JP7199167B2 - Power semiconductor module, power converter, and method for manufacturing power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module, power converter, and method for manufacturing power semiconductor module Download PDF

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Description

本願は、電力用半導体素子および電力用半導体素子を制御する制御用半導体素子を内包するパワー半導体モジュール、電力変換装置、およびパワー半導体モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a power semiconductor module including a power semiconductor element and a control semiconductor element for controlling the power semiconductor element, a power converter, and a method of manufacturing the power semiconductor module.

インバータ制御装置のコストを低減するため制御回路基板の小型化が図られている。それに伴い、制御回路基板に実装されるパワー半導体モジュールも低コスト化および小型化が求められている。このため、電力用パワー半導体チップのみならず、その半導体チップを制御するICチップを1パッケージに内蔵したインテリジェントパワーモジュール(Intelligent Power Module、以下IPMと称す)が製造されてきた。このIPMとして、これまでDIP(Dual In-line Package)、SIP(Single In-line Package)またはSOP(Small Outline Package)などがパッケージ形状として、製品化されている。 In order to reduce the cost of inverter control devices, attempts have been made to reduce the size of control circuit boards. Along with this, power semiconductor modules mounted on control circuit boards are also required to be reduced in cost and size. For this reason, an intelligent power module (hereinafter referred to as IPM) has been manufactured in which not only a power semiconductor chip for electric power but also an IC chip for controlling the semiconductor chip are incorporated in one package. As this IPM, DIP (Dual In-line Package), SIP (Single In-line Package), SOP (Small Outline Package), etc. have been commercialized as package shapes.

これらのパッケージは、半導体チップなどを封止する絶縁物のモールド樹脂から実装基板との接続用のリードが外側にはみ出しているため、パッケージサイズが大きくなりやすい。そこで、IC、メモリおよびLSIなどでは、ノンリードタイプのSON(Small Outline Non-leaded Package)およびQFN(Quad Flat Non-lead Package)のパッケージ形状が開発されている。また、半導体チップは動作時に多量の熱を発生させるため、発生した熱をパッケージ外部に逃がす必要がある。 In these packages, the leads for connection with the mounting board protrude outward from the insulating mold resin that seals the semiconductor chip or the like, so the package size tends to increase. Accordingly, non-lead type SON (Small Outline Non-leaded Package) and QFN (Quad Flat Non-lead Package) package shapes have been developed for ICs, memories, LSIs, and the like. Moreover, since a semiconductor chip generates a large amount of heat during operation, it is necessary to dissipate the generated heat to the outside of the package.

例えば、特許文献1のように、半導体チップを実装しているリード部が実装面側に配置されモールド樹脂で絶縁されていると、パッケージの絶縁性が保たれるが実装基板に熱を逃がすことになり、冷却フィンなどの取り付けも困難になり、積極的に冷却することが難しくなる。そこで、例えば、特許文献2では、半導体チップを実装しているリード部を外部に露出させ、冷却剤または冷却フィンを取り付けることで積極的に冷却している。 For example, as in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200012, if the lead portion on which the semiconductor chip is mounted is arranged on the mounting surface side and insulated with mold resin, the insulation of the package is maintained, but heat is not released to the mounting substrate. It becomes difficult to attach cooling fins, etc., and it becomes difficult to cool positively. Therefore, for example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100000, the lead portion on which the semiconductor chip is mounted is exposed to the outside and is actively cooled by attaching a cooling agent or cooling fins.

特開2002-203936号公報(段落0015~0020、図1)Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-203936 (paragraphs 0015 to 0020, FIG. 1) 特開2006-86273号公報(段落0008~0009、図1)JP 2006-86273 A (paragraphs 0008 to 0009, FIG. 1)

しかしながら、特許文献2のように、半導体チップを実装しているリード部が露出している構造だと、パワー半導体チップの場合、実装面が高電圧であるため露出したリード部も高電圧となり、絶縁性が保たれないという問題があった。 However, in the case of the structure in which the lead portion on which the semiconductor chip is mounted is exposed, as in Patent Document 2, in the case of the power semiconductor chip, the mounting surface is at a high voltage, so the exposed lead portion is also at a high voltage. There was a problem that insulation was not maintained.

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、パッケージの絶縁性を保ちながら半導体チップの発熱を積極的に逃がすことができ、ノンリードタイプのパッケージにより小型化することが可能なパワー半導体モジュール、電力変換装置、およびパワー半導体モジュールの製造方法を得ることを目的としている。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, which can actively release the heat generated by the semiconductor chip while maintaining the insulation of the package, and can be miniaturized by a non-lead type package. It is an object of the present invention to obtain a power semiconductor module, a power conversion device, and a method of manufacturing the power semiconductor module that can

本願に開示されるパワー半導体モジュールは、板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂とを備え、前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部から前記曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部のオフセット量が前記第一ダイパッド部のオフセット量よりも小さいことを特徴とする。
また、基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂とを備え、前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部として前記基板実装面に設けられたことを特徴とする。
また、基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂とを備え、前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向で、前記基板実装面と反対側の放熱面寄りにオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部から前記曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部のオフセット量が前記第一ダイパッド部のオフセット量よりも小さいことを特徴とする。
また、基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂とを備え、前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向で、前記基板実装面と反対側の放熱面寄りにオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部として前記基板実装面に設けられたことを特徴とする。
A power semiconductor module disclosed in the present application includes a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on a substrate mounting surface side, and the first die pad a power semiconductor chip mounted on the second die pad portion; a control semiconductor chip for controlling the power semiconductor chip mounted on the second die pad portion; and a mold resin covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip, The first die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion via the bent portion in a direction away from the substrate mounting surface, and the second die pad portion is disposed from the external terminal portion via the bent portion. The second die pad portion is arranged at a position offset in a direction away from the board mounting surface, and the offset amount of the second die pad portion is smaller than the offset amount of the first die pad portion.
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on a substrate mounting surface side; and a power semiconductor chip mounted on the first die pad portion. , a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad portion; and a mold resin that covers the power semiconductor chip and the control semiconductor chip, wherein the first die pad portion is connected to the external terminal portion The second die pad portion is arranged at a position offset in a direction away from the substrate mounting surface via a bent portion, and the second die pad portion is provided on the substrate mounting surface as the external terminal portion.
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on a substrate mounting surface side; and a power semiconductor chip mounted on the first die pad portion. , a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad portion; and a mold resin that covers the power semiconductor chip and the control semiconductor chip, wherein the first die pad portion is connected to the external terminal portion is offset from the substrate mounting surface in a direction away from the substrate mounting surface via the bent portion, and the second die pad portion is offset from the external terminal portion toward the heat dissipation surface on the side opposite to the substrate mounting surface. The second die pad portion is arranged at a position offset in a direction away from the substrate mounting surface through the portion, and the offset amount of the second die pad portion is smaller than the offset amount of the first die pad portion.
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on a substrate mounting surface side; and a power semiconductor chip mounted on the first die pad portion. , a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad portion; and a mold resin that covers the power semiconductor chip and the control semiconductor chip, wherein the first die pad portion is connected to the external terminal portion is arranged at a position offset toward the heat dissipation surface on the side opposite to the substrate mounting surface in the direction away from the substrate mounting surface via the bent portion, and the second die pad portion serves as the external terminal portion to the substrate It is characterized by being provided on the mounting surface.

本願に開示されるパワー半導体モジュールの製造方法は、複数の外部端子部に曲げ部を介してそれぞれ接続する第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられ、前記第一ダイパッド部が基板実装面側から離れる方向にオフセットした位置に配設され、前記第二ダイパッド部が基板実装面側から前記第一ダイパッド部のオフセット量より小さいオフセット量だけ離れた位置に配設されたリードフレームを用意し、パワー半導体チップまたは制御半導体チップを前記リードフレームの前記第一ダイパッド部または前記第二ダイパッド部の基板実装面側または前記基板実装面とは反対側の放熱面側に実装した後、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップを前記リードフレームの前記第二ダイパッド部または前記第一ダイパッド部の前記放熱面側または前記基板実装面側に実装する工程と、前記リードフレームの第二接続パッド部または第一接続パッド部と前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極と前記制御半導体チップおよび前記パワー半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記放熱面側または前記基板実装面側からワイヤ配線した後で、前記リードフレームの第一接続パッド部または第二接続パッド部と前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極、前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極と前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記基板実装面側または前記放熱面側からワイヤ配線する工程と、前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップをモールド樹脂で覆うモールド工程とを含むことを特徴とする。 In the method for manufacturing a power semiconductor module disclosed in the present application, a first die pad portion and a second die pad portion connected to a plurality of external terminal portions via bent portions are provided, and the first die pad portion is located on the substrate mounting surface side. preparing a lead frame in which the second die pad is arranged at a position offset in a direction away from the substrate mounting surface side by an offset smaller than the offset of the first die pad, After mounting a power semiconductor chip or a control semiconductor chip on the substrate mounting surface side of the first die pad portion or the second die pad portion of the lead frame or on the heat dissipation surface side opposite to the substrate mounting surface, the control semiconductor chip Alternatively, a step of mounting the power semiconductor chip on the heat dissipation surface side or the substrate mounting surface side of the second die pad portion or the first die pad portion of the lead frame; a third connection of the lead frame between a connection pad portion and a surface electrode of the control semiconductor chip or the power semiconductor chip, a surface electrode of the control semiconductor chip or the power semiconductor chip and the control semiconductor chip and the power semiconductor chip; After wire wiring is performed between the pad portions from the heat radiation surface side or the substrate mounting surface side, the first connection pad portion or the second connection pad portion of the lead frame and the power semiconductor chip or the control semiconductor chip are connected. Between the surface electrode, the surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip, and the third connection pad portion of the lead frame between the power semiconductor chip and the control semiconductor chip, the substrate mounting surface side or the It is characterized by including a step of wire wiring from the heat radiation surface side and a molding step of covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip with molding resin.

