JP6305176B2 - 半導体装置及び製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子及び主電極を備えた放熱基板を含めて部品を樹脂封止し、主電極がパッケージ上面から取り出された半導体装置、並びにその製造方法に関する。

従来の半導体装置は、第１の例として、銅合金で構成されるフレーム上にスイッチング素子である半導体素子が搭載され、この半導体素子はアルミニウム配線によってリードに電気的に接続される。半導体素子、リード、及びフレームは、トランスファーモールド成形を用いてモールド樹脂により樹脂封止され、一体成形される。ここでリードの一部、及びフレームから延在するリードの一部は、モールド樹脂から外部に突出しており、例えば、スルーホールを有するプリント基板に半田付けされる。

このように半導体装置においては、トランスファーモールド成形を用いて半導体素子を樹脂封止することから、部品点数が少なくコストは低く抑えることができる。一方、動作時に半導体素子が発する熱は、熱伝導率が１Ｗｍ・Ｋ以下のモールド樹脂を介して放熱されることになり、熱抵抗が大きく、放熱性に問題があった。
また、従来構成では、リードが細く、大きな電流を流すにはリードの断面積が得られず、及びリードが接続されるプリント基板の回路パターンの断面積も十分に大きいものが得られない。よって、電気抵抗による損失が無視できず、大電流の半導体装置には適さないという問題もあった。

さらにまた、別の従来の半導体装置では、半導体装置は、絶縁基板上にスイッチング素子である半導体素子が搭載され、アルミニウム配線によってリードに電気的に接続される。そして、絶縁基板、半導体素子、及びリードは、トランスファーモールド成形を用いてモールド樹脂により樹脂封止され、一体成形されている。

この構成では、半導体素子の搭載面とは反対側の絶縁基板における主面は、モールド樹脂から露出しており、たとえば金属ベース板に半田付けされる。よって放熱性の点では上述の第１の例における半導体装置よりも優れる。しかしながら、モジュール側面からリードの取り出しが行われており、リードはモジュールから平面方向に一旦引き出されて外部配線と接続されることから、配設効率が悪く、小型化が困難であるという問題があった。

これらの問題点を解決するものとして、例えば特許文献１には、放熱基板と、この放熱基板上に配設された半導体素子と、それぞれの一方端が半導体素子の主電極に電気的に接続された複数の外部接続電極板と、放熱基板、半導体素子、複数の外部接続電極板を樹脂封止する樹脂パッケージとを備え、複数の外部接続電極板のそれぞれの他方端は、樹脂パッケージの上面側において外部に露出し、樹脂パッケージは、モールド成形により一体で成形することで小型化を図った半導体装置が提案されている。

特開２００３−７９６６号公報

しかしながら、樹脂パッケージの上面側にて外部に露出した外部接続電極板と放熱基板との間には、半導体装置のシステム電圧、スイッチング時に発生するサージ電圧、及び使用環境に応じた樹脂表面の汚染度を考慮した沿面放電距離を設けて、絶縁故障を防止する必要がある。

特許文献１に開示された構造においては、外部接続電極板の内、パッケージ端部側の電極の稜線から放熱基板の中のパッケージ端部側の電極の稜線間の最短距離が沿面放電距離となる。即ち、外部接続電極板の内、パッケージ端部側の電極の稜線からパッケージ上面端部までの距離、及び放熱基板（ヒートスプレッダ２５）の中のパッケージ端部側の電極の稜線からパッケージ下面端部までの距離、及び樹脂パッケージの厚みの和で沿面放電距離を設ける必要がある。ここで、必要な絶縁沿面距離を確保しつつ樹脂パッケージサイズを小さくする方法としては、樹脂パッケージ上面に露出した各外部接続電極板を樹脂パッケージの内側に寄せる、又は放熱基板を縮小し放熱基板の稜線部を樹脂パッケージの内側に寄せるという手法をとることが考えられる。

