(57)【要約】【課題】本発明は、低コスト、高歩留りで製造でき、配線簡略化、小型化もできるパワーモジュールを提供することを目的とする。【解決手段】第１半導体素子と、該第１半導体素子を搭載または該第１半導体素子とワイヤ接続された第１リードフレームと、第２半導体素子と、該第２半導体素子を搭載または該第２半導体素子とワイヤ接続された第２リードフレームと、該第１半導体素子、該第１リードフレーム、該第２半導体素子、該第２リードフレームを該第１リードフレームおよび該第２リードフレームの一部を外部に露出させて一体的に覆うモールド体とを備える。該モールド体の一部であって、該第１半導体素子および該第１リードフレームと、該第２半導体素子および該第２リードフレームとの間の部分には他の部分よりも厚さが薄い強度低減部が形成され、該強度低減部の一部には貫通孔又は溝が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体素子と、
前記第１半導体素子を搭載または前記第１半導体素子とワイヤ接続された第１リードフレームと、
第２半導体素子と、
前記第２半導体素子を搭載または前記第２半導体素子とワイヤ接続された第２リードフレームと、
前記第１半導体素子、前記第１リードフレーム、前記第２半導体素子、前記第２リードフレームを、前記第１リードフレームおよび前記第２リードフレームの一部を外部に露出させるように一体的に覆うモールド体とを備え、
前記モールド体の一部であって、前記第１半導体素子および前記第１リードフレームと、前記第２半導体素子および前記第２リードフレームとの間の部分には他の部分よりも厚さが薄い強度低減部が形成され、
前記強度低減部の一部には貫通孔又は溝が形成されたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
第１半導体素子と、
前記第１半導体素子を搭載または前記第１半導体素子とワイヤ接続された第１リードフレームと、
第２半導体素子と、
前記第２半導体素子を搭載または前記第２半導体素子とワイヤ接続された第２リードフレームと、
前記第１リードフレームと前記第２リードフレームを接続する共通リードフレームと、
前記第１半導体素子、前記第１リードフレーム、前記第２半導体素子、前記第２リードフレーム、前記共通リードフレームを、前記第１リードフレームと前記第２リードフレームの一方または両方の一部を外部に露出させるように一体的に覆うモールド体とを備えたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
前記モールド体の一部であって、前記第１半導体素子および前記第１リードフレームと、前記第２半導体素子および前記第２リードフレームとの間の部分には前記共通リードフレームを横断するように他の部分よりも厚さが薄い強度低減部が形成されたことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記強度低減部の一部には貫通孔又は溝が形成されたことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記強度低減部における前記共通リードフレームには貫通孔又は溝が形成されたことを特徴とする請求項３または４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記強度低減部における前記共通リードフレームは他の部分よりも幅が太く形成されたことを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は産業・民生機器のモータ制御などに使用されるパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
装置の省エネルギー化の観点から産業・民生機器のモータ制御にはインバータが多く用いられる。インバータとして用いられるパワーモジュールは高電圧、大電流を取り扱うため、耐圧、放熱性、絶縁性能などが考慮されて製造される。そしてパワーモジュールは、例えば図１４に示すようにモールド樹脂２００によりパッケージされ、モールド樹脂２００からリードフレーム２０２が取り出される構成を有することが多い。リードフレーム２０２はモールド樹脂２００内に配置されたＩＧＢＴなどのパワーデバイスと外部を電気的に接続するものである。
【０００３】
モールド樹脂内部に配置される回路構成を回路図で表せば図１５に示すハーフブリッジ回路２０４、図１６に示すフルブリッジ回路２０６、図１７に示す三相ブリッジ回路２０８などが例示できる。これらは整流コンバータ平滑後の電源入力端子であるＰ電極およびＮ電極を備え、それぞれ、Ｕ相、Ｕ、Ｖ相、Ｕ、Ｖ、Ｗ相を取り出すものである。
【０００４】
そして、樹脂モールドによるパッケージは、安価で生産性に優れ、大量生産が容易という特徴から、パワーモジュールその他半導体装置のパッケージとして広く用いられている。特許文献１にはフォトカプラのパッケージ技術、特許文献２には複数モジュールを同時に製造し、パッケージの切断により個別のモジュール（半導体装置）に分割する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−０１９８８３号公報
