JP6777109B2 - Semiconductor device, its manufacturing method and power conversion device - Google Patents

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Description

この発明は、封止樹脂で封止したモールド型半導体装置、その製造方法及びこの半導体装置を備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a molded semiconductor device sealed with a sealing resin, a method for manufacturing the same, and a power conversion device provided with the semiconductor device.

一般に半導体装置は、半導体素子の保護及び配線回路の絶縁のために樹脂封止されている。従来から、金型を用いて半導体素子及び配線回路を一体的に樹脂封止したモールド型半導体装置が知られている。モールド型半導体装置は、ケース内に低弾性の樹脂を充填して半導体素子を保護するケース型半導体装置に比べ、生産性に優れ、小型化が可能となる。 Generally, a semiconductor device is resin-sealed to protect a semiconductor element and to insulate a wiring circuit. Conventionally, a molded semiconductor device in which a semiconductor element and a wiring circuit are integrally resin-sealed using a mold has been known. The mold-type semiconductor device is superior in productivity and can be miniaturized as compared with the case-type semiconductor device in which the case is filled with a low-elasticity resin to protect the semiconductor element.

ところが、モールド型半導体装置では、樹脂封止の際に配線回路を形成するリードフレーム等の端子を金型で挟みこんで樹脂成形を行うため、複雑な電子回路をリードフレームのみで形成することが難しかった。 However, in a molded semiconductor device, a terminal such as a lead frame that forms a wiring circuit is sandwiched between molds to perform resin molding at the time of resin sealing, so that a complicated electronic circuit may be formed only by the lead frame. was difficult.

そこで、従来の半導体装置は、制御回路用基板を含めて封止されたモールド型半導体装置(例えば、特許文献1)が検討されている。また、リードフレームのヒートシンクよりも外周部に設けたピン穴を用いて制御回路基板を支持するモールド型半導体装置(例えば、特許文献2)が検討されている。 Therefore, as a conventional semiconductor device, a molded semiconductor device (for example, Patent Document 1) that is sealed including a control circuit substrate has been studied. Further, a molded semiconductor device (for example, Patent Document 2) that supports a control circuit board by using a pin hole provided on an outer peripheral portion of a heat sink of a lead frame has been studied.

特開2014−22444号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-22444 特開2014−212208号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-212208

しかしながら、従来の半導体装置では、制御回路用基板を封止するために、金型で制御回路用基板の一部を挟み込むことで制御用回路基板を中空状態で支持して樹脂成形を行っている。制御用回路基板の外周部に設けた支持部は金型から外部へ突出しており、上金型と下金型とで支持部を挟み込むことで、制御用回路基板の動きを制限した状態で樹脂成形される(特許文献1)。また、従来の半導体装置では、リードフレームのヒートシンクよりも外周部に設けたピン穴を用いて制御回路基板を支持した状態で樹脂成形される(特許文献2)。このため、半導体装置のパッケージの外形から制御用回路基板の外周部に設けた支持部が外部へ突出した状態、あるいは、ヒートシンクの外周部にピン穴を設けた状態で半導体装置が作製されるため、半導体装置のパッケージサイズが大きくなり、小型化に対応できない場合があった。 However, in a conventional semiconductor device, in order to seal a control circuit board, a part of the control circuit board is sandwiched between molds to support the control circuit board in a hollow state and resin molding is performed. .. The support portion provided on the outer peripheral portion of the control circuit board protrudes from the mold to the outside, and by sandwiching the support portion between the upper mold and the lower mold, the resin is in a state where the movement of the control circuit board is restricted. It is molded (Patent Document 1). Further, in a conventional semiconductor device, resin molding is performed in a state where the control circuit board is supported by using pin holes provided on the outer periphery of the heat sink of the lead frame (Patent Document 2). For this reason, the semiconductor device is manufactured in a state in which the support portion provided on the outer peripheral portion of the control circuit board protrudes outward from the outer shape of the semiconductor device package, or in a state in which a pin hole is provided on the outer peripheral portion of the heat sink. In some cases, the package size of the semiconductor device becomes large and it cannot be miniaturized.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、中空に回路基板が配置され、小型のモールド型半導体装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain a small molded semiconductor device in which a circuit board is arranged in a hollow space.

第一穴を有する熱伝導部材と、熱伝導部材上に設けられ、半導体素子が搭載され、第一穴の上方の対応する位置に第二穴を有する金属部材と、金属部材の上方に配置され、第二穴の上方の対応する位置に第三穴を有する回路基板と、回路基板を内包し、第一穴と第二穴と第三穴を充填し、熱伝導部材と金属部材と回路基板とを一体的に封止する封止部材とを備えた半導体装置。 A heat conductive member having a first hole, a metal member provided on the heat conductive member, on which a semiconductor element is mounted, a metal member having a second hole at a corresponding position above the first hole, and a metal member above the metal member. , A circuit board having a third hole at a corresponding position above the second hole, and a circuit board are included, and the first hole, the second hole, and the third hole are filled, and the heat conductive member, the metal member, and the circuit board are filled. A semiconductor device including a sealing member that integrally seals and.

この発明の半導体装置によれば、回路基板の外周部に設けた支持部を設けていないので、半導体装置を小型化することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board is not provided, the semiconductor device can be miniaturized.

この発明の実施の形態1における半導体装置を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の図1の一点鎖線AAにおける断面構造模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention in the alternate long and short dash line AA of FIG. この発明の実施の形態1における半導体装置の端部近傍における断面構造模式図である。It is a schematic cross-sectional structure near the end portion of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の端部近傍における平面構造模式図である。It is a schematic plane structure near the end portion of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の回路基板を示す構造模式図である。It is a structural schematic diagram which shows the circuit board of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the other semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における他の半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of another semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the other semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の回路基板の他の加工穴形状を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the other machined hole shape of the circuit board of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における他の半導体装置の製造方法を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of another semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における半導体装置の回路基板の他の加工穴形状を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the other machined hole shape of the circuit board of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2における半導体装置を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2における半導体装置の他の製造工程を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the other manufacturing process of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3における半導体装置を示す断面構造模式図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3における半導体装置の端部近傍における断面構造模式図である。It is a schematic cross-sectional structure near the end portion of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power conversion system which applied the power conversion apparatus in Embodiment 4 of this invention.

はじめに、本発明の半導体装置の全体構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。 First, the overall configuration of the semiconductor device of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the figure is a schematic one and does not reflect the exact size of the indicated components. In addition, those having the same reference numerals are the same or equivalent thereof, and this is common to the entire text of the specification.

実施の形態1.
この発明の実施の形態1における半導体装置について、図1から図4を用いて説明する。
Embodiment 1.
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

図1は、この発明の実施の形態1における半導体装置を示す断面構造模式図である。図2は、この発明の実施の形態1における半導体装置の一点鎖線AAにおける断面構造模式図である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line AA of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

図1において、半導体装置100は、熱伝導部材1、金属部材であるリードフレーム2、接合材であるはんだ3、半導体素子4、ボンディングワイヤ5、回路基板6、封止部材である封止樹脂7を備えている。また、熱伝導部材1は、第一穴である貫通孔8を、リードフレーム2は、第二穴である貫通孔81を備えている。さらに、回路基板6は、第三穴である加工穴11を備えている。また、回路基板6は、この断面方向で、封止樹脂に内包されている。さらに、リードフレーム2は、封止樹脂7の側面から突出する金属端子部であるリード端子部を備える。 In FIG. 1, the semiconductor device 100 includes a heat conductive member 1, a lead frame 2 which is a metal member, a solder 3 which is a bonding material, a semiconductor element 4, a bonding wire 5, a circuit board 6, and a sealing resin 7 which is a sealing member. Is equipped with. Further, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8 which is a first hole, and the lead frame 2 is provided with a through hole 81 which is a second hole. Further, the circuit board 6 is provided with a machined hole 11 which is a third hole. Further, the circuit board 6 is included in the sealing resin in this cross-sectional direction. Further, the lead frame 2 includes a lead terminal portion which is a metal terminal portion protruding from the side surface of the sealing resin 7.

図2において、この断面方向(図1の一点鎖線AA断面)では、熱伝導部材1と回路基板6とは共に、封止樹脂7に内包されており、この方向の断面では、封止樹脂7の外部へ突出する箇所はない。 In FIG. 2, in this cross-sectional direction (one-dot chain line AA cross section in FIG. 1), both the heat conductive member 1 and the circuit board 6 are included in the sealing resin 7, and in the cross section in this direction, the sealing resin 7 is included. There is no part that protrudes to the outside of.

図1,2において、熱伝導部材1は、金属箔1aと金属箔1aの上面に形成された絶縁層である絶縁シート1bとを備えている。絶縁シート1bは、金属箔1aとリードフレーム2とを絶縁すると共に、半導体素子4で発生した熱を絶縁シート1bを介して金属箔1aへ放熱する役割である。金属箔1aとしては、銅板、アルミ板、銅箔などの高熱伝導部材が用いられる。 In FIGS. 1 and 2, the heat conductive member 1 includes a metal foil 1a and an insulating sheet 1b which is an insulating layer formed on the upper surface of the metal foil 1a. The insulating sheet 1b has a role of insulating the metal foil 1a and the lead frame 2 and dissipating heat generated by the semiconductor element 4 to the metal foil 1a via the insulating sheet 1b. As the metal foil 1a, a high thermal conductive member such as a copper plate, an aluminum plate, or a copper foil is used.

絶縁シート1bは、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられ、その内部にはシリカやアルミナ、窒化ホウ素などの高伝導性フィラーが混入されている。 A thermosetting resin such as an epoxy resin is used for the insulating sheet 1b, and a highly conductive filler such as silica, alumina, or boron nitride is mixed therein.

熱伝導部材1は、貫通孔8を面内に少なくとも3箇所以上有している。半導体装置100においては、貫通孔8には封止樹脂7が充填されている。貫通孔8の大きさは、後述するように製造時に金型の可動する支持ピン13を挿入する必要があるため、直径0.5mm以上(Φ0.5mm以上)であることが望ましい。 The heat conductive member 1 has at least three through holes 8 in the plane. In the semiconductor device 100, the through hole 8 is filled with the sealing resin 7. The size of the through hole 8 is preferably 0.5 mm or more (Φ0.5 mm or more) in diameter because it is necessary to insert the movable support pin 13 of the mold at the time of manufacturing as described later.