また、複数の外部端子部に曲げ部を介してそれぞれ接続する第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられ、前記第一ダイパッド部が基板実装面側から離れる方向にオフセットした位置に配設され、前記第二ダイパッド部が外部端子部として基板実装面に配設されたリードフレームを用意し、パワー半導体チップまたは制御半導体チップを前記リードフレームの前記第一ダイパッド部または前記第二ダイパッド部の基板実装面側または前記基板実装面とは反対側の放熱面側にそれぞれ実装した後、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップを前記リードフレームの前記第二ダイパッド部または前記第一ダイパッド部の前記放熱面側または前記基板実装面側にそれぞれ実装する工程と、前記リードフレームの第二接続パッド部または第一接続パッド部と前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極と前記制御半導体チップおよび前記パワー半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記放熱面側または前記基板実装面側からワイヤ配線した後で、前記リードフレームの第一接続パッド部または第二接続パッド部と前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極、前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極と前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記基板実装面側または前記放熱面側からワイヤ配線する工程と、前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップをモールド樹脂で覆うモールド工程とを含むことを特徴とする。 Further, a first die pad portion and a second die pad portion are provided to be connected to the plurality of external terminal portions through the bent portions, respectively, and the first die pad portion is arranged at a position offset in a direction away from the board mounting surface side. preparing a lead frame in which the second die pad portion is arranged on a substrate mounting surface as an external terminal portion; After mounting the control semiconductor chip or the power semiconductor chip on the mounting surface side or the heat radiation surface side opposite to the board mounting surface, respectively, the heat radiation of the second die pad portion or the first die pad portion of the lead frame. a step of mounting on the surface side or the substrate mounting surface side, respectively; after wire wiring between the surface electrode of the power semiconductor chip and the third connection pad portion of the lead frame between the control semiconductor chip and the power semiconductor chip from the heat dissipation surface side or the board mounting surface side; , a first connection pad portion or a second connection pad portion of the lead frame and a surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip, a surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip, the power semiconductor chip and the control wire wiring between the third connection pad portions of the lead frame between the semiconductor chips from the substrate mounting surface side or the heat radiation surface side; and forming the power semiconductor chip and the control semiconductor chip with molding resin. and a covering molding step.

本願によれば、パワー半導体チップを搭載するダイパッド部を、外部端子部から曲げ部を介して基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設することで、パワー半導体チップから発生した熱が基板実装面と反対側の放熱面から放熱し易いパワー半導体モジュールを得ることができる。 According to the present application, the heat generated from the power semiconductor chip is dissipated by arranging the die pad portion on which the power semiconductor chip is mounted at a position offset from the external terminal portion via the bent portion in the direction away from the substrate mounting surface. It is possible to obtain a power semiconductor module in which heat is easily dissipated from the heat dissipating surface opposite to the substrate mounting surface.

実施の形態1によるパワー半導体モジュールの構成を示す表面側から見た平面図である。1 is a plan view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 1, viewed from the surface side; FIG. 実施の形態1によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1によるパワー半導体モジュールに用いるリードフレームの全体を示す平面図である。2 is a plan view showing the entire lead frame used in the power semiconductor module according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1によるパワー半導体モジュールでの制御半導体チップのオフセット量を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing an offset amount of a control semiconductor chip in the power semiconductor module according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1によるパワー半導体モジュールの製造方法を示すフローチャート図である。4 is a flow chart diagram showing a method for manufacturing a power semiconductor module according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1によるパワー半導体モジュールの他の構成を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing another configuration of the power semiconductor module according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1によるパワー半導体モジュールの他の構成を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing another configuration of the power semiconductor module according to Embodiment 1; FIG. 従来のパワー半導体モジュールの構成を示す表面側から見た平面図である。It is the top view seen from the surface side which shows the structure of the conventional power semiconductor module. 従来のパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a conventional power semiconductor module; 従来のパワー半導体モジュールに用いるリードフレームの全体を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing the entire lead frame used in a conventional power semiconductor module; 実施の形態2によるパワー半導体モジュールの構成を示す表面側から見た平面図である。FIG. 10 is a plan view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 2, viewed from the surface side; 実施の形態2によるパワー半導体モジュールの構成を示す裏面側から見た平面図である。FIG. 10 is a plan view showing the configuration of the power semiconductor module according to Embodiment 2, viewed from the back side; 実施の形態2によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 2; 実施の形態2によるパワー半導体モジュールに用いるリードフレームの全体を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing the entire lead frame used in the power semiconductor module according to Embodiment 2; 実施の形態2によるパワー半導体モジュールでの制御半導体チップのオフセット量を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an offset amount of a control semiconductor chip in the power semiconductor module according to Embodiment 2; 実施の形態3によるパワー半導体モジュールの構成を示す表面側から見た平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 3, viewed from the surface side; 実施の形態3によるパワー半導体モジュールの構成を示す裏面側から見た平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 3, viewed from the back side; 実施の形態3によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of a power semiconductor module according to Embodiment 3; 実施の形態3によるパワー半導体モジュールに用いるリードフレームの全体を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the entire lead frame used in the power semiconductor module according to Embodiment 3; 実施の形態3によるパワー半導体モジュールでの制御半導体チップのオフセット量を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an offset amount of a control semiconductor chip in a power semiconductor module according to Embodiment 3; 実施の形態4によ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. 12 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which a power conversion device according to Embodiment 4 is applied;

実施の形態1.
図1は、実施の形態1におけるパワー半導体モジュール101の構成を示す表面側から見た平面図である。図2は、図1のAA矢視断面図である。図3は、パワー半導体モジュール101に用いるリードフレーム111の全体を示す平面図であり、図3の領域S1の部分が図1に対応する。なお、図1では、モールド樹脂26の図示を省略している。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of power semiconductor module 101 according to Embodiment 1, viewed from the surface side. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1. FIG. FIG. 3 is a plan view showing the entire lead frame 111 used in the power semiconductor module 101, and the area S1 in FIG. 3 corresponds to FIG. 1, illustration of the mold resin 26 is omitted.

図1、図2および図3に示すように、パワー半導体モジュール101は、パワー半導体チップ22、制御半導体チップ23、パワー半導体チップ22を実装するリードフレーム111の第一ダイパッド部としてのパワーダイパッド14a、制御半導体チップ23を実装するリードフレーム111の第二ダイパッド部としての制御ダイパッド15a、パワーダイパッド14aと接続するリードフレーム111の曲げ部14bと外部端子部14c、制御ダイパッド15aと接続するリードフレーム111の曲げ部15bと外部端子部15c、パワー半導体チップ22の表面電極と制御半導体チップ23の表面電極とを接続するワイヤ配線38、パワー半導体チップ22の表面電極とワイヤ配線37を介して接続する第一接続パッド部である接続パッド10a、接続パッド10aと接続するリードフレーム111の曲げ部10bと外部端子部10c、制御半導体チップ23の表面電極とワイヤ配線39を介して接続する第二接続パッド部である接続パッド11a、接続パッド11aと接続するリードフレーム111の曲げ部11bと外部端子部11c、およびモールド樹脂26から構成される。 As shown in FIGS. 1, 2 and 3, the power semiconductor module 101 includes a power semiconductor chip 22, a control semiconductor chip 23, a power die pad 14a as a first die pad portion of a lead frame 111 on which the power semiconductor chip 22 is mounted, A control die pad 15a as a second die pad portion of a lead frame 111 on which a control semiconductor chip 23 is mounted, a bent portion 14b and an external terminal portion 14c of the lead frame 111 connected to the power die pad 14a, and a lead frame 111 connected to the control die pad 15a. Wire wiring 38 connecting the bent portion 15 b and the external terminal portion 15 c , the surface electrode of the power semiconductor chip 22 and the surface electrode of the control semiconductor chip 23 , and the first wiring 37 connecting the surface electrode of the power semiconductor chip 22 and the wire wiring 37 . The connection pad 10a which is the connection pad portion, the bent portion 10b of the lead frame 111 connected to the connection pad 10a and the external terminal portion 10c, the surface electrode of the control semiconductor chip 23 and the second connection pad portion connected via the wire wiring 39. A connection pad 11a, a bent portion 11b of a lead frame 111 connected to the connection pad 11a, an external terminal portion 11c, and a mold resin 26 are provided.

パワー半導体チップ22および制御半導体チップ23はそれぞれ、パワーダイパッド14a、制御ダイパッド15aの、パワー半導体モジュール101の基板実装面31側に実装する。制御半導体チップ23は、パワー半導体チップ22の制御を司る半導体であり、パワー半導体チップ22のゲート駆動および電流検知などの機能が搭載されている。パワー半導体チップ22および制御半導体チップ23は、パワーダイパッド14a、制御ダイパッド15aのそれぞれに、はんだ28、29を用いて実装される。なお、実装には、はんだ28、29の代わりに、Agペーストに代表される導電性接着剤、またはAg、Cuの焼結材料などを用いてもよい。さらに、コンデンサおよび抵抗などの部品を必要に応じて実装してもよい。また、制御半導体チップ23は、1個に限られるものでなく、パワー半導体モジュール101内に複数個搭載されていてもよい。 The power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 are mounted on the board mounting surface 31 side of the power semiconductor module 101 of the power die pad 14a and the control die pad 15a, respectively. The control semiconductor chip 23 is a semiconductor that controls the power semiconductor chip 22 and has functions such as gate driving and current detection of the power semiconductor chip 22 . The power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 are mounted using solders 28 and 29 on the power die pad 14a and the control die pad 15a, respectively. For mounting, instead of the solders 28 and 29, a conductive adhesive typified by Ag paste, or a sintered material of Ag or Cu, or the like may be used. Furthermore, components such as capacitors and resistors may be implemented as required. Also, the number of control semiconductor chips 23 is not limited to one, and a plurality of chips may be mounted in the power semiconductor module 101 .

パワー半導体チップ22は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)またはDiode、パワーMOS-FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のパワー半導体素子が採用される。ここでは、パワー半導体チップ22として、MOS-FETを用いる。 The power semiconductor chip 22 employs a power semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a diode, or a power MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Here, a MOS-FET is used as the power semiconductor chip 22 .

