JP2022020969A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022020969000001
【課題】ボンディングワイヤの接合性の低下を抑制する。
【解決手段】半導体装置は、おもて面に第1,第2半導体チップを収納する収納開口部が開口され、おもて面の開口縁部に収納開口部の一辺に沿って窪んだ配線取付領域32fに制御配線部35aが接着部材39bにより取り付けられたケースを有する。この際、リードフレームの制御配線部35aが接着部材39bでケースに固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケースに固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体装置に関する。
半導体装置は、パワーデバイスを含んでいる。パワーデバイスは、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。そして、半導体装置は、例えば、電力変換装置として利用されている。このような半導体装置は、パワーデバイスを含む半導体素子及び制御IC(Integrated Circuit)と、複数のリードフレームと、半導体素子及び制御ICを収納するケースとを含んでいる。リードフレームは一端部がケース内に、他端部がケース外に延出するようにケースにインサート成形されている。この際、リードフレームのケース内の部分の主面は表出されている。制御ICは所定のリードフレームのケース内の表出されている部分に接着部材を介して搭載されている。制御ICには、ワイヤを経由して、半導体素子並びにリードフレームに機械的、電気的に接続されている。また、リードフレームは、導電性を備える金属、ケースはポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂により構成されることがある。
特開2014-146704号公報
PPS樹脂は一般的に金属との密着性が弱い。PPS樹脂で構成されるケースにインサート成形された、金属により構成されるリードフレームはケースに対して隙間が発生してしまう。この状態においてリードフレーム上の制御ICにワイヤボンディングを行うと、ボンディングツールからの超音波振動により制御ICと共にリードフレームも振動して、超音波が分散されてしまう。この結果、ボンディングワイヤを制御ICに確実に接合させることができない。また、ボンディングワイヤをリードフレームに直接ワイヤボンディングする場合も同様である。ボンディングワイヤの接合が不安定であると、半導体装置に電気的不良が生じやすくなり、半導体装置の信頼性が低下してしまう。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ボンディングワイヤの接合性の低下を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、半導体素子と、一方向に延伸する配線部材と、おもて面に前記半導体素子を収納する開口部が開口され、前記おもて面の開口縁部に前記開口部の一辺に沿って窪んだ配線取付領域に前記配線部材が接着部材により取り付けられたケースと、を有する半導体装置が提供される。
開示の技術によれば、ボンディングワイヤの接合性の低下を抑制し、半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。
第1の実施の形態の半導体装置の平面図である。 第1の実施の形態の半導体装置の断面図である。 第1の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その1)である。 第1の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その2)である。 第2の実施の形態の半導体装置の平面図である。 第2の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。 第3の実施の形態の半導体装置に含まれるリードフレームの拡大平面図(その1)である。 第3の実施の形態の半導体装置に含まれるリードフレームの拡大平面図(その2)である。 第4の実施の形態の半導体装置の平面図である。 第4の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その1)である。 第4の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その2)である。 第4の実施の形態の半導体装置の要部断面図(その3)である。
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、「おもて面」及び「上面」とは、図2の半導体装置10において、上側を向いた面を表す。同様に、「上」とは、図2の半導体装置10において、上側の方向を表す。「裏面」及び「下面」とは、図2の半導体装置10において、下側を向いた面を表す。同様に、「下」とは、図2の半導体装置10において、下側の方向を表す。必要に応じて他の図面でも同様の方向性を意味する。「おもて面」、「上面」、「上」、「裏面」、「下面」、「下」、「側面」は、相対的な位置関係を特定する便宜的な表現に過ぎず、本発明の技術的思想を限定するものではない。例えば、「上」及び「下」は、必ずしも地面に対する鉛直方向を意味しない。つまり、「上」及び「下」の方向は、重力方向に限定されない。また、以下の説明において「主成分」とは、80vol%以上含む場合を表す。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態における半導体装置について、図1~図3を用いて説明する。図1は、第1の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図2は、第1の実施の形態の半導体装置の断面図であり、図3は、第1の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図1では、封止部材38の記載を省略している。図2は、図1における一点鎖線X-Xにおける断面図である。図3は、図2における半導体装置10のリードフレーム35の近傍を拡大して表している。また、図3では、ボンディングワイヤ26及び封止部材38の記載は省略している。
