WO2020166255A1 - 半導体装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device.
- a second metal portion including a protruding portion having a fifth surface, a semiconductor chip provided between the second surface of the first metal portion and the third surface of the second metal portion, and There is disclosed a semiconductor device including a resin provided around the semiconductor chip so as to expose the first surface of the one metal portion and the fourth surface of the second metal portion.
- both sides of the semiconductor chip are soldered to the metal plate.
- the metal plate connected to the one side surface of the semiconductor chip has a convex shape in which the joint portion projects toward the semiconductor chip.
- a semiconductor device includes a semiconductor element and a first lead frame which is arranged so as to face the semiconductor element and is connected to the semiconductor element via a first solder material.
- a top surface including a surface facing the semiconductor element, and a side surface that is connected to a peripheral portion of the top surface at a predetermined angle with respect to the top surface, and the top surface of the first lead frame. Includes a solder surface that is in contact with the first solder material, and a solder resistance surface that makes the first solder material less wettable than the solder surface, and the solder resistance surface is formed so as to surround the periphery of the solder surface. ing.
- the present invention when soldering a semiconductor element and a lead frame in a semiconductor device, it is possible to appropriately control a region in which the solder spreads.
- FIG. 1 is an external perspective view of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
- 1 is a perspective view showing an internal configuration of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention.
- Development view of a power semiconductor module according to an embodiment of the present invention The top view which shows the internal structure of the power semiconductor module which concerns on one Embodiment of this invention.
- a power semiconductor module which is an application example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, will be described below with reference to the drawings.
- FIG. 1 is an external perspective view of a power semiconductor module 300 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view showing an internal configuration of the power semiconductor module 300 according to the embodiment of the present invention, and shows a configuration in which the sealing resin 350 is removed from FIG. 1.
- FIG. 3 is a development view of the power semiconductor module 300 according to the embodiment of the present invention, and mainly shows a structure between the lead frame 315 and the lead frame 318 and between the lead frame 316 and the lead frame 319 of FIG. Showing.
- FIG. 4 is a plan view showing an internal configuration of the power semiconductor module 300 according to the embodiment of the present invention, and corresponds to FIG.
- the semiconductor elements 155 and 156 are double-sided on both sides of the lead frame 315 and the lead frame 318, which are made of metal such as copper or copper alloy, respectively. Each side is joined and fixed. Further, the semiconductor elements 157 and 158 are fixed to the lead frames 316 and 319, which are made of metal such as copper or a copper alloy, by sandwiching the lead frames 316 and 319 from both sides. To be done. Further, the semiconductor elements 155 and 157 are connected to the signal lead wires 325U and 325L via bonding wires 327 (see FIG. 2), respectively. Each semiconductor element, each lead frame, and each signal lead wire are integrally sealed with the sealing resin 350 by exposing the heat transfer surface 323 of each lead frame (see FIG. 1), and thereby the power semiconductor module 300 is assembled.
- the semiconductor elements 155 and 156 are, for example, an IGBT and a diode, and correspond to the upper arm of the upper and lower arm series circuit of the inverter.
- the semiconductor elements 157 and 158 are, for example, IGBTs and diodes, and correspond to the lower arm of the upper and lower arm series circuits of the inverter.
- the semiconductor element 155 and the semiconductor element 157 perform switching operations at predetermined timings, respectively, so that the DC power input to the power semiconductor module 300 is AC power. Is converted to and output.
- the semiconductor elements 155 and 157 may be FETs instead of IGBTs.
- the semiconductor elements 155 and 157 are IGBTs and the semiconductor elements 156 and 158 are diodes will be described as an example, but the same applies when the semiconductor elements 155 and 157 are FETs.
- FIGS. 2 to 4 show configuration examples in which the power semiconductor module 300 has one semiconductor element 155 to one semiconductor element 157, respectively.
- the configuration of the power semiconductor module according to the present invention is not limited to this.
- a plurality of semiconductor elements may be connected in parallel and used. The following embodiment will be described as including all of these configurations.