制御半導体チップ23は、HVIC(High Voltage IC)、LVIC(Low-Voltage Integrated Circuit)等の制御半導体チップが採用される。本願の実施の形態では、制御半導体チップ23は、高圧側のパワー半導体チップ22を制御するHVIC(図1の上側の制御半導体チップ23)と、低圧側のパワー半導体チップ22を制御するLVIC(図1の下側の制御半導体チップ23)を用いる。 Control semiconductor chips such as HVIC (High Voltage IC) and LVIC (Low-Voltage Integrated Circuit) are adopted as the control semiconductor chip 23 . In the embodiment of the present application, the control semiconductor chip 23 includes an HVIC (control semiconductor chip 23 on the upper side in FIG. 1) that controls the power semiconductor chip 22 on the high voltage side and an LVIC (control semiconductor chip 23 on the upper side in FIG. 1) that controls the power semiconductor chip 22 on the low voltage side (FIG. 1 under the control semiconductor chip 23).

リードフレーム111は、CuまたはAlおよびその合金製のものを用いる。表面に酸化防止のため、NiまたはAgでめっき処理してあってもよい。ワイヤ配線37、38、39は、Al、Cu、Au、Agおよびその合金などの材料からなるφ10μm程度からφ500μm程度の円柱形のものを用い、接合にはボールボンドまたはウェッジボンドなどの既存の接合方法が用いられる。モールド樹脂26は、絶縁性のエポキシ系の基材に熱伝導を向上させるためにシリカまたはアルミナなどの材料が混ざったものを用いる。 The lead frame 111 is made of Cu or Al and its alloy. The surface may be plated with Ni or Ag to prevent oxidation. The wire wirings 37, 38, and 39 are made of materials such as Al, Cu, Au, Ag, and their alloys, and have a cylindrical shape with a diameter of about 10 μm to about 500 μm. method is used. The molding resin 26 is made of an insulating epoxy base material mixed with a material such as silica or alumina to improve heat conduction.

図4は、パワー半導体モジュール101での、パワー半導体チップ22の位置を説明するための図である。図4に示すように、パワー半導体チップ22を搭載するパワーダイパッド14aは、リードフレーム111の外部端子部14cに対して、曲げ部14bを介して基板実装面31から離れる方向にオフセットされている。オフセットされる量は、モールド樹脂26にて封止された時にリードフレーム111が外部に露出されないオフセット量L1であり、またパワーダイパッド14aが外部に対して絶縁されていれば、任意に選択できる。ただし、冷却性を向上させるためには、パワーダイパッド14aとモジュール外部側の放熱面30との間のモールド樹脂26の厚みは薄い方がよい。 FIG. 4 is a diagram for explaining the position of the power semiconductor chip 22 in the power semiconductor module 101. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, the power die pad 14a on which the power semiconductor chip 22 is mounted is offset from the external terminal portion 14c of the lead frame 111 in the direction away from the substrate mounting surface 31 via the bent portion 14b. The offset amount is an offset amount L1 that does not expose the lead frame 111 to the outside when sealed with the mold resin 26, and can be arbitrarily selected as long as the power die pad 14a is insulated from the outside. However, in order to improve the cooling performance, the thickness of the mold resin 26 between the power die pad 14a and the heat dissipation surface 30 on the outside of the module should be thin.

また、図2ではパワーダイパッド14aと制御ダイパッド15aのオフセット量が同一となっているが、異なっていても問題ない。パワーダイパッド14aおよび制御ダイパッド15aを外部端子部14c、15cからオフセットすることにより、実装時に実装基板との接合部となる外部端子部14c、15cのみを露出することができる。これにより、基板実装時のはんだのぬれ広がる領域を制御しやすくなり、基板実装時の不良発生を抑制することができる。 Also, although the power die pad 14a and the control die pad 15a have the same offset amount in FIG. 2, there is no problem even if they are different. By offsetting the power die pad 14a and the control die pad 15a from the external terminal portions 14c and 15c, it is possible to expose only the external terminal portions 14c and 15c which will be joint portions with the mounting substrate during mounting. As a result, it becomes easier to control the area where the solder is wetted and spread during board mounting, and the occurrence of defects during board mounting can be suppressed.

また、ワイヤ配線37、38、39がモールド樹脂から露出せず、電位の異なるワイヤ配線37、38、39とパワー半導体チップ22、制御半導体チップ23などの間で接触せず、絶縁性が保たれる距離が必要となる。ワイヤ配線37、38、39が接合される箇所、パワー半導体チップ22および制御半導体チップ23が実装される箇所のリードフレーム111上には、接合性および実装性を向上させるため、部分的にAgなどで表面をめっき処理されていることが望ましい。 In addition, the wire wirings 37, 38, 39 are not exposed from the mold resin, and the wire wirings 37, 38, 39 having different potentials do not come into contact with the power semiconductor chip 22, the control semiconductor chip 23, etc., and insulation is maintained. distance is required. Ag or the like is partially applied on the lead frame 111 at the locations where the wire wirings 37, 38, and 39 are joined and the locations where the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 are mounted, in order to improve bonding and mounting. It is desirable that the surface is plated with

次に、実施の形態1におけるパワー半導体モジュール101の製造方法について、図5に基づき説明する。図5は、実施の形態1におけるパワー半導体モジュール101の製造の手順を示すフローチャート図である。 Next, a method for manufacturing power semiconductor module 101 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flow chart showing the procedure for manufacturing the power semiconductor module 101 according to the first embodiment.

まず、パワー半導体チップ22を搭載するパワーダイパッド14aの位置がリードフレーム111の外部端子部14cに対して、曲げ部14bを介して基板実装面31から離れる方向にオフセットされているリードフレーム111を用意し、パワー半導体チップ22および制御半導体チップ23をリードフレーム111のパワーダイパッド14a、制御ダイパッド15aの基板実装面31側にそれぞれ、はんだ28、29を用いて実装する(実装工程、ステップS501)。 First, a lead frame 111 is prepared in which the position of the power die pad 14a on which the power semiconductor chip 22 is mounted is offset from the external terminal portion 14c of the lead frame 111 in the direction away from the board mounting surface 31 via the bent portion 14b. Then, the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 are mounted on the substrate mounting surface 31 side of the power die pad 14a and the control die pad 15a of the lead frame 111 using solders 28 and 29, respectively (mounting step, step S501).

続いて、ワイヤ配線37、38、39を用いてパワー半導体チップ22および制御半導体チップ23とリードフレーム111を接続する(ワイヤ接続、ステップS502)。このとき、パワー半導体チップ22とリードフレーム111(接続パッド10a)との間、パワー半導体チップ22と制御半導体チップ23との間、制御半導体チップ23とリードフレーム111(接続パッド11a)との間のワイヤ配線37、38、39が同一の種類のものであれば、同時に接合することが可能となるが、パワー半導体チップ22に流す電流容量、および制御半導体チップ23の接合部の電極サイズにより、最適なワイヤ配線を選択することが望ましい。また、これらのワイヤ配線37、38、39を接合する順番も任意に選択することができる。 Subsequently, the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 are connected to the lead frame 111 using the wire wirings 37, 38 and 39 (wire connection, step S502). At this time, between the power semiconductor chip 22 and the lead frame 111 (connection pads 10a), between the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23, and between the control semiconductor chip 23 and the lead frame 111 (connection pads 11a) If the wire wirings 37, 38 and 39 are of the same type, they can be joined at the same time. It is desirable to select suitable wiring. Also, the order in which these wire wirings 37, 38, and 39 are joined can be arbitrarily selected.

次いで、モールド樹脂26を用いて、基板実装する外部端子部10c、11c、14c、15cのみを露出させ、その他の部材を封止する(モールド工程、ステップS503)。モールドの方法として、トランスファーモールドを用いてもよいが、ワイヤ配線の変形を抑えることが可能なコンプレッションモールドを用いることが望ましい。 Next, using the mold resin 26, only the external terminal portions 10c, 11c, 14c, and 15c to be mounted on the substrate are exposed, and other members are sealed (mold step, step S503). As a molding method, transfer molding may be used, but it is preferable to use compression molding that can suppress deformation of wire wiring.

続いて、モールド樹脂26に覆われていないリードフレーム111の部分をめっき処理する(めっき処理工程、ステップS504)。めっきとして、基板実装時のはんだ付けに対応するためにSnめっき、またはSn-Cuめっきなどが選ばれる。なお、予めリードフレーム全面にめっき処理を施している場合、または基板実装時のはんだ付けに表面処理が不要と判断した場合、このめっき処理を省略してもよい。 Subsequently, the portion of the lead frame 111 that is not covered with the mold resin 26 is plated (plating step, step S504). As the plating, Sn plating, Sn--Cu plating, or the like is selected in order to cope with soldering at the time of substrate mounting. If the entire surface of the lead frame is plated in advance, or if it is determined that the surface treatment is unnecessary for soldering when mounting on the board, this plating may be omitted.

最後に、パワー半導体モジュール101ごとに、金型プレスなどにより切断し、個片化することでSON(Small Outline No Lead Package)型もしくはQFN(Quad For Non-Lead Package)型のパッケージとしてパワー半導体モジュール101が得られる(切断工程、ステップS505)。 Finally, each power semiconductor module 101 is cut by a die press or the like and separated into individual power semiconductor modules as SON (Small Outline No Lead Package) type or QFN (Quad For Non-Lead Package) type packages. 101 is obtained (cutting step, step S505).

パワー半導体モジュール101の動作時には、主にパワー半導体チップ22が発熱する。パワー半導体モジュール101を基板に実装した後、パワー半導体チップ22から発生した熱は、基板実装面31と反対側の放熱面30から逃がすことになる。 During operation of the power semiconductor module 101, the power semiconductor chip 22 mainly generates heat. After the power semiconductor module 101 is mounted on the substrate, the heat generated from the power semiconductor chip 22 is released from the heat dissipation surface 30 opposite to the substrate mounting surface 31 .