半導体装置10は、半導体ユニット20と、複数(図では3つ)の制御IC37と、半導体ユニット20及び制御IC37を収納し、リードフレーム33~36を備えるケース30とを有している。
半導体ユニット20は、第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22を6組有している。半導体ユニット20は、さらに、1組の第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22がおもて面にそれぞれ設けられた6つの回路パターン23と、これらの回路パターン23がおもて面に形成された絶縁基板24とを有している。なお、このような半導体ユニット20では、第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22と、第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22がおもて面に配置された回路パターン23とを1組として、絶縁基板24上に絶縁基板24の長辺に沿って、例えば、6組配列されている。
なお、図1では、6組の第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22が設けられている場合を示しているに過ぎない。6組に限らず、半導体装置10の仕様等に応じた組数を設けることができる。制御IC37は、第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22の2組に対して1つずつ、合計3つ設けられている。なお、本実施の形態では、複数存在する構成は特に断りがない場合には、そのうちの1つに符号を付して説明する。
第1半導体チップ21は、スイッチング素子を含んでいる。スイッチング素子は、例えば、IGBT、パワーMOSFETが挙げられる。第1半導体チップ21がIGBTである場合には、裏面に主電極としてコレクタ電極を、おもて面に、ゲート電極及び主電極としてエミッタ電極をそれぞれ備えている。第1半導体チップ21がパワーMOSFETである場合には、裏面に主電極としてドレイン電極を、おもて面に、ゲート電極及び主電極としてソース電極をそれぞれ備えている。上記の第1半導体チップ21は、その裏面が回路パターン23上に接合部材(図示を省略)により接合されている。なお、接合部材は、本実施の形態において、はんだまたは金属焼結体が用いられる。はんだは、所定の合金を主成分とする鉛フリーはんだにより構成される。所定の合金とは、例えば、錫-銀からなる合金、錫-亜鉛からなる合金、錫-アンチモンからなる合金のうち少なくともいずれかの合金である。はんだには、銅、ビスマス、インジウム、ニッケル、ゲルマニウム、コバルトまたはシリコン等の添加物が含まれてもよい。金属焼結体は、例えば、アルミニウム、銅が用いられる。
第2半導体チップ22は、ダイオード素子を含んでいる。ダイオード素子は、例えば、SBD(Schottky Barrier Diode)、PiN(P-intrinsic-N)ダイオード等のFWD(Free Wheeling Diode)が挙げられる。このような第2半導体チップ22は、裏面に主電極として出力電極(カソード電極)を、おもて面に主電極として入力電極(アノード電極)をそれぞれ備えている。上記の第2半導体チップ22は、その裏面が回路パターン23上に接合部材により接合されている。
このような第1,第2半導体チップ21,22の厚さは、例えば、180μm以上、220μm以下であって、平均は、200μm程度である。また、第1,第2半導体チップ21,22に代えて、IGBTとFWDとの機能を合わせ持つRC(Reverse-Conducting)-IGBTを用いてもよい。
回路パターン23は、導電性に優れた金属を主成分として構成される。このような金属は、例えば、銀、銅、ニッケル、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。また、回路パターン23の厚さは、0.5mm以上、1.5mm以下である。回路パターン23の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル-リン合金、ニッケル-ボロン合金である。このような回路パターン23は、絶縁基板24の一方の面に形成された導電性の板または箔をエッチングして形成される。または、導電性の板を絶縁基板24の一方の面に貼り合わせて形成される。なお、回路パターン23の厚さは、好ましくは、0.1mm以上、1.0mm以下であり、より好ましくは、0.2mm以上、0.5mm以下である。
絶縁基板24は、例えば、有機絶縁層またはセラミックス基板を用いることができる。有機絶縁層は、熱抵抗の小さい樹脂と熱伝導率が大きい材料との組み合わせにより構成される。前者の樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、液晶ポリマー等の絶縁樹脂である。後者の材料は、例えば、窒化硼素、酸化アルミニウム、酸化珪素である。セラミックス基板は、熱伝導性のよいセラミックスにより構成される。セラミックスは、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素を主成分とする材料により構成されている。また、絶縁基板24の厚さは、0.1mm以上、2.0mm以下である。
放熱板25は、熱伝導性に優れた金属を主成分として構成されている。また、放熱板25の角部にR面加工が施されている。このような金属は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。また、放熱板25の厚さは、0.1mm以上、2.0mm以下である。放熱板25の表面に対して、耐食性を向上させるために、めっき処理を行ってもよい。この際、用いられるめっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル-リン合金、ニッケル-ボロン合金が挙げられる。
なお、絶縁基板24がセラミックス基板、放熱板25が金属箔である場合には、回路パターン23、絶縁基板24及び放熱板25として、DCB(Direct Copper Bond)基板、AMB(Active Metal Brazed)基板を用いることができる。なお、このような構成を有する半導体ユニット20の回路パターン23の形状、配置位置及び個数、第1半導体チップ21及び第2半導体チップ22の配置位置及び個数は一例であり、図1及び図2に限らず、設計等により適宜設定される。