しかしながら、放熱基板を縮小すると放熱経路における面積が小さくなることから、半導体素子から放熱基板裏面までの熱抵抗が上昇し、半導体素子の最高動作温度が上昇してしまうという問題が生じる。放熱基板の縮小による半導体素子の最高温度上昇を抑制するためには、半導体素子のサイズを大きくすること、又は半導体素子から放熱基板の間に介在する固着層の熱伝導率、及び放熱基板の熱伝導率を高くすることが挙げられるが、いずれも大幅なコスト増加を招いてしまう。また、固着層の厚みを薄くすることも温度上昇抑制には効果があるが、厚みを薄くすればするほど半導体素子と放熱基板との線膨張差に起因した歪によって、接合部の信頼性が低下する恐れがある。したがって放熱基板を縮小することによる樹脂パッケージサイズの低減は、コストと信頼性とのトレードオフ関係にある。

一方で、外部接続電極板を樹脂パッケージの内側に寄せて小型化するという手法は、樹脂パッケージ上面から露出させた外部接続電極板と他方の外部接続電極板との間の封止樹脂上の絶縁沿面距離を確保する必要が生じる。樹脂パッケージから露出させた外部接続電極板のサイズは、半導体装置で使用する電流量及び外部接続電極板の断面積に起因した主電極自体の発熱量と、外部端子との接続部における電気抵抗による発熱量とを加味し、半導体素子が耐熱温度以上にならないように決定する必要がある。つまり、樹脂パッケージの放熱性を満足させるために必要な、樹脂パッケージから露出させる外部接続電極板の面積を確保すること、外部接続電極板と放熱基板との間の絶縁沿面距離を確保すること、及び、一方の外部接続電極板と他方の外部接続電極板との間の絶縁沿面距離を確保することが、外部接続電極板をパッケージの内側に寄せて小型化を図ることに求められる課題である。

上述したように従来の半導体装置においては、外部接続電極板をパッケージ上面に露出させて小型化を図っている。しかしながら半導体装置の高出力化に伴う絶縁耐圧の上昇及び電流密度の増加により、樹脂パッケージ上面における一方の外部接続電極板と他方の外部接続電極板との絶縁沿面距離の増大を図る、及び外部端子と接続される外部接続電極板の樹脂パッケージ上面における露出面積の拡大を図る必要がある。その結果、外部接続電極板を樹脂パッケージ上面に露出させるだけでは樹脂パッケージの小型化を図れない恐れが生じる。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであり、高耐圧及び大電流の半導体素子を有しながら小型化の要求を満足する半導体装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様における半導体装置は、半導体素子を直接載置した放熱基板と、上記半導体素子における電極に一方端を電気的に接続した、及び上記放熱基板に一方端を電気的に接続した、複数の主電極板と、上記放熱基板及び上記主電極板を樹脂封止する樹脂パッケージと、を備え、上記複数の主電極板のそれぞれの他方端は、上記樹脂パッケージの上面において外部へ露出し、かつ樹脂パッケージの厚み方向へ折り曲げられていることを特徴とする。

本発明の一態様における半導体装置によれば、主電極板を樹脂パッケージから剥離させ樹脂パッケージの厚み方向へ曲げ加工することで、放熱基板の外端と樹脂パッケージの外端との距離を従来に比べて縮小する、又は、樹脂パッケージの厚みを低減しながら放熱基板の外端と樹脂パッケージの外端との距離を従来に比べて縮小することが可能となる。また、上述のように主電極板を樹脂パッケージの上面で曲げ加工することで、ヒートシンクから主電極板までの絶縁距離を確保しやすくなる。よって、樹脂パッケージの厚さが薄い場合でも、耐電圧の高い半導体装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１による半導体装置であって電極板等を折り曲げる前の状態を示す斜視図である。 図１Ａに示す半導体装置であって電極板等を折り曲げた状態を示す斜視図である。 図１Ａに示す半導体装置の断面図である。 図１Ｂに示す半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態２による半導体装置であって電極板等を折り曲げる前の状態を示す断面図である。 図３Ａに示す半導体装置であって電極板等を折り曲げた状態を示す断面図である。 図３Ａに示すＩ−Ｉ部における断面図である。 本発明の実施の形態３による半導体装置であって電極板等を折り曲げる前の状態を示す斜視図である。 図４Ａに示すＩＩ−ＩＩ部における断面図である。 本発明の各実施の形態における半導体装置の製造方法における主要ステップを示したフローチャートである。

