(57)【要約】【課題】放熱性を向上させつつ、リードフレーム間の絶縁距離を確保し、半導体チップの破壊及び特性変化を防ぐことができる半導体装置を得る。【解決手段】複数のリードフレーム１が互いに並んで配置されている。各リードフレーム１は、半導体チップ２が実装されたインナーリード１ａと、インナーリード１ａに対して曲げ加工されたアウターリード１ｂとを有する。封止材３が半導体チップ２とインナーリード１ａを封止する。プリント配線基板４がアウターリード１ｂと接続されている。アウターリード１ｂは、インナーリード１ａに連結された根元部よりも幅が広い幅広部６を有する。隣接するリードフレーム１の幅広部６の間の絶縁距離が広がるようにアウターリード１ｂはねじり加工されている。インナーリード１ａはアウターリード１ｂの根元部に対して沈んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップが実装されたインナーリードと、前記インナーリードに対して曲げ加工されたアウターリードとを有し、互いに並んで配置された複数のリードフレームと、
前記半導体チップと前記インナーリードを封止する封止材と、
前記アウターリードと接続されたプリント配線基板とを備え、
前記アウターリードは、前記インナーリードに連結された根元部よりも幅が広い幅広部を有し、
隣接する前記リードフレームの前記幅広部の間の絶縁距離が広がるように前記アウターリードはねじり加工され、
前記インナーリードは前記アウターリードの前記根元部に対して沈んでいることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体チップと、
前記半導体チップが実装されたインナーリードと、前記インナーリードに対して曲げ加工されたアウターリードとを有し、互いに並んで配置された複数のリードフレームと、
前記半導体チップと前記インナーリードを封止する封止材と、
前記アウターリードと接続されたプリント配線基板とを備え、
前記アウターリードは、前記インナーリードに連結された根元部よりも幅が広い幅広部を有し、
隣接する前記リードフレームの前記幅広部の間の絶縁距離が広がるように前記アウターリードはねじり加工され、
前記アウターリードの前記根元部にくびれが設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記幅広部は前記アウターリードの先端部まで設けられ、前記プリント配線基板を貫通してはんだ付けされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記アウターリードの先端部が前記プリント配線基板を貫通して前記プリント配線基板の裏面にはんだ付けされ、
前記幅広部の一部が折り曲げられて前記プリント配線基板の表面にはんだ付けされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記アウターリードの先端部が折り曲げられて前記プリント配線基板にはんだ付けされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体チップはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のリードフレームを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は互いに並んで配置された複数のリードフレームを有する。隣接するリードフレーム間の絶縁距離を確保するために、リードフレーム間に空間が設けられている。半導体チップで発生した熱は、半導体装置の放熱構造により放熱されるが、一部はリードフレームを通じてプリント配線基板に伝達して放熱される。
【０００３】
リードフレームの厚みを増加させると加工が難しくなり、材料費がかさむため、厚みに制限がある。さらに、絶縁距離を確保するためリードフレームの幅も制限を受ける。従って、リードフレームの断面積を十分に確保できないため、リードフレーム自体も発熱する。しかし、リードフレームは表面積が小さくリードフレームからの放熱は限られている。
【０００４】
半導体チップの熱がリードフレームを通じてプリント配線基板に伝達されプリント配線基板上のパターンから気中に放熱される。しかし、放熱のためにプリント配線基板のパターン面積を大きくすると、配線インダクタンスの増加を招くこともあった。また、リードフレームの断面積を十分に確保できないことによるインダクタンスも無視できない。
【０００５】
リードフレームの断面積及び表面積を拡大して放熱性を向上できれば、半導体チップ及びリードフレームの温度上昇が抑えられる。これにより、プリント配線基板上のパターン面積を削減しプリント配線基板上の部品実装密度を上げることができる。さらに、半導体装置の温度上昇が抑えられることから、半導体装置の放熱を主に司る放熱フィンの削減などが可能になる。しかし、リードフレームの表面積を広くすると、リードフレーム間の距離を確保するためにリードフレームのピッチが大きくなり、半導体装置の大型化を招く。そこで、リードフレームの一部の幅を大きくして放熱性を向上させ、かつ絶縁距離が広がるようにねじり加工した半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３２６７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、リードフレームを曲げるだけでなく、ねじり加工も行うため、リードフレームに実装されている半導体チップの破壊及び特性変化を招くという問題があった。
【０００８】