そこで、パワー半導体モジュール101のパワーダイパッド14aの放熱面30側にモールド樹脂26よりも熱伝導性の高い熱伝導性絶縁シートを別途追加してもよい。図6に、パワーダイパッド14aの放熱面30側に熱伝導性絶縁シート40を備えたパワー半導体モジュール101の断面図を示す。熱伝導性絶縁シートとしては、例えば、窒化ホウ素、アルミナまたはシリカ製のフィラーが充填されたエポキシシートが挙げられる。これにより、パワー半導体チップ22から発生した熱を、パワーダイパッド14aおよび熱伝導性絶縁シート40を介して、局所的に放熱面30から放熱しやすくなる。 Therefore, a thermally conductive insulating sheet having a higher thermal conductivity than the mold resin 26 may be separately added to the heat dissipation surface 30 side of the power die pad 14a of the power semiconductor module 101 . FIG. 6 shows a cross-sectional view of a power semiconductor module 101 having a heat conductive insulating sheet 40 on the side of the heat dissipation surface 30 of the power die pad 14a. Thermally conductive insulating sheets include, for example, epoxy sheets filled with boron nitride, alumina, or silica fillers. As a result, the heat generated from the power semiconductor chip 22 can be easily radiated locally from the heat radiation surface 30 via the power die pad 14a and the thermally conductive insulating sheet 40 .

また、パワー半導体モジュール101の放熱面30側に金属製の冷却フィンを連結してもよい。図7に、パワー半導体モジュール101の放熱面30側に放熱グリス24を介して冷却フィン41を備えたパワー半導体モジュール101の断面図を示す。冷却フィン41を連結する放熱グリス24には、例えばシリコーンベースのサーマルグリスが挙げられる。冷却フィン41の固定には、既存のねじまたはクリップなどを使う。冷却フィンとしては、例えば、アルミニウムなどの金属が挙げられる。冷却フィン41を追加することで積極的に熱を放熱することが可能となり、よりパワー半導体チップ22が発熱する条件で駆動させることができる。 Moreover, a metallic cooling fin may be connected to the heat radiation surface 30 side of the power semiconductor module 101 . FIG. 7 shows a cross-sectional view of a power semiconductor module 101 having cooling fins 41 on the heat radiation surface 30 side of the power semiconductor module 101 via heat radiation grease 24 . The heat dissipation grease 24 that connects the cooling fins 41 includes, for example, silicone-based thermal grease. Existing screws or clips are used to fix the cooling fins 41 . Cooling fins include, for example, metal such as aluminum. By adding the cooling fins 41, it becomes possible to actively dissipate heat, and it is possible to drive the power semiconductor chip 22 under conditions that generate more heat.

このようなSON型もしくはQFN型のパッケージであるパワー半導体モジュール101は、従来のDIP型のパッケージと比べて、挿入端子分のリードが不要となる。図8に、従来のDIP型のパッケージを有するパワー半導体モジュールの構成を示す表面側から見た平面図を示す。図9は、図8のDD矢視断面図である。図10は、従来のパワー半導体モジュールに用いるリードフレーム120の全体を示す平面図であり、図10の領域S0の部分が図8に対応する。なお、図8では、モールド樹脂26の図示を省略している。 The power semiconductor module 101, which is such a SON type or QFN type package, does not require leads for insertion terminals, as compared with a conventional DIP type package. FIG. 8 shows a plan view of the configuration of a power semiconductor module having a conventional DIP type package, viewed from the surface side. 9 is a cross-sectional view taken along line DD of FIG. 8. FIG. FIG. 10 is a plan view showing the entire lead frame 120 used in a conventional power semiconductor module, and the area S0 in FIG. 10 corresponds to FIG. 8, illustration of the mold resin 26 is omitted.

図9に示すように、従来のパワー半導体モジュールでは、挿入端子分のリード25を備える。図3と図10を比較したとき、リードフレーム111とリードフレーム120の縦幅は同じであるが、横幅が短くなっているのもかかわらず、パワー半導体モジュール101の方がパワー半導体モジュールの台数が多い。このことから、リードフレーム111の1枚あたりのパワー半導体モジュールの取れ数が向上することがわかる。したがって、リードフレーム111の1枚あたりのパワー半導体モジュール101の取れ数が向上することにより、モールド成型に要する時間を短縮することが可能となる。 As shown in FIG. 9, the conventional power semiconductor module has leads 25 for insertion terminals. 3 and 10, the lead frame 111 and the lead frame 120 have the same vertical width, but the power semiconductor module 101 has a larger number of power semiconductor modules than the lead frame 101, although the horizontal width is shorter. many. From this, it can be seen that the number of power semiconductor modules that can be obtained from one lead frame 111 is improved. Therefore, by increasing the number of power semiconductor modules 101 that can be obtained from one lead frame 111, it is possible to shorten the time required for molding.

以上のように、実施の形態1におけるパワー半導体モジュール101によれば、基板実装面31に設けられた外部端子部14c、15cに接続されたパワーダイパッド14aおよび制御ダイパッド15aが設けられたリードフレーム111と、パワーダイパッド14aに搭載されるパワー半導体チップ22と、制御ダイパッド15aに搭載される制御半導体チップ23を制御する制御半導体チップ23と、パワー半導体チップ22および制御半導体チップ23を覆うモールド樹脂26とを備え、パワーダイパッド14aは、外部端子部14cから曲げ部14bを介して基板実装面31から離れる方向にオフセットされた位置に配設されるようにしたので、パワー半導体チップから発生した熱が基板実装面と反対側の放熱面から放熱し易く、信頼性の高いパワー半導体モジュールを得ることができる。また、従来のパワー半導体モジュールと較べ、挿入端子分のリードが不要となるので、小型化を図ることができる。また、リードフレーム1枚あたりのパワー半導体モジュールの取れ数が向上することで、パワー半導体モジュール1個あたりのモールド成型に要する時間を短縮することが可能となる。 As described above, according to the power semiconductor module 101 of the first embodiment, the lead frame 111 provided with the power die pad 14a and the control die pad 15a connected to the external terminal portions 14c and 15c provided on the substrate mounting surface 31 , a power semiconductor chip 22 mounted on the power die pad 14a, a control semiconductor chip 23 for controlling the control semiconductor chip 23 mounted on the control die pad 15a, and a mold resin 26 covering the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23. The power die pad 14a is arranged at a position offset from the external terminal portion 14c via the bent portion 14b in the direction away from the substrate mounting surface 31, so that the heat generated from the power semiconductor chip is transferred to the substrate. A highly reliable power semiconductor module can be obtained in which heat is easily dissipated from the heat dissipating surface opposite to the mounting surface. In addition, as compared with the conventional power semiconductor module, the leads for the insertion terminals are not required, so that miniaturization can be achieved. In addition, since the number of power semiconductor modules that can be obtained from one lead frame increases, it is possible to shorten the time required for molding each power semiconductor module.

また、パワーダイパッド14aは、基板実装面31と反対側の放熱面30との間に、熱伝導性絶縁シート40を設けるようにしたので、局所的に放熱面から熱を放熱することができる。さらに、基板実装面31と反対側の放熱面30に冷却フィン41を備えるようにしたので、積極的に熱を放熱すことが可能となり、よりパワー半導体チップが発熱する条件で駆動させることができる。 In addition, since the power die pad 14a is provided with the thermally conductive insulating sheet 40 between the substrate mounting surface 31 and the heat radiation surface 30 on the opposite side, heat can be dissipated locally from the heat radiation surface. Furthermore, since the heat radiation surface 30 opposite to the substrate mounting surface 31 is provided with the cooling fins 41, it is possible to positively radiate heat, and the power semiconductor chip can be driven under the condition that it generates more heat. .

実施の形態2.
実施の形態1では、パワー半導体チップ22および制御半導体チップ23は、パワーダイパッド14a、制御ダイパッド15aの、パワー半導体モジュール101の基板実装面31側に実装した場合について説明したが、実施の形態2では、制御半導体チップ23を制御ダイパッド15aの、基板実装面31とは反対側の放熱面30側に実装した場合について説明する。
Embodiment 2.
In the first embodiment, the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 are mounted on the substrate mounting surface 31 side of the power semiconductor module 101 of the power die pad 14a and the control die pad 15a. , the case where the control semiconductor chip 23 is mounted on the side of the heat radiation surface 30 opposite to the substrate mounting surface 31 of the control die pad 15a.

図11は、実施の形態2におけるパワー半導体モジュール102の構成を示す表面側から見た平面図であり、図12は、裏面側から見た平面図である。図13は、図11および図12のBB矢視断面図である。図14は、パワー半導体モジュール102に用いるリードフレーム112の全体を示す平面図であり、図14の領域S2の部分が図11および図12に対応する。なお、図11および図12では、モールド樹脂26の図示を省略している。 FIG. 11 is a plan view showing the configuration of power semiconductor module 102 according to Embodiment 2, viewed from the front side, and FIG. 12 is a plan view viewed from the back side. 13 is a cross-sectional view taken along line BB in FIGS. 11 and 12. FIG. FIG. 14 is a plan view showing the entire lead frame 112 used in the power semiconductor module 102, and the region S2 of FIG. 14 corresponds to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 and 12, illustration of the mold resin 26 is omitted.

図11、図12、図13、および図14に示すように、パワー半導体モジュール102は、制御半導体チップ23が制御ダイパッド15aの基板実装面31と反対側の放熱面30側に実装されており、制御半導体チップ23とパワー半導体チップ22間のワイヤ配線38が第三接続パッド部である接続パッド19aの両面を介して接続されている。 As shown in FIGS. 11, 12, 13, and 14, in the power semiconductor module 102, the control semiconductor chip 23 is mounted on the side of the heat radiation surface 30 opposite to the substrate mounting surface 31 of the control die pad 15a. A wire wiring 38 between the control semiconductor chip 23 and the power semiconductor chip 22 is connected through both surfaces of the connection pad 19a, which is the third connection pad portion.

