JP2016146398A - パワーモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】はんだフィレットの溢れにより半導体チップが短絡したり、ベース板の側端からはんだフィレットが溢れたりするのを抑制する。【解決手段】第一の半導体チップ１１の第１の辺から第二の半導体チップ１２における上記第１の辺に隣接する一辺までの距離の１／２の距離と、第一の半導体チップ１１の第２の辺から第三の半導体チップ１３における上記第２の辺に隣接する一辺までの距離の１／２の距離と、第一の半導体チップ１１の第３、４の辺の少なくとも一方からベース板１０１の側端Ｅ１、Ｅ２までの距離とのうち、 最も短い距離となる箇所の辺に形成された第一の半導体チップ１１のはんだフィレット５１ａ、５１ｂの長さが最も短く形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、パワー用の半導体チップを備えるパワーモジュールに関する。
ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車などの車両には、動力駆動用の高電圧蓄電池と、高電圧蓄電池の直流高電圧出力を交流高電圧出力に電力変換してモータを駆動するためのインバータ等が搭載される。インバータには、パワー用の半導体チップを内蔵するパワーモジュールを備えている。
パワーモジュールとして、放熱板に熱結合される一対の導体板間に半導体チップが実装された構造が知られている。なお、導体板を放熱板と兼用するパワーモジュールを知られている。半導体チップは、一面および一面に対向する他面を有し、一対の導体板間に挟まれた状態で、半導体チップの一面および他面が、それぞれ、一対の導体板の一方または他方にはんだ付けされる。高実装密度化を図り、一対の導体板間に複数の半導体チップが実装されることもある。また、一対の導体板間における半導体チップの周囲に封止樹脂が充填されることもある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２４４１６６号公報
高実装密度化を図り、導体板上に実装される半導体チップ間の距離または半導体チップと導体板の周囲外線との距離をより小さくすることが求められている。しかし、従来では、半導体チップ相互間の距離および半導体チップと導体板の周囲外線との距離は、すべて等しくされていた。このため、半導体チップ相互間の距離および半導体チップと導体板の周囲外線との距離の一部でも所定の距離より小さくなると、半導体チップと導体板を接合するはんだフィレットの形成領域からはんだが溢れることにより半導体チップ同士が短絡したり、導体板の周囲外線からはんだフィレットの形成領域からはんだが溢れ出たりする可能性が生じる。はんだフィレットの形成領域のはんだが導体板の周囲外線から溢れ出ると、他の部材との間で短絡が生じたり、溢れたはんだが落剥して導電性異物となり故障や性能の低下を起こす要因となったりする。
本発明のパワーモジュールは、ベース板と、四つの辺を有する第一の半導体チップと、
第一の半導体チップの第１の辺に隣接して配置された一辺を含む四つの辺を有し、ベース板にはんだ付けされた第二の半導体チップと、第一の半導体チップの第２の辺に隣接して配置された一辺を含む四つの辺を有し、ベース板にはんだ付けされた第三の半導体チップとを備え、第一の半導体チップの第３の辺または第４の辺の少なくとも一方は、ベース板の側端に隣接して配置され、第一の半導体チップの第１の辺から第二の半導体チップの一辺までの距離の１／２の距離と、第一の半導体チップの第２の辺から第三の半導体チップの一辺までの距離の１／２の距離と、ベース板の側端に隣接して配置された第一の半導体チップの第３の辺または第４の辺からベース板の側端までの距離とのうち、 最も短い距離となる箇所の辺に形成された第一の半導体チップのはんだフィレットの長さが最も短く形成されている。
本発明によれば、はんだフィレット形成領域からのはんだの溢れにより半導体チップが短絡したり、ベース板の側端から溢れ出たりするのを抑制することができる。
本発明のパワーモジュールの一実施の形態を示す外観斜視図。 図１に示すパワーモジュールのII−II線断面図。 半導体チップの実装構造を示す模式的平面図。 図２の領域ＩＶの拡大断面図であり、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。 はんだフィレット表面積の増加量とはんだフィレット形成領域の長さとの関係を説明するための図であり、（ａ）は、半導体チップのはんだ付け構造の基準を示すための断面図、（ｂ）は、はんだフィレット表面積増加量とはんだフィレット形成領域の長さとの関係を示す特性図。 本発明の実施形態２を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。 本発明の実施形態３を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の断面図。 本発明の実施形態４を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の断面図。 本発明の実施形態５を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図。 実施形態５の変形例を示す図。 本発明の実施形態６を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図。 実施形態６の変形例１を示す図。 実施形態６の変形例２を示す図。 本発明の実施形態７を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図。 実施形態７の変形例を示す図。 本発明の第１の効果を示す図であり、本発明の実施例１における半導体チップ間の短絡の発生頻度を示す。 本発明の第２の効果を示す図であり、本発明の実施例２におけるフレーム側端へのはんだ溢れの発生頻度を示す。
−実施形態１−
（パワーモジュールの全体構造）
以下、図１乃至図４を参照して、本発明のパワーモジュールの実施形態１を説明する。
図１は、本発明のパワーモジュールの一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示すパワーモジュールのII−II線断面図である。
本発明の実施形態に係るパワーモジュール１００は、例えば、自動車に搭載される回転電機駆動システムの車載用電力変換装置等に用いることができる。
パワーモジュール１００は、第１のリードフレーム１０１および第２のリードフレーム１０２間に実装された、後述する、複数のパワー用の半導体チップ１１〜１４（図３等参照）が収容されたモジュールケース２０１を備えている。
モジュールケース２０１は、アルミ合金材料、例えばＡｌ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃ等から構成され、かつ、つなぎ目の無い一体成形された、キャン型（以下ＣＡＮ型と記す）の形状をなす。ここで、ＣＡＮ型とは、所定の一面に挿入口３０６を備え、かつ有底の略直方体形状の容器を指す。また、モジュールケース２０１は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂに、その外周を囲まれている。
このような形状の金属性のケースとすることで、モジュールケース２０１を水や油などの冷却媒体が流れる流路内に挿入しても、冷却媒体に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できる。つまり、冷却媒体がモジュールケース２０１の内部及び端子部分に侵入するのを、簡易な構成にて防ぐことができる。
モジュールケース２０１のフランジ３０４Ｂの下方は、フィン３０５が均一に配置された一対の放熱ベース３０７を有する薄型の直方体形状とされている。各放熱ベース３０７のフランジ３０４Ｂとの接続部には、厚みが極端に薄くなっている湾曲部３０４Ａが形成されている。放熱ベース３０７の内面と第１、第２のリードフレーム１０１、１０２との間には、それぞれ、熱伝導性が高い絶縁シート３３３が介装されている。パワー用の半導体チップ１１〜１４は動作時に発熱して高温となる。本実施形態のパワーモジュール１００では、半導体チップ１１〜１４の動作時の発熱が、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２で拡散して絶縁シート３３３に伝わる。そして、モジュールケース２０１に形成された放熱ベース３０７、および放熱ベース３０７に設けられたフィン３０５から冷却媒体に放熱される。このため、高い冷却性能を実現することができる。
半導体チップ１１〜１４は、第１のリードフレーム１０１および第２のリードフレーム１０２間にはんだ付けにより実装され、その周囲は、一次封止材３５０により封止されている。半導体チップ１１〜１４と、第１のリードフレーム１０１および第２のリードフレーム１０２との実装構造については後述する。
第１のリードフレーム１０１は、上方に延出される複数のリード１１１を有する。各リード１１１の先端は一次封止材３５０の外部に露出している。つまり、リード１１１の先端が露出され状態で、第１のリードフレーム１０１は一次封止材３５０に一体成形される。リード１１１の先端には、それぞれ、直流正・負極端子、交流端子１２１、および複数の外部信号端子１２２がはんだ付け等により接合されている。直流正・負極端子および交流端子１２１、複数の外部信号端子１２２、および第１のリードフレーム１０１のリード１１１は、補助モールド体３８０に一体成形されている。