本発明の実施形態である半導体装置及びその製造方法について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。また、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け当業者の理解を容易にするため、既によく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。また、以下の説明及び添付図面の内容は、特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
また、以下に記述する各実施の形態では、半導体装置として電力用半導体素子を有するものを例に採る。これは、電力用半導体素子では絶縁距離の確保が重要であり、以下に説明するように各実施の形態における構成は、その有効な構成になるからである。しかしながら以下の各実施の形態における構成は、電力用半導体素子を有するものに限定するものではなく、一般使用の半導体素子を有するものにも適用可能である。

実施の形態１．
図１Ａ及び図１Ｂ（総称して図１と記す場合もある）並びに図２Ａ及び図２Ｂ（総称して図２と記す場合もある）には、本発明の実施の形態１における半導体装置１０１の概略構成を示している。尚、図１Ａ、図１Ｂ、及び後述の図４Ａでは、装置構成の理解を容易にするため樹脂パッケージの一部の図示を省略した形態で内部構成を示している。

図１に示すように、半導体装置１０１は、半導体素子１と、半導体素子２と、放熱基板３と、外部接続電極板５と、外部接続電極板７と、中継端子板８と、樹脂パッケージ１３とを備える。
ここで、半導体素子１は、例えばＩＧＢＴ素子（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ素子）が相当し、半導体素子２は、例えばダイオード素子が相当する。また、半導体素子１及び半導体素子２のそれぞれの下主面には電極が露出している。
放熱基板３は、熱伝導性及び電導性が良好な板状の金属で構成され、その主面には半導体素子１及び半導体素子２を直接に載置して、これらの下主面に露出した各電極と例えばはんだにて電気的に接続される。

一方、半導体素子１及び半導体素子２の上主面に露出した各電極には、半導体素子１及び半導体素子２の配列方向２０ａに沿って延在する短冊状で金属製の外部接続電極板５の一方端５ａが例えばはんだにて電気的に接続される。さらに半導体素子１には、棒状で金属製の中継端子板８の一方端８ａが電気的に接続されている。本実施形態では、中継端子板８は半導体素子１に直接接続しているが、アルミニウムあるいは銅などの金属ワイヤ配線を介して接続してもよい。

外部接続電極板７は、外部接続電極板５と同様に、配列方向２０ａに沿って延在する短冊状で金属製の電極板であり、その一方端７ａが放熱基板３の主面に例えばはんだにて電気的に接続される。
これらの半導体素子１、半導体素子２、放熱基板３、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８の構成部分は、トランスファーモールド成形を用いて封止樹脂９にて箱状に樹脂封止されて樹脂パッケージ１３内に埋め込まれる。

この埋め込みにあたり、封止前に、外部接続電極板５の他方端５ｂ、外部接続電極板７の他方端７ｂ、及び中継端子板８の他方端８ｂは、それぞれ、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおいて外部へ露出するように成形される。成形後、上述の樹脂封止がなされ、樹脂封止後、外部接続電極板５の他方端５ｂ、外部接続電極板７の他方端７ｂ、及び中継端子板８の他方端８ｂは、さらに樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂへ折り曲げられる。このような製造過程は、後述の、当該半導体装置１０１の製造方法においても説明を行う。
尚、樹脂パッケージ１３が当該半導体装置１０１の外形を規定する。

また、上述の製造過程を参照すると、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８のそれぞれは、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおいて折り曲げられ封止樹脂９から剥離する隔離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃを有することになる。

尚、半導体素子１、２、及び放熱基板３に接続される外部接続電極板５及び外部接続電極板７が「主電極板」に相当する。また、本実施の形態１では、半導体装置１０１は、上述のように外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８を有するが、半導体装置１０１において外部接続電極板５及び外部接続電極板７が主要構成部分であり、上述の「主電極板」に相当する。