図15は、パワー半導体モジュール102での、パワー半導体チップ22と制御半導体チップ23の位置を説明するための図である。図15に示すように、制御半導体チップ23を搭載する制御ダイパッド15aは、リードフレーム112の外部端子部15cに対して、曲げ部15bを介して基板実装面31から離れる方向にオフセットされている。オフセットされる量は、パワー半導体チップ22を搭載するパワーダイパッド14aのオフセット量L1よりも小さいオフセット量L2であり、制御ダイパッド15aが外部に対して絶縁されていれば、任意に選択できる。 FIG. 15 is a diagram for explaining the positions of the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 in the power semiconductor module 102. As shown in FIG. As shown in FIG. 15, the control die pad 15a on which the control semiconductor chip 23 is mounted is offset from the external terminal portion 15c of the lead frame 112 in the direction away from the substrate mounting surface 31 via the bent portion 15b. The offset amount is an offset amount L2 smaller than the offset amount L1 of the power die pad 14a on which the power semiconductor chip 22 is mounted, and can be arbitrarily selected as long as the control die pad 15a is insulated from the outside.

また、パワーダイパッド14aおよび制御ダイパッド15aを外部端子部14c、15cからオフセットすることにより、実装時に実装基板との接合部となる外部端子部14c、15cのみを露出することができる。これにより、基板実装時のはんだのぬれ広がる領域を制御しやすくなり、基板実装時の不良発生を抑制することができる。 Also, by offsetting the power die pad 14a and the control die pad 15a from the external terminal portions 14c and 15c, only the external terminal portions 14c and 15c, which are to be bonded to the mounting substrate during mounting, can be exposed. As a result, it becomes easier to control the area where the solder is wetted and spread during board mounting, and the occurrence of defects during board mounting can be suppressed.

図13では、接続パッド19aもパワーダイパッド14aと同様にオフセットされているが、制御ダイパッド15aのオフセット量L2より大きく、オフセット量L1以下であれば、任意に選択できる。しかし、ワイヤ配線38は、パワー半導体チップ22、制御半導体チップ23、および異電位のリードフレームに接触および絶縁破壊するほど接近しないように、配線する必要がある。そのため、接続パッド19aのオフセット量を調整することで、上記接触等を防ぐことができる。実施の形態2によるパワー半導体モジュール102のその他の構成については、実施の形態1のパワー半導体モジュール101と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。 In FIG. 13, the connection pad 19a is offset similarly to the power die pad 14a, but it can be arbitrarily selected as long as it is larger than the offset amount L2 of the control die pad 15a and equal to or smaller than the offset amount L1. However, the wire wiring 38 must be routed so as not to contact the power semiconductor chip 22, the control semiconductor chip 23, and the lead frame of the different potential so as to cause dielectric breakdown. Therefore, by adjusting the amount of offset of the connection pad 19a, the above-mentioned contact or the like can be prevented. Other configurations of the power semiconductor module 102 according to the second embodiment are the same as those of the power semiconductor module 101 according to the first embodiment, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

次に、実施の形態2におけるパワー半導体モジュール102の製造方法について説明する。パワー半導体モジュール102の製造方法は、基本的に実施の形態1と同様であり、実施の形態1で用いた図5に基づいて説明する。 Next, a method for manufacturing power semiconductor module 102 according to the second embodiment will be described. A method of manufacturing the power semiconductor module 102 is basically the same as that of the first embodiment, and will be described with reference to FIG. 5 used in the first embodiment.

まず、パワー半導体チップ22を搭載するパワーダイパッド14aが、リードフレーム112の外部端子部14cに対して、曲げ部14bを介して基板実装面31からオフセット量L1だけ離れた位置に設定され、制御半導体チップ23を搭載する制御ダイパッド15aが、リードフレーム112の外部端子部15cに対して、曲げ部15bを介して基板実装面31からオフセット量L1より小さいオフセット量L2だけ離れた位置に設定されたリードフレーム112を用意し、パワー半導体チップ22をリードフレーム112のパワーダイパッド14aの基板実装面31側に、はんだ28を用いて実装し、その後、リードフレーム112の裏表を入れ替え、制御半導体チップ23をリードフレーム112の制御ダイパッド15aの放熱面30側に、はんだ29を用いて実装する(実装工程、ステップS501)。 First, the power die pad 14a on which the power semiconductor chip 22 is mounted is set at a position separated from the substrate mounting surface 31 by the offset amount L1 via the bent portion 14b with respect to the external terminal portion 14c of the lead frame 112. The control die pad 15a on which the chip 23 is mounted is set at a position separated from the substrate mounting surface 31 via the bent portion 15b with respect to the external terminal portion 15c of the lead frame 112 by an offset amount L2 smaller than the offset amount L1. A frame 112 is prepared, and the power semiconductor chip 22 is mounted on the substrate mounting surface 31 side of the power die pad 14a of the lead frame 112 using solder 28. After that, the lead frame 112 is turned over, and the control semiconductor chip 23 is led. The control die pad 15a of the frame 112 is mounted on the heat dissipation surface 30 side using the solder 29 (mounting step, step S501).

なお、本実施の形態2では、パワー半導体チップ22を実装してから、制御半導体チップ23を実装したが、先に制御半導体チップ23を実装した後にパワー半導体チップ22を実装してもよい。また、実施の形態1と同様に、はんだ28、29の代わりに、導電性接着剤などを用いてもよい。 Although the control semiconductor chip 23 is mounted after the power semiconductor chip 22 is mounted in the second embodiment, the power semiconductor chip 22 may be mounted after the control semiconductor chip 23 is mounted. Also, as in the first embodiment, instead of the solders 28 and 29, a conductive adhesive or the like may be used.

続いて、ワイヤ配線38、39を用いて制御半導体チップ23とリードフレーム112(接続パッド11a)との間および制御半導体チップ23の表面電極と接続パッド19aとの間を接続し、その後、リードフレーム112の裏表を入れ替え、パワー半導体チップ22とリードフレーム112(接続パッド10a)との間およびパワー半導体チップ22の表面電極と接続パッド19aとの間を接続する(ワイヤ接続、ステップS502)。 Subsequently, wire wirings 38 and 39 are used to connect between the control semiconductor chip 23 and the lead frame 112 (connection pads 11a) and between the surface electrodes of the control semiconductor chip 23 and the connection pads 19a. 112 is turned over, and the power semiconductor chip 22 and the lead frame 112 (connection pad 10a) are connected, and the surface electrode of the power semiconductor chip 22 and the connection pad 19a are connected (wire connection, step S502).

このとき、制御半導体チップ23側のワイヤ接続後は、接続パッド19aの放熱面30側にはすでにワイヤ配線38が接合されているため、接続パッド19aの基板実装面31側にワイヤ配線38を接合するときには、リードフレーム112を固定する治具およびリードフレーム112を配置するステージが制御半導体チップ23側のワイヤ配線38に干渉しないようにする必要がある。 At this time, after the wire connection on the control semiconductor chip 23 side, the wire wiring 38 is already bonded to the heat radiation surface 30 side of the connection pad 19a. When doing so, it is necessary to prevent the jig for fixing the lead frame 112 and the stage on which the lead frame 112 is placed from interfering with the wire wiring 38 on the control semiconductor chip 23 side.

なお、接続パッド19aの両側の同じ箇所にワイヤ配線38をそれぞれ接合してもよいし、接続パッド19aの基板実装面31側と放熱面30側でワイヤ配線38の接合位置を変えても、ワイヤ配線38を破断させることなく接合できていれば問題ない。また、本実施の形態2では、制御半導体チップ23側のワイヤ配線をしてから、パワー半導体チップ22側のワイヤ配線をしたが、先に制御半導体チップ23側のワイヤ配線をした後にパワー半導体チップ22側のワイヤ配線をしてもよい。また、両面のそれぞれの側から同時に、制御半導体チップ23側のワイヤ配線およびパワー半導体チップ22側のワイヤ配線をしてもよい。このように、両面側から同時にワイヤ配線をすることにより、ワイヤ配線に要する時間を短縮することが可能となる。 Note that the wire wiring 38 may be bonded to the same location on both sides of the connection pad 19a, respectively, or even if the bonding position of the wire wiring 38 is changed on the substrate mounting surface 31 side and the heat radiation surface 30 side of the connection pad 19a, the wire There is no problem if the wiring 38 can be joined without breaking. Further, in the second embodiment, the wire wiring on the control semiconductor chip 23 side is performed first, and then the wire wiring on the power semiconductor chip 22 side is performed. 22 side wiring may be used. Moreover, the wire wiring on the control semiconductor chip 23 side and the wire wiring on the power semiconductor chip 22 side may be performed simultaneously from both sides. In this way, wire wiring can be performed from both sides at the same time, thereby shortening the time required for wire wiring.

ステップS503からステップS505の工程については、実施の形態1と同様の操作を行うことで、SON型もしくはQFN型のパッケージとしてパワー半導体モジュール102が得られる。 As for the processes from step S503 to step S505, the power semiconductor module 102 is obtained as a SON type or QFN type package by performing the same operations as in the first embodiment.

