(57)【要約】【課題】  スナバ回路を構成する素子とリードフレームの接合部の接合信頼性の低下を抑制する技術を提供する。【解決手段】  第１スイッチング素子３３の一方の電極３０は、第１リードフレーム１２を介して第２スイッチング素子の一方の電極３６に接続されている。第１スイッチング素子３３の他方の電極３２は、第２リードフレーム１８を介してスナバ回路の素子４２と接続されている。第２スイッチング素子３９の他方の電極３８は、第３リードフレーム２２を介してスナバ回路の素子４２と接続されている。スナバ回路の素子４２の第１部分４２ａが第２リードフレーム１８の一方の表面に接合されると共に、その第２部分４２ｂが第３リードフレーム２２の一方の表面に接合されている。樹脂部４８には、その外表面から第２リードフレーム１８と第３リードフレーム２２の対向する端面間の隙間の内部まで延びるスリットが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１リードフレームと、第２リードフレームと、第３リードフレームと、表面電極と裏面電極を有する第１スイッチング素子と、表面電極と裏面電極を有する第２スイッチング素子と、少なくとも１つの素子を有するスナバ回路と、これらを封止する樹脂部と、を備えており、
第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極は、第１リードフレームを介して第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極に接続されており、
第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの他方の電極は、第２リードフレームを介してスナバ回路の前記素子と接続されており、
第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの他方の電極は、第３リードフレームを介してスナバ回路の前記素子と接続されており、
第２リードフレームの一方の表面と第３リードフレームの一方の表面は、同一平面上に位置し、
第２リードフレームの１つの端面と、第３リードフレームの１つの端面とが対向すると共に、それらの間には隙間が形成されており、
スナバ回路の前記素子は、第２リードフレームと第３リードフレームの対向する端面間に跨って配置されており、その第１部分が第２リードフレームの一方の表面に接合されると共に、その第２部分が第３リードフレームの一方の表面に接合されており、
樹脂部には、その外表面から第２リードフレームと第３リードフレームの対向する端面間の隙間の内部まで延びるスリットが形成されている、半導体モジュール。
【請求項２】
第１リードフレームの一方の表面上に、第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極と、第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極が接合されており、
第１リードフレームの一方の表面は、第２リードフレームの他方の表面及び第３リードフレームの他方の表面と対向しており、
スリットが第１リードフレームにまで形成されている、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
第１リードフレームにおけるスナバ回路の前記素子と対向する位置には、スリットが形成されていないことを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
第１リードフレームの厚みは第２リードフレームの厚み及び第３リードフレームの厚みよりも厚いことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体モジュールを製造する方法であって、
スリットの位置で第２リードフレームと第３リードフレームとが連結されたリードフレーム材を準備する準備工程と、
リードフレーム材の第２リードフレームとなる部分及び第３リードフレームとなる部分にスナバ回路の素子を接合する接合工程と、
接合工程後に、スナバ回路の素子及びリードフレーム材の周囲に樹脂部を形成する樹脂部形成工程と、
樹脂部形成工程後に、スリットを形成することでリードフレーム材を第２リードフレームと第３リードフレームとに分離する切断工程と、
を備えている、半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する技術は、半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、スイッチング素子にスナバ回路が並列接続された樹脂封止型の半導体モジュールを開示する。この半導体モジュールは、スイッチング素子が形成された２つの半導体チップ（高電位側と低電位側）を備えている。高電位側の半導体チップの一方の面は第１リードフレームを介してスナバ回路に接続されており、低電位側の半導体チップの一方の面は第２リードフレームを介してスナバ回路に接続されている。高電位側の半導体チップの他方の面及び低電位側の半導体チップの他方の面には、第３リードフレームが接続されている。特許文献１の技術によると、スナバ回路を上記のように接続することによりスイッチング素子とスナバ回路によって構成されるループ回路を小さくでき、この回路に高周波電流が流れたとしてもサージ電圧や放射ノイズを抑制できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１１５１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、スナバ回路を構成するセラミックコンデンサの一端が一方のリードフレームに接続され、セラミックコンデンサの他端が他方のリードフレームに接続されている。即ち、スナバ回路を構成する素子が２つのリードフレームに跨って実装されている。この構成によると、スナバ回路を構成する素子を樹脂封止する際に、２つのリードフレームが互いに独立して動くなどしてスナバ回路を構成する素子とリードフレームとの接合部に応力が生じ、接合部にクラックが発生する虞がある。接合部にクラックが発生すると、半導体モジュールの信頼性が低下する。
