JP5622934B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、MOS−FET素子を用いたパワー用インバータ回路を構成するための、樹脂封止型半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a resin-encapsulated semiconductor device for constituting a power inverter circuit using a MOS-FET element.
車両用回転電機への制御装置一体化や、車載機器の小型化が進められるに伴い、それらに用いられる半導体装置も小型化、軽量化、高信頼性が求められている。
また、車載用のパワー半導体装置においては、小型化する一方で大電流制御への対応も求められる。As control devices are integrated into a vehicular rotating electrical machine and downsizing of in-vehicle devices is progressed, semiconductor devices used for them are also required to be downsized, lightweight, and highly reliable.
In addition, in-vehicle power semiconductor devices are required to cope with large current control while being downsized.
このため、MOS−FET素子を用いたパワー用半導体装置は、MOS−FET素子の下面電極を絶縁基板配線上にはんだ付けし、上面電極を基板配線へワイヤボンドで接合したものを樹脂ケースに収める形態のものから、MOS−FET素子の下面電極を金属リードフレームへはんだ付けし、さらに上面電極とリードフレームを内部リードではんだ付け接合し、トランスファーモールドにより樹脂封止する形態のものが開発されてきている。 For this reason, in a power semiconductor device using a MOS-FET element, the lower electrode of the MOS-FET element is soldered onto the insulating substrate wiring, and the upper electrode bonded to the substrate wiring by wire bonding is housed in a resin case. From the type, a type has been developed in which the lower electrode of the MOS-FET element is soldered to a metal lead frame, the upper electrode and the lead frame are soldered and joined with internal leads, and the resin is sealed by transfer molding. ing.
MOS−FET素子の上面電極とリードフレームとの接合が内部リードで接合された、従来の半導体装置は、例えば、特許文献1、特許文献2などで提案されている。
(特許文献1、特許文献2 参照)。Conventional semiconductor devices in which the upper electrode of the MOS-FET element and the lead frame are joined by an internal lead have been proposed in, for example,
(See
従来例のような半導体チップの上面電極とリードフレームを内部リードで接合する構造をさらに小型化しようとすると、はんだ付け工程における半導体チップ、内部リードの位置および姿勢を安定して実装することが課題となる。 In order to further reduce the size of the structure for joining the upper surface electrode of the semiconductor chip and the lead frame with the internal leads as in the conventional example, it is necessary to stably mount the position and orientation of the semiconductor chip and the internal leads in the soldering process. It becomes.
たとえば特許文献1(図1)では、内部リード(フレーム)の接合面が、半導体チップの電極部表面より内側に納まるように小さく形成されているため、電極部と内部リードの位置はセルフアライメントにより位置が決まり保たれるとしている。 For example, in Patent Document 1 (FIG. 1), since the joint surface of the internal lead (frame) is formed small so as to fit inside the surface of the electrode part of the semiconductor chip, the position of the electrode part and the internal lead is self-aligned. The position is supposed to be maintained.
しかし、この例ではリードフレーム(第二リード端子)と内部リードとの位置あわせ手段がないため、内部リード搭載位置のばらつきや、はんだ溶融時の内部リード移動時にリードフレームと内部リードの位置がずれることが懸念される。
半導体装置を小型化するためには、リードフレームも幅の狭いことが必要であるが、内部リードの位置ずれがあると、それを許容して接合を確保するためにリードフレームの接合面を広くする必要があり半導体装置の小型化が難しくなる。However, in this example, since there is no means for aligning the lead frame (second lead terminal) and the internal lead, the position of the lead frame and the internal lead shifts when the internal lead is moved or when the internal lead moves when the solder melts. There is concern.
In order to reduce the size of the semiconductor device, the lead frame also needs to be narrow. However, if there is a misalignment of the internal leads, the lead frame bonding surface is widened to allow it and secure the bonding. It is necessary to reduce the size of the semiconductor device.
また、この例では、溶融したはんだの厚さを規制する手段がないため、セルフアライメント時に半導体チップや内部リードが移動すると、はんだ厚さが変わったり、はんだが偏ったりして半導体チップや内部リードが傾くことが懸念される。 In this example, since there is no means to regulate the thickness of the molten solder, if the semiconductor chip or the internal lead moves during self-alignment, the solder thickness may change or the solder may be biased. There is a concern about the inclination.
半導体チップや内部リードが傾くと、押し出されたはんだが流れ出して上面電極と下面電極のショートを起こしたり、はんだ厚が不均一になるため、温度サイクル環境でのはんだ接合部の信頼性が低下するといった問題がある。
また、この例の構造で半導体チップにMOS−FET素子を用いたとき、はんだ付け後のMOS−FET素子が傾いていると、ゲート電極へのワイヤボンド接合が不安定になる問題もある。If the semiconductor chip or internal lead is tilted, the extruded solder will flow out, causing a short circuit between the top and bottom electrodes, and non-uniform solder thickness, reducing the reliability of the solder joint in a temperature cycle environment There is a problem.
Further, when a MOS-FET element is used for a semiconductor chip with the structure of this example, if the MOS-FET element after soldering is inclined, there is a problem that the wire bond bonding to the gate electrode becomes unstable.
また、特許文献2(図1)では、リードフレームと内部リードの接続部に一方に凸部、他方に凹部を設けて嵌合させて位置を決めるとしているが、半導体ペレットと内部リードの位置決めについては手段がなく、半導体ペレットと内部リードの搭載位置ばらつきや、はんだ溶融時のはんだ流れにより接合位置がばらつくことが懸念される。 Further, in Patent Document 2 (FIG. 1), the connecting portion of the lead frame and the internal lead is provided with a convex portion on one side and a concave portion on the other side to be fitted to determine the position. There is no means, and there is a concern that the bonding position varies due to variations in the mounting position of the semiconductor pellet and the internal lead and the solder flow during solder melting.