- the power semiconductor module 300 is provided with a DC positive electrode wiring 315A and a DC negative electrode wiring 319A as a DC bus bar for inputting DC power supplied from a DC power source (not shown).
- AC wiring 320 is provided as an AC bus bar for supplying AC power to a motor (not shown).
- the DC positive electrode wiring 315A and the lead frame 315 are integrally formed, and the DC negative electrode wiring 319A and the lead frame 319 are connected.
- the AC wiring 320 and the lead frame 316 are integrally formed, and the lead frame 318 is connected to this.
- signal lead wires 325U and 325L for inputting drive signals from a driver circuit (not shown) are provided.
- the lead frame 315 and the lead frame 316 are arranged in substantially the same plane.
- the collector electrode of the semiconductor element 155 which is an IGBT, for example
- the cathode electrode of the semiconductor element 156 which is a diode
- the collector electrode of the semiconductor element 157 which is an IGBT, for example
- the cathode electrode of the semiconductor element 158 which is a diode
- the lead frame 318 and the lead frame 319 are arranged on substantially the same plane.
- the emitter electrode of the semiconductor element 155 such as an IGBT and the anode electrode of the semiconductor element 156 such as a diode are fixedly attached.
- the emitter electrode of the semiconductor element 157, which is, for example, an IGBT, and the anode electrode of the semiconductor element 158, which is, for example, a diode are fixed.
- a heat transfer surface 323 is provided on the side opposite to the fixing surface fixed to each semiconductor element, as shown in FIG. Although only the heat transfer surfaces 323 of the lead frames 318 and 319 arranged on the front side are shown in FIG. 1, the heat transfer surfaces 323 are similarly provided on the back side lead frames 315 and 316. ..
- Each semiconductor element has a plate-shaped flat structure, and each electrode is formed on the front surface or the back surface thereof. Therefore, as shown in FIGS. 2 and 3, the lead frame 315 and the lead frame 318, and the lead frame 316 and the lead frame 319 face each other substantially parallel to each other with each semiconductor element interposed, that is, with each semiconductor element sandwiched therebetween. It has a laminated arrangement.
- the lead frame 316 and the lead frame 318 are electrically connected.
- the upper arm circuit and the lower arm circuit are electrically connected, and the upper and lower arm series circuits are formed.
- the semiconductor elements 155 and 157 are IGBTs, for example, these gate electrodes are connected to the signal lead wires 325U and 325L, respectively, and a drive signal is input from the driver circuit through each signal lead wire.
- the electrodes of each semiconductor element and the corresponding lead wires are fixed by being electrically and thermally bonded to each other using solder materials 161 and 162.
- the semiconductor elements 155 and 156 are respectively joined to the lead frame 315 via the solder material 161, and are also joined to the lead frame 318 via the solder material 162.
- the semiconductor elements 157 and 158 are respectively joined to the lead frame 316 via the solder material 161, and are also joined to the lead frame 319 via the solder material 162.
- the DC positive electrode wiring 315A is integrally formed with the lead frame 315, and the DC negative electrode wiring 319A is connected to the lead frame 319.
- FIG. 5A is a cross-sectional view showing a cross section AA of the power semiconductor module 300
- FIG. 5B is an enlarged view near the peripheral portion 333 of FIG. 5A.
- the cross section AA shown in the external perspective view of FIG. 1 crosses the semiconductor element 155
- the present embodiment will be described by taking as an example the bonding structure of the semiconductor element 155 and the lead frames 315 and 318.
- the joint structure between each semiconductor element and each lead frame in the power semiconductor module 300 of the embodiment will be described.
- the joint structure between the semiconductor element 156 and the lead frames 315 and 318 and the joint structure between the semiconductor elements 157 and 158 and the lead frames 316 and 319 have similar characteristics.
- the semiconductor element 155 has a pair of surfaces 155A and 155B that are parallel to each other.