尚、半導体素子１の信号配線、例えばゲート、制御エミッタ、電流センサー、温度センサー用ダイオードのアノード、カソードは、中継端子板８を介して半導体素子１に接続されている。制御エミッタは、半導体素子１の駆動に際して使用され、制御エミッタ端子板とゲート中継端子板との間に、ゲート−エミッタ間電圧（例えば１５Ｖ程度）を印加することで半導体素子１を駆動することができる。

次に、上述したように構成される本実施の形態１における半導体装置１０１の製造方法について説明する。
まず、放熱基板３に、半導体素子１及び半導体素子２を本実施の形態１でははんだ付けにより接続する。尚、この接続方法は、はんだ付けに限定するものではなく、半導体素子１及び半導体素子２の各裏面に形成された金属メタライズ層と固相接合、例えば銅シンター接合あるいは銀シンター接合、させてもよいし、熱伝導率の高いフィラーを含有させた樹脂、例えば銀粒子入りエポキシ樹脂、で接合してもよい。

次に、外部接続電極板５及び中継端子板８を半田付けにより半導体素子１に接続し、外部接続電極板７を半田付けにより放熱基板３に接続する。ここでの配線接続方法として、各信号端子と半導体素子１とを直接はんだ接合させることは必ずしも必要ではなく、例えばアルミワイヤボンディングあるいはアルミリボンボンディングなどの超音波接合を用いてもよい。
外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、放熱基板３を取り囲む枠状のリードフレーム（図示せず）と一体に形成されており、外部接続電極板７を放熱基板３に接続することで、リードフレームと放熱基板３とが一体になる。また、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、下記の樹脂封止されたときに、樹脂パッケージ１３の上面１３ａに露出するように成形されている。

この状態で、リードフレームをトランスファーモールド成形用の金型内に入れ、溶融した樹脂を金型内に流し込むことで樹脂封止が完了する。この後、金型を取り外し、リードフレームから外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８を分離する（図５のステップＳ１）。
最後に、一旦配列方向２０ａに延在している外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、樹脂パッケージ１３の上面１３ａで封止樹脂９と密接している箇所で封止樹脂９から剥離させて、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおいて樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂへ曲げ加工を行う（図５のステップＳ２）。ここで、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８において、封止樹脂９と密接しているが折り曲げ加工により封止樹脂９から剥離される箇所が、上述した、外部接続電極板５の剥離箇所５ｃ、外部接続電極板７の剥離箇所７ｃ、及び中継端子板８の剥離箇所８ｃにそれぞれ相当する。
上記曲げ加工により、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８の各電極が樹脂パッケージ１３の上面１３ａの外端１３ｂよりも樹脂パッケージ１３の中央部側（内側）で、鉛直方向に取り出された半導体装置１０１を作製することができる。

以上説明したような構成を有する本実施の形態１における半導体装置１０１によれば、以下のような効果を得ることができる。
即ち、半導体装置１０１は、トランスファーモールド成形により、放熱基板３、半導体素子１、半導体素子２、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８を一体化したリードフレームを一体で樹脂封止することから、配設効率が良く、また、放熱基板３の外形寸法を、樹脂パッケージ１３の外形寸法と同程度まで大きくすることができ、さらに放熱能力を保った状態で小型化が可能となる。また、外部導体との外部接続電極板５の接続部分が樹脂パッケージ１３の上面１３ａの端１３ｂよりも内側に配置される。よって、半導体装置１０１の裏面にヒートシンクを配設（図示しない）した場合であっても、ヒートシンクから外部接続電極板５までの絶縁距離を確保しやすく、耐電圧特性に優れた半導体装置を得ることができる。この特徴について、以下に説明する。