第１のリードフレーム１０１が一体に形成された一次封止材３５０は、補助モールド体３８０に一体に形成された直流正・負極端子および交流端子１２１、複数の外部信号端子１２２が、それぞれ、第１のリードフレーム１０１の対応するリード１１１に接続された状態でモジュールケース２０１内に収容される。この状態で、フランジ３０４Ｂの挿入口３０６から二次封止材３５１が充填される。二次封止材３５１は、フランジ３０４Ｂの内側および第１、第２のリードフレーム１０１、１０２の周側縁と一次封止材３５０との隙間に充填される。また、二次封止材３５１は、モジュールケース２０１の底面と一次封止材３５０の下面との間にも充填される。パワーモジュール１００は、このような構造を有しており、高電圧蓄電池の直流高電圧出力を交流高電圧出力に電力変換して、例えば、モータを駆動するためのインバータの機能を果たす。
（半導体チップの実装構造）
図３は、半導体チップの実装構造を示す模式的平面図であり、図４は、図２の領域ＩＶの拡大断面図であり、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。なお、図３では、第２のリードフレーム１０２を取り除いた状態で図示されている。また、図４では、リード１１１等、図２の領域ＩＶの外部の図示が省略されている。
第１のベース板、すなわち第１のリードフレーム１０１、および第２のベース板、すなわち第２のリードフレーム１０２は、金属板を打ち抜き加工して形成されている。金属板としては、銅系、アルミニウム系、鉄系等の材料を用いることができる。第１、第２のリードフレーム１０１、１０２は熱伝導率が高いことが好ましい。このため、熱伝導率に優れている、特に、銅系、アルミニウム系の材料が好ましい。
第１、第２のリードフレーム１０１、１０２は、離間対向して配置されており、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２の間に四つの半導体チップ１１〜１４が配置されている。図４に示すように、第２のリードフレーム１０２には、半導体チップ１１〜１４のそれぞれに対向する四つの突出部１０３が形成されている。四つの突出部１０３は、２行×２列のマトリックス状に配置されている。
半導体チップ１１〜１４は、薄い直方体形状を有し、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）により構成されている。ＩＧＢＴと共にダイオードや受動素子が含まれていてもよい。各半導体チップ１１〜１４は、図４では下面となる一面ｆLと、図４では上面となる他面ｆUとを有している。各半導体チップ１１〜１４の他面ｆUには、例えば、ＩＧＢＴのコレクタ電極が形成されている。また、各半導体チップ１１〜１４の一面ｆLには、ＩＧＢＴのエミッタ電極および複数の制御電極が形成されている。各制御電極は、図示はしないが、ボンディングワイヤにより、リード１１１に接続されている。
各半導体チップ１１〜１４の一面ｆLは、第１のリードフレーム１０１の第１のはんだ５０によりはんだ付けされている。各半導体チップ１１〜１４の他面ｆUは、第２のリードフレーム１０２の突出部１０３に、第２のはんだ６０によりはんだ付けされている。突出部１０３は、平面視で、半導体チップ１１〜１４より少し小さい矩形形状に形成されている。各半導体チップ１１〜１４の他面ｆUが第２のリードフレーム１０２の突出部１０３にはんだ付けされる構造であるので、半導体チップ１１〜１４も、突出部１０３と同様、２行×２列のマトリックス状に配置されている。
第１、第２のはんだ５０、６０のはんだ材としては、Ｓｎを多く含むＳｎ系の他、Ａｕ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ａｌ系を用いることができる。また、はんだ材の他、Ａｇペースト、Ｃｕペースト、焼成Ａｇ、焼成Ｃｕ等の樹脂を含む材料を用いることもできる。樹脂を含む材料では、粘性が低いものが好ましい。
図３、図４に図示される半導体チップの実装構造は、例えば、下記の手順で形成される。
第１のリードフレーム１０１に、第１のはんだ５０として固化するはんだ素材を供給する。このはんだとして、シートはんだを用いることができる。または、はんだペーストを印刷により形成したり、溶融はんだを供給したりする方法を用いることもできる。第１のはんだ５０として固化するはんだ素材上に、半導体チップ１１〜１４を載置する。各半導体チップ１１〜１４上に第２のはんだ６０として固化するはんだ素材を供給する。このはんだ素材の供給は、第１のはんだ５０として固化するはんだ素材と同様に行うことができる。第２のはんだ６０として固化するはんだ素材に突出部１０３を位置合わせして、第２のリードフレーム１０２を第２のはんだ６０として固化するはんだ素材上に載置する。第１のリードフレーム１０１に対して第２のリードフレーム２を加圧しながら加熱して、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２に各半導体チップ１１〜１４をはんだ付けする。これにより、図３、図４に図示される半導体チップ１１〜１４の実装構造が作製される。
次に、半導体チップ１１〜１４の実装構造を、より詳細に説明する。
（半導体チップと第１のリードフレームとのはんだ付け構造）
図３、図４に図示されるように、各半導体チップ１１〜１４は、第１のはんだ５０の中央部に配置されておらず、中央部よりも隣接する他の半導体チップ１１〜１４に接近する位置に配置されている。
図示の距離ａ〜ｄを下記のように定義する。なお、第１のリードフレーム１０１の四辺、すなわち側端Ｅ１〜Ｅ４を、図３に図示された通りとする。
半導体チップ１１と半導体チップ１２との間の距離、すなわち、半導体チップ１１と半導体チップ１２が互いに対向する辺の間の距離をａとし、
半導体チップ１１と半導体チップ１３との間の距離、すなわち、半導体チップ１１と半導体チップ１３が互いに対向する辺の間の距離をｂとし、
半導体チップ１１の左辺と第１のリードフレーム１０１の左側の側端Ｅ１との間の距離をｃとし、
半導体チップ１１の上辺と第１のリードフレーム１０１の上側の側端Ｅ２との間の距離をｄとする。
半導体チップ１１と半導体チップ１２との間には、半導体チップ１１のはんだフィレット５１ａと半導体チップ１２のはんだフィレット５２ａとが形成される。半導体チップ１１と半導体チップ１３との間には、第一の半導体チップ１１のはんだフィレット５１ｂと半導体チップ１３のはんだフィレット５３ｂとが形成される。
はんだフィレット５１ａの長さとはんだフィレット５２ａの長さとが同一であり、はんだフィレット５１ｂの長さとはんだフィレット５３ｂの長さとが同一であるとする。この場合、はんだフィレット５１ａ、５２ａの各長さは、ａ／２以下とし、はんだフィレット５１ｂ、５３ｂの各長さはｂ／２以下とする必要がある。なお、本明細書において、はんだフィレットの長さとは、図５（ａ）に図示されるように半導体チップの辺からはんだフィレットの先端までの長さlとする。
各半導体チップ１１〜１４は、第１のリードフレーム１０1上にほぼ四等分されたチップ実装領域の中央部よりも隣接する他の半導体チップ１１〜１４に接近する位置に配置されている。ここで、第２のリードフレーム１０２の４つの突出部１０３の中心は、各チップ実装領域で偏って実装された半導体チップ１１〜１４の中心と合致する。距離ａ／２、ｂ／２は、それぞれ、距離ｃ、ｄよりも短くなっている。半導体チップ間の距離が短いほど、または半導体チップとベース板の側端との距離が短いほど、はんだフィレットの溢れにより半導体チップ同士が短絡したり、ベース板の側端からはんだフィレットが溢れたりする可能性が大きくなる。
そこで、半導体チップ１１、１２それぞれにおける、他の半導体チップ１２、１１に隣接する辺に形成されるはんだフィレット５１ａ、５２ａの長さを、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に隣接する半導体チップ１１の２つの辺に形成されるはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さよりも短く形成する。換言すれば、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さを、はんだフィレット５１ａ、５２ａの長さより長く形成する。これにより、はんだフィレット５１ａ、５２ａの形成領域からのはんだの溢れによる半導体チップ１１、１２の短絡を抑制することができる。
同様に、各半導体チップ１１、１３それぞれにおける、他の半導体チップ１３、１１に隣接する辺に形成されるはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さを、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に隣接する半導体チップ１１の２つの辺に形成されるはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さよりも短く形成する。換言すれば、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さを、はんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さより長く形成する。これにより、はんだフィレット５１ｂ、５３ｂの形成領域からのはんだの溢れによる半導体チップ１１、１３の短絡を抑制することができる。
また、距離ａと距離ｂとを比較して、短い方に形成されるはんだフィレットの長さを短くする。例えば、距離ａが距離ｂよりも短い場合は、はんだフィレット５１ａの長さをはんだフィレット５１ｂの長さよりも短く形成する。
また、距離ｃと距離ｄとを比較して、短い方に形成されるはんだフィレットの長さを短く形成するようにしてもよい。例えば、距離ｃが距離ｄよりも短い場合は、はんだフィレット５１ｃの長さをはんだフィレット５１ｄの長さよりも短く形成するようにしてもよい。
上記実施形態において、はんだフィレット５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂの長さを短くすることができる理由を説明する。