この例でも溶融したはんだの厚さを規制する手段がないため、半導体ペレットと内部リードの位置がずれると荷重バランスが偏り、はんだ溶融時に内部リードや半導体ペレットが傾くことが懸念される。 Even in this example, there is no means for regulating the thickness of the melted solder. Therefore, when the position of the semiconductor pellet and the internal lead is shifted, the load balance is biased, and there is a concern that the internal lead or the semiconductor pellet may tilt when the solder is melted.
内部リードや半導体ペレットが傾くと、押し出されたはんだが流れ出して上面電極と下面電極のショートを起こしたり、はんだ厚が不均一になるため温度サイクル環境でのはんだ接合部の信頼性が低下するといった問題がある。 If the internal leads or semiconductor pellets are tilted, the extruded solder will flow out, causing a short circuit between the upper and lower electrodes, and the solder thickness will be non-uniform, resulting in reduced solder joint reliability in a temperature cycle environment. There's a problem.
また、この例ではリードフレームと内部リードの接続部に設けた凸部、凹部を嵌合させるとしているが、内部リードの搭載位置にばらつきがあると正しく嵌合されず、位置がずれ、傾いた状態で接合されることも懸念される。
また、この例の構造で半導体ペレットにMOS−FET素子を用いたとき、はんだ付け後のMOS−FET素子が傾いていると、ゲート電極へのワイヤボンド接合が不安定になる。Also, in this example, the projections and recesses provided in the connection part between the lead frame and the internal lead are fitted. There is also concern about joining in a state.
In addition, when a MOS-FET element is used for the semiconductor pellet in the structure of this example, if the MOS-FET element after soldering is inclined, the wire bond bonding to the gate electrode becomes unstable.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、MOS−FET素子とリードフレームを内部リードで電気的接合する半導体装置おいて、リードフレーム、内部リードを小型化しても、リードフレームと内部リード、内部リードとMOS−FET素子の位置を安定して接合できる構造を提案し、半導体装置を小型化・薄型化することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In a semiconductor device in which a MOS-FET element and a lead frame are electrically joined by an internal lead, even if the lead frame and the internal lead are downsized, the lead The present invention proposes a structure in which the position of the frame and the internal lead and the position of the internal lead and the MOS-FET element can be stably bonded to reduce the size and thickness of the semiconductor device.
また、上記小型化された半導体装置を用いて、インバータ回路内蔵回転機械を小型化することを目的とする。 It is another object of the present invention to reduce the size of a rotary machine with a built-in inverter circuit using the miniaturized semiconductor device.
この発明に係る半導体装置は、第1のリードと、一部を変形させて突起部を設けた第2のリードと、第1のリードに下面電極が電気的に接合されたMOS−FET素子と、MOS−FET素子の上面電極と第2のリードとの間に電流を通電する内部リードと、これらを電気的に接合するはんだ材、および、これらの相対位置を固定する封止樹脂からなり、第1のリードと第2のリードは下面が同一平面上にあり、かつ、内部リードはMOS−FET素子との接合面と第2のリードとの接合面が同一平面であり、第1のリードとMOS−FET素子の下面電極が第1のはんだで接合され、MOS−FET素子の上面電極と内部リードが第2のはんだで接合され、内部リードと第2のリードの突起部が第3のはんだで接合され、第1のリード、第2のリード、MOS−FET素子および内部リードが、封止樹脂により一体に成形されている半導体装置であって、少なくとも第1のはんだの内部と第2のはんだ内部に位置する支持部材を設け、前記内部リードの非接合部分に貫通穴を設けたものである。 The semiconductor device according to the present invention includes a first lead , a second lead that is partially deformed to provide a protrusion, a MOS-FET element in which a bottom electrode is electrically joined to the first lead, The internal lead that conducts current between the upper electrode of the MOS-FET element and the second lead, a solder material that electrically joins these, and a sealing resin that fixes their relative positions, The first lead and the second lead have bottom surfaces on the same plane, and the internal lead has a joint surface between the MOS-FET element and the second lead on the same plane, and the first lead And the lower electrode of the MOS-FET element are joined by the first solder, the upper electrode of the MOS-FET element and the internal lead are joined by the second solder, and the protrusion of the internal lead and the second lead is the third solder. Soldered, first lead, second The lead, the MOS-FET element, and the internal lead are integrally formed of a sealing resin, and are provided with a support member positioned at least inside the first solder and inside the second solder , A through hole is provided in a non-joined portion of the internal lead .
この発明の半導体装置によれば、セルフアライメントにより内部リードおよびMOS−FET素子が移動する際、MOS−FET素子および内部リードが水平に保たれ、確実にセルフアライメントが実現できるので、第1のリード、第2のリードおよび、内部リードを必要最小の大きさに設計でき、半導体装置の小型化が可能となる。 According to the semiconductor device of the present invention, when the internal lead and the MOS-FET element are moved by self-alignment, the MOS-FET element and the internal lead are kept horizontal, and the self-alignment can be surely realized. The second lead and the internal lead can be designed to the minimum necessary size, and the semiconductor device can be miniaturized.
また、セルフアライメントが実現できるため、高精度の実装装置は必要ない上、はんだ溶融時に内部リード、MOS−FET素子の位置を保持する手段が必要でないので、製造工程の簡略化が可能となる。 In addition, since self-alignment can be realized, a high-accuracy mounting apparatus is not required, and a means for holding the position of the internal lead and the MOS-FET element when the solder is melted is not required, so that the manufacturing process can be simplified.
また、はんだ厚さが安定するので、はんだ流れによるMOS−FET素子の上面電極と下面電極のショートや、上面電極とゲート電極のショートを防ぐことができる。 Further, since the solder thickness is stabilized, it is possible to prevent a short circuit between the upper electrode and the lower electrode of the MOS-FET element and a short circuit between the upper electrode and the gate electrode due to the solder flow.
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。 The above-described and other objects, features, and effects of the present invention will become more apparent from the detailed description and the drawings in the following embodiments.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol shall show the same or an equivalent part.
