WO2022138200A1 - パワー半導体装置およびその製造方法ならびに電力変換装置 - Google Patents

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die pad
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flow force
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純司 藤野
守治 魚住
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三菱電機株式会社
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    • H01L2224/92247—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector

Definitions

  • This disclosure relates to a power semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a power conversion device.
  • Power semiconductor devices are becoming widespread in all products, from industrial equipment to home appliances and information terminals. Power semiconductor devices (semiconductor modules) mounted on home appliances are particularly required to be miniaturized. Power semiconductor devices generate a large amount of heat because they handle high voltage and large current. Therefore, in order to energize a current having a fixed capacity, it is necessary to efficiently dissipate the generated heat to the outside of the power semiconductor device and maintain electrical insulation with the outside.
  • Patent Document 1 is an example of a patent document that discloses this type of power semiconductor device.
  • the power semiconductor device heat is efficiently dissipated from the other side of the lead frame on which the electronic component is mounted, which is opposite to one side, and the other side and the outside are electrically connected. It is required to ensure good insulation.
  • an insulating layer is arranged on another surface of the lead frame and the insulating layer is exposed from the mold resin.
  • the insulating layer for example, a thermosetting resin layer made of a ceramic substrate or an epoxy resin is applied.
  • Patent Document 2 proposes a power semiconductor device that suppresses resin burrs by applying a thermoplastic resin that chemically bonds with an epoxy resin as an insulating layer.
  • thermoplastic resin that chemically bonds with the epoxy resin has a relatively low thermal conductivity, so it is expected that the heat dissipation will decrease.
  • the present disclosure has been made to solve such a problem, and one object is to provide a power semiconductor device that suppresses the generation of resin burrs and ensures heat dissipation. Another object is to provide a method of manufacturing such a power semiconductor device, and yet another object is to provide a power conversion device to which such a power semiconductor device is applied.
  • the power semiconductor device includes a lead frame, a power semiconductor element, an insulating layer, and a sealing material.
  • the lead frame includes a die pad and a power lead.
  • the power semiconductor device is mounted on one side of the die pad.
  • the insulating layer is arranged on the other side of the die pad opposite to the one side on which the power semiconductor element is mounted.
  • the encapsulant encloses a power semiconductor device, a die pad, and a power lead in such a manner as to expose the insulating layer.
  • the flow force of the encapsulant that flows toward the die pad when sealed by the encapsulant is applied to the urging force that urges the die pad toward the side where the insulating layer is arranged.
  • a flow force conversion unit is arranged to replace it with.
  • the manufacturing method of the power semiconductor device includes the following steps. Prepare a lead frame that includes a die pad and a power lead. A power semiconductor element is mounted on one side of the die pad. Prepare a mold with an injection gate for injecting the encapsulant. The lead frame is placed in the mold with an insulating layer interposed between the mold and the other surface on the opposite side of the die pad. By injecting a sealing material into the mold from the injection gate, the lead frame on which the power semiconductor element is mounted is sealed. The lead frame including the power semiconductor device, the die pad and the power lead sealed by the sealing material is taken out from the mold.
  • an insulating layer is arranged on one surface of the die pad to apply the flow force of the encapsulant that flows toward the die pad when the lead frame is sealed. It is provided with a step of arranging a flow force conversion unit for urging the die pad toward the side where the die pad is urged.
  • the flow force of the sealing material acting on the flow force conversion unit causes the die pad to be urged toward the mold side with an insulating layer interposed between the die pad and the mold. Will be done.
  • the lead frame is taken out with the insulating layer exposed on the surface of the sealing material.
  • the power conversion device has the above-mentioned power semiconductor device, and has a main conversion circuit that converts and outputs the input power and a control circuit that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit to the main conversion circuit. And have.
  • the flow force of the sealing material is converted into an urging force that urges the die pad toward the side where the insulating layer is arranged. ..
  • the flow force of the sealing material is converted into an urging force that urges the die pad toward the side where the insulating layer is arranged. ..
  • the flow force of the sealing material injected into the mold is directed toward the mold side via an insulating layer. It can be replaced with the urging force that urges the die pad. As a result, it is possible to suppress the formation of a gap between the insulating layer and the mold, and prevent the encapsulant from flowing between the insulating layer and the mold. As a result, it is possible to suppress the generation of resin burrs and ensure the heat dissipation of the power semiconductor device.
  • the power conversion device by providing the power semiconductor device, heat dissipation can be ensured and reliability can be improved.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the power semiconductor device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows one step of the manufacturing method of the power semiconductor device in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 2 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 3 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 4 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 5 in the same embodiment. It is sectional drawing which shows the process performed after the process shown in FIG. 6 in the same embodiment. In the same embodiment, it is sectional drawing for demonstrating the flow force of the mold resin in the process shown in FIG. 7.
  • FIG. 7 it is a partial perspective view which shows one step of the manufacturing method of a power semiconductor device. It is a partial cross-sectional view which shows the process performed after the process shown in FIG. 14 in the same embodiment.
  • FIG. 2 is a partial perspective view showing an example of a variation of an arrangement mode for explaining another function of the flow force conversion unit in the second embodiment. It is sectional drawing which shows the 1st example of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 it is a partial cross-sectional view which shows one step of the manufacturing method of the power semiconductor device which concerns on 1st example. It is sectional drawing which shows the 2nd example of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 it is a partial cross-sectional view which shows one step of the manufacturing method of the power semiconductor device which concerns on 2nd example.
  • It is a partial plan view which shows the 1st aspect of the 3rd example of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. it is sectional drawing in sectional line XXV-XXV shown in FIG. It is a partial plan view which shows the 2nd aspect of the 3rd example of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 28 it is sectional drawing in sectional line XXVII-XXVII shown in FIG. 28.
  • FIG. 28 it is a partial plan view which shows the 3rd aspect of the 3rd example of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 28 it is sectional drawing in sectional line XXIX-XXIX shown in FIG. 28.
  • FIG. 28 it is a partial cross-sectional view which shows one step of the manufacturing method of the power semiconductor device which concerns on 3rd example.
  • Embodiment 1 An example of the power semiconductor device according to the first embodiment will be described.
  • the X-axis direction as the first direction the Z-axis direction as the second direction
  • the Y-axis direction as the third direction will be described.
  • the X-axis, Y-axis and Z-axis are orthogonal to each other.
  • the power semiconductor device 1 includes a lead frame 3 including a die pad 3a, a control lead 3b, and a power lead 3c.
  • a power semiconductor element 7 is bonded to one surface of the die pad 3a by, for example, a first bonding material 5 such as solder.
  • a flow force conversion unit 21 is arranged on one surface of the die pad 3a.
  • an L-shaped member 21a having an L-shaped shape (reversal) is arranged as the flow force conversion unit 21.
  • the flow force conversion unit 21 will be described later.
  • a control semiconductor element 13 is bonded to one surface of the control lead 3b by, for example, a second bonding material 11 such as solder.
  • the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 are electrically connected by a signal transmission wire 15.
  • the power semiconductor element 7 is electrically connected to the power lead 3c by a wire 9.
  • the control semiconductor element 13 is electrically connected to the control lead 3b by a signal transmission wire 17.
  • An insulating layer 19 is arranged on the other surface of the die pad 3a opposite to one surface.
  • the lead frame 3, the power semiconductor element 7, the control semiconductor element 13, and the like are sealed with a mold resin 23 as a sealing material.
  • the power lead 3c in the lead frame 3 protrudes from one side of the mold resin 23 in the X-axis direction (positive) and is further bent in the Z-axis direction (positive).
  • the control lead 3b in the lead frame 3 projects from the other side portion of the mold resin 23 in the X-axis direction (negative) and is further bent in the Z-axis direction (positive).
  • the insulating layer 19 arranged on the other surface of the die pad 3a is exposed on the surface (Z-axis negative direction side) of the mold resin 23.
  • each part will be explained concretely.
  • the material of the lead frame 3 for example, either copper (Cu) or aluminum (Al) is applied. Further, as the material of the lead frame 3, an alloy of copper (Cu) and aluminum (Al) may be applied.
  • the surface of the lead frame 3 may be subjected to nickel (Ni) plating treatment or silver (Ag) plating treatment to prevent oxidation. That is, a nickel plating film or a silver plating film may be formed on the surface of the lead frame 3.
  • the region for forming the nickel-plated film or the silver-plated film is around the region where the power semiconductor element 7 is bonded by the first bonding material 5 which is easily affected by surface oxidation, and is controlled by the second bonding material 11. It may be partially formed only around the region to which the semiconductor element 13 is bonded.
  • the power semiconductor element 7 is, for example, an element that functions as a switching element or a rectifying element.
  • the switching element include an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • Silicon (Si) is typically used as a material for the power semiconductor device 7.
  • This type of material has a wider bandgap than the bandgap of silicon, and is regarded as a wide bandgap semiconductor material.
  • the power semiconductor device 7 to which the wide bandgap semiconductor material is applied enables high current and high temperature operation.
  • Such a power semiconductor device 1 is a so-called IPM (Intelligent Power Module).
  • Aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au) or silver (Ag) may be applied as the material of the signal transmission wires 15, 17 and 9. Further, as the material of the signal transmission wire 15 and the wires 9 and 17, an alloy of two or more metals selected from aluminum (Al), copper (Cu), gold (Au) and silver (Ag) is applied. May be good. Further, the material of the signal transmission wire 15 and the wires 9 and 17 may be an alloy to which a metal element such as nickel (Ni) or iron (Fe) is added.
  • the signal transmission wires 15 and 17 and the wire 9 preferably have a thin cylindrical shape having a circular cross-sectional shape having a diameter of 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the signal transmission wires 15, 17 and 9 can be joined by existing methods such as ball bonding or wedge bonding in the wire bonding step. At this time, if the signal transmission wires 15 and 17 and the wire 9 are of the same type, the signal transmission wires 15 and 17 and the wire 9 can be joined in the same process.
  • the wire 9 may be a wire thicker than the signal transmission wires 15 and 17. This is because the wire 9 becomes the main wiring. Further, in addition to such specifications, the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 may have the same thickness, and the wire 9 may be a wire thinner than the signal transmission wires 15 and 17. There may be.
  • the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 may have the same thickness. Even when a complicated semiconductor element such as an IC (Integrated Circuit) or an LSI (Large Scale Integration) is mounted, the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 may have the same thickness. ..
  • a filler such as a filler and a composite material containing the resin as a main component may be applied.
  • the filler is used to adjust the coefficient of thermal expansion or mechanical properties of the mold resin 23.
  • a thermosetting resin having a high electrical resistivity can be applied.
  • resins include, for example, epoxy resins.
  • the mold resin 23 preferably has high insulation, good moldability and reliability.
  • the mold resin 23 is formed by, for example, a transfer molding method.
  • the mold resin 23 exposes a part of the tip side of the power lead 3c and a part of the tip side of the control lead 3b, and exposes the remaining part of the lead frame 3, the power semiconductor element 7, the control semiconductor element 13, and the like. It is sealed.
  • a part of the tip side of the power lead 3c exposed from the mold resin 23 and a part of the tip side of the control lead 3b are electrically connected to other devices (not shown). Will be done.
  • the insulating layer 19 any material having high heat dissipation and insulating properties can be applied.
  • a heat conductive insulating resin sheet can be applied.
  • the insulating layer 19 is arranged on the other surface of the die pad 3a, for example, as a printed, transferred or molded sheet.
  • the insulating layer 19 is formed in a rectangular shape having a size one size smaller than that of the rectangular die pad 3a.
  • the thickness of the insulating layer 19 may be selected in consideration of heat dissipation, and the insulating layer 19 having a thickness thinner than the thickness of the die pad 3a is preferable. For example, when the thickness of the die pad 3a is about 200 ⁇ m to 500 ⁇ m, the thickness of the insulating layer 19 is preferably about 30 ⁇ m or less.
  • an insulating substrate composed of a conductor layer and a ceramic plate may be applied.
  • the conductor layer metals such as copper (Cu), aluminum (Al), and nickel (Ni) are preferable.
  • the surface of the metal may be plated with gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), or the like.
  • the ceramic plate is preferably made of a ceramic material such as alumina, silicon nitride or aluminum nitride, or a glass ceramic material.
  • a heat sink (not shown) that contacts the insulating layer 19 may be provided.
