JPWO2017085866A1 - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

半導体装置（１００）は、本体部（５０）と、半導体素子（５１）と、封止部（６０）と、封止部（６０）から外方である第１方向に突出した第１リード（１０）と、を備えている。第１リード（１０）は、第１方向に沿って設けられた第１基端部（１１）と、第２方向に第１基端部（１１）から突出するとともに位置決め突起（２１０）が挿入されるための位置決め穴（１３）が形成された突出部（１２）と、第１基端部（１１）に屈曲部（１５）を介して設けられた第１先端部（１７）とを有している。突出部（１２）にはスリット（１４）が形成されており、スリット（１４）の屈曲部側のスリット側端部（１４ａ）から第１方向に沿って延びた直線上に又は当該直線よりも屈曲部（１５）と反対側に、位置決め穴（１３）の第１基端部（１１）側の位置決め穴側端部（１３ａ）が位置している。

Description

本発明は、半導体装置に関する。
従来より、パワーモジュール等からなる半導体装置を外部部材であるヒートシンクや筐体内に固定することが行われている。このように半導体装置を例えば筐体内に固定する場合、例えばネジが用いられるが、ネジが通る貫通穴とネジ穴とを位置合わせを行おうとしても、筐体に対して半導体装置が動き易いため、組み立て作業効率が低下するといった問題がある。このような不都合を解決するために、特開２０１５−１２０３６７に開示された構成が提案されている。この特開２０１５−１２０３６７に開示された半導体装置は、筐体に固定される前に、当該半導体装置を筐体に対して位置決めする位置決め手段を有している。そして、この位置決め手段は、筐体の側壁部の内側に設けられた位置決め突起と、パワーモジュールに設けられて位置決め突起が嵌合する嵌合穴を有する位置決め用端子とで構成されていることも開示されている。しかしながら、特開２０１５−１２０３６７のように位置決め用端子を設けると、位置決め用端子を設けるスペースが必要となり、半導体装置の外形サイズが大きくなってしまう。
なお、リードフレームを構成する厚板金属板に備えられたネジ止め穴の両側もしくは周辺にスリットを配置することは知られているが（特開２００２−３０５２８０）、この特開２００２−３０５２８０で用いられているスリットは、スリットに囲まれた範囲を押し出す加工を施すために用いられているに過ぎない。
そこで本発明の目的は、外部部材に対して固定される際に、外形サイズを大きくすること無く高い精度で位置決め可能な半導体装置を提供することにある。
本発明による半導体装置は、
本体部と、
前記本体部に実装された半導体素子と、
前記本体部及び前記半導体素子を封止樹脂で覆い、外部部材に対して固定される封止部と、
前記半導体素子と電気的に接続され、前記封止部から外方である第１方向に突出した第１リードと、
を備え、
前記第１リードが、前記第１方向に沿って設けられた第１基端部と、前記第１方向と異なる第２方向に前記第１基端部から突出するとともに位置決め突起が挿入されるための位置決め穴が形成された突出部と、前記第１基端部に屈曲部を介して設けられ、前記第１方向及び前記第２方向と異なる方向に延び、外部回路と電気的に接続するための第１先端部とを有し、
前記突出部にはスリットが形成されており、
前記スリットの屈曲部側のスリット側端部から前記第１方向に沿って延びた直線よりも屈曲部と反対側に、前記位置決め穴の中心部が位置している。
本発明による半導体装置において、
前記スリットの屈曲部側のスリット側端部から前記第１方向に沿って延びた直線上に又は当該直線よりも屈曲部と反対側に、前記位置決め穴の第１基端部側の位置決め穴側端部が位置していてもよい。
本発明による半導体装置において、
前記スリットは、前記第２方向において前記屈曲部に隣接して設けられてもよい。
本発明による半導体装置は、
前記封止部から外方に突出し、前記封止部の一側面に沿って前記第１リードと並んで配置される第２リードをさらに備え、
前記第１リードは、前記第２リードよりも前記一側面の幅方向端部側に位置していてもよい。
本発明による半導体装置において、
前記突出部は、前記第１基端部から前記第２リードが存在しない方向に突出してもよい。
本発明による半導体装置は、
前記封止部から外方に突出し、前記封止部の一側面に沿って前記第１リードと並んで配置される第２リードをさらに備え、
