JPWO2020095614A1 - リードフレーム配線構造及び半導体モジュール - Google Patents

リードフレーム配線構造及び半導体モジュール Download PDF

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Abstract

半導体素子に対する応力集中を軽減すること。リードフレーム配線（７）は、一方側に配置される半導体素子にはんだ接合される第１接合部（７１）と、他方側に配置される接続対象にはんだ接合される接合部（７２）と、接合部（７１）と接合部（７２）を連結する連結部（７３）とを有する。連結部は、連結面部（７３ａ）と、連結面部の一方側の端部から第１接合部側に延びる第１脚部（７３ｂ）と、連結面部の他方側の端部から第２接合部側に延びる第２脚部（７３ｃ）とを有する。第１脚部は、第１接合部における一方側の端部と他方側の端部との間に配置される当該第１接合部の外縁部の一部に接続される。

Description

本発明は、リードフレーム配線構造及び半導体モジュールに関する。
半導体モジュールは、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等の半導体素子が設けられ、産業用途としてエレベータなどのモータ駆動制御インバータ等に利用されている。また、近年では、車載用モータ駆動制御インバータにも広く利用されている。車載用モータ駆動制御インバータでは、燃費向上のため小型・軽量化や、エンジンルーム内の配置のため高温動作環境での長期信頼性が要求される。
従来、このような小型・軽量化や高温動作環境での長期信頼性の要求に対応するために、半導体チップ（半導体素子）と電極パターンとの間をリードフレーム配線方式で接続する半導体モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。リードフレーム配線方式とは、金属板の型加工により成形されたリードフレーム配線を用いて、半導体チップを支持固定し、半導体チップと電極パターンとを接続する方式である。
特開２０１８−４６１６４号公報
一般に、上述したリードフレーム配線においては、その両端部にＬ字状の折り曲げ部が設けられ、この折り曲げ部の水平面の下面で半導体チップや電極パターンの上面にはんだで接合される。はんだによる半導体チップ等への接合の際には、折り曲げ部の垂下面部にはんだが這い上がる事態が発生し得る。折り曲げ部の水下面部にはんだが這い上がると、半導体チップ上面に熱変形による応力（歪み）が集中し、半導体チップが破損する事態が発生し得る。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、半導体素子に対する応力集中を軽減することができるリードフレーム配線構造及び半導体モジュールを提供することを目的の１つとする。
本実施形態のリードフレーム配線構造は、リードフレーム配線の一方側に配置される半導体素子と、前記リードフレーム配線の他方側に配置される接続対象とを電気的に接続するリードフレーム配線構造であって、前記半導体素子にはんだ接合される第１接合部と、前記第１接合部から離間して配置され前記接続対象にはんだ接合される第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部とを連結する連結部と、を有し、前記連結部は、前記第１接合部及び前記第２接合部から上下方向に離間して配置される連結面部と、前記連結面部の前記一方側の端部から前記第１接合部側に延びる第１脚部と、前記連結面部の前記他方側の端部から前記第２接合部側に延びる第２脚部とを有し、前記第１脚部は、前記第１接合部における前記一方側の端部と前記他方側の端部との間に配置される当該第１接合部の外縁部の一部に接続されることを特徴としている。
本発明によれば、半導体チップに対する応力集中を軽減することができる。
本実施の形態に係るリードフレーム配線構造が適用された半導体モジュールの構成を示す断面図である。 本実施の形態に係る半導体モジュールが有するリードフレーム配線の平面図である。 本実施の形態に係るリードフレーム配線の斜視図である。 本実施の形態に係るリードフレーム配線の加工前の展開図である。 本実施の形態に係るリードフレーム配線の加工過程の状態の斜視図である。 本実施の形態に係るリードフレーム配線の加工過程の状態の斜視図である。 本実施の形態に係るリードフレーム配線と半導体チップの位置関係の説明図である。 本実施の形態の変形例に係るリードフレーム配線の斜視図及び加工前の展開図である。 本実施の形態の変形例に係るリードフレーム配線の斜視図及び加工前の展開図である。 従来のリードフレーム配線の半導体素子に対する接合箇所の拡大模式図である。