また、放熱板25の裏面に冷却器(図示を省略)をはんだまたは銀ろう等を介して取り付けて放熱性を向上させることができる。この場合の冷却器は、例えば、熱伝導性に優れた金属を主成分として構成される。このような金属は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金が挙げられる。また、冷却器として、例えば、ヒートシンク並びに水冷による冷却装置を適用することができる。また、放熱板25は、このような冷却器と一体化されてもよい。その場合は、熱伝導性に優れた金属を主成分として構成される。このような金属は、例えば、アルミニウム、鉄、銀、銅、または、少なくともこれらの一種を含む合金である。そして、耐食性を向上させるために、めっき材をめっき処理等により冷却器と一体化された放熱板の表面に形成してもよい。めっき材は、例えば、ニッケル、ニッケル-リン合金、ニッケル-ボロン合金が挙げられる。
制御IC37は、接着部材39bを介して、後述するリードフレーム35の制御配線部35aの3か所にそれぞれ接合されている。なお、半導体装置10の仕様等によっては、制御IC37の少なくとも1つに代わって、制御系以外の電子部品を用いてもよい。電子部品は、例えば、サーミスタ、コンデンサ、抵抗が挙げられる。
なお、接着部材39b(並びに、後述する接着部材39a)は、温度に応じて軟化及び固化する熱可塑性樹脂系、または、加熱すると化学反応により固化する熱硬化性樹脂系の接着剤が用いられる。熱可塑性樹脂系としては、例えば、酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリアミド樹脂が挙げられる。また、熱硬化性樹脂系は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン樹脂(ポリウレタン)、エステル樹脂(ポリエステル)が挙げられる。さらに、接着部材39bは、導電性を有してもよい。このような接着部材39bは、例えば、上記の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂に加えて、熱伝導性に優れた金属粒子がフィラーとして混在されている。この金属粒子は、例えば、銀、銅、ニッケルを主成分として構成される。
次に、ケース30について説明する。ケース30は、上部枠体部31と下部本体部32とリードフレーム33~36とを備えている。上部枠体部31は枠型状(環状)を成している。平面視で、上部枠体部31の外周は下部本体部32の外周と同じであってよい。また、平面視で、上部枠体部31の内周は下部本体部32の収納開口部32aよりも大きくてよい。下部本体部32は、おもて面の外縁に沿って上部枠体部31が一体的に形成されている。下部本体部32は、平面視で矩形状を成しており、おもて面の略中央部に当該おもて面から裏面に貫通する収納開口部32aを備えている。収納開口部32aは、平面視で下部本体部32の長手方向に沿った長辺を備える長方形状を成している。収納開口部32aのサイズは、半導体ユニット20の平面視のサイズよりも一回り小さい。半導体ユニット20は下部本体部32の裏面から収納開口部32aの開口縁部に沿って接着部材39aにより接着されている。下部本体部32は、収納開口部32aを挟んだ両側に第1配線領域32bと第2配線領域32cとを備えている。
上部枠体部31及び下部本体部32は、いずれも同種の材料により構成されている。このような材料は、熱硬化性樹脂を主成分として充填材が混合されて構成される。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂である。充填材は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素または窒化アルミニウムである。この材料の一例として、エポキシ樹脂と当該エポキシ樹脂にフィラーとして混合された酸化シリコンとを含んでいる。
複数のリードフレーム33~35は、ケース30の図1中右側の側面32dから外部空間に垂直に延出している。下部本体部32の側面32dに複数のリードフレーム33~35が一列に配列した状態で固着されている。リードフレーム33~35は、制御配線部33a~35aと制御配線部33a~35aに一体的に接続された制御端子部33b~35bとを備える。制御端子部33b~35bは、途中で屈曲して半導体装置10の上方に向かっている。なお、半導体装置10の図1中右側の側面32dに設けられた、リードフレーム34,35を除いた全てがリードフレーム33である。各リードフレーム33の制御端子部33bは、下部本体部32の側面32dから外部空間に突出し、制御配線部33aは、第1配線領域32bに表出している。また、下部本体部32の側面32dにおいて、リードフレーム34,35も複数のリードフレーム33に対して一列に配列した状態で下部本体部32の第1配線領域32bに固着されている。リードフレーム34,35の制御端子部34b,35bは、下部本体部32の側面32dから外部空間に突出し、制御配線部34a,35aは、第1配線領域32bに表出して側面32dに沿って配線されている。特に、リードフレーム35の制御配線部35aは、下部本体部32の第1配線領域32bの配線取付領域32fに設けられている。なお、配線取付領域32fについては後述する。そして、制御IC37が接着部材39bを介して、第1配線領域32b内のリードフレーム35の制御配線部35aにそれぞれ接合されている。この際、リードフレーム35は、接地されている。制御IC37は、リードフレーム33~35の制御配線部33a~35aに対して適宜、ボンディングワイヤ26により電気的に接続されている。また、このようなリードフレーム33~35は、板金からそれぞれのリードフレーム33~35の形状に沿って打ち抜きにより得られる。したがって、リードフレーム33~35は、打ち抜きの方向に応じて、おもて面並びに裏面の縁部にバリ並びにダレがそれぞれ生成される。