前記第１リードの前記第１基端部の幅は、前記第２リードの基端部の幅と同じ大きさになっていてもよい。
本発明による半導体装置は、
前記封止部から外方に突出し、前記封止部の一側面に沿って前記第１リードと並んで配置される第２リードをさらに備え、
前記第１リードは２つ設けられており、
前記第１リードの一方は前記第２リードの前記一側面の幅方向一端部側に位置し、
前記第１リードの他方は前記第２リードの前記一側面の幅方向他端部側に位置し、
各突出部は、前記第１基端部から前記第２リードが存在しない方向に突出してもよい。
本発明によれば、半導体素子及び外部回路と電気的に接続された第１リードが設けられている。このため、特開２０１５−１２０３６７のように、半導体素子と電気的に接続されていない位置決め用端子を別途設ける必要がない。したがって、外形サイズを従前と比較して同程度のものにすることができる（外形サイズを特開２０１５−１２０３６７に開示された半導体装置と比較して小さくすることができる。）。また、突出部にスリットが設けられるとともに、このスリットの屈曲部側のスリット側端部から第１方向に沿って延びた直線よりも屈曲部と反対側に、位置決め穴の中心部が位置しているので、折り曲げて屈曲部を形成する際に突出部に形成された位置決め穴の形状の歪みを防止することができる。したがって、本発明の半導体装置は、屈曲部を形成する際の曲げ加工による位置決め穴の変形が抑えられているため、位置決め穴を用いた位置決めを高い精度で行うことができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置において樹脂封止されていないときの平面図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置の平面図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置の斜視図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置を筐体に装着する際の組立図である。 図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態による半導体装置を筐体に装着した後の平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）を直線Ｂ−Ｂで切断した際の断面図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態の一例による半導体装置の位置決め穴近辺を拡大した平面図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態の別の例による半導体装置の位置決め穴近辺を拡大した平面図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態の第２リードを拡大した平面図である。 図９は、本発明の第１の実施の形態において、切断して第１リード、第２リード及び第３リードが形成される前の平面図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態による半導体装置の平面図である。
第１の実施の形態
《構成》
図１に示すように、本実施の形態の半導体装置１００は、本体部５０と、本体部５０に複数の導電層５２を介して実装された複数の半導体素子５１と、を有している。半導体装置１００は、本体部５０及び半導体素子５１を封止樹脂６２で覆い、外部部材に対して固定される封止部６０（図２参照）と、半導体素子５１と電気的に接続され、封止部６０から外方である第１方向に突出した第１リード１０（図１参照）も有している。なお、半導体素子５１と、第１リード１０、後述する第２リード２０及び第３リード３０とは、導電層５２、ワイヤ５３等によって接続されることで、電気的に接続される。本実施の形態の本体部５０は板形状となっており、板形状になった本体部５０上に複数の半導体素子５１が載置されている。本実施の形態において「第１方向」は図１の「下方向」を意味する。