  • the heat sink for example, an alloy obtained by adding at least one metal of magnesium (Mg) and manganese (Mn) to aluminum (Al) is preferable.
  • the heat sink is not limited to that made of such a material, and may be made of another metal.
  • the flow force conversion unit 21 urges the die pad 3a toward the side where the insulating layer 19 is arranged by the flow force of the mold resin 23 injected into the mold when the mold resin 23 seals the mold resin 23. It has a function to convert to urging force.
  • an L-shaped member 21a having an L-shaped (inverted) shape in the XZ plan view is arranged.
  • the L-shaped member 21a includes a first portion 22a and a second portion 22b.
  • the first part 22a is located on the die pad 3a along one surface in the X-axis direction. Further, the first portion 22a is located in the Y-axis direction (paper surface depth direction).
  • the second part 22b is arranged so as to project from the first part 22a in the Z-axis direction (positive) in a manner away from one surface of the die pad 3a.
  • the material of the flow force conversion unit 21 (L-shaped member 21a), for example, a metal having high heat dissipation such as copper (Cu) can be applied as in the lead frame 3.
  • a metal material having high heat dissipation such as copper (Cu) can be applied as in the lead frame 3.
  • the surface of the flow force conversion unit 21 may be plated with gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), or the like. As a result, the flow force conversion unit 21 can be soldered satisfactorily, for example, when joining by soldering.
  • a ceramic material such as alumina, silicon nitride, a nitrided mini-mu, or a glass ceramic material may be applied.
  • a ceramic material or the like the adhesion to the mold resin 23 can be further improved as compared with the case where a metal material is applied. As a result, peeling of the mold resin 23 can be suppressed by the anchor effect.
  • the power semiconductor device 1 according to the first embodiment is configured as described above.
  • a lead frame 3 including a die pad 3a, a control lead 3b, and a power lead 3c is prepared.
  • the lead frame 3 is formed by processing a plate-shaped member made of any one of copper (Cu) and aluminum (Al) by a known method.
  • the lead frame 3 is provided with a plurality of power leads 3c and a plurality of control leads 3b.
  • the plurality of power leads 3c are connected to each other by a tie bar (not shown).
  • the plurality of control leads 3b are also connected to each other by a tie bar (not shown).
  • the control semiconductor element 13 is bonded to one surface of the control lead 3b in the lead frame 3 with a second bonding material 11 such as solder.
  • a second bonding material 11 such as solder.
  • the second bonding material for example, a sintered body of any one of silver (Ag), copper (Cu), gold (Au) and nickel (Ni) may be applied in addition to the solder.
  • the power semiconductor element 7 is bonded to one surface of the die pad 3a in the lead frame 3 with a first bonding material 5 such as solder.
  • a first bonding material 5 such as solder.
  • a sintered body of any one of silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), and nickel (Ni) may be applied in addition to the solder. ..
  • Such a metal sintered body has a thermal conductivity about three times higher than that of solder.
  • the flow force conversion unit 21 is mounted on one surface of the die pad 3a in the lead frame 3.
  • the flow force conversion unit 21 is mounted at a position facing the resin injection gate in the mold described later.
  • the flow force conversion unit 21 (L-shaped member 21a) includes a first part 22a and a second part 22b.
  • the first portion 22a of the L-shaped member 21a is mounted on the die pad 3a by a joining material or an adhesive material.
  • the flow force conversion unit 21 may be mounted on the die pad 3a by soldering, for example. Further, the flow force conversion unit 21 may be mounted on the die pad 3a with, for example, a conductive adhesive. Further, the flow force conversion unit 21 may be mounted by, for example, the sintered body of the metal. The joining material or the adhesive material may be selected in consideration of the material or surface condition (plating, etc.) of the flow force conversion unit 21.
  • the flow force conversion unit 21 When the same joining material as that of the first joining material 5 is applied as the joining material or the like, the flow force conversion unit 21 is joined to the die pad 3a in the step of joining the power semiconductor element 7 to convert the flow force.
  • the portion 21 can be efficiently mounted on the die pad 3a.
  • the flow force conversion unit 21 is joined to the die pad 3a in the step of joining the control semiconductor element 13, so that the flow force conversion unit 21 is joined to the die pad. It can be efficiently implemented in 3a.
  • the power semiconductor element 7 and the power lead 3c are electrically connected by a wire 9. Further, the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 are electrically connected by a signal transmission wire 15. Further, the control semiconductor element 13 and the control lead 3b are electrically connected by a signal transmission wire 17.
  • the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 are joined by applying an existing method such as a ball bond or a wedge bond in a known wire bonding step.
  • One end side of the wire 9 is joined to, for example, an emitter electrode, a source electrode, or an anode electrode (none of which is shown) in the power semiconductor element 7.
  • the other end of the wire 9 is joined to the power lead 3c.
  • One end side of the signal transmission wire 15 is joined to a gate pad (not shown) in the power semiconductor element 7.
  • the other end of the signal transmission wire 15 is joined to the control semiconductor element 13.
  • One end side of the signal transmission wire 17 is joined to the control semiconductor element 13.
  • the other end of the signal transmission wire 17 is joined to the control lead 3b.
  • the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 are of the same type, the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 can be joined in the same process. It is preferable to select the optimum wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 in consideration of the electrode size of the gate pad in the power semiconductor element 7 and the current capacity to be passed through the power semiconductor element 7. Further, the order of joining the wire 9 and the signal transmission wires 15 and 17 is not particularly limited.
  • a mold 51 including a lower mold 51a and an upper mold 51b is prepared (see FIG. 7).
  • the insulating layer 19 is arranged in a region to be located directly below the die pad 3a of the lead frame 3 (see FIG. 7).
  • the insulating layer 19 is attached to the lower mold 51a as a printed, transferred or molded sheet.
  • a copper foil, a heat sink, or the like may be interposed between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the lead frame 3 on which the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 are mounted is placed on the lower mold 51a.
  • the upper mold 51b is arranged so as to face the lower mold 51a.
  • the lead frame 3 is housed in the cavity 53 formed by the upper mold 51b and the lower mold 51a facing each other.
  • the mold 51 is provided with a resin injection gate 55 for injecting the mold resin into the cavity 53.
  • the mold resin 23 is injected into the cavity 53 from the resin injection gate 55.
  • the mold resin 23 flows in the cavity 53 in the X-axis direction (positive).
  • a part of the flow force of the mold resin 23 (see arrow Y1) that flows in the X-axis direction is as shown by arrow Y2.
  • the die pad 3a can be replaced with an urging force that urges the lower mold 51a (insulating layer 19) side.
  • the insulating layer 19 comes into close contact with the lower mold 51a, and the mold resin 23 does not flow between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the cavity 53 is filled with the mold resin 23, and the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 mounted on the lead frame 3 are sealed.
  • the lead frame 3 sealed with the mold resin 23 is taken out from the mold 51.
  • the plurality of power leads 3c can be separated from each other by independent power leads 3c.
  • the plurality of control leads 3b are formed as independent control leads 3b.
  • the power semiconductor device 1 is completed.
  • the surface of the molded resin 23 where the resin injection gate 55 (see FIG. 7 etc.) was located was removed from the runner and the like to form a mold 51 (see FIG. 7 etc.).
  • the surface is rough (gate mark 24). That is, the position of the resin injection gate 55 (see FIG. 7 and the like) can be grasped from the appearance of the completed power semiconductor device 1.
  • the flow force conversion unit 21 is arranged so as to face the gate mark 24 in the X-axis direction.
  • the power lead 3c and the control lead 3b are manufactured in a bent state from the beginning, but the power lead 3c and the control lead 3b are not bent.
  • the power lead 3c and the control lead 3b may be bent after the power semiconductor device 1 is manufactured. Further, the power semiconductor device 1 in which the power lead 3c and the control lead 3b are not bent may be completed.
  • a DIP Dual In-line Package
  • SOP Small Outline Package
  • the insulating layer 19 and the lower mold are used.
  • the mold resin 23 may flow into a slight gap formed between the mold resin 23 and the 51a, and resin burrs may occur. Further, due to the dimensional tolerance between the lower mold 51a and the lead frame 3, the mold resin 23 may flow into a slight gap generated between the lower mold 51a and the lead frame 3, and resin burrs may occur. ..
  • the flow force conversion unit 21 (L-shaped member 21a) is arranged on the die pad 3a.
  • the flow force conversion unit 21 has a function of changing the flow force of the mold resin 23 injected into the mold 51 into an urging force that urges the die pad 3a toward the side where the insulating layer 19 is arranged.
  • the length L2 (height) of the L-shaped member 21a as the flow force conversion unit 21 in the Z-axis direction is such that the longer the die pad 3a is closer to the insulating layer 19 (lower mold 51a).
  • the encouraging force increases.
  • the length L2 of the L-shaped member 21a may be set in consideration of the joining force of the joining material for joining the L-shaped member 21a and the die pad 3a or the adhesive force of the adhesive.
  • the length L2 of the L-shaped member 21a needs to be set to a length that does not come into contact with the signal transmission wire 15. Considering these, the length L2 of the L-shaped member 21a has a length (height) of about one-third (about 1 mm) of the thickness (Z-axis direction) of the power semiconductor device 1 (package). If it is present, the die pad 3a can be urged to the insulating layer 19 (lower mold 51a) side.
  • the longer the length L1 the larger the bonding (adhesive) area between the L-shaped member 21a and the die pad 3a, and the larger the bonding force (adhesive force).
  • the length L1 of the L-shaped member 21a may be set in consideration of the region of the die pad 3a.
  • length L1 length L2 case, length L1> length L2, depending on the specifications.
  • length relationship between the case and the case of length L1 ⁇ length L2 will be set.
  • the flow force conversion unit 21 may be a pin-shaped member 21b having a pin-shaped shape, as shown in FIG. 11, in addition to the L-shaped member 21a. Even in such a pin type member 21b, the length L1 and the length L2 are appropriately set according to the specifications.
  • the tapered member 21c is inclined so as to be separated from the lower surface of the first portion 22a (one surface of the die pad 3a) from the first portion 22a to the second portion 22b. But it may be.
  • the flow force of the mold resin is transferred to the lower mold 51a (see FIG. 8) of the die pad 3a (insulating layer 19) while suppressing the force of peeling the taper member 21c from the die pad 3a. It can be efficiently converted to a urging force.
  • Embodiment 2 An example of the power semiconductor device according to the second embodiment will be described.
  • a flow force conversion unit 21 that converts the flow force of the mold resin into an urging force that urges the die pad 3a toward the side where the insulating layer 19 is arranged is provided.
  • a loop-shaped wire portion 21d is arranged as the flow force conversion portion 21.
  • the loop-shaped wire portion 21d is arranged at a position facing the gate mark 24 in the X-axis direction.
  • the loop-shaped wire portion 21d is formed so that the length (height) in the Z-axis direction becomes longer as the gate mark 24 moves away from the gate mark 24 in the X-axis direction. Since the configurations other than this are the same as the configurations of the power semiconductor device 1 shown in FIG. 1, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
  • the lead frame 3 is arranged in the mold 51, and the mold resin 23 is injected from the resin injection gate 55 into the cavity 53 (see FIGS. 14 and 15).
  • the mold resin 23 is injected from the resin injection gate 55 into the cavity 53 (see FIGS. 14 and 15).
  • the mold resin 23 reaches the wire portion 21d (flow force conversion unit 21)
  • a part of the fluid force (see arrow Y1) of the mold resin 23 that flows in the X-axis direction is indicated by the arrow Y2.
  • the die pad 3a can be replaced with an urging force that urges the lower mold 51a (insulating layer 19) side.
  • the insulating layer 19 comes into close contact with the lower mold 51a, and the mold resin 23 does not flow between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the cavity 53 is filled with the mold resin 23, and the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 mounted on the lead frame 3 are sealed.
  • the power semiconductor device 1 is completed by performing a process such as taking out the lead frame 3 sealed with the mold resin 23 from the inside of the mold 51.
  • the wire unit 21d is arranged on the die pad 3a as the flow force conversion unit 21. Therefore, as shown in FIG. 15, when the mold resin 23 injected into the mold 51 from the resin injection gate 55 reaches the wire portion 21d (fluid force conversion portion 21), the fluid force of the mold resin 23 becomes a die pad. 3a is replaced with an urging force (see arrow Y2) that urges the mold 51 (lower mold 51a) side via the insulating layer 19.
