JPS6329564A - 半導体装置およびリ−ドフレ−ム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特にモータ制御等に用いられるパ
ワートランジスタ等の半導体装置およびこの半導体装置
の組立に用いられるリードフレームに関する。

〔従来の技術］ 電子機器の電力制御にパワートランジスタが使用されて
いる。電力用トランジスタについては、工業調査会発行
［電子材料Ｊ　１９８０年４月号、昭和５５年３月１日
発行、Ｐ６５〜Ｐ７３に記載されている。この文献には
、電力用トランジスタ（パワートランジスタ）として、
オーディオ用高周波高出力トランジスタ、高耐圧スイッ
チングトランジスタ、電源用高速スイソチングトランジ
スタ、モータ制御用大電力トランジスタが紹介されてい
る。これらのパワートランジスタを構成するチップ（素
子）は、コレクタ領域の一部の表層部分にベース領域を
有するとともに、このベース領域の一部表層文にエミッ
タ領域を有する構造となり、チップの主面にエミッタ電
極およびベース電極を有し、チップの裏面、すなわち、
下面はコレクタ電極となっている。

ここで、パワートランジスタの概要について、第４図を
参照しながら簡単に説明する。第４図はｎｐｎ形パワー
トランジスタの模式的な図であるが、パワートランジス
タチップ（以下単にチップとも称する。）１は、ｎ＋の
シリコンからなる基板２と、この基板２の主面に形成さ
れたｎ形のエピタキシャル層３とによって形成されてい
る。前記基牟反２およびエピタキシャル層３はコレクタ
領域となることから、前記エピタキシャル層３０表層部
には部分的にｐ形のベース領域４が設けられているとと
もに、このベース領域４の表層部には、ｎ形のエミッタ
領域５が設けられている。また、前記エミッタ領域５お
よびベース領域４上には、エミッタ電極６．ベース電極
７がそれぞれ設けられている。これらの電極には、エミ
ッタ用ワイヤ８、ベース用ワイヤ９が接続される。また
、基板２の裏面には、コレクタ電極１０が設けられてい
る。

一方、パワートランジスタのパンケージ形態としては、
一般に金属キャンプで封止するキャン封止、レジンで封
止するレジンパッケージ等が知られている。レジンパッ
ケージについては、工業調査会発行［電子材料Ｊ　１９
８１年１１月号昭和５６年１１月１日発行、Ｐ４２〜Ｐ
４６に記載されている。この文献には、封止樹脂（パッ
ケージ）から３本のリードを有するＴＯ−２２０型のパ
ワートランジスタが記載されている。前述の構造のチッ
プｌを組み込んだパワートランジスタ１２は、第５図に
示されるような構造となっている。すなわち、レジンか
らなるパンケージ１３の一側面には、相互に平行に延在
する３本のリード１４が突出している。中央のリード１
４はコレクタリード１５となり、パッケージ１３内に延
在する先端には、幅広のヘッダと呼称される固定部１６
が設けられている。この固定部１６上には、チップｌが
コレクタ電極１０を介して機械的かつ電気的に接続され
ている。また、この固定部１６は放熱板となることから
、固定部１６の裏面はパッケージ１３から露出するとと
もに、先端はパフケージ１３から突出している。また、
コレクタリード１５の両側のり−ド１４、すなわち、エ
ミッタリード１７およびベースリード１８の内端は、途
中で階段状に一段上がって延在するとともに、それぞれ
チップ１のエミッタ電極６あるいはベース電極７に一端
が接続されるエミッタ用ワイヤ８．ベース用ワイヤ９が
接続されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のようなレジンパッケージ構造のパワートランジス
タは、回路でトランジスタが壊れた場合、トランジスタ
のベースリードに電気的に繋がるドライブ回路にまでそ
の損傷が及ぶことが多く、修理上安全上問題があること
が本発明者によってあきらかにされた。