- a collector electrode is formed on the surface 155A on one side of the pair of surfaces.
- An electrode surface is provided.
- the other surface 155B is provided with an emitter electrode surface on which an emitter electrode is formed.
- the lead frame 315 is arranged so as to face the collector electrode surface of the semiconductor element 155, and is connected to the collector electrode surface of the semiconductor element 155 via the solder material 161.
- the lead frame 318 is arranged so as to face the emitter electrode surface of the semiconductor element 155, and is connected to the emitter electrode surface of the semiconductor element 155 via the solder material 162.
- the collector electrode of the semiconductor element 155 is electrically connected to the DC positive electrode wiring 315A via the solder material 161 and the lead frame 315, and the emitter electrode of the semiconductor element 155 is connected to the solder material 162, the lead frame 318, and the lead frame. It is electrically connected to the AC wiring 320 via 316.
- the lead frame 318 has a convex shape in which a portion joined to the solder material 162 protrudes toward the semiconductor element 155, and includes a top surface 331 including a surface facing the semiconductor element 155 (indicated by a chain double-dashed line in the figure). And a side surface 334 connected to the peripheral edge portion 333 of the top surface 331 at a predetermined angle with respect to the top surface 331.
- the side surface 334 makes an angle of 90 degrees with the top surface 331, but the side surface 334 is formed at an angle other than 90 degrees with respect to the top surface 331. May be.
- the angle formed by the side surface 334 with respect to the top surface 331 is 90° or more.
- the solder surface 332 is formed in a range in contact with the solder material 162.
- a solder resistance surface is formed surrounding the solder surface 332 so that the solder material 162 is less wettable than the solder surface 332.
- the range in which the solder resistance surface is formed in the lead frame 318 is shown by a thicker line than the solder surface 332. That is, in the example of FIG. 5, the solder resistance surface is formed not only on the peripheral portion 333 of the top surface 331 but also on the side surface 334 and its peripheral portion. However, the solder resistance surface may be formed so as to surround the periphery of the solder surface 332 at least on the top surface 331 of the lead frame 318, and the side surface 334 and the peripheral portion thereof may not be included.
- a curved surface having a predetermined R value is formed between the solder surface 332 and the side surface 334.
- the side surface 334 of the lead frame 318 is connected to the peripheral edge portion 333 of the top surface 331 via this curved surface.
- the lead frame 318 can be formed by press working, and the workability is improved. That is, if the joint between the top surface 331 and the side surface 334 is to be formed into an edge shape instead of a curved surface, an additional process for forming the edge is required after the press working, or another cutting process capable of forming the edge is performed. Since it is necessary to adopt a processing method, the workability is poor.
- the R value is determined depending on the thickness and material of the lead frame 318, and is, for example, about 0.2 to 0.5 mm.
- the solder resistance surface formed around the solder surface 332 is formed so as to include at least the above curved surface.
- the solder resistance surface and the solder surface 332 formed on the peripheral portion 333 are intersected with each other from the intersection of extension lines extending the top surface 331 and the side surface 334. If the length to the boundary is x, the relation x ⁇ R holds.
- the length of the top surface 331 is L as shown in FIG. 5A, considering the conductivity at the joint between the lead frame 318 and the semiconductor element 155, the length x is not increased so much.
- the solder resistance surface can be formed using, for example, an oxide film on a metal surface or a solder resist material such as epoxy resin.
- the thickness of the oxide film is preferably 1 nm or more in order to ensure low wettability with respect to the solder material 162.
- the solder surface 332 is more easily wetted by the solder material 162 than the solder resistance surface.
- the solder surface 332 is formed with a processing mark obtained by removing the surface. As the surface removal processing, for example, laser processing can be used.
- the power semiconductor module 300 which is a semiconductor device, includes a semiconductor element 155 and a lead frame 318 that is arranged so as to face the semiconductor element 155 and that is connected to the semiconductor element 155 via a solder material 162.
