(57)【要約】【課題】厚み寸法の増大を抑えつつ平面寸法を小さくした半導体装置およびその過熱保護を提供することを課題とする。【解決手段】半導体装置１０は、リードフレームＲＭの主面側ＭＦに搭載された回路素子Ｄと、リードフレームＲＭの裏面側ＢＦに搭載されたインダクタ１２と、回路素子Ｄおよびインダクタ１２を樹脂封止する樹脂体１４と、を備えている。回路素子Ｄには、感温素子を有したモノリシック集積回路であるＭＩＣ１８が含まれる。【選択図】図１
2014192467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームの主面側に搭載された回路素子と、
前記リードフレームの裏面側に搭載されたインダクタと、
前記回路素子および前記インダクタを樹脂封止する樹脂体と、
を備え、
前記回路素子は感温素子を有し、前記インダクタの過熱保護機能を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記リードフレームは、分割されて相互に非連続とされた複数の分割フレームで構成さ
れ、前記感温素子を有した回路素子および前記インダクタが前記分割フレームに直接に実
装されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
装置内部で発生した熱を装置外方へ放熱する放熱板が設けられたことを特徴とする請求
項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記インダクタは強磁性体の八角柱状コアまたは円柱状コアからなり、
前記インダクタが配置された設置面に対向する位置に前記感温素子を有した回路素子を配
置したことを特徴とする請求項１乃至３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記インダクタのコイル電流―温度上昇特性が２次曲線特性であることを特徴とする請
求項１乃至４に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インダクタを有するＤＣ−ＤＣコンバータの半導体装置の過熱保護に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源電圧を所定の動作電圧に変換する電力変換装置としてＤＣ−ＤＣコンバータを備え
た半導体装置が知られている。このような半導体装置では、フレームの主面側に、インダ
クタ（コイル）、ＩＣ、およびコンデンサを搭載した、小型低背のＳＯＮ型半導体装置が
一般的に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７３７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＳＯＮ型半導体装置では基板の一方の平面に部品を搭載することで低背にす
ることはできるが、搭載面積を広くする必要があり、平面寸法が大きくなる。また、平面
に部品を搭載することにより、発熱部品と感温素子との距離が離れ、温度異常の検出精度
や検出時間の遅れなどの問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、厚み寸法の増大を抑えつつ平面寸法を
小さくした半導体装置の精度のよい過熱保護を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置は、リードフレームの主面側に搭
載された回路素子と、前記リードフレームの裏面側に搭載されたインダクタと、前記回路
素子および前記インダクタを樹脂封止する樹脂体と、前記回路素子は感温素子を有し、前
記インダクタの過熱保護機能を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置は、前記リードフレームが分割されて相互に非連続とされた複数の分割フレームで構成され、前記感温素子を有した回路素子および前記インダクタが前記分割フレームに直接に実装されていることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置は、装置内部で発生した熱を装置外方へ放熱する放熱板が設けられたことを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置は、前記インダクタは強磁性体の八角柱状コアまたは円柱状コアからなり、前記インダクタが配置された設置面に対向する位置に前記感温素子を有した回路素子を配置したことを特徴とする。