【０００５】
本明細書では、スナバ回路を構成する素子とリードフレームの接合部の接合信頼性の低下を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する半導体モジュールは、第１リードフレームと、第２リードフレームと、第３リードフレームと、表面電極と裏面電極を有する第１スイッチング素子と、表面電極と裏面電極を有する第２スイッチング素子と、少なくとも１つの素子を有するスナバ回路と、これらを封止する樹脂部を備える。第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極は、第１リードフレームを介して第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極に接続されている。第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの他方の電極は、第２リードフレームを介してスナバ回路の素子と接続されている。第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの他方の電極は、第３リードフレームを介してスナバ回路の素子と接続されている。第２リードフレームの一方の表面と第３リードフレームの一方の表面は、同一平面上に位置している。第２リードフレームの１つの端面と、第３リードフレームの１つの端面は対向しており、それらの間には隙間が形成されている。スナバ回路の素子は、第２リードフレームと第３リードフレームの対向する端面間に跨って配置されている。スナバ回路の素子の第１部分が第２リードフレームの一方の表面に接合されると共に、その第２部分が第３リードフレームの一方の表面に接合されている。樹脂部には、その外表面から第２リードフレームと第３リードフレームの対向する端面間の隙間の内部まで延びるスリットが形成されている。
【０００７】
ここで、上記の「リードフレームを介して接続される」には、接続される２つの部材のそれぞれが当該リードフレームに直接接合されている場合のみならず、他の部品を介して当該リードフレームに接続されている場合も含まれる。したがって、接続される２つの部材の一方又は両者が他の部品（例えば、他のリードフレームや素子等）を介して当該リードフレームに接続される場合も、上記の「リードフレームを介して接続される」に相当する。
【０００８】
上記の半導体モジュールでは、第２リードフレームと第３リードフレームに跨ってスナバ回路の素子が配置され、樹脂部には第２リードフレームと第３リードフレームの間の位置にスリットが形成されている。このため、第２リードフレームと第３リードフレームをスリットの位置で連結したリードフレーム材を準備し、そのリードフレーム材にスナバ回路の素子を接合した後に樹脂部を形成し、次いで樹脂部にスリットを形成することで、リードフレーム材を第２リードフレームと第３リードフレームに切断してもよい。樹脂部を形成する際に第２リードフレームと第３リードフレームとを連結しておくことができるため、スナバ回路の素子とリードフレームとの接合部に生じる応力を抑制することができる。上記の半導体モジュールは、上記のような方法で製造できるため、スナバ回路の素子とリードフレームとの接合部の接合信頼性が低下することを抑制し得る。
【０００９】
また、本明細書は、上記の半導体モジュールを好適に製造する方法を開示する。即ち、本明細書に開示する半導体モジュールの製造方法は、準備工程と、接合工程と、樹脂部形成工程と、切断工程を備える。準備工程では、スリットの位置で第２リードフレームと第３リードフレームとが連結されたリードフレーム材を準備する。接合工程では、リードフレーム材の第２リードフレームとなる部分及び第３リードフレームとなる部分にスナバ回路の素子を接合する。樹脂部形成工程では、接合工程後に、スナバ回路の素子及びリードフレーム材の周囲に樹脂部を形成する。切断工程では、樹脂部形成工程後に、スリットを形成することでリードフレーム材を第２リードフレームと第３リードフレームとに分離する。この製造方法によると、スナバ回路の素子とリードフレームとの接合部の接合信頼性が低下することを抑制することができる。
【００１０】
本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び、実施例にて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１の半導体モジュールの回路図を示す。
【図２】実施例１の半導体モジュールの縦断面図を示す。
【図３】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための平面図であり、下部リードフレームを示す。
【図４】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための平面図であり、上部リードフレームを示す。
【図５】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための正面図であり、下部リードフレームにスイッチング素子を実装した状態を示す。
【図６】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための正面図であり、スイッチング素子の周囲に樹脂部を形成した後にスイッチング素子の表面に上部リードフレームを接合した状態を示す。
【図７】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための正面図であり、スイッチング素子の表面に接合されたリードフレームの表面にスナバ回路の素子を接合した状態を示す。
