JP2015185702A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2015185702A
JP2015185702A JP2014061192A JP2014061192A JP2015185702A JP 2015185702 A JP2015185702 A JP 2015185702A JP 2014061192 A JP2014061192 A JP 2014061192A JP 2014061192 A JP2014061192 A JP 2014061192A JP 2015185702 A JP2015185702 A JP 2015185702A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
lead frame
resin
insulating case
fuse
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014061192A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5781185B1 (ja
Inventor
田中　貴之
Takayuki Tanaka
貴之 田中
貴哉 武藤
Takaya Muto
貴哉 武藤
潤 田原
Jun Tawara
潤 田原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2014061192A priority Critical patent/JP5781185B1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5781185B1 publication Critical patent/JP5781185B1/ja
Publication of JP2015185702A publication Critical patent/JP2015185702A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L24/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32245—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/37001—Core members of the connector
    • H01L2224/37099—Material
    • H01L2224/371—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/37138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/37147—Copper [Cu] as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/4005—Shape
    • H01L2224/4009—Loop shape
    • H01L2224/40095—Kinked
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/8485—Bonding techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone, epoxy, polyimide, polyester
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Abstract

【課題】過電流を確実に遮断することができる樹脂封止型半導体装置を提供することを目的にしている。【解決手段】金属製のヒートシンクと、ヒートシンクに固定されていて狭窄部を有するリードフレームと、リードフレームに裏側電極が固定されている半導体素子と、空洞部が形成されている本体部と本体部に連なる一組の脚部を有し、リードフレームの狭窄部に一組の脚部が差し込まれている絶縁ケースと、リードフレームと半導体素子と絶縁ケースとを被覆する樹脂封止部と、を備え、絶縁ケースが有する本体部はリードフレームと対向する面が開放されており、絶縁ケースが有する一組の脚部は脚の長さがリードフレームの厚さよりも大きいことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂封止型半導体装置に関し、特に、構成部品が短絡故障した際の短絡電流を遮断する機能を有する樹脂封止型半導体装置に関する。
自動車業界において、ハイブリッド自動車や電気自動車など、モータにより駆動する車両が近年さかんに開発されている。モータ駆動用インバータ装置は、バッテリを電源として、モータの駆動回路に高電圧の駆動電力を供給する。モータ駆動用インバータ装置には、樹脂封止型の電力用半導体装置が用いられている。パワーエレクトロニクスの分野において、樹脂封止型半導体装置はキーデバイスとしての重要性がますます高まっている。
モータ駆動用インバータ装置に用いられている電力用半導体素子は、他の構成部品とともに樹脂封止されている。こうした樹脂封止型半導体装置において、バッテリから電力が供給された状態で、電力用半導体素子やスナバ回路用の電子部品（平滑コンデンサ等）が短絡故障すると、過大な短絡電流が流れる。例えば、インバータ制御回路におけるゲート駆動回路の誤動作で、インバータの上下アームが短絡すると、電力用半導体素子に過電流が流れ、短絡故障が発生する。また、平滑コンデンサに大きなリプル電流が流れると、発熱により平滑コンデンサは短絡故障を起こす。
