(57)【要約】【課題】  トランスファモールドによるパッケージを有し、検査や調整が容易でかつ小型化された半導体装置を提供する。【解決手段】  半導体装置１は、樹脂パッケージ２と、樹脂パッケージ２から側方に突出する複数の電極端子４と、検査または調整用の端子に対する誤接触を防ぐための絶縁被覆６とを含む。複数の電極端子４は、半導体装置１の定常使用状態において使用される端子である。絶縁被覆６の下には、樹脂パッケージの表面上に端面が露出するように検査または調整用の端子が形成されている。必要に応じて絶縁被覆６は剥離され、プローブ８が検査または調整用の端子に接触することで、内部信号を確認したり調整用の信号を入力したりすることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を樹脂封止して収容する樹脂パッケージと、
定常使用状態において前記半導体素子に対して信号または電流を授受するための第１の端子と、
前記第１の端子とは異なるノードに接続され、前記定常使用状態とは異なる調整状態または検査状態において前記半導体素子に対して信号または電流を授受するための第２の端子とを備え、
前記第１の端子は、前記樹脂パッケージから一端が突出した形状を有し、
前記第２の端子は、一端の端面が前記樹脂パッケージの表面上に露出して形成される、半導体装置。
【請求項２】
前記第２の端子の前記樹脂パッケージ外部への引き出し方向は、前記第１の端子の前記樹脂パッケージ外部への引き出し方向と同一方向である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記樹脂パッケージは、
放熱用冷却器が取付け可能なように、端子が形成されていない上面および下面と、
前記第１、第２の端子が共に形成される側面とを含む、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
各々の片面が前記上面および下面の表面にそれぞれ露出するように前記樹脂パッケージに支持され、前記半導体素子の熱を拡散する第１、第２の均熱板をさらに備える、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子は、
主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、
前記パワー素子の導通を制御する制御部とを含み、
前記第１の端子は、前記パワー素子部に電気的に接続されており、
前記第２の端子は、前記制御部に電気的に接続されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子から前記第１の端子に至る第１のリード部の断面積は、前記半導体素子から前記第２の端子に至る第２のリード部の断面積よりも大きい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記半導体素子は、
主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、
前記パワー素子の導通を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、複数の内部信号をまとめて前記第１の端子に出力し、前記複数の内部信号の一部またはすべての信号を個別に前記第２の端子に出力する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子は、
主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、
前記パワー素子に流れる電流を検出する電流センサとを含み、
前記第１の端子は、前記パワー素子部に電気的に接続されており、
前記第２の端子は、前記電流センサに対するゲイン調整信号を与える端子である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体素子は、
主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、
前記パワー素子の電圧を監視する電圧監視部とを含み、
前記第１の端子は、前記パワー素子部に電気的に接続されており、
前記第２の端子は、前記電圧監視部に対するゲイン調整信号を与える端子である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２の端子の前記端面は、剥離可能な絶縁層で被覆されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関し、より特定的には半導体装置の端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