貫通孔8は、熱伝導部材1の打ち抜き加工などで外形加工される際に同時に形成されてもよいし、別途ワイヤーカット等の加工を入れても良い。熱伝導部材1は、下面側に金属箔1aの下面を露出して樹脂封止され、金属箔1aの下面側の面と貫通孔8に充填された封止樹脂7の表面とが同一平面上になるように成型されている。 The through hole 8 may be formed at the same time when the outer shape is processed by punching or the like of the heat conductive member 1, or may be separately processed by wire cutting or the like. The heat conductive member 1 is resin-sealed by exposing the lower surface of the metal foil 1a on the lower surface side, and the surface on the lower surface side of the metal foil 1a and the surface of the sealing resin 7 filled in the through hole 8 are on the same plane. It is molded to be.

熱伝導部材1上には、配線回路が形成されたリードフレーム2が設けられている。リードフレーム2は、熱伝導部材1の絶縁シート1b上に配置される。リードフレーム2の配線回路上には、半導体素子4の裏面電極が接合材であるはんだ3を介して接合されている。半導体素子4の表面電極とリードフレーム2とは、リードフレーム2の所定の位置でボンディングワイヤ5により電気的に接続されている。 A lead frame 2 on which a wiring circuit is formed is provided on the heat conductive member 1. The lead frame 2 is arranged on the insulating sheet 1b of the heat conductive member 1. On the wiring circuit of the lead frame 2, the back electrode of the semiconductor element 4 is bonded via a solder 3 which is a bonding material. The surface electrode of the semiconductor element 4 and the lead frame 2 are electrically connected by a bonding wire 5 at a predetermined position of the lead frame 2.

リードフレーム2は、熱伝導部材1の貫通孔8の上方の対応する位置に貫通孔81を面内に少なくとも3箇所以上有している。半導体装置100においては、貫通孔81には封止樹脂7が充填されている。貫通孔81の大きさは、後述するように製造時に金型に設けられた支持ピン13を挿入する必要があるため、直径0.5mm以上(Φ0.5mm以上)であることが望ましい。 The lead frame 2 has at least three through holes 81 in the plane at corresponding positions above the through holes 8 of the heat conductive member 1. In the semiconductor device 100, the through hole 81 is filled with the sealing resin 7. The size of the through hole 81 is preferably 0.5 mm or more (Φ0.5 mm or more) in diameter because it is necessary to insert the support pin 13 provided in the mold at the time of manufacturing as described later.

図3は、この発明の実施の形態1における半導体装置の端部近傍における断面構造模式図である。図4は、この発明の実施の形態1における半導体装置の端部近傍における平面構造模式図である。図において、リードフレーム2としては、例えば、厚さ約0.6mmの銅板が用いられる。リードフレーム2には、プレス成形により配線回路が形成される。また、リードフレーム2の配線回路には、段差部9を有している。リードフレーム2の段差部9は、熱伝導部材1と接合されておらず、封止樹脂7の入り込んだ部位となる。リードフレーム2の段差部9は、熱伝導部材1の金属箔1aと封止樹脂7の界面に沿った絶縁破壊を抑制するための構造である。リードフレーム2の段差部9は、リードフレーム2と熱伝導部材2との段差である。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional structure near the end of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a schematic plan view of the planar structure in the vicinity of the end portion of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, as the lead frame 2, for example, a copper plate having a thickness of about 0.6 mm is used. A wiring circuit is formed on the lead frame 2 by press molding. Further, the wiring circuit of the lead frame 2 has a stepped portion 9. The stepped portion 9 of the lead frame 2 is not joined to the heat conductive member 1 and is a portion where the sealing resin 7 has entered. The stepped portion 9 of the lead frame 2 has a structure for suppressing dielectric breakdown along the interface between the metal foil 1a of the heat conductive member 1 and the sealing resin 7. The step portion 9 of the lead frame 2 is a step between the lead frame 2 and the heat conductive member 2.

リードフレーム2の段差部9は、例えば、半抜き加工を行うことによって形成される。リードフレーム2の段差部9の高さ(絶縁シート1bの上面からリードフレーム2の下面までの距離)は、例えば、0.1mm以上かつ、リードフレーム2の厚みの半分の0.3mm以下とする。0.1mm以上とすることで、熱伝導部材1とリードフレーム2との間に充填される封止樹脂7内にボイドが発生するのを抑制できる。 The stepped portion 9 of the lead frame 2 is formed, for example, by performing a half punching process. The height of the stepped portion 9 of the lead frame 2 (distance from the upper surface of the insulating sheet 1b to the lower surface of the lead frame 2) is, for example, 0.1 mm or more and 0.3 mm or less, which is half the thickness of the lead frame 2. .. By setting the thickness to 0.1 mm or more, it is possible to suppress the generation of voids in the sealing resin 7 filled between the heat conductive member 1 and the lead frame 2.

また、段差部9における段差である絶縁シート1bからリードフレーム2までの距離を、リードフレーム2の厚みの半分の0.3mm以下とすることで、強度を確保することができる。さらに、段差部9を設け、封止樹脂7で段差部9を充填することで、熱伝導部材1の金属箔1aとリードフレーム2との間の絶縁耐圧も向上することができる。 Further, the strength can be ensured by setting the distance from the insulating sheet 1b, which is a step in the step portion 9, to the lead frame 2 to 0.3 mm or less, which is half the thickness of the lead frame 2. Further, by providing the step portion 9 and filling the step portion 9 with the sealing resin 7, the withstand voltage between the metal foil 1a of the heat conductive member 1 and the lead frame 2 can be improved.

また、リードフレーム2は、熱伝導部材1に形成された貫通孔8の周囲(外周)から外側0.1mm以内の範囲を禁止領域として隙間10を形成している。隙間10は、リードフレーム2と金属箔1aとの絶縁距離以上となるように設定する。最小の絶縁距離は、絶縁シート1bの厚さと貫通孔8の周縁部(外周部)から貫通孔81の周縁部(外周部)までの距離である。このため、隙間10の距離(長さ)を絶縁シート1bの厚さと貫通孔81の外周部までの距離との合計以上とすることで、リードフレーム2と金属箔1aとの絶縁破壊を抑制することができる。隙間10内には、リードフレーム2で構成される配線回路パターンを配置しない。 Further, the lead frame 2 forms a gap 10 with a range within 0.1 mm outside the periphery (outer circumference) of the through hole 8 formed in the heat conductive member 1 as a prohibited region. The gap 10 is set so as to be equal to or longer than the insulation distance between the lead frame 2 and the metal foil 1a. The minimum insulating distance is the thickness of the insulating sheet 1b and the distance from the peripheral edge portion (outer peripheral portion) of the through hole 8 to the peripheral edge portion (outer peripheral portion) of the through hole 81. Therefore, by setting the distance (length) of the gap 10 to be equal to or greater than the sum of the thickness of the insulating sheet 1b and the distance to the outer peripheral portion of the through hole 81, dielectric breakdown between the lead frame 2 and the metal foil 1a is suppressed. be able to. The wiring circuit pattern composed of the lead frame 2 is not arranged in the gap 10.

ここで、貫通孔8の外周端から貫通孔81の外周端までの距離が隙間10である。このため、貫通孔81は、貫通孔8よりも隙間10だけ、半径が大きな穴となっている。また、貫通孔8及び貫通孔81の内部は、封止樹脂7が充填されている。このため、貫通孔8及び貫通孔81の形成部位におけるリードフレーム2と金属箔1aとの絶縁破壊を抑制することができる。 Here, the distance from the outer peripheral end of the through hole 8 to the outer peripheral end of the through hole 81 is the gap 10. Therefore, the through hole 81 is a hole having a larger radius than the through hole 8 by a gap 10. Further, the inside of the through hole 8 and the through hole 81 is filled with the sealing resin 7. Therefore, it is possible to suppress dielectric breakdown between the lead frame 2 and the metal foil 1a at the portions where the through holes 8 and the through holes 81 are formed.

半導体素子4は、入力交流電力を直流電力に変換するコンバータ部に用いるダイオードや、直流電力を交流電力に変換するインバータ部に用いるバイポーラトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、GTO(Gate Turn-Off Thyristor)等がある。 The semiconductor element 4 includes a diode used in a converter unit that converts input AC power into DC power, a bipolar transistor used in an inverter unit that converts DC power into AC power, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field). There are Effect Transistor), GTO (Gate Turn-Off thyristor), and the like.

ボンディングワイヤ5としては、例えば、アルミニウム線、又は銅線等を用いることができる。ボンディングワイヤ5は、回路基板6との電気的接続にも用いられると同時に回路基板6を支持するためにも用いられるため、ボンディングワイヤ5には、回路基板6を支持するための剛性も求められる。このため、ボンディングワイヤ5は、ある程度の太さや、本数が必要となる。また、リードフレーム2と半導体素子4との接合材として、はんだ3を用いた例を示したが、はんだ3に限らず、例えば、銀ペーストを用いることができる。 As the bonding wire 5, for example, an aluminum wire, a copper wire, or the like can be used. Since the bonding wire 5 is also used for electrical connection with the circuit board 6 and at the same time for supporting the circuit board 6, the bonding wire 5 is also required to have rigidity for supporting the circuit board 6. .. Therefore, the bonding wires 5 need to have a certain thickness and a certain number of wires. Further, although an example in which the solder 3 is used as the bonding material between the lead frame 2 and the semiconductor element 4 is shown, the solder 3 is not limited to the solder 3, and for example, a silver paste can be used.

回路基板6は、半導体装置100内のリードフレーム2の上方に配置されており、リードフレーム2とボンディングワイヤ5で電気的に接続されている。また、上述のように回路基板6は、ボンディングワイヤ5によって、リードフレーム2の上方に中空で支持される。 The circuit board 6 is arranged above the lead frame 2 in the semiconductor device 100, and is electrically connected to the lead frame 2 by a bonding wire 5. Further, as described above, the circuit board 6 is hollowly supported above the lead frame 2 by the bonding wire 5.

回路基板6には、配線パターン(図示せず)が形成された樹脂基板と、樹脂基板の配線パターン上に搭載された電気部品(図示せず)とを備えている。樹脂基板は、例えば、厚さ1.6mmの電子機器に一般的に用いられているものを使用することができるが、樹脂基板の厚さは、これに限られるものではない。 The circuit board 6 includes a resin substrate on which a wiring pattern (not shown) is formed, and electrical components (not shown) mounted on the wiring pattern of the resin substrate. As the resin substrate, for example, one generally used for electronic devices having a thickness of 1.6 mm can be used, but the thickness of the resin substrate is not limited to this.

また、樹脂基板の耐熱性グレードもFR−4に限られることはなく、リードフレーム2に搭載する半導体素子4としてシリコンカーバイド(SiC:Silicon Carbide)を用いて素子の高温動作を想定する場合など、耐熱性グレードの高いFR−5相当の樹脂基板を用いることもできる。 Further, the heat resistance grade of the resin substrate is not limited to FR-4, and when silicon carbide (SiC: Silicon Carbide) is used as the semiconductor element 4 mounted on the lead frame 2 and high temperature operation of the element is assumed. A resin substrate equivalent to FR-5 having a high heat resistance grade can also be used.