車載用モータ駆動制御インバータ等に利用される半導体モジュールでは、小型・軽量化や高温動作環境での長期信頼性の要求に対応するために、半導体チップと電極パターンとの間をリードフレーム配線で接続するリードフレーム配線方式を採用するものが知られている。以下、従来のリードフレーム配線の構成について、図１０を参照して説明する。図１０は、従来のリードフレーム配線の半導体素子に対する接合箇所の拡大模式図である。
一般に、リードフレーム配線において、半導体チップ等に接続される部分には、図１０に示すように、側面視にて、略垂直に延在する垂下面部１０１と、垂下面部１０１の端部からＬ字状に折り曲げられ、水平に延在する水平面部１０２とが設けられている。リードフレーム配線は、水平面部１０２の下面が半導体チップ１０３の上面に対して半田１０４によって接合される。
水平面部１０２の下方に配置された半田１０４は、水平面部１０２の下面に均等に押し広げられて接合に寄与する。一方、垂下面部１０１の下方に配置された半田１０４においては、水平面部１０２と反対側に配置された垂下面部１０１の側面１０１ａを這い上がる事態が発生し得る。半導体チップ１０３においては、通電オン−オフの繰り返し制御に伴って熱変形が繰り返し発生することとなる。半田１０４の這い上がり部１０４ａが発生した部分には、他の部分に比べて半田１０４が集中することから、半導体チップ１０３の上面に熱変形による応力（歪み）が集中し、半導体チップ１０３の破損の原因となり得る。
本発明者は、リードフレーム配線に対する曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部１０１ｂがはんだの這い上がり現象の要因となっていることに着目した。そして、曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部１０１ｂの表面積を縮小することが、はんだの這い上がり現象の発生を抑制し、半導体チップに対する応力集中の軽減に寄与することを見出し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の骨子は、リードフレーム配線の一方側に配置される半導体素子にはんだ接合される第１接合部と、リードフレーム配線の他方側に配置される接続対象にはんだ接合される第２接合部と、第１接合部と第２接合部とを連結する連結部とを有するリードフレーム配線構造において、上下方向に延びて第１接合部に接合される脚部を連結部に設けると共に、当該脚部を第１接合部における一方側の端部と他方側の端部との間に配置される外縁部の一部に接続することである。
本発明によれば、第１接合部における一方側の端部と他方側の端部との間に配置される外縁部の一部に脚部が接続される。このため、第１接合部を半導体素子に接合するためのはんだに対する脚部の接触面積を低減することができる。これにより、脚部を曲げ加工により形成する場合であっても、曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部の表面積を縮小することができるので、はんだの這い上がり現象の発生を抑制し、半導体チップに対する応力集中を軽減することができる。
以下、本実施の形態に係る半導体モジュールの構成について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係るリードフレーム配線構造が適用された半導体モジュール１の構成を示す断面図である。以下においては、説明の便宜上、図１に示す上下方向及び左右方向を半導体モジュール１の上下方向及び左右方向として説明するものとする。しかしながら、本明細書上で用いる上下方向は、必ずしも重力方向に限定されない。
図１に示すように、半導体モジュール１は、上面及び下面に電極パターン２（２ａ〜２ｃ）が設けられた絶縁基板３を備えている。絶縁基板３の上面には、離間して配置された電極パターン２ａ、２ｂが設けられている。絶縁基板３の下面には、絶縁基板３の全体に配置された電極パターン２ｃが設けられている。例えば、電極パターン２ａ〜２ｃは、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）など金属の箔や板などで構成される。電極パターン２にはニッケル（Ｎｉ）などのメッキ層が設けられてもよい。以下においては、説明の便宜上、上面及び下面に電極パターン２が設けられた絶縁基板３を積層基板４と呼ぶものとする。
電極パターン２ａの上面には、はんだ５ａを介して半導体チップ６が接合されている。例えば、半導体チップ６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）などのダイオード等の半導体素子で構成される。半導体チップ６には、ＩＧＢＴとＦＷＤを一体化したＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ、逆バイアスに対して十分な耐圧を有するＲＢ（Reverse Blocking）−ＩＧＢＴ等の半導体素子で構成されてもよい。半導体チップ６は、シリコン（Ｓｉ）、炭化けい素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などの半導体基板を用いて形成されてよい。