短絡状態でバッテリと駆動回路を繋ぐリレーを接続するかまたは接続を継続すると、大電流により電源ケーブルや駆動回路が発煙および発火する。また、定格を超える過電流が流れることにより、インバータ装置に接続されているバッテリが損害を受けることも考えられる。こうした事態を回避するために、電力用半導体装置とバッテリの間に過電流遮断用ヒューズを挿入すれば、インバータとバッテリの間に流れる過電流を阻止することができるが、チップ型の過電流遮断用ヒューズは、非常に高価である。このため簡便でありながら、電力用半導体素子が短絡故障した際には、バッテリに流れ得る過電流を安全かつ確実に遮断できる過電流遮断手段が必要とされている。
ヒューズ機能を有する樹脂封止型のパワーモジュールを提供する方法として、電力用半導体素子と外部端子とをつなぐ金属細線をヒューズとして利用するものがある。金属細線は、過電流が流れるときの発熱により溶解し、周囲の空間に金属が移動することで断線に至る。しかし、金属細線を半導体素子と一緒に樹脂封止すると、過電流が流れた時に、金属細線が溶解しても、金属が移動する空間がないため、過電流が金属細線に流れる状態が長時間維持される。
そこで、特許文献１においては、樹脂封止型半導体装置の樹脂封止部に開口部を設けている。この開口部により、ヒューズの上部に空間が形成されている。また、特許文献２に係る樹脂封止型半導体装置は、樹脂封止型電子部品の樹脂封止部の内部にヒューズを有する。このヒューズの上下に絶縁ケースを設けることで、ヒューズの周囲に空間を形成している。
特開２００８−２３５５０２号公報 特開平９−１６１６４９号公報
特許文献１にかかわる構成では、ヒューズの下部は樹脂と接触している。ここで樹脂の熱抵抗は空気よりも２桁ほど低いため、電流がヒューズを流れることによって発生した熱は過剰に放熱される。その結果、ヒューズに許容範囲を超える過電流が流れているにも関わらず、ヒューズが溶断されないことが発生する。さらに、ヒューズと樹脂が接触していると、ヒューズの発熱で樹脂が炭化し、導電性を持つことで過電流を遮断できなくなるので、信頼性は低い。
特許文献２にかかわる構成では、上下の２つの絶縁ケースが必要となる。さらに、絶縁ケースには位置決め機構がないため、絶縁ケースをヒューズ部に位置決めをした上で樹脂封止することが困難であり、製造工程が煩雑である。
本発明は、前記の課題に鑑み、製造工程が簡易でありながら過電流を確実に遮断することができる樹脂封止型半導体装置を提供することを目的にしている。ヒューズ上部（ヒートシンク逆側）の位置決めできる絶縁ケースとヒューズ下部（ヒートシンク側）の空間により、ヒューズの周囲に空間ができる構造を目指す。
本願に係る樹脂封止型半導体装置は、金属製のヒートシンクと、ヒートシンクに固定されていて狭窄部を有するリードフレームと、リードフレームに裏側電極が固定されている半導体素子と、空洞部が形成されている本体部と本体部に連なる一組の脚部を有し、リードフレームの狭窄部に一組の脚部が差し込まれている絶縁ケースと、リードフレームと半導体素子と絶縁ケースとを被覆する樹脂封止部と、を備え、絶縁ケースが有する本体部はリードフレームと対向する面が開放されており、絶縁ケースが有する一組の脚部は脚の長さがリードフレームの厚さよりも大きいことを特徴とする。
位置が固定される形状の絶縁ケースはリードフレームの狭窄部（ヒューズ）に被せる。ヒューズとヒートシンクの間に空間を設けることで、１つの絶縁ケースで容易にヒューズを樹脂封止部とヒートシンクの間の空間に露出させることができる。ヒューズが樹脂封止部と接しないため、ヒューズの発熱で樹脂封止部が炭化することがなく、過電流を確実に遮断することが可能となる。
この発明の実施の形態１に係る樹脂封止型半導体装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る樹脂封止型半導体装置の構造を示す上面図である。 図３Ａはこの発明の実施の形態に係る絶縁ケースの構造を示す側面図である。図３Ｂはこの発明の実施の形態に係る絶縁ケースの構造を示す正面図である。 絶縁ケースがリードフレームに係止されている状態を表す正面断面図である。 この発明の実施の形態１に係る樹脂封止型半導体装置の構造を示す立体図である。 この発明の実施の形態２に係る樹脂封止型半導体装置の構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る樹脂封止型半導体装置の構造を示す上面図である。 この発明の実施の形態２に係る樹脂封止型半導体装置の構造を示す立体図である。 この発明の実施の形態２に係る絶縁ケースの構造を示す側面図である。
本発明の実施の形態に係る樹脂封止型半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。各図間の図示では、対応する各構成部のサイズや縮尺はそれぞれ独立している。例えば構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズや縮尺が異なっている場合もある。また、樹脂封止型半導体装置の構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による樹脂封止型半導体装置の断面図である。図２は同じくこの発明の実施の形態１による樹脂封止型半導体装置を示す上面図である。図１および図２に基づいて、実施の形態１に係る樹脂封止型半導体装置の概略構成について説明する。樹脂封止型半導体装置１００は、外部端子用リードフレーム１、半導体素子２、導電性接着剤３、電極用リードフレーム４、樹脂封止部５、ヒートシンク６、ヒューズ７、絶縁ケース８、絶縁性接着剤１４を備えている。半導体素子２は、ヒートシンク６と対向する裏側の面に裏側電極２ａが、表側の面に表側電極２ｂが、それぞれ形成されている。半導体素子２は裏側電極２ａが導電性接着剤３によって外部端子用リードフレーム１と固定されている。外部端子用リードフレーム１は入出力用に用いられ、絶縁性接着剤１４によって、ヒートシンク６に固定されている。