- the lead frame 318 has a top surface 331 including a surface facing the semiconductor element 155, and a side surface 334 forming a predetermined angle with the top surface 331 and connected to the peripheral edge portion 333 of the top surface 331.
- the top surface of the lead frame 318 includes a solder surface 332 that is in contact with the solder material 162, and a solder resistance surface that makes the solder material 162 less wet than the solder surface 332.
- the solder resistance surface is formed so as to surround the periphery of the solder surface 332. Since it did in this way, when soldering the semiconductor element 155 and the lead frame 318 in the power semiconductor module 300 which is a semiconductor device, the area
- the power semiconductor module 300 further includes a lead frame 315 connected to the semiconductor element 155 via the solder material 161.
- the semiconductor element 155 has a pair of surfaces 155A and 155B that are parallel to each other. One surface 155B of the pair of surfaces has an emitter electrode surface, and the other surface 155A has a collector electrode surface. ..
- the lead frame 318 is arranged so as to face the emitter electrode surface, and is connected to the emitter electrode surface of the semiconductor element 155 via the solder material 162.
- the lead frame 315 is arranged to face the collector electrode surface, and is connected to the collector electrode surface of the semiconductor element 155 via the solder material 161. Since it did in this way, the power semiconductor module 300 which is small and has high heat dissipation can be comprised.
- the side surface 334 of the lead frame 318 is connected to the peripheral edge portion 333 of the top surface 331 via a curved surface formed with a predetermined R value.
- the solder resistance surface is formed to include this curved surface. Since this is done, the workability of the lead frame 318 can be greatly improved.
- a lead frame is arranged so as to face at least one surface of the semiconductor element, and a solder surface in contact with the solder material is formed on the top surface of the lead frame, and the solder material is less wettable than the solder surface. If the resistance surface is formed so as to surround the periphery of the solder surface, it is included in the scope of application of the present invention.