半導体チップ６の上面及び電極パターン２ｂの上面には、電気接続用の配線として、リードフレーム配線（以下、単に「リードフレーム」という）７が接合されている。リードフレーム７は、金属板に曲げ加工を施して構成され、概して左右方向に延在すると共に、その両端で下方側に屈曲する形状を有している。半導体チップ６の上面には、はんだ５ｂを介してリードフレーム７の一方の接合部７１が接合されている。電極パターン２ｂの上面には、はんだ５ｃを介してリードフレーム７の他方の接合部７２が接合されている。これらの接合部７１と接合部７２とは連結部７３によって連結されている。なお、リードフレーム７の構成については後述する。半導体チップ６は半導体素子の一例を構成し、電極パターン２ｂは接続対象の一例を構成する。接合部７２の接続対象は、電極パターン２ｂに限定されず、半導体モジュール１の外部端子などの構成が含まれる。リードフレーム７は、その一方側（図１に示す左方側）に配置された半導体チップ６と、その他方側（図１に示す右方側）に配置された電極パターン２ｂとを電気的に接続する。
電極パターン２ｃの下面には、はんだ５ｄを介して金属基板８が接合されている。言い換えると、金属基板８の上面にはんだ５ｄを介して積層基板４が接合されている。金属基板８は、半導体モジュール１の駆動に伴って発生する熱を放熱する役割を果たす。金属基板８は、図示しない放熱フィンを有してもよい。以下においては、説明の便宜上、金属基板８と積層基板４と半導体チップ６とが積層された部材を積層組立体９と呼ぶものとする。積層組立体９には、樹脂ケース１０が接着されている。例えば、樹脂ケース１０は、シリコンなどの接着剤により積層組立体９に接着される。
樹脂ケース１０の一部には、金属端子１１が埋め込まれている。金属端子１１は、上下方向に延在し、樹脂ケース１０を貫通している。金属端子１１の下端部１１ａは、樹脂ケース１０内に露出している。金属端子１１の上端部１１ｂは、樹脂ケース１０の外側に突出している。樹脂ケース１０内で露出する金属端子１１の一部と半導体チップ６の上面との間には、金属ワイヤ１２が接続されている。このように構成部品が配置された状態で、樹脂ケース１０の内部には、半導体チップ６を絶縁保護するため、エポキシなどの硬質樹脂や、シリコーンゲル等で構成される封止樹脂１３が充填されている。
ここで、本実施の形態に係る半導体モジュール１が有するリードフレーム７の構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施の形態に係る半導体モジュール１が有するリードフレーム７の平面図である。図３は、本実施の形態に係るリードフレーム７の斜視図である。リードフレーム７は、全体に亘って同一の厚み寸法を有する金属板に対する曲げ加工（型加工）により成形される。
図２及び図３に示すように、リードフレーム７は、概して平面で構成される接合部７１、７２と、これらの接合部７１、７２を連結する連結部７３とを含んで構成される。接合部７１は、第１接合部の一例を構成し、接合部７２は、第２接合部の一例を構成する。また、連結部７３は、連結部の一例を構成する。接合部７１と接合部７２とは、左右方向に離間して配置されている。なお、接合部７１、７２および連結部７３はそれぞれ実質的に平板形状であってよい。また、接合部７１、７２の角は、面取りされてもよい。
接合部７１は、その一方側（図２に示す左方側）に配置された狭幅部７１ｂと、その他方側（図２に示す右方側）に配置された広幅部７１ａとを有する。広幅部７１ａは、リードフレームを構成する金属板の幅方向（図２に示す上下方向）に第１の幅寸法Ｘを有する。狭幅部７１ｂは、広幅部７１ａよりも狭い幅寸法Ｙを有し、広幅部７１ａの側縁部７１ｃから左方側に突出して形成されている。
広幅部７１ａ及び狭幅部７１ｂは、平面視にて、いずれも概して長方形状を有している。例えば、広幅部７１ａ及び狭幅部７１ｂの左右方向の幅寸法は、同一に設定される。この場合、側縁部７１ｃは、接合部７１の左方側端部と右方側端部との中間位置に配置される。狭幅部７１ｂは、平面視にて、広幅部７１ａの側縁部７１ｃの中央部分（図２に示す上下方向の中央部分）に配置されている。接合部７２は、図２に示す上下方向に同一幅の平坦面で構成される。接合部７１の広幅部７１ａ及び接合部７２は、リードフレーム７を構成する金属板と同一の幅（幅寸法Ｘ）を有している。
連結部７３は、接合部７１、７２よりも上方側の位置で左右方向に延在する連結面部７３ａと、連結面部７３ａの一方側（図２に示す左方側）の端部（一端部）から接合部７１側（下方側）に向けて延びる脚部７３ｂと、連結面部７３ａの他方側（図２に示す右方側）の端部（他端部）から接合部７２側（下方側）延びる脚部７３ｃとを有している。脚部７３ｂは、第１脚部の一例を構成し、脚部７３ｃは、第２脚部の一例を構成する。本実施の形態において、脚部７３ｃは、脚部７３ｂよりも上下方向に長い寸法を有している。このため、接合部７１は、接合部７２より上方側の位置で左右方向に延在している。
