢＴの代わりに、材質にシリコンを使用したＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を備える、パワーモジュール。
  6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のパワーモジュールであって、
    前記ＲＣ−ＩＧＢＴの代わりに、材質にシリコンカーバイドを使用したＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を備える、パワーモジュール。
  7. 請求項１に記載のパワーモジュールであって、
    前記ＲＣ−ＩＧＢＴが搭載されたダイパッドを有するフレームをさらに備え、
    前記ＲＣ−ＩＧＢＴは、樹脂ダイボンド剤によって前記ダイパッドと接続されている、パワーモジュール。
  8. 複数のフレームを有するパワーモジュールの製造方法であって、
    （ａ）それぞれの延在方向と垂直方向に配列された前記複数のフレームを含む成型体を成型する工程と、
    （ｂ）前記複数のフレームに複数の半導体装置を接続する工程と、
    （ｃ）前記複数の半導体装置を覆うとともに、前記成型体を部分的に覆うモールド樹脂を成型する工程と、
    （ｄ）前記成型体のうち、前記モールド樹脂から露出した前記複数のフレームの間の部分を切断する工程と
    を備える、パワーモジュールの製造方法。
  9. 請求項８に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    前記工程（ａ）の前記成型体は、前記フレーム同士を接続するタイバーをさらに含み、
    予め定められた前記フレーム及び前記タイバーには、樹脂を注入するための経路である樹脂ランナーが設けられ、
    前記工程（ｃ）にて、前記樹脂ランナーから樹脂を注入するサイドゲート方式によって前記モールド樹脂が成型され、
    前記工程（ｄ）の前記切断によって前記タイバーを除去する、パワーモジュールの製造方法。
  10. 請求項８または請求項９に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    前記工程（ａ）の前記複数のフレームは、前記工程（ｂ）にてパワーチップまたはＲＣ−ＩＧＢＴが前記半導体装置として接続される第１フレームと、前記工程（ｂ）にて制御ＩＣが前記半導体装置として接続される第２フレームとを、前記パワーモジュールごとに含み、
    前記工程（ａ）の前記成型体において、第１の前記パワーモジュールの前記第１フレームと、前記第１のパワーモジュールに隣接し、かつそれと逆向きに配置された第２の前記パワーモジュールの前記第１フレームとが前記垂直方向に並べて配列されている、パワーモジュールの製造方法。
  11. 請求項８または請求項９に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    前記工程（ａ）の前記複数のフレームは、前記工程（ｂ）にてパワーチップまたはＲＣ−ＩＧＢＴが前記半導体装置として接続される第１フレームと、前記工程（ｂ）にて制御ＩＣが前記半導体装置として接続される第２フレームとを含み、
    前記第１フレームは、前記第２フレームよりも前記工程（ａ）の前記成型体の端部に配設される、パワーモジュールの製造方法。
  12. 請求項１０または請求項１１に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    前記工程（ｂ）において、予め定められた方向に等間隔に配列された複数の前記パワーチップまたは複数の前記ＲＣ−ＩＧＢＴが接続される、パワーモジュールの製造方法。
  13. 請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    一の前記フレームが突出している前記モールド樹脂の端面の位置と、その隣の前記フレームが突出している前記モールド樹脂の端面の位置とが前記フレームの突出方向において異なる、パワーモジュールの製造方法。
  14. 請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    一の前記フレームが突出している前記モールド樹脂の端部と、その隣の前記フレームが突出している前記モールド樹脂の端部との間に絶縁部を形成する、パワーモジュールの製造方法。
  15. 請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
    一の前記フレームが突出している前記モールド樹脂の端面に隣接して、当該一のフレームの周囲を覆う絶縁キャップを形成する、パワーモジュールの製造方法。
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