電気部品は、回路基板6の両面(上下面)に搭載されていることが好ましいが、片面に搭載されてもかまわない。回路基板6の両面に電気部品を搭載したので、温度サイクルなどで発生する熱応力に対して回路基板6の表裏面(上下面)での熱膨張率差が抑えられること、剛性がより高くなることにより、回路基板6に発生する反りを抑えることができる。 The electrical components are preferably mounted on both sides (upper and lower surfaces) of the circuit board 6, but may be mounted on one side. Since the electric components are mounted on both sides of the circuit board 6, the difference in the coefficient of thermal expansion between the front and back surfaces (upper and lower surfaces) of the circuit board 6 is suppressed against the thermal stress generated in the temperature cycle, and the rigidity is further increased. As a result, the warp generated in the circuit board 6 can be suppressed.

また、樹脂基板の両面(上下面)に電気部品を搭載することにより樹脂基板の面積は片面搭載の半分程度に抑えられ、半導体装置100の小型化が可能となる。回路基板6の上面の配線パターンとリードフレーム2とがボンディングワイヤ5で接続されており、樹脂封止前には、ボンディングワイヤ5の剛性によって中空に浮かんでいる。そのため、金型内に回路基板6付きリードフレーム2を投入することができ、モールド樹脂成型が可能となる。 Further, by mounting the electric components on both sides (upper and lower surfaces) of the resin substrate, the area of the resin substrate can be suppressed to about half that of the single-sided mounting, and the semiconductor device 100 can be downsized. The wiring pattern on the upper surface of the circuit board 6 and the lead frame 2 are connected by the bonding wire 5, and before the resin is sealed, the wiring pattern is floated in the air due to the rigidity of the bonding wire 5. Therefore, the lead frame 2 with the circuit board 6 can be put into the mold, and the mold resin can be molded.

図5は、この発明の実施の形態1における半導体装置の回路基板を示す構造模式図である。図6には、回路基板6の上面構造模式図と図5の一点鎖線BBにおける断面構造模式図を示している。図において、回路基板6は、3箇所に回路基板6を上下に貫通する加工穴11を有している。加工穴11は、後述する支持ピン13が挿入される領域である。加工穴11は、半導体装置100の上面側である回路基板6の上面とリードフレーム2側である回路基板6の下面とで加工穴11の直径が異なり、回路基板6の下面側の加工穴11の直径は、回路基板6の上面側の加工穴11の直径よりも大きくなっている。すなわち、図5の一点鎖線BBにおける断面構造模式図を見ると加工穴11の形状は、台形の形状になっている。実際には、加工穴11の形状は、回路基板6の上下面を貫通した円錐台状の形状である。また、回路基板6の上面側の加工穴11の直径は支持ピン13の直径よりも小さい。加工穴11は、支持ピン13を通すために、リードフレーム2の貫通孔81の上方の対応する位置に設けられている。 FIG. 5 is a schematic structural diagram showing a circuit board of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a schematic view of the upper surface structure of the circuit board 6 and a schematic view of the cross-sectional structure of the alternate long and short dash line BB of FIG. In the figure, the circuit board 6 has machined holes 11 that vertically penetrate the circuit board 6 at three locations. The machined hole 11 is a region into which the support pin 13 described later is inserted. The machined hole 11 has a different diameter of the machined hole 11 between the upper surface of the circuit board 6 which is the upper surface side of the semiconductor device 100 and the lower surface of the circuit board 6 which is the lead frame 2 side, and the machined hole 11 is the machined hole 11 on the lower surface side of the circuit board 6. The diameter of the circuit board 6 is larger than the diameter of the machined hole 11 on the upper surface side of the circuit board 6. That is, looking at the schematic cross-sectional structure of the alternate long and short dash line BB in FIG. 5, the shape of the machined hole 11 is a trapezoidal shape. Actually, the shape of the machined hole 11 is a truncated cone shape penetrating the upper and lower surfaces of the circuit board 6. Further, the diameter of the machined hole 11 on the upper surface side of the circuit board 6 is smaller than the diameter of the support pin 13. The machined hole 11 is provided at a corresponding position above the through hole 81 of the lead frame 2 for passing the support pin 13.

加工穴11の形状を、円錐台状の形状とすることで、支持ピン13が加工穴11の途中で止まるので、支持ピン13によって回路基板6が支持することができる。加工穴11は、ドリル加工やフライス、研削などによって加工されるが、特に、加工方法を指定するものではない。加工穴11は、金型搭載時に平行度を保ちつつ回路基板6が中空に支持されることを目的としているため、少なくとも3箇所以上、好ましくは回路基板6の4隅を含む4箇所以上に配置されることが望ましい。なお、熱伝導部材1及びリードフレーム2には、加工穴11の数に対応した貫通孔8、貫通孔81が形成されている。このように3箇所以上の加工穴11を設けることで回路基板6を水平に支持することができる。 By making the shape of the machined hole 11 into a truncated cone shape, the support pin 13 stops in the middle of the machined hole 11, so that the circuit board 6 can be supported by the support pin 13. The machined hole 11 is machined by drilling, milling, grinding, or the like, but does not particularly specify a machining method. Since the machined holes 11 are intended to support the circuit board 6 in a hollow manner while maintaining parallelism when the mold is mounted, they are arranged at least three places, preferably four or more places including the four corners of the circuit board 6. It is desirable to be done. The heat conductive member 1 and the lead frame 2 are formed with through holes 8 and through holes 81 corresponding to the number of machined holes 11. The circuit board 6 can be supported horizontally by providing the machined holes 11 at three or more places in this way.

熱伝導部材1には貫通孔8が、リードフレーム2には貫通孔81が、回路基板6には加工穴11が、それぞれ形成されており、支持ピン13を通すために貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とは、熱伝導部材1の表面に対して垂直方向の同一直線上に配置されている。熱伝導部材1の貫通孔8の直径と回路基板6の熱伝導部材1と向かい合う面(下面)側の加工穴11の直径は、同一のサイズか、加工穴11の直径の方が大きい方が望ましい。 A through hole 8 is formed in the heat conductive member 1, a through hole 81 is formed in the lead frame 2, and a machined hole 11 is formed in the circuit board 6, and the through hole 8 and the through hole are formed to pass the support pin 13. The 81 and the machined hole 11 are arranged on the same straight line in the direction perpendicular to the surface of the heat conductive member 1. The diameter of the through hole 8 of the heat conductive member 1 and the diameter of the machined hole 11 on the surface (lower surface) side facing the heat conductive member 1 of the circuit board 6 should be the same size or the diameter of the machined hole 11 should be larger. desirable.

封止樹脂7は、リードフレーム2、熱伝導部材1、半導体素子4、及び回路基板6が一体的に封止されるように形成されている。本実施の形態1では、熱伝導部材1の金属箔1aの下面は、封止樹脂7に覆われておらず、外部へ露出している。 The sealing resin 7 is formed so that the lead frame 2, the heat conductive member 1, the semiconductor element 4, and the circuit board 6 are integrally sealed. In the first embodiment, the lower surface of the metal foil 1a of the heat conductive member 1 is not covered with the sealing resin 7 and is exposed to the outside.

封止樹脂7は、封止した部材間の絶縁性を確保するとともに、半導体装置100のケースとして機能する。封止樹脂7の成形方法として、例えば、トランスファー成形、射出成形、コンプレッション成形等を用いることができる。また、封止樹脂7の材料としては、例えば、充填材を含有したエポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。 The sealing resin 7 secures the insulating property between the sealed members and functions as a case of the semiconductor device 100. As a molding method of the sealing resin 7, for example, transfer molding, injection molding, compression molding and the like can be used. Further, as the material of the sealing resin 7, for example, an epoxy resin containing a filler, a phenol resin, or the like can be used.

次に、上述のように構成された本実施の形態1の半導体装置100の製造方法について説明する。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment, which is configured as described above, will be described.

図6から図12は、この発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図6から図12は、この発明の実施の形態1における半導体装置の各製造工程を示す断面構造模式図である。図6から図12までの工程を経ることにより、半導体装置100を製造することができる。 6 to 12 are schematic cross-sectional structures showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 6 to 12 are schematic cross-sectional structures showing each manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device 100 can be manufactured by going through the steps of FIGS. 6 to 12.

はじめに、図6に示すように、金属箔1aと絶縁シート1bとを張り合わせた熱伝導部材1、半導体素子4が接合されボンディングワイヤ5で配線されたリードフレーム2、及び配線パターン上に電気部品が搭載された回路基板6を作製する。熱伝導部材1には、金属箔1aと絶縁シート1bとを貫通する貫通孔8が形成される。リードフレーム2には、支持ピン13を通すために、貫通孔8の上方の対応する位置に貫通孔81が形成される。回路基板6には、回路基板6の上下面を貫通する加工穴11が形成される。加工穴11は、支持ピン13を通すために、貫通孔81の上方の対応する位置に形成されている。貫通孔81の外周部は、貫通孔8の外周部から隙間10だけ離れた位置となるように形成されている。これらを作製後、リードフレーム2を熱伝導部材1の絶縁シート1b上に搭載する。リードフレーム2の上方には、ボンディングワイヤ5でリードフレーム2と接続され、支持された回路基板6が配置される(基材準備工程)。このとき、熱伝導部材1の貫通孔8と回路基板6の加工穴11とが、支持ピン13を通すことができ、熱伝導部材1の表面に対して垂直方向の同一直線上になるように、熱伝導部材1と回路基板6とを配置する。 First, as shown in FIG. 6, a heat conductive member 1 in which a metal foil 1a and an insulating sheet 1b are bonded together, a lead frame 2 in which a semiconductor element 4 is bonded and wired by a bonding wire 5, and an electric component are placed on a wiring pattern. The mounted circuit board 6 is manufactured. The heat conductive member 1 is formed with a through hole 8 that penetrates the metal foil 1a and the insulating sheet 1b. A through hole 81 is formed in the lead frame 2 at a corresponding position above the through hole 8 in order to pass the support pin 13. The circuit board 6 is formed with machined holes 11 penetrating the upper and lower surfaces of the circuit board 6. The machined hole 11 is formed at a corresponding position above the through hole 81 for passing the support pin 13. The outer peripheral portion of the through hole 81 is formed so as to be located at a position separated by a gap 10 from the outer peripheral portion of the through hole 8. After manufacturing these, the lead frame 2 is mounted on the insulating sheet 1b of the heat conductive member 1. A circuit board 6 connected to and supported by the lead frame 2 by a bonding wire 5 is arranged above the lead frame 2 (base material preparation step). At this time, the through hole 8 of the heat conductive member 1 and the machined hole 11 of the circuit board 6 can pass the support pin 13 and are on the same straight line in the direction perpendicular to the surface of the heat conductive member 1. , The heat conductive member 1 and the circuit board 6 are arranged.

