JP5145596B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体素子を内部に封止した半導体装置に関するものである。

電力用半導体装置には、たとえばトランスファーモールドタイプのＤＩＰ−ＩＰＭ（Dual In-line Package Intelligent Power Module）よりなる樹脂封止型のパッケージが採用されている。このようなパッケージにおいては、外部リード部が封止樹脂の外部に出されて基板と接続される。

樹脂封止型のパッケージは、たとえば特開平３−１１６７６６号公報に開示されている。この公報においては、モールドパッケージと、そのモールドパッケージの外部に出されたアウターリードが示されている。
特開平３−１１６７６６号公報

電力用半導体装置の場合、パワーチップが搭載されるダイパットと外部リード部が直接つながっているため、パワーチップの発熱によって外部リード部の温度上昇が大きくなる。これにより、この外部リード部を基板のスルーホールにはんだ付けで接合する場合、外部リード部と端子はんだ付け部との温度上昇が大きくなるという問題があった。

このような温度上昇を抑制するために、基板の表面に放熱用の銅（Ｃｕ）ブロックを配置したり、ファンなどにより冷却する方法が考えられる。しかし、この場合、銅ブロック、ファンなどの構成部品が増加するという問題があった。

それゆえ、本発明の目的は、外部リード部と端子はんだ付け部との温度上昇を簡易な構成で抑制することができる半導体装置を提供することである。

本発明の半導体装置は、半導体素子を内部に封止した半導体装置であって、リード端子と、封止部材とを備えている。リード端子は半導体素子に電気的に接続されている。封止部材は、半導体素子およびリード端子の内部リード部を内部に封止し、かつリード端子の外部リード部を露出している。外部リード部は、本体部と、連結部と、張り出し部とを含んでいる。本体部は直線状に延びている。連結部は、本体部に接続され、かつ本体部の側方へ延びている。張り出し部は、連結部に接続され、かつ連結部よりも大きな寸法を有している。直線状に延びる本体部に対して交差する方向に張り出し部が延在し、張り出し部が連結部の両側に延びている。

本発明の半導体装置によれば、張り出し部の寸法が連結部の寸法よりも大きいため、張り出し部において接触抵抗を低減できるとともに、放熱性を高めることができる。

またリード部に連結部と張り出し部とを一体的に設けることで放熱性を高めることができるため、放熱性を高めるための追加の部材は不要である。よって、部材を追加することなく、簡易な構成で放熱性を高めて、外部リード部と端子はんだ付け部との温度上昇を抑制することができる。

また連結部の寸法が張り出し部の寸法よりも小さいため、本体部に対して張り出し部を連結部で捻ることができる。これにより、外部リード部の本体部が直線状に延びる方向に対して、張り出し部の延びる方向が交差する状態に容易にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における半導体装置の構成を概略的に示す一部破断斜視図である。図１を参照して、本実施の形態の半導体装置１０は、たとえばトランスファーモールドタイプのＤＩＰ−ＩＰＭよりなる樹脂封止型の半導体装置である。この樹脂封止型半導体装置１０は、封止樹脂体（封止部材）１と、アイランド部（ダイパッド）２と、リード部３と、半導体素子（半導体チップ）５ａ、５ｂとを主に有している。

半導体素子５ａは、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの
高電力半導体素子を有する半導体チップである。また半導体素子５ｂは、たとえば制御ＩＣ（Integrated Circuit）を有する半導体チップである。

アイランド部２には半導体素子５ａ、５ｂの各々が装着されている。半導体素子５ａはアイランド部２上に直接接続されている。このため、半導体素子５ａがたとえばＩＧＢＴよりなる場合には、そのＩＧＢＴのたとえばコレクタ電極とアイランド部２とが電気的に接続されている。この半導体素子５ａが直接接続されたアイランド部２と複数のリード部３の一部とが直接つながっている。また半導体素子５ａ、５ｂのボンディングパッド（図示せず）とリード部３の一方端側とが金線など（図示せず）によりワイヤーボンディングされている。

封止樹脂体１は、半導体素子５ａ、５ｂと、アイランド部２と、リード部３の一方端側（内部リード部３ａ側）とを内部に封止し、かつリード部３の他方端側（外部リード部３ｃ側）を外部に露出している。複数の外部リード部３ｃの各々は、この封止樹脂体１の側面１２ａ、１２ｂの各々から突き出しており、かつ一方側に折り曲げられている。