従来技術説明においても既に述べたが、必要なパッケージ外部絶縁沿面距離を確保しつつパッケージサイズを小さくする手法としては、樹脂パッケージ１３の上面１３ａに露出した外部接続電極板５及び外部接続電極板７を樹脂パッケージ１３の中央部側（内側）に寄せる、又は、放熱基板３を縮小し外部接続電極板５及び外部接続電極板７の稜線部を樹脂パッケージ１３の内側に寄せるという手法を採ることが考えられる。ところが、放熱基板３を縮小すると放熱経路における面積が狭くなることから、半導体素子１又は半導体素子２から放熱基板３裏面までの熱抵抗が上昇し、半導体素子１又は半導体素子２の最高動作温度が上昇してしまうという問題が生じる。放熱基板３の縮小による半導体素子１又は半導体素子２の最高温度上昇を抑制するためには、半導体素子１又は半導体素子２のサイズを大きくすること、又は半導体素子１又は半導体素子２から放熱基板３の間に介在する固着層、及び放熱基板３の熱伝導率を高くすることがあるが、いずれも大幅なコスト増加を招いてしまう。また、固着層の厚みを薄くすることも温度上昇抑制には効果があるが、厚みを薄くすればするほど半導体素子１又は半導体素子２と放熱基板３との線膨張差に起因した歪によって接合部信頼性が悪化する恐れがある。したがって放熱基板３を縮小することによるパッケージサイズ低減は、コストと信頼性とのトレードオフ関係にある。

一方で、外部接続電極板５又は外部接続電極板７を樹脂パッケージ１３の内側に寄せて小型化するという手法は、樹脂パッケージ１３の上面１３ａから露出させた外部接続電極板５と他方の外部接続電極板７との間の封止樹脂上の絶縁沿面距離を確保する必要が生じる。樹脂パッケージ１３から露出させた外部接続電極板５のサイズは、半導体装置１０１で使用する電流量と、外部接続電極板５の断面積に起因した電極自体の発熱量と、外部端子と外部接続電極板５との接続部における電気抵抗による発熱量とを加味して、半導体素子１が耐熱温度以上にならないように決定する必要がある。つまり、樹脂パッケージ１３の放熱性を満足させるために必要な、樹脂パッケージ１３から露出させる外部接続電極板５の面積を確保すること、外部接続電極板５と放熱基板３との間の絶縁沿面距離を確保すること、及び、外部接続電極板５と外部接続電極板７との間の絶縁沿面距離を確保することが、外部接続電極板５を樹脂パッケージ１３の内側に寄せて小型化を図ることに求められる課題である。

さらに、半導体装置の高出力化に伴い、絶縁耐圧が上昇し電流密度が増加すると、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおいて一方の外部接続電極板５と他方の外部接続電極板７との絶縁沿面距離を増す必要、及び外部端子と接続する外部接続電極板５の樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおける露出面積を拡大する必要が生じる。よって、外部接続電極板５を樹脂パッケージ１３の上面１３ａに露出させるだけでは、樹脂パッケージ１３の小型化を図れない恐れが生じる。

そこで、本実施の形態１に示すように、樹脂パッケージ１３の上面１３ａから外部接続電極板５及び外部接続電極板７を剥離させ、樹脂パッケージ１３の上面１３ａから樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂへ曲げ加工を行うことで、外部接続電極板５及び外部接続電極板７が樹脂パッケージ１３の上面１３ａから厚み方向２０ｂに取り出される形態となる。これにより、従来技術として示した半導体装置に比べて、放熱基板３の外端と樹脂パッケージ１３の外端１３ｂとの距離を最小限に縮小することができる、又は樹脂パッケージ１３の厚みを最小限に留めつつ、放熱基板３の外端から樹脂パッケージ１３の外端１３ｂまでの距離を小さくすることが可能となる。

また、上述のように外部接続電極板５及び外部接続電極板７における外部導体との接続部分を樹脂パッケージ１３の上面１３ａで屈曲させた配置にすることで、ヒートシンクから外部接続電極板５，７における上記接続部分までの絶縁距離を確保しやすくなる。よって、樹脂パッケージ１３の厚さが薄い場合でも、耐電圧の高い半導体装置１０１を得ることができる。