【図８】図７の平面図を示す。
【図９】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための正面図であり、スナバ回路の素子、上部リードフレーム、下部リードフレームの周囲に樹脂部を形成した状態を示す。
【図１０】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための斜視図であり、下部リードフレームのスリット及び上部リードフレームの隙間に樹脂が充填された状態を示す。
【図１１】実施例１の半導体モジュールの製造方法を説明するための斜視図であり、スリットを形成して上部のリードフレーム材を切断した状態を示す。
【図１２】実施例２の半導体モジュールの縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。
【００１３】
（特徴１）  本明細書が開示する半導体モジュールは、第１リードフレームの一方の表面上に、第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極と、第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極が接合されていてもよい。第１リードフレームの一方の表面が、第２リードフレームの他方の表面及び第３リードフレームの他方の表面と対向しており、スリットが第１リードフレームにまで形成されていてもよい。特徴１によると、樹脂部に形成されるスリットに応じたスリットを第１リードフレームに形成した状態で樹脂部を形成し、その後に第１リードフレームに形成されたスリットに沿って樹脂部にスリットを形成することができる。第１リードフレームに予め形成されたスリットに沿って樹脂部にスリットを形成するため、第１リードフレームに予めスリットが形成されていない場合に比べて、樹脂部の所望の位置に容易にスリットを形成することができる。
【００１４】
（特徴２）  本明細書が開示する半導体モジュールは、第１リードフレームにおけるスナバ回路の素子と対向する位置には、スリットが形成されていなくてもよい。特徴２によると、第１リードフレームに形成されたスリットに沿って樹脂部にスリットを形成する際に、スナバ回路の素子まで切断してしまうことを抑制できる。
【００１５】
（特徴３）  本明細書が開示する半導体モジュールは、第１リードフレームの厚みが第２リードフレームの厚み及び第３リードフレームの厚みより厚くてもよい。樹脂部にスリットを形成する際は、第１リードフレームのスリットには樹脂が充填されている。第１リードフレームは樹脂よりも切断強度の高い材料で形成されている。このため、切断部材は、第１リードフレームのスリットに充填された樹脂と第１リードフレームとの境界に沿って樹脂を切断することで、樹脂部にスリットを形成することができる。このとき、第１リードフレームの厚みが第２及び第３リードフレームの厚みより厚いため、第２及び第３リードフレームは切断できるが、第１リードフレームは切断できない切断力で樹脂部を切断することができる。これによって、切断部材が、第１リードフレームのスリットを超えて、樹脂部にスリットを形成してしまうことが抑制される。第１リードフレームに形成されたスリットをガイドとして、樹脂部にスリットを適切に形成することができる。
【実施例１】
【００１６】
（半導体モジュール）
本実施例の半導体モジュール１０について図１、２を用いて説明する。図１は半導体モジュール１０の回路図であり、ハイブリッド車に搭載されるモータ駆動用のインバータ回路の１相分の回路図である。図１に示すように、この回路では２つのスイッチング素子３３、３９が直列接続されている。各スイッチング素子３３，３９は、逆並列に接続された還流ダイオードが一体に形成されている。本実施例ではスイッチング素子３３が高電位側の接続端子Ｈに接続されており、スイッチング素子３９が低電位側の接続端子Ｌに接続されている。スイッチング素子３３とスイッチング素子３９の接続点は出力端子Ｍに接続されている。２つのスイッチング素子３３、３９には、コンデンサ４２及び抵抗４４の直列接続体により構成されるスナバ回路４６が並列接続されている。スナバ回路４６は、スイッチング素子をオフする際にスイッチング素子に発生するサージ電圧を吸収する。
【００１７】
２つのスイッチング素子３３、３９の直列接続体（すなわち、図１の半導体モジュール）を３組ブリッジ接続することで、３相インバータ回路が構成される。本実施例では、スイッチング素子としてＳｉＣ基板を用いたｎ型ＭＯＳＦＥＴが用いられる。ＳｉＣ基板にＭＯＳＦＥＴを形成することで、ＳｉＣ基板に還流ダイオードが一体に形成されている。半導体モジュール１０は、インバータ回路を構成するスイッチング素子３３，３９と、これらを保護するためのスナバ回路４６が組み込まれている。なお、スイッチング素子３３は「第１スイッチング素子」の一例に相当し、スイッチング素子３９は「第２スイッチング素子」の一例に相当する。
【００１８】
図２は半導体モジュール１０の縦断面図を示す。２つのスイッチング素子３３，３９が下部リードフレーム１２の表面（ｚ方向の面）に実装されている。スイッチング素子３３，３９は略同一の構成を有するが、ｚ方向において互いに反転している。具体的には、スイッチング素子３３は、ＳｉＣ基板２８と、ＳｉＣ基板２８の表面に形成されたドレイン電極３２と、ＳｉＣ基板２８の裏面に形成されたソース電極３０により構成される。一方、スイッチング素子３９は、ＳｉＣ基板３４と、ＳｉＣ基板３４の表面に形成されたソース電極３８と、ＳｉＣ基板３４の裏面に形成されたドレイン電極３６により構成される。ＳｉＣ基板２８、３４には、半導体素子構造（ゲート電極を含む）が形成されている。ＳｉＣ基板２８、３４に形成される半導体素子構造は従来公知であるため、その詳細は省略する。スイッチング素子３３のソース電極３０及びスイッチング素子３９のドレイン電極３６が、下部リードフレーム１２の表面にはんだで接合されている。即ち、スイッチング素子３３のソース電極３０は下部リードフレーム１２を介してスイッチング素子３９のドレイン電極３６に接続されている。なお、スイッチング素子３３のソース電極３０は「第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極」の一例に相当し、スイッチング素子３９のドレイン電極３６は、「第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの一方の電極」の一例に相当する。