液体の表面は表面張力が働くため、表面積を小さくするように、すなわち表面エネルギが小さくなるように表面張力が働く。よって、表面積が大きくなろうとする場合、表面張力に対抗して大きくなるためのエネルギが必要である。はんだの表面積の増加量が多くなればなるほど、その増加のために必要なエネルギは多くなる。
はんだフィレットが形成される際のはんだ溢れは、所定のはんだ体積に対し、はんだフィレット形成領域の長さが短いことに起因して、はんだ内の圧力が上昇し、はんだフィレット形成領域においてはんだが膨らむことにより発生する。はんだフィレットを形成するはんだ体積を同一とした場合、はんだフィレットの長さに依存して、はんだの表面積の増加量は変化する。
はんだフィレットの長さlとはんだの表面積の増加量との相関の一例を図５に示す。図５（ａ）は、半導体チップのはんだ付け構造の基準を示すための断面図であり、図５（ｂ）は、はんだフィレット表面積増加量とはんだフィレット形成領域の長さとの関係を示す特性図である。
図５（ａ）に示す半導体チップとベース板とのはんだ付け構造において、チップサイズは１０mm角である。はんだの厚さｔは０．２mmである。
図５（ｂ）におけるはんだフィレット表面積増加量は、半導体チップがはんだの表面から０．０５mm沈んだ場合のはんだフィレット表面積の増加量を導出したものである。はんだ表面積は、はんだフィレットが円弧状に膨らむと仮定している。
図５（ｂ）により、はんだフィレット形成領域の長さlが長くなるほど、はんだ表面積の増加量は少なくなることが解る。換言すれば、はんだフィレット形成領域の長さlが短いほど、はんだフィレットのはんだ表面積の増加量は増加する。上述したように、はんだ表面積の増加量が多くなればなるほど、その増加のために必要なエネルギは多くなる。この現象を利用して、半導体チップ１１を第１のリードフレーム１０１に加圧した際に、第１のはんだ５０が溶融した状態のはんだ素材にかかるエネルギを、はんだフィレット形成領域の長さlが長いはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの表面積を増加させることに消費させることで、はんだフィレット形成領域の長さlが短いはんだフィレット５１ａ、５１ｂの表面積の増加、換言すれば、はんだフィレット形成領域からのはんだの溢れを抑制することが可能となる。
図４を参照して、各半導体チップ１１〜１４は、突出部１０３と同心に配置されている。すなわち、半導体チップ１１〜１４それぞれの四つの辺の各辺と突出部１０３の四つの辺の各辺との間隔は、ほぼ同一である。従って、各半導体チップ１１〜１４と突出部１０３とを接合する第２のはんだ６０は、半導体チップ１１〜１４それぞれの四つの辺の各辺には、同じ長さのはんだフィレット６１が形成されている。
はんだフィレット６１の長さは、はんだフィレット５１ａ、５１ｂのいずれよりも短く形成することができる。この理由は、以下の通りである。
上述した通り、半導体チップ１１〜１４は、第１のリードフレーム１０１、第１のはんだ、半導体チップ１１〜１４、第２のはんだ６０および第２のリードフレーム１０２が積層された状態で、加熱・加圧してはんだ付けされる。すなわち、はんだ付け時には、第１のはんだ５０および第２のはんだ６０が共に溶融状態となっている。この状態では、第１のはんだ５０と第２のはんだ６０とは、分離して形成されているが、はんだフィレット表面積増加量とはんだフィレット形成領域の長さとの関係では、図５（ｂ）に示された関係を有している。このため、第１、第２のはんだ５０、６０が溶融した状態のはんだ素材にかかるエネルギを、はんだフィレット形成領域の長さlが長いはんだフィレット５１ｃ、５１ｄおよび５１ａ、５１ｂの表面積を増加させることに消費させることで、はんだフィレット形成領域の長さlが短いはんだフィレット６１の表面積の増加、換言すれば、はんだフィレット形成領域からのはんだの溢れを抑制することが可能となる。
なお、はんだフィレット６１の長さは、必ずしも、はんだフィレット５１ａ、５１ｂ、の長さのいずれよりも短くする必要は無い。
なお、上記では半導体チップ１１について説明したが、半導体チップ１２〜１４に関し半導体チップ１１の場合と同様である。つまり、半導体チップ１２〜１４それぞれにおいても、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの長さは、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの長さよりも短く形成されている。
上記実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）第１のリードフレーム１０１に、半導体チップ１１〜１４を、それぞれ、第１のはんだ５０によりはんだ付けした。半導体チップ１１〜１４それぞれにおいて、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成されたはんだフィレットの長さを、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されたはんだフィレットの長さよりも長く形成した。
このため、各半導体チップ１１〜１４の、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの形成領域からはんだが溢れるのを抑制し、半導体チップ１１〜１４が相互に短絡するのを防止することができる。
−実施形態２−
図６は、本発明の実施形態２を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図あり、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
実施形態２において、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２、半導体チップ１１〜１４、および第１、第２のはんだ５０、６０は、実施形態１と同じ部材である。実施形態２が実施形態１と異なる点は、半導体チップ１１〜１４それぞれが、第１のはんだ５０の中央部よりも、第１のリードフレーム１０１の各コーナー部に接近する位置に配置されている点である。
すなわち、実施形態２における距離ａ、ｂ、ｃ、ｄの定義を実施形態１と同じとすると、下記の構成となっている。
半導体チップ１１を一例に説明する。第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に隣接する２つの辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さは、半導体チップ１１における他の半導体チップ１２に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａの長さと、半導体チップ１２における他の半導体チップ１１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５２ａの長さよりも短く形成されている。換言すれば、各半導体チップ１１、１２に形成されたはんだフィレット５１ａ、５２ａの長さは、半導体チップ１１の２つの辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さより長く形成されている。これにより、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄの形成領域からはんだが第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に溢れ出るのが抑制される。
同様に、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に隣接する半導体チップ１１の２つの辺に形成されるはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さは、半導体チップ１１における他の半導体チップ１３に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｂと、半導体チップ１３における他の半導体チップ１１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５３ｂの長さよりも短く形成されている。換言すれば、各半導体チップ１１、１３に形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さは、半導体チップ１１の２つの辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さより長く形成されている。これにより、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄの形成領域からはんだが第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に溢れ出るのが抑制される。
また、距離ｃと距離ｄとを比較して、短い方に形成されるはんだフィレットの長さを短くする。例えば、距離ｃが距離ｄよりも短い場合は、はんだフィレット５１ｃの長さをはんだフィレット５１ｄの長さよりも短く形成する。
また、距離ａと距離ｂとを比較して、短い方に形成されるはんだフィレットの長さを短くするようにしてもよい。例えば、距離ａが距離ｂよりも短い場合は、はんだフィレット５１ａの長さを、はんだフィレット５１ｂの長さよりも短く形成するようにしてもよい。