樹脂パッケージ１３の厚さを薄くできることで、半導体装置１０１の動作中の発熱による樹脂パッケージ１３の反りを抑制することができる。即ち、封止樹脂９と放熱基板３とは材質の違いにより線膨張率に大きな差がある。したがって、装置使用時の発熱により温度変化が生じると、樹脂パッケージ１３全体に反りが生じる。そして、この反り量が、例えば数百μｍを超える場合には、樹脂パッケージ１３と、これを固定するヒートシンク（図示せず）との間に隙間が生じる。その結果、半導体装置１０１からヒートシンクへの放熱が阻害され、半導体装置１０１の温度が許容値以上に高くなる可能性がある。

一方、樹脂パッケージ１３の厚さが放熱基板３の厚さに近い程度に薄くなることで、同じように温度変化が生じた場合でも反りは小さくなる。その結果、半導体装置１０１とヒートシンクとの接触部における熱抵抗を小さく保つことができ、放熱効果を維持することができる。また、放熱効果が維持可能なことで、半導体装置１０１の温度上昇を抑制することができる。よって、封止樹脂９の材質の選択の幅が広くなり、より安価な封止樹脂９を使用することでコスト低減を図ることも可能である。

このように、外部接続電極板５及び外部接続電極板７における外部導体との接続部分を樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおいて樹脂パッケージ１３の中央寄りに配置することで、樹脂パッケージ１３を薄くしても、ヒートシンクから上記接続部分まで十分な絶縁距離を確保することができる。したがって、数十℃の温度変化が生じるような大電流を流す半導体装置であっても、数百ボルト以上の耐電圧を得ることができる。

一例として、樹脂パッケージ１３の反りを抑制するには、封止樹脂９の線膨張率は放熱基板３の線膨張率に近い方が望ましく、例えば、放熱基板３が銅（Ｃｕ）で構成されている場合には、１６×１０^−６ＰＰＭ／Ｋ程度であることが望ましい。

尚、上述した半導体装置１０１は、半導体素子１及び半導体素子２を１個ずつ有する構成であったが、半導体素子１及び半導体素子２を同数ずつ複数組有する構成であっても良い。また複数個の半導体装置１０１を電気的に並列に接続してユニットを構成することもでき、並列に接続した複数の半導体素子１を有する１個の半導体装置１０１と等価な構成にすることができる。したがって、あらゆる電流容量に対応した半導体装置を容易に得ることが可能となる。

また、３相モータのインバータに使用する場合には、半導体装置１０１を６個用いるなど、用途に応じて任意に組み合わせて用いることもでき、製品の種類を増やすことなく生産性を高めることができる。なお、本実施の形態１では、外部接続電極板５及び外部接続電極板７は、樹脂パッケージ１３の上面１３ａから樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂへ取り出し、外部導体との接続部分を露出させるように配設されているが、外部導体との接続においては、ネジ止め又は溶接で接続することで、種々の外部導体への接続が可能となり、汎用的な使用が可能となる。

実施の形態２．
図３Ａから図３Ｃ（総称して図３と記す場合もある）には、本発明の実施の形態２における半導体装置１０２の概略構成を示している。
実施の形態１では、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおいて封止樹脂９と密接している箇所で封止樹脂９から剥離され、樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂへ曲げ加工が行われ、これにより、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、樹脂パッケージ１３の上面１３ａの外端１３ｂよりも内側で厚み方向２０ｂに延在する旨の構成を有する半導体装置１０１について説明した。
このような構成を実現させるためには、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と封止樹脂９との密着力を保ちつつ、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、樹脂パッケージ１３の上面１３ａに露出した箇所において、樹脂割れを起こすことなく密接している封止樹脂９から引き剥がされて持ち上げられなければならない。本実施の形態２では、この動作を実現するための一構成例について説明する。