脚部７３ｂには、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２が設けられている。これらの連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２は、連結面部７３ａの側端部（図２に示す上方側端部、下方側端部）に配置されている。これらの連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２は、接合部７１における一方側（図２に示す左方側）の端部（より具体的には、狭幅部７１ｂの左端部）と、接合部７１における他方側（図２に示す右方側）の端部（より具体的には、広幅部７１ａの右端部）との間に配置される外縁部７１ｄの一部に接続されている。ここで、接合部７１における一方側の端部と他方側の端部との間に配置される外縁部７１ｄとは、接合部７１における左右の端部以外の外縁部（すなわち、図２に示す上方側及び下方側の外縁部）をいう。連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２は、より具体的にいうと、狭幅部７１ｂが突出する広幅部７１ａの側縁部７１ｃの近傍であって、狭幅部７１ｂの非形成領域に接続されている。更に具体的には、連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２は、狭幅部７１ｂの外側（図２に示す上方側及び下方向側）に配置された広幅部７１ａの一部に連結されている。一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２の間には、開口部７４が形成されている。脚部７３ｃは、平面部７３ａと同一幅の平面で構成される。
次に、上記構成を有するリードフレーム７の加工工程毎の状態について、図４〜図６を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係るリードフレーム７の加工前の展開図である。図５及び図６は、本実施の形態に係るリードフレーム７の加工過程の状態の斜視図である。図４〜図６においては、図１に示した半導体モジュール１の上下方向及び左右方向を示している。図４及び図５Ａに示すように、加工前のリードフレーム７を構成する金属板７０は、平面視にて、左右方向に長手方向を有する実質的に長方形状を有している。
金属板７０には、図４に示す右方側端部寄りの位置にスリットＳＡが形成されている。スリットＳＡは、金属板７０の板面に垂直に金属板７０を貫通して形成されている。スリットＳＡは、平面視にて、金属板７０の端面と平行な方向（図４に示す上下方向）に延在する第１スリットＳ１と、第１スリットＳ１の両端部から図４に示す右方側に延びる一対の第２スリットＳ２とを有している。スリットＳＡは、平面視にて、全体として図４に示す右方側に開口したコ字形状を有している。第１スリットＳ１は、金属板７０の図４に示す中央部分で延在している。第２スリットＳ２は、それぞれ金属板７０の端面（図４に示す上下方向の端面）から僅かに内側の位置に形成され、互いに平行に延在している。金属板７０およびスリットＳＡは、角に面取りが設けられてもよい。
なお、図４〜図６においては、説明の便宜上、金属板７０に対して曲げ加工を行う位置に第１加工線ＢＬ１〜第４加工線ＢＬ４を示している。第１加工線ＢＬ１は、第２スリットＳ２の右方側端部近傍で第２スリットＳ２の外側（図４に示す上方側及び下方側）に配置されている。第２加工線ＢＬ２は、第１スリットＳ１よりも僅かに左方側の位置に配置されている。第３加工線ＢＬ３は、金属板７０の中央よりも僅かに左方側の位置に配置されている。第４加工線ＢＬ４は、金属板７０の図４に示す左方側端部寄りの位置に配置されている。これらの第１加工線ＢＬ１〜第４加工線ＢＬ４は、いずれも金属板７０の左右方向の端面と平行に延在して設けられている。
また、図４及び図５Ａにおいては、説明の便宜上、曲げ加工後のリードフレーム７の構成部分の符号を示している。図４及び図５Ａに示すように、スリットＳＡ及び第１加工線ＢＬ１よりも右方側の部分で接合部７１が構成され、第２加工線ＢＬ２と第１加工線ＢＬ１及びスリットＳＡとの間の部分で連結部７３の脚部７３ｂが構成される。また、第２加工線ＢＬ２と第３加工線ＢＬ３との間の部分で連結部７３の連結面部７３ａが構成され、第３加工線ＢＬ３と第４加工線ＢＬ４との間の部分で連結部７３の脚部７３ｃが構成され、第４加工線ＢＬ４よりも左方側の部分で接合部７２が構成される。