また、前記インダクタのコイル電流―温度上昇特性が2次曲線特性であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、厚み寸法の増大を抑えつつ平面寸法を小さくした半導体装置の過熱保護
機能を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る半導体装置の内部構成を説明する正面図、側面図、および、背面図である。
【図２】図２（ａ）および（ｂ）は、本発明の本実施形態の外観構成を説明する半導体装置の正面図および側面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るインダクタのコイル電流―温度上昇を示す特性図である。
【図４】図４は、本発明の過熱保護動作の利点を説明するための、直流負荷電流に動的なピーク負荷電流が重畳された負荷電流を示した波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）〜（ｃ
）は、それぞれ、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）に係る半導体装置の内
部構成を説明する正面図、側面図、および、背面図である。図２（ａ）および（ｂ）は、
本発明の本実施形態の外観構成を説明する半導体装置の正面図および側面図である。
【００１１】
本実施形態に係る半導体装置１０は、ＳＩＰ型樹脂封止半導体装置であり、インダクタ
内蔵型３端子モジュール（インダクタ内蔵型３端子レギュレータ）である。
【００１２】
半導体装置１０は、リードフレームＲＭと、リードフレームＲＭの主面側ＭＦ（表面側
）に搭載された感温素子を有した回路素子Ｄと、リードフレームＲＭの裏面側ＢＦに搭載されたインダクタ（コイル）１２と、回路素子Ｄおよびインダクタ１２を樹脂封止する樹脂体１４と、裏面側ＢＦであって樹脂体１４の外壁にビス止めされ、装置内部で発生した熱を装置外方へ放熱する放熱板１５とを備えている。
【００１３】
リードフレームＲＭは、銅または銅合金などの金属製である。本実施形態では、リード
フレームＲＭは、分割されて相互に非連続とされた３つの分割フレーム１６ｐ〜ｒからな
る。すなわち、分割フレーム同士は電気的に相互に絶縁されている。
【００１４】
図１（ａ）に示すように、半導体装置１０を正面側から見て、分割フレーム１６ｐ、１
６ｑは左右位置に、分割フレーム１６ｒは中央位置にそれぞれ配置されている。
【００１５】
また、本実施形態では、回路素子Ｄとして、ＭＩＣ（モノリシック集積回路）１８と、
基板２０ｐ、２０ｑと、チップコンデンサ２２ａ、２２ｂとが搭載されている。
ここで、ＭＩＣ１８の中央部Ａには、感温素子が搭載されている。
【００１６】
ＭＩＣ１８は分割フレーム１６ｒに搭載されている。チップコンデンサ２２ａは分割フ
レーム１６ｐ、１６ｒに跨って実装されており、チップコンデンサ２２ｂは分割フレーム
１６ｑ、１６ｒに跨って実装されている。
【００１７】
基板２０ｐは分割フレーム１６ｐに配置されており、基板２０ｑは分割フレーム１６ｑ
に配置されている。そして、チップコンデンサ２２ｃは基板２０ｐに実装されている。
【００１８】
そして、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、インダクタ１２の実装面側の両サイド
側に電気接続面１２ｐ、１２ｑが形成されており、この電気接続面１２ｐ、１２ｑがそれ
ぞれ分割フレーム１６ｑ、１６ｐに面接触するようにインダクタ１２がリードフレームＲ
Ｍの裏面側ＢＦに実装されている。しかも、主面側ＭＦのＭＩＣ１８と裏面側ＢＦのイン
ダクタ１２とがリードフレームＲＭを挟むように配置されている。
【００１９】
回路素子Ｄや基板２０を分割フレーム１６に配置する際、基板２０については、接着剤
で分割フレーム１６に接着させることで分割フレーム１６に固定しており、回路素子Ｄや
インダクタ１２については、実装時に、銀ペーストを塗布して熱硬化させることや、ある
いはリフローなどのはんだ付けをすることで、分割フレーム１６に固定している。
これにより、インダクタ１２とＭＩＣ１８は分割フレーム１６を介して熱的に結合される。また、ＭＩＣ１８の中央部Ａに、感温素子が搭載されているので、インダクタ１２の配置面の対向する位置に配置されるので、インダクタ１２の温度をＭＩＣ１８の感温素子で精度よく検出することができる。