なお、半導体チップ１２〜１４に関しても、半導体チップ１２〜１４それぞれの各辺から隣接する他の半導体チップ１１〜１４の各辺までの距離ａの１／２、距離ｂの１／２と、半導体チップ１２〜１４それぞれの各辺から第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４までの距離ｃ、ｄとの関係は、半導体チップ１１の場合と同様である。また、半導体チップ１２〜１４それぞれの各辺に形成されるはんだフィレットの長さは、半導体チップ１１の各辺に形成されるはんだフィレットと同様である。すなわち、半導体チップ１２〜１４に関しても、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの長さは、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの長さより短く形成されている。
実施形態２によれば下記の効果を奏する。
（１）第１のリードフレーム１０１に、半導体チップ１１〜１４を第１のはんだ５０によりはんだ付けした。各半導体チップ１１〜１４それぞれにおいて、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されたはんだフィレットの長さを、第１のリードフレーム１０１の側端に隣接する辺に形成されたはんだフィレットの長さよりも長く形成した。
このため、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの形成領域から第１のリードフレーム１０１の側端にはんだが溢れ出るのを抑制することができる。
−実施形態３−
図８は、本発明の実施形態３を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の断面図である。図８は、パワーモジュールの実施形態１の図４に対応する領域の図である。
実施形態３のパワーモジュール１００は、第２のリードフレーム１０２における、第１のリードフレーム１０１に対向する内面１０２ａに凹部１０２ｂが形成されている点で、実施形態１と相違する。実施形態３のパワーモジュール１００の他の構成は、実施形態１と同様である。
実施形態１で説明した通り、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄは、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に隣接する辺に形成されており、その長さは半導体チップ１１、１２それぞれの、他の半導体チップ１２、１１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａ、５２ａの長さより長く形成されている。従って、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄの形成領域からはんだが溢れ易い。
実施形態３では、第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａにおける、はんだフィレット５１ｃ、５２ｃが対向する部分に凹部１０２ｂが形成されている。図８では、第２のリードフレーム１０２の側端Ｅ１、Ｅ３について説明しているが、側板Ｅ２、Ｅ４についても同様に凹部１０２ｂが形成されている。上述した通り、はんだフィレット形成領域の長さが長いとはんだが溢れ易い。このため、はんだフィレット形成領域の長さが長いはんだフィレット５１ｃ、５２ｃ、５１ｄ、５２の形成領域からはんだが溢れて第２のリードフレーム１０２に接触し、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２が短絡することがある。実施形態３では、はんだが溢れ易い箇所に対応して第２のリードフレーム１０２に凹部１０２ｂが形成されているため、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２が短絡を防止することができる。
実施形態３における他の構造は、実施形態１と同一であるので、実施形態１の効果（１）と同じ効果を奏する。
また、上述したように、実施形態３では、半導体チップ１１〜１４の各辺に形成されたはんだフィレットのうち、第１のリードフレーム１０１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット、すなわち、長い方のはんだフィレットに対向する第２のリードフレーム１０２の部分に凹部１０２ｂを形成した。このため、長い方のはんだフィレットの形成領域からはんだが溢れた場合でも、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２の短絡を防止することができる。
−実施形態４−
図９は本発明の実施形態４示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の断面図である。図９は、パワーモジュールの実施形態２の図７に対応する領域の図である。
実施形態４パワーモジュール１００は、第２のリードフレーム１０２に、第１のリードフレーム１０１に対向する内面１０２ａに凹部１０２ｃが形成されている点で、実施形態２と相違する。実施形態４のパワーモジュール１００の他の構成は、実施形態２と同様である。
実施形態２で説明した通り、はんだフィレット５１ａ、５２ａは、それぞれ、半導体チップ１１、１２における、他の半導体チップ１２、１１に隣接する辺に形成されており、その長さは、半導体チップ１１における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１、Ｅ２に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さより長く形成されている。従って、はんだフィレット５１ａ、５２ａの形成領域からはんだが溢れ易い。
実施形態４では、第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａにおける、はんだフィレット５１ａ、５２ａに対向する部分に凹部１０２ｃが形成されている。図９では、半導体チップ１１、１２の間のはんだフィレット５１ａ、５２ａについて説明しているが、半導体チップ１１、１３の間のはんだフィレット、半導体チップ１２、１４の間のはんだフィレット、半導体チップ１３、１４の間のはんだフィレットにそれぞれ対向する部分に凹部１０２ｃが形成されている。このため、はんだフィレット５１ａ、５２ａの形成領域からはんだが溢れて第２のリードフレーム１０２に接触し、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２が短絡するのを防止することができる。
実施形態４における他の構造は、実施形態２と同一であるので、実施形態２の効果（１）と同じ効果を奏する。
また、上述したように、実施形態４では、半導体チップ１１〜１４それぞれの各辺に形成されたはんだフィレットのうち、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されたはんだフィレット、すなわち長い方のはんだフィレットに対向する第２のリードフレーム１０２に凹部１０２ｃを形成した。このため、長い方のはんだフィレットが溢れた場合でも、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２の短絡を防止することができる。
−実施形態５−
図１０は、本発明の実施形態５を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図である。
実施形態５のパワーモジュール１００は、直線状に配列された３つの半導体チップ２１〜２３を備えている。各半導体チップ２１〜２３を固定する第１のはんだ５０は、平面視で、配列方向、すなわち左右方向の長さが、それに直交する方向、すなわち上下方向の長さよりも長い矩形形状を有する。各半導体チップ２１〜２３は平面視が正方形である。各半導体チップ２１〜２３は、第１のはんだ５０における左右方向及び上下方向のほぼ中央部に配置されている。
図示の距離ａ〜ｄを下記のように定義する。
半導体チップ２１における、半導体チップ２２に隣接する辺から半導体チップ２２の半導体チップ２１に隣接する辺までの距離をａとし、
半導体チップ２１における、導体チップ２３に隣接する辺から半導体チップ２３の半導体チップ２１に隣接する辺までの距離をｂとし、
半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の下方側の側端Ｅ４に隣接する辺から第１のリードフレーム１０１の下方側の側端Ｅ４までの距離をｃとし、
半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の上方側の側端Ｅ２に隣接する辺から第１のリードフレーム１０１の上方側の側端Ｅ２までの距離をｄとする。
実施形態５では、距離ａ／２、ｂ／２は、それぞれ、距離ｃ、ｄよりも短くなっている。
半導体チップ２１、２２それぞれの、他の半導体チップ２２、２１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａ、５２ａの長さは、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２、Ｅ４に隣接する半導体チップ２１の辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さよりも短く形成されている。換言すれば、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さは、半導体チップ２１、２２それぞれに形成されたはんだフィレット５１ａ、５２ａの長さよりも長く形成されている。これにより、はんだフィレット５１ａ、５２ａの形成領域からのはんだの溢れによる半導体チップ２１、２２の短絡を抑制することができる。