リードフレーム７を加工する際には、まず、第１加工線ＢＬ１に沿って、金属板７０のスリットＳＡより左方側部分を立ち上げるように曲げ加工が行われる。図５Ｂに示すように、金属板７０は、非加工部分に対して垂直になる位置まで折り曲げられる。このように金属板７０を折り曲げることにより接合部７１、連結部７３の脚部７３ｂ及び開口部７４が形成される。
このとき、スリットＳＡの内側に配置された金属板７０の部分は、接合部７１の狭幅部７１ｂを構成する。第１加工線ＢＬ１より右方側の金属板７０の部分は、接合部７１の広幅部７１ａを構成する。また、第１加工線ＢＬ１に沿って配置される広幅部７１ａの一部は、狭幅部７１ｂが突出形成される側縁部７１ｃを構成する。接合部７１に対する連結部７３の脚部７３ｂは、側縁部７１ｃ近傍であって、狭幅部７１ｂが形成されていない領域（非形成領域）に曲げ加工により形成されている。
次に、第２加工線ＢＬ２に沿って、金属板７０の第２加工線ＢＬ２より上方側部分を右方側に倒すように曲げ加工が行われる。図６Ａに示すように、第２加工線ＢＬ２よりも上方側の金属板７０の一部は、接合部７１と平行になる位置まで折り曲げられる。このように金属板７０を折り曲げることにより、連結部７３の連結面部７３ａが形成される。
次に、第３加工線ＢＬ３に沿って、金属板７０の第３加工線ＢＬ３より右方側部分を下方側に倒すように曲げ加工が行われる。図６Ｂに示すように、第３加工線ＢＬ３よりも右方側の金属板７０の一部は、一対の脚部７３ｂの延在方向と平行になる位置まで折り曲げられる。このように金属板７０を折り曲げることにより、連結部７３の脚部７３ｃが形成される。
最後に、第４加工線ＢＬ４に沿って、金属板７０の第４加工線ＢＬ４より下方側部分を上方側に起こすように曲げ加工が行われる。図３に示すように、第４加工線ＢＬ４よりも下方側の金属板７０の一部は、接合部７１と平行になる位置まで折り曲げられる。このように金属板７０を折り曲げることにより、接合部７２が形成される。このようにして、図３に示すリードフレーム７が完成する。
このように形成されたリードフレーム７が半導体チップ６及び電極パターン２ｂの上面にはんだ接合される。ここで、半導体チップ６に対するリードフレーム７の位置関係について、図７を参照して説明する。図７は、本実施の形態に係るリードフレーム７と半導体チップ６の位置関係の説明図である。図７Ａ、図７Ｂにおいては、それぞれリードフレーム７の斜視図及び平面図を示している。また、図７においては、説明の便宜上、半導体チップ６の外縁部を一点鎖線で示している。
図７Ａ、図７Ｂに示すように、本実施の形態において、リードフレーム７は、接合部７１が半導体チップ６の中央領域に配置されるように、接合部７１が半導体チップ６の上面にはんだ接合される。より具体的には、リードフレーム７は、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２が、半導体チップ６における左方側端部６１と右方側端部６２との中間位置６３を含む位置に配置されるように半導体チップ６に接合される（図７Ｂ参照）。
図７Ａに示すように、リードフレーム７においては、接合部７１における左方側端部と右方側端部との間に配置される外縁部７１ｄの一部に連結部７３の脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）が接続される。このため、接合部７１を半導体チップ６に接合するためのはんだに対する脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）の接触面積を低減することができる。これにより、脚部７３ｂを曲げ加工により形成する場合であっても、曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部の表面積を縮小することができるので、はんだの這い上がり現象の発生を抑制し、半導体チップに対する応力集中を軽減することができる。
より具体的にいうと、リードフレーム７において、はんだの這い上がり現象の要因となるＲ形状部は、連結部７３の脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）の下端部（より具体的には、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２の下端部における左方側面）のみに限定されている。これにより、接合部７１の幅方向全体にＲ形状部を有する場合と比べてＲ形状部の表面積を大幅に縮小できるので、はんだの這い上がり現象の発生を抑制し、半導体チップ６に対する応力集中を軽減することができる。