大量生産が可能でコストが安いので、トランスファモールドにより樹脂封止する半導体装置は、大量生産品にしばしば用いられる。トランスファモールド工程では、予熱した金型にチップが搭載されたリードフレームをセットし、加熱して粘度が低くなった樹脂を金型内に圧力をかけて注入して硬化させる。トランスファモールド法は、一度に複数個の成形が可能であり、生産性に優れている。
【０００３】
特開平９−６４０８０号公報（特許文献１）には、トランスファモールドによる封止ができ、１回のモールドで複数個が製造できる、チップサイズに略等しい半導体装置（ＣＳＰ：Chip Scale Package）が開示されている。この半導体装置の実施の形態の１つに、リードの一部分がパッケージの側面より外部に露出しており突出部を形成することが開示されている。この突出部は、半導体素子の動作検査用の端子として用いることができ、半導体装置を底部に設けられた端子を用いて回路基板に実装した後でも、突出部に検査用のプローブなどを接触させて検査することが可能である。
【特許文献１】特開平９−６４０８０号公報（第１０頁、第１１図）
【特許文献２】特開２００３−３４７４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車に見られるように、自動車においてもモータ・ジェネレータ駆動のために大電流を制御するパワー素子を用いた半導体モジュールが使用される。
【０００５】
制御技術の進歩と半導体集積技術の進歩によって、パワー素子と制御素子を同じモジュール内に収容することが可能となっている。このようなモジュールは、いわゆるインテリジェントパワーモジュールと呼ばれる。
【０００６】
生産台数が多くなるにしたがって、このような半導体モジュールにもトランスファモールドを採用することに対しコストを低減させるメリットが得られるようになってきている。
【０００７】
図７は、インテリジェントパワーモジュールに組み込まれる制御部について説明するための図である。
【０００８】
図７を参照して、樹脂パッケージ２００には制御部を集積したＩＣ２０２が収容される。ＩＣ２０２は、プログラマブル機能を有するブロック２０４と、信号処理を行なうブロック２０６，２０８とを含む。
【０００９】
しかしながら、トランスファモールドを採用したパワー素子のインテリジェント化を行なう場合、プログラマブル機能を使用する調整時の信号入力用、検査時の信号観測用等の定常使用時には使用しない端子が必要である。
【００１０】
たとえば、調整時の信号入力は、内蔵するスイッチング素子の定数調整、電流センサや温度センサのオフセット調整、定電流源の電流調整などをプログラマブルに変更するための設定に必要である。
【００１１】
また、たとえば、検査時に観測したい信号としては、モジュールのフェール信号、電流センス値、温度センス値等が考えられる。
【００１２】
このような、調整時の信号入力用、検査時の信号観測用等の端子としてモータ駆動信号出力用、電源供給用等の通常の電極と同様の専用の電極を設けるのでは、電極数が増加し、モジュールの小型化を妨げる懸念がある。
【００１３】
この発明の目的は、トランスファモールドによるパッケージを有し、検査や調整が容易でかつ小型化された半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明は、要約すると、半導体装置であって、半導体素子と、半導体素子を樹脂封止して収容する樹脂パッケージと、定常使用状態において半導体素子に対して信号または電流を授受するための第１の端子と、第１の端子とは異なるノードに接続され、定常使用状態とは異なる調整状態または検査状態において半導体素子に対して信号または電流を授受するための第２の端子とを備える。第１の端子は、樹脂パッケージから一端が突出した形状を有し、第２の端子は、一端の端面が樹脂パッケージの表面上に露出して形成される。
【００１５】
好ましくは、第２の端子の樹脂パッケージ外部への引き出し方向は、第１の端子の樹脂パッケージ外部への引き出し方向と同一方向である。
【００１６】
より好ましくは、樹脂パッケージは、放熱用冷却器が取付け可能なように、端子が形成されていない上面および下面と、第１、第２の端子が共に形成される側面とを含む。
【００１７】
さらに好ましくは、半導体装置は、各々の片面が上面および下面の表面にそれぞれ露出するように樹脂パッケージに支持され、半導体素子の熱を拡散する第１、第２の均熱板をさらに備える。
【００１８】
好ましくは、半導体素子は、主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、パワー素子の導通を制御する制御部とを含む。第１の端子は、パワー素子部に電気的に接続されており、第２の端子は、制御部に電気的に接続されている。