すなわち、第６図はパワートランジスタ１２の使用例を
記載した一部の等価回路である。パワートランジスタ１
２は、その使用にあっては、コレクタ（Ｃ）にモータ等
の負荷りが接続され、電源電圧Ｖｃｃが加えられるとと
もに、ベース（Ｂ）にはドライブ回路１９が接続され、
かつエミッタ（Ｅ）は接地される。なお、同図の２０は
電源平滑コンデンサである。

このような回路にあって、パワートランジスタ１２が動
作中に破壊した場合、前述のようにヘッダとコレクタリ
ード１５は繋がっていることがら、ショートモードとな
り、コレクタとエミッタ間に大電流が流れ、エミッタの
ボンディングワイヤ、すなわちエミッタ用ワイヤ８が溶
断してしまう。

また、チップ１の接合は前述のショートで破壊されるた
め、チップのコレクタ、エミッタ、ベースは導通状態と
なる。一方、前述のようにエミッタ用ワイヤ８が溶断す
ると、コレクタに印加されている高電圧かベースに流れ
、ベースに接続されている回路、すなわち前段のドライ
ブ回路１９が、この高電圧によって破壊されてしまうこ
とがわかった。

なお、電界効果トランジスタの場合も同様な現象が生じ
る。すなわち、電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ン間に過電流が流れるとショート現象が発生する。この
結果、ショート時の破壊エネルギーが高いことから素子
全体が壊れ、ゲートを構成する／１等の導体が消失して
しまい、えぐれ部分（空隙部分）が発生する。このえぐ
れ部分には、多数のセルが存在することから、このセル
部分に大電流が流れ、ゲートの前段の回路が破壊される
。

また、前述のようなパワートランジスタ１２の破壊は、
高電圧である故に熱のため爆発を起こし、大きな音を発
するだけでなくパンケージを形作るレジンが周囲に飛び
敗る場合もあり、安全上も好ましくない。

本発明の目的は過電流による素子破壊が生じても、ドラ
イブ回路を破損させることのない半導体装Ｔを提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のパワートランジスタは、チップを主
面に固定し、かつチップのコレクタ領域と導通状態とな
るヘッダと、コレクタリードとは一体とはならず不連続
となり、パッケージ内でコレクタ用ワイヤを介して電気
的に繋がっている。

また、このコレクタ用ワイヤはチップのエミッタ電極と
エミッタリードを繋ぐエミンタワイヤよりも細くなって
いる。

〔作用〕

上記した手段によれば、エミッタ接地で使用されるパワ
ートランジスタは、過負荷によって過電流がエミッタ・
コレクタ間に流れた場合、接合の破壊が生じると同時に
、コレクタリードとヘッダを電気的に接続するコレクタ
用ワイヤが溶断する結果、過電流はベース・コレクタ間
には流れず、トランジスタの破壊だけでおさまり、ベー
ス前段のドライブ回路は破損されなくなる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるパワートランジスタを
示す斜視図、第２図は同じく過電流によって損傷を受け
たパワートランジスタを示す斜視図、第３図は同じくパ
ワートランジスタの組立に用いられるリードフレームを
示す斜視図である。

この実施例のパワートランジスタ１２は、第１図に示す
ように、レジンからなるパンケージ１３の一側から平行
に３本のり−ド１４を突出させた構造となっている。中
央のリード１４はコレクタリード１５となるとともに、
右側のリード１４はベースリード１８となり、かつ左側
のリード１４はエミッタリード１７となっている。前記
コレクタリード１５のパンケージ１３内に延在する先端
延長上には、ヘッダと呼称される導電体からなる固定部
１６が配設されている。したがって、このコレクタリー
ド１５とへノダ１６とは、不連続となっていて、直接に
は電気的に接続されていない。