このように、制御ダイパッド15aのオフセット量L1がパワーダイパッド14aのオフセット量L2と異なることにより、熱源となるパワー半導体チップ22が制御半導体チップ23から離れることになり、熱による制御半導体チップ23の誤作動およびリーク電流の増加を低減することができる。また、図9の従来のパワー半導体モジュールにおける領域V分だけ、パワー半導体モジュールの厚みを薄くすることができる。これにより、モールド樹脂26の使用量がその分少なくなり、低コスト化が実現できる。また、図14と図10を比較したとき、リードフレーム112とリードフレーム120の縦幅は同じであるが、横幅が短くなっているのもかかわらず、実施の形態1と同様に、パワー半導体モジュール102の方がパワー半導体モジュールの台数が多いことから、リードフレーム112の1枚あたりのパワー半導体モジュール102の取れ数が向上することにより、パワー半導体モジュール1個あたりのモールド成型に要する時間を短縮することが可能となる。 Since the offset amount L1 of the control die pad 15a differs from the offset amount L2 of the power die pad 14a in this way, the power semiconductor chip 22, which is a heat source, is separated from the control semiconductor chip 23, and the control semiconductor chip 23 malfunctions due to heat. Actuation and increase in leakage current can be reduced. Also, the thickness of the power semiconductor module can be reduced by the area V in the conventional power semiconductor module of FIG. As a result, the amount of mold resin 26 used is reduced accordingly, and cost reduction can be achieved. 14 and 10, the vertical width of lead frame 112 and lead frame 120 is the same, but the horizontal width is shorter. Since the number of power semiconductor modules 102 is larger than that of the lead frame 112, the number of power semiconductor modules 102 obtained from one lead frame 112 is improved, thereby shortening the time required for molding each power semiconductor module. becomes possible.

以上のように、実施の形態2におけるパワー半導体モジュール102によれば、制御ダイパッド15aは、外部端子部15cから曲げ部15bを介して基板実装面31から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、制御ダイパッド15aのオフセット量がパワーダイパッド14aのオフセット量よりも小さくなるようにしたので、実施の形態1の効果だけでなく、熱源となるパワー半導体チップが制御半導体チップから離れることになり、熱による制御半導体チップの誤作動およびリーク電流の増加を低減することができ、さらに信頼性の高いパワー半導体モジュールを得ることができる。また、図9に示すパワー半導体モジュールと較べると、モールド樹脂をV領域の分だけ小さくすることができるので、モールド樹脂の使用量がその分少なくなり、低コスト化が実現できる。また、両面のそれぞれの側から同時に、制御半導体チップ23側のワイヤ配線およびパワー半導体チップ22側のワイヤ配線をしてもよい。このように、両面側から同時にワイヤ配線をすることにより、ワイヤ配線に要する時間を短縮することが可能となる。 As described above, according to the power semiconductor module 102 of the second embodiment, the control die pad 15a is arranged at a position offset from the external terminal portion 15c in the direction away from the substrate mounting surface 31 via the bent portion 15b. Since the offset amount of the control die pad 15a is set to be smaller than the offset amount of the power die pad 14a, not only the effects of the first embodiment but also the power semiconductor chip serving as the heat source is separated from the control semiconductor chip, resulting in heat generation. It is possible to reduce the malfunction of the control semiconductor chip and the increase in leakage current due to the above, and obtain a power semiconductor module with higher reliability. Also, compared with the power semiconductor module shown in FIG. 9, the mold resin can be made smaller by the amount of the V region, so the amount of mold resin used is reduced accordingly, and cost reduction can be realized. Moreover, the wire wiring on the control semiconductor chip 23 side and the wire wiring on the power semiconductor chip 22 side may be performed simultaneously from both sides. In this way, wire wiring can be performed from both sides at the same time, thereby shortening the time required for wire wiring.

実施の形態3.
実施の形態1および実施の形態2では、制御半導体チップ23を搭載する制御ダイパッド15aは、リードフレーム111、112の外部端子部15cに対して、曲げ部15bを介して基板実装面31から離れる方向にオフセットされている場合を説明したが、実施の形態3では、オフセットされていない場合について説明する。
Embodiment 3.
In the first and second embodiments, the control die pad 15a on which the control semiconductor chip 23 is mounted is directed away from the substrate mounting surface 31 via the bent portion 15b with respect to the external terminal portions 15c of the lead frames 111 and 112. In the third embodiment, a description will be given of a case in which the offset is not performed.

図16は、実施の形態3におけるパワー半導体モジュール103の構成を示す表面側から見た平面図であり、図17は、裏面側から見た平面図である。図18は、図16および図17のCC矢視断面図である。図19は、パワー半導体モジュール103に用いるリードフレーム113の全体を示す平面図であり、図19の領域S3の部分が図16および図17に対応する。なお、図16および図17では、モールド樹脂26の図示を省略している。 FIG. 16 is a plan view showing the configuration of power semiconductor module 103 according to Embodiment 3 as seen from the front side, and FIG. 17 is a plan view as seen from the back side. FIG. 18 is a cross-sectional view taken along arrow CC in FIGS. 16 and 17. FIG. FIG. 19 is a plan view showing the entire lead frame 113 used in the power semiconductor module 103, and the region S3 of FIG. 19 corresponds to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 and 17, illustration of the mold resin 26 is omitted.

図16、図17、図18、および図19に示すように、パワー半導体モジュール103は、実施の形態2と同様に、制御半導体チップ23が制御ダイパッド15aの基板実装面31と反対側の放熱面30側に実装されており、制御半導体チップ23とパワー半導体チップ22間のワイヤ配線38が接続パッド19aの両面を介して接続されている。 As shown in FIGS. 16, 17, 18, and 19, in power semiconductor module 103, control semiconductor chip 23 is mounted on the heat dissipation surface of control die pad 15a on the opposite side of substrate mounting surface 31, as in the second embodiment. 30 side, and wire wiring 38 between the control semiconductor chip 23 and the power semiconductor chip 22 is connected via both surfaces of the connection pad 19a.

図20は、パワー半導体モジュール103での、パワー半導体チップ22と制御半導体チップ23の位置を説明するための図である。図18に示すように、制御半導体チップ23を搭載する制御ダイパッド15aは、実施の形態1および実施の形態2とは異なり、オフセットされておらず、制御ダイパッド15a自体が実装時に実装基板との接合部となる外部端子部として、一部が基板実装面に露出する。実施の形態3によるパワー半導体モジュール103のその他の構成については、実施の形態1のパワー半導体モジュール101と同様であり、対応する部分には同符号を付してその説明を省略する。 FIG. 20 is a diagram for explaining the positions of the power semiconductor chip 22 and the control semiconductor chip 23 in the power semiconductor module 103. As shown in FIG. As shown in FIG. 18, unlike the first and second embodiments, the control die pad 15a on which the control semiconductor chip 23 is mounted is not offset, and the control die pad 15a itself is bonded to the mounting substrate during mounting. A portion of the external terminal portion is exposed on the substrate mounting surface. Other configurations of the power semiconductor module 103 according to Embodiment 3 are the same as those of the power semiconductor module 101 according to Embodiment 1, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

次に、実施の形態3におけるパワー半導体モジュール103の製造方法について説明する。パワー半導体モジュール103の製造方法は、基本的に実施の形態1と同様であり、実施の形態1で用いた図5に基づいて説明する。 Next, a method for manufacturing power semiconductor module 103 according to Embodiment 3 will be described. A method of manufacturing the power semiconductor module 103 is basically the same as that of the first embodiment, and will be described with reference to FIG. 5 used in the first embodiment.

まず、パワー半導体チップ22を搭載するパワーダイパッド14aが、リードフレーム113の外部端子部14cに対して、曲げ部14bを介して基板実装面31からオフセット量L1だけ離れた位置に設定され、制御半導体チップ23を搭載する制御ダイパッド15aが、オフセットなしで、リードフレーム113の外部端子部として、基板実装面31に一部が露出する位置に設定されたリードフレーム113を用意し、パワー半導体チップ22をリードフレーム113のパワーダイパッド14aの基板実装面31側に、はんだ28を用いて実装し、その後、リードフレーム113の裏表を入れ替え、パワー半導体チップ22をリードフレーム113のパワーダイパッド14aの基板実装面31側に、はんだ28を用いて実装し、制御半導体チップ23をリードフレーム113の制御ダイパッド15aの放熱面30側に、はんだ29を用いて実装する(実装工程、ステップS501)。 First, the power die pad 14a on which the power semiconductor chip 22 is mounted is set at a position separated from the board mounting surface 31 by the offset amount L1 via the bent portion 14b with respect to the external terminal portion 14c of the lead frame 113. A lead frame 113 is prepared in which a control die pad 15a on which a chip 23 is mounted is set at a position where a part thereof is exposed on a substrate mounting surface 31 as an external terminal portion of the lead frame 113 without offset, and a power semiconductor chip 22 is mounted. The power die pad 14 a of the lead frame 113 is mounted on the board mounting surface 31 side of the power die pad 14 a of the lead frame 113 using solder 28 . The control semiconductor chip 23 is mounted on the heat dissipation surface 30 side of the control die pad 15a of the lead frame 113 using solder 29 (mounting step, step S501).

ステップS502からステップS505の工程については、実施の形態2と同様の操作を行うことで、SON型もしくはQFN型のパッケージとしてパワー半導体モジュール102が得られる。 As for the processes from step S502 to step S505, the power semiconductor module 102 is obtained as a SON type or QFN type package by performing the same operation as in the second embodiment.

このように、熱源となるパワー半導体チップ22が、オフセット量L1分だけ制御半導体チップ23から離れることになり、熱による制御半導体チップ23の誤作動およびリーク電流の増加を低減することができる。また、実施の形態2と同様、図9の従来のパワー半導体モジュールにおける領域V分だけ、パワー半導体モジュールの厚みを薄くすることができる。これにより、モールド樹脂26の使用量がその分少なくなり、低コスト化が実現できる。また、図19と図3、図14を比較してもわかるように、制御ダイパッド15aのオフセットがなくなることにより、外部端子部14c、15c、曲げ部14b、15bおよび引き回し部分が必要なくなり、その分だけ横幅が小さくなるため、モジュールのサイズも小さくでき、さらにリードフレーム113の1枚あたりのパワー半導体モジュールの取れ数が向上し、モールド成型に要する時間を短縮することが可能となる。 In this manner, the power semiconductor chip 22 serving as a heat source is separated from the control semiconductor chip 23 by the amount of offset L1, and malfunction of the control semiconductor chip 23 and an increase in leak current due to heat can be reduced. Also, as in the second embodiment, the thickness of the power semiconductor module can be reduced by the area V in the conventional power semiconductor module in FIG. As a result, the amount of mold resin 26 used is reduced accordingly, and cost reduction can be achieved. 19, 3, and 14, the elimination of the offset of the control die pad 15a eliminates the need for the external terminal portions 14c, 15c, the bent portions 14b, 15b, and the routing portion. Since the width is reduced by , the size of the module can be reduced, the number of power semiconductor modules obtained from one lead frame 113 is increased, and the time required for molding can be shortened.