実施の形態1
以下この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。
図1は本発明の実施の形態1の半導体装置の断面構造を示す図、図2は本発明の実施の形態1の半導体装置の平面構造を示す図、図3は実施の形態1における内部リードとMOS−FET素子を示す図である。
1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a planar structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an internal lead in the first embodiment. It is a figure which shows a MOS-FET element.
図1〜図3において、実施の形態1における半導体装置1は、第1のリード11の上にMOS−FET素子21を配置し、MOS−FET素子21の下面電極23を第1のはんだ51を介して第1のリード11に接合している。
MOS−FET素子21の上面電極22には、第2のはんだ52を介して内部リード31の一方の端部が接合されており、もう一方の端部は、第3のはんだ53を介して第2のリード12の突起部61と接合されている。第2のリード12の突起部61はダボ出し加工により第2のリード12の一部を変形させて形成されている。1 to 3, in the
One end portion of the
ここで第1のリード11の下面と第2のリード12の下面は同一平面内にあり、その平面には図示しない放熱グリスや放熱接着剤を介して図示しないヒートシンクが取り付けられる。
また、第1のはんだ51の内部には第1の支持部材54、第2のはんだ52の内部には第2の支持部材55、第3のはんだ53の内部には第3の支持部材56が配置されている。Here, the lower surface of the
The
支持部材54〜56は、はんだが濡れて、かつ、はんだ溶融温度で溶融しない金属を材料とする球状部材で、たとえば球状のNi粒子やCu粒子などである。
ゲート電極24とゲート用リード13はアルミワイヤ71で電気的に接続されている。The
The
これらの第1のリード11、第2のリード12、はんだ51〜53、MOS−FET素子21、内部リード31、アルミワイヤ71、ゲート用リード13を封止樹脂41で成型し、固定している。ただし、第1のリード11の一部、第2のリード12の一部、ゲート用リード13の一部は封止樹脂41の外部にあり、外部との電気接続が可能である。
These
なお、図1においては、放熱面となる第1のリード11のMOS−FET素子21接合部裏面、および第2のリード12の内部リード31接合部裏面は、封止樹脂41から露出している構造としたが、これに限るものではなく、たとえば封止樹脂41で覆われていても、あるいは図示しない伝熱性絶縁部材で覆ってもかまわない。
In FIG. 1, the back surface of the junction part of the MOS-
次に、内部リード31と第2のリード12の突起61およびMOS−FET素子21について説明する。
図3(a)は内部リード31の側面図、図3(b)は接合面から見た平面図を示す。内部リード31は屈曲加工により第1の接合用平面32と第2の接合用平面33が設けられており、第1の接合用平面32と第2の接合用平面33は同一平面内にある。
また、第2の接合用平面33の面内に貫通穴34、非接合面に貫通穴35が設けてある。Next, the
3A is a side view of the
Further, a through
また、図3(c)に示すように、第2のリード12の一部に設けた突起部61の上面には、接合面62が形成されており、図1、図2に示すように、内部リード31の第1の接合用平面32は接合面62と概同形状となっている。
また、図3(d)に示すように、MOS−FET素子21は表面に上面電極22とゲート電極24が設けられていて、かつ表面には保護膜25が備えられている。
保護膜25の開口形状は円形であり、図1、図2に示すように、内部リード31の第2の接合用平面33は、MOS−FET素子21の上面電極22の開口電極形状に内接する形状となっている。Further, as shown in FIG. 3C, a
Further, as shown in FIG. 3D, the MOS-
The opening shape of the
なお、図3(b)の内部リード31の第2の接合用平面33は概円形としたが、これに限らず図3(e)のような四角形や、あるいはそれ以外の図示しない多角形、楕円、長円などでも構わず、その外形がMOS−FET素子21の上面電極22の形状に3箇所以上で内接する形であれば、セルフアライメントによる位置補正の効果を得ることができる。
Note that the
図4は実施の形態1における半導体装置のはんだ付け工程を説明する図である。
図4(a)は第1のリード11にMOS−FET素子21をはんだ付けした状態を示す。このときMOS−FET素子21は実装装置の搭載位置のばらつきのため狙いの位置からずれていることがある。FIG. 4 is a diagram for explaining a soldering process of the semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 4A shows a state in which the MOS-
図4(b)は、MOS−FET素子21の上面電極22と、第2のリード12の突起部61にはんだペーストを塗布し、内部リード31を搭載した状態を示す。
はんだペーストは支持部材を混合したはんだペーストで、第2のはんだ52、第3のはんだ53に同一のものを用い同一工程で供給される。FIG. 4B shows a state in which a solder paste is applied to the
The solder paste is a solder paste in which a support member is mixed, and the same solder paste is used for the
このとき、内部リード31は実装装置の搭載位置のばらつきのため狙いの位置からずれていることがある。また、はんだペーストの供給量もばらつくことがある。
At this time, the
次にリフロー工程ではんだが溶融すると図4(c)に示すように、まず第3のはんだ53の表面張力によるセルフアライメントで、第2のリードの突起部61の上面接合面62と内部リード31の第1の接合用平面32が合うように内部リード31が移動する。
このとき、第3のはんだ53に余剰なはんだがあると突起部61の側面に流れ落ちるが、突起部の接合面62上のはんだの外形は変わらないためセルフアライメント位置は保たれる。Next, when the solder is melted in the reflow process, as shown in FIG. 4C, first, the upper surface
At this time, if there is excess solder in the
さらに、MOS−FET素子21の下面に位置する第1のはんだ51も再溶融しており、第2のはんだ52の表面張力によるセルフアライメントで、MOS−FET素子21の上面電極22の外形に内部リード31の第2の接合用平面33が内接する位置になるようにMOS−FET素子21が移動する。このとき第2のはんだ52に余剰なはんだがあると貫通穴34を通り、内部リード31の上面に移動し、接合部のはんだ量が調整される。
Furthermore, the
上記のセルフアライメントの際、第1のはんだ51の内部に支持部材54、第2のはんだ52の内部に支持部材55、および第3のはんだ53の内部に支持部材56があるため、内部リード31およびMOS−FET素子21は円滑に移動できるとともに、移動しても水平に保たれる。
During the above self-alignment, since the
このあと、図示しない工程により、ゲート電極24とゲート用リード13をアルミワイヤ71で接合するが、MOS−FET素子21が傾くことなく接合されているので安定したアルミワイヤ接合が得られる。その後、封止樹脂41で成形することで半導体装置となる。
Thereafter, the
なお、この例では、金属粒子を混合したはんだペーストを供給するとしたが、支持部材および、はんだの供給方法はこれに限らず、たとえば支持部材を含有する板はんだを必要な形状だけ切り出したものを搭載してもよい。 In this example, the solder paste mixed with the metal particles is supplied. However, the support member and the method of supplying the solder are not limited to this. For example, a plate solder containing the support member is cut out only in a necessary shape. May be installed.