同様に、各半導体チップ２１、２３それぞれの、他の半導体チップ２３、２１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さは、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２、Ｅ４に隣接する半導体チップ２１の辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さよりも短く形成されている。換言すれば、各半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さは、半導体チップ２１、２３に形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さよりも長く形成されている。これにより、はんだフィレット５１ｂ、５３ｂの形成領域からのはんだの溢れによる半導体チップ２１、２３の短絡を抑制することができる。
また、距離ａと距離ｂとを比較して、短い方に形成されるはんだフィレットの長さを短くする。例えば、距離ａが距離ｂよりも短い場合は、はんだフィレット５１ａの長さをはんだフィレット５１ｂの長さよりも短くする。
また、距離ｃと距離ｄとを比較して、短い方に形成されるはんだフィレットの長さを短くするようにしてもよい。例えば、距離ｃが距離ｄよりも短い場合は、はんだフィレット５１ｃの長さをはんだフィレット５１ｄの長さよりも短くするようにしてもよい。
実施形態５では、半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２，Ｅ４に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｃ、５１ｄの長さを、他の半導体チップ２２、２３に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａ、５１ｂの長さよりも長く形成した。
このため、実施形態１の効果（１）と同様に、半導体チップ２１における、半導体チップ２２、２３に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａ、５１ｂの形成領域からはんだが溢れるのを抑制し、半導体チップ２１〜２３が短絡するのを防止することができる。
なお、実施形態５において、実施形態３（図８参照）に示したと同様に、第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａに凹部１０２ｂを形成するようにしてもよい。すなわち、各半導体チップ２１〜２３における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２、Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット５１ｃ、５１ｄに対応する第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａの部分に、凹部１０２ｂを形成してもよい。
−実施形態５の変形例−
図１１は、図１０に図示された実施形態５の変形例である。
図１１に示された変形例では、半導体チップ２１〜２３が２列に配列されている。
各列に配置された半導体チップ２１の各辺に形成されるはんだフィレット５１ａ〜５１ｄの相互の長さ関係は、図１０について説明した関係と同一である。従って、実施形態５の変形例は、実施形態５と同様な効果を奏する。
半導体チップ２１〜２３は、３列以上に形成することもできる。
また、各列に配置する半導体チップ２１〜２３の数を４つ以上とすることもできる。
−実施形態６−
図１２は、本発明の実施形態６を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図である。
実施形態６のパワーモジュール１００も、実施形態５と同様に、直線状に配列された３つの半導体チップ２１〜２３を備えている。しかし、各半導体チップ２１〜２３は、第１のはんだ５０の中央部から外れた位置に配置されている。
図示の距離ａ〜ｄの定義を、実施形態５と同一とするとき、実施形態６では、距離ｂ／２、ｃは、それぞれ、距離ａ、ｄよりも短くなっている。また、距離ｂ／２と距離ｃとは、ほぼ等しく、距離ａと距離ｄとは、ほぼ等しくなっている。
各半導体チップ２１、２３それぞれにおける、他の半導体チップ２３、２１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さ、および半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ４に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｃの長さはほぼ同一である。半導体チップ２１における、半導体チップ２２に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａの長さと、半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｄの長さは、ほぼ同一である。半導体チップ２１、２３それぞれに形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さおよび半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ｃの長さは、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ａ、５１ｄの長さより短く形成されている。
換言すれば、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ａ、５１ｄの長さは、半導体チップ２１、２３それぞれに形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さおよび半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ｃの長さより長く形成されている。なお、半導体チップ２２における、半導体チップ２１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５２ａの長さは、はんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さとほぼ同一である。
実施形態６では、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ａ、５１ｄの長さが、半導体チップ２１と半導体チップ２３との間に形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さよりも長く形成されている。このため、半導体チップ２１と２３とが、はんだフィレット５１ｂ、５３ｂにより短絡するのを防止することができる。また、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ａ、５１ｄの長さが、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ｃの長さよりも長く形成されている。このため、半導体チップ２１に形成されたはんだフィレット５１ｃの形成領域から第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ４にはんだが溢れ出るのを抑制することができる。
なお、実施形態６において、実施形態３、４（図８、図９参照）に示したように、第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａに凹部１０２ｂまたは１０２ｃを形成するようにしてもよい。すなわち、半導体チップ２１における、半導体チップ２２に隣接する辺に形成されるはんだフィレット５１ａおよび第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２、Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット５１ｄに対応する第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａの部分に、凹部１０２ｃ、１０２ｂを形成してもよい。また、半導体チップ２２、２３それぞれにおける、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１およびＥ２、またはＥ２およびＥ３に隣接する辺に対応する第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａに、凹部１０２ｂを形成してもよい。
−実施形態６の変形例１−
図１３は、図１２に図示された実施形態６の第１の変形例を示す図である。
図１３では、図１２に示された半導体チップ２１〜２３が２列に配列されている。図１３に示された実施形態６の変形例１において、隣接する半導体チップ２１〜２３間または第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４との距離ａ〜ｄの相互の関係は、１列目および２列目共に、図１２に示された実施形態６と同一である。また、半導体チップ２１〜２３それぞれの四つの辺に形成されたはんだフィレット（５１ａ〜５１ｄ、５２ａ、５３ｂ等）の長さの相互の関係も、１列目および２列目共に、図１２に示された実施形態６と同一である。従って、変形例１においても、図１２に示された実施形態６と同様な効果を奏する。
なお、半導体チップ２１〜２３は、３列以上に形成することもできる。また、各列に配置する半導体チップ２１〜２３の数を４つ以上とすることもできる。
−実施形態６の変形例２−
図１４は、図１２に図示された実施形態６の変形例２を示す図である。
図１４でも、図１２に示された半導体チップ２１〜２３が２列に配列されている。しかし、図１３に示された第１の変形例とは異なり、２列目の半導体チップ２１〜２３は、それぞれ、１列目の半導体チップ２１〜２３に対して上下が反転した状態で配置されている。