  • the wire portion 21d can be efficiently formed on the die pad 3a. ..
  • the flow force conversion unit 21 can have the following functions in addition to the function of converting the flow force of the mold resin into the urging force that urges the die pad 3a toward the side where the insulating layer 19 is arranged. ..
  • the position of the resin injection gate is defined as an appropriate position according to the type of the power semiconductor device and the like.
  • a cavity may be formed inside the mold resin in the process of injecting the mold resin into the mold (cavity). Further, it is known that an unfilled region in which the mold resin is not filled may occur in the mold.
  • the position (position A) facing the resin injection gate 55 in the X-axis direction and Y from that position are Y.
  • the speed at which the mold resin 23 reaches is different from the position (position B) separated in the axial direction, and the speed at which the mold resin 23 reaches the position A is faster. Therefore, at the position B away from the position A in the Y-axis direction, a void may occur or an unfilled region may occur.
  • the die pad 3a by arranging the flow force conversion unit 21 in the region where the speed at which the mold resin 23 flows is relatively high, the speed at which the mold resin flows is suppressed, and the mold is molded.
  • the flow rate of the resin 23 can be made uniform (in the Y-axis direction). As a result, it is possible to suppress the generation of voids or the generation of unfilled regions in the cavity 53.
  • the flow velocity of the mold resin 23 injected into the cavity 53 will be affected. Therefore, the flow of the molded resin in the cavity is evaluated in advance by simulation or the like, and based on the evaluation result, the position and number of the flow force conversion units 21 or the orientation of the flow force conversion units 21 are determined. Is preferable.
  • the L-shaped member 21a is arranged as the flow force conversion unit 21, in addition to the case where the L-shaped member 21a is arranged along the Y-axis direction, as shown in FIG. 18, the L-shaped member is arranged. It is also assumed that the 21a is arranged so as to be tilted in a direction intersecting the Y-axis direction (X-axis direction component and Y-axis direction component). Further, when the wire portion 21d is arranged as the flow force conversion unit 21, the wire portion 21d is arranged along the X-axis direction, and as shown in FIG. 19, the wire portion 21d is arranged in the X-axis direction. It is also assumed that the wires are arranged along the directions intersecting with the wires (X-axis direction component and Y-axis direction component).
  • Embodiment 3 (1st example) A first example of the power semiconductor device according to the third embodiment will be described. As shown in FIG. 20, on one surface of the die pad 3a, the flow force conversion unit 21 converts the flow force of the mold resin 23 into an urging force that urges the die pad 3a toward the side where the insulating layer 19 is arranged. Is placed. Here, the inclined portion 21e is formed on the die pad 3a as the flow force converting portion 21.
  • the inclined portion 21e is inclined so as to become higher as it goes away from the gate mark 24 in the X-axis direction.
  • the inclination angle of the inclined portion 21e may be an acute angle smaller than 90 °. Since the configurations other than this are the same as the configurations of the power semiconductor device 1 shown in FIG. 1, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
  • a lead frame 3 having an inclined portion 21e provided on the die pad 3a is formed.
  • the lead frame 3 is arranged in the mold 51 and molded in the cavity 53 from the resin injection gate 55 in the same manner as in the step shown in FIG.
  • the resin 23 is injected (see FIG. 21).
  • the insulating layer 19 comes into close contact with the lower mold 51a, and the mold resin 23 does not flow between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the cavity 53 is filled with the mold resin 23, and the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 mounted on the lead frame 3 are sealed.
  • the power semiconductor device 1 is completed by performing a process such as taking out the lead frame 3 sealed with the mold resin 23 from the inside of the mold 51.
  • an inclined portion 21e is formed on the die pad 3a as a flow force converting portion 21. Therefore, as shown in FIG. 21, when the mold resin 23 injected into the mold 51 from the resin injection gate 55 reaches the die pad 3a, the mold resin 23 flows along the inclined portion 21e. At this time, the fluid force of the mold resin 23 is replaced with an urging force (see arrow Y2) that urges the die pad 3a toward the mold 51 (lower mold 51a) via the insulating layer 19.
  • the flow force conversion unit 21 converts the flow force of the mold resin 23 into an urging force that urges the die pad 3a toward the side where the insulating layer 19 is arranged. Is placed.
  • a step portion 21f is formed on the die pad 3a.
  • the step portion 21f is formed so that the portion near the gate mark 24 is lowered.
  • the height of the step in the step portion 21f is preferably a step having a height of at least half the thickness of the die pad 3a (lead frame 3). Since the configurations other than this are the same as the configurations of the power semiconductor device 1 shown in FIG. 1, the same members are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless necessary.
  • a lead frame 3 having a stepped portion 21f provided on the die pad 3a is formed.
  • the lead frame 3 is arranged in the mold 51 and molded in the cavity 53 from the resin injection gate 55 in the same manner as in the step shown in FIG.
  • the resin 23 is injected (see FIG. 23).
  • the insulating layer 19 comes into close contact with the lower mold 51a, and the mold resin 23 does not flow between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the cavity 53 is filled with the mold resin 23, and the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 mounted on the lead frame 3 are sealed.
  • the power semiconductor device 1 is completed by performing a process such as taking out the lead frame 3 sealed with the mold resin 23 from the inside of the mold 51.
  • a step portion 21f is formed on the die pad 3a as a flow force conversion portion 21. Therefore, as shown in FIG. 23, when the mold resin 23 injected into the mold 51 from the resin injection gate 55 reaches the die pad 3a, the mold resin 23 flows through the step portion 21f. At this time, the fluid force of the mold resin 23 is replaced with an urging force (see arrow Y2) that urges the die pad 3a toward the mold 51 (lower mold 51a) via the insulating layer 19.
  • the first aspect of the step portion 21g is shown in FIGS. 24 and 25.
  • a second aspect of the stepped portion 21g is shown in FIGS. 26 and 27.
  • a third aspect of the stepped portion 21g is shown in FIGS. 28 and 29.
  • the die pad 3a has a first side portion 33a and a second side portion 33b.
  • a plurality of stepped portions 21g as the first concave portion and the second concave portion are formed on one surface of the die pad 3a at a distance from each other along the second side portion 33b.
  • the uneven shape is formed along the Y-axis direction by the portion where the step portion 21g is formed and the portion where the step portion 21g is not formed. Two or more stepped portions 21g are formed.
  • the arrangement pitch P (Y-axis direction) of the step portion 21 g is set to, for example, 0.5 mm or more.
  • the first side portion 33a of the die pad 3a extends in the X-axis direction and has a thickness in the Z-axis direction.
  • the second side portion 33b of the die pad 3a extends in the Y-axis direction and has a thickness in the Z-axis direction.
  • each of the plurality of stepped portions 21g is formed from the end surface 33bb of the second side portion 33b toward the X-axis direction (positive direction).
  • the outer shape (contour) of each of the plurality of stepped portions 21g is arcuate in a plan view of one surface of the die pad 3a from the Z-axis direction.
  • the center of the circle having an arcuate outer shape is located substantially at the end surface 33bb.
  • the center of the circle having an arcuate outer shape is located on the X-axis positive direction side with respect to the end surface 33bb.
  • the stepped portion 21g shown in FIGS. 24 and 26 is formed with a constant arrangement pitch P1 in the Y-axis direction.
  • the step portion 21g shown in FIG. 28 is formed by the arrangement pitch P1 and the arrangement pitch P2 in the Y-axis direction.
  • the placement pitch P2 is shorter than the placement pitch P1.
  • the arrangement pitches P1 and P2 correspond to, for example, the distance between the centers of adjacent circles having an arcuate outer shape.
  • the step portion 21g formed by the arrangement pitch P1 is arranged between the step portion 21g formed by the arrangement pitch P2 and the first side portion 33a. Further, in a plan view of the die pad 3a viewed from one surface, the area of the step portion 21g formed by the arrangement pitch P1 is smaller than the area of the step portion 21g formed by the arrangement pitch P2.
  • a lead frame 3 having a stepped portion 21g provided on the die pad 3a is formed.
  • the lead frame 3 is arranged in the mold 51 and molded in the cavity 53 from the resin injection gate 55 in the same manner as in the step shown in FIG.
  • the resin 23 is injected (see FIG. 30).
  • the insulating layer 19 comes into close contact with the lower mold 51a, and the mold resin 23 does not flow between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the cavity 53 is filled with the mold resin 23, and the power semiconductor element 7 and the control semiconductor element 13 mounted on the lead frame 3 are sealed.
  • the power semiconductor device 1 is completed by performing a process such as taking out the lead frame 3 sealed with the mold resin 23 from the inside of the mold 51.
  • a stepped portion 21g is formed as a flow force converting portion 21. Therefore, as shown in FIG. 30, when the mold resin 23 injected into the mold 51 from the resin injection gate 55 reaches the die pad 3a, the mold resin 23 flows through the stepped portion 21g.
  • the fluid force of the mold resin 23 is replaced with an urging force (see arrow Y2) that urges the die pad 3a to the mold 51 (lower mold 51a) side via the insulating layer 19.
  • the larger the number of the stepped portions 21g formed along the second side portion 33b the more efficiently the fluid force of the mold resin 23 can be converted into the urging force.
  • the arrangement pitch P of the step portion 21g the shorter the arrangement pitch P, the better the adhesion between the mold resin 23 and the die pad 3a can be further improved.
  • the step portion 21g in which the arrangement pitch P is arranged with the arrangement pitch P2 having a relatively short arrangement pitch P2 is formed on the side of the second side portion 33b of the die pad 3a close to the first side portion 33a. This makes it possible to improve the adhesion between the die pad 3a and the mold resin 23 in the vicinity of the corners of the die pad 3a.
  • the die pad 3a and the mold resin 23 are in close contact with each other. It is possible to improve the sex.
  • the flow force of the mold resin 23 can be increased.
  • the die pad 3a is efficiently converted into an urging force (see arrow Y2) that urges the mold 51 side.
  • the mold resin 23 it is possible to effectively prevent the mold resin 23 from flowing between the insulating layer 19 and the lower mold 51a.
  • the stepped portion 21g having a relatively large area near the center of the second side portion 33b of the die pad 3a in a plan view seen from one surface, the insulating layer 19 and the lower mold 51a are formed. It is possible to effectively prevent the mold resin 23 from flowing into the space between the two.
  • the stepped portion 21g having an arc-shaped outer shape (contour) can be relatively easily formed by forming a screw hole in the die pad 3a. Further, the arrangement pitch P of the stepped portion 21g or the size of the stepped portion 21g can be easily changed by changing the size of the screw hole.
  • the adhesion between the die pad 3a and the mold resin 23 can be adjusted, and the die pad 3a is urged toward the mold 51 side. You can adjust the power.
  • the number of steps 21g or the like has a trade-off relationship with the productivity of the die pad 3a, it may be determined in consideration of the efficiency of conversion of the urging force and the necessity of suppressing peeling. Further, the case where the outer shape (contour) is arcuate has been described as the stepped portion 21g, but if the arrangement pitch or size can be changed, the stepped portion 21g is not limited to the stepped portion 21g having an arcuate outer shape. A step portion 21g having an outer shape other than the arc shape may be formed.
  • Embodiment 4 a power conversion device to which the power semiconductor device 1 described in the above-described first to third embodiments will be described will be described will be described.
  • the present disclosure is not limited to a specific power conversion device, the case where the present disclosure is applied to a three-phase inverter will be described below as the fourth embodiment.
  • FIG. 31 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the present embodiment is applied.
  • the power conversion system shown in FIG. 31 includes a power supply 100, a power conversion device 200, and a load 300.
  • the power supply 100 is a DC power supply, and supplies DC power to the power conversion device 200.
  • the power supply 100 can be configured by various things, for example, a DC system, a solar cell, and a storage battery. Further, it may be configured by a rectifier circuit or an AC / DC converter connected to an AC system. Further, the power supply 100 may be configured by a DC / DC converter that converts the DC power output from the DC system into a predetermined power.
  • the power conversion device 200 is a three-phase inverter connected between the power supply 100 and the load 300, converts the DC power supplied from the power supply 100 into AC power, and supplies AC power to the load 300. As shown in FIG. 31, the power conversion device 200 has a main conversion circuit 201 that converts DC power into AC power and outputs it, and a control circuit 203 that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit 201 to the main conversion circuit 201. And have.
  • the load 300 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power conversion device 200.