次に、図7に示すように、熱伝導部材1とリードフレーム2と回路基板6とを接続後、支持ピン13が設けられた下金型12にこれらを配置する(下金型内基材配置工程)。このとき、下金型12から貫通孔8を貫通し回路基板6の加工穴11まで、下金型12から金型内部へ突出した円柱状の支持ピン13が挿入され、回路基板6が金型内に中空で支持される。加工穴11は、リードフレーム2に対向する面側から反対面に向かって径が小さくなるように加工されており、支持ピン13が加工穴11の途中で、加工穴11の側面と接触する(引っかかる)ことで、回路基板6を支持することができる。また、熱伝導部材1の金属箔1aの下面は、下金型12の表面(内部上面)と接して配置される。支持ピン13はモールド樹脂成型中に移動可能に設計されており、封止樹脂7の充填とともに支持ピン13が引き抜かれ、最終的には貫通孔8と加工穴11とには封止樹脂7が充填される。このため、金型内で支持ピン13を移動させるので、ボンディングワイヤ5等の部材は、支持ピン13と接触しない位置に配置されている。ここで、支持ピン13の直径は、円錐台状の形状の加工穴11の回路基板6の下面側の直径よりも小さく、回路基板6の上面側の直径よりも大きい。支持ピン13で回路基板6を支持することで、封止樹脂7の注入圧力による回路基板6のズレを抑制することができる。 Next, as shown in FIG. 7, after connecting the heat conductive member 1, the lead frame 2, and the circuit board 6, they are arranged in the lower mold 12 provided with the support pins 13 (base material in the lower mold). Placement process). At this time, a columnar support pin 13 protruding from the lower mold 12 into the mold is inserted from the lower mold 12 through the through hole 8 to the machined hole 11 of the circuit board 6, and the circuit board 6 is formed into the mold. It is hollow and supported inside. The machined hole 11 is machined so that the diameter decreases from the side facing the lead frame 2 toward the opposite surface, and the support pin 13 comes into contact with the side surface of the machined hole 11 in the middle of the machined hole 11 ( The circuit board 6 can be supported by being caught). Further, the lower surface of the metal foil 1a of the heat conductive member 1 is arranged in contact with the surface (inner upper surface) of the lower mold 12. The support pin 13 is designed to be movable during molding resin molding, and the support pin 13 is pulled out as the sealing resin 7 is filled, and finally the sealing resin 7 is formed in the through hole 8 and the machined hole 11. It is filled. Therefore, since the support pin 13 is moved in the mold, the members such as the bonding wire 5 are arranged at positions where they do not come into contact with the support pin 13. Here, the diameter of the support pin 13 is smaller than the diameter on the lower surface side of the circuit board 6 of the truncated cone-shaped machined hole 11, and is larger than the diameter on the upper surface side of the circuit board 6. By supporting the circuit board 6 with the support pins 13, the deviation of the circuit board 6 due to the injection pressure of the sealing resin 7 can be suppressed.

次に、図8,9に示すように、リードフレーム2のリード端子部を下金型12とで挟み込むように上金型14を配置する(上金型設置工程)。上金型14と下金型12とに設けられたリード端子固定位置でリードフレーム2のリード端子部分を挟み込むことで、モールド成形時のリードフレーム2の位置ズレを抑制し、金型内でリードフレーム2を固定することができる。 Next, as shown in FIGS. 8 and 9, the upper mold 14 is arranged so as to sandwich the lead terminal portion of the lead frame 2 with the lower mold 12 (upper mold installation step). By sandwiching the lead terminal portion of the lead frame 2 at the lead terminal fixing positions provided on the upper mold 14 and the lower mold 12, the misalignment of the lead frame 2 during molding is suppressed, and the lead is formed in the mold. The frame 2 can be fixed.

次に、図10,11に示すように、上金型14と下金型12とで囲まれ、熱伝導部材1とリードフレーム2と回路基板6とが配置された金型内部に、封止樹脂7を充填する(封止部材充填工程)。図10は、封止樹脂7の金型内部への充填途中段階の状況を模式的に表わしたものである。封止樹脂7は、例えば、金型の左側に設けた注入口より充填される。図11は、封止樹脂7で金型内を充填後、支持ピン13を金型内から引き抜いた後を模式的に表わしたものである。封止樹脂7を金型内へ充填後、封止樹脂7が硬化する前に、支持ピン13を下金型内部から引き抜く(支持ピン引き抜き工程)。この後、金型内を加圧することで、支持ピン13が引き抜かれた貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とに封止樹脂7が充填され、貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とは封止樹脂7で埋め込まれる(金型内再加圧(充填)工程)。このため、貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とが封止樹脂7で充填されていない場合と比べて絶縁性の向上が得られる。 Next, as shown in FIGS. 10 and 11, the upper mold 14 and the lower mold 12 are surrounded, and the heat conductive member 1, the lead frame 2, and the circuit board 6 are sealed inside the mold. The resin 7 is filled (sealing member filling step). FIG. 10 schematically shows a state in the middle stage of filling the inside of the mold of the sealing resin 7. The sealing resin 7 is filled, for example, from an injection port provided on the left side of the mold. FIG. 11 schematically shows the state after filling the inside of the mold with the sealing resin 7 and then pulling out the support pin 13 from the inside of the mold. After filling the sealing resin 7 into the mold, the support pin 13 is pulled out from the inside of the lower mold before the sealing resin 7 is cured (support pin pulling step). After that, by pressurizing the inside of the mold, the sealing resin 7 is filled in the through hole 8 and the through hole 81 and the machined hole 11 from which the support pin 13 is pulled out, and the through hole 8 and the through hole 81 and the machined hole are filled. No. 11 is embedded with the sealing resin 7 (repressurization (filling) step in the mold). Therefore, the insulating property can be improved as compared with the case where the through hole 8, the through hole 81, and the processed hole 11 are not filled with the sealing resin 7.

封止樹脂7の金型内への充填(注入)条件としては、例えば、注入速度は1mm/secで動作させることで注入することができる。このとき、金型内へ注入された封止樹脂7は、支持ピン13を下金型を通して引き抜くことができる程度の粘性である。支持ピン13を引き抜き後、例えば、注入後に10MPaで保圧を行うことで、貫通孔8、貫通孔81及び加工穴11へ封止樹脂7を再充填することができる。封止樹脂7を充填後、硬化処理を実施する。例えば、封止樹脂7の硬化処理条件としては、150℃、2時間の条件で行う(封止部材硬化工程)。このように、硬化処理を行うことで充填された封止樹脂7が硬化される。また、封止樹脂7の材料等に合わせて、封止樹脂7の硬化処理条件は適宜選択すればよい。 As a condition for filling (injecting) the sealing resin 7 into the mold, for example, injection can be performed by operating the injection speed at 1 mm / sec. At this time, the sealing resin 7 injected into the mold is so viscous that the support pin 13 can be pulled out through the lower mold. After pulling out the support pin 13, for example, by holding pressure at 10 MPa after injection, the sealing resin 7 can be refilled in the through hole 8, the through hole 81, and the machined hole 11. After filling the sealing resin 7, a curing treatment is performed. For example, the curing treatment condition of the sealing resin 7 is 150 ° C. for 2 hours (sealing member curing step). By performing the curing treatment in this way, the filled sealing resin 7 is cured. Further, the curing treatment conditions for the sealing resin 7 may be appropriately selected according to the material of the sealing resin 7 and the like.

以上の主要な製造工程を経ることで、図12に示す半導体装置100が製造できる。 By going through the above main manufacturing steps, the semiconductor device 100 shown in FIG. 12 can be manufactured.

図13は、この発明の実施の形態1における半導体装置の他の製造工程を示す断面構造模式図である。上述の半導体装置100の製造工程において、図9に示した上金型14を配置する場合、図13に示すように、上金型14からの押さえピン15で回路基板6を押さえることで、封止樹脂7の金型内への充填時における回路基板6の浮き上がりを抑制することができる。 FIG. 13 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. When the upper mold 14 shown in FIG. 9 is arranged in the manufacturing process of the semiconductor device 100 described above, the circuit board 6 is sealed by pressing the circuit board 6 with the holding pin 15 from the upper mold 14 as shown in FIG. It is possible to suppress the lifting of the circuit board 6 when the waterproof resin 7 is filled into the mold.

より具体的には、図13に示すように、押さえピン15が、回路基板6の加工穴11よりも、内側となる位置に回路基板6と接する位置で、上金型14から突出するように、押さえピン15を配置する。このように、押さえピン15を配置することで、モールド成型時に下金型12からの支持用ピン13だけでは封止樹脂7の流動によって回路基板6に浮きが発生する場合でも、回路基板6の浮き上がりを抑制できる。また、上金型14からの押さえピン15も下金型12の支持ピン13と同様に、封止樹脂7で金型内を充填後に、上金型14から引き抜かれる。引き抜かれた後は押さえピン15があった部分には、封止樹脂7が充填されるため、モールド成型後には押さえピン15があった部分の場所は残らない。 More specifically, as shown in FIG. 13, the holding pin 15 protrudes from the upper mold 14 at a position in contact with the circuit board 6 at a position inside the machined hole 11 of the circuit board 6. , The holding pin 15 is arranged. By arranging the holding pins 15 in this way, even if the circuit board 6 is floated due to the flow of the sealing resin 7 only with the support pins 13 from the lower mold 12 during molding, the circuit board 6 can be floated. Lifting can be suppressed. Further, the holding pin 15 from the upper mold 14 is also pulled out from the upper mold 14 after filling the inside of the mold with the sealing resin 7 in the same manner as the support pin 13 of the lower mold 12. Since the sealing resin 7 is filled in the portion where the pressing pin 15 was located after being pulled out, the portion where the pressing pin 15 was located does not remain after molding.