【００１９】
本実施例では、スイッチング素子３３、３９の周囲には樹脂部４０が形成されている。樹脂部４０の表面はスイッチング素子３３のドレイン電極３２の表面及びスイッチング素子３９のソース電極３８の表面と略同一の高さとなっている。樹脂部４０は熱伝導率の高い樹脂により形成されている。
【００２０】
ドレイン電極３２の表面、ソース電極３８の表面、及び樹脂部４０の表面には３つのリードフレームが接合されている。以下では、３つのリードフレームを、Ｙ方向側から順に上部左側リードフレーム１８、上部中間リードフレーム２２、及び上部右側リードフレーム２０と称する。各リードフレーム１８、２０、２２は、それぞれ略同一の厚みを有する。このため、上部左側リードフレーム１８、上部右側リードフレーム２０、及び上部中間リードフレーム２２の表面（ｚ方向の面）は同一平面上に位置している。各リードフレーム１８，２０，２２の裏面（−ｚ方向の面）は、下部リードフレーム１２の表面に対向している。各リードフレーム１８，２０，２２の厚みｔ２は、下部リードフレーム１２の厚みｔ１よりも薄くなっている。なお、スイッチング素子３３のドレイン電極３２は「第１スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの他方の電極」の一例に相当し、スイッチング素子３９のソース電極３８は「第２スイッチング素子の表面電極と裏面電極のうちの他方の電極」の一例に相当する。
【００２１】
各リードフレーム１８，２０，２２の表面にはスナバ回路４６の素子が実装される。本実施例では、スナバ回路４６はコンデンサ４２及び抵抗４４により構成される。コンデンサ４２にはセラミックコンデンサが用いられるが、これに限られず、例えばフィルムコンデンサを用いてもよい。また、抵抗４４にはチップ抵抗が用いられるが、これに限られない。
【００２２】
まず、コンデンサ４２の実装について説明する。図２に示すように、上部左側リードフレーム１８の−Ｙ方向側の端面１８ａと上部中間リードフレーム２２のＹ方向側の端面２２ａの間には隙間が形成され、両端面１８ａ，２２ａは対向している。コンデンサ４２は、端面１８ａと端面２２ａの間を跨って配置される。具体的には、コンデンサ４２の一方の電極４２ａは上部左側リードフレーム１８の表面にはんだ付けされており、コンデンサ４２の他方の電極４２ｂは上部中間リードフレーム２２の表面にはんだ付けされている。これにより、スイッチング素子３３のドレイン電極３２は上部左側リードフレーム１８を介してコンデンサ４２と接続される。また、後述するように、スイッチング素子３９のソース電極３８は、上部右側リードフレーム２０、抵抗４４及び上部中間リードフレーム２２を介してコンデンサ４２に接続される。したがって、コンデンサ４２が「スナバ回路の素子」の一例に相当すると考えると、上部左側リードフレーム１８が「第２リードフレーム」の一例に相当し、上部中間リードフレーム２２が「第３リードフレーム」の一例に相当する。また、コンデンサ４２の一方の電極４２ａは「スナバ回路の素子の第１部分」の一例に相当し、他方の電極４２ｂは「スナバ回路の素子の第２部分」の一例に相当する。
【００２３】
次に、抵抗４４の実装について説明する。図２に示すように、上部中間リードフレーム２２の−Ｙ方向側の端面２２ｂと上部右側リードフレーム２０のＹ方向側の端面２０ａの間には隙間が形成され、両端面２２ｂ，２０ａは対向している。抵抗４４は、端面２２ｂと端面２０ａの間を跨って配置される。具体的には、抵抗４４の一端４４ａは上部中間リードフレーム２２の表面にはんだ付けされており、抵抗４４の他端４４ｂは上部右側リードフレーム２０の表面にはんだ付けされている。これにより、スイッチング素子３９のソース電極３８は上部右側リードフレーム１８を介して抵抗４４と接続される。また、抵抗４４の一端４４ａは上部中間リードフレーム２２を介してコンデンサ４２の他方の電極４２ｂと接続される。その結果、スイッチング素子３３のドレイン電極３２は、上部左側リードフレーム１８、コンデンサ４２及び上部中間リードフレーム２２を介して抵抗４４に接続される。なお、抵抗４４が「スナバ回路の素子」の一例に相当すると考えると、上部中間リードフレーム２２が「第２リードフレーム」の一例に相当し、上部右側リードフレーム２０が「第３リードフレーム」の一例に相当する。ここで、上部中間リードフレーム２２は、コンデンサ４２が「スナバ回路の素子」の一例に相当するときは「第３リードフレーム」の一例に相当し、抵抗４４が「スナバ回路の素子」の一例に相当するときは「第２リードフレーム」の一例に相当することに注意されたい。また、抵抗４４の一端４４ａは「スナバ回路の素子の第１部分」の一例に相当し、他端４４ｂは「スナバ回路の素子の第２部分」の一例に相当する。
【００２４】
下部リードフレーム１２、樹脂部４０、上部の各リードフレーム１８，２０，２２、コンデンサ４２及び抵抗４４は、樹脂部４８によって一体的に樹脂封止されている。このとき、下部リードフレーム１２の端子、上部左側リードフレーム１８の端子、及び上部右側リードフレーム２２の端子は樹脂部４８の外部に露出するように封止される。
【００２５】