図１４に示された実施形態６の変形例２において、隣接する半導体チップ２１〜２３間または第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４との距離ａ〜ｄの相互の関係は、１列目および２列目共に、図１２に示された実施形態６と同一である。また、半導体チップ２１〜２３それぞれの四つの辺に形成されたはんだフィレット（５１ａ〜５１ｄ、５２ａ、５３ｂ等）の長さの相互の関係も、１列目および２列目共に、図１２に示された実施形態６と同一である。従って、変形例２においても、図１２に示された実施形態６と同様な効果を奏する。
なお、図１４において、１列目および２列目の半導体チップ２１〜２３の配置を交互に付加して、３列以上とすることもできる。また、各列に配置する半導体チップ２１〜２３の数を４つ以上とすることもできる。
−実施形態７−
図１５は、本発明の実施形態７を示し、パワーモジュールに設けられた半導体チップの実装構造の模式的平面図である。
実施形態７のパワーモジュール１００は、実施形態５と同様、直線状に配列された３つの半導体チップ２１〜２３を備えており、各半導体チップ２１〜２３は、第１のはんだ５０における左右方向及び上下方向のほぼ中央部に配置されている。しかし、各半導体チップ２１〜２３をはんだ付けする第１のはんだ５０は、左右方向の長さが、上下方向の長さよりも大きい矩形形状を有している。
つまり、距離ａ〜ｄを、実施形態５と同様に定義するとき、実施形態７では、下記の構成を有している。
半導体チップ２１の半導体チップ２２に隣接する辺から半導体チップ２２の半導体チップ２１に隣接する辺までの距離ａと、半導体チップ２１の半導体チップ２３に隣接する辺から半導体チップ２３の半導体チップ２１に隣接する辺までの距離ｂは、ほぼ等しい。半導体チップ２１の第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２に隣接する辺から第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２までの距離ｄと、半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ４に隣接する辺から第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ４までの距離ｃは、ほぼ等しい。距離ｃ、ｄは、それぞれ、距離ａ／２、ｂ／２より短く形成されている。
半導体チップ２１、２２それぞれにおける、他の半導体チップ２２、２１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ａ、５２ａの長さは、半導体チップ２１、２３それぞれにおける、他の半導体チップ２３、２１に隣接する辺に形成されたはんだフィレット５１ｂ、５３ｂの長さと、ほぼ同一に形成されている。半導体チップ２１における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ４およびＥ２に隣接する辺に形成されるはんだフィレット５１ｃおよび５１ｄの長さは、ほぼ同一に形成されている。はんだフィレット５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂは、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄより長く形成されている。
従って、実施形態７では、はんだフィレット５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂは、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄよりも、はんだフィレット形成領域からはんだが溢れ易くなっている。これにより、はんだフィレット５１ｃ、５１ｄの形成領域から第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ２、Ｅ４にはんだが溢れ出るのが抑制される。
なお、実施形態７において、実施形態４（図９参照）に示したと同様に第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａに凹部１０２ｃを形成するようにしてもよい。すなわち、半導体チップ２１〜２３それぞれにおける、他の半導体チップ２１〜２３に隣接する辺に形成されるはんだフィレット５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂに対応する第２のリードフレーム１０２の内面１０２ａの部分に凹部１０２ｃを形成してもよい。
−実施形態７の変形例−
図１６は、図１５に図示された実施形態７の変形例である。
図１６に示された変形例では、半導体チップ２１〜２３が２列に配列されている。
各列に配置された半導体チップ２１の各辺に形成されるはんだフィレット５１ａ〜５１ｄの相互の長さ関係は、図１５について説明した関係と同一である。従って、実施形態７の変形例は、実施形態７と同様な効果を奏する。
半導体チップ２１〜２３は、３列以上に形成することもできる。
また、各列に配置する半導体チップ２１〜２３の数を４つ以上とすることもできる。
−効果の検証−
以下、本発明の実施例による効果の具体例を示す。
［実施例１］
図１７は、本発明の第１の効果を示す図であり、本発明の実施例１における半導体チップ間の短絡の発生頻度を示す。
実施例１は、実施形態１として図３および図４に示される第１、第２のリードフレーム１０１、１０２と半導体チップ１１〜１４のはんだ付け構造を有する。詳細には、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２は銅板により形成した。第２のリードフレーム１０２には、四つの突出部１０３を形成し、四つの半導体チップ１１〜１４をそれぞれ、各突出部１０３に対応して実装した。各半導体チップ１１〜１４は、１０ｍｍ角の直方体形状を有する。隣接する半導体チップ１１〜１４間それぞれの距離（ａおよびｂ等）を１．０ｍｍとした。各半導体チップ１１〜１４と第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４までの距離（ｃおよびｄ等）を２．０ｍｍとした。
各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを０．３ｍｍとした。各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを１．０ｍｍとした。はんだ５０は、シート状のＳｎ3Ａｇ0.5Ｃｕはんだを用いた。リフローは真空リフロー装置を用い、２５０℃ピークの温度プロファイルを用いて接続した。
比較例１として、下記に示す、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２と半導体チップ１１〜１４のはんだ付け構造を作製した。
各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを０．３ｍｍとした。各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを０．３ｍｍとした。すなわち、各半導体チップ１１〜１４の四つの辺に形成されるはんだフィレットの長さをすべて０．３ｍｍとした。
上記以外は、すべて実施例１と同じである。
実施例１および比較例１を、それぞれ、２０個作製した。実施例１と比較例１とについて、半導体チップ１１〜１４間の短絡発生個数および半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端へのはんだフィレット形成領域からのはんだの溢れの発生個数を調べた。その結果を図１７に示す。
比較例１、すなわち半導体チップ１１〜１４の四つの辺それぞれに形成するはんだフィレットの長さをすべて０．３ｍｍにした実装構造では、２０個中７個に半導体チップ１１〜１４相互の短絡が発生した。
これに対し、実施例１、すなわち、各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを０．３ｍｍとし、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを１．０ｍｍとした実装構造では、半導体チップ１１〜１４相互の短絡は、２０個中０個であった。
なお、実施例１および比較例１共に、半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４へのはんだフィレットからのはんだ溢れの発生個数は、２０個中０個であった。
上記により、本発明の実施例１によれば、半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの形成領域からはんだが溢れるのが抑制され、半導体チップ１１〜１４が相互に短絡するのを防止することができることが確認された。
［実施例２］
図１８は、本発明の第２の効果を示す図であり、本発明の実施例２における半導体チップ間の短絡の発生頻度を示す。
実施例２は、実施形態２として図６および図７に示される第１、第２のリードフレーム１０１、１０２と半導体チップ１１〜１４のはんだ付け構造を有する。詳細には、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２は銅板により形成した。第２のリードフレーム１０２には、四つの突出部１０３を形成し、四つの半導体チップ１１〜１４をそれぞれ、各突出部１０３に対応して実装した。各半導体チップ１１〜１４は、１０ｍｍ角の直方体形状を有する。隣接する半導体チップ１１〜１４間それぞれの距離（ａおよびｂ等）を３．０ｍｍとした。各半導体チップ１１〜１４と第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４までの距離（ｃおよびｄ等）を１．０ｍｍとした。