図２は、図１に示された半導体装置における外部リード部の一部を拡大して示す概略斜視図である。図２を参照して、複数の外部リード部３ｃの各々は、本体部３ｃ₁と、張り出し部３ｃ₂と、連結部３ｃ₃とを有している。本体部３ｃ₁は直線状に延びている。連結部３ｃ₃は、本体部３ｃ₁の側部に接続され、かつ本体部３ｃ₁の側方へ延びている。張り出し部３ｃ₂は、連結部３ｃ₃に接続されている。

この張り出し部３ｃ₂は、本体部３ｃ₁が直線状に延びる方向（図中上下方向）と交差する方向に延在している。また張り出し部３ｃ₂の延在方向は、本体部３ｃ₁が直線状に延びる方向に対して直交する方向である。

この張り出し部３ｃ₂は、連結部３ｃ₃の寸法Ｗ２よりも大きな寸法Ｗ１を有している。ここで、張り出し部３ｃ₂の寸法Ｗ１および連結部３ｃ₃の寸法Ｗ２の各々は、本体部３ｃ₁の直線状に延びる方向に対して直交する面内の寸法であって、かつ本体部３ｃ₁の側部から連結部３ｃ₃が突き出す方向に直交する方向の寸法である。

また本体部３ｃ₁が直線状に延びる方向における張り出し部３ｃ₂の寸法Ｗ３は、同じ方向における連結部３ｃ₃の寸法Ｗ４とほぼ同じであることが好ましい。また張り出し部３ｃ₂の体積は連結部３ｃ₃の体積よりも大きいことが好ましい。また張り出し部３ｃ₂の図中下側の面（外部リード部３ｃの先端側の面）の面積は連結部３ｃ₃の図中下側の面の面積よりも大きいことが好ましい。また連結部３ｃ₃は捻られた形状を有することが好ましい。

次に、本実施の形態の半導体装置１０を基板に接合した状態について説明する。
図３は、図１に示す半導体装置１０を基板に接合した様子を示す概略側面図である。また図４は、図３における１つの外部リード部が基板と接合された様子を拡大して示す部分断面図である。

図３および図４を参照して、半導体装置１０を接合するための基板２０は、たとえばプリント配線板である。このプリント配線板２０は、半導体装置１０を実装するためのスルーホール２０Ａを有している。このスルーホール２０Ａの周囲における基材２０ａの表面にはランドと呼ばれる導電層２０ｂが形成されている。このランド２０ｂには、基材２０ａの表面に形成された配線パターン（図示せず）が接続されている。

半導体装置１０は、このプリント配線板２０にスルーホール実装されている。つまり、プリント配線板２０のスルーホール２０Ａに半導体装置１０の外部リード部３ｃが挿入されることにより半導体装置１０はプリント配線板２０に実装されている。スルーホール２０Ａに挿入された外部リード部３ｃは、たとえばはんだ付けなどによりプリント配線板２０に接合されている。

この際、外部リード部３ｃの張り出し部３ｃ₂の下面がプリント配線板２０の表面に対向するようにプリント配線板２０の表面直上に位置している。そして、張り出し部３ｃ₂、連結部３ｃ₃および本体部３ｃ₁がはんだ２１によりランド２０ｂに接続されている。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図５は、本発明の一実施の形態における半導体装置の製造方法の一工程を示す外部リード部の拡大図である。本実施の形態の製造方法においては、まずリードフレームが準備される。このリードフレームは、アイランド部２、このアイランド部２に直接接続されたダミー部（吊り部）、外部との接続に用いられるリード部３、リード部３などを互いに繋ぐタイバー部などを有している。なお、複数のリード部３のいずれかはアイランド部２に接続されていてもよく、またアイランド部２と分離されていてもよい。

図５を参照して、上記のリードフレームを準備する際に、リード部３の外部リード部３ｃとなる部分に、直線状に延びる本体部３ｃ₁と、その本体部３ｃ₁の側部から側方へ延びる連結部３ｃ₃と、連結部３ｃ₃に接続されてかつ本体部３ｃ₁と同じ面内に延びる張り出し部３ｃ₂とが形成される。

このリードフレームのアイランド部２に半導体素子５ａ、５ｂが装着される。この後、トランスファーモールド法により樹脂モールドが行なわれる。

この樹脂モールドによって、リードフレームの一部と半導体素子５ａ、５ｂとが封止樹脂体１によって封止される。この樹脂モールドの後には、リードフレームのタイバー部と、ダミー部（吊り部）が不要となる。そこで、この樹脂モールドの後に、タイバー部をカットするためのタイバーカットが行なわれる。この後、リードカットが行なわれ、さらにダミー部がピンチカットされる。このピンチカットは、ダミー部の強度を極端に低くした領域を意図的に作り、ダミー部を引っ張ることで、強度の低い領域でダミー部を切断する方法である。