スイッチング素子３３のドレイン電極３２には上部左側リードフレーム１８が接合されている。上部左側リードフレーム１８の接続端子Ｈは配線を介して高電位側電源に接続される。一方、スイッチング素子３９のソース電極３８には上部右側リードフレーム２０が接合されている。上部右側リードフレーム２０の接続端子Ｌは配線を介して低電位側電源に接続される。スイッチング素子３３のソース電極３０とスイッチング素子３９のドレイン電極３６には下部リードフレーム１２が接合されている。ソース電極３０とドレイン電極３６はインバータ回路の高電位側電源と低電位側電源の中間の電位となっている。下部リードフレーム１２の接続端子Ｍは配線を介して交流モータ（図示省略）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかに接続されている。
【００２６】
上記のレイアウトを有する半導体モジュール１０では、スナバ回路４６を構成する素子４２，４４をスイッチング素子３３、３９の近傍に配置することが可能となる。このため、スイッチング素子３３，３９のオフ時に発生する過大なサージ電圧は、スナバ回路４６の素子４２，４４により適切に吸収される。従って、スイッチング素子３３，３９に例えばＳｉＣ−ＭＯＳのような高速スイッチングを可能とする半導体素子を用いても、スイッチング素子のオフ時にスイッチング素子及びその周辺部品の耐圧を超える電圧がこれらの素子及び部品に印加されることを抑制できる。
【００２７】
（半導体モジュールの製造方法）
次に、半導体モジュール１０の製造方法について図３〜１１を参照して説明する。以下では、本明細書に開示する技術に関連する部分については詳細に説明し、それ以外の部分については従来公知の方法であるため説明を省略する。本実施例では、下部リードフレーム準備工程、上部リードフレーム準備工程、スイッチング素子実装工程、第１樹脂部形成工程、上部リードフレーム接合工程、スナバ回路素子接合工程、第２樹脂部形成工程、及び上部リードフレーム切断工程を実施することによって、半導体モジュール１０を製造する。
【００２８】
（下部リードフレーム準備工程）
まず、図３に示すように下部リードフレーム１２を準備する。下部リードフレーム１２は、短辺がＬ１、長辺がＬ２の略矩形状のリードフレームであり、その一方の長辺（Ｙ方向に沿って延びる２辺のうち−Ｘ方向側の辺）に２つのスリット１４、１６が形成されている。スリット１４は幅（Ｙ方向の長さ）がｗ１、奥行き（Ｘ方向の長さ）がｄ１の矩形状のスリットであり、スリット１６は幅がｗ１、奥行きがｄ２の矩形状のスリットである。奥行きｄ１、ｄ２の間にはｄ１＞ｄ２の関係が成り立つ。スリット１４、１６は下部リードフレーム１２の長辺の略中央に一定の間隔を置いて形成される。下部リードフレーム１２の他方の長辺（Ｙ方向に沿って延びる２辺のうちＸ方向側の辺）には接続端子Ｍが形成されている。本実施例では下部リードフレーム１２には銅合金が用いられるが、これに限られず、例えば鉄合金を用いてもよい。
【００２９】
（上部リードフレーム準備工程）
次に、図４に示すように、上部リードフレーム２３を準備する。上部リードフレーム２３は、短辺がＬ１、長辺がＬ２の略矩形状のリードフレーム（即ち、下部リードフレーム１２と略同一形状のリードフレーム）であり、その一方の長辺（Ｙ方向に沿って延びる２辺のうちＸ方向側の辺）に２つの隙間２５、２７が形成されている。隙間２５は幅がｗ２、奥行きがｄ５の矩形状の隙間であり、隙間２７は幅がｗ２、奥行きがｄ６の矩形状の隙間である。奥行きｄ５、ｄ６の間にはｄ５＜ｄ６の関係が成り立つ。上部リードフレーム２３の一方の長辺には、隙間２５のＹ方向側と隙間２７の−Ｙ方向側にそれぞれ接続端子Ｈ，Ｌが形成されている。下部リードフレーム１２の接続端子Ｍを除いた部分と上部リードフレーム２３の接続端子Ｈ，Ｌを除いた部分をＺ方向に対向させてこれらをＺ方向から平面視すると、隙間２５は、そのＸ方向に延びる中心線がスリット１４のＸ方向に延びる中心線と同一直線上に位置するように形成されている。同様に、隙間２７は、そのＸ方向に延びる中心線がスリット１６のＸ方向に延びる中心線と同一直線上に位置するように形成されている。
【００３０】
上部リードフレーム２３の形状は、以下のように説明することもできる。即ち、上部リードフレーム２３は、３つのサブリードフレーム１７、２１、１９が連結部２４、２６により連結された形状である。より詳細には、サブリードフレーム１７は長さＬ１の長辺と長さＬ３の短辺を有する。−Ｙ方向側の長辺は、その長辺から垂直（−Ｚ方向）に形成されている端面１８ａを有する。一方、サブリードフレーム２１は長さＬ１の長辺と長さＬ４の短辺を有し、Ｙ方向側の長辺は、その長辺から垂直（−Ｚ方向）に形成されている端面２２ａを有する。各端面１８ａ、２２ａの−Ｘ方向側の端部は連結部２４により連結されている。連結部２４は矩形状である。連結部２４の幅はｗ２で、奥行きはｄ３となっている。同様に、サブリードフレーム１９は長さＬ１の長辺と長さＬ３の短辺を有し、Ｙ方向側の長辺から垂直（−Ｚ方向）に形成されている端面２０ａを有する。一方、サブリードフレーム２１は−Ｙ方向側の長辺から垂直（−Ｚ方向）に形成されている端面２２ｂを有する。各端面２０ａ、２１ｂの−Ｘ方向側の端部は連結部２６により連結されている。連結部２６は矩形状である。連結部２６の幅はｗ２で、奥行きはｄ４となっている。奥行きｄ３、ｄ４の間にはｄ３＞ｄ４の関係が成り立つ。また、ｄ３＋ｄ５＝ｄ４＋ｄ６＝Ｌ１、２Ｌ３＋Ｌ４＋２ｗ２＝Ｌ２の関係が成り立つ。
【００３１】
端面１８ａと端面２２ａはＹ方向に対向しており、端面２０ａと端面２２ｂはＹ方向に対向している。従って、隙間２５は端面１８ａと端面２２ａの間に形成されており、隙間２７は端面２０ａと端面２２ｂの間に形成されているということもできる。
【００３２】