半導体素子２は、電力用電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ：Power Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などで構成される。これらは、モータなどの電気機器を駆動するインバータ回路に用いられるもので、数百アンペア（１０３Ａ）の定格電流を制御するものである。導電性接着剤３は、半田などで構成され、半導体素子２と電極用リードフレーム４あるいは、外部端子用リードフレーム１と電極用リードフレーム４を電気的に接続し、固着させるために用いられる。
樹脂封止部５は、絶縁性接着剤１４を介して金属製のヒートシンク６の上に固着されている。絶縁性接着剤１４は、ヒートシンク６と樹脂封止部５の間に挿入され、それぞれを固着させる。絶縁性接着剤１４の材料は、高い伝熱性を持ち、電気的絶縁性が高いものであれば、任意のものを用いることができる。電極用リードフレーム４の片方は半導体素子２の表側電極に導電性接着剤３を介して接続され、もう片方は導電性接着剤３を介して外部端子用リードフレーム１に接続される。樹脂封止部５は、半導体素子２及び絶縁ケース８の全体を被覆するように成形されている。
樹脂封止部５は、外部端子用リードフレーム１を周縁端部は露出させるように被覆している。樹脂封止部５の材料は熱可塑性または熱硬化性の任意の樹脂材料を用いて成形することができるが、例えば、エポキシ樹脂を用いて成形することが好ましい。ヒートシンク６は、樹脂封止部５に封止された半導体素子２に電流が流れるときに発生する熱を逃がす役割を有する。たとえば銅やアルミニウムなどの１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料を用いて構成される。外部端子用リードフレーム１はヒューズ７を有し、ヒューズ７の上部には絶縁ケース８が配置されている。
ヒューズ７は、外部端子用リードフレーム１（または電極用リードフレーム４）に狭窄部７ａを設けることにより形成する。ヒューズ７は、リードフレーム（外部端子用リードフレーム１または電極用リードフレーム４）に過大な電流が流れた時に溶断し、電流を遮断する。なお、これに限定されないが、外部端子用リードフレーム１、電極用リードフレーム４、ヒューズ７は、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の厚みを有する銅または銅合金からなるプレートを打ち抜き加工することにより形成することができる。絶縁ケース８は、ヒューズ７に被せるように配置され、ヒューズ７の上部に空間を設ける役割を担う。絶縁ケース８の材料は、絶縁性が高く、樹脂封止部５に用いる樹脂よりも融点が高い樹脂材料を用いる。
半導体素子２は、珪素（Ｓｉ）によって形成されたものの他、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成したものも好適に使用することができる。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドなどがある。ワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、許容電流密度が高く、電力損失も低いため、電力用半導体素子を用いた樹脂封止型半導体装置の小型化が可能となる。
図３Ａは、樹脂封止型半導体装置１００における絶縁ケース８の構造を表す側面図である。図３Ｂは、樹脂封止型半導体装置１００における絶縁ケース８の構造を表す正面図である。絶縁ケース８は、本体部８ａと脚部８ｂを備えている。脚部８ｂは本体部８ａの下部に２個配置され、両者は連なっており一体化している。本体部８ａには空洞部８ｃが設けられている。脚部８ｂには突起８ｄとスリット８ｅが設けられている。突起８ｄは脚部８ｂの側面に加工されている。スリット８ｅは脚部８ｂの底面から本体部側に向かう向きに形成されていて、狭窄部７ａの長さ方向（または脚部８ｂの幅方向）に幅が狭まる。絶縁ケース８はリードフレームの狭窄部７ａ（ヒューズ７）に上から差し込まれる。絶縁ケース８が有する本体部８ａはリードフレームと対向する面が開放されている。突起８ｄとスリット８ｅを、外部端子用リードフレーム１（または電極用リードフレーム４）の狭窄部７ａに引っ掛けることで、絶縁ケース８がヒューズ７に固定される。ヒューズ７は、過電流が流れて蒸散した場合、空洞部８ｃに飛散するため、ヒューズ７が確実に溶断できる構造としている。
図４は、絶縁ケース８が外部端子用リードフレーム１（または電極用リードフレーム４）に係止されている状態を表す正面断面図である。絶縁ケース８の本体部８ａは外部端子用リードフレーム１（または電極用リードフレーム４）の上部に配置される。絶縁ケース８の脚部８ｂは、外部端子用リードフレーム１の厚さよりも脚の長さが大きい。脚部８ｂの底面（末端）は、必ずしも、ヒートシンク６と当接している必要はない。狭窄部７ａの幅よりも脚部８ｂの間隔の方が大きくなっている。ヒューズ７（狭窄部７ａ）に上から差し込まれた絶縁ケース８は、突起８ｄをヒューズ７（狭窄部７ａ）に引っ掛けることで、ヒューズ７に固定されている。樹脂封止部５は、本体部８ａに設けられている空洞部８ｃから排除されるため、封止後にも絶縁ケース８は空洞部８ｃに空間を確保することができる。