ここで、ケース30に取り付けられたリードフレーム35の詳細について説明する。リードフレーム33~36は、上部枠体部31及び下部本体部32に対してインサート成形されてケース30が得られる。リードフレーム33~36は、図2に示されるように、下部本体部32のおもて面に埋設される。リードフレーム33~36のおもて面は、下部本体部32のおもて面と略同一平面を成している。より具体的には、リードフレーム33~36のおもて面の一部が、下部本体部32のおもて面と同一の平面にあればよい。例えば、後述する配線おもて面35a4に生成されたバリ35a5の尖塔部並びにダレ35a6の一部の面が下部本体部32のおもて面と同一の平面にある場合も含む。
リードフレーム35の制御配線部35aは、第1配線領域32bにおける収納開口部32aの開口縁部に収納開口部32aの一辺に沿って窪んだ配線取付領域32fに取り付けられている。すなわち、配線取付領域32fは、収納開口部32aに面して、下部本体部32のおもて面に対して階段状に窪んで形成されている。配線取付領域32fは、取付側面32f1と取付底面32f2とで構成されている。取付側面32f1は、収納開口部32aの開口方向(図2及び図3中上下方向)に平行を成している。取付底面32f2は、取付側面32f1に直交している。このように配線取付領域32fは取付側面32f1と取付底面32f2とが階段状を成している。この際、制御配線部35aの配線側面35a1は収納開口部32a側に表出され、下部本体部32の内壁面32a1と略同一平面を成している。なお、図3では、制御配線部35aの配線おもて面35a4の配線側面35a1,35a3に沿ってバリ35a5が、配線裏面35a2の配線側面35a1,35a3に沿ってダレ35a6がそれぞれ生成されている場合を示している。この場合に限らず、バリ35a5が配線裏面35a2側、ダレ35a6が配線おもて面35a4側に生成されていてもよい(例えば、図4を参照)。
また、第1の実施の形態では、制御配線部35aの幅は、制御IC37の幅と略等しい場合または広い場合である。なお、制御配線部35aの幅とは、制御配線部35aの延伸方向(配線方向)に対して垂直な方向の幅である。制御配線部35aに配置した制御IC37の幅についても同様である。制御IC37は、このような制御配線部35aの配線おもて面35a4上に接着部材39bにより接合されている。接着部材39bは、制御IC37と配線おもて面35a4との間から、制御配線部35aの配線側面35a3と下部本体部32の取付側面32f1との隙間(縦隙間32g1)を充填し、制御配線部35aの配線裏面35a2と下部本体部32の取付底面32f2との隙間(横隙間32g2)まで及んでいる。なお、接着部材39bは、少なくとも配線おもて面35a4及び下部本体部32のおもて面から縦隙間32g1の一部を充填していればよい。縦隙間32g1に充填された接着部材39bは、制御配線部35aの配線裏面35a2と下部本体部32の取付底面32f2との横隙間32g2まで及んでいることが好ましい。さらに好ましくは、接着部材39bは、横隙間32g2に対して配線側面35a3から配線側面35a1までの長さの半分以上に達している。
既述の通り、リードフレーム33~36は金属で、上部枠体部31及び下部本体部32は熱硬化性樹脂であるPPS樹脂でそれぞれ構成されている。リードフレーム33~36をPPS樹脂でインサート成形を行うことにより、リードフレーム33~36が下部本体部32に含まれたケース30が得られる。しかし、PPS樹脂は一般的に金属との密着性が弱い。下部本体部32に埋設されたリードフレーム33~36と下部本体部32の埋設箇所とに隙間が生じるおそれがある。特に、リードフレーム35の配線おもて面35a4側に搭載された制御IC37にワイヤボンディングを行う場合、リードフレーム35も制御CI37と共に振動してしまい、制御IC37にボンディングワイヤを確実に接合することができない場合がある。
そこで、リードフレーム35の配線おもて面35a4に制御IC37を接合する接着部材39bを、制御配線部35aの配線側面35a3と下部本体部32の取付側面32f1との縦隙間32g1に充填させている。さらに、接着部材39bを制御配線部35aの配線裏面35a2と下部本体部32の取付底面32f2との横隙間32g2まで及ばせている。リードフレーム35の制御配線部35aは下部本体部32の配線取付領域32fに固着する。このため、リードフレーム35の配線おもて面35a4側に搭載された制御IC37にワイヤボンディングを行う時に、リードフレーム35の振動が抑制される。したがって、制御IC37にボンディングワイヤを確実に接合することできるようになる。なお、図3では制御IC37及び制御配線部35aの幅方向を表している。他方、制御IC37及び制御配線部35aの配線方向では、接着部材39bは、制御IC37のボンディング領域の下部に存在していればよい。したがって、図1の場合であれば、接着部材39bは制御IC37の接合領域に対応して存在していればよい。
このような接着部材39bの縦隙間32g1及び横隙間32g2に対する導入は、以下のように行われる。リードフレーム33~36がインサート成形されたケース30を用意する。そして、リードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4の制御IC37の接合領域または制御IC37の裏面のいずれかに接着部材39bを塗布する。配線おもて面35a4の接合領域に制御IC37を位置合わせしてセットする。そして、制御IC37を配線おもて面35a4側に押圧する。これにより、制御IC37と配線おもて面35a4との間の接着部材39bが押し広げられて、縦隙間32g1に浸入する。さらに、制御IC37を押圧することで、接着部材39bが縦隙間32g1を導通して、縦隙間32g1に連通する横隙間32g2に浸入する。なお、横隙間32g2に浸入した接着部材39bは、第1,第2半導体チップ21,22のボンディング領域を塞がなければ収納開口部32a側に漏れ出てもよい。また、接着部材39bが横隙間32g2から収納開口部32a側に漏れ出ることで、接着部材39bが縦隙間32g1及び横隙間32g2を充填したことが分かるようになる。なお、接着部材39bは横隙間32g2を全て充填する必要はない。接着部材39bが縦隙間32g1及び横隙間32g2に対する導通が完了すると、接着部材39bを固化する。これにより、制御IC37をリードフレーム35に固着すると共に、リードフレーム35の制御配線部35aを下部本体部32の配線取付領域32fに固着することができる。また、制御配線部35aのバリ35a5による接着部材39bに対するアンカー効果により、制御配線部35aは接着部材39bによってより強固に固着することができる。さらに、ダレ35a6が配線裏面35a2側に生成されている。そのため、縦隙間32g1と横隙間32g2との連通部分が曲率を備えるようになる。したがって、接着部材39bが縦隙間32g1から横隙間32g2に浸入し易くなる。