【特許文献２】実開平０３−０８５６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば上述したハーフブリッジ回路、フルブリッジ回路、三相ブリッジ回路を搭載したパワーモジュールを個別に製作しようとすると、それぞれに対応するトランスファーモールド用金型を使用する必要がある。よってモジュール毎に金型を要するため低コスト化が阻害される問題があった。
【０００７】
ここで、特許文献２のようにパッケージの切断により個別のモジュールに分割する方法によれば複数モジュール間で金型を共用化しうる。しかしながらモールド樹脂で構成されるパッケージを分割する際に強い力を要する結果、分割すべき部分以外の部分に強い応力が及び得る。また、意図しない部分でパッケージの割れが生じ得る。これらの結果、歩留りが低減する問題があった。
【０００８】
また、前述のハーフブリッジ回路（以後、最小回路という）を実質的に２個有するフルブリッジ回路、同回路を実質的に３個有する三相ブリッジ回路などではパッケージ内で最小回路間の接続を行うと配線を簡略化でき、全体として小型化し得る。ところが特許文献２に開示のモジュールでは最小回路間を接続するにしてもパッケージ外部で行う必要があり配線簡略化、小型化ができない問題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低コスト、高歩留りでパワーモジュールを製造でき、配線簡略化、小型化ができるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の発明にかかるパワーモジュールは、第１半導体素子と、該第１半導体素子を搭載または該第１半導体素子とワイヤ接続された第１リードフレームと、第２半導体素子と、該第２半導体素子を搭載または該第２半導体素子とワイヤ接続された第２リードフレームと、該第１半導体素子、該第１リードフレーム、該第２半導体素子、該第２リードフレームを、該第１リードフレームおよび該第２リードフレームの一部を外部に露出させるように一体的に覆うモールド体とを備える。そして、該モールド体の一部であって、該第１半導体素子および該第１リードフレームと、該第２半導体素子および該第２リードフレームとの間の部分には他の部分よりも厚さが薄い強度低減部が形成され、該強度低減部の一部には貫通孔又は溝が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
本願の発明にかかるパワーモジュールは、第１半導体素子と、該第１半導体素子を搭載または該第１半導体素子とワイヤ接続された第１リードフレームと、第２半導体素子と、該第２半導体素子を搭載または該第２半導体素子とワイヤ接続された第２リードフレームと、該第１リードフレームと該第２リードフレームを接続する共通リードフレームと、該第１半導体素子、該第１リードフレーム、該第２半導体素子、該第２リードフレーム、該共通リードフレームを、該第１リードフレームと該第２リードフレームの一方または両方の一部を外部に露出させるように一体的に覆うモールド体とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、低コスト、高歩留りでパワーモジュールを製造でき、配線簡略化、小型化もできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１のパワーモジュールを説明する平面図である。
【図２】図１におけるモールド体の正面図である。
【図３】図１の側面図である。
【図４】最小回路を６個備えるパワーモジュールの平面図である。
【図５】貫通孔を備えるパワーモジュールの平面図である。
【図６】図５の正面図である。
【図７】溝について説明する図である。
【図８】実施形態２の、共通リードフレームを有するパワーモジュールを説明する平面図である。
【図９】共通リードフレームの貫通孔について説明する平面図である。
【図１０】図９の貫通孔を説明する正面図である。
【図１１】溝について説明する図である。
【図１２】強度低減部において太く形成された共通リードフレームを説明する平面図である。
【図１３】図１２の溝について説明する図である。
【図１４】モールド樹脂により封止された一般的なモジュールを説明する図である。
【図１５】ハーフブリッジ回路を説明する回路図である。
【図１６】フルブリッジ回路を説明する回路図である。
【図１７】三相ブリッジ回路を説明する回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
本実施形態は図１−７を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態でも同様である。
【００１５】
図１はパワーモジュール１０の平面図である。本実施形態のパワーモジュールは第１回路部１２、第２回路部１４、第３回路部１６を備える。これらはそれぞれ前述の最小回路を構成するものである。すなわち本実施形態のパワーモジュール１０は三相ブリッジ回路を構成するものである。第１回路部１２、第２回路部１４、第３回路部１６はモールド体４０で一体的に覆われる。モールド体４０はパワーモジュール１０のパッケージをなすものであり、典型的にはモールド樹脂で形成されるが特に限定されない。ここで、説明の便宜上図１においてモールド体４０は破線で示されている。
【００１６】