【００２０】
また、半導体装置１０は、樹脂体１４から延び出す複数本のアウターリードＥＲを有す
る。そして、樹脂体１４は、ＭＩＣ１８、基板２０、チップコンデンサ２２、および、分
割フレーム１６のアウターリード以外の部分を樹脂封止するように、モールド樹脂等で形
成されている。樹脂体１４のうち半導体装置上部（アウターリードＥＲの延び出し側とは
反対側の部分）には、ビスが挿通可能な貫通孔１４Ｈが形成されている。なお、分割フレ
ーム１６ｐ、１６ｑの半導体装置上部は、この貫通孔１４Ｈに露出しない形状、配置にさ
れている。
【００２１】
また、放熱板１５は、ビス係合孔１５Ｈ（雌ネジ。図２（ｂ）参照）が形成されていて
樹脂体１４の外壁に当接する平板状の放熱基板１５ｂと、放熱基板１５ｂに立設するよう
に配列された複数本の放熱フィン１５ｆと、を有するものであり、半導体装置１０を製造
する前に予め製造しておいたものである。放熱板１５の材質は、例えば、銅やアルミニウ
ムである。
【００２２】
図３は、インダクタ１２のコイル電流―温度上昇の特性図を示す。インダクタ１２のコイル電流に対して温度上昇特性は２次曲線を示し、負荷電流が流れるとより温度上昇値が急峻になることがわかる。
このインダクタ１２のコイル電流―温度上昇の特性図において、任意の出力電流値に対応する温度上昇値を基にして過熱保護値を設定することで、過負荷保護を兼ねることができる。即ち、負荷に流れる電流が直流負荷電流に動的なピーク負荷電流が重畳された場合、一般的な過電流保護回路では、直流負荷電流に動的なピーク負荷電流が重畳されたピーク値で保護を行うことになる。
また、ピーク負荷電流が連続で流れた場合に過負荷状態となるが、一般的な過電流保護回路では実効値の負荷電流ではなく、負荷電流が設定された過電流検出値を超えない限り過電流保護は行われない。
図４は、直流負荷電流に動的なピーク負荷電流が重畳された負荷電流を示した波形図である。図４（ａ）は、通常動作時の負荷電流波形を示し、図４（ｂ）は、ピーク電流のデューティー比率が大きくなった過負荷動作の負荷電流波形を示したものである。ここで、図４に示す実効電流１及び実効電流２は、各々の負荷電流の実効電流値を示している。ここで、図４（ｂ）の実効電流２は図４（ａ）の実効電流１に対して、１．５倍の値になっているが、一般の過電流保護回路では、ピーク負荷電流のピーク値そのものが規定値より増大しないので、保護機能が働かない。
【００２３】
これに対して、本実施例においては、インダクタ１２の温度上昇値を過熱保護値に設定しているので、図４（ｂ）のような過負荷状態時の温度上昇値を速やかに検出して保護することが可能になる。
換言すれば、直流電流に動的なピーク負荷電流が重畳された負荷電流の実効電流値を定格電流値とし、定格電流値に対してマージンを持たせた電流値における温度上昇値を基に過熱保護値を設定することで、過熱保護及び過負荷保護の両面でＤＣ−ＤＣコンバータを保護することができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態では、リードフレームＲＭを形成している分割フレー
ム１６ｐ〜ｒの主面側ＭＦに回路素子Ｄが搭載され、分割フレーム１６ｐ〜ｒの主面側Ｍ
Ｆとは反対面側である裏面側ＢＦにインダクタ１２が搭載されており、実装可能なスペー
スを有効利用している。従って、回路素子Ｄとインダクタ１２とを主面側ＭＦにのみ実装
する場合に比べ、リードフレームＲＭ（分割フレーム１６ｐ〜ｒ）の面積を大幅に小さく
することが可能になる。よって、厚み寸法（高さ寸法）を抑えつつ平面寸法を大幅に小さ
くした半導体装置１０とすることができる。
【００２５】
そして、半導体装置１０は、主面側ＭＦにＭＩＣ１８を搭載し、裏面側ＢＦにインダク
タ１２を搭載することにより、ネジ締め等の機械的応力に対して強い構造にされている。
【００２６】
また、リードフレームＲＭが、相互に分割された複数（３つ）の分割フレーム１６から
なる。従って、分割フレーム同士が絶縁されているので、回路素子Ｄ（ＭＩＣ１８、基板
２０ｐ、チップコンデンサ２２ａ、２２ｂ）およびインダクタ１２を分割フレーム１６に
直接に実装することが可能になる。従って、インダクタ１２の通電量を従来に比べて大き
くすることができるので、インダクタ１２として、従来よりも容量が大きいものを用いる
ことができる。また、回路素子Ｄやインダクタ１２から発生した熱を金属製の分割フレー
ム１６に直接に伝達することができるので、放熱特性の優れた半導体装置１０とすること