特に、本実施の形態に係るリードフレーム７において、連結部７３の脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）が、半導体チップ６における左方側端部６１と右方側端部６２との中間位置６３を含む位置に配置されている。一般に、半導体チップ６は、外周縁部近傍の部分に対する応力集中により破損し易い。これに対し、本実施の形態に係るリードフレーム７によれば、脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）が半導体チップ６の左右方向の中間位置６３を含む位置に配置されることから、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２周辺に応力が集中する場合であっても、半導体チップ６の中央近傍に応力集中箇所を配置できるので、半導体チップ６を破損し難くすることができる。
また、本実施の形態に係るリードフレーム７においては、連結面部７３ａの左方側端部から一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２が延び、接合部７１における対向する外縁部７１ｄに接続されている。これにより、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２の周辺に応力が集中する場合であっても、当該応力集中箇所を離間した位置（図７Ｂに示す上下方向に離間した位置）に配置できるので、半導体チップ６に対する応力集中の影響を低減することができる。
また、本実施の形態に係るリードフレーム７において、脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）は、金属板７０に形成されたスリットＳＡの周辺部分に曲げ加工を施すことで形成される（図５Ａ及び図５Ｂ参照）。このため、複雑な構成を必要とすることなく、簡単に曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部の表面積を縮小することができる。
さらに、本実施の形態に係るリードフレーム７において、脚部７３ｂ（一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２）は、接合部７１における左方側端部と右方側端部との間の中間位置（広幅部７１ａの側縁部７１ｃ）を含む位置に配置されている（図７Ｂ参照）。このため、リードフレーム７を接合する際の荷重を、脚部７３ｂを介して接合部７１の中央付近で受け止めることができるので、接合部７１をバランス良く半導体チップ６に接合することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている構成要素の大きさや形状、機能などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、リードフレーム７を構成する金属板７０にスリットＳＡを設け、一対の脚部７３ｂを設ける場合について説明している。しかしながら、リードフレーム７の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。図８は、本実施の形態の変形例に係るリードフレーム７Ａの斜視図（図８Ａ）及び加工前の展開図（図８Ｂ）である。なお、図８において、上記実施の形態と共通の構成については、同一の符号を付与し、説明を省略する。
図８Ｂに示すように、変形例に係るリードフレーム７Ａにおいては、金属板７０にスリットＳＢが形成される点でリードフレーム７と相違する。スリットＳＢは、金属板７０の板面に垂直に金属板を貫通して形成されている。スリットＳＢは、平面視にて、金属板７０の端面と平行（図８Ｂに示す上下方向）に延在する第３スリットＳ３と、図８Ｂに示す第３スリットＳ３の下端部から右方側に延在する第４スリットＳ４とを有している。第３スリットＳ３は、金属板７０の図８Ｂに示す上端部から下方側に、金属板７０の中央よりも僅かに下方側の位置まで延在している。第４スリットＳ４は、金属板７０の長手方向に沿って延在している。
このように構成された金属板７０に対し、上記実施の形態と同様の曲げ加工を施すことにより、図８Ａに示すリードフレーム７Ａが形成される。リードフレーム７Ａにおいては、接合部７１に接続される連結部７３の脚部７３ｂが単一の連結脚部７３ｂ３を有する点で、上記実施の形態に係るリードフレーム７と相違する。なお、連結脚部７３ｂ３は、連結脚部７３ｂ１又は連結脚部７３ｂ２に比べて幅が広く構成されている。連結脚部７３ｂ３は、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２と同様に、接合部７１における左方側端部と右方側端部との間に配置される外縁部７１ｄの一部に接続されている。
このような構成を有するリードフレーム７Ａにおいても、はんだの這い上がり現象の要因となるＲ形状部は、連結部７３の脚部７３ｂ（連結脚部７３ｂ３）の下端部のみに限定されている。これにより、接合部７１の幅方向全体にＲ形状部を有する場合と比べてＲ形状部の表面積を大幅に縮小できるので、はんだの這い上がり現象の発生を抑制し、半導体チップ６に対する応力集中を軽減することができる。