上述したように、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、半導体素子１、２及び放熱基板３に直接に接続されている。これらを封止する封止樹脂９は、例えば放熱基板３が銅製の場合には、その線膨張率を銅に近い１６ｐｐｍ／Ｋとすることが樹脂パッケージ１３の反り低減には好ましい。一方、半導体素子１及び半導体素子２は、例えばシリコンあるいは窒化ケイ素など、その線膨張率が２から４ｐｐｍ／Ｋ程度のもので構成されることが多い。即ち、半導体素子１及び半導体素子２と封止樹脂９とは、線膨張係数が１桁以上異なる。このような状況において、封止樹脂９が半導体素子１及び半導体素子２と正常に密着していれば問題はないが、例えば使用環境に応じて発生する繰り返しの温度ストレスにより、半導体素子１，２と封止樹脂９との間に微小な亀裂が生じた場合には半導体素子１，２の表面に過大な応力が加わることになる。半導体素子１の上面にはＩＧＢＴ素子のゲートとエミッタとを絶縁させるための微細構造が形成されているため、この表面に過大な応力が加わると微細構造を破断し、耐圧を維持できず機能が維持できなくなる恐れが生じる。

また、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、半導体素子１、２及び放熱基板３に直接に接続されており、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と封止樹脂９との間も、通常、密着が維持されている。しかしながら、例えば使用環境に応じて発生する繰り返しの温度ストレスにより、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と封止樹脂９との間に剥離が生じる場合がある。この剥離がさらに進展し、半導体素子１又は半導体素子２まで剥離進展が達すると、半導体素子１，２の表面に過大な応力が作用する。その結果、半導体素子１，２内部の絶縁構造を維持できなくなり、半導体素子１，２が機能不全に陥ってしまう。
このように、樹脂パッケージ１３の内部においては、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８は、基本的には封止樹脂９と強固に密着していることが必要である。

一方、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおける外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８の露出箇所では、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と封止樹脂９とが強固に密着していると、厚み方向２０ｂへの曲げ加工において封止樹脂９が割れてしまうという問題が生じる。封止樹脂９に割れ（亀裂）が発生した場合、その先端は応力集中箇所となる。その結果、上述したように繰り返しの熱ストレスによって亀裂が進展し、最悪の場合、半導体素子１，２に達して機能不全に陥る可能性がある。したがって、上面１３ａにおける上記露出箇所では、封止樹脂９に亀裂が発生してはならない。

このような、相反する課題を解決するため、本実施の形態２における半導体装置１０２では、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８が樹脂パッケージ１３の上面１３ａに露出して折り曲げられる箇所、つまり外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８が封止樹脂９から剥離される箇所には、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と封止樹脂９とが密着するのを阻害する表面処理部１４を、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と、封止樹脂９との少なくとも一方に設けるように構成した。尚、既に説明したように外部接続電極板５及び外部接続電極板７において封止樹脂９から剥離される箇所には、図３では５ｃ、７ｃの符号を付している。

表面処理部１４の一例として本実施の形態２では、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８において露出箇所に対応する部分で、封止樹脂９と接触し剥離される少なくとも剥離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃに、ニッケルめっき、金めっき等を設けている。このようなめっき処理によって、剥離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃと、封止樹脂９との密着が阻害される。表面処理部１４の他の形態として、例えば、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８の外表面の粗さを変化させる、外表面の酸化状態を変化させる、等が考えられる。

このような形態を採ることで、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と封止樹脂９との密着度が低減され、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８が折り曲げ加工により封止樹脂９から剥離されると共に封止樹脂９が持ち上がるのを抑制できる。よって、封止樹脂９に亀裂、割れを生じさせることは抑制され、かつ、樹脂パッケージ１３の内部の封止樹脂９とそれぞれの被封止部品との密着性は維持したままの状態とすることができる。

また、樹脂パッケージ１３の割れが低減されることから、本実施の形態２の半導体装置１０２の歩留まりの悪化を抑制することも可能である。
また、半導体装置１０２は、実施の形態１で説明した構成を有することから、実施の形態１で説明した効果を奏することも勿論可能である。

実施の形態３．
上述した実施の形態２では、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８における折り曲げ加工時の封止樹脂９からの剥離動作において、封止樹脂９の亀裂を防止するための方策として、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と、封止樹脂９との少なくとも一方に表面処理部１４を設けた。本実施の形態３では、上記剥離動作における封止樹脂９の亀裂防止策としての他の方策を開示する。