最小回路をなす第１回路部１２の構成について説明する。ＩＧＢＴ１８のコレクタ電極およびＦＷＤｉ２０のカソードが第３リードフレーム３０にはんだ付けなどにより接続される。ＩＧＢＴ１８のゲート電極はＡｌワイヤ３６で第１リードフレーム２６と接続される。ＩＧＢＴ１８のエミッタ電極もＦＷＤｉ２０のアノードを介して第２リードフレーム２８と接続される。ここで、第１リードフレーム２６はＮ側ゲート駆動回路と接続されることを予定し、第２リードフレーム２８はＮ側電極と接続されることを予定し、第３リードフレーム３０は出力であり負荷と接続されることを予定するものである。
【００１７】
第１回路部１２はさらにＩＧＢＴ２２とＦＷＤｉ２４を備える。ＩＧＢＴ２２のコレクタ電極とＦＷＤｉ２４のカソードは第５リードフレーム３４にはんだ付けなどにより接続される。ＩＧＢＴ２２のゲート電極はＡｌワイヤ３６で第４リードフレーム３２と接続される。ＩＧＢＴ２２のエミッタ電極もＦＷＤｉ２４のアノードを介して第３リードフレーム３０と接続される。ここで、第４リードフレーム３２はＰ側ゲート駆動回路と接続されることを予定し、第５リードフレーム３４はＰ側電極と接続されることを予定するものである。第２回路部１４、第３回路部１６も第１回路部１２と同様の構成を備える。ここで、リードフレームはＣｕ系材料、Ｆｅ系材料、その他合金などで構成され、ワイヤボンディングによる接続抵抗を考慮して必要に応じてＡｕ、Ａｇメッキなどが施されるが、材料やメッキの種類、有無について特に限定されない。Ａｌワイヤ３６についても特にＡｌに限定されず適宜材料選択が行われる。
【００１８】
第１リードフレーム２６、第２リードフレーム２８、第３リードフレーム３０、第４リードフレーム３２、第５リードフレーム３４の一部はモールド体４０から外部に露出する。第２回路部１４、第３回路部１６の相当部分も同様である。
【００１９】
次いで、本実施形態のモールド体４０の構成について説明する。モールド体４０は第１回路部１２と第２回路部１４の間に両者を接続する第１強度低減部１３を備える。同様に第２回路部１４と第３回路部１６の間に両者を接続する第２強度低減部１５を備える。第１強度低減部１３、第２強度低減部１５は他の部分よりも薄く形成され、強度が弱い部分であり、分割可能な領域である。
【００２０】
第１強度低減部１３、第２強度低減部１５について、図１の正面図であってモールド体４０のみを記載した図である図２を参照して説明する。図２に記載されるとおり、第１強度低減部１３、第２強度低減部１５はほかの部分よりも薄く形成される。
【００２１】
図３は図１の側面図であってモールド体４０の内部も表した図である。第１リードフレーム２６はエポキシ樹脂などの絶縁体５８を介してＡｌヒートシンク５６に搭載される。これによりモールド体４０内部の放熱性を高めることができる。
【００２２】
本実施形態の構成によれば第１強度低減部１３および第２強度低減部１５においてモールド体４０を分割可能である。よって例えばハーフブリッジ回路を備えるパワーモジュールを要する場合は第１強度低減部１３と第２強度低減部１５両方で分割を行うことで３個のパワーモジュールを得ることができる。またハーフブリッジ回路を備えるパワーモジュールとフルブリッジ回路を備えるパワーモジュールを要する場合は第１強度低減部１３か第２強度低減部１５のいずれか一方の分割を行うことでそれらを得ることができる。よってパワーモジュールのタイプごとに金型を準備する必要がなく、金型を共用化できるため、製造コストを低減できる。
【００２３】
例えばフルブリッジ回路を構成する場合はモールド体４０外部のＰＣＢ（プリント基板）上において第２リードフレーム２８同士、第５リードフレーム３４同士を接続することが必要である。
【００２４】
図４のように最小回路を６個備えるパワーモジュールであっても同様に無駄のないパワーモジュールの製造が可能である。すなわち三相ブリッジ回路を備えるパワーモジュールを製造する場合は図４の矢印Ａにおいて分割を行い、フルブリッジ回路を備えるパワーモジュールを製造する場合は矢印Ｂにおいて分割を行い、ハーフブリッジ回路を備えるパワーモジュールを製造する場合は矢印Ｃにおいて分割を行う。同様に６の倍数だけ最小回路を備えるようにパワーモジュールを構成しておくと無駄なく、一度のモールド工程でスループット良くパワーモジュールを製造できる。
【００２５】
図５−７はモールド体（パッケージ）の分割を容易化するパワーモジュールについて説明する図である。図５は平面図であり、最小回路を構成する第１回路部７２、第２回路部７４が記載されている。第１回路部７２、第２回路部７４の間には両者を接続する強度低減部７６を備える。強度低減部７６はモールド体の一部であってほかの部分より薄く形成され、かつ一部に貫通孔７８を備える。貫通孔７８は強度低減部７６に沿って形成される。図６は図５の正面図であり、貫通孔７８は破線で示されている。なお、図５は図１と異なり、モールド体のみ表すものであり、その内部は記載していない。
【００２６】
このように強度低減部７６に貫通孔７８を設けることで、モールド体を分割する際に強い力を要しない。よって分割すべき部分以外の部分に強い応力が及ばない。貫通孔７８が分割の起点となってガイド役を果たすため、意図しない部分でモールド体の割れが生じ得ることがない。よって、歩留りを高めることができる。
【００２７】