図５は、樹脂封止型半導体装置１００におけるヒューズ７および絶縁ケース８の立体図である。同図に基づいて絶縁ケース８の位置決め機構について説明する。絶縁ケースの幅方向をＸ軸、絶縁ケースの長手方向（ヒューズに電流が流れる方向）をＹ軸、絶縁ケースの上部方向をＺ軸とする。絶縁ケース８の脚部８ｂに突起８ｄとスリット８ｅを設け、上から差し込んで、外部端子用リードフレーム１（または電極用リードフレーム４）に突起８ｄを引っ掛けることで、Ｚ軸方向の位置を固定する。また、絶縁ケース８の脚部８ｂの幅（Ｙ軸方向）をヒューズ７の狭窄部７ａの長手方向の幅と合わせることで、Ｙ軸方向の位置が固定される。
外部端子用リードフレーム１、半導体素子２、電極用リードフレーム４、ヒューズ７、絶縁ケース８などをエポキシ樹脂などで封止して樹脂封止部５を形成する。樹脂封止する際に、本体部８ａの空洞部８ｃに封止樹脂が入り込まないように、樹脂封止金型１５を使用する。狭窄部７ａのＸ軸方向の幅よりも脚部８ｂのＸ軸方向の間隔のほうが大きい。ヒューズ７と絶縁ケース８のＸ軸方向の位置は、樹脂封止する際に、絶縁ケース８の脚部８ｂ（のＸ軸方向の幅）と樹脂封止金型１５の凸部１５ａ（のＸ軸方向の幅）を合わせることで固定される。樹脂封止金型１５の凸部１５ａが空洞部８ｃに樹脂が入り込むことを防止する。樹脂封止が終了してから、樹脂封止金型１５を除去する。その後、樹脂封止部５とヒートシンク６を絶縁性接着剤１４で固定する。
以上、実施の形態１によると、位置決め可能な絶縁ケースを用い、樹脂封止部とヒートシンクの間にヒューズが露出される空間を設けている。その結果、電力用半導体素子をはじめとした電子部品が短絡故障して過電流が流れたときに、過電流を確実に遮断することができるヒューズを備えた樹脂封止型半導体装置を提供することができる。
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による樹脂封止型半導体装置の断面図である。図７は同じくこの発明の実施の形態２による樹脂封止型半導体装置を示す上面図である。図６および図７に基づいて、実施の形態２に係る樹脂封止型半導体装置の概略構成について説明をする。樹脂封止型半導体装置１００は、外部端子用リードフレーム１、半導体素子２、導電性接着剤３、電極用リードフレーム４、樹脂封止部５、ヒートシンク６、ヒューズ７、絶縁ケース８、絶縁放熱シート９を備えている。半導体素子２は裏側電極２ａが導電性接着剤３によって外部端子用リードフレーム１と固定されている。外部端子用リードフレーム１は入出力用に用いられ、絶縁放熱シート９によって、ヒートシンク６に固定されている。
樹脂封止部５は、絶縁放熱シート９を介してヒートシンク６の上に固着される。樹脂封止部５の材料は熱可塑性または熱硬化性の任意の樹脂材料を用いて成形することができるが、例えば、エポキシ樹脂を用いて成形することが好ましい。ヒートシンク６は、樹脂封止部５に封止された半導体素子２に電流が流れるときに発生する熱を逃がす役割を有する。たとえば銅やアルミニウムなどの１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する材料を用いて構成される。ヒューズ７の下部にはヒートシンク６に凹部６ａが形成されていて、樹脂封止部５とヒートシンク６との間に空間を確保している。蒸散したヒューズ７をその空間に露出させることで、ヒューズ７を確実に溶断できる構造としている。
電極用リードフレーム４は、導電性接着剤３を介して半導体素子２と外部端子用リードフレーム１に接続されている。樹脂封止部５は、外部端子用リードフレーム１の周縁端部を露出させ、半導体素子２、絶縁ケース８および電極用リードフレーム４の全体を覆うように成形されている。ヒューズ７の上部には絶縁ケース８が配置されている。絶縁放熱シート９は、ヒートシンク６と樹脂封止部５の間に挿入され、それぞれを固着させる。絶縁放熱シート９の材料は、高い伝熱性を持ち、電気的絶縁性が高いものを用いる。
図８は、樹脂封止型半導体装置１００におけるヒューズ７および絶縁ケース８の立体図である。同図に基づいて絶縁ケース８の位置決め機構について説明する。ヒューズ７の下部に形成されたヒートシンク６の凹部６ａにより、樹脂封止部５とヒートシンク６の間に空間を設けている。ヒューズ７をこの空間に露出させることで、確実に溶断できる構造としている。ヒューズ７には規制部７ｂが４箇所に設けられている。絶縁ケース８の脚部８ｂが規制部７ｂに当接するので絶縁ケース８のＸ軸方向の位置が固定される。規制部７ｂのＸ方向の間隔を、絶縁ケース８の脚部８ｂのＸ軸方向の幅と合わせている。
図９は、ヒューズ７および絶縁ケース８の関係を示す側面図である。絶縁ケース８の脚部８ｂに突起８ｄとスリット８ｅを設け、絶縁ケース８をヒューズ７に上から差し込んで、外部端子用リードフレーム１に突起８ｄを引っ掛けることで、Ｚ軸方向の位置を固定する。また、絶縁ケース８の脚部８ｂの幅（Ｙ軸方向）をヒューズ７の狭窄部７ａの長手方向の幅と合わせることで、Ｙ軸方向の位置が固定される。
以上、実施の形態２によると、位置決め可能な絶縁ケースを用い、樹脂封止部とヒートシンクの間にヒューズが露出される空間を設けている。その結果、電力用半導体素子をはじめとした電子部品が短絡故障して過電流が流れたときに、過電流を確実に遮断することができるヒューズを備えた樹脂封止型半導体装置を提供することができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１…外部端子用リードフレーム、２…半導体素子、２ａ…裏側電極、２ｂ…表側電極、３…導電性接着剤、４…電極用リードフレーム、５…樹脂封止部、６…ヒートシンク、６ａ…凹部、７…ヒューズ、７ａ…狭窄部、７ｂ…規制部、８…絶縁ケース、８ａ…本体部、８ｂ…脚部、８ｃ…空洞部、８ｄ…突起、８ｅ…スリット、９…絶縁放熱シート、１４…絶縁性接着剤、１５…樹脂封止金型、１５ａ…凸部、１００…樹脂封止型半導体装置