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、その目的は放熱性を向上させつつ、リードフレーム間の絶縁距離を確保し、半導体チップの破壊及び特性変化を防ぐことができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る半導体装置は、半導体チップと、前記半導体チップが実装されたインナーリードと、前記インナーリードに対して曲げ加工されたアウターリードとを有し、互いに並んで配置された複数のリードフレームと、前記半導体チップと前記インナーリードを封止する封止材と、前記アウターリードと接続されたプリント配線基板とを備え、前記アウターリードは、前記インナーリードに連結された根元部よりも幅が広い幅広部を有し、隣接する前記リードフレームの前記幅広部の間の絶縁距離が広がるように前記アウターリードはねじり加工され、前記インナーリードは前記アウターリードの前記根元部に対して沈んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、アウターリードに幅広部を設けることにより放熱性を向上させることができる。また、アウターリードをねじり加工することにより、リードフレーム間の絶縁距離を確保することができる。また、インナーリードがアウターリードの根元部に対して沈んでいるため、アウターリードを曲げ加工及びねじり加工する際に生じる応力による半導体チップの破壊及び特性変化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【図５】比較例に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。
【図６】比較例に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。
【図７】比較例に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す側面図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す側面図である。
【図２２】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。図３は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【００１４】
複数のリードフレーム１が互いに並んで配置されている。各リードフレーム１は、半導体チップ２が実装されたインナーリード１ａと、インナーリード１ａに対して曲げ加工されたアウターリード１ｂとを有する。半導体チップ２は、ＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤ、ＩＧＢＴ又はＰＮダイオードなどの電力用半導体素子である。
【００１５】
モールド樹脂などの封止材３が半導体チップ２とインナーリード１ａを完全に封止する。アウターリード１ｂの先端部がプリント配線基板４を貫通し、プリント配線基板４の裏面がアウターリード１ｂとはんだ５により接続されている。
【００１６】
図２に示すように、打ち抜き形成したアウターリード１ｂは、インナーリード１ａに連結された根元部よりも幅が広い幅広部６を有する。この幅広部６が隣接するリードフレーム１の間の空間に存在するため、隣接するリードフレーム１の間に十分な絶縁距離を確保できていない。
【００１７】
そこで、図４に示すように、隣接するリードフレーム１の幅広部６の間の絶縁距離が広がるようにアウターリード１ｂがねじり加工される。ここでは、アウターリード１ｂをインナーリード１ａに対して９０度ねじっているが、十分な絶縁距離を確保できればねじり角度は９０度に限らない。
【００１８】
インナーリード１ａは、アウターリード１ｂの根元部に対して沈み込んだ沈め部７を有する。このインナーリード１ａの沈め部７に半導体チップ２が実装されている。
【００１９】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図５は、比較例に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。図６は、比較例に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。図７は、比較例に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【００２０】
比較例では幅広部６が設けられていない。比較例でも封止材３で完全に覆われたインナーリード１ａは絶縁距離を確保できるため、ピッチを小さくできる。しかし、封止材３の外部は距離を取る必要があり、アウターリード１ｂの間を打ち抜いて十分な空間を設ける必要がある。このため、装置が大型化し、リードフレームのピッチが拡大する。また、リードフレーム１の表面積が小さくリードフレーム１からの放熱は限られている。半導体チップ２の発熱の一部及びリードフレーム１自身の発熱は、リードフレーム１を通じてプリント配線基板４上に形成された配線パターンに伝達され、配線パターンから空気中に放熱される。しかし、放熱のためにプリント配線基板４のパターン面積を大きくすると、配線インダクタンスの増加を招く。また、リードフレーム１の断面積を十分に確保できないことによるインダクタンスも無視できない。
【００２１】
これに対して、本実施の形態では、アウターリード１ｂに幅広部６を設けることにより、リードフレーム１の表面積が増大するため、リードフレーム１からの放熱が増加し、半導体チップ２及びリードフレーム１の温度上昇を低減することができる。さらに、リードフレーム１の断面積の増大によってリードフレーム１自体の発熱も低減する。よって、装置の大型化及びリードフレームのピッチ拡大をすることなく、放熱性を向上させることができる。また、アウターリード１ｂをねじり加工することにより、リードフレーム１間の絶縁距離を確保することができる。
【００２２】
また、インナーリード１ａは、アウターリード１ｂの根元部に対して沈んでいる。これにより、アウターリード１ｂを曲げ加工及びねじり加工する際に生じる応力による半導体チップ２の破壊及び特性変化を防ぐことができる。
【００２３】