その後、図10から図12に示した工程を経ることで、半導体装置100を製造することができる。このような製造工程を経ることで、封止樹脂7の内部に回路基板6が内包(包埋)されるため、封止樹脂7の外周部に回路基板6が露出することなくモールド樹脂成型される。このため、回路基板6を支持するための支持部をなくしたので、従来リードフレーム2の端子を配置できなかった領域も使用することができるので、リードフレーム2の外部に露出する端子の配置の制限が少なく、小型化が可能な半導体装置100が得られる。なお、意図的に上金型14からの押さえピン15を回路基板6に押しつけたままにするなどして、押さえピン15の跡が封止樹脂7の上面側に残しても良い。 After that, the semiconductor device 100 can be manufactured by going through the steps shown in FIGS. 10 to 12. By going through such a manufacturing process, the circuit board 6 is included (embedded) inside the sealing resin 7, so that the circuit board 6 is molded with the molding resin without being exposed on the outer peripheral portion of the sealing resin 7. To. For this reason, since the support portion for supporting the circuit board 6 is eliminated, it is possible to use a region where the terminals of the lead frame 2 could not be arranged in the past. Therefore, the terminals exposed to the outside of the lead frame 2 can be arranged. A semiconductor device 100 that has few restrictions and can be miniaturized can be obtained. The presser pin 15 from the upper mold 14 may be intentionally left pressed against the circuit board 6 to leave a mark of the presser pin 15 on the upper surface side of the sealing resin 7.

図14は、この発明の実施の形態1における他の半導体装置を示す断面構造模式図である。図15は、この発明の実施の形態1における半導体装置の回路基板の他の加工穴形状を示す断面構造模式図である。図16は、この発明の実施の形態1における他の半導体装置の製造方法を示す断面構造模式図である。図17は、この発明の実施の形態1における半導体装置の回路基板の他の加工穴形状を示す断面構造模式図である。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional structure diagram showing another semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 15 is a schematic cross-sectional structure showing the shape of another machined hole in the circuit board of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 16 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a method of manufacturing another semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 17 is a schematic cross-sectional structure showing the shape of another machined hole in the circuit board of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

回路基板6に形成した加工穴11の形状としては、図14,15に示すような2段形状でもよい。このように加工穴11が2段形状の場合、回路基板6の上面側の穴の径が小さく、この部分で支持ピン13の上部と接することで、回路基板6を支持する。また、図16,17に示すような円形の非貫通の穴でもよい。回路基板6の厚みよりも加工穴11の深さを浅くすることで、非貫通の形状となる。このように加工穴11の形状が非貫通形状の場合、加工穴11が非貫通となった部分で支持ピン13の上部と接触することで、回路基板6を支持する。このように、加工穴11の形状は、支持ピン13を加工穴11に通し、加工穴11の途中で支持ピン13が加工穴11と接して回路基板6を支持できる形状であれば、どのような形状の加工穴11でも適用することができる。 The shape of the machined hole 11 formed in the circuit board 6 may be a two-stage shape as shown in FIGS. 14 and 15. When the machined hole 11 has a two-stage shape as described above, the diameter of the hole on the upper surface side of the circuit board 6 is small, and the circuit board 6 is supported by contacting the upper part of the support pin 13 at this portion. Further, it may be a circular non-penetrating hole as shown in FIGS. 16 and 17. By making the depth of the machined hole 11 shallower than the thickness of the circuit board 6, the shape becomes non-penetrating. When the shape of the machined hole 11 is a non-penetrating shape in this way, the circuit board 6 is supported by contacting the upper part of the support pin 13 at the portion where the machined hole 11 is non-penetrating. As described above, the shape of the machined hole 11 is any shape as long as the support pin 13 is passed through the machined hole 11 and the support pin 13 is in contact with the machined hole 11 in the middle of the machined hole 11 to support the circuit board 6. It can also be applied to a machined hole 11 having a different shape.

以上のように構成された半導体装置100においては、熱伝導部材1に貫通孔8を設け、リードフレーム2に貫通孔81を設け、回路基板6に加工穴11を設けて、貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とを熱伝導部材1の表面に対して垂直方向の同一直線上に配置し、支持ピン13で回路基板6を支持し回路基板6の外周部に設けた支持部を無くしたので、半導体装置の小型化ができる。 In the semiconductor device 100 configured as described above, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8, the lead frame 2 is provided with a through hole 81, and the circuit board 6 is provided with a machined hole 11 to penetrate through the through hole 8. The holes 81 and the machined holes 11 are arranged on the same straight line in the direction perpendicular to the surface of the heat conductive member 1, and the circuit board 6 is supported by the support pins 13 to eliminate the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6. Therefore, the semiconductor device can be miniaturized.

また、回路基板6の外周部に設けた支持部をなくしたので、リードフレーム2のリード部の配置の自由度が広がり、封止樹脂7から外部へ突出する端子の配置の制限をなくすことができる。 Further, since the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6 is eliminated, the degree of freedom in arranging the lead portion of the lead frame 2 is widened, and the restriction on the arrangement of the terminals protruding from the sealing resin 7 to the outside can be eliminated. it can.

実施の形態2.
本実施の形態2においては、実施の形態1で用いた回路基板6との接続をボンディングワイヤ5から接続部材19とした点が異なる。実施の形態1では、リードフレーム2と回路基板6とを接続するボンディングワイヤ5に回路基板6を支持するための剛性を持たせていたが、本実施の形態では、特に支持する必要はなく、リードフレーム2と回路基板6とを電気的に接続することができれば良い。このように、回路基板6との接続を接続部材としたので、回路基板6の外周部に設けた支持部をなくし、半導体装置を小型化することができる。なお、その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。
Embodiment 2.
The second embodiment is different in that the connection with the circuit board 6 used in the first embodiment is changed from the bonding wire 5 to the connecting member 19. In the first embodiment, the bonding wire 5 connecting the lead frame 2 and the circuit board 6 is provided with rigidity for supporting the circuit board 6, but in the present embodiment, it is not necessary to particularly support the bonding wire 5. It suffices if the lead frame 2 and the circuit board 6 can be electrically connected. Since the connection with the circuit board 6 is used as the connecting member in this way, the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6 can be eliminated, and the semiconductor device can be miniaturized. Since the other points are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

このような場合においても、熱伝導部材1に貫通孔8を設け、リードフレーム2に貫通孔81を設け、回路基板6に加工穴11を設けて、貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とを熱伝導部材1の表面に対して垂直方向の同一直線上に配置し、支持ピン13で回路基板6を支持し回路基板6の外周部に設けた支持部を無くしたので、半導体装置を小型化することができる。 Even in such a case, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8, the lead frame 2 is provided with a through hole 81, the circuit board 6 is provided with a machined hole 11, and the through hole 8, the through hole 81, and the machined hole 11 are provided. And are arranged on the same straight line in the direction perpendicular to the surface of the heat conductive member 1, and the circuit board 6 is supported by the support pins 13 and the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6 is eliminated. It can be miniaturized.

図18は、この発明の実施の形態2における半導体装置を示す断面構造模式図である。図18において、半導体装置200は、熱伝導部材1、リードフレーム2、接合材であるはんだ3、半導体素子4、ボンディングワイヤ5、回路基板6、封止部材である封止樹脂7、接続部材19を備えている。また、熱伝導部材1は、第一穴である貫通孔8を備え、リードフレーム2は、第二穴である貫通孔81を備えている。さらに、回路基板6は、第三穴である加工穴11、第四穴であるリードフレーム押さえピン用穴17を備えている。 FIG. 18 is a schematic cross-sectional structure diagram showing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 18, the semiconductor device 200 includes a heat conductive member 1, a lead frame 2, a solder 3 as a bonding material, a semiconductor element 4, a bonding wire 5, a circuit board 6, a sealing resin 7 as a sealing member, and a connecting member 19. Is equipped with. Further, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8 which is a first hole, and the lead frame 2 is provided with a through hole 81 which is a second hole. Further, the circuit board 6 includes a machined hole 11 which is a third hole and a lead frame holding pin hole 17 which is a fourth hole.

封止樹脂7は、上面にピン跡18を備えている。リードフレーム2と回路基板6との接続は、実施の形態1とは異なり、リードフレーム2と回路基板6とを電気的に接続可能な方法であれば良く、ボンディングワイヤ、リード端子等でも良い。実施の形態2では、回路基板6を中空で保持(支持)する必要はないため、接続部材19に剛性は必要ではなく、リードフレーム2と回路基板6とが電気的に接続可能な方法を用いれば良く、ボンディングワイヤを用いた場合でも、電気的に許容可能であれば、接続する本数を減らして形成することができる。 The sealing resin 7 has a pin mark 18 on the upper surface thereof. The connection between the lead frame 2 and the circuit board 6 is different from that of the first embodiment as long as it can electrically connect the lead frame 2 and the circuit board 6, and may be a bonding wire, a lead terminal, or the like. In the second embodiment, since it is not necessary to hold (support) the circuit board 6 in a hollow state, the connecting member 19 does not need to have rigidity, and a method in which the lead frame 2 and the circuit board 6 can be electrically connected is used. Even if a bonding wire is used, the number of connected wires can be reduced if it is electrically acceptable.

回路基板6は、半導体装置200内のリードフレーム2の上方に配置されており、リードフレーム2と接続部材19で電気的に接続されている。回路基板6は、回路基板6を上下に貫通する加工穴11を有しており、加工穴11は、半導体装置200の上面側である回路基板6の上面とリードフレーム2側である回路基板6の下面とで加工穴11の直径が異なり、回路基板6の下面側の加工穴11の直径は、回路基板6の上面側の加工穴11の直径よりも大きくなっている。すなわち、断面図を見ると加工穴11の形状は、台形の形状になっている。実際には、加工穴11の形状は、回路基板6の上下面を貫通した円錐台状の形状である。また、回路基板6の上面側の加工穴11の直径は支持ピン13の直径よりも小さい。さらに、接続部材19は、リードフレーム2と回路基板6との電気的接続のために用いられる。このため、接続部材19としては、リードフレーム2の一部を用いても良く、本数を減らした(剛性をなくした)ボンディングワイヤ5を用いても良い。例えば、ボンディングワイヤ5を用いる場合、実施の形態1では、ボンディングワイヤ5の直径400μm程度が必要となるが、本実施の形態2では100μm程度となる。また、同じ直径のボンディングワイヤ5を用いた場合、本実施の形態2は実施の形態1よりもボンディングワイヤ5の本数が少なくて良い。 The circuit board 6 is arranged above the lead frame 2 in the semiconductor device 200, and is electrically connected to the lead frame 2 by a connecting member 19. The circuit board 6 has a machined hole 11 that penetrates the circuit board 6 vertically, and the machined hole 11 is the upper surface of the circuit board 6 that is the upper surface side of the semiconductor device 200 and the circuit board 6 that is the lead frame 2 side. The diameter of the machined hole 11 is different from that of the lower surface of the circuit board 6, and the diameter of the machined hole 11 on the lower surface side of the circuit board 6 is larger than the diameter of the machined hole 11 on the upper surface side of the circuit board 6. That is, when looking at the cross-sectional view, the shape of the machined hole 11 is a trapezoidal shape. Actually, the shape of the machined hole 11 is a truncated cone shape penetrating the upper and lower surfaces of the circuit board 6. Further, the diameter of the machined hole 11 on the upper surface side of the circuit board 6 is smaller than the diameter of the support pin 13. Further, the connecting member 19 is used for electrical connection between the lead frame 2 and the circuit board 6. Therefore, as the connecting member 19, a part of the lead frame 2 may be used, or a bonding wire 5 having a reduced number (loss of rigidity) may be used. For example, when the bonding wire 5 is used, the diameter of the bonding wire 5 is required to be about 400 μm in the first embodiment, but it is about 100 μm in the second embodiment. Further, when the bonding wires 5 having the same diameter are used, the number of bonding wires 5 in the second embodiment may be smaller than that in the first embodiment.