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Abstract
半導体装置であるパワー半導体モジュールは、半導体素子155と、半導体素子155に対向して配置され、はんだ材162を介して半導体素子155と接続されたリードフレーム318と、を備える。リードフレーム318は、半導体素子155との対向面を含む頂面331と、頂面331に対して所定の角度をなして頂面331の周縁部333と繋がる側面334と、を有する。リードフレーム318の頂面は、はんだ材162と接するはんだ面332と、はんだ面332よりもはんだ材162がぬれにくいはんだ抵抗面と、を含む。このはんだ抵抗面は、はんだ面332の周囲を囲んで形成されている。これにより、半導体装置において半導体素子とリードフレームをはんだ接合する際に、はんだがぬれ広がる領域を適切に制御する。
Description
本発明は、半導体装置に関する。
車載用インバータなどに用いられるパワーモジュールでは、放熱性能を高めるため、半導体素子を両面から冷却する両面冷却パワーモジュールが開発されている。例えば特許文献1には、第1面と該第1面の反対側にある第2面とを有する第1金属部と、前記第1金属部の前記第2面に対向する第3面と該第3面の反対側にある第4面とを有する第2金属部であって、前記第3面から突出し前記第1金属部の前記第1面とほぼ面一かあるいは該第1面より突出する第5面を有する突出部を含む第2金属部と、前記第1金属部の前記第2面と前記第2金属部の前記第3面との間に設けられた半導体チップと、前記第1金属部の前記第1面および前記第2金属部の前記第4面を露出するように、前記半導体チップの周囲に設けられた樹脂とを備えた半導体装置が開示されている。
特許文献1に記載された半導体装置では、半導体チップの両面がはんだで金属板とそれぞれ接合されている。半導体チップの一方側の面と接続される金属板は、接合部が半導体チップに向かって突出した凸形状となっている。このような構造では、半導体チップと金属板とをはんだ接合する際に、金属板において凸形状になっている部分の側面にはんだがぬれ上がりやすい。そのため、はんだがぬれ広がる領域を適切に制御することが容易ではなく、品質や生産性の低下につながる。
本発明による半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子に対向して配置され、第1はんだ材を介して前記半導体素子と接続された第1リードフレームと、を備え、前記第1リードフレームは、前記半導体素子との対向面を含む頂面と、前記頂面に対して所定の角度をなして前記頂面の周縁部と繋がる側面と、を有し、前記第1リードフレームの前記頂面は、前記第1はんだ材と接するはんだ面と、前記はんだ面よりも前記第1はんだ材がぬれにくいはんだ抵抗面と、を含み、前記はんだ抵抗面は、前記はんだ面の周囲を囲んで形成されている。
本発明によれば、半導体装置において半導体素子とリードフレームをはんだ接合する際に、はんだがぬれ広がる領域を適切に制御することができる。
以下に図面を参照して、本発明の一実施形態に係る半導体装置の適用例であるパワー半導体モジュールを説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュール300の外観斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュール300の内部構成を示す斜視図であり、図1から封止樹脂350を除いた構成を示している。図3は、本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュール300の展開図であり、図2のリードフレーム315とリードフレーム318の間、およびリードフレーム316とリードフレーム319の間の構造を主に示している。図4は、本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュール300の内部構成を示す平面図であり、図2に対応している。
図2~図4に示す如く、半導体素子155、156は、銅や銅合金などをそれぞれ用いた金属製のリードフレーム315とリードフレーム318に両面から挟まれた状態で、これらのリードフレームに両面側でそれぞれ接合して固着される。また、半導体素子157、158は、銅や銅合金などをそれぞれ用いた金属製のリードフレーム316とリードフレーム319に両面から挟まれた状態で、これらのリードフレームに両面側でそれぞれ接合して固着される。さらに、半導体素子155、157は、ボンディングワイヤ327(図2参照)を介して、信号リード線325U、325Lとそれぞれ接続される。これらの各半導体素子、各リードフレームおよび各信号リード線を、各リードフレームの伝熱面323を露出させて封止樹脂350により一体的に封止することで(図1参照)、パワー半導体モジュール300が組み立てられる。