  • the load 300 is not limited to a specific application, and is an electric motor mounted on various electric devices.
  • the load 300 is used as an electric motor for a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railroad vehicle, an elevator, or an air conditioner.
  • the main conversion circuit 201 includes a switching element and a freewheeling diode (neither is shown). By switching the switching element, the DC power supplied from the power supply 100 is converted into AC power and supplied to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and each switching element. It can consist of six anti-parallel freewheeling diodes.
  • the power semiconductor device 1 is configured as a semiconductor module 202 in at least one of each switching element and each freewheeling diode of the main conversion circuit 201.
  • the six switching elements are connected in series for each of the two switching elements to form an upper and lower arm, and each upper and lower arm constitutes each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit. Then, the output terminals of each upper and lower arm, that is, the three output terminals of the main conversion circuit 201 are connected to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 includes a drive circuit (not shown) for driving each switching element, but the drive circuit may be built in the semiconductor module 202 or may be a drive circuit separate from the semiconductor module 202. It may be configured to include.
  • the drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 201 and supplies the drive signal to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 201. Specifically, according to the control signal from the control circuit 203 described later, a drive signal for turning on the switching element and a drive signal for turning off the switching element are output to the control electrode of each switching element.
  • the drive signal When the switching element is kept on, the drive signal is a voltage signal (on signal) equal to or higher than the threshold voltage of the switching element, and when the switching element is kept off, the drive signal is a voltage equal to or lower than the threshold voltage of the switching element. It becomes a signal (off signal).
  • the control circuit 203 controls the switching element of the main conversion circuit 201 so that the desired power is supplied to the load 300. Specifically, the time (on time) in which each switching element of the main conversion circuit 201 should be in the on state is calculated based on the electric power to be supplied to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 can be controlled by PWM control that modulates the on-time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) is output to the drive circuit provided in the main conversion circuit 201 so that an on signal is output to the switching element that should be turned on at each time point and an off signal is output to the switching element that should be turned off. ) Is output.
  • the drive circuit outputs an on signal or an off signal as a drive signal to the control electrode of each switching element according to this control signal.
  • the power semiconductor device 1 described in the first to third embodiments is applied as the semiconductor module 202 to at least one of each switching element and each freewheeling diode of the main conversion circuit 201. Therefore, the reliability of the power conversion device can be improved by suppressing the resin burr and ensuring the heat dissipation.
  • the present disclosure is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices.
  • a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used, and when power is supplied to a single-phase load, a single-phase inverter is used. Disclosure may be applied. Further, when supplying electric power to a DC load or the like, the present disclosure can be applied to a DC / DC converter or an AC / DC converter.
  • the power conversion device to which the present disclosure is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor, for example, a power supply device for a discharge processing machine, a laser processing machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system. It can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, a power storage system, or the like.
  • the present disclosure is effectively used for a power semiconductor device provided with a lead frame having a die pad on which a power semiconductor element or the like is mounted.

Landscapes

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Abstract

パワー半導体装置（１）は、ダイパッド（３ａ）を含むリードフレーム（３）を備えている。ダイパッド（３ａ）における一方の面には、パワー半導体素子（７）と流動力変換部（２１）とが配置されている。ダイパッド（３ａ）における一方の面とは反対側の他方の面には、絶縁層（１９）が配置されている。流動力変換部（２１）は、モールド樹脂（２３）によってパワー半導体素子（７）等を封止する際に、金型内に注入されるモールド樹脂（２３）の流動力を、絶縁層（１９）が配置されている側に向かってダイパッド（３ａ）を付勢する付勢力に換える機能を有する。絶縁層（１９）は、モールド樹脂（２３）の表面に露出している。

Description

パワー半導体装置およびその製造方法ならびに電力変換装置
　本開示は、パワー半導体装置およびその製造方法ならびに電力変換装置に関する。
　産業機器から家電製品および情報端末に至るまで、あらゆる製品にパワー半導体装置が普及しつつある。家電製品に搭載されるパワー半導体装置（半導体モジュール）については、特に小型化が求められている。パワー半導体装置は、高電圧・大電流を扱うために発熱量が大きい。このため、定まった容量の電流を通電させるためには、発生した熱をパワー半導体装置の外部へ効率的に放熱させるとともに、外部との電気的な絶縁性を保つ必要がある。
　このようなパワー半導体装置の構造としては、たとえば、リードフレームと、そのリードフレームにおける一方の面に実装されたパワー半導体素子等を含む電子部品とが、エポキシ系の熱硬化性樹脂からなるモールド樹脂によって封止された構造が知られている。この種のパワー半導体装置を開示した特許文献の一例として、特許文献１がある。
　さらに、パワー半導体装置には、電子部品が実装されているリードフレームにおける一方の面とは反対側の他方の面から熱を効率的に放熱させることと、その他方の面と外部との電気的な絶縁性を確保することが求められている。このような要求に応えるため、リードフレームにおける他の面に絶縁層を配置し、その絶縁層をモールド樹脂から露出させた態様のパワー半導体装置がある。絶縁層としては、たとえば、セラミック基板またはエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂層が適用されている。
　このようなパワー半導体装置では、モールド樹脂をモールド金型内に注入する際に、たとえば、寸法公差等によって、電子部品が実装されたリードフレーム等と金型との間に生じたわずかな隙間に封止材が流れ込み、樹脂バリが発生する可能性がある。そこで、たとえば、特許文献２では、絶縁層として、エポキシ樹脂と化学結合する熱可塑性樹脂を適用することで、樹脂バリを抑制したパワー半導体装置が提案されている。
ＷＯ２０１９／２１６１６０号 特開２０１３－２５８３５４号公報
　従来のパワー半導体装置では、エポキシ樹脂と化学結合する熱可塑性樹脂は、熱伝導率が比較的低いため、放熱性が低下することが想定される。
　本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、樹脂バリの発生を抑制して、放熱性が確保されるパワー半導体装置を提供することであり、他の目的は、そのようなパワー半導体装置の製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなパワー半導体装置を適用した電力変換装置を提供することである。
　本開示に係るパワー半導体装置は、リードフレームとパワー半導体素子と絶縁層と封止材とを備えている。リードフレームは、ダイパッドおよびパワーリードを含む。パワー半導体素子は、ダイパッドにおける一方の面に搭載されている。絶縁層は、パワー半導体素子が搭載されている一方の面とは反対側のダイパッドにおける他方の面に配置されている。封止材は、絶縁層を露出させる態様で、パワー半導体素子、ダイパッドおよびパワーリードを封止している。ダイパッドにおける一方の面には、封止材によって封止する際に、ダイパッドに向かって流動する封止材の流動力を、絶縁層が配置されている側に向かってダイパッドを付勢する付勢力に換える流動力変換部が配置されている。
　本開示に係るパワー半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。ダイパッドおよびパワーリードを含むリードフレームを用意する。ダイパッドにおける一方の面にパワー半導体素子を搭載する。封止材を注入する注入ゲートを有する金型を用意する。ダイパッドにおける一方の面とは反対側の他方の面と金型との間に絶縁層を介在させて、リードフレームを金型内に配置する。金型内に、注入ゲートから封止材を注入することにより、パワー半導体素子が搭載されたリードフレームを封止する。封止材によって封止された、パワー半導体素子、ダイパッドおよびパワーリードを含むリードフレームを金型から取り出す。リードフレームを金型内に配置する工程の前に、ダイパッドにおける一方の面に、リードフレームを封止する際に、ダイパッドに向かって流動する封止材の流動力を、絶縁層が配置されている側に向かってダイパッドを付勢する付勢力に換える流動力変換部を配置する工程を備えている。リードフレームを封止する工程では、流動力変換部に作用する封止材の流動力によって、ダイパッドが、ダイパッドと金型との間に絶縁層を介在させた状態で金型の側に付勢される。リードフレームを金型から取り出す工程では、封止材の表面に絶縁層が露出された状態で取り出される。