下部本体部32の側面32dの反対側にある側面32eに複数のリードフレーム36が一列に配列した状態で一体化されている。リードフレーム36は、主電流配線部36aと主電流配線部36aに一体的に接続された主電流端子部36bとを備える。主電流端子部36bは、途中で屈曲して半導体装置10の上方に向かっている。なお、半導体装置10の図1中左側の側面32eに設けられた全てがリードフレーム36である。各リードフレーム36の主電流端子部36bは、下部本体部32の側面32eから垂直に外部空間に突出し、主電流配線部36aは、第2配線領域32cに表出している。
このようなリードフレーム33~36は、それぞれの一部が上部枠体部31の裏面と下部本体部32の第1配線領域32b及び第2配線領域32cに挟まれていてよい。さらに、リードフレーム33~36は、上部枠体部31の内周側において、下部本体部32上に露出していてよい。
このようなケース30に収納された半導体ユニット20において、第1,第2半導体チップ21,22とリードフレーム33~36と制御IC37との間が適宜ボンディングワイヤ26により電気的に接続されている。既述の通り、特に、リードフレーム35上の制御IC37に対して、確実にボンディングワイヤを行うことができる。なお、ボンディングワイヤ26に限らず、リボンやリードフレーム等の導電性の配線部材で接続してもよい。これにより、半導体装置10において所望の回路が構成される。そして、下部本体部32の収納開口部32a及び上部枠体部31で囲まれる第1,第2配線領域32b,32c内が封止部材38により封止されている。すなわち、ケース30内の半導体ユニット20、リードフレーム33~36の制御配線部33a~35a及び主電流配線部36a、ボンディングワイヤ26、制御IC37等が封止部材38により封止されている。
封止部材38は、熱硬化性樹脂と充填材(フィラー)とを含んでいる。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、マレイミド樹脂が挙げられる。充填材は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素または窒化アルミニウムが挙げられる。封止部材38の具体例として、エポキシ樹脂を主成分として、エポキシ樹脂にフィラーとして窒化ホウ素が含まれてよい。または、封止部材38として、シリコーンゲルを用いてもよい。この場合には、封止部材38で封止した後、ケース30上にケース蓋(図示を省略)を設けて、ケース30を閉じる。
上記半導体装置10は、第1,第2半導体チップ21,22と、一方向に延伸する制御配線部35aを含むリードフレーム35とを有する。さらに、半導体装置10は、おもて面に第1,第2半導体チップ21,22を収納する収納開口部32aが開口され、おもて面の収納開口部32aの開口縁部に収納開口部32aの一辺に沿って窪んだ配線取付領域32fに制御配線部35aが接着部材39bにより取り付けられた下部本体部32を含むケース30を有する。この際、リードフレーム35の制御配線部35aが接着部材39bでケース30に固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。
[第1の実施の形態の変形例]
ここで、図3の場合の別の形態(変形例)として、制御IC37が平面視で縦隙間32g1を跨ってリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4側に取り付けられた場合について図4を用いて説明する。図4は、第1の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図4では、半導体装置10に基づいて説明する。但し、図4では、半導体装置10において、バリ35a5が配線裏面35a2側、ダレ35a6が配線おもて面35a4側に生成されている場合を示している。
制御IC37を平面視で縦隙間32g1を跨ってリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4に取り付けられている。制御IC37が縦隙間32g1を跨るために、図3の場合に比べて接着部材39bを縦隙間32g1に導入しやすくなる。したがって、図3の場合と同様に、制御IC37の下部の接着部材39bは、縦隙間32g1及び横隙間32g2に導入されやすくなる。これにより、リードフレーム35の制御配線部35aは下部本体部32の配線取付領域32fに固着される。また、制御IC37が縦隙間32g1を跨ることで、縦隙間32g1の上側が制御IC37によって遮られる。このため、縦隙間32g1における接着部材39bとリードフレーム35(制御配線部35a)またはケース30(下部本体部32の取付領域32f)との間の剥離を抑制することができる。また、縦隙間32g1が制御IC37の中心線より収納開口部32aに対して反対側(図4中右側)に配置されることが好ましい。つまり、制御IC37の半分以上がリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a1に配置される。これにより、制御IC37を強固に接合することができる。なお、この際の制御IC37の中心線とは、制御IC37の既述の幅方向に対して幅の中心を直交する線である。
また、バリ35a5が配線裏面35a2側に生成されている。この場合でも、制御配線部35aのバリ35a5が横隙間32g2の接着部材39bに対してアンカー効果を奏する。さらに、バリ35a5の高さに応じて、横隙間32g2の間隔を制御することが容易にできる。例えば、横隙間32g2の間隔を狭めたい場合には、バリ35a5の尖塔部を丸めるような加工を施して、バリ35a5の高さを低くしてよい。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。さらに、ダレ35a6が配線おもて面35a4側に生成されている。そのため、制御IC37の裏面をリードフレーム35の制御配線部35aのエッジで傷つけ難くすることができる。
[第2の実施の形態]