薄型化された半導体装置は温度変化すると封止樹脂とリードフレームの線膨張係数の差で図5に示すような変形が発生する。このような状態でも実施の形態1の半導体装置においては、内部リード31の非接合部に貫通穴35を設けて、この貫通穴35にも封止樹脂41が充填されるので、内部リード31に対して封止樹脂41がずれたり、剥離したりして、はんだクラックやMOS−FET素子のクラックが発生することを抑えることができる。
When the temperature of the thinned semiconductor device changes, the deformation as shown in FIG. 5 occurs due to the difference between the linear expansion coefficients of the sealing resin and the lead frame. Even in such a state, in the semiconductor device of the first embodiment, the through-
以上のように、この発明の実施の形態1の半導体装置1によれば、第1のはんだと第2のはんだの内部に支持部材を配置したことで、内部リードの接合時に第1のはんだと第2のはんだがともに溶融し、セルフアライメントにより内部リードおよびMOS−FET素子が移動する際、支持部材によりMOS−FET素子および内部リードが水平に保たれ、確実にセルフアライメントが実現できるので、第1のリード、第2のリードおよび、内部リードを必要最小の大きさに設計でき、半導体装置の小型化が可能となる。
また、セルフアライメントが実現できるため、高精度の実装装置は必要ない上、はんだ溶融時に内部リード、MOS−FET素子の位置を保持する手段も必要なく、製造工程の簡略化が可能となる。
また、はんだ厚さが安定するので、はんだ流れによるMOS−FET素子上面電極と下面電極または上面電極とゲート電極のショートを防ぐことができる。As described above, according to the
In addition, since self-alignment can be realized, a high-precision mounting apparatus is not required, and no means for holding the position of the internal lead and the MOS-FET element when the solder is melted is required, and the manufacturing process can be simplified.
Further, since the solder thickness is stabilized, it is possible to prevent a short circuit between the upper electrode and the lower electrode or the upper electrode and the gate electrode due to the solder flow.
また、内部リードの第1の接合用平面形状と第2のリードの突起上面形状を概同形状としたことで、はんだの表面張力により、第2のリードを基準として内部リードの位置がセルフアライメント効果により補正される。 In addition, the first lead planar shape of the internal lead and the top surface of the second lead protrusion are approximately the same, so that the position of the internal lead is self-aligned with respect to the second lead due to the surface tension of the solder. It is corrected by the effect.
また、内部リードの第2の接合用平面形状をMOS−FET素子の上面電極の開口形状の外形に概内接する形状としたことで、第2のはんだの表面張力により、内部リードとMOS−FET素子の位置がセルフアライメントにより補正される。 Further, the second planar shape for bonding of the internal lead is formed so as to be substantially inscribed in the outer shape of the opening shape of the upper surface electrode of the MOS-FET element. The position of the element is corrected by self-alignment.
このとき、すでに第2のリードを基準として内部リードの位置が決められているので内部リード位置に合わせるようにMOS−FET素子が移動し、第2のリード、内部リード、MOS−FET素子の位置が補正される。 At this time, since the position of the internal lead has already been determined with reference to the second lead, the MOS-FET element moves to match the internal lead position, and the position of the second lead, internal lead, and MOS-FET element. Is corrected.
また、MOS−FET素子上面電極の開口形状を円形としたことで、水平面内でMOS−FET素子と内部リードに角度ずれがあっても円滑にセルフアライメントされる。また、MOS−FET素子と内部リードを角度つける配置に設計したとしても、長軸方向に左右対称の内部リードを用いることができ、内部リードのバランスを保つことができる。 In addition, since the opening shape of the upper surface electrode of the MOS-FET element is circular, even if there is an angle shift between the MOS-FET element and the internal lead in the horizontal plane, the self-alignment is smoothly performed. Even if the MOS-FET element and the internal lead are designed to be arranged at an angle, the internal leads symmetrical in the major axis direction can be used, and the balance of the internal leads can be maintained.
また、支持部材を球状金属としたことで、支持部材が転がりやすく、はんだ溶融時のセルフアライメントによる内部リードおよびMOS−FET素子の移動を円滑にする。
さらに、MOS−FET素子との接触面が球面であるため、熱変形時に支持部材を起点としたMOS−FET素子のクラック発生を防ぐことができる。Further, since the supporting member is made of a spherical metal, the supporting member is easy to roll, and the internal lead and the MOS-FET element can be moved smoothly by self-alignment when the solder is melted.
Furthermore, since the contact surface with the MOS-FET element is a spherical surface, the occurrence of cracks in the MOS-FET element starting from the support member during thermal deformation can be prevented.
また、第3のはんだ内部にも支持部材を配置することで、第2のはんだと第3のはんだを球状金属を混合した同一のはんだペーストとすることができ、同一工程でのはんだ供給が可能となり、製造工程が簡略化できる。 In addition, by arranging a support member inside the third solder, the second solder and the third solder can be made into the same solder paste in which spherical metal is mixed, and solder can be supplied in the same process. Thus, the manufacturing process can be simplified.