次に、上述のように構成された本実施の形態2の半導体装置200の製造方法について説明する。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device 200 of the second embodiment configured as described above will be described.

基本的には、実施の形態1で示した図6から図12の工程を経ることで、半導体装置200を製造することができる。実施の形態2では、図13で示した上金型14に配置した押さえピン15を、押さえピン15とリードフレーム押さえピン16とし、回路基板6にリードフレーム押さえピン用穴17を設けた点が異なっている。 Basically, the semiconductor device 200 can be manufactured by going through the steps of FIGS. 6 to 12 shown in the first embodiment. In the second embodiment, the holding pin 15 arranged on the upper mold 14 shown in FIG. 13 is used as the holding pin 15 and the lead frame holding pin 16, and the circuit board 6 is provided with the lead frame holding pin hole 17. It's different.

金型内部への封止樹脂7の充填時に、リードフレーム2と絶縁シート1bとの間に封止樹脂7が潜り込みリードフレーム2が浮いてしまう場合がある。このようなリードフレーム2の浮きを抑制するために、回路基板6の押さえピン15の先端部分(下部)に、押さえピン15より細い径のリードフレーム押さえピン16を設け、細い径のリードフレーム押さえピン16のみを回路基板6に設けたリードフレーム押さえピン用穴17の中を通してリードフレーム2の押さえを行っても良い。押さえピン15及びリードフレーム押さえピン16は、リードフレーム2あるいは回路基板6と完全に接触しなくても浮き防止の効果があるため、回路基板6とリードフレーム2には、それぞれ成型時に接触していなくてもよい。 When the sealing resin 7 is filled inside the mold, the sealing resin 7 may slip between the lead frame 2 and the insulating sheet 1b and the lead frame 2 may float. In order to suppress such floating of the lead frame 2, a lead frame holding pin 16 having a diameter smaller than that of the holding pin 15 is provided at the tip (lower portion) of the holding pin 15 of the circuit board 6, and a lead frame holding pin 16 having a smaller diameter is provided. The lead frame 2 may be pressed by passing only the pin 16 through the lead frame holding pin hole 17 provided in the circuit board 6. Since the holding pin 15 and the lead frame holding pin 16 have an effect of preventing floating even if they do not completely contact the lead frame 2 or the circuit board 6, the circuit board 6 and the lead frame 2 are in contact with each other at the time of molding. It does not have to be.

モールド成型後の半導体装置200の形状として、封止樹脂7の上面にピン跡18が形成される。これは、後述する製造工程において、回路基板6の押さえピン15、またはリードフレーム2押さえピン16の跡である。 As the shape of the semiconductor device 200 after molding, pin marks 18 are formed on the upper surface of the sealing resin 7. This is a trace of the holding pin 15 of the circuit board 6 or the holding pin 16 of the lead frame 2 in the manufacturing process described later.

図19は、この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図20は、この発明の実施の形態2における半導体装置半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図21は、この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。図22は、この発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面構造模式図である。上述の半導体装置100の製造工程において、図13に示した上金型14を配置し、回路基板6を押さえピン15で押さえる場合に換えて、図19,20に示すように、押さえピン15の下部(リードフレーム2側)にリードフレーム押さえピン16を配置し、回路基板6に設けたリードフレーム押さえピン用穴17を通して、リードフレーム2をリードフレーム押さえピン16で押さえることができる。同時に押さえピン15により回路基板6を押さえることができる。 FIG. 19 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 20 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 21 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 22 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the manufacturing process of the semiconductor device 100 described above, instead of the case where the upper mold 14 shown in FIG. 13 is arranged and the circuit board 6 is pressed by the pressing pin 15, the pressing pin 15 is used as shown in FIGS. The lead frame holding pin 16 is arranged at the lower portion (lead frame 2 side), and the lead frame 2 can be held by the lead frame holding pin 16 through the lead frame holding pin hole 17 provided in the circuit board 6. At the same time, the circuit board 6 can be pressed by the pressing pin 15.

その後、図11に示したように、金型内に封止樹脂7を充填する。金型内に封止樹脂7を充填後、図21に示したように、支持ピン13を下金型12から、リードフレーム押さえピン16を上金型14から引き抜く(支持ピン引き抜き工程)。このとき、回路基板6の押さえピン15は金型内に残しておく。この後、金型内を加圧することで、支持ピン13が引き抜かれた貫通孔8と加工穴11とリードフレーム2押さえピン用穴17とに封止樹脂7が充填され、貫通孔8と加工穴11とは封止樹脂7で埋め込まれる(金型内再加圧(充填)工程)。このように、引き抜かれた後は支持ピン13とリードフレーム2の押さえピン16があった部分には、封止樹脂7が充填されるため、モールド成型後には支持ピン13とリードフレーム2の押さえピン16があった部分の場所は残らない。回路基板6の押さえピン15があった部分が、封止樹脂7が充填されないため、ピン跡18として封止樹脂7の上面側に凹部が形成される。 Then, as shown in FIG. 11, the mold is filled with the sealing resin 7. After filling the mold with the sealing resin 7, as shown in FIG. 21, the support pin 13 is pulled out from the lower mold 12 and the lead frame holding pin 16 is pulled out from the upper mold 14 (support pin pulling step). At this time, the holding pin 15 of the circuit board 6 is left in the mold. After that, by pressurizing the inside of the mold, the sealing resin 7 is filled in the through hole 8 from which the support pin 13 is pulled out, the machined hole 11, and the hole 17 for the lead frame 2 holding pin, and the through hole 8 is processed. The hole 11 is embedded with the sealing resin 7 (repressurization (filling) step in the mold). In this way, the portion where the support pin 13 and the holding pin 16 of the lead frame 2 were located after being pulled out is filled with the sealing resin 7, so that the support pin 13 and the lead frame 2 are held down after molding. The place where the pin 16 was located does not remain. Since the sealing resin 7 is not filled in the portion of the circuit board 6 where the holding pin 15 is located, a recess is formed on the upper surface side of the sealing resin 7 as a pin mark 18.

封止樹脂7を充填後、硬化処理を実施する。例えば、封止樹脂7の硬化処理条件としては、150℃、2時間の条件で行う(充填部材硬化工程)。このように、硬化処理を行うことで充填された封止樹脂7が硬化される。また、封止樹脂7の材料等に合わせて、封止樹脂7の硬化処理条件は適宜選択すればよい。封止樹脂7を硬化後、金型から取り出す。 After filling the sealing resin 7, a curing treatment is performed. For example, the curing treatment condition of the sealing resin 7 is 150 ° C. for 2 hours (filling member curing step). By performing the curing treatment in this way, the filled sealing resin 7 is cured. Further, the curing treatment conditions for the sealing resin 7 may be appropriately selected according to the material of the sealing resin 7 and the like. After the sealing resin 7 is cured, it is taken out from the mold.

以上の主要な製造工程を経ることで、図22に示す半導体装置200を製造することができる。 By going through the above main manufacturing steps, the semiconductor device 200 shown in FIG. 22 can be manufactured.

図23は、この発明の実施の形態2における半導体装置の他の製造工程を示す断面構造模式図である。上述の半導体装置200の製造方法において、図21を図23に置き換えても同様に半導体装置200を製造することができる。図23では、図21において、リードフレーム2の押さえピン16のみを上金型14から引き抜く代わりに、押さえピン15とリードフレーム押さえピン16とを一体として押さえピン15のみを上金型14から引き抜くことで対応できる。 FIG. 23 is a schematic cross-sectional structure showing another manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the method for manufacturing the semiconductor device 200 described above, the semiconductor device 200 can be manufactured in the same manner even if FIG. 21 is replaced with FIG. 23. In FIG. 23, in FIG. 21, instead of pulling out only the holding pin 16 of the lead frame 2 from the upper mold 14, the holding pin 15 and the lead frame holding pin 16 are integrated and only the holding pin 15 is pulled out from the upper mold 14. It can be dealt with.

以上のように構成された半導体装置200においては、熱伝導部材1に貫通孔8を設け、回路基板6に加工穴11を設けて、貫通孔8と加工穴11とを熱伝導部材1の表面に対して垂直方向の同一直線上に配置し、支持ピン13で回路基板6を支持し回路基板6の外周部に設けた支持部を無くしたので、半導体装置の小型化ができる。 In the semiconductor device 200 configured as described above, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8, the circuit board 6 is provided with a machined hole 11, and the through hole 8 and the machined hole 11 are formed on the surface of the heat conductive member 1. Since the semiconductor device is arranged on the same straight line in the vertical direction, the circuit board 6 is supported by the support pins 13, and the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6 is eliminated, the semiconductor device can be miniaturized.

また、回路基板6の外周部に設けた支持部をなくしたので、リードフレーム2のリード部の配置の自由度が広がり、封止樹脂7から外部へ突出する端子の配置の制限をなくすことができる。 Further, since the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6 is eliminated, the degree of freedom in arranging the lead portion of the lead frame 2 is widened, and the restriction on the arrangement of the terminals protruding from the sealing resin 7 to the outside can be eliminated. it can.

さらに、リードフレーム押さえピン16を設け、リードフレーム2を押さえたので、リードフレーム2の下面へ封止樹脂7の回り込みが低減でき、リードフレーム2の浮きを抑制することができる。 Further, since the lead frame holding pin 16 is provided to hold the lead frame 2, the wraparound of the sealing resin 7 to the lower surface of the lead frame 2 can be reduced, and the floating of the lead frame 2 can be suppressed.

なお、本実施の形態2では、リードフレーム押さえピン16を設けたが、リードフレーム2の浮き上がりを考慮した封止樹脂7の注入条件を用いる場合は、リードフレーム押さえピン16を用いなくてもよい。その場合は、リードフレーム押さえピン用穴17も形成する必要がない。 Although the lead frame holding pin 16 is provided in the second embodiment, the lead frame holding pin 16 may not be used when the injection condition of the sealing resin 7 in consideration of the floating of the lead frame 2 is used. .. In that case, it is not necessary to form the lead frame holding pin hole 17.