連結部２４、２６のＸ方向に延びる中心線は隙間２５、２７の中心線とそれぞれ同一直線上に位置している。このため、連結部２４、２６のＸ方向に延びる中心線はそれぞれ下部リードフレーム１２のスリット１４、１６のＸ方向に延びる中心線と同一直線上に位置する。また、連結部２４，２６の幅ｗ２とスリット１４，１６の幅ｗ１との間には、ｗ２＞ｗ１の関係が成り立ち、連結部２４、２６の奥行きｄ３、ｄ４と、スリット１４、１６の奥行きｄ１、ｄ２の間には、ｄ３＜ｄ１、ｄ４＜ｄ２の関係が成り立つ。後で詳しく説明するが、図４の連結部２４、２６は、後の工程でその一部がＸ方向に切断される。これにより、上部リードフレーム２３は３つのリードフレームに分割される。３つのリードフレームはＹ方向から順に上部左側リードフレーム１８、上部中間リードフレーム２２、上部右側リードフレーム２０となる。本実施例では上部リードフレーム２３には銅合金が用いられるが、これに限られず、例えば鉄合金を用いてもよい。なお、上部リードフレーム２３は「リードフレーム材」の一例に相当する。
【００３３】
（スイッチング素子実装工程）
次に、図５に示すように、下部リードフレーム１２の表面にスイッチング素子３３、３９を実装する。下部リードフレーム１２の表面には、スイッチング素子３３のソース電極３０及びスイッチング素子３９のドレイン電極３６をそれぞれ接合する。スイッチング素子３３はスリット１４よりもＹ方向側に実装され、スイッチング素子３９はスリット１６よりも−Ｙ方向側に実装される。これにより、スイッチング素子３３のソース電極３０は下部リードフレーム１２を介してスイッチング素子３９のドレイン電極３６に接続される。
【００３４】
（第１樹脂部形成工程、上部リードフレーム接合工程）
次に、図６に示すように、スイッチング素子３３、３９の周囲に樹脂部４０を形成し、その後にスイッチング素子３３、３９の各電極３２、３８に上部リードフレーム２３を接合する。図６では樹脂部４０により封止されたスイッチング素子３３、３９を破線で示している。本実施例では、樹脂部４０は熱硬化性の樹脂シートをプレス装置によってプレス加工して形成される。プレス加工による樹脂部４０を成形する方法は従来公知の方法であるためその説明は省略する。樹脂部４０は、その表面がスイッチング素子３３のドレイン電極３２及びスイッチング素子３９のソース電極３８とＺ方向において同一の高さになるように形成される。樹脂シートには熱伝導性の高い樹脂が用いられることが好ましい。なお、樹脂部４０の形成方法はプレス加工に限られず、他の方法を用いてもよい。
【００３５】
樹脂部４０の形成が終了するとドレイン電極３２、ソース電極３８、及び樹脂部４０の表面に上部リードフレーム２３が接合される。このとき、スイッチング素子３３，３９は樹脂部４０により封止固定されているため、上部リードフレーム２３の接合時にスイッチング素子３３、３９と下部リードフレーム１２との間の接合部に応力が生じることが抑制される。スイッチング素子３３、３９は略同一の寸法であるため、上部リードフレーム２３の裏面は下部リードフレーム１２の表面と略平行に対向している。図６では上部リードフレーム２３の連結部２４、２６を二点鎖線で示している。連結部２４、２６はスリット１４、１６とＺ方向にそれぞれ対向している。また、下部リードフレーム１２の厚みｔ１と上部リードフレーム２３の厚みｔ２の間には、ｔ１＞ｔ２の関係が成り立つ。
【００３６】
（スナバ回路素子接合工程）
次に、図７、８に示すように、上部リードフレーム２３の表面にコンデンサ４２及び抵抗４４を接合する。図７、８ではスイッチング素子３３、３９を破線で示している。また、図８では樹脂部４０の図示を省略しており、下部リードフレーム１２の表面に色を付している。コンデンサ４２は、隙間２５を跨ぐように接合される。即ち、コンデンサ４２の一方の電極４２ａがサブリードフレーム１７にはんだ付けされ、その他方の電極４２ｂがサブリードフレーム２１にはんだ付けされることで、コンデンサ４２が上部リードフレーム２３の表面に接合される。図８に示すように、本実施例では、２つのコンデンサ４２が並列に接続されるが、これに限られず、接合されるコンデンサは１つでもよいし３つ以上でもよい。同様に、抵抗４４は、隙間２７を跨ぐように接合される。即ち、抵抗４４の一端４４ａがサブリードフレーム２１にはんだ付けされ、その他端４４ｂがサブリードフレーム１９にはんだ付けされることで、抵抗４４が上部リードフレーム２３の表面に接合される。図８に示すように、本実施例では、２つの抵抗４４が並列に接続されるが、これに限られず、接合される抵抗は１つでもよいし３つ以上でもよい。
【００３７】
図８に示すように、上部リードフレーム２３の表面を平面視すると、ｄ１＞ｄ３、ｄ２＞ｄ４であるため、スリット１４、１６のＸ方向における端部が連結部２４，２６を超えて上部リードフレーム２３の隙間２５、２７内に位置している。また、コンデンサ４２がスリット１４とＺ方向において対向することがないようにコンデンサ４２の位置が調整される。同様に、抵抗４４がスリット１６とＺ方向において対向することがないように抵抗４４の位置が調整される。別言すれば、下部リードフレーム１２における、コンデンサ４２及び抵抗４４とＺ方向に対向する位置には、スリット１４、１６が形成されることはない。コンデンサ４２及び抵抗４４によりスナバ回路４６が構成される。
【００３８】
（第２樹脂部形成工程）
次に、図９に示すように、熱硬化性樹脂を射出成型して、下部リードフレーム１２、樹脂部４０、上部リードフレーム２３、コンデンサ４２及び抵抗４４を樹脂部４８で一体的に封止する。図９ではこれら封止された部材を破線で示し、連結部２４、２６を二点鎖線で示している。これにより、コンデンサ４２及び抵抗４４が上部リードフレーム２３に固定される。射出成形の方法は従来公知であるため、説明は省略する。熱硬化性樹脂には、例えばエポキシ樹脂が用いられるが、これに限定されない。図１０は、樹脂部４８を形成した状態の斜視図を示す。図１０では図を見易くするために、樹脂部４０（スイッチング素子３３，３９を含む）と、上部リードフレーム２３及び下部リードフレーム１２の外表面及び側面を覆う樹脂部４８の図示を省略している。射出成型により形成された樹脂４８は、下部リードフレーム１２のスリット１４、１６及び上部リードフレーム２３の隙間２５、２７にも充填されている。なお、下部リードフレーム１２の接続端子Ｍ及び上部リードフレーム２３の接続端子Ｈ，Ｌは樹脂部４８の外部に露出するように封止される。なお、第２樹脂部形成工程は、「樹脂部形成工程」の一例に相当する。