図２に示すように、封止部６０は、枠体６１と、枠体６１内に充填された封止樹脂６２とを有している。枠体６１には、枠体６１を外部部材に対して固定するために、ネジ等の固定部材２３０（図４参照）が挿入される貫通穴６３が設けられている。外部部材としては、一例として、車両に搭載される筐体２００（図４参照）を挙げることができる。本実施の形態では、外部部材として筐体２００を用いて説明するが、これに限られることはない。
本実施の形態の第１リード１０は板形状となっている。図６及び図７に示すように、第１リード１０は、第１方向に沿って設けられた第１基端部１１と、第１方向と異なる第２方向に第１基端部１１から突出するとともに位置決め突起２１０（図４及び図５参照）が挿入されるための位置決め穴１３が形成された突出部１２と、第１基端部１１に屈曲部１５を介して設けられ、第１方向及び第２方向と異なる方向に延び、外部回路と電気的に接続するための第１先端部１７とを有している。本実施の形態において「第２方向」は図１の「左方向」を意味する。また、第１先端部１７は、一例として図３に示すように、第１方向及び第２方向に直交する方向に延びている。図４及び図５に示す位置決め突起２１０は例えば樹脂材料によって形成されている。位置決め穴１３に対して位置決め突起２１０はわずかに小さくなっており、位置決め突起２１０を位置決め穴１３に挿入した状態で半導体装置１００が回転可能になってもよい。また、位置決め突起２１０はテーパー形状になっており、位置決め穴１３内に位置決め突起２１０を挿入すると、位置決め穴１３の内周面と位置決め突起２１０の外周面とが当接するようになってもよい。そして、このような状態で半導体装置１００が回転可能なってもよい。
図６及び図７に示すように、第１リード１０の突出部１２にはスリット１４が形成されている。スリット１４の屈曲部側のスリット側端部１４ａから第１方向に沿って延びた直線上に（図７参照）又は当該直線よりも屈曲部１５と反対側に、位置決め穴１３の第１基端部１１側の位置決め穴側端部１３ａが位置してもよい。なお、屈曲部側のスリット側端部１４ａから第１方向に沿って延びた直線上に第１基端部１１側の位置決め穴側端部１３ａが位置するとは、例えば、屈曲部側のスリット側端部１４ａに、第１リード１０の幅（図６及び図７の左右方向の長さ）の１／５０の太さを有する「第１方向に沿って延びた直線」の中心を位置づけた際に、その直線上に、第１基端部１１側の位置決め穴側端部１３ａが位置することを意味する。また、「第１方向に沿って延びた直線」は後述する「第３方向」に沿って延びた直線と同じ意味であるので、本実施の形態では「第１方向に沿って延びた直線」という文言を用いる。
図６及び図７に示すように、スリット１４は、第２方向において屈曲部１５に隣接して設けられてもよい。また、スリット１４の長さは、例えば、封止部６０から外方に突出した第１基端部１１の長さの１／２５〜１／５とすることができる。スリット１４の長さを長くすることで、後述する位置決め穴１３が変形することを抑止する効果を高めることができる。他方、スリット１４の長さを短くすることで、封止部６０から外方に突出する第１基端部１１の長さを長くすることなく、大きな位置決め穴１３を採用することもできるようになる。
本実施の形態では、図１乃至図３に示すように、封止部６０から外方に突出し、封止部６０の一側面（図１の下方側面）に沿って第１リード１０と並んで配置される第２リード２０が設けられている。そして、第１リード１０は、第２リード２０よりも一側面の幅方向端部側に位置している。より具体的には、本実施の形態には複数（４つ）の第２リード２０が設けられている。そして、この第２リード２０よりも幅方向端部側の一つである図１の左側に第１リード１０が設けられている。
本実施の形態の第２リード２０は板形状となっている。各第２リード２０は、図８に示すように、第１方向に沿って設けられた第２基端部２１と、第２基端部２１に屈曲部２５を介して設けられ、第１方向及び第２方向と異なる方向に延び、外部回路と電気的に接続するための第２先端部２７とを有してもよい。本実施の形態では、一例として、図３に示すように、第２先端部２７は第１方向及び第２方向に直交する方向に延びており、第１先端部１７と平行に延びている。
突出部１２は、第１基端部１１から第２リード２０が存在しない方向に突出してもよい。図１に示す態様では、突出部１２は、第１基端部１１から図１の左方向に突出している。