【００１９】
好ましくは、半導体素子から第１の端子に至る第１のリード部の断面積は、半導体素子から第２の端子に至る第２のリード部の断面積よりも大きい。
【００２０】
好ましくは、半導体素子は、主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、パワー素子の導通を制御する制御部とを含む。制御部は、複数の内部信号をまとめて第１の端子に出力し、複数の内部信号の一部またはすべての信号を個別に第２の端子に出力する。
【００２１】
好ましくは、半導体素子は、主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、パワー素子に流れる電流を検出する電流センサとを含む。第１の端子は、パワー素子部に電気的に接続されており、第２の端子は、電流センサに対するゲイン調整信号を与える端子である。
【００２２】
好ましくは、半導体素子は、主電流を制御するパワー素子を有するパワー素子部と、パワー素子の電圧を監視する電圧監視部とを含む。第１の端子は、パワー素子部に電気的に接続されており、第２の端子は、電圧監視部に対するゲイン調整信号を与える端子である。
【００２３】
好ましくは、第２の端子の端面は、剥離可能な絶縁層で被覆されている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、定常使用状態において使用される端子に加えて調整または検査状態において使用する端子があるので後々の調整や検査が容易となる。また定常使用端子よりも調整用または検査用端子のスペースが小さいので端子数の増加に対応しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付しその説明は繰返さない。
【００２６】
図１は、本発明の半導体装置の外観図である。
【００２７】
図１を参照して、半導体装置１は、樹脂パッケージ２と、樹脂パッケージ２から側方に突出する複数の電極端子４と、検査または調整用の端子に対する誤接触を防ぐための絶縁被覆６とを含む。複数の電極端子４は、半導体装置１の定常使用状態において使用される端子である。後に説明するように、絶縁被覆６の下には、樹脂パッケージの表面に沿って曲げられた検査または調整用の端子１０が形成されている。
【００２８】
必要に応じて絶縁被覆６は剥離され、プローブ８が検査または調整用の端子に接触することで、内部信号を確認したり調整用の信号を入力したりすることができる。
【００２９】
図２は、図１に示した半導体装置１の樹脂パッケージを透視して示した図である。
【００３０】
図２を参照して、樹脂パッケージ２にはパワー素子と制御素子とが集積された半導体チップ１２が収容されている。半導体チップ１２は、複数の電極端子４および複数の調整／検査用端子１０に電気的に接続される。
【００３１】
たとえば、複数の電極端子４および複数の調整／検査用端子１０は、リードフレームのリードである。またたとえば、電気的接続はワイヤーで行なっても良いし、半田等のろうによりリードと半導体素子上に形成された電極とを直接ろう付けしてもよい。
【００３２】
好ましくは、複数の電極端子４のうちパワー素子に接続され大きな電流が流れる端子のリードに比べ、調整／検査用端子１０のリードは断面積を小さくしておくと、全体のサイズを小さくすることができる。
【００３３】
複数の調整／検査用端子１０の前記樹脂パッケージ外部への引き出し方向は、複数の電極端子４の樹脂パッケージ外部への引き出し方向と同一方向である。
【００３４】
すなわち、樹脂パッケージ２の上面および下面は、放熱用冷却器が取付け可能なように、端子が形成されていない。そして、組付けや検査が容易なように同じ側面に、複数の電極端子４および複数の調整／検査用端子１０が引き出されている。
【００３５】
図３は、調整／検査用端子１０のパッケージ表面部を説明するための図である。
【００３６】
図１、図３を参照して、調整／検査用端子１０は、樹脂パッケージの表面上に端面が露出するように形成されている。たとえば、リードを樹脂パッケージの表面に沿うように曲げてプローブで接触しやすいようにしておけばよい。また、予めパッケージ表面と面一になるようにリードを曲げておいてから樹脂封止をしても良い。
【００３７】
調整／検査用端子１０は、誤接触を防ぐためその上に絶縁被覆６が配設されている。たとえば、樹脂封止完了後にパッケージ樹脂と同様な材質の樹脂薄板を貼り付けて絶縁被覆６としてもよい。また、たとえば樹脂封止完了後に絶縁性の塗装を樹脂パッケージ２の調整／検査用端子部に部分的に施してもよい。