また、MOS−FET素子上面電極接合部分に対応する内部リードの第2の接合用平面部に、貫通穴を設けたことにより、セルフアライメントで内部リードとMOS−FET素子の位置が変化するときに余剰となるはんだや、供給量のばらつきによって余剰となるはんだを貫通穴を通して内部リードの第2の接合用平面の上面に逃がすことができ、MOS−FET素子表面へのはんだ流れによるMOS−FET素子上面電極と下面電極のショートや、上面電極とゲート電極のショートを防ぐことができる。 Further, when the through-hole is provided in the second bonding plane portion of the internal lead corresponding to the MOS-FET element upper surface electrode bonding portion, the position of the internal lead and the MOS-FET element is changed by self-alignment. A surplus solder or a surplus solder due to a supply amount variation can be released to the upper surface of the second bonding plane of the internal lead through the through hole, and the MOS-FET element by the solder flow to the MOS-FET element surface A short circuit between the upper electrode and the lower electrode and a short circuit between the upper electrode and the gate electrode can be prevented.
また、内部リードの非接合部分に貫通穴を設けたことで、内部リードと封止樹脂の密着が向上するので、封止樹脂厚みを薄くしても、温度変化による半導体装置が変形しても内部リードと封止樹脂の剥離を防ぎ、熱変形時のはんだ、MOS−FET素子への応力負荷を低減する。 Also, by providing a through hole in the non-joined part of the internal lead, the adhesion between the internal lead and the sealing resin is improved, so even if the thickness of the sealing resin is reduced or the semiconductor device is deformed due to temperature changes. Prevents peeling of internal leads and sealing resin and reduces stress load on solder and MOS-FET elements during thermal deformation.
実施の形態2.
この発明の実施の形態2を図に基づいて説明する。
図6は実施の形態2の半導体装置の断面構造を示す図、図7は実施の形態2の平面構造を示す図、図8は実施の形態2におけるMOS−FET素子を示す図である。
この実施の形態2の半導体装置2は、図6、図7に示すように、第2のはんだ52の内部の支持部材を、金属ワイヤの超音波接合により形成した支持部材57とし、また、第3のはんだ53の内部には支持部材を設けていない点が異なる以外は、実施の形態1と同様の構造である。Embodiment 2. FIG.
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
6 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor device of the second embodiment, FIG. 7 is a diagram showing a planar structure of the second embodiment, and FIG. 8 is a diagram showing a MOS-FET element in the second embodiment.
In the semiconductor device 2 of the second embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the support member inside the
MOS−FET素子21の上面電極22には、図8に示すように、金属ワイヤ57を複数個所超音波接合することで支持部材を形成している。
また第2のリードの突起部61の接合面の高さは、支持部材56を設けていなくても、接合した内部リード31が水平になるように設定している。As shown in FIG. 8, a support member is formed on the
Further, the height of the joint surface of the
はんだ付け工程においては実施の形態1と同様に、セルフアライメントにより第2のリード12に設けた突起部61を基準に、内部リード31の位置、MOS−FET素子21の位置が補正される。このとき内部リード31およびMOS−FET素子21が移動しても、支持部材54および支持部材57があるため、内部リード31およびMOS−FET素子21は水平に保たれる。また支持部材57がMOS−FET素子21の上面電極22に超音波接合された金属ワイヤであるので、内部リード31が移動しても位置がずれることがなく、内部リード31を安定して水平に保つ。
In the soldering process, as in the first embodiment, the position of the
支持部材57である金属ワイヤの材料は、たとえばアルミワイヤである。金属ワイヤの材料としてアルミを用いると、NiやCuに比べてやわらかいので、熱応力によりMOS−FET素子21がアルミワイヤに押し付けられても、アルミワイヤとの接触部を起点としたMOS−FET素子のクラックの発生を抑えることができる。
The material of the metal wire that is the
以上のように、この発明の実施の形態2の半導体装置2によれば、第2のはんだの内部に位置する支持部材を、金属ワイヤをMOS−FET素子上面電極に超音波接合したものとすることで、セルフアライメントにより内部リードに対してMOS−FET素子が移動しても、支持部材の位置は固定されているので、内部リードを安定して水平に保つことができる。 As described above, according to the semiconductor device 2 of the second embodiment of the present invention, the support member positioned inside the second solder is obtained by ultrasonically bonding the metal wire to the upper surface electrode of the MOS-FET element. Thus, even if the MOS-FET element moves with respect to the internal lead by self-alignment, the position of the support member is fixed, so that the internal lead can be kept stable and horizontal.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3を図に基づいて説明する。
図9は本発明の実施の形態3の半導体装置3の平面構造を示す図、図10は実施の形態3の半導体装置の回路図である。
図9において、第1のリード11の上に第1のMOS−FET素子21を配置し、第1のMOS−FET素子21の下面電極23を第1のはんだ51を介して第1のリード11と接合している。
第1のMOS−FET素子21の上面電極22には、第2のはんだ52を介して内部リード31の一端が接合されており、内部リード31のもう一方の端部は、第3のはんだ53を介して第2のリード12に設けた突起部61と接合されている。