以上のように、実施の形態3におけるパワー半導体モジュール103によれば、制御ダイパッド15aは、オフセットなしで、外部端子部として基板実装面31に露出して設けられるようにしたので、実施の形態1の効果だけでなく、熱源となるパワー半導体チップが制御半導体チップから最大限離れることになり、熱による制御半導体チップの誤作動およびリーク電流の増加をさらに低減することができ、さらに信頼性の高いパワー半導体モジュールを得ることができる。また、図9に示すパワー半導体モジュールと較べると、モールド樹脂をV領域の分だけ小さくすることができるので、モールド樹脂の使用量がその分少なくなり、低コスト化が実現できる。また、制御ダイパッドのオフセットがなくなることにより、外部端子部、曲げ部および引き回し部分が必要なくなり、その分だけ横幅が小さくなるため、モジュールのサイズも小さくでき、さらにリードフレーム113の1枚あたりのパワー半導体モジュールの取れ数が向上し、モールド成型に要する時間を短縮することが可能となる。また、両面のそれぞれの側から同時に、制御半導体チップ23側のワイヤ配線およびパワー半導体チップ22側のワイヤ配線をしてもよい。このように、両面側から同時にワイヤ配線をすることにより、ワイヤ配線に要する時間を短縮することが可能となる。 As described above, according to the power semiconductor module 103 according to the third embodiment, the control die pad 15a is provided as an external terminal portion so as to be exposed on the substrate mounting surface 31 without offset. In addition to this effect, the power semiconductor chip, which is a heat source, is separated from the control semiconductor chip as much as possible, which further reduces malfunctions of the control semiconductor chip and increases in leakage current due to heat, and further increases reliability. A power semiconductor module can be obtained. Also, compared with the power semiconductor module shown in FIG. 9, the mold resin can be made smaller by the amount of the V region, so the amount of mold resin used is reduced accordingly, and cost reduction can be achieved. In addition, since the offset of the control die pad is eliminated, the external terminal portion, bent portion, and routing portion are not required, and the lateral width is reduced accordingly, so that the size of the module can be reduced. The number of semiconductor modules that can be obtained is improved, and the time required for molding can be shortened. Moreover, the wire wiring on the control semiconductor chip 23 side and the wire wiring on the power semiconductor chip 22 side may be performed simultaneously from both sides. In this way, wire wiring can be performed from both sides at the same time, thereby shortening the time required for wire wiring.

実施の形態4.
実施の形態4は、上述した実施の形態1~3にかかるパワー半導体モジュールを電力変換装置に適用したものである。本願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願を適用した場合について説明する。
Embodiment 4.
Embodiment 4 is obtained by applying the power semiconductor modules according to Embodiments 1 to 3 described above to a power converter. Although the present application is not limited to a specific power converter, a case where the present application is applied to a three-phase inverter will be described below as a fourth embodiment.

図21は、実施の形態4によ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. 21 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which the power converter according to Embodiment 4 is applied.

図21に示す電力変換システムは、電源100、電力変換装置200、負荷300から構成される。電源100は、直流電源であり、電力変換装置200に直流電力を供給する。電源100は種々のもので構成することが可能であり、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またはAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源100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. 21 includes a power supply 100, a power conversion device 200, and a load 300. The power supply 100 is a DC power supply and supplies DC power to the power converter 200 . The power supply 100 can be composed of various things, for example, it can be composed of a DC system, a solar battery, a storage battery, or it can be composed of a rectifier circuit or an AC/DC converter connected to an AC system. good too. Also, the power supply 100 may be configured by a DC/DC converter that converts DC power output from the DC system into predetermined power.

電力変換装置200は、電源100と負荷300の間に接続された三相のインバータであり、電源100から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷300に交流電力を供給する。電力変換装置200は、図21に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路201と、主変換回路201を制御する制御信号を主変換回路201に出力する制御回路203とを備えている。 Power converter 200 is a three-phase inverter connected between power supply 100 and load 300 , converts DC power supplied from power supply 100 into AC power, and supplies AC power to load 300 . As shown in FIG. 21, the power conversion device 200 includes a main conversion circuit 201 that converts DC power into AC power and outputs it, and a control circuit 203 that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit 201 to the main conversion circuit 201. and

負荷300は、電力変換装置200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300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または電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。 The load 300 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power converter 200 . The load 300 is not limited to a specific application, but is an electric motor mounted on various electrical equipment, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle, a railway vehicle, an elevator, or an electric motor for an air conditioner.

以下、電力変換装置200の詳細を説明する。主変換回路201は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(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100から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷300に供給する。主変換回路201の具体的な回路構成は種々のものがあるが、実施の形態4にかかる主変換回路201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された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路201の各スイッチング素子および各還流ダイオードは、上述した実施の形態1~3のいずれかに相当するパワー半導体モジュール(ここではパワー半導体モジュール101で説明する)によって構成する。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。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路201の3つの出力端子は、負荷300に接続される。 Details of the power converter 200 will be described below. The main conversion circuit 201 includes a switching element and a freewheeling diode (not shown). By switching the switching element, the DC power supplied from the power supply 100 is converted into AC power and supplied to the load 300 . Although there are various specific circuit configurations of the main conversion circuit 201, the main conversion circuit 201 according to the fourth embodiment is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and It can consist of six freewheeling diodes in anti-parallel. Each switching element and each free wheel diode of the main conversion circuit 201 is configured by a power semiconductor module (here, the power semiconductor module 101 will be described) corresponding to one of the first to third embodiments described above. Six switching elements are connected in series every two switching elements to form upper and lower arms, and each upper and lower arm forms each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit. Output terminals of the upper and lower arms, that is, three output terminals of the main conversion circuit 201 are connected to the load 300 .

また、主変換回路201は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路(図示なし)を備えているが、駆動回路はパワー半導体モジュール101に内蔵されていてもよいし、パワー半導体モジュール101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201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201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203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 201 includes a drive circuit (not shown) for driving each switching element. A configuration including a circuit may be employed. The drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 201 and supplies it to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 201 . Specifically, in accordance with a control signal from the control circuit 203, which will be 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 electrode of each switching element. When maintaining the switching element in the ON state, the driving signal is a voltage signal (ON signal) equal to or higher than the threshold voltage of the switching element, and when maintaining the switching element in the OFF state, the driving signal is a voltage equal to or less than the threshold voltage of the switching element. signal (off signal).

制御回路203は、負荷300に所望の電力が供給されるよう主変換回路201のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷300に供給すべき電力に基づいて主変換回路201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201を制御することができる。そして、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、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路201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 203 controls the switching elements of the main converter circuit 201 so that desired power is supplied to the load 300 . Specifically, based on the power to be supplied to the load 300, the time (on time) during which each switching element of the main conversion circuit 201 should be in the ON state is calculated. For example, the main conversion circuit 201 can be controlled by PWM control that modulates the ON time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) to the drive circuit provided in the main conversion circuit 201 so that an ON signal is output to the switching element that should be in the ON state at each time point, and an OFF signal is output to the switching element that should be in the OFF state. to 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.

実施の形態4に係る電力変換装置では、主変換回路201のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態1~3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 Embodiment 4, since the semiconductor device according to Embodiments 1 to 3 is applied as the switching element and the freewheel diode of the main conversion circuit 201, reliability can be improved.

実施の形態4では、2レベルの三相インバータに本願を適用する例を説明したが、本願は、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。実施の形態4では、2レベルの電力変換装置としたが3レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、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願を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータまたはAC/DCコンバータに本願を適用することも可能である。 In the fourth embodiment, an example in which the present application is applied to a two-level three-phase inverter has been described, but the present application is not limited to this, and can be applied to various power converters. In the fourth embodiment, a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used. I don't mind. Moreover, when power is supplied to a DC load or the like, the present invention can be applied to a DC/DC converter or an AC/DC converter.

また、本願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、放電加工機またはレーザー加工機、又は誘導加熱調理器または非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムまたは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可能である。 In addition, the power conversion device to which the present application is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor. It can also be used as a power conditioner such as a photovoltaic power generation system or an electric storage system.

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 While this application describes various exemplary embodiments and examples, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may not apply to particular embodiments. can be applied to the embodiments singly or in various combinations. Accordingly, numerous variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, modification, addition or omission of at least one component, extraction of at least one component, and combination with components of other embodiments shall be included.

14a パワーダイパッド、14b 曲げ部、14c 外部端子部、15a 制御ダイパッド、15b 曲げ部、15c 外部端子部、22 パワー半導体チップ、23 制御半導体チップ、26 モールド樹脂、30 放熱面、31 基板実装面、101 パワー半導体モジュール、L1 オフセット量。 14a power die pad 14b bending portion 14c external terminal portion 15a control die pad 15b bending portion 15c external terminal portion 22 power semiconductor chip 23 control semiconductor chip 26 mold resin 30 heat dissipation surface 31 substrate mounting surface 101 Power semiconductor module, L1 Offset amount.