本願に係る樹脂封止型半導体装置は、金属製のヒートシンクと、ヒートシンクに固定されていて狭窄部を有するリードフレームと、リードフレームに裏側電極が固定されている半導体素子と、空洞部が形成されている本体部と本体部に連なる一組の脚部を有し、リードフレームの狭窄部に一組の脚部が差し込まれている絶縁ケースと、リードフレームと半導体素子と絶縁ケースとを被覆する樹脂封止部と、を備え、絶縁ケースが有する本体部はリードフレームと対向する面が開放されており、絶縁ケースが有する一組の脚部は脚の長さがリードフレームの厚さよりも大きく、狭窄部のＸ軸方向（絶縁ケースの幅方向）の幅よりも脚部のＸ軸方向の間隔のほうが大きいことを特徴とする。

Claims (4)

  1. 金属製のヒートシンクと、
    前記ヒートシンクに固定されていて狭窄部を有するリードフレームと、
    前記リードフレームに裏側電極が固定されている半導体素子と、
    空洞部が形成されている本体部と前記本体部に連なる一組の脚部を有し、前記リードフレームの狭窄部に前記一組の脚部が差し込まれている絶縁ケースと、
    前記リードフレームと前記半導体素子と前記絶縁ケースとを被覆する樹脂封止部と、を備え、
    前記絶縁ケースが有する本体部は前記リードフレームと対向する面が開放されており、前記絶縁ケースが有する一組の脚部は脚の長さが前記リードフレームの厚さよりも大きいことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
  2. 前記絶縁ケースの一組の脚部には、側面に突起が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
  3. 前記絶縁ケースの一組の脚部には、底面から本体部側に向かうスリットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
  4. 前記ヒートシンクは、前記狭窄部の下方に設けられた凹部を有し、前記凹部には前記絶縁ケースの一組の脚部が入り込んでいることを特徴とする請求項３に記載の樹脂封止型半導体装置。
JP2014061192A 2014-03-25 2014-03-25 樹脂封止型半導体装置 Active JP5781185B1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014061192A JP5781185B1 (ja) 2014-03-25 2014-03-25 樹脂封止型半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014061192A JP5781185B1 (ja) 2014-03-25 2014-03-25 樹脂封止型半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5781185B1 JP5781185B1 (ja) 2015-09-16
JP2015185702A true JP2015185702A (ja) 2015-10-22

Family

ID=54192822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014061192A Active JP5781185B1 (ja) 2014-03-25 2014-03-25 樹脂封止型半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5781185B1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6461264B1 (ja) * 2017-08-30 2019-01-30 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6486526B1 (ja) * 2018-03-16 2019-03-20 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2019047550A (ja) * 2017-08-30 2019-03-22 三菱電機株式会社 電力変換装置
EP3534397A4 (en) * 2016-10-26 2019-09-04 Mitsubishi Electric Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE SEALED WITH RESIN
US20190341362A1 (en) * 2018-05-07 2019-11-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000138343A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2002025419A (ja) * 2000-07-12 2002-01-25 Rohm Co Ltd 過電流保護素子、これを有する半導体素子、および過電流保護素子の製造方法
JP2004241579A (ja) * 2003-02-05 2004-08-26 Denso Corp 半導体装置
JP2005093475A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Kokusan Denki Co Ltd モールド形電子制御ユニット及びその製造方法
JP2005175222A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Densei Lambda Kk 放熱器の保持構造