　本開示に係る電力変換装置は、上述したパワー半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力する制御回路とを備えている。
　本開示に係るパワー半導体装置によれば、封止材によって封止する際に、封止材の流動力が、絶縁層が配置されている側に向かってダイパッドを付勢する付勢力に換えられる。これにより、絶縁層の表面に樹脂バリが発生するのを抑制して、パワー半導体装置の放熱性を確保することができる。
　本開示に係るパワー半導体装置の製造方法によれば、封止材によって封止する際に、金型内に注入される封止材の流動力が、絶縁層を介して金型側に向かってダイパッドを付勢する付勢力に換えられる。これにより、絶縁層と金型との間に隙間が生じることが抑制されて、絶縁層と金型との間に封止材が流れ込むのを阻止することができる。その結果、樹脂バリが発生するのを抑制して、パワー半導体装置の放熱性を確保することができる。
　本開示に係る電力変換装置によれば、上記パワー半導体装置を備えていることで、放熱性を確保することができ、信頼性を向上させることができる。
実施の形態１に係るパワー半導体装置を示す断面図である。 同実施の形態において、パワー半導体装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程におけるモールド樹脂の流動力を説明するための断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、流動力変換部の構造を説明するための断面図である。 同実施の形態において、流動力変換部のバリエーションの一例を示す断面図である。 同実施の形態において、流動力変換部のバリエーションの他の例を示す断面図である。 実施の形態２に係るパワー半導体装置を示す断面図である。 同実施の形態において、パワー半導体装置の製造方法の一工程を示す部分斜視図である。 同実施の形態において、図１４に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 実施の形態１または実施の形態２において、流動力変換部の他の機能を説明するための比較例となる平面図である。 実施の形態１または実施の形態２において、流動力変換部の他の機能を説明するための平面図である。 実施の形態１において、流動力変換部の他の機能を説明するための配置態様のバリエーションの一例を示す部分平面図である。 実施の形態２において、流動力変換部の他の機能を説明するための配置態様のバリエーションの一例を示す部分斜視図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の第１例を示す断面図である。 同実施の形態において、第１例に係るパワー半導体装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の第２例を示す断面図である。 同実施の形態において、第２例に係るパワー半導体装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の第３例の第１態様を示す部分平面図である。 同実施の形態において、図２４に示される断面線ＸＸＶ－ＸＸＶにおける断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の第３例の第２態様を示す部分平面図である。 同実施の形態において、図２６に示される断面線ＸＸＶＩＩ－ＸＸＶＩＩにおける断面図である。 実施の形態３に係るパワー半導体装置の第３例の第３態様を示す部分平面図である。 同実施の形態において、図２８に示される断面線ＸＸＩＸ－ＸＸＩＸにおける断面図である。 同実施の形態において、第３例に係るパワー半導体装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 実施の形態４に係る、パワー半導体装置を適用した電力変換装置のブロック図である。
　実施の形態１．
　実施の形態１に係るパワー半導体装置の一例について説明する。説明の便宜上、第１方向としてのＸ軸方向、第２方向としてのＺ軸方向および第３方向としてのＹ軸方向を用いて説明する。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交する。
　図１に示すように、パワー半導体装置１は、ダイパッド３ａ、制御リード３ｂおよびパワーリード３ｃを含むリードフレーム３を備えている。ダイパッド３ａにおける一方の面には、たとえば、はんだ等の第１接合材５によって、パワー半導体素子７が接合されている。また、ダイパッド３ａにおける一方の面には、流動力変換部２１が配置されている。ここでは、流動力変換部２１として、Ｌ字型形状（反転）のＬ字型部材２１ａが配置されている。流動力変換部２１については、後述する。制御リード３ｂの一方の面には、たとえば、はんだ等の第２接合材１１によって、制御用半導体素子１３が接合されている。
　パワー半導体素子７と制御用半導体素子１３とが、信号伝達用ワイヤ１５によって電気的に接続されている。パワー半導体素子７は、ワイヤ９によってパワーリード３ｃに電気的に接続されている。制御用半導体素子１３は、信号伝達用ワイヤ１７によって制御リード３ｂに電気的に接続されている。ダイパッド３ａにおける一方の面とは反対側の他方の面には、絶縁層１９が配置されている。
　リードフレーム３、パワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等が、封止材としてのモールド樹脂２３によって封止されている。リードフレーム３におけるパワーリード３ｃが、モールド樹脂２３における一方の側部からＸ軸方向（正）に突出し、さらに、Ｚ軸方向（正）に屈曲している。リードフレーム３における制御リード３ｂが、モールド樹脂２３における他方の側部からＸ軸方向（負）に突出し、さらに、Ｚ軸方向（正）に屈曲している。ダイパッド３ａにおける他方の面に配置された絶縁層１９は、モールド樹脂２３の表面（Ｚ軸負方向側）に露出している。
　各部の構成について具体的に説明する。リードフレーム３の材料として、たとえば、銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）のいずれかが適用される。また、リードフレーム３の材料としては、銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）の合金が適用されていてもよい。リードフレーム３の表面には、酸化防止のために、ニッケル（Ｎｉ）めっき処理または銀（Ａｇ）めっき処理が施されていてもよい。すなわち、リードフレーム３の表面には、ニッケルめっき膜または銀めっき膜が形成されていてもよい。
　また、ニッケルめっき膜または銀めっき膜を形成する領域としては、表面酸化の影響を受けやすい第１接合材５によってパワー半導体素子７が接合される領域の周辺と、第２接合材１１によって制御用半導体素子１３が接合される領域の周辺とにだけ、部分的に形成するようにしてもよい。
　パワー半導体素子７は、たとえば、スイッチング素子または整流素子として機能する素子である。スイッチング素子としては、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）等がある。整流素子としては、ダイオード素子がある。
　パワー半導体素子７の材料として、代表的にシリコン（Ｓｉ）がある。パワー半導体素子７の材料としては、シリコン（Ｓｉ）の他に、たとえば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）またはダイヤモンド（Ｃ）等を適用してもよい。この種の材料は、シリコンのバンドギャップに比べてバンドギャップが広く、ワイドバンドギャップ半導体材料とされる。ワイドバンドギャップ半導体材料を適用したパワー半導体素子７では、高電流および高温動作が可能になる。パワー半導体装置１におけるパワー半導体素子７の材料としては、ワイドバンドギャップ半導体材料が好適である。
　制御リード３ｂの一方の面には、制御用半導体素子１３の他に、たとえば、抵抗素子またはコンデンサ素子等の電子部品（図示せず）が搭載されていてもよい。そのようなパワー半導体装置１は、いわゆるＩＰＭ（Intelligent　Power　Module）と称される。
　信号伝達用ワイヤ１５、１７およびワイヤ９の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）または銀（Ａｇ）を適用してもよい。また、信号伝達用ワイヤ１５およびワイヤ９、１７の材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）から選択された２つ以上の金属の合金を適用してもよい。さらに、信号伝達用ワイヤ１５およびワイヤ９、１７の材料としては、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）等の金属元素が添加された合金であってもよい。
　信号伝達用ワイヤ１５、１７およびワイヤ９は、直径１０μｍ以上５００μｍ以下の円形の断面形状を有する細線状の円柱形状であることが好ましい。信号伝達用ワイヤ１５、１７およびワイヤ９は、ワイヤボンディング工程において、ボールボンドまたはウェッジボンド等の既存の方法によって接合することができる。このとき、信号伝達用ワイヤ１５、１７とワイヤ９とが同一の種類であれば、信号伝達用ワイヤ１５、１７とワイヤ９とを、同じ工程において接合することができる。
　また、ワイヤ９は、信号伝達用ワイヤ１５、１７よりも太いワイヤであってもよい。これは、ワイヤ９が主配線になるためである。さらに、このような仕様の他に、ワイヤ９と、信号伝達用ワイヤ１５、１７とが、同じ太さであってもよいし、ワイヤ９が、信号伝達用ワイヤ１５、１７よりも細いワイヤであってもよい。
　たとえば、パワー半導体装置１が、ディスクリート半導体装置であるような場合には、ワイヤ９と、信号伝達用ワイヤ１５、１７とが、同じ太さになる場合がある。ＩＣ（Integrated　Circuit）またはＬＳＩ（Large　Scale　Integration）のような複雑な半導体素子が搭載される場合であっても、ワイヤ９と、信号伝達用ワイヤ１５、１７とを、同じ太さにしてもよい。
　モールド樹脂２３として、たとえば、フィラー等の充填材と樹脂とを主成分とした複合材を適用してもよい。充填材は、モールド樹脂２３の熱膨張率または機械的性質を調整するために使用される。樹脂としては、たとえば、電気抵抗率の高い熱硬化性の樹脂を適用することができる。そのような樹脂として、たとえば、エポキシ樹脂がある。モールド樹脂２３は、高い絶縁性、良好な成型性および信頼性を有していることが好ましい。
　モールド樹脂２３は、たとえば、トランスファーモールド法によって形成される。モールド樹脂２３は、パワーリード３ｃの先端側の一部および制御リード３ｂの先端側の一部を露出させる態様で、リードフレーム３の残りの部分、パワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等を封止している。パワー半導体装置１では、モールド樹脂２３から露出しているパワーリード３ｃの先端側の一部と制御リード３ｂの先端側の一部とが、他の機器等（図示せず）と電気的に接続されることになる。
　絶縁層１９として、放熱性および絶縁性の高い材料であればいずれの材料も適用することできる。絶縁層１９として、たとえば、熱伝導性絶縁樹脂シートを適用することができる。また、絶縁層１９は、たとえば、印刷、転写または成形されたシートとして、ダイパッド３ａにおける他方の面に配置される。ここでは、絶縁層１９は、矩形状のダイパッド３ａよりも一回り小さいサイズの矩形状に形成されている。
　絶縁層１９の厚さは、放熱性を考慮して選定すればよく、ダイパッド３ａの厚さよりも薄い厚さを有する絶縁層１９が好ましい。たとえば、ダイパッド３ａの厚さが２００μｍ～５００μｍ程度であれば、絶縁層１９の厚さは、３０μｍ程度以下であることが好ましい。
　絶縁層１９に対して、高い放熱性と高い絶縁層が求められる場合には、導体層とセラミック板とからなる絶縁基板を適用してもよい。導体層としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属が好ましい。その金属の表面に、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはニッケル（Ｎｉ）等のめっきが施されていてもよい。セラミック板は、アルミナ、窒化珪素または窒化アルミニウム等のセラミック材またはガラスセラミック材から形成されたものが好ましい。
　絶縁層１９に対して、さらに高い放熱性と高い絶縁性とが求められる場合には、絶縁層１９に接触するヒートシンク（図示せず）を設けてもよい。ヒートシンクとしては、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）にマグネシウム（Ｍｇ）およびマンガン（Ｍｎ）の少なくともいずれかの金属を添加した合金が好ましい。ヒートシンクとしては、このような材料から形成されたものに限られず、他の金属から形成されていてもよい。
　流動力変換部２１は、モールド樹脂２３によって封止する際に、金型内に注入されるモールド樹脂２３の流動力を、絶縁層１９が配置されている側に向かってダイパッド３ａを付勢する付勢力に換える機能を有する。流動力変換部２１として、Ｘ－Ｚ平面視においてＬ字型（反転）の形状を呈するＬ字型部材２１ａが配置されている。Ｌ字型部材２１ａは、第１部２２ａと第２部２２ｂとを備えている。第１部２２ａは、ダイパッド３ａに一方の面に沿って、Ｘ軸方向に位置する。また、第１部２２ａは、Ｙ軸方向（紙面奥行き方向）に位置する。第２部２２ｂは、ダイパッド３ａの一方の面から離れる態様で、第１部２２ａからＺ軸方向（正）に突出するように配置されている。
　流動力変換部２１（Ｌ字型部材２１ａ）の材料としては、たとえば、リードフレーム３と同様に、銅（Ｃｕ）等の放熱性の高い金属を適用することができる。放熱性の高い金属材料を適用することで、パワー半導体素子７から発生する熱をダイパッド３ａと絶縁層１９とを介して放熱させるだけでなく、流動力変換部２１を介して放熱させることができ、パワー半導体素子７に偏りやすい熱を分散させる効果が期待できる。流動力変換部２１の表面に、たとえば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはニッケル（Ｎｉ）等のめっきが施されていてもよい。これにより、流動力変換部２１を、たとえば、はんだ付けによって接合する際に、良好にはんだ付けすることができる。