ここで突起部61は、第2のリード12の一部にダボ出し加工により形成されたものであり、その上面は内部リード31の第1の接合用平面32と概同形状である。
FIG. 9 is a diagram showing a planar structure of the
In FIG. 9, the first MOS-
One end of the
Here, the
また、第1のMOS−FET素子21の上面電極22は、保護膜25により開口部が円形形状を形成し、内部リード31の第2の接合用平面33の外形は開口部に内接する形状となっている。ゲート電極24とゲート用リード13はアルミワイヤ71で電気的に接続されている。
Further, the
さらに、第2のリード12の上に第2のMOS−FET素子26を配置し、第2のMOS−FET素子26の下面電極を第1のはんだ51を介して第2のリード12と接合している。第2のMOS−FET素子26の上面電極には、第2のはんだ52を介して第2の内部リード36の一端が接合されており、第2の内部リード36のもう一方の端部は、第3のはんだ53を介して第3のリード15に設けた突起部63と接合されている。
ここで、突起部63は第3のリード15の一部にダボ出し加工により形成されたものであり、その上面は内部リード36の第1の接合用平面と概同形状である。Furthermore, the second MOS-
Here, the protruding
また、第2のMOS−FET素子26の上面電極は、保護膜30により開口部が円形形状を形成し、内部リード36の第2の接合用平面の外形は開口部に内接する形状となっている。
ゲート電極29とゲート用リード14はアルミワイヤ72で電気的に接続されている。Further, the upper electrode of the second MOS-
The
これらの第1〜第3のリード11、12、15、第1〜第3のはんだ51〜53、MOS−FET素子21、26、内部リード31、36、アルミワイヤ71、72、ゲート用リード13、14を封止樹脂41で一体に成型、固定している。
ただし、第1〜第3のリード11、12、15、ゲート用リード13、14の一部は、封止樹脂41の外部にあり、外部との電気接続が可能である。これにより、インバータ回路の上下アームを一体とした半導体装置を構成している。上下アーム一体の半導体装置の回路図を図10に示す。These first to third leads 11, 12 and 15, first to
However, some of the first to third leads 11, 12, 15 and the gate leads 13, 14 are outside the sealing
図9においても、実施の形態1および実施の形態2で説明したものと同様に、第1のはんだ51、第2のはんだ52、および第3のはんだ53の内部にはそれぞれ、第1の支持部材、第2の支持部材、第3の支持部材が設けられている。
Also in FIG. 9, the
図9に示す実施の形態3の半導体装置3のはんだ付け工程においては、2つのMOS−FET素子の実装の後、2つのMOS−FET素子上面電極へのはんだ供給、2つの突起面へのはんだ供給、2つの内部リードの搭載、をそれぞれ同一工程で実施し、リフロー工程によりはんだを溶融する。
In the soldering process of the
このようにすれば、2組の内部リード、MOS−FET素子を含む半導体装置であっても、実施の形態1で説明したようにセルフアライメントによりそれぞれの内部リード、MOS−FET素子の位置が補正される。 In this manner, even in a semiconductor device including two sets of internal leads and MOS-FET elements, the positions of the internal leads and MOS-FET elements are corrected by self-alignment as described in the first embodiment. Is done.
図9、図10において、上アーム111を構成する第1のMOS−FET素子21と第1の内部リード31の結合体と、下アーム112を構成する第2のMOS−FET素子26と第2の内部リード36の結合体は逆向きの配置である。
このようにすることで上アーム111と下アーム112の距離が小さくでき、一対の上下アームを内蔵した半導体装置を小型化できる。9 and 10, a combination of the first MOS-
By doing so, the distance between the
以上のように、この発明の実施の形態3によれば、複数の半導体素子を用いる電機機器において、半導体装置の外部の配線を省略することができるので、電機機器を小型化できる。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, in the electrical equipment using a plurality of semiconductor elements, wiring outside the semiconductor device can be omitted, so that the electrical equipment can be downsized.
実施の形態4
図11は本発明の実施の形態4によるインバータ装置102を示す平面図、図12は図11のインバータ装置を用いた回転電機100の電気回路図である。
図11において、半導体装置1の正極端子と負極端子は、封止樹脂によって形成された概長方形の対向面から突出するよう配置されている。また、半数の半導体装置は鏡面対称構造となっている。Embodiment 4
11 is a plan view showing an
In FIG. 11, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the
図11の半導体装置においても、実施の形態1および実施の形態2で説明したものと同様に、図示しない第1のはんだ51、第2のはんだ52および第3のはんだ53の内部にはそれぞれ、第1の支持部材、第2の支持部材、第3の支持部材が設けられ、小型に設計されている。
In the semiconductor device of FIG. 11 as well, as described in the first and second embodiments, the
半導体装置1は同心円上に配置されインバータ装置102を構成している。
ここで半導体装置1の正極端子は、内周に配置された正電圧供給部品81に電気的に接合されている。正電圧供給部品81は、図示しない配線で蓄電手段の正極に接続される。The
Here, the positive terminal of the
半導体装置1の負極端子は、外周上に配置された負電圧供給部品82に電気的に接合されている。負電圧供給部品82は、図示しない配線で蓄電手段の負極に接続される。
電気的接合はたとえば溶接やはんだ付けなどでよい。また、各相の電力出力端子83は、図示しない配線で回転電機のコイルに接続されている。The negative terminal of the
The electrical connection may be, for example, welding or soldering. Further, the
このように構成することで、半導体装置1と正電圧供給部品81と負電圧供給部品82を概同一平面上に配置できるので、インバータ装置102の薄型化が可能である。
また、実施の形態4のインバータ装置を内蔵する回転電機を構成することで、インバータ一体型の回転電機を薄型化できる。With this configuration, the
Further, by configuring the rotating electrical machine incorporating the inverter device of the fourth embodiment, the inverter-integrated rotating electrical machine can be thinned.
なお、図11では、半導体装置の数を6個(6相)としたが、これに限らない。
また、正電圧供給部品81は6角形に限らず、多角形や円形でも構わない。
さらに図11では正電圧供給部品81を内周側に配置したが、負電圧供給部品82を内周側に配置しても構わない。この場合、半導体装置1の負電極が内側に向くように半導体装置を配置すればよい。In FIG. 11, the number of semiconductor devices is six (six phases), but is not limited thereto.