また、上記実施の形態においては、リードフレーム７を構成する金属板７０の板面に垂直にスリットＳＡを設ける場合について説明している。しかしながら、リードフレーム７の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。図９は、本実施の形態の変形例に係るリードフレーム７Ｂの斜視図（図９Ａ）及び加工前の展開図（図９Ｂ）である。なお、図９において、上記実施の形態と共通の構成については、同一の符号を付与し、説明を省略する。
図９Ｂに示すように、変形例に係るリードフレーム７Ｂにおいては、金属板７０にスリットＳＣが形成される点でリードフレーム７と相違する。スリットＳＣは、第１スリットＳ１の両端から、金属板７０の板面に垂直でなく、傾斜して形成される第５スリットＳ５を有する点でスリットＳＡと相違する。スリットＳＣの第５スリットＳ５は、図９Ｂに示す金属板７０の上端部及び下端部に向けて切り込むように形成されている。
このように構成された金属板７０に対し、上記実施の形態と同様の曲げ加工を施すことにより、図９Ａに示すリードフレーム７Ｂが形成される。リードフレーム７Ｂにおいては、接合部７１の狭幅部７１ｂの側縁部に傾斜面部７１ｅが形成される点で、上記実施の形態に係るリードフレーム７と相違する。傾斜面部７１ｅは、狭幅部７１ｂの外側に下方側に向かって幅方向の寸法が大きくなるように形成されている。傾斜面部７１ｅは、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２と、接合部７１を接合するためのはんだとの接触を規制する規制部の一例を構成する。
このような構成を有するリードフレーム７Ｂにおいては、狭幅部７１ｂの外側に下方側に向かって幅方向の寸法が大きくなる傾斜面部７１ｅが接合部７１に形成されている。これにより、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２における左方側面に対するはんだの接触が規制されることから、一対の連結脚部７３ｂ１、７３ｂ２における左方側面に対するはんだの這い上がり現象の発生を抑制できるので、半導体チップ６に対する応力集中を効果的に軽減することができる。
なお、ここでは、傾斜面部７１ｅの下方側端部を広幅部７１ａの端面（図９Ｂに示す上下方向の端面）と同一位置に配置する場合について説明している。しかしながら、傾斜面部７１ｅの下方側端部の位置については、これに限定されない。傾斜面部７１ｅの下方側端部の位置は、狭幅部７１ｂの上端部の位置よりも外側（図９Ｂに示す上下方向側）に配置されることを前提として任意の位置に配置することができる。
下記に、上記の実施の形態における特徴点を整理する。
上記実施の形態に係るリードフレーム配線構造は、半導体素子と接続対象とを電気的に接続するリードフレーム配線構造であって、前記半導体素子にはんだ接合される第１接合部と、前記第１接合部から離間して配置され前記接続対象にはんだ接合される第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部を連結する連結部と、を有し、前記連結部は、前記第１接合部及び前記第２接合部から上下方向に離間して配置される連結面部と、前記連結面部の一方側の端部から前記第１接合部側に延びる第１脚部と、前記連結面部の他方側の端部から前記第２接合部側に延びる第２脚部と、を有し、前記第１脚部は、前記第１接合部における前記一方側の端部と前記他方側の端部との間に配置された外縁部の一部に接続されることを特徴とする。この構成によれば、第１接合部における一方側の端部と他方側の端部との間に配置された外縁部の一部に第１脚部が接続される。このため、第１接合部を半導体素子に接合するためのはんだに対する第１脚部の接触面積を低減することができる。これにより、第１脚部を曲げ加工により形成する場合であっても、曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部の表面積を縮小することができるので、はんだの這い上がり現象の発生を抑制し、半導体チップに対する応力集中を軽減することができる。
上記実施の形態に係るリードフレーム配線構造において、前記第１脚部は、前記第１接合部における前記一方側の端部と前記他方側の端部との中間位置を含む位置に配置される。この構成によれば、第１脚部が第１接合部における一方側の端部と他方側の端部との中間位置を含む位置に配置されることから、リードフレーム配線を接合する際の荷重を、第１脚部を介して第１接合部の中央付近で受け止めることができるので、第１接合部をバランス良く半導体素子に接合することができる。
上記実施の形態に係るリードフレーム配線構造において、前記第１脚部は、リードフレーム配線を構成する金属板に形成されたスリットの周辺部分に曲げ加工を施すことで形成される。この構成によれば、金属板に形成されたスリットの周辺部分に曲げ加工を施すことで第１脚部が形成されることから、複雑な構成を必要とすることなく、簡単に曲げ加工に伴って形成されるＲ形状部の表面積を縮小することができる。