第１リード１０の第１基端部１１の幅Ｗ１（図６及び図７参照）は、第２基端部２１の幅Ｗ２（図８参照）と同じ大きさになってもよい。これに限られることはなく、第１基端部１１の幅Ｗ１は、第２基端部２１の幅Ｗ２よりも大きくなってもよいし小さくなってもよい。なお、本実施の形態では、第１基端部１１の幅Ｗ１は第１リード１０の屈曲部１５の幅と同じ大きさとなり、第２基端部２１の幅Ｗ２は第２リード２０の屈曲部２５の幅と同じ大きさとなっている。なお、本実施の形態において「同じ大きさ」というのは、全体の大きさに対して±５％の範囲内にあることを意味する。つまり、第１基端部１１の幅Ｗ１が第２基端部２１の幅Ｗ２と同じ大きさになっているというのは、Ｗ１が０．９５×Ｗ２〜１．０５×Ｗ２の範囲内にあることを意味する。
また、突出部１２の幅Ｗ３（図６及び図７参照）は、第１基端部１１の幅Ｗ１よりも小さくなってもよいし大きくなってもよい。また、突出部１２の幅Ｗ３は、第１基端部１１の幅Ｗ１と同じ大きさとなってもよい。なお、突出部１２の幅Ｗ３は位置決め穴１３の大きさに基づいて決定されてもよい。位置決め穴１３の大きさが小さい場合には突出部１２の幅Ｗ３を小さくすることができ、第１リード１０の幅方向の大きさを小さくすることができる。
図１乃至図３に示すように、封止部６０から外方に突出し、封止部６０の他側面に沿って配置される第３リード３０が設けられてもよい。本実施の形態の封止部６０は略矩形状となっている。そして、本実施の形態の「他側面」は「一側面」に対向する側面のことを意味し、図１では上方側面のことを意味している。図１に示すように、第３リード３０は複数設けられてもよい。
各第３リード３０は、第１方向と反対方向である第３方向（図１の上方向）に沿って設けられた第３基端部３１と、第３基端部３１に屈曲部３５を介して設けられ、第３方向及び第２方向と異なる方向に延び、外部回路と電気的に接続するための第３先端部３７とを有してもよい。図３に示すように、本実施の形態では、第３先端部３７は第３方向及び第２方向に直交する方向に延びており、第１先端部１７及び第２先端部２７と平行に延びている。なお、図１では、第２方向と反対方向を第４方向として示している。
本実施の形態では、第３基端部３１の幅は第２基端部２１の幅Ｗ２よりも細くなっている。また、第３リード３０の本数は、第１リード１０及び第２リード２０の合計本数よりも多くなっている。但し、これらはあくまでも一例であり、第３基端部３１の幅は第２基端部２１の幅Ｗ２よりも大きくなってもよい。第３リード３０の本数は、第１リード１０及び第２リード２０の合計本数よりも少なくなってもよい。
図９では、切断して第１リード１０、第２リード２０及び第３リード３０が形成される前の部材の平面図が示されている。このように平板形状のリードフレーム１１０に、平板形状のプレ第１リード１０ａ、プレ第２リード２０ａ及びプレ第３リード３０ａが形成されている。
図９に示すように、位置決め穴１３は、タイバー８０よりも第１方向側（図９の下方側）であって、屈曲部１５が形成される予定の箇所１７ａよりも第３方向側（図９の上方側）に位置してもよい。なお、屈曲部１５，２５，３５を形成する際には、例えば基端部１１，２１，３１を図示しない挟持部で挟持しつつ先端側を略９０度で折り曲げればよい。
《作用・効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による作用・効果であって、まだ述べていない作用・効果について説明する。
本実施の形態によれば、半導体素子５１及び外部回路に、電気的に接続された第１リード１０が設けられている。このため、特開２０１５−１２０３６７のように、半導体素子５１と電気的に接続されていない位置決め用端子を別途設ける必要がない。したがって、外形サイズを従前と比較して同程度のものにすることができる（外形サイズを特開２０１５−１２０３６７に開示された半導体装置と比較して小さくすることができる。）。また、突出部１２にスリット１４が設けられるとともに、このスリット１４の屈曲部側のスリット側端部１４ａから第１方向に沿って延びた直線よりも屈曲部１５と反対側に、位置決め穴１３の中心部が位置しているので、折り曲げて屈曲部１５を形成する際に突出部１２に形成された位置決め穴１３の形状の歪みを防止することができる。このため、本実施の形態の半導体装置１００は、屈曲部１５を形成する際の曲げ加工による位置決め穴１３の変形が抑えられる。この結果、位置決め穴１３を用いた位置決めを高い精度で行うことができる。なお、本実施の形態のように位置決めを高い精度で行うことができることは、迅速な製造組立に寄与し、特に車両のように大量生産する場合には強く要望されるものである。