第2の実施の形態では、リードフレーム35の制御配線部35aの幅を狭めた場合について図5及び図6を用いて説明する。図5は、第2の実施の形態の半導体装置の平面図であり、図6は、第2の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図5に示す半導体装置10では、図1に示した半導体装置10のリードフレーム35の制御配線部35aの幅が狭まっており、その他の構成については、図1の半導体装置10と同様である。また、図6は、図5の場合における図3に対応する図である。
半導体装置10が備えるリードフレーム135は、制御配線部135aと制御配線部135aに一体的に接続された制御端子部35bとを備える。制御配線部135aの幅は、第1の実施の形態の制御配線部35aの幅よりも狭くなっている。なお、制御配線部135aの幅は、第1の実施の形態の制御配線部35aの幅の半分まで狭めることができる。制御配線部135aの幅を狭めることで、制御配線部135aに搭載される制御IC37は、必然的に縦隙間32g1を跨ることになる。制御IC37を平面視で縦隙間32g1を跨ってリードフレーム135の制御配線部135aの配線おもて面35a4に取り付ける場合、図4の場合と同様に、図3の場合に比べて接着部材39bを縦隙間32g1に導入しやすくなる。さらに、制御IC37が縦隙間32g1を跨ることで、縦隙間32g1の上側が制御IC37によって遮られる。このため、縦隙間32g1における接着部材39bとリードフレーム35(制御配線部35a)またはケース30(下部本体部32の取付領域32f)との間の剥離を抑制することができる。また、制御配線部135aの幅を狭めているために、下部本体部32のサイズを大きくする必要がない。そして、制御配線部135aの幅を狭めているために、制御配線部135aの配線裏面35a2の長さが、第1の実施の形態の制御配線部35aの配線裏面35a2の長さよりも短くなる。このため、接着部材39bの量を増加せずに、接着部材39bを縦隙間32g1及び横隙間32g2の全体に充填することができる。このため、半導体装置10のサイズを維持しつつ、制御配線部135aを配線取付領域32fに、より強固に固着することができる。したがって、制御配線部135aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部135aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態では、平面視で、リードフレーム35の制御配線部35aの収納開口部32aに対する反対側に切り欠きを形成する場合について図7及び図8を用いて説明する。図7及び図8は、第3の実施の形態の半導体装置に含まれるリードフレームの拡大平面図である。なお、図7及び図8は、平面視で、第1の実施の形態の図3における制御配線部35aに対して切り欠きが形成された場合をそれぞれ表している。また、図7及び図8では、制御配線部35aの制御IC37の接合領域を破線で示している。
まず、図7(A)に示されるように、制御配線部35aの制御IC37の接合領域の収納開口部32aに対する反対側に複数の切り欠き35a7が形成されている。なお、図7に示す切り欠き35a7は平面視で矩形状を成している。切り欠き35a7は、矩形状に限らず、三角形状、半円形状でもよい。複数の切り欠き35a7は、全て同一の形状、大きさでなくてもよい。また、切り欠き35a7は、制御配線部35aに対して配線方向に対して垂直に形成される場合に限らず、制御配線部35aの延伸方向に対して傾斜して形成されてもよい。ケース30は、このようなリードフレーム35を含んでインサート成形されるため、制御配線部35aの複数の切り欠き35a7の間にもケース30を構成する樹脂が入り込む。このように複数の切り欠き35a7が形成されている制御配線部35aに接着部材39bを介して制御IC37を搭載する。接着部材39bは第1の実施の形態と同様に縦隙間32g1並びに横隙間32g2に導入すると共に、図7(B)に示されるように、平面視で切り欠き35a7の間にも入り込む。このため、制御配線部35aは、第1の実施の形態の場合よりも、接着部材39bによる接着面積が増加する。そして、制御配線部35aは、第1の実施の形態の場合よりも、下部本体部32の配線取付領域32fに、より強固に固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。
また、図8(A)に示されるように、制御配線部35aの制御IC37の搭載領域の収納開口部32aに対する反対側に1つの切り欠き35a7を形成してもよい。なお、この場合の切り欠き35a7は、制御IC37の長さにほぼ対応する台形状を成している。切り欠き35a7は、台形状に限らず、矩形状、三角形状、半円形状でもよい。ケース30は、このようなリードフレーム35を含んでインサート成形されるため、制御配線部35aの切り欠き35a7の間にもケース30を構成する樹脂が入り込む。このように切り欠き35a7が形成されている制御配線部35aに接着部材39bを介して制御IC37を搭載する。接着部材39bは第1の実施の形態と同様に縦隙間32g1並びに横隙間32g2に導入すると共に、図8(B)に示されるように、平面視で切り欠き35a7内も入り込む。このため、制御配線部35aは、第1の実施の形態の場合よりも、接着部材39bによる接着面積が増加する。このため、制御配線部35aは、第1の実施の形態の場合よりも、下部本体部32の配線取付領域32fにより強固に固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態では、下部本体部32に形成される配線取付領域32fが階段状ではなく、おもて面のみが開口された溝状に形成された場合について、図9及び図10を用いて説明する。図9は、第4の実施の形態の半導体装置の平面図である。図10は、第4の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、第4の実施の形態でも、配線取付領域32fの形成位置以外は第1の実施の形態の半導体装置10と同様の構成である。
図9及び図10に示されるように、下部本体部32のおもて面の収納開口部32aの開口縁部に収納開口部32aの一辺に沿って溝状に窪んだ配線取付領域32fにリードフレーム35の制御配線部35aが接着部材39bにより取り付けられている。配線取付領域32fは、開口方向(図10中上下方向)に平行な取付側面32f1,32f3と取付底面32f2とにより、断面視でU字型の溝状を成している。
このようなリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4上に接着部材39bにより制御IC37が搭載されている。なお、図9及び図10では、制御配線部35aの幅が、制御IC37の幅と略同一または長い場合を示している。また、配線取付領域32fは、溝状であるために、配線取付領域32fに設けられた制御配線部35aとの間にそれぞれ隙間が生じている。すなわち、制御配線部35aの配線側面35a1と配線取付領域32fの取付側面32f3との間に縦隙間32g3が生じている。制御配線部35aの配線側面35a3と配線取付領域32fの取付側面32f1との間に縦隙間32g1が生じている。制御配線部35aの配線裏面35a2と配線取付領域32fの取付底面32f2との間に横隙間32g2が生じている。そして、接着部材39bは、図10に示されるように、制御配線部35aの配線おもて面35a4上から縦隙間32g1,32g3を充填し、さらに、横隙間32g2を充填している。したがって、制御配線部35aは、配線おもて面35a4、配線側面35a1,35a3、配線裏面35a2が接着部材39bにより取り囲まれている。このため、制御配線部35aは、下部本体部32の配線取付領域32fにより強固に固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。
このような接着部材39bの縦隙間32g1,32g3及び横隙間32g2に対する導入もまた第1の実施の形態と同様にして行うことができる。すなわち、ケース30にインサート成形されたリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4の制御IC37の接合領域または制御IC37の裏面のいずれかに接着部材39bを塗布する。配線おもて面35a4の接合領域に制御IC37を位置合わせしてセットする。そして、制御IC37を配線おもて面35a4側に押圧する。これにより、制御IC37と配線おもて面35a4との間の接着部材39bが押し広げられて、縦隙間32g1,32g3に浸入する。さらに、制御IC37を押圧することで、接着部材39bが縦隙間32g1,32g3から、縦隙間32g1,32g3に連通する横隙間32g2に浸入する。なお、この場合も、接着部材39bは横隙間32g2を全て充填する必要はない。接着部材39bが縦隙間32g1,32g3及び横隙間32g2に対する導通が完了すると、接着部材39bを固化する。これにより、制御IC37をリードフレーム35に固着すると共に、リードフレーム35の制御配線部35aを下部本体部32の配線取付領域32fに固着することができる。なお、この場合も、制御配線部35aのバリ35a5が接着部材39bに対してアンカー効果を奏するため、制御配線部35aがより強固に配線取付領域32fに固着する。
ここで、図10の場合の別の形態として、制御IC37の幅が平面視で制御配線部35aの幅よりも広い場合について図11を用いて説明する。図11は、第4の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図11は、制御配線部35aの幅が、図10の制御配線部35aの幅よりも狭くなっており、これ以外の構成は、図10と同様である。したがって、制御IC37は、必然的に、縦隙間32g1,32g3を跨ってリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4側に取り付けられる。
制御IC37を平面視で縦隙間32g1,32g3を跨ってリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4に取り付ける場合、制御IC37が縦隙間32g1,32g3を跨るために、図10の場合に比べて接着部材39bを縦隙間32g1,32g3に導入しやすくなる。したがって、図10の場合と同様に、制御IC37の下部の接着部材39bは、縦隙間32g1,32g3及び横隙間32g2に導入される。さらに、制御IC37が縦隙間32g1を跨ることで、縦隙間32g1の上側が制御IC37によって遮られる。このため、縦隙間32g1における接着部材39bとリードフレーム35(制御配線部35a)またはケース30(下部本体部32の取付領域32f)との間の剥離を抑制することができる。これにより、リードフレーム35の制御配線部35aは下部本体部32の配線取付領域32fに、より強固に固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。なお、この場合も、制御配線部35aのバリ35a5が接着部材39bに対してアンカー効果を奏するため、制御配線部35aがより強固に配線取付領域32fに固着する。
さらに、図10の場合の別の形態として、制御IC37が平面視で制御配線部35aの片側に寄って搭載されている場合について図12を用いて説明する。図12は、第4の実施の形態の半導体装置の要部断面図である。なお、図12は、制御IC37が制御配線部35aの片側に寄って搭載されている以外は、図10と同様である。
制御IC37を平面視で縦隙間32g3を跨ってリードフレーム35の制御配線部35aの配線おもて面35a4に取り付ける場合、制御IC37が縦隙間32g3を跨るために、図10の場合に比べて接着部材39bを縦隙間32g3に導入しやすくなる。したがって、図10の場合と同様に、制御IC37の下部の接着部材39bは、縦隙間32g3及び横隙間32g2に導入される。さらに、制御IC37が縦隙間32g1を跨ることで、縦隙間32g1の上側が制御IC37によって遮られる。このため、縦隙間32g1における接着部材39bとリードフレーム35(制御配線部35a)またはケース30(下部本体部32の取付領域32f)との間の剥離を抑制することができる。制御IC37を制御配線部35a側にさらに押圧すると、接着部材39bは、横隙間32g2から縦隙間32g1に導入される。この際、接着部材39bは、縦隙間32g1の全てを充填する必要はない。接着部材39bは、縦隙間32g1の取付底面32f2から半分以上を充填することが好ましい。これにより、リードフレーム35の制御配線部35aは下部本体部32の配線取付領域32fに固着される。したがって、制御配線部35aに接合した制御IC37に対してワイヤボンディングを行うと、ケース30に固着されている制御配線部35aの振動が抑制されて、制御IC37に対するボンディングワイヤの接合性を向上することができる。これにより、半導体装置10の電気的不良の発生が低減されて、半導体装置10の信頼性の低下を抑制することができる。なお、ここでは、制御IC37は、制御配線部35aの片側として縦隙間32g3側に寄っている場合を説明している。制御IC37が、制御配線部35aの縦隙間32g1側に寄って搭載する場合でも上記と同様である。