しかし、このコレクタリード１５とヘッダ１６とは、ワ
イヤ、すなわち、コレクタ用ワイヤ２１によって電気的
に接続されている。

一方、前記ヘッダ１６の主面には、パワートランジスタ
チップ（チップ１）が固定されている。

チップ１は、第４図に示されるように、裏面側がコレク
タ電極１０となっていることから、チップｌが図示しな
いソルダー等を介してヘッダ１６に固定されることによ
って、チップ１のコレクタ電極１０がヘッダ１６に電気
的に接続されることとなる。したがって、ヘッダ１６と
コレクタリード１５はコレクタ用ワイヤ２１によって相
互に電気的に接続されることとなる。

他方、両側のり−ド１４、すなわち、エミッタリード１
７およびベースリード１８のパノケージ１３内に延在す
る先端部分は、途中で一段高く折れ曲がり、エミッタリ
ード１７およびベースリード１８がパッケージ１３から
抜は難くなっている。

これらエミッタリード１７およびベースリード１８の内
端と、これに対応するチップ１の電極、すなわち、エミ
ッタ電極６およびベース電極７とは、ワイヤ、すなわち
、エミッタ用ワイヤ８．ベース用ワイヤ９で相互に電気
的に接続されている。

また、前記ヘッダ１６の裏面はパンケージ１３から露出
するとともに、先端はパッケージ１３から突出していて
、実装時、このヘッダ１６を介してチップ１内で発熱さ
れた熱を効率よく放散するようになっている。

なお、前記パフケージ１３の両端部分には、組立前まで
の間、ヘッダ１６を支持していた支持片２２の分断片が
露出するようになっている。

つぎに、このトランジスタの組立について説明する。

すなわち、このトランジスタの組立にあっては、リード
フレーム２３と呼ばれる導電性の部品が用いられる。こ
のリードフレーム２３は、鉄−ニノケル系合金、銅系合
金等の０．１〜０．２ｍｍ程度の厚さの薄い金属板をエ
ツチングあるいはプレス等によって所望パターンに形成
することによって得られる。そして、この実施例で用い
るリードフレーム２３は、第３図に示されるように、一
対の平行に延在する２木の細い外枠２４と、この外枠２
４を定間隔個所で連結する内枠２５と、外枠２４および
内枠２５とによって囲まれる領域内に配置されるリード
１４および幅広のヘッダ１６とからなっている。リード
１４は、一方の外枠２４の内側から内枠２５に沿って平
行に３本延在している。３木のり−ド１４は、一対の内
枠２５間に亘って延在するダム２６によって支持されて
いる。

このダム２６は、リードフレーム２３の補強部材となる
とともに１、レジンでリードフレーム２３の所定部分を
モールドした際、溶けたレジンの流出を防止するダムの
役割を果たす。

前記中央のり一ド１４はコレクタリード１５となるが、
この実施例では、コレクタリード１５は、コレクタリー
ド１５の延長上に位置するヘッダ（固定部）１６とは、
直接繋がっておらず、不連続状態となっている。このた
め、前記ヘッダ１６は外枠２４に支持片２７を介して支
持されるようになっている。また、両側のリード１４は
それぞれエミッタリード１７およびベースリード１８と
なるとともに、前記ダム２６からヘッダ１６側に延在す
る先端部分は階段状に一段上方に延在している。

このようなリードフレーム２３を用いて、パワートラン
ジスタ１２を組み立てる場合、最初にボンディングが行
われる。ボンディングの最初は前記ヘッダ１６の主面へ
のチップ１の固定である。

その後、チップ１のエミッタ電極６とエミッタリード１
７の内端とをエミッタ用ワイヤ８で電気的に１妾続する
とともに、ベース電極７とベースリード１８の内端とを
ベース用ワイヤ９で電気的に接続する。また、チップ１
のコレクタ電極１０はヘッダ１６に直接接続されるが、
このヘッダ１６はコレクタリード１５とは一体となって
いない。そこで、コレクタリード１５の内端とへノダ１
６とをコレクタワイヤ２１で電気的に接続する。この際
、コレクタワイヤ２１はエミッタ用ワイヤ８よりも直径
が細（、コレクタリード１５とエミッタリード１７との
間に過電流が流れた場合、エミッタリード１７に繋がる
エミッタ用ワイヤ８が溶断する前に、コレクタワイヤ２
１がン容断するようになっている。