　また、流動力変換部２１の材料として、たとえば、アルミナ、窒化珪素、窒化あるミニむ等のセラミック材またはガラスセラミック材を適用してもよい。セラミック材等を適用することで、金属材料を適用した場合よりもモールド樹脂２３との密着性をより向上させることができる。これにより、アンカー効果によってモールド樹脂２３の剥離を抑制することができる。実施の形態１に係るパワー半導体装置１は、上記のように構成される。
　次に、上述したパワー半導体装置１の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、ダイパッド３ａ、制御リード３ｂおよびパワーリード３ｃを含むリードフレーム３を用意する。具体的には、たとえば、銅（Ｃｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）のいずれかの材料からなる板状部材に、公知の手法による加工を施すことで、リードフレーム３が形成される。
　リードフレーム３には、複数のパワーリード３ｃと複数の制御リード３ｂとが設けられている。複数のパワーリード３ｃは、タイバー（図示せず）によって互いに繋がっている。また、複数の制御リード３ｂも、タイバー（図示せず）によって互いに繋がっている。
　次に、図３に示すように、リードフレーム３における制御リード３ｂの一方の面に、たとえば、はんだ等の第２接合材１１によって制御用半導体素子１３を接合する。第２接合材としては、はんだの他に、たとえば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）およびニッケル（Ｎｉ）のいずれかの金属の焼結体を適用してもよい。
　次に、図４に示すように、リードフレーム３におけるダイパッド３ａの一方の面に、たとえば、はんだ等の第１接合材５によってパワー半導体素子７を接合する。第１接合材５おとしては、はんだの他に、たとえば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）およびニッケル（Ｎｉ）のいずれかの金属の焼結体を適用してもよい。このような金属の焼結体は、はんだと比較して、３倍程度高い熱伝導率を有する。
　次に、図５に示すように、リードフレーム３におけるダイパッド３ａの一方の面に、流動力変換部２１を実装する。流動力変換部２１は、後述する金型における樹脂注入ゲートと対向する位置に実装される。流動力変換部２１（Ｌ字型部材２１ａ）は、第１部２２ａと第２部２２ｂとを含む。Ｌ字型部材２１ａにおける第１部２２ａが、接合材または接着材によってダイパッド３ａに実装される。
　流動力変換部２１を、たとえば、はんだによってダイパッド３ａに実装してもよい。また、流動力変換部２１を、たとえば、導電性接着材によってダイパッド３ａに実装してもよい。さらには、流動力変換部２１を、たとえば、上記金属の焼結体によって実装してもよい。接合材または接着材は、流動力変換部２１の材質または表面の状態（めっき等）を考慮して選定すればよい。
　なお、接合材等として、第１接合材５と同じ接合材を適用する場合には、パワー半導体素子７を接合する工程において、流動力変換部２１をダイパッド３ａに接合することで、流動力変換部２１をダイパッド３ａに効率的に実装することができる。また、第２接合材１１と同じ接合材を適用する場合には、制御用半導体素子１３を接合する工程において、流動力変換部２１をダイパッド３ａに接合することで、流動力変換部２１をダイパッド３ａに効率的に実装することができる。
　次に、図６に示すように、パワー半導体素子７とパワーリード３ｃとを、ワイヤ９によって電気的に接続する。また、パワー半導体素子７と制御用半導体素子１３とを、信号伝達用ワイヤ１５によって電気的に接続する。さらに、制御用半導体素子１３と制御リード３ｂとを、信号伝達用ワイヤ１７によって電気的に接続する。ワイヤ９および信号伝達用ワイヤ１５、１７は、公知のワイヤボンディング工程において、ボールボンドまたはウェッジボンド等の既存の手法を適用することによって接合される。
　ワイヤ９の一端側は、パワー半導体素子７における、たとえば、エミッタ電極、ソース電極およびアノード電極（いずれも図示せず）のいずれかに接合される。ワイヤ９の他端側は、パワーリード３ｃに接合される。信号伝達用ワイヤ１５の一端側は、パワー半導体素子７におけるゲートパッド（図示せず）に接合される。信号伝達用ワイヤ１５の他端側は、制御用半導体素子１３に接合される。信号伝達用ワイヤ１７の一端側は、制御用半導体素子１３に接合される。信号伝達用ワイヤ１７の他端側は、制御リード３ｂに接合される。
　ワイヤ９と信号伝達用ワイヤ１５、１７とが同一の種類であれば、ワイヤ９と信号伝達用ワイヤ１５、１７とを、同じ工程において接合することができる。なお、パワー半導体素子７におけるゲートパッドの電極サイズとパワー半導体素子７に流す電流容量とを考慮して、最適なワイヤ９と信号伝達用ワイヤ１５、１７とを選択することが好ましい。また、ワイヤ９および信号伝達用ワイヤ１５、１７の接合の順序に、特に制約はない。
　次に、トランスファーモールド法によって、モールド樹脂による封止を行う。まず、下金型５１ａと上金型５１ｂを含む金型５１を用意する（図７参照）。下金型５１ａにおいて、リードフレーム３のダイパッド３ａの直下に位置することになる領域に、絶縁層１９を配置する（図７参照）。絶縁層１９は、印刷、転写または成形されたシートとして、下金型５１ａに貼り付けられる。なお、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に、たとえば、銅箔またはヒートシンク等を介在させてもよい。
　次に、図７に示すように、下金型５１ａに、パワー半導体素子７および制御用半導体素子１３が実装されたリードフレーム３を載置する。次に、上金型５１ｂを下金型５１ａに対向するように配置する。リードフレーム３は、上金型５１ｂと下金型５１ａとが対向することによって形成されるキャビティ５３内に収容されることになる。金型５１には、キャビティ５３内にモールド樹脂を注入する樹脂注入ゲート５５が設けられている。
　次に、樹脂注入ゲート５５からモールド樹脂２３を、キャビティ５３内に注入する。モールド樹脂２３は、キャビティ５３内をほぼＸ軸方向（正）に流動する。図８に示すように、モールド樹脂２３が、流動力変換部２１に達すると、Ｘ軸方向に流動するモールド樹脂２３の流動力（矢印Ｙ１参照）の一部が、矢印Ｙ２に示すように、ダイパッド３ａを下金型５１ａ（絶縁層１９）側に付勢する付勢力に換えられる。
　ダイパッド３ａが下金型５１ａ側に付勢されることで、絶縁層１９が下金型５１ａに密着し、モールド樹脂２３が、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に流れ込むことがなくなる。キャビティ５３内にモールド樹脂２３が充填されて、リードフレーム３に実装されたパワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等が封止される。
　次に、図９に示すように、モールド樹脂２３によって封止されたリードフレーム３を金型５１内から取り出す。次に、金型プレス（図示せず）を用いて、複数のパワーリード３ｃを互いに繋いでいるタイバー（図示せず）を切断することによって、複数のパワーリード３ｃを、それぞれ独立したパワーリード３ｃとして形成する。また、複数の制御リード３ｂを互いに繋いでいるタイバー（図示せず）を切断することによって、複数の制御リード３ｂを、それぞれ独立した制御リード３ｂとして形成する。
　こうして、パワー半導体装置１が完成する。完成したパワー半導体装置１では、樹脂注入ゲート５５（図７等参照）が位置していたモールド樹脂２３の部分の表面は、ランナー等が取り除かれることで、金型５１（図７等参照）の内壁に接触していたモールド樹脂２３の表面と比べると、粗い表面（ゲート痕２４）となる。すなわち、完成したパワー半導体装置１の外観から、樹脂注入ゲート５５（図７等参照）の位置を把握することができる。流動力変換部２１は、このゲート痕２４とＸ軸方向に対向するように配置されている。
　なお、上述したパワー半導体装置１の製造方法では、パワーリード３ｃおよび制御リード３ｂを、当初から屈曲させた状態で製造する場合を例に挙げたが、パワーリード３ｃおよび制御リード３ｂを屈曲させない状態でパワー半導体装置１を製造した後に、パワーリード３ｃおよび制御リード３ｂを屈曲させてもよい。また、パワーリード３ｃおよび制御リード３ｂが屈曲していないパワー半導体装置１として完成させてもよい。さらに、パワー半導体装置１のパッケージ構造として、ＤＩＰ（Dual　In-line　Package）構造を例に挙げたが、たとえば、ＳＯＰ（Small　Outline　Package）構造でもよい。
　上述したパワー半導体装置１では、ダイパッド３ａに流動力変換部２１が配置されていることで、パワー半導体装置１に樹脂バリが発生するのを抑制することができる、このことについて説明する。
　金型５１（キャビティ５３）内にモールド樹脂を注入する工程（図７参照）において、流動力変換部２１が配置されていない一般的なパワー半導体装置の場合には、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に生じるわずかな隙間にモールド樹脂２３が流れ込み、樹脂バリが発生することがある。また、下金型５１ａとリードフレーム３との寸法公差等に伴って、下金型５１ａとリードフレーム３との間に生じるわずかな隙間にモールド樹脂２３が流れ込み、樹脂バリが発生することがある。
　上述したパワー半導体装置１では、ダイパッド３ａに流動力変換部２１（Ｌ字型部材２１ａ）が配置されている。流動力変換部２１は、金型５１内に注入されるモールド樹脂２３の流動力を、絶縁層１９が配置されている側に向かってダイパッド３ａを付勢する付勢力に換える機能を有する。
　このため、図８に示すように、樹脂注入ゲート５５から金型５１内に注入されるモールド樹脂２３が流動力変換部２１に達すると、モールド樹脂２３の流動力が、ダイパッド３ａを、絶縁層１９を介して金型５１（下金型５１ａ）側に付勢する付勢力（矢印Ｙ２参照）に換えられる。これにより、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に隙間が生じることが抑制されて、絶縁層１９と下金型５１ａとの間にモールド樹脂２３が流れ込むのを阻止することができる。その結果、樹脂バリが発生するのを抑制することができ、パワー半導体装置１の放熱性を確保することができる。
　図１０に示すように、流動力変換部２１としてのＬ字型部材２１ａのＺ軸方向の長さＬ２（高さ）は、長い方がダイパッド３ａを絶縁層１９（下金型５１ａ）側へ付勢する付勢力が大きくなる。一方で、モールド樹脂２３の流動力によって、Ｌ字型部材２１ａをダイパッド３ａから引き剥がそうとする力も大きくなる。このため、Ｌ字型部材２１ａとダイパッド３ａとを接合する接合材の接合力または接着材の接着力を考慮して、Ｌ字型部材２１ａの長さＬ２を設定すればよい。
　また、ダイパッド３ａの上方には、信号伝達用ワイヤ１５が配置されるため、Ｌ字型部材２１ａの長さＬ２は、信号伝達用ワイヤ１５に接触しない長さに設定する必要がある。これらを考慮すると、Ｌ字型部材２１ａの長さＬ２は、パワー半導体装置１（パッケージ）の厚さ（Ｚ軸方向）の３分の１程度（約１ｍｍ程度）の長さ（高さ）を有していれば、ダイパッド３ａを絶縁層１９（下金型５１ａ）側に付勢することが可能である。
　Ｌ字型部材２１ａのＸ軸方向の長さＬ１については、長さＬ１が長いほど、Ｌ字型部材２１ａとダイパッド３ａとの接合（接着）面積が増大し、接合力（接着力）も大きくなる。一方で、長さＬ１が長くなると、ダイパッド３ａにおけるＬ字型部材２１ａの専有面積が増えることになる。このため、ダイパッド３ａの領域を考慮してＬ字型部材２１ａの長さＬ１を設定すればよい。
　したがって、Ｌ字型部材２１ａのＸ軸方向の長さＬ１と長さＬ２との長さ関係としては、仕様に応じて、長さＬ１＝長さＬ２のケース、長さＬ１＞長さＬ２のケースおよび長さＬ１＜長さＬ２のケースのいずれかのケースの長さ関係が設定されることになる。
　なお、流動力変換部２１としては、Ｌ字型部材２１ａの他に、図１１に示すように、ピン型形状を有するピン型部材２１ｂでもよい。このようなピン型部材２１ｂにおいても、長さＬ１と長さＬ２とが、仕様に応じて、適宜設定されることになる。
　また、図１２に示すように、流動力変換部２１として、第１部２２ａから第２部２２ｂにかけて、第１部２２ａの下面（ダイパッド３ａの一方の面）から離れるように傾斜したテーパー部材２１ｃでもよい。このようなテーパー部材２１ｃでは、テーパー部材２１ｃをダイパッド３ａから引き剥がそうとする力を抑えながら、モールド樹脂の流動力を、ダイパッド３ａ（絶縁層１９）を下金型５１ａ（図８参照）へ付勢する付勢力に効率的に換えることができる。
　実施の形態２．
　実施の形態２に係るパワー半導体装置の一例について説明する。図１３に示すように、ダイパッド３ａにおける一方の面には、モールド樹脂の流動力を絶縁層１９が配置されている側に向かってダイパッド３ａを付勢する付勢力に換える流動力変換部２１が配置されている。ここでは、流動力変換部２１として、ループ状のワイヤ部２１ｄが配置されている。
　ループ状のワイヤ部２１ｄは、ゲート痕２４とＸ軸方向に対向する位置に配置されている。ループ状のワイヤ部２１ｄは、ゲート痕２４からＸ軸方向に遠ざかるにしたがい、Ｚ軸方向の長さ（高さ）が長くなるように形成されている。なお、これ以外の構成については、図１に示すパワー半導体装置１の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
　次に、上述したパワー半導体装置１の製造方法の一例について説明する。まず、図２～図５に示す工程と同様の工程を経た後、図６に示される、ワイヤ９および信号伝達用ワイヤ１５、１７をそれぞれ接合する工程において、ダイパッド３ａにワイヤ部２１ｄが形成される。
　次に、図７に示す工程と同様に、金型５１内にリードフレーム３を配置し、樹脂注入ゲート５５からキャビティ５３内に、モールド樹脂２３を注入する（図１４および図１５参照）。図１５に示すように、モールド樹脂２３が、ワイヤ部２１ｄ（流動力変換部２１）に達すると、Ｘ軸方向に流動するモールド樹脂２３の流動力（矢印Ｙ１参照）の一部が、矢印Ｙ２に示すように、ダイパッド３ａを下金型５１ａ（絶縁層１９）側に付勢する付勢力に換えられる。
　ダイパッド３ａが下金型５１ａ側に付勢されることで、絶縁層１９が下金型５１ａに密着し、モールド樹脂２３が、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に流れ込むことがなくなる。キャビティ５３内にモールド樹脂２３が充填されて、リードフレーム３に実装されたパワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等が封止される。その後、モールド樹脂２３によって封止されたリードフレーム３を金型５１内から取り出す等の処理を施すことで、パワー半導体装置１が完成する。
　上述したパワー半導体装置１では、ダイパッド３ａに流動力変換部２１としてワイヤ部２１ｄが配置されている。このため、図１５に示すように、樹脂注入ゲート５５から金型５１内に注入されるモールド樹脂２３がワイヤ部２１ｄ（流動力変換部２１）に達すると、モールド樹脂２３の流動力が、ダイパッド３ａを、絶縁層１９を介して金型５１（下金型５１ａ）側に付勢する付勢力（矢印Ｙ２参照）に換えられる。