この後、外部リード部３ｃが折り曲げられる。また本体部３ｃ₁に対して張り出し部３ｃ₂が連結部３ｃ₃で捻じ曲げられる。これにより、張り出し部３ｃ₂は、本体部３ｃ₁が直線状に延びる方向に対して交差する方向（たとえばほぼ直交する方向）に延びた状態とされる。これにより、図１および図２に示す樹脂封止型半導体装置１０が製造される。

さらにこの後、図３および図４に示すように、半導体装置１０の外部リード部３ｃがプリント配線板２０のスルーホール２０Ａ内に挿入され、はんだ２１により張り出し部３ｃ₂、連結部３ｃ₃および本体部３ｃ₁がランド２０ｂに接続されて、半導体装置１０とプリント配線板２０との接合が行なわれる。

本実施の形態によれば、張り出し部３ｃ₂の寸法が連結部３ｃ₃の寸法よりも大きいため、張り出し部３ｃ₂においてはんだ２１またはランド２０ｂとの接触抵抗を低減することができるとともに、放熱性を高めることができる。

またリード部に連結部３ｃ₃と張り出し部３ｃ₂とを一体的に設けることで放熱性を高めることができるため、放熱性を高めるための追加の部材は不要である。よって、部材を追加することなく、簡易な構成で放熱性を高めて、リード部３とランド２０ｂとのはんだ２１による接合部における温度上昇を抑制することができる。

また連結部３ｃ₃の寸法が張り出し部３ｃ₂の寸法よりも小さいため、本体部３ｃ₁に対して張り出し部３ｃ₂を連結部３ｃ₃で捻ることができる。これにより、外部リード部の本体部３ｃ₁が直線状に延びる方向に対して、張り出し部３ｃ₂の延びる方向が交差する状態に容易にすることができる。

なお上記の実施の形態においては本体部３ｃ₁の両側部に張り出し部３ｃ₂が配置された構造について説明したが、張り出し部３ｃ₂は本体部３ｃ₁の片側の側部にのみ配置されていてもよい。

また張り出し部３ｃ₂は、上記の実施の形態に示すように直線状に延びた形状に限定されるものではなく、曲線状に延びていてもよく、また直線状および曲線状の任意の組み合わせの形状（直線状と直線状、直線状と曲線状、曲線状と曲線状）であってもよい。

また上記の実施の形態においては、たとえばＤＩＰ−ＩＰＭを例に挙げて説明したが、本発明はＤＩＰ−ＩＰＭに限定されず、他の封止型半導体装置に適用されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、たとえばＤＩＰ−ＩＰＭのような半導体素子を内部に封止した半導体装置に特に有利に適用され得る。

本発明の一実施の形態における半導体装置の構成を概略的に示す一部破断斜視図である。 図１に示された半導体装置における外部リード部の一部を拡大して示す概略斜視図である。 図１に示す半導体装置１０を基板に接合した様子を示す概略側面図である。 図３における１つの外部リード部が基板と接合された様子を拡大して示す部分断面図である。 本発明の一実施の形態における半導体装置の製造方法の一工程を示す外部リード部の拡大図である。

符号の説明

１ 封止樹脂体、２ アイランド部、３ リード部、３ａ 内部リード部、３ｃ 外部リード部、３ｃ₁ 本体部、３ｃ₂ 張り出し部、３ｃ₃ 連結部、５ａ，５ｂ 半導体素子、１０ 半導体装置、２０Ａ スルーホール、２０ プリント配線板、２０ａ 基材、２０ｂ ランド。

Claims (3)

1. 半導体素子を内部に封止した半導体装置であって、
   前記半導体素子に電気的に接続されたリード端子と、
   前記半導体素子および前記リード端子の内部リード部を内部に封止し、かつ前記リード端子の外部リード部を露出する封止部材とを備え、
   前記外部リード部は、
   直線状に延びる本体部と、
   前記本体部に接続され、かつ前記本体部の側方へ延びる連結部と、
   前記連結部に接続され、かつ前記連結部よりも寸法の大きな張り出し部とを有しており、
   直線状に延びる前記本体部に対して交差する方向に前記張り出し部が延在し、前記張り出し部が前記連結部の両側に延びている、半導体装置。
2. 前記張り出し部の延在方向は、前記本体部が直線状に延びる方向に対して直交する方向である、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記連結部が捻じられた形状を有する、請求項１または２に記載の半導体装置。

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