10 半導体装置
20 半導体ユニット
21 第1半導体チップ
22 第2半導体チップ
23 回路パターン
24 絶縁基板
25 放熱板
26 ボンディングワイヤ
30 ケース
31 上部枠体部
32 下部本体部
32a 収納開口部
32a1 内壁面
32b 第1配線領域
32c 第2配線領域
32d,32e 側面
32f 配線取付領域
32f1,32f3 取付側面
32f2 取付底面
32g1,32g3 縦隙間
32g2 横隙間
33,34,35,36,135 リードフレーム
33a,34a,35a,135a 制御配線部
33b,34b,35b 制御端子部
35a1,35b3 配線側面
35a2 配線裏面
35a4 配線おもて面
35a5 バリ
35a6 ダレ
35a7 切り欠き
36a 主電流配線部
36b 主電流端子部
37 制御IC
38 封止部材
39a,39b 接着部材

Claims (17)

  1. 半導体素子と、
    一方向に延伸する配線部材と、
    おもて面に前記半導体素子を収納する開口部が開口され、前記おもて面の開口縁部に前記開口部の一辺に沿って窪んだ配線取付領域に前記配線部材が接着部材により取り付けられたケースと、
    を有する半導体装置。
  2. 前記配線部材は、延伸方向に直交する断面視で、配線おもて面と配線裏面と前記配線おもて面及び前記配線裏面の間に設けられた第1配線側面及び第2配線側面とを備え、
    前記配線おもて面が前記おもて面に略同一平面を成している、
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記配線部材の前記配線おもて面に前記接着部材により接合された電子部品をさらに有し、
    前記接着部材は、前記配線おもて面から、前記第1配線側面と前記配線取付領域との第1隙間、または、前記第2配線側面と前記配線取付領域との第2隙間の、少なくともいずれか一方に及んでいる、
    請求項2に記載の半導体装置。
  4. 前記配線取付領域は、前記開口部に面し、前記おもて面に階段状に窪んで形成され、
    前記配線部材は、前記配線取付領域に対向する前記第1配線側面及び前記配線裏面が前記接着部材により前記配線取付領域に取り付けられている、
    請求項2または3に記載の半導体装置。
  5. 前記接着部材は、前記第1隙間を通じて、前記第1隙間に連通し、前記配線裏面と前記配線取付領域との第3隙間に、及んでいる、
    請求項3または4に記載の半導体装置。
  6. 前記配線部材の前記延伸方向に対して直交する方向の配線幅は前記電子部品の前記延伸方向に対して直交する方向の部品幅と略同一である、
    請求項3乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
  7. 前記電子部品は、平面視で前記第1隙間を跨いで前記接着部材により接合されている、
    請求項3乃至6のいずれかに記載の半導体装置。
  8. 前記第1隙間は、前記電子部品の前記開口部の反対側の側部から前記電子部品の前記側部に平行な中心線の間に位置するように前記電子部品が接合される、
    請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記配線部材の前記延伸方向に対して直交する方向の配線幅は前記電子部品の前記延伸方向に対して直交する方向の部品幅よりも短く、
    前記電子部品は、平面視で前記第1隙間を跨いで前記接着部材により接合されている、
    請求項3乃至5のいずれかに記載の半導体装置。
  10. 前記配線部材の前記配線おもて面において、前記電子部品が接合される接合領域の前記開口部の反対側に切り欠き部が形成されている、
    請求項3乃至9のいずれかに記載の半導体装置。
  11. 前記配線部材は、前記配線おもて面の前記第1配線側面及び前記第2配線側面に沿ってバリが生成され、前記配線裏面の前記第1配線側面及び前記第2配線側面に沿ってダレが生成されている、
    請求項2乃至10のいずれかに記載の半導体装置。
  12. 前記配線部材は、前記配線おもて面の前記第1配線側面及び前記第2配線側面に沿ってダレが生成され、前記配線裏面の前記第1配線側面及び前記第2配線側面に沿ってバリが生成されている、
    請求項2乃至10のいずれかに記載の半導体装置。
  13. 前記配線取付領域は、前記おもて面に溝状に窪んで形成され、
    前記配線部材は、前記配線取付領域に対向する前記第1配線側面と前記配線裏面と前記第2配線側面とが前記接着部材により前記配線取付領域に取り付けられている、
    請求項3に記載の半導体装置。
  14. 前記接着部材は、前記配線おもて面から、前記第1隙間または前記第2隙間の少なくともいずれか一方を通じて、前記第1隙間及び前記第2隙間に連通し、前記配線裏面と前記配線取付領域との第3隙間に、及んでいる、
    請求項13に記載の半導体装置。
  15. 前記配線部材の前記延伸方向に対して直交する方向の配線幅は前記電子部品の前記延伸方向に対して直交する方向の部品幅と略同一である、
    請求項13または14のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 前記電子部品は、平面視で前記第1隙間または前記第2隙間を跨いで前記接着部材により接合されている、
    請求項13乃至15のいずれかに記載の半導体装置。
  17. 前記配線部材の前記延伸方向に対して直交する方向の配線幅は前記電子部品の前記延伸方向に対して直交する方向の部品幅よりも短く、
    前記電子部品は、平面視で前記第1隙間及び前記第2隙間を跨いで前記接着部材により接合されている、
    請求項13または14に記載の半導体装置。
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