Further, the positive
Further, in FIG. 11, the positive
図12に、図11で示したインバータ装置102を内蔵する回転電機100の電気回路図を示す。図12において、回転電機100は、制御手段101とインバータ装置102と固定コイル103、104と可動コイル105からなる。
FIG. 12 shows an electric circuit diagram of the rotating
固定コイル103および固定コイル104の各相には、MOS−FET素子からなる上アーム部111と下アーム部112を介して蓄電手段120と接続されており、これらのMOS−FET素子に対して制御手段101からゲート信号を送ることによって、各MOS−FET素子をON/OFF制御し、固定コイル103、104の各相に流れる電流を切り替える。この回転電機100は制御手段101からの信号により、可動コイル105を回転駆動することも、可動コイル105の回転から発電することも可能である。
Each phase of the fixed
以上のように、この発明の実施の形態4によれば、正電圧接続端子と、負電圧接続端子および電圧出力端子を半導体装置の対向する面に配置することで、半導体装置を同心円状に配置してインバータ装置を構成しても、正電圧接続端子と、負電圧接続端子を概同一平面に配置できるので、インバータ装置を内蔵する回転機械を薄型化できる。 As described above, according to the fourth embodiment of the present invention, the positive voltage connection terminal, the negative voltage connection terminal, and the voltage output terminal are arranged on the opposing surfaces of the semiconductor device, whereby the semiconductor device is arranged concentrically. Even if the inverter device is configured, the positive voltage connection terminal and the negative voltage connection terminal can be arranged on substantially the same plane, so that the rotating machine incorporating the inverter device can be thinned.
さらに、上記インバータ装置を構成するにあたり、半導体装置の半数を鏡面対称構造とすることで、外周側接続長を短縮でき、配線の簡素化、電気抵抗の低減が可能となる。 Further, when configuring the inverter device, half of the semiconductor devices have a mirror-symmetric structure, whereby the outer peripheral connection length can be shortened, wiring can be simplified, and electrical resistance can be reduced.
この発明は、MOS−FET素子を用いた樹脂封止型半導体装置を用いて、パワー用インバータ装置を構成するのに好適なものである。 The present invention is suitable for constituting a power inverter device using a resin-encapsulated semiconductor device using a MOS-FET element.
1〜3 半導体装置、11 第1のリード、 12 第2のリード、
13、14 ゲート用リード、15 第3のリード、
21、26 MOS−FET素子、22 上面電極、23 下面電極、
24、29 ゲート電極、25、30 保護膜、31、36 内部リード
32 第1の接合用平面、33 第2の接合用平面、34 貫通穴、
35 貫通穴、41 封止樹脂、51〜53 はんだ、
54〜57 支持部材、 61、63 突起部、
62 突起接合面、71、72 アルミワイヤ、
81 正電圧供給部品、 82 負電圧供給部品、83 電力出力端子、
100 回転電機、101 制御手段、102 インバータ装置、
103、104固定コイル、 105 可動コイル、
111 上アーム、112 下アーム、120 蓄電手段。1-3, semiconductor device, 11 first lead, 12 second lead,
13, 14 Gate lead, 15 Third lead,
21, 26 MOS-FET element, 22 upper surface electrode, 23 lower surface electrode,
24, 29 Gate electrode, 25, 30 Protective film, 31, 36
35 through hole, 41 sealing resin, 51-53 solder,
54-57 support member, 61, 63 protrusion,
62 projection joint surface, 71, 72 aluminum wire,
81 positive voltage supply component, 82 negative voltage supply component, 83 power output terminal,
100 rotating electrical machine, 101 control means, 102 inverter device,
103, 104 fixed coil, 105 movable coil,
111 Upper arm, 112 Lower arm, 120 Power storage means.
Claims (15)
前記第1のリードと前記第2のリードは下面が同一平面上にあり、かつ、前記内部リードは、前記MOS−FETとの接合面と、前記第2のリードとの接合面が同一平面であり、
前記第1のリードと前記MOS−FETの下面電極とが第1のはんだで接合され、
前記MOS−FETの上面電極と前記内部リードとが第2のはんだで接合され、
前記内部リードと前記第2のリードの突起部とが第3のはんだで接合され、
前記第1のリード、第2のリード、MOS−FETおよび内部リードが前記封止樹脂により一体に成形されている半導体装置であって、
少なくとも前記第1のはんだの内部と前記第2のはんだの内部に位置する支持部材を設け、前記内部リードの非接合部分に貫通穴を設けたことを特徴とする半導体装置。 A first lead, a second lead that is partially deformed to provide a protrusion, a MOS-FET having a bottom electrode electrically joined to the first lead, and a top electrode of the MOS-FET And an internal lead that conducts current between the second lead, a solder material that electrically joins these, and a sealing resin that fixes their relative positions,
The first lead and the second lead have bottom surfaces on the same plane, and the internal lead has a joint surface with the MOS-FET and a joint surface with the second lead on the same plane. Yes,
The first lead and the lower electrode of the MOS-FET are joined with a first solder,
The top electrode of the MOS-FET and the internal lead are joined with a second solder,
The internal lead and the protrusion of the second lead are joined with a third solder,
A semiconductor device in which the first lead, the second lead, the MOS-FET, and the internal lead are integrally formed of the sealing resin,
A semiconductor device comprising: a support member positioned at least in the first solder and in the second solder; and a through hole provided in a non-joined portion of the internal lead .