なお、半導体素子155、156は、例えばIGBTとダイオードであり、インバータの上下アーム直列回路のうち上アームに対応する。また、半導体素子157、158も同様に、例えばIGBTとダイオードであり、インバータの上下アーム直列回路のうち下アームに対応する。不図示のドライバ回路から入力される所定のドライブ信号に応じて、半導体素子155および半導体素子157がそれぞれ所定のタイミングでスイッチング動作を行うことにより、パワー半導体モジュール300に入力された直流電力が交流電力に変換されて出力される。あるいは、半導体素子155、157をIGBTではなくFETとしてもよい。以下では、半導体素子155、157がIGBTであり、半導体素子156、158がダイオードである場合を例として説明するが、半導体素子155、157をFETとした場合も同様である。
なお、図2~図4では、パワー半導体モジュール300において、半導体素子155~157をそれぞれ1個ずつ有する構成例を図示している。しかし、本願発明によるパワー半導体モジュールの構成はこれに限定されるものではない。たとえば、各半導体素子を複数個ずつ並列接続して用いてもよい。以下の実施形態では、これらの構成を全て含むものとして説明する。
パワー半導体モジュール300には、不図示の直流電源から供給される直流電力を入力するための直流バスバーとして、直流正極配線315Aおよび直流負極配線319Aが設けられている。また、不図示のモータに交流電力を供給するための交流バスバーとして、交流配線320が設けられている。本実施形態では、直流正極配線315Aとリードフレーム315が一体的に形成されており、直流負極配線319Aとリードフレーム319が接続されている。また、交流配線320とリードフレーム316が一体的に形成されており、これとリードフレーム318が接続されている。さらに、不図示のドライバ回路からドライブ信号を入力するための信号リード線325U、325Lが設けられている。
ここで、半導体素子とリードフレームの配置を、電気回路と関連付けて説明する。この実施の形態では、リードフレーム315とリードフレーム316は略同一平面状に配置されている。リードフレーム315には、例えばIGBTである半導体素子155のコレクタ電極と、例えばダイオードである半導体素子156のカソード電極とが固着される。リードフレーム316には、例えばIGBTである半導体素子157のコレクタ電極と、例えばダイオードである半導体素子158のカソード電極とが固着される。また、リードフレーム318とリードフレーム319は略同一平面状に配置されている。リードフレーム318には、例えばIGBTである半導体素子155のエミッタ電極と、例えばダイオードである半導体素子156のアノード電極とが固着される。リードフレーム319には、例えばIGBTである半導体素子157のエミッタ電極と、例えばダイオードである半導体素子158のアノード電極とが固着される。これらの各リードフレームにおいて、各半導体素子と固着される固着面と反対側には、図1に示すように伝熱面323が設けられている。なお、図1では、表側に配置されたリードフレーム318、319の伝熱面323のみが示されているが、裏側のリードフレーム315、316についても、同様に伝熱面323が設けられている。
各半導体素子は板状の扁平構造を有しており、その表面または裏面に各電極が形成されている。そのため、図2、図3に示すように、リードフレーム315とリードフレーム318、およびリードフレーム316とリードフレーム319は、各半導体素子を介して、すなわち各半導体素子を挟むようにして、略平行に対向した積層状の配置となっている。リードフレーム316とリードフレーム318とは、電気的に接続されている。この接続により、上アーム回路と下アーム回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。なお、例えば半導体素子155、157をIGBTとした場合、これらのゲート電極は信号リード線325U、325Lにそれぞれ接続されており、ドライバ回路から各信号リード線を介してドライブ信号が入力される。
図3に示すように、各半導体素子の電極と対応する各リード線とは、はんだ材161、162を用いて、電気的にかつ熱的に接合することで固着される。具体的には、半導体素子155、156は、はんだ材161を介してリードフレーム315とそれぞれ接合されるとともに、はんだ材162を介してリードフレーム318とそれぞれ接合される。また、半導体素子157、158は、はんだ材161を介してリードフレーム316とそれぞれ接合されるとともに、はんだ材162を介してリードフレーム319とそれぞれ接合される。前述のように、直流正極配線315Aはリードフレーム315に一体で形成されており、直流負極配線319Aはリードフレーム319と接続されている。
次に図5を参照して、パワー半導体モジュール300における各半導体素子と各リードフレームとの接合構造の詳細について説明する。図5(a)は、パワー半導体モジュール300の断面A-Aを示す断面図であり、図5(b)は、図5(a)の周縁部333付近の拡大図である。なお、以下では代表例として、図1の外観斜視図に示した断面A-Aが半導体素子155を横切っており、この半導体素子155とリードフレーム315および318との接合構造を例として、本実施形態のパワー半導体モジュール300における各半導体素子と各リードフレームとの接合構造を説明する。ただし、半導体素子156とリードフレーム315および318との接合構造や、半導体素子157、158とリードフレーム316および319との接合構造についても、同様の特徴を有している。