　これにより、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に隙間が生じることが抑制されて、絶縁層１９と下金型５１ａとの間にモールド樹脂２３が流れ込むのを阻止することができる。その結果、樹脂バリが発生するのを抑制することができ、パワー半導体装置１の放熱性を確保することができる。
　また、流動力変換部２１としてのワイヤ部２１ｄを、ワイヤ９および信号伝達用ワイヤ１５、１７をそれぞれ接合する工程において同時に行うことで、ダイパッド３ａにワイヤ部２１ｄを効率的に形成することができる。
　流動力変換部２１は、モールド樹脂の流動力を絶縁層１９が配置されている側に向かってダイパッド３ａを付勢する付勢力に換える機能の他に、以下のような機能をもたせることができる。
　上述したパワー半導体装置１の製造方法では、樹脂注入ゲート５５から金型５１内にＸ軸方向にモールド樹脂２３を注入する場合を例に挙げて説明した（図７および図１４参照）。パワー半導体装置の製造において、モールド樹脂を注入する工程において使用される金型では、樹脂注入ゲートの位置は、パワー半導体装置の種類等に応じてしかるべき位置に規定されている。
　一般的に、モールド樹脂を金型（キャビティ）内に注入する工程では、モールド樹脂の内部に空洞（ボイド）が生じる場合があることが知られている。また、金型内において、モールド樹脂が充填されない未充填領域が発生する場合があることが知られている。
　上述したパワー半導体装置１では、ダイパッド３ａに流動力変換部２１が配置されていることで、ボイドの発生または未充填領域の発生を抑制することができる。このことについて説明する。
　図１６に示すように、樹脂注入ゲート５５からキャビティ５３内にモールド樹脂２３を注入する場合には、樹脂注入ゲート５５に対してＸ軸方向に対向する位置（位置Ａ）と、その位置からＹ軸方向に離れた位置（位置Ｂ）とでは、モールド樹脂２３が到達する速度が異なり、位置Ａに到達する速度の方が速い。このため、位置ＡからＹ軸方向に離れた位置Ｂでは、ボイドが生じたり、または、未充填領域が発生する場合がある。
　そこで、図１７に示すように、ダイパッド３ａにおいて、モールド樹脂２３が流動する速度が比較的速い領域に、流動力変換部２１を配置することで、モールド樹脂が流動する速度が抑えられて、モールド樹脂２３の流動速度を均一化（Ｙ軸方向）させることができる。これにより、キャビティ５３内において、ボイドが生じたり、または、未充填領域が発生するのを抑制することができる。
　また、パワー半導体装置１では、リードフレーム３の位置、パワー半導体素子７または制御用半導体素子１３等が配置されている位置、ワイヤ９および信号伝達用ワイヤ１５、１７の位置または本数等によっても、キャビティ５３内に注入されるモールド樹脂２３の流動速度が影響を受けることになる。このため、あらかじめ、シミュレーション等によってキャビティ内のモールド樹脂の流れ方を評価し、その評価結果に基づいて、流動力変換部２１を配置する位置、数または流動力変換部２１の向き等を決定することが好ましい。
　したがって、流動力変換部２１としてＬ字型部材２１ａを配置させる場合には、Ｌ字型部材２１ａをＹ軸方向に沿って配置させる場合の他に、図１８に示すように、Ｌ字型部材２１ａをＹ軸方向と交差する方向（Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分）に傾けるように配置する場合も想定される。また、流動力変換部２１としてワイヤ部２１ｄを配置させる場合には、ワイヤ部２１ｄをＸ軸方向に沿って配置される場合の他に、図１９に示すように、ワイヤ部２１ｄをＸ軸方向と交差する方向（Ｘ軸方向成分とＹ軸方向成分）に沿って配置する場合も想定される。
　実施の形態３．
　（第１例）
　実施の形態３に係るパワー半導体装置の第１例について説明する。図２０に示すように、ダイパッド３ａにおける一方の面には、モールド樹脂２３の流動力を絶縁層１９が配置されている側に向かってダイパッド３ａを付勢する付勢力に換える流動力変換部２１が配置されている。ここでは、流動力変換部２１として、ダイパッド３ａに傾斜部２１ｅが形成されている。
　傾斜部２１ｅは、ゲート痕２４からＸ軸方向に遠ざかるにしたがい高くなるように傾斜している。傾斜部２１ｅの傾斜角度としては、９０°よりも小さい鋭角であればよい。なお、これ以外の構成については、図１に示すパワー半導体装置１の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
　次に、上述したパワー半導体装置１の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示す工程において、ダイパッド３ａに傾斜部２１ｅを設けたリードフレーム３を形成する。次に、図３～図６に示す工程と同様の工程を経て、図７に示す工程と同様に、金型５１内にリードフレーム３を配置し、樹脂注入ゲート５５からキャビティ５３内に、モールド樹脂２３を注入する（図２１参照）。
　図２１に示すように、モールド樹脂２３が、ダイパッド３ａに達すると、ダイパッド３ａの傾斜部２１ｅに沿って流れるモールド樹脂２３の流動力（矢印Ｙ１参照）の一部が、矢印Ｙ２に示すように、ダイパッド３ａを下金型５１ａ（絶縁層１９）側に付勢する付勢力に換えられる。
　ダイパッド３ａが下金型５１ａ側に付勢されることで、絶縁層１９が下金型５１ａに密着し、モールド樹脂２３が、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に流れ込むことがなくなる。キャビティ５３内にモールド樹脂２３が充填されて、リードフレーム３に実装されたパワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等が封止される。その後、モールド樹脂２３によって封止されたリードフレーム３を金型５１内から取り出す等の処理を施すことで、パワー半導体装置１が完成する。
　上述したパワー半導体装置１では、ダイパッド３ａに流動力変換部２１として傾斜部２１ｅが形成されている。このため、図２１に示すように、樹脂注入ゲート５５から金型５１内に注入されるモールド樹脂２３がダイパッド３ａに達すると、モールド樹脂２３は、傾斜部２１ｅに沿って流れる。このとき、そのモールド樹脂２３の流動力が、ダイパッド３ａを、絶縁層１９を介して金型５１（下金型５１ａ）側に付勢する付勢力（矢印Ｙ２参照）に換えられる。
　これにより、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に隙間が生じることが抑制されて、絶縁層１９と下金型５１ａとの間にモールド樹脂２３が流れ込むのを阻止することができる。その結果、樹脂バリが発生するのを抑制することができ、パワー半導体装置１の放熱性を確保することができる。
　（第２例）
　実施の形態３に係るパワー半導体装置の第２例について説明する。図２２に示すように、ダイパッド３ａにおける一方の面には、モールド樹脂２３の流動力を絶縁層１９が配置されている側に向かってダイパッド３ａを付勢する付勢力に換える流動力変換部２１が配置されている。ここでは、流動力変換部２１として、ダイパッド３ａに段差部２１ｆが形成されている。
　段差部２１ｆは、ゲート痕２４に近い部分が低くなるように形成されている。段差部２１ｆにおける段差の高さとしては、ダイパッド３ａ（リードフレーム３）の厚さの半分以上の高さを有する段差であることが好ましい。なお、これ以外の構成については、図１に示すパワー半導体装置１の構成と同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
　次に、上述したパワー半導体装置１の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示す工程において、ダイパッド３ａに段差部２１ｆを設けたリードフレーム３を形成する。次に、図３～図６に示す工程と同様の工程を経て、図７に示す工程と同様に、金型５１内にリードフレーム３を配置し、樹脂注入ゲート５５からキャビティ５３内に、モールド樹脂２３を注入する（図２３参照）。
　図２３に示すように、モールド樹脂２３が、ダイパッド３ａに達すると、ダイパッド３ａの段差部２１ｆを流れるモールド樹脂２３の流動力（矢印Ｙ１参照）の一部が、矢印Ｙ２に示すように、ダイパッド３ａを下金型５１ａ（絶縁層１９）側に付勢する付勢力に換えられる。
　ダイパッド３ａが下金型５１ａ側に付勢されることで、絶縁層１９が下金型５１ａに密着し、モールド樹脂２３が、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に流れ込むことがなくなる。キャビティ５３内にモールド樹脂２３が充填されて、リードフレーム３に実装されたパワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等が封止される。その後、モールド樹脂２３によって封止されたリードフレーム３を金型５１内から取り出す等の処理を施すことで、パワー半導体装置１が完成する。
　上述したパワー半導体装置１では、ダイパッド３ａに流動力変換部２１として段差部２１ｆが形成されている。このため、図２３に示すように、樹脂注入ゲート５５から金型５１内に注入されるモールド樹脂２３がダイパッド３ａに達すると、モールド樹脂２３は、段差部２１ｆを流れる。このとき、そのモールド樹脂２３の流動力が、ダイパッド３ａを、絶縁層１９を介して金型５１（下金型５１ａ）側に付勢する付勢力（矢印Ｙ２参照）に換えられる。
　これにより、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に隙間が生じることが抑制されて、絶縁層１９と下金型５１ａとの間にモールド樹脂２３が流れ込むのを阻止することができる。その結果、樹脂バリが発生するのを抑制することができ、パワー半導体装置１の放熱性を確保することができる。
　（第３例）
　実施の形態３に係るパワー半導体装置の第３例について説明する。ここでは、流動力変換部２１として、ダイパッド３ａに形成される段差部２１ｇのバリエーションについて、説明する。
　段差部２１ｇの第１態様を図２４および図２５に示す。段差部２１ｇの第２態様を図２６および図２７に示す。段差部２１ｇの第３態様を図２８および図２９に示す。図２４、図２６および図２８のそれぞれに示すように、ダイパッド３ａは、第１側部３３ａと第２側部３３ｂとを有する。第１凹部および第２凹部としての複数の段差部２１ｇが、ダイパッド３ａの一方の面に第２側部３３ｂに沿って互いに距離を隔てて形成されている。
　第２側部３３ｂでは、段差部２１ｇが形成されている部分と、段差部２１ｇが形成されていない部分とによって、Ｙ軸方向に沿って凹凸形状が形成されていることになる。段差部２１ｇは、２つ以上形成されている。段差部２１ｇの配置ピッチＰ（Ｙ軸方向）は、たとえば、０．５ｍｍ以上に設定されている。
　ダイパッド３ａの第１側部３３ａは、Ｘ軸方向に延在するとともに、Ｚ軸方向に厚みを有する。ダイパッド３ａの第２側部３３ｂは、Ｙ軸方向に延在するとともに、Ｚ軸方向に厚みを有する。図２５、図２７および図２９のそれぞれに示すように、複数の段差部２１ｇのそれぞれは、第２側部３３ｂの端面３３ｂｂからＸ軸方向（正方向）に向かって形成されている。複数の段差部２１ｇのそれぞれの外形（輪郭）は、ダイパッド３ａの一方の面をＺ軸方向から見た平面視において、円弧状とされる。
　図２４に示す段差部２１ｇでは、円弧状の外形となる円の中心は、ほぼ端面３３ｂｂに位置する。図２７に示す段差部２１ｇでは、円弧状の外形となる円の中心は、端面３３ｂｂよりもＸ軸正方向側に位置する。図２４および図２６のそれぞれに示す段差部２１ｇは、Ｙ軸方向に一定の配置ピッチＰ１をもって形成されている。
　また、図２８に示す段差部２１ｇは、Ｙ軸方向に配置ピッチＰ１と配置ピッチＰ２とをもって形成されている。配置ピッチＰ２は配置ピッチＰ１よりも短い。配置ピッチＰ１、Ｐ２は、たとえば、隣り合う円弧状の外形となる円の中心間の距離に相当する。配置ピッチＰ１をもって形成されている段差部２１ｇは、配置ピッチＰ２をもって形成されている段差部２１ｇと第１側部３３ａとの間に配置されている。また、ダイパッド３ａを一方の面から見た平面視において、配置ピッチＰ１をもって形成されている段差部２１ｇの面積は、配置ピッチＰ２をもって形成されている段差部２１ｇの面積よりも小さい。
　次に、上述したパワー半導体装置１の製造方法の一例について説明する。まず、図２に示す工程において、ダイパッド３ａに段差部２１ｇを設けたリードフレーム３を形成する。次に、図３～図６に示す工程と同様の工程を経て、図７に示す工程と同様に、金型５１内にリードフレーム３を配置し、樹脂注入ゲート５５からキャビティ５３内に、モールド樹脂２３を注入する（図３０参照）。
　図３０に示すように、モールド樹脂２３が、ダイパッド３ａに達すると、ダイパッド３ａの段差部２１ｇを流れるモールド樹脂２３の流動力（矢印Ｙ１参照）の一部が、矢印Ｙ２に示すように、ダイパッド３ａを下金型５１ａ（絶縁層１９）側に付勢する付勢力に換えられる。
　ダイパッド３ａが下金型５１ａ側に付勢されることで、絶縁層１９が下金型５１ａに密着し、モールド樹脂２３が、絶縁層１９と下金型５１ａとの間に流れ込むことがなくなる。キャビティ５３内にモールド樹脂２３が充填されて、リードフレーム３に実装されたパワー半導体素子７および制御用半導体素子１３等が封止される。その後、モールド樹脂２３によって封止されたリードフレーム３を金型５１内から取り出す等の処理を施すことで、パワー半導体装置１が完成する。
　上述したダイパッド３ａ（パワー半導体装置）では、流動力変換部２１として段差部２１ｇが形成されている。このため、図３０に示すように、樹脂注入ゲート５５から金型５１内に注入されるモールド樹脂２３がダイパッド３ａに達すると、モールド樹脂２３は、段差部２１ｇを流れる。
　このとき、そのモールド樹脂２３の流動力が、ダイパッド３ａを、絶縁層１９を介して金型５１（下金型５１ａ）側に付勢する付勢力（矢印Ｙ２参照）に換えられる。しかも、第２側部３３ｂに沿って形成される段差部２１ｇの数が多いほど、モールド樹脂２３の流動力を効率的に付勢力に変換することができる。また、段差部２１ｇの配置ピッチＰとしては、配置ピッチＰが短い方が、モールド樹脂２３とダイパッド３ａとの密着性をより向上させることができる。
　ここで、ダイパッド３ａのコーナー付近では、ダイパッド３ａとモールド樹脂２３との密着性が比較的低く、モールド樹脂２３がダイパッド３ａから剥離しやすくなる傾向がある。このため、図２８に示すように、配置ピッチＰが相対的に短い配置ピッチＰ２をもって配置される段差部２１ｇを、ダイパッド３ａの第２側部３３ｂにおける第１側部３３ａに近い側に形成することで、ダイパッド３ａのコーナー付近における、ダイパッド３ａとモールド樹脂２３との密着性を向上させることができる。言い換えると、一方の面から見た平面視において、相対的に面積が小さい段差部２１ｇを、ダイパッド３ａにおける第１側部３３ａにより近い側に配置することで、ダイパッド３ａとモールド樹脂２３との密着性を向上させることができる。