各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを１．０ｍｍとした。各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを０．３ｍｍとした。はんだ５０は、シート状のＳｎ3Ａｇ0.5Ｃｕはんだを用いた。リフローは真空リフロー装置を用い、２５０℃ピークの温度プロファイルを用いて接続した。
比較例２として、下記に示す、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２と半導体チップ１１〜１４のはんだ付け構造を作製した。
各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを０．３ｍｍとした。各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄｂ等）の長さを０．３ｍｍとした。すなわち、各半導体チップ１１〜１４の四つの辺に形成されるはんだフィレットの長さをすべて０．３ｍｍとした。
上記以外は、すべて実施例２と同じである。
実施例２および比較例２を、それぞれ、２０個作製した。実施例２と比較例２とについて、半導体チップ１１〜１４間の短絡発生個数および半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端にはんだフィレットの形成領域からはんだが溢れ出た発生個数を調べた。その結果を図１８に示す。
比較例２、すなわち半導体チップ１１〜１４の四つの辺それぞれに形成するはんだフィレットの長さを０．３ｍｍにした実装構造では、２０個中１１個に、半導体チップ１１〜１４に形成されたはんだフィレットの形成領域のいずれかから、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４のいずれかにはんだが溢れた。
これに対し、実施例２、すなわち、各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレットの長さを１．０ｍｍとし、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレットの長さを０．３ｍｍとした実装構造では、半導体チップ１１〜１４に形成されたはんだフィレットの形成領域のいずれかから、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４にはんだが溢れたのは、２０個中０個であった。
なお、実施例２および比較例２共に、半導体チップ１１〜１４が相互に短絡する不具合の発生個数は０個であった。
上記により、本発明の実施例２によれば、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成されるはんだフィレットの形成領域から第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４にはんだが溢れ出るのを抑制することができる。
なお、上記実施例１では、各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを０．３ｍｍとし、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを１．０ｍｍとして例示した。しかし、各はんだフィレットの長さは一例であって、各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さは、０．３ｍｍより短くしてもよいし、０．３ｍｍより長くしてもよい。各半導体チップ１１〜１４における他の半導体チップ１１〜１４に隣接する二つの辺に形成するはんだフィレット（５１ａと５１ｂ等）の長さを、それぞれ、異なる長さとしてもよい。同様に、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを１．０ｍｍより短くしてもよいし、１．０ｍｍより長くしてもよい。各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する二つの辺に形成するはんだフィレット（５１ｃと５１ｄ等）の長さを異なる長さとしてもよい。
上記実施例２では、各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さを１．０ｍｍとし、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを０．３ｍｍとして例示した。しかし、各はんだフィレットの長さは一例であって、各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５３ｂ等）の長さは、１．０ｍｍより短くしてもよいし、１．０ｍｍより長くしてもよい。各半導体チップ１１〜１４における、他の半導体チップ１１〜１４に隣接する二つの辺に形成するはんだフィレット（５１ａと５１ｂ等）の長さを、それぞれ、異なる長さとしてもよい。同様に、各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端Ｅ１〜Ｅ４に隣接する辺に形成するはんだフィレット（５１ｃ、５１ｄ等）の長さを０．３ｍｍより短くしてもよいし、０．３ｍｍより長くしてもよい。各半導体チップ１１〜１４における、第１のリードフレーム１０１の側端に隣接する二つの辺に形成するはんだフィレット（５１ｃと５１ｄ等）の長さを異なる長さとしてもよい。
半導体チップ１１〜１４、２１〜２３それぞれの各辺に形成するはんだフィレットの長さを確実に調整可能な方法として、はんだフィレットが形成される領域の周囲に、はんだ濡れを防止するためのはんだ濡れ防止構造を形成するようにしてもよい。はんだ濡れ防止構造は、例えば、ソルダレジストを塗布したり、ディンプル加工を施したり、レーザ等による酸化処理、あるいは化学的粗化処理等を施したりすることにより形成することができる。
上記実施形態では、半導体チップ１１〜１４、２１〜２３を、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２にはんだ５０、６０によりはんだ付けする構造として例示した。しかし、第２のリードフレーム１０２を備えていない構造に適用することができる。
上記実施形態では、半導体チップ１１〜１４、２１〜２３が、はんだ６０によりはんだ付けされる第２のリードフレーム１０２に、突出部１０３を設けた構造として例示した。しかし、第２のリードフレーム１０２に突出部１０３を形成しない構造とすることもできる。
上記実施形態では、半導体チップ１１〜１４、２１〜２３が、はんだ５０、６０により第１、第２のリードフレーム１０１、１０２に、はんだ付けされる構造として例示した。しかし、第１、第２のリードフレーム１０１、１０２に代えて、アルミダイキャスト等の鋳造品や、セラミック等の焼結体を用いることもできる。
上記実施形態１〜７を、選択的に組み合わせてもよい。
その他、本発明は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、第一の半導体チップの第１の辺から第二の半導体チップにおける第一の半導体チップの第１の辺に隣接する一辺までの距離の１／２の距離と、第一の半導体チップの第２の辺から第三の半導体チップにおける第一の半導体チップの第２の辺に隣接する一辺までの距離の１／２の距離と、第一の半導体チップの第３の辺または第４の辺の少なくとも一方の辺からベース板の側端までの距離とのうち、 最も短い距離となる箇所の辺に形成された第一の半導体チップのはんだフィレットの長さが最も短く形成されているものであればよい。
なお、特許請求の範囲における各請求項と実施形態との関連は下記の通りである。
請求項１ ：実施形態１〜７
請求項２ ：実施形態１、５
請求項３ ：実施形態１
請求項４ ：実施形態５（実施形態５の変形例を含む）
請求項５ ：実施形態５
請求項６ ：実施形態５の変形例
請求項７ ：実施形態６（実施形態６の変形例１、２を含む）
請求項８ ：実施形態７（実施形態７の変形例を含む）
請求項９ ：実施形態７
請求項１０：実施形態７の変形例
請求項１１：実施形態１〜７
請求項１２：実施形態１〜７
請求項１３：実施形態１〜７
請求項１４：実施形態１〜７
１１〜１４ 半導体チップ
２１〜２３ 半導体チップ
５０ 第１のはんだ
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ はんだフィレット
５２ａ、５２ｃ はんだフィレット
５３ａ、５３ｂ はんだフィレット
６０ 第２のはんだ
６１ はんだフィレット
１００ パワーモジュール
１０１ 第１のリードフレーム（ベース板）
１０２ 第２のリードフレーム
１０２ａ 内面
１０２ｂ、１０２ｃ 凹部
１０３ 突出部
１１１ リード
２０１ モジュールケース
３０４Ｂ フランジ
３０５ フィン
３０７ 放熱ベース
３５０ 一次封止材
３５１ 二次封止材
ａ〜ｄ 距離
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４ 側端

Claims (14)

  1. ベース板と、
    四つの辺を有する第一の半導体チップと、
    前記第一の半導体チップの第１の辺に隣接して配置された一辺を含む四つの辺を有し、前記ベース板にはんだ付けされた第二の半導体チップと、
    前記第一の半導体チップの第２の辺に隣接して配置された一辺を含む四つの辺を有し、前記ベース板にはんだ付けされた第三の半導体チップとを備え、
    前記第一の半導体チップの第３の辺または第４の辺の少なくとも一方は、前記ベース板の側端に隣接して配置され、