図5(a)に示すように、半導体素子155は、互いに平行な一対の面155A、155Bを有しており、この一対の面において一方側の面155Aには、コレクタ電極が形成されたコレクタ電極面が設けられている。また、他方側の面155Bには、エミッタ電極が形成されたエミッタ電極面が設けられている。
リードフレーム315は、半導体素子155のコレクタ電極面に対向して配置され、はんだ材161を介して半導体素子155のコレクタ電極面と接続される。リードフレーム318は、半導体素子155のエミッタ電極面に対向して配置され、はんだ材162を介して半導体素子155のエミッタ電極面と接続される。これにより、半導体素子155のコレクタ電極が、はんだ材161およびリードフレーム315を介して直流正極配線315Aと電気的に接続され、半導体素子155のエミッタ電極が、はんだ材162、リードフレーム318およびリードフレーム316を介して交流配線320と電気的に接続される。
リードフレーム318は、はんだ材162と接合される部分が半導体素子155に向かって突出した凸形状となっており、半導体素子155との対向面を含む頂面331(図中で2点鎖線により示した範囲の面)と、この頂面331に対して所定の角度をなして頂面331の周縁部333と繋がる側面334とを有する。なお、図5の例では頂面331に対して側面334がなす角度が直角、すなわち略90°となっているが、頂面331に対して90°以外の角度をなして側面334が形成されていてもよい。ただし、リードフレーム318に側面334を形成する際の加工の容易さ等を考慮すると、頂面331に対して側面334がなす角度は90°以上であることが好ましい。
リードフレーム318の頂面331において、はんだ材162と接する範囲には、はんだ面332が形成されている。また、このはんだ面332の周囲を囲んで、はんだ面332よりもはんだ材162がぬれにくいはんだ抵抗面が形成されている。図5では、リードフレーム318においてはんだ抵抗面が形成されている範囲を、はんだ面332よりも太い線で示している。すなわち図5の例では、頂面331の周縁部333に加えて、側面334やその周辺部においても、はんだ抵抗面が形成されている。ただし、はんだ抵抗面は少なくともリードフレーム318の頂面331において、はんだ面332の周囲を囲んで形成されていればよく、側面334やその周辺部を含まなくても構わない。
図5(b)に示すように、はんだ面332と側面334の間には、所定のR値で形成された曲面が形成されている。リードフレーム318の側面334は、この曲面を介して、頂面331の周縁部333と繋がっている。これにより、リードフレーム318をプレス加工で成形することを可能として加工性を向上させている。すなわち、頂面331と側面334の繋ぎ目を曲面ではなくエッジ状にしようとすると、プレス加工後にエッジを形成するための追加工が必要であったり、エッジを形成可能な切削加工等の他の加工方法を採用したりする必要があるため、加工性に劣る。一方、頂面331と側面334の繋ぎ目において所定のR値を許容することで、プレス加工が可能となり、加工性を大きく向上させることができる。なお、R値はリードフレーム318の厚さや材質等に応じて定まるが、例えば0.2~0.5mm程度である。
リードフレーム318の頂面331において、はんだ面332の周囲に形成されているはんだ抵抗面は、上記曲面を少なくとも含むように形成されている。具体的には、例えば図5(b)に示すように、頂面331と側面334をそれぞれ延長した延長線同士の交点から、周縁部333に形成されているはんだ抵抗面とはんだ面332との境界までの長さをxとすると、x≧Rの関係が成り立つ。
さらに、図5(a)に示すように頂面331の長さをLとした場合、リードフレーム318と半導体素子155の接合部における導電性を考慮すると、上記の長さxをあまり大きくせずに、頂面331におけるはんだ面332の範囲をなるべく広くとることが好ましい。具体的には、例えばxがLの1/3以下、すなわちx≦L/3の関係が成り立つように、xの値を設定することが好ましい。
リードフレーム318において、はんだ抵抗面は、例えば金属表面の酸化膜や、エポキシ樹脂等のはんだレジスト材を用いて形成することができる。はんだ抵抗面として酸化膜を形成した場合、はんだ材162に対して低いぬれ性を確保するため、酸化膜の厚さは例えば1nm以上であることが好ましい。また、酸化膜、はんだレジスト材いずれの場合であっても、リードフレーム318においてこれらが形成された表面の一部を除去することで、はんだ抵抗面よりもはんだ材162がぬれやすいはんだ面332を形成することができる。この場合、はんだ面332には、表面を除去加工した加工痕が形成される。表面の除去加工としては、例えばレーザ加工などを用いることができる。