実施の形態3.
本実施の形態3においては、実施の形態1で用いたリードフレーム2との禁止領域である隙間10を、リードフレーム2の外周部に設けた段差部9と同様の段差部91とした点が異なる。このように、リードフレーム2の貫通孔81の上方の対応する位置に段差部91を設け、リードフレーム2と金属箔1bとの距離を確保したので、リードフレーム2の端部の禁止領域の隙間10と熱伝導部材1の貫通孔8との距離が近くなった場合でも、リードフレーム2の端部と熱伝導部材1との距離が確保できるので、半導体装置300の絶縁性を確保することができる。なお、その他の点については、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。
Embodiment 3.
In the third embodiment, the gap 10 which is a prohibited area with the lead frame 2 used in the first embodiment is a step portion 91 similar to the step portion 9 provided on the outer peripheral portion of the lead frame 2. different. In this way, the step portion 91 is provided at the corresponding position above the through hole 81 of the lead frame 2 to secure the distance between the lead frame 2 and the metal foil 1b, so that the gap in the prohibited region at the end of the lead frame 2 Even when the distance between 10 and the through hole 8 of the heat conductive member 1 becomes short, the distance between the end of the lead frame 2 and the heat conductive member 1 can be secured, so that the insulating property of the semiconductor device 300 can be ensured. it can. Since the other points are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

図24は、この発明の実施の形態3における半導体装置を示す断面構造模式図である。図24において、半導体装置300は、熱伝導部材1、リードフレーム2、接合材であるはんだ3、半導体素子4、ボンディングワイヤ5、回路基板6、封止部材である封止樹脂7を備えている。また、また、熱伝導部材1は、第一穴である貫通孔8を、リードフレーム2は、第二穴である貫通孔81を備えている。さらに、回路基板6は、第三穴である加工穴11を備えている。 FIG. 24 is a schematic cross-sectional structure diagram showing the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 24, the semiconductor device 300 includes a heat conductive member 1, a lead frame 2, a solder 3 as a bonding material, a semiconductor element 4, a bonding wire 5, a circuit board 6, and a sealing resin 7 as a sealing member. .. Further, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8 which is a first hole, and the lead frame 2 is provided with a through hole 81 which is a second hole. Further, the circuit board 6 is provided with a machined hole 11 which is a third hole.

図25は、この発明の実施の形態3における半導体装置の端部近傍における断面構造模式図である。図において、リードフレーム2は、貫通孔81の隙間10に対応する位置のリードフレーム2に段差部91を備えている。段差部91は、封止樹脂7の入り込んだ部位となる。リードフレーム2の段差部91は、熱伝導部材1の金属箔1aと封止樹脂7の界面に沿った絶縁破壊を抑制するための構造である。段差部91は、熱伝導部材1とリードフレーム2との絶縁性を確保するために必要な段差距離を備えている。このため、リードフレーム2の禁止領域の隙間10が絶縁性の確保のために十分な距離が得られない場合でも、絶縁性を確保するために十分な距離となるように段差部91の隙間を設定することで、半導体装置300の絶縁性が確保できる。熱伝導部材1の上面である絶縁シート1bの上面から段差部91の下面までの距離が隙間10に相当する。また、絶縁耐圧を確保する観点から、隙間10は、段差部91を設けた場合においても、貫通孔8の外周部に確保されている。 FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure near the end of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the lead frame 2 includes a step portion 91 in the lead frame 2 at a position corresponding to the gap 10 of the through hole 81. The step portion 91 is a portion where the sealing resin 7 has entered. The stepped portion 91 of the lead frame 2 has a structure for suppressing dielectric breakdown along the interface between the metal foil 1a of the heat conductive member 1 and the sealing resin 7. The step portion 91 has a step distance required for ensuring the insulating property between the heat conductive member 1 and the lead frame 2. Therefore, even if the gap 10 in the prohibited region of the lead frame 2 is not sufficient for ensuring the insulating property, the gap of the step portion 91 is provided so as to be a sufficient distance for ensuring the insulating property. By setting, the insulation property of the semiconductor device 300 can be ensured. The distance from the upper surface of the insulating sheet 1b, which is the upper surface of the heat conductive member 1, to the lower surface of the step portion 91 corresponds to the gap 10. Further, from the viewpoint of ensuring the dielectric strength, the gap 10 is secured on the outer peripheral portion of the through hole 8 even when the step portion 91 is provided.

リードフレーム2の段差部91は、リードフレーム2と熱伝導部材2との段差である。リードフレーム2の段差部91は、例えば、半抜き加工を行うことによって形成される。リードフレーム2の段差部91の高さ(熱伝導部材1の絶縁シート1bの上面から段差部91の下面までの距離)は、例えば、0.1mm以上かつ、リードフレーム2の厚みの半分の0.3mm以下とする。0.1mm以上とすることで、熱伝導部材1とリードフレーム2との間に充填される封止樹脂7内にボイドが発生するのを抑制できる。 The step portion 91 of the lead frame 2 is a step between the lead frame 2 and the heat conductive member 2. The stepped portion 91 of the lead frame 2 is formed, for example, by performing a half punching process. The height of the stepped portion 91 of the lead frame 2 (distance from the upper surface of the insulating sheet 1b of the heat conductive member 1 to the lower surface of the stepped portion 91) is, for example, 0.1 mm or more and 0, which is half the thickness of the lead frame 2. .3 mm or less. By setting the thickness to 0.1 mm or more, it is possible to suppress the generation of voids in the sealing resin 7 filled between the heat conductive member 1 and the lead frame 2.

また、リードフレーム2の厚みの半分の0.3mm以下とすることで強度を確保することができる。さらに、段差部91を設け、封止樹脂7で段差部91を充填することで熱伝導部材1の金属箔1aとリードフレーム2との間の絶縁耐圧も向上することができる。 Further, the strength can be ensured by setting the thickness to 0.3 mm or less, which is half the thickness of the lead frame 2. Further, by providing the step portion 91 and filling the step portion 91 with the sealing resin 7, the withstand voltage between the metal foil 1a of the heat conductive member 1 and the lead frame 2 can be improved.

以上のように構成された半導体装置300においては、熱伝導部材1に貫通孔8を設け、リードフレーム2に貫通孔81を設け、回路基板6に加工穴11を設けて、貫通孔8と貫通孔81と加工穴11とを熱伝導部材1の表面に対して垂直方向の同一直線上に配置し、支持ピン13で回路基板6を支持し回路基板6の外周部に設けた支持部を無くしたので、半導体装置の小型化ができる。 In the semiconductor device 300 configured as described above, the heat conductive member 1 is provided with a through hole 8, the lead frame 2 is provided with a through hole 81, and the circuit board 6 is provided with a machined hole 11 to penetrate through the through hole 8. The holes 81 and the machined holes 11 are arranged on the same straight line in the direction perpendicular to the surface of the heat conductive member 1, and the circuit board 6 is supported by the support pins 13 to eliminate the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6. Therefore, the semiconductor device can be miniaturized.

また、回路基板6の外周部に設けた支持部をなくしたので、リードフレーム2のリード部の配置の自由度が広がり、封止樹脂7から外部へ突出する端子の配置の制限をなくすことができる。 Further, since the support portion provided on the outer peripheral portion of the circuit board 6 is eliminated, the degree of freedom in arranging the lead portion of the lead frame 2 is widened, and the restriction on the arrangement of the terminals protruding from the sealing resin 7 to the outside can be eliminated. it can.

さらに、リードフレーム2の貫通孔81の上方の対応する位置に、段差部91を設けたので、リードフレーム2の貫通孔81の端部の禁止領域の隙間10での絶縁性を確保したまま半導体装置の小型化をすることができる。 Further, since the step portion 91 is provided at the corresponding position above the through hole 81 of the lead frame 2, the semiconductor while ensuring the insulation in the gap 10 of the prohibited region at the end of the through hole 81 of the lead frame 2. The device can be miniaturized.

実施の形態4.
本実施の形態4は、上述した実施の形態1から3にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態4として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
Embodiment 4.
In the fourth embodiment, the semiconductor device according to the first to third embodiments described above is applied to the power conversion device. Although the present invention is not limited to a specific power conversion device, the case where the present invention is applied to a three-phase inverter will be described below as a fourth embodiment.

図26は、この発明の実施の形態6における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 26 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the sixth embodiment of the present invention is applied.

図26に示す電力変換システムは、電源1000、電力変換装置2000、負荷3000を備えている。電源1000は、直流電源であり、電力変換装置2000に直流電力を供給する。電源1000は種々のもので構成することができ、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路、AC/DCコンバータなどで構成することとしてもよい。また、電源1000を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。 The power conversion system shown in FIG. 26 includes a power supply 1000, a power conversion device 2000, and a load 3000. The power supply 1000 is a DC power supply and supplies DC power to the power converter 2000. The power supply 1000 can be composed of various things, for example, a DC system, a solar cell, a storage battery, a rectifier circuit connected to an AC system, an AC / DC converter, or the like. Good. Further, the power supply 1000 may be configured by a DC / DC converter that converts the DC power output from the DC system into a predetermined power.

電力変換装置2000は、電源1000と負荷3000との間に接続された三相のインバータであり、電源1000から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷3000に交流電力を供給する。電力変換装置2000は、図26に示すように、電源1000から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路2001と、主変換回路2001を制御する制御信号を主変換回路2001に出力する制御回路2003とを備えている。 The power conversion device 2000 is a three-phase inverter connected between the power supply 1000 and the load 3000, converts the DC power supplied from the power supply 1000 into AC power, and supplies AC power to the load 3000. As shown in FIG. 26, the power conversion device 2000 converts the DC power input from the power supply 1000 into AC power and outputs the main conversion circuit 2001, and the main conversion circuit 2001 controls the control signal for controlling the main conversion circuit 2001. It is provided with a control circuit 2003 that outputs to.

負荷3000は、電力変換装置2000から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷3000は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、空調機器向けの電動機等として用いられる。 The load 3000 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power converter 2000. The load 3000 is not limited to a specific application, and is an electric motor mounted on various electric devices. For example, the load 3000 is used as an electric motor for a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railroad vehicle, an elevator, an air conditioner, or the like.