    前記第一の半導体チップの第１の辺から前記第二の半導体チップの前記一辺までの距離の１／２の距離と、前記第一の半導体チップの第２の辺から前記第三の半導体チップの前記一辺までの距離の１／２の距離と、前記ベース板の前記側端に隣接して配置された前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺から前記ベース板の側端までの距離とのうち、 最も短い距離となる箇所の辺に形成された前記第一の半導体チップのはんだフィレットの長さが最も短く形成されている、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において、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺から前記第二の半導体チップの前記一辺までの距離の１／２の距離および前記第一の半導体チップの前記第２の辺から前記第三の半導体チップの前記一辺までの距離の１／２の距離が、前記ベース板の前記側端に隣接して配置された前記第一の半導体チップの前記第３の辺または第４の辺から前記ベース板の側端までの距離より短く、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、それぞれ、前記ベース板の前記側端に隣接する前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  3. 請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺と前記第２の辺とは、相互に隣接する辺であり、前記第一の半導体チップの前記第３の辺および前記第４の辺は、それぞれ、前記ベース板の相互に隣接する第１の側端および第２の側端に隣接して配置されており、前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成されたはんだフィレットの長さが、それぞれ、前記第一の半導体チップの前記第３の辺および前記第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さのいずれよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  4. 請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺と前記第２の辺とは、相互に対向する一対の辺であり、前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺の少なくとも一方が、前記ベース板の前記側端に隣接して配置されており、前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、前記ベースの前記側端に隣接して配置された前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  5. 請求項４に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第一の半導体チップの第３の辺および前記第４の辺は、それぞれ、前記ベース板の前記側端に隣接して配置されており、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、それぞれ、前記第一の半導体チップの前記第３の辺および前記第４の辺に形成されたはんだフィレットの長さのいずれよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  6. 請求項４に記載のパワーモジュールにおいて、
    さらに、前記第一の半導体チップの前記第３の辺に隣接して配置された第４の半導体チップを備え、
    前記第一の半導体チップの前記第４の辺が前記ベース板の前記側端に隣接して配置され、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、それぞれ、前記第一の半導体チップの第３の辺および前記第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さのいずれよりも短く形成されている、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において、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺と前記第２の辺とは、相互に対向する一対の辺であり、
    前記第一の半導体チップの前記第３の辺と前記第４の辺とは、相互に対向する他の一対の辺であり、
    前記第一の半導体チップの前記第３の辺および前記第４の辺の少なくとも一方は、前記ベース板の前記側端に隣接して配置され、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、前記第一の半導体チップの前記第２の辺、および前記ベース板の前記側端に隣接して配置された前記第３の辺または前記第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さのいずれよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  8. 請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第一の半導体チップの前記第１の辺と前記第２の辺とは、相互に対向する一対の辺であり、
    前記第一の半導体チップの前記第３の辺と前記第４の辺とは、相互に対向する他の一対の辺であり、
    前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺の少なくとも一方は、前記ベース板の側端に隣接して配置され、
    前記ベース板の前記側端に隣接して配置された前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺から前記ベース板の前記側端までの距離は、前記第一の半導体チップの前記第１の辺から前記第二の半導体チップの前記一辺までの１／２の距離および前記第一の半導体チップの前記第２の辺から前記第三の半導体チップの前記一辺までの１／２の距離のいずれより短く、
    前記ベース板の前記側端に隣接して配置された前記第一の半導体チップの前記第３の辺または前記第４の辺に形成された前記第一の半導体チップの前記はんだフィレットの長さが、前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さのいずれよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  9. 請求項８に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第一の半導体チップの第３の辺および前記第４の辺は、それぞれ、前記ベース板の前記側端に隣接して配置されており、
    前記第一の半導体チップの前記第３の辺および第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、前記第一の半導体チップの前記第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  10. 請求項９に記載のパワーモジュールにおいて、
    さらに、前記第一の半導体チップの前記第３の辺に隣接して配置された第四の半導体チップを備え、
    前記第一の半導体チップの前記第４の辺が前記ベース板の前記側端に隣接して配置され、
    前記第一の半導体チップの前記第３の辺および前記第４の辺に形成された前記はんだフィレットの長さが、それぞれ、前記第一の半導体チップの第１の辺および前記第２の辺に形成された前記はんだフィレットの長さよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記第一の半導体チップの前記四つの辺に形成された前記はんだフィレットは、前記半導体チップの二辺に形成された長さが、それぞれ、前記第一の半導体チップの他の二辺に形成された前記はんだフィレットの長さのいずれより短く形成されている、パワーモジュール。
  12. 請求項１１に記載のパワーモジュールにおいて、
    さらに、前記ベース板に対向して配置された別のベース板を備え、
    前記第一、第二、第三の半導体チップは、それぞれ、一面が前記ベース板にはんだ付けされ、他面が前記別のベース板にはんだ付けされ、
    前記第一の半導体チップの各辺に形成された前記はんだフィレットのうち、少なくとも最も長い前記はんだフィレットに対向する前記別のベース板の前記ベース板との対向面側に凹部が形成されている、パワーモジュール。
  13. 第１のベース板と、
    前記第１のベース板に対向して配置され、前記第１のベース板との対向面側に突出部が形成された第２のベース板と、
    第１の面および前記第１の面に対向する第２の面を有し、前記第１の面が第１のはんだにより前記第１のベース板にはんだ付けされ、前記第２の面が第２のはんだにより前記第２のベース板の前記突出部にはんだ付けされた、四辺を有する半導体チップとを備え、
    前記半導体チップの前記第１の面の前記四辺のそれぞれに形成された前記第１のはんだのはんだフィレットは、少なくとも前記半導体チップの一辺に形成された長さが他の三辺のいずれかに形成された長さとは異なっており、
    前記半導体チップの前記第２の面の前記四辺のそれぞれに形成された前記第２のはんだのはんだフィレットの長さは、前記半導体チップの前記第１の面の前記四辺のそれぞれに形成された前記第１のはんだの前記はんだフィレットの長さのいずれよりも短く形成されている、パワーモジュール。
  14. 請求項１３に記載のパワーモジュールにおいて、
    前記半導体チップの前記第１の面の前記四辺のそれぞれに形成された前記第１のはんだの前記はんだフィレットは、前記半導体チップの前記第１の面の二辺に形成された長さが、それぞれ、前記半導体チップの前記第１の面の他の二辺に形成された前記はんだフィレットの長さのいずれより短く形成されている、パワーモジュール。



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