JPWO2012137685A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
S11では、パワー半導体チップやその制御ICが用意される。
S13では、所定の長方形状の銅板をプレス加工により打ち抜いて、後述するリードフレーム形成体(図3)を作成する。これらのステップS11〜S13は、並行して実施される。
ここでは、パワー半導体チップとして、IGBT311〜316とこのIGBTにそれぞれ逆並列に接続されるFWD(Free Wheeling Diode)321〜326と、大小4個の制御IC41〜44が、絶縁回路基板1上でそれぞれ左右側に分かれて配置され、それぞれ面実装される。また、絶縁回路基板1上には、リードフレーム形成体2aがその内部端子側をパワー半導体チップ(IGBT311〜316、FWD321〜326)側の長辺近傍の電極に当接させた状態で、またリードフレーム形成体2bがその内部端子側を制御IC41〜44側の長辺近傍の電極に当接させた状態でそれぞれ配置され、リフロー半田付けされる。これにより、絶縁回路基板1とパワー半導体チップ(IGBT311〜316、FWD321〜326)、制御IC41〜44とが半田付けされると同時に、絶縁回路基板1とリードフレーム形成体2a,2bとが半田付けされる。
制御IC41〜44は、モールドされたものを用いてもよいし、ベアチップを実装してもよい。また、現状ではハイサイド用に3つの制御IC41〜43、ローサイド用に1つの制御IC44を用いているが、それらに高耐圧ICを用いることで、制御ICの数を削減できる。
リードフレーム形成体2a,2bは平板状をなし、図4に示すように、それぞれの内部端子(インナーリード)で予め30°ないし45°程度の角度で屈曲されている。また、図3に示すように、これら1対のリードフレーム形成体2a,2bは、いずれも複数本のリードがそれぞれ外部端子(アウターリード)側でタイバー20によって繋がれている。
図5は、ワイヤボンディング工程を示す平面図である。
ステップS18のワイヤボンディング工程では、絶縁回路基板1の金属パターン間および金属パターンとパワー半導体チップとの間をボンディングワイヤにより連続して接続している。金属パターンとIGBT311とFWD321を連続して接続することにより、IGBT311とFWD321との逆並列回路を形成する。IGBT312〜316とFWD322〜326についても同様に、ボンディングワイヤにて連続して接続する。ボンディングワイヤには、信号系ワイヤ51〜56とパワー系ワイヤ61〜66とでそれぞれ径が異なるワイヤを用いている。
図6において、INHU〜INHVは、ハイサイド用の制御IC41〜43への入力端子であり、ここにそれぞれIGBT311〜313の制御信号が入力される。同様に、INLU〜INLWはローサイド用の制御44への入力端子であり、ここにIGBT314〜316の制御信号が入力される。
図7は、絶縁回路基板を装着するための端子ケースの形状を示す図であって、(A)はその平面図、(B)は(A)のB−B線に沿って示す矢視断面図である。
図8は、リードフレームを垂直に曲げる一次曲げ工程後の絶縁回路基板を示す平面図である。
図9は、端子ケースにリードフレームが接着された絶縁回路基板を取り付ける工程を示す正面図である。
ステップS22では、リードフレーム形成体2a,2bの二次曲げ加工が行われる。
二次曲げ工程では、前述した図9、および図10に示すように構成されていてもよいが、図11、および図12に示すように、W0<W4の関係となるようにリードフレーム形成体2a,2bを絶縁回路基板1上に配置して、端子ケース7の本体70に挿入するとよい。このようにすると、リードフレーム形成体2a,2bの絶縁回路基板1への接合工程での微小な位置ずれがあった場合、あるいは一次曲げ加工の際の曲げ精度に微小なばらつきがあった場合でも、絶縁回路基板1を端子ケース7の本体70の基板収容部72にはめ込む際に、リードフレーム形成体2a,2bが、端子ケースに当たるのを防ぐことができる。そして、組み立て作業が容易となり、リードフレーム形成体2a,2bが変形することを防ぐことができる。
ここでは、端子ケース7のプレヒートを行った上で、端子ケース7の樹脂充填部71の内側に溶融した熱硬化性樹脂、例えばエポキシ樹脂8が注入される。このとき、絶縁回路基板1と端子ケース7の基板収容部72との間には僅かに隙間を形成しておくことにより、この隙間に充填されたエポキシ樹脂8によって端子ケース7内に絶縁回路基板1を安定に保持できる。