上記実施の形態に係るリードフレーム配線構造において、前記第１接合部が前記半導体素子に接合された状態において、前記第１脚部は、前記半導体素子における前記一方側の端部と前記他方側の端部との中間位置を含む位置に配置される。この構成によれば、第１脚部が半導体素子における一方側の端部と他方側の端部との中間位置を含む位置に配置されることから、第１脚部の周辺に応力が集中する場合であっても、半導体素子の外周縁部近傍ではなく中央近傍に応力集中箇所を配置できるので、半導体素子を破損し難くすることができる。
上記実施の形態に係るリードフレーム配線構造において、前記連結面部の前記一方側の端部から前記第１接合部側に一対の前記第１脚部が延び、前記第１接合部における対向する外縁部に接続される。この構成によれば、第１接合部における対向する外縁部に一対の第１脚部が接続されることから、第１脚部の周辺に応力集中が発生する場合であっても、当該応力集中箇所を離間した位置に配置できるので、半導体素子に対する応力集中の影響を低減することができる。
上記実施の形態に係るリードフレーム配線構造において、前記第１接合部は、前記第１脚部における前記一方側の面に対するはんだの接触を規制する規制部を有する。この構成によれば、第１脚部における一方側の面に対するはんだの接触が規制されることから、第１脚部における一方側の面に対するはんだの這い上がり現象の発生を抑制できるので、半導体チップに対する応力集中を効果的に軽減することができる。
上記実施の形態に係る半導体モジュールは、上記したいずれかのリードフレーム配線構造を有することを特徴とする。この構成によれば、上述したリードフレーム配線構造で得られる効果を半導体モジュールで得ることができる。
本発明の半導体モジュールは、半導体チップに対する応力集中を軽減することができるという効果を有し、車載用モータ駆動制御インバータなどの小型・軽量化や高温動作環境での長期信頼性が要求される半導体モジュールに好適である。
本出願は、２０１８年１１月５日出願の特願２０１８−２０８０８７に基づく。この内容は、すべてここに含めておく。

Claims (7)

  1. リードフレーム配線の一方側に配置される半導体素子と、前記リードフレーム配線の他方側に配置される接続対象とを電気的に接続するリードフレーム配線構造であって、
    前記半導体素子にはんだ接合される第１接合部と、前記第１接合部から離間して配置され前記接続対象にはんだ接合される第２接合部と、前記第１接合部と前記第２接合部とを連結する連結部と、を有し、
    前記連結部は、前記第１接合部及び前記第２接合部から上下方向に離間して配置される連結面部と、前記連結面部の前記一方側の端部から前記第１接合部側に延びる第１脚部と、前記連結面部の前記他方側の端部から前記第２接合部側に延びる第２脚部とを有し、
    前記第１脚部は、前記第１接合部における前記一方側の端部と前記他方側の端部との間に配置される当該第１接合部の外縁部の一部に接続されることを特徴とするリードフレーム配線構造。
  2. 前記第１脚部は、前記第１接合部における前記一方側の端部と前記他方側の端部との間の中間位置を含む位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のリードフレーム配線構造。
  3. 前記第１脚部は、前記リードフレーム配線を構成する金属板に形成されたスリットの周辺部分に曲げ加工を施すことで形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリードフレーム配線構造。
  4. 前記第１接合部が前記半導体素子に接合された状態において、前記第１脚部は、前記半導体素子における前記一方側の端部と前記他方側の端部との中間位置を含む位置に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のリードフレーム配線構造。
  5. 前記連結面部の前記一方側の端部から前記第１接合部側に一対の前記第１脚部が延び、前記第１接合部における対向する外縁部に接続されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のリードフレーム配線構造。
  6. 前記第１接合部は、前記第１脚部と前記はんだとの接触を規制する規制部を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のリードフレーム配線構造。
  7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のリードフレーム配線構造を有することを特徴とする半導体モジュール。
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