ができる。また、インダクタ１２とＭＩＣ１８は分割フレーム１６を介して熱的に結合さ
れ、かつ、インダクタ１２の配置面の対向する位置に感温素子が搭載されるので、インダ
クタ１２の温度をＭＩＣ１８の感温素子で精度よく検出することができる。
【００２７】
更に、インダクタ１２の温度上昇値を過熱保護値に設定しているので、図４（ｂ）のよ
うな過負荷状態時の温度上昇値を速やかに検出して保護することが可能になる。
【００２８】
また、放熱フィン１５ｆを有する放熱板１５が、リードフレームＲＭの裏面側ＢＦであ
って樹脂体１４の外壁に設けられている。これにより、半導体装置１０の装置外方への放
熱特性が更に向上しており、半導体装置１０を更にハイパワーで作動させることが可能で
、かつ、過熱保護機能を阻害することは無い。
【００２９】
なお、以上の説明では、リードフレームＲＭが分割フレーム１６ｐ〜ｒからなる例で説
明したが、リードフレームＲＭを１枚の連続したものにし、表面側に回路素子Ｄを配置す
るとともに裏面側ＢＦにインダクタ１２を配置した半導体装置とすることも可能である。
この場合、絶縁性の基板上にリードフレームＲＭを載置してリードフレームＲＭと基板裏
面側とを絶縁させ、リードフレームＲＭが設けられていない基板裏面側にインダクタ１２
を配置することが、短絡を防ぐ観点及び過熱保護を機能させるのに好ましい。
【００３０】
また、本実施形態では、回路素子Ｄとして、ＭＩＣ１８、基板２０およびチップコンデ
ンサ２２を挙げたが、これら以外の他のもの（特に発熱量が多いもの）が含まれている構
成であってもよい。
【００３１】
また、樹脂体１４を形成する際に放熱板１５を配置し、放熱基板１５ｂの当接面側（樹
脂体側）の部位も併せて樹脂封止してもよい。これにより、インダクタ１２などの樹脂封
止された発熱源からの熱が放熱基板１５ｂに効率良く伝わるので、放熱フィン１５ｆから
高い効率で放熱することができる。また、放熱板１５を主面側ＭＦに設けてもよく、更に
は、主面側ＭＦ、裏面側ＢＦの両方に設けてもよい。
【００３２】
また、樹脂体１４の主面側ＭＦの厚みを、樹脂体１４の裏面側ＢＦの厚みの１.７倍以
下にすることが好ましく、これにより、樹脂体１４内に発生する熱応力を抑え易い構成に
することができる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は、本発明の技術的思想を具体
化するための例示であって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を上記のものに特定す
るものではない。本発明は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、
図面は模式的なものであり、寸法比などは現実のものとは異なることに留意すべきである
。従って、具体的な寸法比などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面
相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんで
ある。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る半導体装置は、リードフレームの裏面側にインダクタが搭載され、実装可能なスペースを有効利用しており、かつ、過熱保護機能を備えているので小型化した半導体装置として用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  半導体装置
１２  インダクタ
１４  樹脂体
１５  放熱板
１６ｐ  分割フレーム
１６ｑ  分割フレーム
１６ｒ  分割フレーム
１８  ＭＩＣ（回路素子）
２２ａ  チップコンデンサ（回路素子）
２２ｂ  チップコンデンサ（回路素子）
Ｄ  回路素子
ＢＦ  裏面側
ＭＦ  主面側
ＲＭ  リードフレーム
【図４】
2014192467.tif 000003
【図１】
2014192467.tif 000004
【図２】
2014192467.tif 000005
【図３】
2014192467.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月10日(2013.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2014192467.tif 000007