【００３８】
図４は、半導体装置１の内部回路を説明するための回路図である。
【００３９】
図４を参照して、半導体装置１は、制御部２２と、パワー素子部２４と、絶縁回路３０，３２と、電流センサ２８と、抵抗３４，３６と、フライホイールダイオード２６とを含む。
【００４０】
パワー素子部２４は、コレクタに電極端子Ｐ１が接続され、エミッタに電極端子Ｐ２が接続されるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）素子６２と、コレクタに電極端子Ｐ１が接続され、エミッタが抵抗３６を介して電極端子Ｐ２に接続されるＩＧＢＴ素子６４と、温度検出用ダイオード６６とを含む。
【００４１】
ＩＧＢＴ素子６２は、主電流制御用の素子であり、ＩＧＢＴ素子６４は、過電流検出のためのモニタ用の素子である。フライホイールダイオード２６は、ＩＧＢＴ素子６２のエミッタからコレクタに向かう向きを順方向として、ＩＧＢＴ素子６２に並列接続される。
【００４２】
制御部２２は、電極端子Ｐ０から電源電位を受けて制御部２２の内部回路に供給する電源回路４０と、調整用の端子ＴＶから入力された電圧センスのゲインに応じて電極端子Ｐ１の電圧を監視する電圧監視部４２と、電圧監視部４２の出力を受けて過電圧を検出する過電圧検出部４４とを含む。電圧監視部４２の出力は、モニタ用の検査端子ＴＭ１にも出力される。
【００４３】
制御部２２は、さらに、温度検出用ダイオード６６に対して順方向に一定電流を流す定電流源５４と、温度検出用ダイオード６６の端子電圧を観測してＩＧＢＴの過熱を検出する過熱検出部５２と、温度検出用ダイオード６６の端子電圧を観測してパルス幅変調を施すＰＷＭ変調部５６と、抵抗３６の端子電圧を観測してＩＧＢＴに流れる過電流を検出する過電流検出部６０とを含む。
【００４４】
ＰＷＭ変調部５６の出力は、モニタ用の検査端子ＴＭ２に出力される。過電流検出部６０の出力は、モニタ用の検査端子ＴＭ３に出力される。
【００４５】
制御部２２は、さらに、過電圧検出部４４、過電流検出部６０および過熱検出部５２の出力を受けて信号ＮＦＡＩＬを出力するＡＮＤ回路４８と、信号ＮＦＡＩＬに応じてイネーブルとされ、絶縁回路３０を介して電極端子ＳＧからゲート信号を受け取るバッファ回路４６と、バッファ回路４６の出力に応じて抵抗３４を介してＩＧＢＴ６２，６４のゲートを駆動するドライブ回路５０と、ＰＷＭ変調部５６の出力と信号ＮＦＡＩＬとを受けるＡＮＤ回路５８とを含む。
【００４６】
ＡＮＤ回路５８の出力は絶縁回路３２を経由して信号出力用の電極端子ＳＦに出力される。電極端子ＳＦには、なんらかの異常が起こったフェール信号と温度信号とが重畳された信号が出力される。
【００４７】
絶縁回路３０，３２は、数百Ｖの高電圧を制御するパワーモジュールと通常の１２Ｖ程度のバッテリ電圧で動作するＥＣＵとを電気的に分離するための回路である。たとえば、フォトカップラやパルストランスを絶縁回路３０，３２として用いることができる。
【００４８】
電流センサ２８は、電源供給用の電極端子ＰＳから動作電源電流を受け、調整用端子ＴＩから与えられる信号に応じてゲインが調整可能である。電流センサ２８は、ＩＧＢＴ６２に流れる電流を検出し、電流センサ出力用の電極端子ＳＩに出力する。
【００４９】
図４において、電極端子Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，ＳＧ，ＳＦ，ＰＳ，ＳＩは、定常使用状態において半導体装置１に対して信号または電流を授受するための端子である。
【００５０】
また、端子ＴＶ，ＴＭ１〜ＴＭ３，ＴＩは、定常使用状態とは異なる調整状態または検査状態において半導体装置１に対して信号または電流を授受するための端子である。これらの端子は、図３に示されたように、一端の端面が樹脂パッケージの表面上に露出して形成される。
【００５１】
このように形状を変えておけば、実験時や製品組付け時において定常使用端子と間違って検査用端子や調整用端子に接続してしまうことを防止することができる。
【００５２】
さらに、図３で説明したように、検査用端子や調整用端子の端面は、誤接触を防止するために剥離可能な絶縁層で被覆されている。
【００５３】
好ましくは、電極端子Ｐ１，Ｐ２には主電流が流れるので、他の端子よりも電極の厚みや幅を大きくしておき、電極端子Ｐ１，Ｐ２以外の端子は電極端子Ｐ１，Ｐ２よりも厚みや幅を小さくしておいても良い。
【００５４】
図５は、図４における電極端子ＳＦに出力される信号を説明するための動作波形図である。
【００５５】
図４，図５を参照して、過電圧検出部４４、過熱検出部５２、過電流検出部６０の各々は、正常時にはＨレベルの信号を出力し、異常時にはＬレベルの信号を出力する。