上述のとおり、強度低減部において分割することなしに複数の最小回路を備えたパワーモジュールが製造される場合もある。そのような場合に図５、６のように貫通孔を形成してしまうとモールド体の強度が不十分であることが考えられる。このような場合を考慮して、強度低減部に貫通孔ではなく溝を備える構成としてもよい。例えば図５における貫通孔７８を溝に置き換えた構成とすると必要な強度を保ち得る。図７は溝８２を備えるパワーモジュール８０を示す図である。溝８２は破線で描かれている。
【００２８】
最小回路の数は２以上である限りにおいて特にその数は限定されない。最小回路の数が２以上であれば最小回路間に強度低減部を備え本発明の効果を得ることができる。また最小回路の構成はＩＧＢＴ、ＦＷＤｉに加えてゲートドライブ回路や制御用ＩＣを含んでいても良い。また、ＩＧＢＴ、ＦＷＤｉではなくほかのパワーデバイスであってもよい。その他本発明の特徴を失わない範囲で変形をなし得る。
【００２９】
実施の形態２
本実施形態は図８−１３を参照して説明する。本実施形態のパワーモジュールは異なる最小回路間をモールド体内部で接続する共通リードフレームを備える。図８に記載の通り、本実施形態の共通リードフレーム１００は第１回路部１２の第５リードフレーム３４、第２回路部１４の第５リードフレーム１０２、第３回路部１６の第５リードフレーム１０４のすべてとモールド体４０内部において接続される。
【００３０】
本実施形態のようにパワーモジュールが三相ブリッジ回路を構成する場合、それぞれの最小回路が備える第５リードフレーム３４、１０２、１０４はＰ側電極と接続されることを予定するものである。
【００３１】
本実施形態の構成によれば第５リードフレーム３４、１０２、１０４がモールド体４０内部において共通リードフレーム１００により接続されているため、モールド体４０外部のＰＣＢ（プリント基板）上において第５リードフレーム３４、１０２、１０４間を接続することを要しない。よってＰＣＢ上の配線を簡略化でき、装置全体として小型化が可能となる。
【００３２】
また、第５リードフレーム３４、１０２、１０４が共通リードフレーム１００により接続されているため、これらのリードフレームの少なくとも一がモールド体４０の外部に露出し接続が行われれば足りる。従って、これらのリードフレームのうちモールド体外部に露出する部分であって、その部分で接続が行われないものについては切断してもよい。なお、図８においてはそのような切断が行われずすべての第５リードフレームがモールド体４０の外部に露出する構成が示されている。
【００３３】
ここで、第１強度低減部１３および第２強度低減部１５は共通リードフレーム１００を横断するように、他の部分より薄く形成されるため、分割が容易化し実施形態１相当の効果を得ることができる。さらに、モールド体４０の一部であって第１強度低減部１３または第２強度低減部１５に貫通孔や溝を設けることもでき、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
共通リードフレーム１００を用いることにより分割の難化が考えられる場合には共通リードフレーム１００に貫通孔や溝を設けるとよい。すなわち、図９に記載のように第１強度低減部１３における共通リードフレーム１００の一部に貫通孔１１０を設けると分割の際に「強い力を要する」ことや「意図しない部分でのパッケージ割れ」を抑制し歩留りを高めることができる。図１０には図９の円枠内とその近傍の正面図を示す。
【００３５】
同様に第１強度低減部１３における共通リードフレーム１００の一部に溝を設けても良い。図１０に相当する領域における溝の形状の例は図１１に溝１１２として示す。溝を設ける意義は実施形態１と同様であるから省略する。
【００３６】
共通リードフレーム１００に貫通孔や溝を設けた場合にはその部分で電気抵抗が高まり、パワーモジュールの特性に影響することが考えられる。そこで、図１２に記載のように第１強度低減部１３において共通リードフレーム１２０の幅を太くすることで、その他の直線部分と同等の抵抗となるようにしてもよい。これによりパワーモジュールの特性への影響を回避できる。図１３には図１２の円枠内とその近傍の正面図を示す。なお、溝１２２に代えて貫通孔を設けてもよい。
【００３７】
本実施形態では共通リードフレームの材料は第１リードフレーム２６などの他のリードフレームと同一材料とする。これにより共通リードフレームと他のリードフレームについて同一の素材（単版）から同時に形成できるため製造を容易化できる。共通リードフレーム、その他のリードフレームの形成にはパンチング、エッチングなどが用いられる。しかしながら、パッケージの分割を行い、所望の回路を備えるパワーモジュールを製造することを考慮すれば、共通リードフレームの材料を他のリードフレームの材料よりも分割容易なものとしておくことも有効である。その他少なくとも実施形態１相当の変形が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  パワーモジュール、  １２  第１回路部、  １３  第１強度低減部、  ２６  第１リードフレーム、  ４０  モールド体、  ７８  貫通孔、  ８２  溝、  １００  共通リードフレーム  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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