【００３９】
（上部リードフレーム切断工程）
次に、図１１に示すように、上部リードフレーム２３の連結部２４、２６の一部をそれぞれ切断して、上部リードフレーム２３を３つのリードフレームに切断する。具体的には、下部リードフレーム１２のスリット１４に充填された樹脂部４８と下部リードフレーム１２との境界に沿って（即ち、スリット１４の形状に沿って）、スリット１４に充填された樹脂部４８を切断する。切断には切断カッター等の切断部材が用いられる。切断カッターは、上部リードフレーム２３の端面のうち、連結部２４、２６が形成されている端面、及び下部リードフレーム１２の端面のうち、スリット１４、１６が形成されている端面に対して略垂直な方向に入刃し、スリット１４に充填された樹脂部４８及び上部リードフレーム２３を同時に切断する。連結部２４は、スリット１４とＺ方向に対向する位置に形成されており、かつ、スリット１４の奥行きｄ１は連結部２４の奥行きｄ３よりも大きいため、上記のように切断することにより、連結部２４（及び隙間２５に充填された樹脂部４８）にスリット１４と略同一の寸法のスリットが形成され、連結部２４が切断される。このとき、連結部２４の幅ｗ２はスリット１４の幅ｗ１よりも大きいため、厳密には連結部２４の一部が切断されずに残ることになる。
【００４０】
同様の方法でスリット１６に充填された樹脂部４８を、スリット１６の形状に沿って切断することにより、連結部２６の一部が切断される。これにより、上部リードフレーム２３は、Ｙ方向から順に上部左側リードフレーム１８、上部中間リードフレーム２２、及び上部右側リードフレーム２０に分割される。即ち、コンデンサ４２は２つの異なるリードフレームである上部左側リードフレーム１８と上部中間リードフレーム２２に跨って接合され、抵抗４４は２つの異なるリードフレームである上部右側リードフレーム２０と上部中間リードフレーム２２に跨って接合されることになる。
【００４１】
なお、上部左側リードフレーム１８は、サブリードフレーム１７に連結部２４のうち切断されなかった部分が付属した形状である。このため、サブリードフレーム１７が有する端面１８ａは、上部左側リードフレーム１８が有しているともいえる。同様に、上部右側リードフレーム２０はサブリードフレーム１９に連結部２６のうち切断されなかった部分が付属した形状であるため、上部右側リードフレーム２０は端面２０ａを有する。上部中間リードフレーム２２はサブリードフレーム２１に連結部２４、２６のうち切断されなかった部分が付属した形状であるため、上部中間リードフレーム２２は端面２２ａ、２２ｂを有する。
【００４２】
以上に説明した製造方法によれば、図２に示す本実施例の半導体モジュール１０を製造することができる。上述した説明から明らかなように、半導体モジュール１０の樹脂部４８には、その外表面から、上部左側リードフレーム１８の端面１８ａと上部中間リードフレーム２２の端面２２ａの間に形成される隙間２５と、上部右側リードフレーム２０の端面２０ａと上部中間リードフレーム２２の端面２２ｂの間に形成される隙間２７まで延びるスリットがそれぞれ形成されている。
【００４３】
この製造方法によると、樹脂部４８を形成する際は各リードフレーム１８，２０，２２は連結されており一枚の上部リードフレーム２３を成している。このため、各リードフレームが連結されずに樹脂部が形成される場合と比較して、樹脂成形時に各リードフレームが独立して動くことが抑制される。従って、樹脂成形時にコンデンサ４２の両電極４２ａ、４２ｂと上部リードフレーム２３との接合部に応力が生じることを抑制でき、接合部にクラックが生じることを抑制することができる。抵抗４４の両端と上部リードフレーム２３との接合部についても同様のことが言える。また、各リードフレーム１８、２０、２２はコンデンサ４２及び抵抗４４の接合時においても連結されている。このため、これらの素子の接合時において、各リードフレームが独立して動くことが抑制され、これらの素子４２，４４と上部リードフレーム２３との接合部に応力が生じることを抑制できる。このような方法で半導体モジュール１０を製造することにより、コンデンサ４２及び抵抗４４と上部リードフレーム２３との接合信頼性が低下することを抑制することができる。
【００４４】
また、本実施例では、下部リードフレーム１２にスリット１４、１６を形成し、これらのスリット１４，１６に充填された樹脂を、スリットの形状に沿って切断することにより上部リードフレーム２３を３つのリードフレームに分割する。一般に、樹脂の切断抵抗はリードフレームの切断抵抗よりも大幅に低い。このため、下部リードフレーム１２にスリットを形成せずに上部リードフレーム２３を切断する（即ち、下部リードフレーム１２とともに切断する）場合と比較して、切断抵抗が下がり、上部リードフレーム２３の切断が容易になる。また、スリット１４、１６に沿って上部リードフレーム２３を切断することにより、スリット１４、１６が切断時のガイドとして機能する。このため、上部リードフレーム２３に形成されるスリットの寸法が半導体モジュールの製品間においてばらつくことを抑制できる。
【００４５】
また、本実施例では、下部リードフレーム１２には、コンデンサ４２及び抵抗４４と対向する位置にスリット１４、１６が形成されていない。このため、スリット１４、１６の形状に沿って上部リードフレーム２３の連結部２４、２６を切断する際に、切断部材が誤ってコンデンサ４２や抵抗４４を切断してしまうことを抑制できる。
【００４６】