本実施の形態において、屈曲部側のスリット側端部１４ａから第１方向に沿って延びた直線上又は当該直線よりも屈曲部１５と反対側に第１基端部１１側の位置決め穴側端部１３ａが位置している態様を採用した場合には（図７参照）、位置決め穴１３の全体に対してスリット１４によって力が加わることをより確実に防止できるので、折り曲げて屈曲部１５を形成する際に位置決め穴１３の形状が歪むことをより確実に防止することができる。
特に、図７に示すように、屈曲部側のスリット側端部１４ａから第１方向に沿って延びた「直線上」に第１基端部１１側の位置決め穴側端部１３ａが位置している態様を採用した場合には、位置決め穴１３の形状が歪むことをより確実に防止しつつ、幅方向（第２方向）における突出部１２の大きさを極力小さくすることができる点で有益である。
本実施の形態において、図６及び図７に示すように、スリット１４が第２方向において屈曲部１５に隣接して設けられている態様を採用した場合には、折り曲げて屈曲部１５を形成する際に加わる応力が加わることを隣接するスリット１４により効率よく遮断できる。また、このようにスリット１４を屈曲部１５に隣接させることで、幅方向（第２方向）における突出部１２の大きさを極力小さくすることができる。
本実施の形態において、図１及び図２に示すように、第１リード１０が第２リード２０よりも一側面の幅方向端部側（図１及び図２の左側）に位置している態様を採用した場合には、第１リード１０及び（複数の）第２リード２０を均等に配置することができる。また、幅方向端部には空いたスペースがあることから、第１リード１０は幅方向端部（図１及び図２の左側端部）に配置されていることが半導体装置１００を小型化するという観点からは有益である。
本実施の形態において、図１及び図２に示すように、突出部１２が第１基端部１１から第２リード２０が存在しない方向に突出する態様を採用した場合には、突出部１２が幅方向の端部に位置することになるので、第１リード１０の第１基端部１１及び（複数の）第２リード２０の第２基端部２１を均等に配置することができる。
本実施の形態において、第１基端部１１の幅Ｗ１が第２基端部２１の幅Ｗ２と同じ大きさになっている態様を採用した場合には、第１リード１０及び第２リード２０における抵抗を概ね同じ値にすることを期待できる。これは、電圧がかかった場合であっても位置決め穴１３が形成された突出部１２にはあまり電流が流れないことが想定されるためである。このように第１リード１０及び第２リード２０における抵抗を概ね同じ値にすることで、第１リード１０を第２リード２０と実質的に同じ性能を有するものとして半導体装置１００を設計及び製造することができる点で有益である。
図９に示すように、位置決め穴１３が、タイバー８０よりも第１方向側（図９の下方側）に位置している場合には、封止部６０の封止樹脂６２を形成するための樹脂を注入する際に、位置決め穴１３を介して樹脂が漏れ出すことを防止することができる。なお、位置決め穴１３が、屈曲部１７が形成される予定の箇所１７ａよりも第３方向側（図９の上方側）に位置することで、屈曲部１７を形成する際に位置決め穴１３が歪んでしまうことを防止できる。
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図１０に示すように、第２の実施の形態では、第１リード１０が２つ設けられている。そして、第１リード１０の一方は第２リード２０の一側面の幅方向一端部側（図１０の左側）に位置し、第１リード１０の他方は第２リード２０の一側面の幅方向他端部側（図１０の右側）に位置している。各突出部１２は、第１基端部１１から第２リード２０が存在しない方向に突出するようになっている。つまり、幅方向一端部側に位置する第１リード１０では、突出部１２が第１基端部１１から図１０の左側に突出し、幅方向他端部側に位置する第１リード１０では、突出部１２が第１基端部１１から図１０の右側に突出している。
第２の実施の形態において、その他の構成は、第１の実施の形態と略同一の態様となっている。