つぎに、このリードフレーム２３は、たとえば、トラン
スファモールディング装置によってヘッダ１６の主面側
が部分的にモールドされる。この結果、ヘッダ１６上の
チップｌ、チップ１に内端を臨ませるリード１４の内端
部分、エミッタ用ワイヤ８．ベース用ワイヤ９．コレク
タ用ワイヤ２１等がレジンからなるパッケージ１３で封
止される。

この際、ヘッダ１６の裏面はパッケージ１３から露出す
るとともに、ヘッダ１６の先端はパッケージ１３から突
出するようにパンケージングされる。

つぎに、前記ダム２６が切断除去されるとともに、各リ
ード１４や支持片２２．２７は、外枠２４や内枠２５か
ら分断され、第１図に示されるようなパワートランジス
タ１２が組み立てられる。

このようなパワートランジスタ１２を、第６図に図に示
すような回路に組み込み、モータ等の負荷りを動作させ
る。この際、何等かのトラブルで過負荷が生じ、コレク
タとエミッタ間に過電流が流れた場合、第２図に示され
るように、コレクタ用ワイヤ２１はエミッタ用ワイヤ８
りも細いため溶断し、コレクタリード１５とヘッダ１６
、換言するならば、コレクタ部分が一部で切れた状態（
コレクタオープン）となり、ベース側にその後大電流は
流れなくなる。したがって、パワートランジスタ１２が
ショートモードで破壊しても、ベース側には大電流は流
れないため、ベース前段のドライブ回路１９の破損は生
じなくなる。これは、パワートランジスタ１２の破１員
に伴って他の付帯回路部品が破損しないこととなり、修
理が簡単であるとともに１、修理費用が安くなることを
意味し好ましい。

また、パワートランジスタ１２がショートモードで破壊
する際、コレクタ用ワイヤ２１が溶断しコレクタがオー
プンとなるため、その後にパッケージ１３内で大電流が
流れて爆発が起きるようなこともないことから、従来の
ように、パワートランジスタ１２の破壊時に大きな爆発
音を発じたり、パッケージを形作るレジンが飛び敗るよ
うなこともなくなり安全性も高い。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明のパワートランジスタは、チップのエミッ
タ、ベース、コレクタ各部はエミッタリード、ベースリ
ード。コレクタリードとの間にそれぞれエミッタ用ワイ
ヤ、ベース用ワイヤ、コレクタ用ワイヤを介在させて電
気的に２がっているとともに、コレクタ用ワイヤはエミ
ッタ用ワイヤよりも細くなっており、過電流がエミッタ
・コレクタ間に流れた場合、コレクタ用ワイヤが溶断す
るため、パワートランジスタが破壊してもベース前段の
回路を破損させることはないという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明のパワートランジスタ
は過電流が流れた場合、コレクタ用ワイヤが溶断してコ
レクタオーブンとなるため、その後ベース・コレクタ間
に大電流が流れることもないことから、レジン飛散や大
きな爆発音を発する爆発も起きず安全であるという効果
が得られる。

（３）上記（１）により、本発明のパワートランジスタ
は過電流によってパワートランジスタのみが破壊し、パ
ワートランジスタに連なる回路構成部品が破壊しないた
め、電子機器の被害を少なくできるという効果が得られ
る。

（４）本発明のリードフレームは、リードとヘッダとは
連結されておらず、パワートランジスタの組立時にワイ
ヤによって始めて電気的に接続される構造となっている
ことから、上記（３）のように、パワートランジスタ自
身の破壊時に他の回路部品を損傷することがないという
効果が得られる。