Claims (13)

基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、
前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、
前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、
前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂と
を備え、
前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、
前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部から前記曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部のオフセット量が前記第一ダイパッド部のオフセット量よりも小さいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on the substrate mounting surface side;
a power semiconductor chip mounted on the first die pad;
a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad;
a mold resin covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip,
The first die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion via a bent portion in a direction away from the substrate mounting surface,
The second die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion in a direction away from the board mounting surface via the bent portion, and the offset amount of the second die pad portion is the same as that of the first die pad portion. A power semiconductor module, wherein the offset amount is smaller than the offset amount.
基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、
前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、
前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、
前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂と
を備え、
前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、
前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部として前記基板実装面に設けられたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on the substrate mounting surface side;
a power semiconductor chip mounted on the first die pad;
a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad;
a mold resin covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip,
The first die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion via a bent portion in a direction away from the substrate mounting surface,
The power semiconductor module, wherein the second die pad portion is provided on the substrate mounting surface as the external terminal portion.
基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、
前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、
前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、
前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂と
を備え、
前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向で、前記基板実装面と反対側の放熱面寄りにオフセットされた位置に配設され、
前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部から前記曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向にオフセットされた位置に配設され、前記第二ダイパッド部のオフセット量が前記第一ダイパッド部のオフセット量よりも小さいことを特徴とすパワー半導体モジュール。
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on the substrate mounting surface side;
a power semiconductor chip mounted on the first die pad;
a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad;
a mold resin covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip;
with
The first die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion toward the heat dissipation surface on the opposite side of the substrate mounting surface in a direction away from the substrate mounting surface via the bent portion,
The second die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion in a direction away from the board mounting surface via the bent portion, and the offset amount of the second die pad portion is the same as that of the first die pad portion. A power semiconductor module, wherein the offset amount is smaller than the offset amount.
基板実装面側に設けられた複数の外部端子部にそれぞれ接続された第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられたリードフレームと、
前記第一ダイパッド部に搭載されるパワー半導体チップと、
前記第二ダイパッド部に搭載される前記パワー半導体チップを制御する制御半導体チップと、
前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップを覆うモールド樹脂と
を備え、
前記第一ダイパッド部は、前記外部端子部から曲げ部を介して前記基板実装面から離れる方向で、前記基板実装面と反対側の放熱面寄りにオフセットされた位置に配設され、
前記第二ダイパッド部は、前記外部端子部として前記基板実装面に設けられたことを特徴とすパワー半導体モジュール。
a lead frame provided with a first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions provided on the substrate mounting surface side;
a power semiconductor chip mounted on the first die pad;
a control semiconductor chip that controls the power semiconductor chip mounted on the second die pad;
a mold resin covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip;
with
The first die pad portion is arranged at a position offset from the external terminal portion toward the heat dissipation surface on the opposite side of the substrate mounting surface in a direction away from the substrate mounting surface via the bent portion,
The power semiconductor module, wherein the second die pad portion is provided on the substrate mounting surface as the external terminal portion.
前記パワー半導体チップが、前記第一ダイパッド部の基板実装面側に搭載され、前記制御半導体チップが、前記第二ダイパッド部の前記基板実装面と反対側の放熱面側に搭載されたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。 The power semiconductor chip is mounted on the substrate mounting surface side of the first die pad portion, and the control semiconductor chip is mounted on the heat dissipation surface side of the second die pad portion opposite to the substrate mounting surface. The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 4 . 前記パワー半導体チップの表面電極とワイヤ配線を介して接続する前記リードフレームの第一接続パッド部と、
前記制御半導体チップの表面電極とワイヤ配線を介して接続する前記リードフレームの第二接続パッド部と
を備えたことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。
a first connection pad portion of the lead frame connected to the surface electrode of the power semiconductor chip via wire wiring;
The power semiconductor according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a second connection pad portion of the lead frame connected to the surface electrode of the control semiconductor chip via wire wiring. module.
前記パワー半導体チップと前記制御半導体チップとの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部を備え、前記パワー半導体チップの表面電極および前記制御半導体チップの表面電極と前記第三接続パッド部のそれぞれの間を、ワイヤ配線を介して接続したことを特徴とする請求項5に記載のパワー半導体モジュール。 a third connection pad portion of the lead frame between the power semiconductor chip and the control semiconductor chip, the surface electrode of the power semiconductor chip and the surface electrode of the control semiconductor chip and the third connection pad portion, respectively; 6. The power semiconductor module according to claim 5 , wherein the and are connected through wire wiring. 前記第一ダイパッド部は、前記基板実装面と反対側の放熱面との間に、熱伝導性絶縁シート設けたことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。 8. The power according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first die pad section is provided with a thermally conductive insulating sheet between the board mounting surface and the heat dissipation surface on the opposite side. semiconductor module. 前記基板実装面と反対側の放熱面に冷却フィンを備えたことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。 9. The power semiconductor module according to any one of claims 1 to 8 , further comprising cooling fins on a heat radiation surface opposite to the substrate mounting surface. 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュールを有し、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 power semiconductor module according to any one of claims 1 to 9 , for converting input power and outputting the power;
and a control circuit that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit to the main conversion circuit.
複数の外部端子部に曲げ部を介してそれぞれ接続する第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられ、前記第一ダイパッド部が基板実装面側から離れる方向にオフセットした位置に配設され、前記第二ダイパッド部が基板実装面側から前記第一ダイパッド部のオフセット量より小さいオフセット量だけ離れた位置に配設されたリードフレームを用意し、パワー半導体チップまたは制御半導体チップを前記リードフレームの前記第一ダイパッド部または前記第二ダイパッド部の基板実装面側または前記基板実装面とは反対側の放熱面側に実装した後、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップを前記リードフレームの前記第二ダイパッド部または前記第一ダイパッド部の前記放熱面側または前記基板実装面側に実装する工程と、
前記リードフレームの第二接続パッド部または第一接続パッド部と前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極と前記制御半導体チップおよび前記パワー半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記放熱面側または前記基板実装面側からワイヤ配線した後で、前記リードフレームの第一接続パッド部または第二接続パッド部と前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極、前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極と前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記基板実装面側または前記放熱面側からワイヤ配線する工程と、
前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップをモールド樹脂で覆うモールド工程と
を含むことを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
A first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions via bent portions are provided, and the first die pad portion is arranged at a position offset in a direction away from the board mounting surface side, A lead frame is prepared in which the second die pad portion is arranged at a position separated from the substrate mounting surface by an offset amount smaller than the offset amount of the first die pad portion, and the power semiconductor chip or the control semiconductor chip is mounted on the lead frame. After mounting the first die pad portion or the second die pad portion on the substrate mounting surface side or the heat dissipation surface side opposite to the substrate mounting surface, the control semiconductor chip or the power semiconductor chip is mounted on the second die pad portion of the lead frame. a step of mounting the die pad portion or the first die pad portion on the heat dissipation surface side or the substrate mounting surface side;
A second connection pad portion or a first connection pad portion of the lead frame and a surface electrode of the control semiconductor chip or the power semiconductor chip, a surface electrode of the control semiconductor chip or the power semiconductor chip, the control semiconductor chip and the power semiconductor After wiring from the heat dissipation surface side or the board mounting surface side between the respective third connection pad portions of the lead frame between chips, the first connection pad portion or the second connection pad of the lead frame is connected. and a surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip, and a third connection pad portion of the lead frame between the surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip and the power semiconductor chip and the control semiconductor chip. wire wiring from the substrate mounting surface side or the heat dissipation surface side between each of
and a molding step of covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip with molding resin.
複数の外部端子部に曲げ部を介してそれぞれ接続する第一ダイパッド部および第二ダイパッド部が設けられ、前記第一ダイパッド部が基板実装面側から離れる方向にオフセットした位置に配設され、前記第二ダイパッド部が外部端子部として基板実装面に配設されたリードフレームを用意し、パワー半導体チップまたは制御半導体チップを前記リードフレームの前記第一ダイパッド部または前記第二ダイパッド部の基板実装面側または前記基板実装面とは反対側の放熱面側にそれぞれ実装した後、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップを前記リードフレームの前記第二ダイパッド部または前記第一ダイパッド部の前記放熱面側または前記基板実装面側にそれぞれ実装する工程と、
前記リードフレームの第二接続パッド部または第一接続パッド部と前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極、前記制御半導体チップまたは前記パワー半導体チップの表面電極と前記制御半導体チップおよび前記パワー半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記放熱面側または前記基板実装面側からワイヤ配線した後で、前記リードフレームの第一接続パッド部または第二接続パッド部と前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極、前記パワー半導体チップまたは前記制御半導体チップの表面電極と前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップの間にある前記リードフレームの第三接続パッド部のそれぞれの間を前記基板実装面側または前記放熱面側からワイヤ配線する工程と、
前記パワー半導体チップおよび前記制御半導体チップをモールド樹脂で覆うモールド工程と
を含むことを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
A first die pad portion and a second die pad portion respectively connected to a plurality of external terminal portions via bent portions are provided, and the first die pad portion is arranged at a position offset in a direction away from the board mounting surface side, A lead frame having a second die pad portion provided as an external terminal portion on a substrate mounting surface is prepared, and a power semiconductor chip or a control semiconductor chip is mounted on the substrate mounting surface of the first die pad portion or the second die pad portion of the lead frame. side or the heat dissipation surface side opposite to the board mounting surface, the control semiconductor chip or the power semiconductor chip is mounted on the second die pad portion of the lead frame or the heat dissipation surface side of the first die pad portion. Alternatively, a step of respectively mounting on the substrate mounting surface side;
A second connection pad portion or a first connection pad portion of the lead frame and a surface electrode of the control semiconductor chip or the power semiconductor chip, a surface electrode of the control semiconductor chip or the power semiconductor chip, the control semiconductor chip and the power semiconductor After wiring from the heat dissipation surface side or the board mounting surface side between the respective third connection pad portions of the lead frame between chips, the first connection pad portion or the second connection pad of the lead frame is connected. and a surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip, and a third connection pad portion of the lead frame between the surface electrode of the power semiconductor chip or the control semiconductor chip and the power semiconductor chip and the control semiconductor chip. wire wiring from the substrate mounting surface side or the heat dissipation surface side between each of
and a molding step of covering the power semiconductor chip and the control semiconductor chip with molding resin.
前記ワイヤ配線する工程は、前記基板実装面側および前記放熱面側からのワイヤ配線を同時に行うことを特徴とする請求項11または請求項12に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。 13. The method of manufacturing a power semiconductor module according to claim 11 , wherein in the wire wiring step, wire wiring is simultaneously performed from the substrate mounting surface side and the heat radiation surface side.
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