以下、電力変換装置2000の詳細を説明する。主変換回路2001は、半導体装置2002に内蔵されたスイッチング素子と還流ダイオードとを備えており(図示せず)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源1000から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷3000に供給する。主変換回路2001の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路2001は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続された6つの還流ダイオードとから構成することができる。主変換回路2001は、各スイッチング素子、各還流ダイオードなどを内蔵する上述した実施の形態1から5のいずれかに相当する半導体装置2002によって構成される。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路2001の3つの出力端子は、負荷3000に接続される。 The details of the power converter 2000 will be described below. The main conversion circuit 2001 includes a switching element built in the semiconductor device 2002 and a freewheeling diode (not shown), and the DC power supplied from the power supply 1000 is converted into AC power by switching the switching element. And supply to the load 3000. There are various specific circuit configurations of the main conversion circuit 2001, but the main conversion circuit 2001 according to the present embodiment is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and each switching element. It can be composed of six freewheeling diodes connected in antiparallel. The main conversion circuit 2001 is composed of a semiconductor device 2002 corresponding to any one of the above-described first to fifth embodiments incorporating each switching element, each freewheeling diode, and the like. The six switching elements are connected in series for each of the two switching elements to form an upper and lower arm, and each upper and lower arm constitutes each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit. The output terminals of each upper and lower arm, that is, the three output terminals of the main conversion circuit 2001 are connected to the load 3000.

また、主変換回路2001は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示なし)を備えている。駆動回路は半導体装置2002に内蔵されていてもよいし、半導体装置2002とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路2001のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路2001のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路2003からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。 Further, the main conversion circuit 2001 includes a drive circuit (not shown) for driving each switching element. The drive circuit may be built in the semiconductor device 2002, or may be configured to include a drive circuit separately from the semiconductor device 2002. The drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 2001 and supplies the drive signal to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 2001. Specifically, according to the control signal from the control circuit 2003 described later, a drive signal for turning on the switching element and a drive signal for turning off the switching element are output to the control electrodes of each switching element. When the switching element is kept in the on state, the drive signal is a voltage signal (on signal) equal to or higher than the threshold voltage of the switching element, and when the switching element is kept in the off state, the drive signal is a voltage equal to or lower than the threshold voltage of the switching element. It becomes a signal (off signal).

制御回路2003は、負荷3000に所望の電力が供給されるよう主変換回路2001のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷3000に供給すべき電力に基づいて主変換回路2001の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路2001を制御することができる。また、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を出力し、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号を出力されるように、主変換回路2001が備える駆動回路に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。 The control circuit 2003 controls the switching element of the main conversion circuit 2001 so that the desired power is supplied to the load 3000. Specifically, the time (on time) at which each switching element of the main conversion circuit 2001 should be in the on state is calculated based on the power to be supplied to the load 3000. For example, the main conversion circuit 2001 can be controlled by PWM control that modulates the on-time of the switching element according to the voltage to be output. Further, a control command is given to the drive circuit provided in the main conversion circuit 2001 so that an on signal is output to the switching element that should be turned on at each time point and an off signal is output to the switching element that should be turned off. Control signal) is output. The drive circuit outputs an on signal or an off signal as a drive signal to the control electrode of each switching element according to this control signal.

以上のように構成された本実施の形態4に係る電力変換装置においては、主変換回路2001の半導体装置2002として実施の形態1から3にかかる半導体装置を適用するため、信頼性向上を実現することができる。 In the power conversion device according to the fourth embodiment configured as described above, since the semiconductor devices according to the first to third embodiments are applied as the semiconductor device 2002 of the main conversion circuit 2001, the reliability is improved. be able to.

本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベル、マルチレベルの電力変換装置であってもよいし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用してもよい。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータ、AC/DCコンバータなどに本発明を適用することもできる。 In the present embodiment, an example of applying the present invention to a two-level three-phase inverter has been described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices. In the present embodiment, the two-level power conversion device is used, but a three-level, multi-level power conversion device may be used. It may be applied. Further, when supplying electric power to a DC load or the like, the present invention can be applied to a DC / DC converter, an AC / DC converter, or the like.

また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器、非接触器給電システムの電源装置等として用いることもでき、さらには、太陽光発電システム、蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることもできる。 Further, the power conversion device to which the present invention is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor. For example, a power supply device for a discharge machine, a laser machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system. It can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, a power storage system, or the like.

上述した実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、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及び範囲内でのすべての変更を含むものである。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより発明を形成してもよい。 It should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, not the scope of the above-described embodiments, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. In addition, the invention may be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the above-described embodiment.

1 熱伝導部材、1a 金属箔、1b 絶縁シート、2 リードフレーム、3 はんだ、4 半導体素子、5 ボンディングワイヤ、6 回路基板、7 封止樹脂、8,81 貫通孔、9,91 段差部、10 隙間、11 加工穴、12 下金型、13 支持用ピン、14 上金型、15 押さえピン、16 リードフレーム押さえピン、17 リードフレーム押さえピン用穴、18 ピン跡、19 接続部材、100,101,102,200,300,2002 半導体装置、1000 電源、2000 電力変換装置、2001 主変換回路、2003 制御回路、3000 負荷。 1 Heat conductive member, 1a metal foil, 1b insulating sheet, 2 lead frame, 3 solder, 4 semiconductor element, 5 bonding wire, 6 circuit board, 7 sealing resin, 8,81 through hole, 9,91 stepped portion, 10 Gap, 11 machined holes, 12 lower molds, 13 support pins, 14 upper molds, 15 holding pins, 16 lead frame holding pins, 17 lead frame holding pin holes, 18 pin marks, 19 connecting members, 100, 101 , 102, 200, 300, 2002 Semiconductor device, 1000 power supply, 2000 power conversion device, 2001 main conversion circuit, 2003 control circuit, 3000 load.

Claims (15)

第一穴を有する熱伝導部材と、
前記熱伝導部材上に設けられ、半導体素子が搭載され、前記第一穴の上方の対応する位置に第二穴を有する金属部材と、
前記金属部材の上方に配置され、前記第二穴の上方の対応する位置に第三穴を有する回路基板と、
前記回路基板を内包し、前記第一穴と前記第二穴と前記第三穴とを充填し、前記熱伝導部材と前記金属部材と前記回路基板とを一体的に封止する封止部材とを備えた半導体装置。
A heat conductive member with a first hole and
A metal member provided on the heat conductive member, on which a semiconductor element is mounted, and having a second hole at a corresponding position above the first hole.
A circuit board that is located above the metal member and has a third hole at a corresponding position above the second hole.
A sealing member that includes the circuit board, fills the first hole, the second hole, and the third hole, and integrally seals the heat conductive member, the metal member, and the circuit board. Semiconductor device equipped with.
前記第一穴、前記第二穴および前記第三穴は、少なくとも3箇所以上形成されている請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first hole, the second hole, and the third hole are formed at least three or more places. 前記第三穴は、前記回路基板を貫通し、前記金属部材と対向する面側から遠ざかるに伴い直径が小さくなる円錐台状である請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the third hole penetrates the circuit board and has a truncated cone shape in which the diameter decreases as the distance from the surface side facing the metal member increases. 前記第三穴は、前記回路基板を貫通し、前記金属部材と対向する面側の直径が大きい2段形状である請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the third hole penetrates the circuit board and has a two-stage shape having a large diameter on the surface side facing the metal member. 前記第三穴は、前記回路基板の厚みより浅い深さである請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the third hole has a depth shallower than the thickness of the circuit board. 前記第一穴の直径、前記第二穴の直径および前記第三穴の直径は、0.5mm以上である請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the diameter of the first hole, the diameter of the second hole, and the diameter of the third hole are 0.5 mm or more. 前記第一穴の外周端から前記第二穴の外周端までの距離が0.1mm以上である請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the distance from the outer peripheral end of the first hole to the outer peripheral end of the second hole is 0.1 mm or more. 前記金属部材は段差部を有し、前記段差部は前記熱伝導部材までの距離が0.1mm以上である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the metal member has a stepped portion, and the stepped portion has a distance of 0.1 mm or more to the heat conductive member. 前記金属部材は、前記第二穴の周囲に前記段差部が形成された請求項8に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 8, wherein the metal member is a step portion formed around the second hole. 前記回路基板は、前記第三穴よりも内側で、前記半導体素子が搭載されていない前記金属部材の上方に第四穴を備えた請求項7または請求項8に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7 or 8, wherein the circuit board is provided with a fourth hole inside the third hole and above the metal member on which the semiconductor element is not mounted. 前記第四穴は、前記封止部材で充填された請求項10に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10, wherein the fourth hole is filled with the sealing member. 前記封止部材は、前記第四穴の上方の対応する位置に凹部が形成された請求項10に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10, wherein the sealing member has a recess formed at a corresponding position above the fourth hole. 第一穴を有する熱伝導部材上に、半導体素子が搭載され、前記第一穴の上方の対応する位置に第二穴を有する金属部材を配置し、前記金属部材の上方に、前記第二穴の上方の対応する位置に第三穴を有する回路基板とを配置する基材準備工程と、
前記熱伝導部材と前記金属部材と前記回路基板とを下金型内へ配置し、前記第一穴と前記第二穴と前記第三穴とを用いて上下に移動する支持ピンで前記回路基板を支持する下金型内基材配置工程と、
前記金属部材の金属端子部分を前記下金型と上金型とで挟み込む上金型設置工程と、
前記回路基板を内包し、前記熱伝導部材と前記金属部材と前記回路基板とを一体的に封止部材で封止する封止部材充填工程と、
前記下金型から前記支持ピンを引き抜く支持ピン引き抜き工程と、
前記第一穴と前記第二穴と前記第三穴とに前記封止部材を充填する金型内再加圧工程と、
前記封止部材を硬化する封止部材硬化工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。
A semiconductor element is mounted on a heat conductive member having a first hole, a metal member having a second hole is arranged at a corresponding position above the first hole, and the second hole is placed above the metal member. A base material preparation step of arranging a circuit board having a third hole at a corresponding position above the
The circuit board is provided with a support pin that arranges the heat conductive member, the metal member, and the circuit board in the lower mold, and moves up and down using the first hole, the second hole, and the third hole. And the base material placement process in the lower mold to support
The upper mold installation process of sandwiching the metal terminal portion of the metal member between the lower mold and the upper mold,
A sealing member filling step of including the circuit board and integrally sealing the heat conductive member, the metal member, and the circuit board with a sealing member.
A support pin pulling step of pulling out the support pin from the lower mold,
An in-mold repressurization step of filling the first hole, the second hole, and the third hole with the sealing member,
The sealing member curing step of curing the sealing member and
A method for manufacturing a semiconductor device provided with.
前記上金型設置工程は、第四穴を設けた前記回路基板を用い、前記第四穴を用いて押さえピンで前記金属部材を押さえた請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the upper mold installation step uses the circuit board provided with the fourth hole, and presses the metal member with a pressing pin using the fourth hole. 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。
A main conversion circuit having the semiconductor device according to any one of claims 1 to 12 and converting and outputting input power.
A control circuit that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit to the main conversion circuit,
Power converter equipped with.
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