重複することから記載を省略するが、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施の形態によれば、第１リード１０が２つ設けられているので、筐体２００に半導体装置１００を取り付ける際に２点で位置決めを行うことができる。このため、位置決め突起２１０を位置決め穴１３に挿入するだけで、半導体装置１００を回転させることなく位置決めできる。したがって、より迅速に、かつ、より高い位置決め効果を期待できる。前述したように、特に車両のように大量生産する場合には、迅速な製造組立が強く要望されることから、本実施の形態のように、より迅速に、かつ、より高い位置決め効果を期待できることは、非常に有益なものとなる。
最後になったが、上述した各実施の形態の記載及び図面の開示は、請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。
１０ 第１リード
１１ 第１基端部
１２ 突出部
１３ 位置決め穴
１３ａ 位置決め穴側端部
１４ スリット
１４ａ 屈曲部側のスリット側端部
１５ 屈曲部
１７ 第１先端部
２０ 第２リード
５０ 本体部
５１ 半導体素子
６０ 封止部
６２ 封止樹脂
６３ 貫通穴
２００ 筐体（外部部材）
２１０ 位置決め突起
Ｗ１ 第１基端部の幅
Ｗ２ 第２基端部の幅

Claims (7)

  1. 本体部と、
    前記本体部に実装された半導体素子と、
    前記本体部及び前記半導体素子を封止樹脂で覆い、外部部材に対して固定される封止部と、
    前記半導体素子と電気的に接続され、前記封止部から外方である第１方向に突出した第１リードと、
    を備え、
    前記第１リードは、前記第１方向に沿って設けられた第１基端部と、前記第１方向と異なる第２方向に前記第１基端部から突出するとともに位置決め突起が挿入されるための位置決め穴が形成された突出部と、前記第１基端部に屈曲部を介して設けられ、前記第１方向及び前記第２方向と異なる方向に延び、外部回路と電気的に接続するための第１先端部とを有し、
    前記突出部にはスリットが形成されており、
    前記スリットの屈曲部側のスリット側端部から前記第１方向に沿って延びた直線よりも屈曲部と反対側に、前記位置決め穴の中心部が位置していることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記スリットの屈曲部側のスリット側端部から前記第１方向に沿って延びた直線上に又は当該直線よりも屈曲部と反対側に、前記位置決め穴の第１基端部側の位置決め穴側端部が位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記スリットは、前記第２方向において前記屈曲部に隣接して設けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の半導体装置。
  4. 前記封止部から外方に突出し、前記封止部の一側面に沿って前記第１リードと並んで配置される第２リードをさらに備え、
    前記第１リードは、前記第２リードよりも前記一側面の幅方向端部側に位置していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
  5. 前記突出部は、前記第１基端部から前記第２リードが存在しない方向に突出することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記封止部から外方に突出し、前記封止部の一側面に沿って前記第１リードと並んで配置される第２リードをさらに備え、
    前記第１リードの前記第１基端部の幅は、前記第２リードの基端部の幅と同じ大きさになっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記封止部から外方に突出し、前記封止部の一側面に沿って前記第１リードと並んで配置される第２リードをさらに備え、
    前記第１リードは２つ設けられており、
    前記第１リードの一方は前記第２リードの前記一側面の幅方向一端部側に位置し、
    前記第１リードの他方は前記第２リードの前記一側面の幅方向他端部側に位置し、
    各突出部は、前記第１基端部から前記第２リードが存在しない方向に突出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
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