JP2008235502A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Mitsubishi Electric Corp 樹脂封止型半導体装置
JP2010199322A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Mitsumi Electric Co Ltd 基板支持構造及び電子装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000138343A (ja) * 1998-10-30 2000-05-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP2002025419A (ja) * 2000-07-12 2002-01-25 Rohm Co Ltd 過電流保護素子、これを有する半導体素子、および過電流保護素子の製造方法
JP2004241579A (ja) * 2003-02-05 2004-08-26 Denso Corp 半導体装置
JP2005093475A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Kokusan Denki Co Ltd モールド形電子制御ユニット及びその製造方法
JP2005175222A (ja) * 2003-12-11 2005-06-30 Densei Lambda Kk 放熱器の保持構造
JP2008235502A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Mitsubishi Electric Corp 樹脂封止型半導体装置
JP2010199322A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Mitsumi Electric Co Ltd 基板支持構造及び電子装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3534397A4 (en) * 2016-10-26 2019-09-04 Mitsubishi Electric Corporation SEMICONDUCTOR DEVICE SEALED WITH RESIN
JP6461264B1 (ja) * 2017-08-30 2019-01-30 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2019047550A (ja) * 2017-08-30 2019-03-22 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2019047549A (ja) * 2017-08-30 2019-03-22 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6486526B1 (ja) * 2018-03-16 2019-03-20 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2019161967A (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 三菱電機株式会社 電力変換装置
US10748859B2 (en) 2018-03-16 2020-08-18 Mitsubishi Electric Corporation Power converting device
US20190341362A1 (en) * 2018-05-07 2019-11-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5781185B1 (ja) 2015-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5781185B1 (ja) 樹脂封止型半導体装置
JP2008235502A (ja) 樹脂封止型半導体装置
CN110998777B (zh) 功率转换装置
JP6824422B2 (ja) 電力変換装置
JP6486526B1 (ja) 電力変換装置
US11315850B2 (en) Semiconductor device
WO2019189450A1 (ja) 電力変換装置
JP6461264B1 (ja) 電力変換装置
US10109603B2 (en) Semiconductor device
JP6869309B2 (ja) 電力変換装置および電力変換装置一体型回転電機
JP2018182220A (ja) 電力変換装置
JP6797289B2 (ja) 電力変換装置
JP7337214B1 (ja) 電力変換装置
JP6660278B2 (ja) 樹脂封止型半導体装置
JP2019079935A (ja) 電力用半導体装置
US10847489B2 (en) Semiconductor device
JP2024003917A (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150616

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150714

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5781185

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250