（５）上記（１）〜（４）により、本発明によれば、過
電流によるパワートランジスタの破壊は、他の回路構成
部品をｔ員傷させることなくかつ安全に破壊するという
相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではな（、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。たとえば、コレクタ用ワ
イヤ２１がベース用ワイヤ９よりも早く）専断するよう
にするために、ベース用ワイヤ９の使用本数を多くして
も前記実施例同様な効果が得られる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるバイポーラパワート
ランジスタに適用した場合について説明したが、それに
限定されるものではなく、たとえば、パワーＭＯ３ＦＥ
Ｔ、ハイブリッドＴＯ等他の電子部品にも適用できる。

〔発明の効果〕

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

本発明のパワートランジスタは、チップを主面に固定し
、かつチップのコレクタ領域と導通状態となるヘッダと
、コレクタリードとは一体とはならず不連続となり、パ
ッケージ内でコレクタ用ワイヤを介して電気的に繋がっ
ている。また、このコレクタ用ワイヤはチップのエミッ
タ電極とエミッタリードを繋ぐエミッタワイヤよりも細
くなっている。したがって、エミッタ接地で使用される
パワートランジスタは、過負荷によって過電流がエミッ
タ・コレクタ間に流れた場合、接合の破壊が生じると同
時に、コレクタリードとヘッダを電気的に接続するコレ
クタ用ワイヤが溶断する結果、過電流はベース・コレク
タ間には流れず、トランジスタの破壊だけでおさまり、
ベース前段のドライブ回路は破損されなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるパワートランジスタを
示す斜視図、 第２図は同じく過電流によって損傷を受けたパワートラ
ンジスタを示す斜視図、 第３図は同じくパワートランジスタの組立に用いられる
リードフレームを示す斜視図、第４図はパワートランジ
スタチップの概要を示す模式的断面図、 第５図は従来のパワートランジスタを示す斜視図、 第６図はパワートランジスタの使用例を示す等価回路で
ある。 １・・・パワートランジスタチップ（チップ）、２・・
・基キ反、３・・・エピタキシャル層、４・・・ベース
領域、５・・・エミッタ領域、６・・・エミッタ電極、
７・・・ベース電極、８・・・エミッタ用ワイヤ、９・
・・ベース用ワイヤ、１０・・・コレクタ電極、１２・
・・パワートランジスタ、１３・・・パフケージ、１４
・・・り一ド、１５・・・コレクタリード、１６・・・
ヘッダ、１７・・・エミッタリード、１８・・・ヘース
リード、１９・・・ドライブ回路、２０・・・電源平滑
コンデンサ、２１・・・コレクタ用ワイヤ、２２・・・
支持片、２３・・・リードフレーム、２４・・・外枠、
２５・・・内枠、２６・・・ダム、２７・・・支持片。 第　　　１　　図 第　　２　　図 ・々 ／６−′＼・・／／゛ 第　　３　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、負荷側に接続される半導体装置の端子の一部がワイ
   ヤで構成されているとともに、このワイヤは過電流に対
   して回路内で最初に溶断するように構成されていること
   を特徴とする半導体装置。 ２、導電性の固定部と、この固定部の主面に固定されか
   つ一部の電極が固定部と電気的に接続されているチップ
   と、前記チップの各電極と電気的に接続されているリー
   ドと、を有する半導体装置であって、前記固定部とリー
   ドとはワイヤを介して電気的に接続され、かつこのワイ
   ヤは他のリードとチップの電極を接続するワイヤよりも
   早く溶断するようになっていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の半導体装置。 ３、半導体装置の組立に使用されるリードフレームであ
   って、主面にチップを固定する導電性の固定部と、半導
   体装置の組立後は前記固定部と電気的に導通状態となる
   リードとを有するリードフレームであって、前記固定部
   とリードとは一部で不連続となっていることを特徴とす
   るリードフレーム。