　また、配置ピッチＰが相対的に長い配置ピッチＰ１をもって配置される段差部２１ｇを、ダイパッド３ａの第２側部３３ｂにおけるＹ軸方向の中央付近に形成することで、モールド樹脂２３の流動力が、ダイパッド３ａを、金型５１側に付勢する付勢力（矢印Ｙ２参照）に効率的に変換される。これにより、絶縁層１９と下金型５１ａとの間にモールド樹脂２３が流れ込むのを効果的に阻止することができる。言い換えると、一方の面から見た平面視において、相対的に面積が大きい段差部２１ｇを、ダイパッド３ａの第２側部３３ｂにおける中央付近に配置することで、絶縁層１９と下金型５１ａとの間にモールド樹脂２３が流れ込むのを効果的に阻止することができる。
　円弧状の外形（輪郭）を有する段差部２１ｇは、ダイパッド３ａにネジ穴を形成することで、比較的容易に形成することができる。また、段差部２１ｇの配置ピッチＰまたは段差部２１ｇのサイズは、ネジ穴のサイズを変えることで、容易に変更することができる。
　こうして、段差部２１ｇの数、配置位置、配置ピッチまたはサイズを変えることで、ダイパッド３ａとモールド樹脂２３との密着性を調整することができるとともに、ダイパッド３ａを金型５１側に付勢する付勢力を調整することができる。
　なお、段差部２１ｇの数等を変更することは、ダイパッド３ａの生産性とトレードオフの関係になるため、付勢力の変換の効率および剥離抑制の必要性等を考慮して決定すればよい。また、段差部２１ｇとして、外形（輪郭）が円弧状である場合について説明したが、配置ピッチまたはサイズ等を変更することができれば、外形が円弧状である段差部２１ｇに限られるものではなく、円弧状以外の外形を有する段差部２１ｇを形成するようにしてもよい。
　実施の形態４．
　ここでは、上述した実施の形態１～３において説明したパワー半導体装置１を適用した電力変換装置について説明する。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態４として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。
　図３１は、本実施の形態に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。図３１に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のものにより構成することが可能であり、たとえば、直流系統、太陽電池、蓄電池により構成することができる。また、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータにより構成してもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成してもよい。
　電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図３１に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
　負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動する三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、たとえば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または、空調機器向けの電動機として用いられる。
　以下、電力変換装置２００の詳細について説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えている（いずれも図示せず）。スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力が交流電力に変換されて、負荷３００に供給される。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。
　主変換回路２０１の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態１～３に係るパワー半導体装置１を、半導体モジュール２０２として構成する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
　また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えているが、駆動回路は半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
　制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるように、主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。たとえば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるように、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。
　本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれかに、実施の形態１～３において説明したパワー半導体装置１を、半導体モジュール２０２として適用するため、樹脂バリが抑制されて放熱性が確保されることで、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。
　本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本開示を適用する例について説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが、３レベルまたはマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には、単相のインバータに本開示を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本開示を適用することも可能である。
　また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、たとえば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器または非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには、太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
　なお、各実施の形態において説明したパワー半導体装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。
　今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本開示は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本開示は、パワー半導体素子等が搭載されるダイパッドを有するリードフレームを備えたパワー半導体装置に有効に利用される。
　１　パワー半導体装置、３　リードフレーム、３ａ　ダイパッド、３３ａ　第１側部、３３ｂ　第２側部、３３ｂｂ　端面、３ｂ　制御リード、３ｃ　パワーリード、５　第１接合材、７　パワー半導体素子、９　ワイヤ、１１　第２接合材、１３　制御用半導体素子、１５、１７　信号伝達用ワイヤ、１９　絶縁層、２１　流動力変換部、２１ａ　Ｌ字型部材、２１ｂ　ピン型部材、２１ｃ　テーパー部材、２１ｄ　ワイヤ部、２１ｅ　傾斜部、２１ｆ、２１ｇ　段差部、２２ａ　第１部、２２ｂ　第２部、２３　モールド樹脂、２４　ゲート痕、５１　金型、５１ａ　下金型、５１ｂ　上金型、５３　キャビティ、５５　樹脂注入ゲート、Ｙ１、Ｙ２　矢印。

Claims (21)

  1. 　ダイパッドおよびパワーリードを含むリードフレームと、
    　前記ダイパッドにおける一方の面に搭載されたパワー半導体素子と、
    　前記パワー半導体素子が搭載されている前記一方の面とは反対側の前記ダイパッドにおける他方の面に配置された絶縁層と、
    　前記絶縁層を露出させる態様で、前記パワー半導体素子、前記ダイパッドおよび前記パワーリードを封止する封止材と
    を備え、
    　前記ダイパッドにおける前記一方の面には、前記封止材によって封止する際に、前記ダイパッドに向かって流動する前記封止材の流動力を、前記絶縁層が配置されている側に向かって前記ダイパッドを付勢する付勢力に換える流動力変換部が配置された、パワー半導体装置。
  2. 　前記流動力変換部は、
    　前記ダイパッドにおける前記一方の面に接合され、前記一方の面に沿って第１方向に位置する第１部と、
    　前記第１部に設けられ、前記ダイパッドにおける前記一方の面から離れる態様で、前記第１方向と交差する第２方向に前記第１部から突出する第２部と
    を含む、請求項１記載のパワー半導体装置。
  3. 　前記第２部は、前記第１部に対して直交するように配置された、請求項２記載のパワー半導体装置。
  4. 　前記流動力変換部では、前記第１方向に位置する前記流動力変換部の長さと、前記一方の面から前記第２方向に突出する前記流動力変換部の長さとは、同じ長さに設定された、請求項３記載のパワー半導体装置。
  5. 　前記流動力変換部では、前記第１方向に位置する前記流動力変換部の長さは、前記一方の面から前記第２方向に突出する前記流動力変換部の長さよりも短く設定された、請求項３記載のパワー半導体装置。
  6. 　前記流動力変換部では、前記第１方向に位置する前記流動力変換部の長さは、前記一方の面から前記第２方向に突出する前記流動力変換部の長さよりも長く設定された、請求項３記載のパワー半導体装置。
  7. 　前記流動力変換部は、前記第１部から前記第２部にかけて、前記一方の面から離れる態様で傾斜したテーパー部を含む、請求項２記載のパワー半導体装置。
  8. 　前記流動力変換部は、前記封止材の表面における、前記封止材を注入する注入ゲートに対応する位置に残されたゲート痕と、前記第１方向に距離を隔てて対向するように位置する、請求項２～７のいずれか１項に記載のパワー半導体装置。
  9. 　前記流動力変換部では、前記第１部および前記第２部は、前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向に延在し、
    　前記流動力変換部は、前記封止材の表面における、前記封止材を注入する注入ゲートに対応する位置に残されたゲート痕と、前記第１方向に距離を隔てて位置するとともに、前記第３方向に延在する前記第１部および前記第２部は、前記第１方向に対して斜めに配置された、請求項２～７のいずれか１項に記載のパワー半導体装置。
  10. 　前記流動力変換部は、前記ダイパッドにおける前記一方の面にそれぞれ形成されたループ状の複数のワイヤ部を含む、請求項１記載のパワー半導体装置。
  11. 　前記流動力変換部は、前記封止材の表面における、前記封止材を注入する注入ゲートに対応する位置に残されたゲート痕と、第１方向に対向するように配置されている、請求項１０記載のパワー半導体装置。
  12. 　ループ状の複数の前記ワイヤ部は、前記ダイパッドにおける前記一方の面に、前記一方の面から前記第１方向と交差する第２方向に延びる長さが、前記ゲート痕から遠ざかるにしたがい徐々に長くなるように形成された、請求項１１記載のパワー半導体装置。
  13. 　ループ状の複数の前記ワイヤ部は、前記ゲート痕から前記第１方向に沿って遠ざかるように配置された、請求項１２記載のパワー半導体装置。
  14. 　ループ状の複数の前記ワイヤ部は、前記ゲート痕から、前記第１方向の成分と、前記第１方向および前記第２方向と交差する第３方向の成分とを合わせた方向成分に沿って遠ざかるように配置された、請求項１２記載のパワー半導体装置。
  15. 　前記流動力変換部は、第１方向に沿って前記ダイパッドの厚さが厚くなる態様で形成されたテーパー部を含む、請求項１記載のパワー半導体装置。
  16. 　前記流動力変換部は、前記ダイパッドに形成された段差部を含む、請求項１記載のパワー半導体装置。
  17. 　前記ダイパッドは、
    　第１方向に延在するとともに、前記第１方向と交差する第２方向に厚みを有する第１側部と、
    　前記第１側部と繋がり、前記第１方向および前記第２方向のそれぞれと交差する第３方向に延在するとともに前記第２方向に厚みを有する第２側部と
    を有し、
    　前記第２側部は端面を有し、
    　前記段差部は、前記ダイパッドにおける前記一方の面に形成された少なくとも第１凹部および第２凹部を含み、
    　前記第１凹部および前記第２凹部は、前記端面から前記第１方向に向かってそれぞれ形成されるとともに、前記第３方向に互いに距離を隔てて形成された、請求項１６記載のパワー半導体装置。
  18. 　前記第１凹部と前記第１側部との間に第２凹部が配置され、
    　前記一方の面からみた平面視において、前記第２凹部の面積は、前記第１凹部の面積よりも小さい、請求項１７記載のパワー半導体装置。
  19. 　前記第１凹部および前記第２凹部のそれぞれの外形は、前記一方の面からみた平面視において、円弧状である、請求項１７または１８に記載のパワー半導体装置。
  20. 　ダイパッドおよびパワーリードを含むリードフレームを用意する工程と、
    　前記ダイパッドにおける一方の面にパワー半導体素子を搭載する工程と、
    　封止材を注入する注入ゲートを有する金型を用意する工程と、
    　前記ダイパッドにおける前記一方の面とは反対側の他方の面と前記金型との間に絶縁層を介在させて、前記リードフレームを前記金型内に配置する工程と、
    　前記金型内に、前記注入ゲートから前記封止材を注入することにより、前記パワー半導体素子が搭載された前記リードフレームを封止する工程と、
    　前記封止材によって封止された、前記パワー半導体素子、前記ダイパッドおよび前記パワーリードを含む前記リードフレームを前記金型から取り出す工程と
    を有し、
    　前記リードフレームを前記金型内に配置する工程の前に、前記ダイパッドにおける前記一方の面に、前記リードフレームを封止する際に、前記ダイパッドに向かって流動する前記封止材の流動力を、前記絶縁層が配置されている側に向かって前記ダイパッドを付勢する付勢力に換える流動力変換部を配置する工程を備え、
    　前記リードフレームを封止する工程では、前記流動力変換部に作用する前記封止材の前記流動力によって、前記ダイパッドが、前記ダイパッドと前記金型との間に前記絶縁層を介在させた状態で前記金型の側に付勢され、
    　前記リードフレームを前記金型から取り出す工程では、封止材の表面に前記絶縁層が露出された状態で取り出される、パワー半導体装置の製造方法。
  21. 　請求項１～１９のいずれか１項に記載のパワー半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    　前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と
    を備えた電力変換装置。
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