即ち、実施の形態２では、例えば外部接続電極板５の横断面は、図３Ｃに示すように方形状である。つまり横断面における左右両側面は、樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂに沿っておりテーパー状ではない。
これに対して、図４Ａ及び図４Ｂ（総称して図４と記す場合もある）に示す、本実施の形態３における半導体装置１０３では、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８において、少なくともそれぞれの剥離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃにおける横断面は、図４Ｂに示すように（図４Ｂの図示上、剥離箇所５ｃは不図示）、台形形状に成形している。つまり、剥離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃの横断面における左右両側面３１は、樹脂パッケージ１３の内部から上面１３ａに向けて開いたテーパー状に形成している。換言すると、剥離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃの横断面において、樹脂パッケージ１３の上面１３ａにおける露出面３２の樹脂パッケージ１３の幅方向２０ｃにおける長さは、露出面３２に対向する封止樹脂９との密着面３３における幅方向２０ｃの長さよりも大きい。尚、幅方向２０ｃは、半導体素子２の配列方向２０ａ及び樹脂パッケージ１３の厚み方向２０ｂに直交する方向である。

剥離箇所５ｃ、７ｃ、８ｃを上述のように形成することで、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８が折り曲げ加工にて樹脂パッケージ１３から剥離されるとき、外部接続電極板５、外部接続電極板７、及び中継端子板８と共に封止樹脂９が持ち上がることを阻止することができる。よって、封止樹脂９に亀裂（割れ）を起こすことは低減され、かつ、樹脂パッケージ１３の内部の封止樹脂９とそれぞれの被封止部品との密着性は維持されたままの状態とすることができる。

また、樹脂パッケージ１３の割れが低減されることから、本実施の形態３の半導体装置１０３の歩留まりの悪化を抑制することも可能である。
また、半導体装置１０３は、実施の形態１で説明した構成を有することから、実施の形態１で説明した効果を奏することも勿論可能である。

また、本実施の形態３の構成に対して、上述の実施の形態２で説明した表面処理部１４をさらに追加してもよい。このように構成することで、実施の形態２、３に比べてさらに、封止樹脂９における亀裂発生防止、及び上記被封止部品との密着性維持の向上を図ることが可能になる。

１ 半導体素子、２ 半導体素子、３ 放熱基板、５ 外部接続電極板、
７ 外部接続電極板、８ 中継端子板、９ 封止樹脂、１３ 樹脂パッケージ、
１４ 表面処理部、
１０１〜１０３ 半導体装置。

Claims (5)

1. 半導体素子を直接載置した放熱基板と、
   上記半導体素子における電極に一方端を電気的に接続した、及び上記放熱基板に一方端を電気的に接続した、複数の主電極板と、
   上記放熱基板及び上記主電極板を樹脂封止する樹脂パッケージと、を備え、
   上記複数の主電極板のそれぞれの他方端は、上記樹脂パッケージの上面において外部へ露出し、かつ樹脂パッケージの厚み方向へ折り曲げられており、
   上記主電極板は、上記樹脂パッケージの上面において折り曲げられ封止樹脂から剥離する剥離箇所を有し、この剥離箇所には、上記封止樹脂との密着を阻害する表面処理部をさらに有し、該表面処理部は、ニッケルめっき又は金めっきを設けている、
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 上記樹脂パッケージの上面において上記主電極板が折り曲げられ封止樹脂から剥離する剥離箇所において、上記主電極板の横断面における左右両側面は、上記樹脂パッケージの内部から上面に向けて開いたテーパー状である、請求項１に記載の半導体装置。
3. 折り曲げられる上記剥離箇所は、上記樹脂パッケージの端から中央部側へ離れて位置する、請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 上記半導体素子に一方端を電気的に接続した端子板をさらに備え、この端子板の他方端は、上記樹脂パッケージの上面において外部へ露出し、かつ樹脂パッケージの厚み方向へ折り曲げられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法であって、
   放熱基板及び主電極板を樹脂封止して樹脂パッケージを形成し、
   形成後、この樹脂パッケージの上面において外部へ露出した複数の主電極板におけるそれぞれの他方端は、上記樹脂パッケージの上面から剥離して樹脂パッケージの厚み方向へ折り曲げられる、
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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