前記第1のリードと前記第2のリードは下面が同一平面上にあり、かつ、前記内部リードは、前記MOS−FETとの接合面と、前記第2のリードとの接合面が同一平面であり、
前記第1のリードと前記MOS−FETの下面電極とが第1のはんだで接合され、
前記MOS−FETの上面電極と前記内部リードとが第2のはんだで接合され、
前記内部リードと前記第2のリードの突起部とが第3のはんだで接合され、
前記第1のリード、第2のリード、MOS−FETおよび内部リードが前記封止樹脂により一体に成形されている半導体装置であって、
少なくとも前記第1のはんだの内部と前記第2のはんだの内部に位置する支持部材を設け、前記第2のはんだの内部に位置する支持部材が、金属ワイヤを前記MOS−FET上面電極に超音波接合することで形成されていることを特徴とする半導体装置。 A first lead, a second lead that is partially deformed to provide a protrusion, a MOS-FET having a bottom electrode electrically joined to the first lead, and a top electrode of the MOS-FET And an internal lead that conducts current between the second lead, a solder material that electrically joins these, and a sealing resin that fixes their relative positions,
The first lead and the second lead have bottom surfaces on the same plane, and the internal lead has a joint surface with the MOS-FET and a joint surface with the second lead on the same plane. Yes,
The first lead and the lower electrode of the MOS-FET are joined with a first solder,
The top electrode of the MOS-FET and the internal lead are joined with a second solder,
The internal lead and the protrusion of the second lead are joined with a third solder,
A semiconductor device in which the first lead, the second lead, the MOS-FET, and the internal lead are integrally formed of the sealing resin,
At least a support member positioned inside the first solder and the second solder is provided, and the support member positioned inside the second solder ultrasonically transmits a metal wire to the upper surface electrode of the MOS-FET. A semiconductor device formed by bonding.
前記第1のリードと前記第2のリードは下面が同一平面上にあり、かつ、前記内部リードは、前記MOS−FETとの接合面と、前記第2のリードとの接合面が同一平面であり、
前記第1のリードと前記MOS−FETの下面電極とが第1のはんだで接合され、
前記MOS−FETの上面電極と前記内部リードとが第2のはんだで接合され、
前記内部リードと前記第2のリードの突起部とが第3のはんだで接合され、
前記第1のリード、第2のリード、MOS−FETおよび内部リードが前記封止樹脂により一体に成形されている半導体装置であって、
少なくとも前記第1のはんだの内部と前記第2のはんだの内部に位置する支持部材を設け、前記内部リードの第2の端部に屈曲により区切られた第2の接合用水平面を設け、この第2の接合用平面が、前記MOS−FETの上面電極接合部分に形成された開口電極形状の外形に実質的に内接するようにし、
前記内部リードの第2の接合用平面部に貫通穴を設けたことを特徴とする半導体装置。 A first lead, a second lead that is partially deformed to provide a protrusion, a MOS-FET having a bottom electrode electrically joined to the first lead, and a top electrode of the MOS-FET And an internal lead that conducts current between the second lead, a solder material that electrically joins these, and a sealing resin that fixes their relative positions,
The first lead and the second lead have bottom surfaces on the same plane, and the internal lead has a joint surface with the MOS-FET and a joint surface with the second lead on the same plane. Yes,
The first lead and the lower electrode of the MOS-FET are joined with a first solder,
The top electrode of the MOS-FET and the internal lead are joined with a second solder,
The internal lead and the protrusion of the second lead are joined with a third solder,
A semiconductor device in which the first lead, the second lead, the MOS-FET, and the internal lead are integrally formed of the sealing resin,
A support member positioned at least in the first solder and in the second solder is provided, and a second joining horizontal plane that is divided by bending is provided at the second end of the internal lead. 2 bonding planes are substantially inscribed in the outer shape of the opening electrode formed in the upper surface electrode bonding portion of the MOS-FET,
A semiconductor device, wherein a through-hole is provided in the second bonding plane portion of the internal lead.
前記第1のリードと前記第2のリードは下面が同一平面上にあり、かつ、前記内部リードは、前記MOS−FETとの接合面と、前記第2のリードとの接合面が同一平面であり、
前記第1のリードと前記MOS−FETの下面電極とが第1のはんだで接合され、
前記MOS−FETの上面電極と前記内部リードとが第2のはんだで接合され、
前記内部リードと前記第2のリードの突起部とが第3のはんだで接合され、
前記第1のリード、第2のリード、MOS−FETおよび内部リードが前記封止樹脂により一体に成形されている半導体装置であって、
少なくとも前記第1のはんだの内部と前記第2のはんだの内部に位置する支持部材を設け、少なくとも2組のMOS−FETと内部リードを用いて、第1のリード上に第1のMOS−FETを配置して、第1のMOS−FETの下面電極と第1のリードを電気的に接続し、第1のMOS−FETの上面電極と第2のリードを第1の内部リードを介して電気的に接続し、第2のリード上に第2のMOS−FETを配置して、第2のMOS−FETの下面電極と第2のリードを電気的に接続し、第2のMOS−FETの上面電極と第3のリードを第2の内部リードを介して電気的に接続し、これらを一体の封止樹脂で成形したことを特徴とする記載の半導体装置。 A first lead, a second lead that is partially deformed to provide a protrusion, a MOS-FET having a bottom electrode electrically joined to the first lead, and a top electrode of the MOS-FET And an internal lead that conducts current between the second lead, a solder material that electrically joins these, and a sealing resin that fixes their relative positions,
The first lead and the second lead have bottom surfaces on the same plane, and the internal lead has a joint surface with the MOS-FET and a joint surface with the second lead on the same plane. Yes,
The first lead and the lower electrode of the MOS-FET are joined with a first solder,
The top electrode of the MOS-FET and the internal lead are joined with a second solder,
The internal lead and the protrusion of the second lead are joined with a third solder,
A semiconductor device in which the first lead, the second lead, the MOS-FET, and the internal lead are integrally formed of the sealing resin,
A support member positioned at least inside the first solder and inside the second solder is provided, and the first MOS-FET is formed on the first lead by using at least two sets of MOS-FETs and internal leads. To electrically connect the lower surface electrode of the first MOS-FET and the first lead, and electrically connect the upper surface electrode of the first MOS-FET and the second lead via the first internal lead. The second MOS-FET is disposed on the second lead, the lower electrode of the second MOS-FET and the second lead are electrically connected, and the second MOS-FET The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper surface electrode and the third lead are electrically connected via the second internal lead, and these are molded with an integral sealing resin.
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