また、本実施例では、下部リードフレーム１２は上部リードフレーム２３よりも厚みが厚い。切断部材が、スリット１４、１６を構成する面のうち切断部材の進行方向と交差する面（例えばスリット１４のＹＺ方向の面）と接触すると、切断部材は樹脂部４８よりも切断抵抗の大きい下部リードフレーム１２と接触する。ここで、下部リードフレーム１２の厚みが上部リードフレーム２３の厚みよりも厚いため、スリット１４，１６内の樹脂及び上部リードフレーム２３を切断しているときの切断抵抗よりも切断抵抗が増大する。切断部材に切断抵抗或いは切断速度等を検知するセンサを設けることにより、切断抵抗の増大時にはその進行方向における切断を停止するように切断部材を制御することができる。これにより、下部リードフレーム１２が切断部材の切断を停止するトリガーとしての機能を果たすため、切断部材がスリット１４、１６の形状から逸脱して下部リードフレーム１２を切断してしまうことを抑制できる。従って、切断部材が誤ってコンデンサ４２や抵抗４４を切断してしまうことをより確実に抑制できる。
【００４７】
また、この製造方法によると、連結部２４、２６をコンデンサ４２及び抵抗４４の比較的近傍に形成することが可能となる。このため、連結部がこれらの素子から離れた位置に形成される場合と比較して、接合時や樹脂封止時にこれらの素子と上部リードフレーム２３との接合部にかかる応力を大幅に低減することができる。
【実施例２】
【００４８】
次に、図１２を参照して実施例２について説明する。以下では、実施例１と相違する点についてのみ説明し、実施例１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。
【００４９】
実施例２の半導体モジュール１０ａでは、以下の点で実施例１の半導体モジュール１０と異なる。即ち、スナバ回路４６はコンデンサ１４２により構成されている。また、上部中間リードフレーム２２が形成されていない。この半導体モジュール１０ａでは、上部左側リードフレーム１８が「第２リードフレーム」の一例に相当し、上部右側リードフレーム２０が「第３リードフレーム」の一例に相当する。
【００５０】
半導体モジュール１０ａは、実施例１の半導体モジュール１０と上部リードフレーム接合工程までは同様の方法で製造される。但し、下部リードフレーム１２に形成されるスリットの個数は１つであり、上部リードフレーム（１８，２０）に形成される隙間の個数（従って連結部の個数）も１つである。図１２では図示されていないが、下部リードフレーム１２のスリットと上部リードフレーム（１８，２０）の連結部はＺ方向に対向している。スナバ回路素子接合工程では、コンデンサ１４２が、上部リードフレーム（１８，２０）の隙間を跨って接合される。第２樹脂部形成工程では、実施例１と同様の方法で樹脂部４８が形成される。上部リードフレーム切断工程では、下部リードフレーム１２に形成された上記スリットに沿って、上部リードフレーム（１８，２０）の連結部が切断される。これにより、コンデンサ１４２の各電極１４２ａ、１４２ｂが、異なる２つのリードフレーム１８、２０に接合されることになる。上記の方法によって製造される半導体モジュール１０ａも、実施例１の半導体モジュール１０と同様の効果を奏する。さらに、上部リードフレーム切断工程における切断箇所が１箇所であるため、半導体モジュール１０ａの製造効率を向上できる。
【００５１】
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、本明細書が開示する半導体モジュール及びその製造方法は、上記の実施例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００５２】
例えば、上記の実施例ではスイッチング素子としてｎ型ＭＯＳＦＥＴが用いられたが、ＩＧＢＴやＲＣ−ＩＧＢＴを用いてもよい。また、ｐ型ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。また、スイッチング素子を構成する基板の材料はＳｉＣに限られず、例えばＳｉを用いてもよい。
【００５３】
また、樹脂部４０を形成せずに、樹脂部４８により下部リードフレーム１２、スイッチング素子３３，３９、上部リードフレーム２３、コンデンサ４２及び抵抗４４を一体的に封止してもよい。また、上記の実施例では抵抗４４の寸法がコンデンサ４２の寸法よりも大きいため、ｄ１＞ｄ２、ｄ３＞ｄ４としたが、ｄ１≧ｄ３、ｄ２≧ｄ４でさえあれば、ｄ１とｄ２の大小関係、及びｄ３とｄ４（即ちｄ５とｄ６）の大小関係はどのようであってもよい。また、上記の実施例ではｗ１＜ｗ２としたが、ｗ１＝ｗ２であってもよい。このとき、スリット１４，１６のＸ方向の中心線と連結部２４，２６のＸ方向の中心線とは、上部リードフレームを平面視した場合に同一直線上に位置することが好ましい。また、連結部は３箇所以上に形成されていてもよい。また、リードフレームの端子の向きは一方向に揃えられる必要はなく、異なる向きであってもよい。
【００５４】
また、本明細書が開示する半導体モジュールの製造方法は、スナバ回路を構成する素子のみならず、その他の電子部品についても適用することができる。また、本明細書が開示する半導体モジュールはハイブリッド車に限らず電気自動車に用いてもよい。
【００５５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５６】
１０：半導体モジュール、１２：下部リードフレーム、１４，１６：スリット、１８：上部左側リードフレーム、１８ａ、２０ａ、２０ｂ、２２ａ：端面、２０：上部右側リードフレーム、２２：上部中間リードフレーム、２３：上部リードフレーム、２４，２６：連結部、２５，２７：隙間、２８、３４：ＳｉＣ基板、３０、３８：ソース電極、３２、３６：ドレイン電極、４０，４８：樹脂部、４２：コンデンサ、４４：抵抗、４６：スナバ回路
【図１】
2014187145.tif 000003
【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】
2014187145.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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