また、プリント配線基板４の温度上昇も低減できるため、プリント配線基板４に搭載されている部品密集度を向上させることができ、基板寸法の削減が可能となる。これにより、プリント配線基板４上の配線パターンを通電に必要な配線パターンのみにできるため、配線パターンに生じる寄生容量又は寄生インダクタンスを低減させることができる。
【００２４】
また、幅広部６はプリント配線基板４の貫通穴より大きく、ストッパ機能を有するため、プリント配線基板４と封止材３との距離を確保することができる。従って、専用ストッパ又はストッパ形状電極端子が不要となる。
【００２５】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。図１１は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【００２６】
本実施の形態では、曲げ加工及びねじり加工の起点となるアウターリード１ｂの根元部にくびれ８が設けられている。これにより、より小さな力で曲げ加工及びねじり加工を行うことができるため、半導体チップ２及び封止材３への応力を緩和することができる。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
【００２７】
実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。図１３は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。図１４は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。図１５は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。
【００２８】
本実施の形態では、幅広部６がアウターリード１ｂの先端部まで設けられ、アウターリード１ｂの幅が一定になっている。この幅広部６がプリント配線基板４を貫通してはんだ付けされている。これにより、はんだ付け面積を大きくすることができるため、リードフレーム１からプリント配線基板４への熱伝達を向上させることができる。
【００２９】
実施の形態４．
図１６は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。図１７は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す側面図である。図１８は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。図１９は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。図２０は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。図２１は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す側面図である。
【００３０】
本実施の形態では、アウターリード１ｂの先端部がプリント配線基板４を貫通してプリント配線基板４の裏面にはんだ５により接続されている。そして、幅広部６の一部が折り曲げられてプリント配線基板４の表面にはんだ９により接続されている。これにより、プリント配線基板４の裏面だけでなく、表面もリードフレーム１に電気的かつ熱的に結合することができる。従って、半導体チップ２で発生した熱を効率的にプリント配線基板４に伝えることができる。また、幅広部６はプリント配線基板４の貫通穴より大きく、実施の形態１と同様にストッパ機能を有するため、プリント配線基板４と封止材３との距離を確保することができる。
【００３１】
実施の形態５．
図２２は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す断面図である。図２３は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す側面図である。図２４は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す平面図である。図２５は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミング前の状態を示す断面図である。図２６は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す断面図である。図２７は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置のリードフォーミングの様子を示す側面図である。
【００３２】
本実施の形態では、アウターリード１ｂの先端部が折り曲げられてプリント配線基板４の表面にはんだ９により接続されている。これにより面実装が可能となり、リードフレーム１からプリント配線基板４への熱伝達を向上させることができる。
【００３３】
なお、半導体チップ２は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体チップ２は、耐電圧性と許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体チップ２を用いることで、この半導体チップ２を組み込んだ半導体装置も小型化できる。また、半導体チップ２の耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体装置を更に小型化できる。また、半導体チップ２の電力損失が低く高効率であるため、半導体装置を高効率化できる。
【符号の説明】
【００３４】
１  リードフレーム、１ａ  インナーリード、１ｂ  アウターリード、２  半導体チップ、３  封止材、４  プリント配線基板、６  幅広部、７  沈め部、８  くびれ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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