以上説明した本発明の一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(1)半導体装置であるパワー半導体モジュール300は、半導体素子155と、半導体素子155に対向して配置され、はんだ材162を介して半導体素子155と接続されたリードフレーム318と、を備える。リードフレーム318は、半導体素子155との対向面を含む頂面331と、頂面331に対して所定の角度をなして頂面331の周縁部333と繋がる側面334と、を有する。リードフレーム318の頂面は、はんだ材162と接するはんだ面332と、はんだ面332よりもはんだ材162がぬれにくいはんだ抵抗面と、を含む。このはんだ抵抗面は、はんだ面332の周囲を囲んで形成されている。このようにしたので、半導体装置であるパワー半導体モジュール300において半導体素子155とリードフレーム318をはんだ接合する際に、はんだがぬれ広がる領域を適切に制御することができる。
(2)パワー半導体モジュール300は、はんだ材161を介して半導体素子155と接続されたリードフレーム315をさらに備える。半導体素子155は、互いに平行な一対の面155A、155Bを有し、これら一対の面において一方側の面155Bにエミッタ電極面が設けられ、他方側の面155Aにコレクタ電極面が設けられている。リードフレーム318は、エミッタ電極面に対向して配置され、はんだ材162を介して半導体素子155のエミッタ電極面と接続される。リードフレーム315は、コレクタ電極面に対向して配置され、はんだ材161を介して半導体素子155のコレクタ電極面と接続される。このようにしたので、小型で高い放熱性を有するパワー半導体モジュール300を構成することができる。
(3)リードフレーム318の側面334は、所定のR値で形成された曲面を介して頂面331の周縁部333と繋がっている。はんだ抵抗面は、この曲面を含むように形成されている。このようにしたので、リードフレーム318の加工性を大きく向上させることができる。
なお、上記の実施形態では、各半導体素子がそれぞれ2つのリードフレームに両面側から挟まれて接合されている半導体装置の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。少なくとも半導体素子の一方側の面に対向してリードフレームが配置されており、このリードフレームの頂面において、はんだ材と接するはんだ面が形成されるとともに、はんだ面よりもはんだ材がぬれにくいはんだ抵抗面がはんだ面の周囲を囲んで形成されているものであれば、本発明の適用範囲に含まれる。
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
155,156,157,158 半導体素子
161,162 はんだ材
300 パワー半導体モジュール
315,316,318,319 リードフレーム
331 頂面
332 はんだ面
333 周縁部
334 側面
161,162 はんだ材
300 パワー半導体モジュール
315,316,318,319 リードフレーム
331 頂面
332 はんだ面
333 周縁部
334 側面
Claims (7)
- 半導体素子と、
前記半導体素子に対向して配置され、第1はんだ材を介して前記半導体素子と接続された第1リードフレームと、を備え、
前記第1リードフレームは、前記半導体素子との対向面を含む頂面と、前記頂面に対して所定の角度をなして前記頂面の周縁部と繋がる側面と、を有し、
前記第1リードフレームの前記頂面は、前記第1はんだ材と接するはんだ面と、前記はんだ面よりも前記第1はんだ材がぬれにくいはんだ抵抗面と、を含み、
前記はんだ抵抗面は、前記はんだ面の周囲を囲んで形成されている半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置において、
第2はんだ材を介して前記半導体素子と接続された第2リードフレームをさらに備え、
前記半導体素子は、互いに平行な一対の面を有し、前記一対の面において一方側の面に第1電極面が設けられ、他方側の面に第2電極面が設けられており、
前記第1リードフレームは、前記第1電極面に対向して配置され、前記第1はんだ材を介して前記半導体素子の前記第1電極面と接続され、
前記第2リードフレームは、前記第2電極面に対向して配置され、前記第2はんだ材を介して前記半導体素子の前記第2電極面と接続される半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記第1リードフレームの前記側面は、所定のR値で形成された曲面を介して前記頂面の周縁部と繋がっており、
前記はんだ抵抗面は、前記曲面を含むように形成されている半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記はんだ抵抗面には、酸化膜が形成されている半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置において、
前記酸化膜の厚さは、1nm以上である半導体装置。 - 請求項1または2に記載の半導体装置において、
前記はんだ面には、表面を除去加工した加工痕が形成されている半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置において、
前記除去加工は、レーザ加工である半導体装置。
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