図14は、完成された半導体装置の外形形状を示す平面図、正面図、および側面図である。
ここでは、端子ケース7の外形寸法は、図10に示すリードフレーム形成体2a,2bの二次曲げ加工で使用されている端子ケース7と対応している。しかし、絶縁回路基板1sに半田付けされるパワー半導体チップや制御ICが小型化することで、絶縁回路基板1sの横幅W1sが、図1のものに比較して小さくなる。また、図15には示されていないが、絶縁回路基板1s縦方向長さもW2より小さくなる。
1a,1b 切り欠き部
2 外部端子
2a,2b リードフレーム形成体
7 端子ケース
8 エポキシ樹脂
10 パワー半導体モジュール
20 タイバー
311〜316 IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)
321〜326 FWD
41〜44 制御IC
51〜56 信号系ワイヤ
61〜66 パワー系ワイヤ
70 端子ケースの本体
70a,70b 溝部
71 樹脂充填部
72 基板収容部
73 貫通孔
74a,74b ねじ挿通孔
図6において、INHU〜INHVは、ハイサイド用の制御IC41〜43への入力端子であり、ここにそれぞれIGBT311〜313の制御信号が入力される。同様に、INLU〜INLWはローサイド用の制御IC44への入力端子であり、ここにIGBT314〜316の制御信号が入力される。
Claims (6)
- 複数のパワー半導体素子と該パワー半導体素子を制御する制御用集積回路を実装する絶縁回路基板と、
一端側が外部端子を構成し、他端側が半導体チップに接続される内部端子を構成するリードフレームと、
前記リードフレームの前記内部端子側を保持する端子ケースと、を備え、
前記端子ケースに前記絶縁回路基板と、前記リードフレームの前記内部端子側を収容し、前記端子ケース内を樹脂で封止した半導体装置において、
前記端子ケースに、前記絶縁回路基板の前記リードフレームとの接続面を含んで樹脂封止するための樹脂充填部を形成し、
前記リードフレームを、前記樹脂充填部の内側面に向かってL字状に屈曲して、
前記端子ケース内で前記絶縁回路基板と前記リードフレームとの接続位置にかかわらず、前記外部端子の導出位置を一定に保持したことを特徴とする半導体装置。 - 前記端子ケースの樹脂充填部の内側面はL字状をなし、前記リードフレームは、該L字状の内側面に沿って屈曲されていることを特徴とする請求の範囲第1項記載の半導体装置。
- 前記端子ケースの樹脂充填部の内側面には、前記リードフレームの導出位置に対応して、複数の溝部が形成され、前記リードフレームの前記外部端子につながる前記絶縁回路基板と垂直の部分は、前記溝部に嵌合していることを特徴とする請求の範囲第2項記載の半導体装置。
- 前記L字状に屈曲されたリードフレームは、前記絶縁回路基板に対して垂直をなし、かつ前記外部端子につながる部分が、前記絶縁回路基板の外周端部を上方へ投影した位置より外側に位置することを特徴とする請求の範囲第1項ないし第3項の何れかに記載の半導体装置。
- 複数のパワー半導体素子と該パワー半導体素子を制御する制御用集積回路を絶縁回路基板に実装し、該絶縁回路基板をそこに接続されるリードフレームの内部端子側とともに端子ケースに収容し、該端子ケース内を樹脂封止してなる半導体装置の製造方法において、
前記端子ケースは、前記絶縁回路基板を取り付ける基板収容部、樹脂を充填する樹脂充填部、および前記基板収容部と前記樹脂充填部とを連通する貫通孔を備えており、
前記パワー半導体素子と前記制御用集積回路とリードフレーム形成体とを前記絶縁回路基板に半田接合する工程と、
前記リードフレームを、前記貫通孔より内側で前記絶縁回路基板の主面に対して垂直に曲げる一次曲げ工程と、
前記絶縁回路基板を前記端子ケースに取り付ける工程と、
前記端子ケースの前記樹脂充填部の内側面に沿わせて曲げる二次曲げ工程と、
前記樹脂充填部に封止樹脂を充填する工程と、
からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記二次曲げ工程は、前記一次曲げ工程で垂直に立ち上げた前記リードフレームを外側へ広げるように曲げる工程と、前記端子ケースの前記樹脂充填部の内側面に形成されたL字状の段差を下型とし、上型を前記リードフレームに押し当てて、該リードフレームを前記端子ケースの前記L字状の段差に沿わせて屈曲させる工程からなることを特徴とする請求の範囲第5項記載の半導体装置の製造方法。
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