【００５６】
過電圧検出部４４、過熱検出部５２、過電流検出部６０の出力がすべてＨレベルにならないと、ＡＮＤ回路４８はＨレベルの信号を出力しない。つまり過電圧検出部４４、過熱検出部５２、過電流検出部６０の少なくとも１つがＬレベルの信号を出力すればＡＮＤ回路４８はＬレベルの信号を出力する。
【００５７】
図５において、過電圧検出部４４、過熱検出部５２、過電流検出部６０のいずれかが異常を検出すると、ＡＮＤ回路４８の出力する信号ＮＦＡＩＬはＨレベルからＬレベルに立下がる。
【００５８】
すると、電極端子ＳＦに出力されていた温度を示す信号がＬレベルに固定される。この状態がＸ秒間続いたら、信号を受け取っていた図示しないＥＣＵが異常であると検知し、表示ランプ等で運転者や整備者に報知する。
【００５９】
すると、整備者は、被覆を剥離して検査用の端子にプローブを当てて内部波形を観測して、どの部分に異常が発生しているのかを解析することができる。この場合は検査端子ＴＭ１〜ＴＭ３を順に観測していけば、過電流、過熱、過電圧のいずれの異常が発生しているのかを知ることができる。
【００６０】
［変形例］
図６は、半導体装置の変形例を示した図である。
【００６１】
図６を参照して、半導体チップ１１０の表面には電流を取り出すための電極ブロック１０８が半田付けされる。また、半導体チップ１１０の裏面は導通層１１６に固定される。
【００６２】
導通層１１６は、例えば銅やアルミニウムの層である。導通層１１６の下部には絶縁層１１４が配設され、さらにその下には均熱板１１２が配設される。
【００６３】
一方、電極ブロック１０８は導通層１０６に固定される。導通層１０６は、例えば銅やアルミニウムの層である。導通層１０６の上部には絶縁層１０４が配設され、さらにその上には均熱板１０２が配設される。
【００６４】
均熱板１０２，１１２、絶縁層１０４，１１４，導通層１０６，１１６，電極ブロック１０８および半導体チップ１０８は、樹脂１００で樹脂封止される。
【００６５】
なお、図示しないが、制御信号や出力電流を授受する端子、検査用信号や調整用信号を授受する端子は、導通層１１６または１０６が分割されて形成され、均熱板が配置されていない側面から引き出される。
【００６６】
このように、大電流を扱うパワー素子を内蔵するトランスファモールド型半導体装置は、均熱板も一緒にモールドしておけば両面に冷却器を取付ける際により良好な放熱効果が得られる。
【００６７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の半導体装置の外観図である。
【図２】図１に示した半導体装置１の樹脂パッケージを透視して示した図である。
【図３】調整／検査用端子１０のパッケージ表面部を説明するための図である。
【図４】半導体装置１の内部回路を説明するための回路図である。
【図５】図４における電極端子ＳＦに出力される信号を説明するための動作波形図である。
【図６】半導体装置の変形例を示した図である。
【図７】インテリジェントパワーモジュールに組み込まれる制御部について説明するための図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  半導体装置、２  樹脂パッケージ、４，Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，ＳＧ，ＳＦ，ＰＳ，ＳＩ  電極端子、６  絶縁被覆、８  プローブ、１０，ＴＶ，ＴＭ１〜ＴＭ３，ＴＩ  端子、１２，１１０  半導体チップ、２２  制御部、２４  パワー素子部、２６  フライホイールダイオード、２８  電流センサ、３０，３２  絶縁回路、３４，３６  抵抗、４０  電源回路、４２  電圧監視部、４４  過電圧検出部、４６  バッファ回路、５０  ドライブ回路、５２  過熱検出部、５４  定電流源、５６  ＰＷＭ変調部、４８，５８  ＡＮＤ回路、６０  過電流検出部、６２，６４  ＩＧＢＴ素子、６６  温度検出用ダイオード、１００  樹脂、１０２，１１２  均熱板、１０４，１１４，  絶縁層、１０６，１１６，  導通層、１０８  電極ブロック。
【図１】
2006128250.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006128250.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006128250.tif 000007
【図６】
2006128250.tif 000008
【図７】
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