(57)【要約】      （修正有）【課題】金属電極板を用いることなくリードフレーム上に制御基板を配置することで小型化された半導体装置を提供する。【解決手段】リードフレーム２０と、リードフレームの素子配置面に固着された半導体素子３と、半導体素子を制御するための制御基板５とが、モールド樹脂１２で樹脂封止された半導体装置１００が、リードフレームは素子配置面の法線方向に折り曲げられた制御基板固定部１１を含み、制御基板は制御基板固定部に固定されて、素子配置面の上方に素子配置面に略平行に保持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、該リードフレームの素子配置面に固着された半導体素子と、該半導体素子を制御するための制御基板とが、モールド樹脂で樹脂封止された半導体装置であって、
該リードフレームは該素子配置面の法線方向に折り曲げられた制御基板固定部を含み、該制御基板は該制御基板固定部に固定されて、該素子配置面の上方に該素子配置面に略平行に保持されたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記制御基板固定部が、上記制御基板に設けられたスルーホールに挿入されて固定された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】
上記制御基板固定部が、上記スルーホールの横断面と略同一の横断面形状を有し該スルーホールに挿入される挿入部と、該挿入部より外方に張り出し上記制御基板に当接した状態で該制御基板を保持する保持部とを有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
上記制御基板固定部が、上記スルーホールに挿入されるプレスフィット形状の挿入部と、該挿入部より外方に張り出し上記制御基板に当接した状態で該制御基板を保持する保持部とを有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
上記リードフレームは複数のリード端子を含み、該リード端子の一部は上記モールド樹脂から外部に突出し、該リード端子の他の一部は上記素子配置面の法線方向に折り曲げられて、上記制御基板に設けられた回路と電気的に接続されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
上記リード端子の端部が、上記制御基板に設けられたスルーホールに挿入されて固定されるプレスフィット形状の挿入部であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
上記制御基板の幅が、上記リードフレームの幅より大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
上記リードフレームおよび／または上記制御基板の少なくとも一部に、樹脂がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力用半導体装置に関し、特にモールド樹脂で一体封止した電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子をモールド樹脂により封止した電力用半導体装置では、一般に、半導体装置を制御するための制御基板は、この半導体装置の外部に取り出された端子と接続される。即ち、数十Ａ〜数百Ａ程度の電流が流れるパワー回路部は、通常Ｃｕフレームを用いて構成され、０．５〜１０ｍｍ２程度の大きな断面積を有する。一方、ゲートのオンオフや過電流保護、短絡保護、温度保護などの保護機能、ゲート駆動の絶縁分離、および絶縁された電源回路などの保護回路は、流れる電流は数十ｍＡ程度であり、回路部の断面積は小さくても良いため、通常プリント配線板（制御基板）に作りこまれる。半導体装置の小型化のために、制御基板は半導体素子の上方に配置され、具体的には、半導体素子の電極に金属電極板が固定され、その金属電極板の上の広いスペースに制御基板が接着剤で固定された上で、制御基板と半導体素子はモールド樹脂により一体封止されて電力用の半導体装置が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５４２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、金属電極板を半導体素子に搭載するには、例えばボンディングワイヤ等の接続に用いない半導体素子の電極に、金属電極板をはんだで固定する必要があり、製造工程が増えるという問題があった。特に、良好なはんだ濡れ性を得るために、半導体素子の電極上に濡れ性の良い金属層を予め形成する必要があり、通常のウエハプロセスでは使用しないめっき工程が必要となり製造工程が複雑化する。
【０００５】
そこで、本発明は、金属電極板を用いずに、通常のウエハプロセスを用いて、半導体素子の上方に制御素子を配置した電力用半導体装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、リードフレームと、リードフレームの素子配置面に固着された半導体素子と、半導体素子を制御するための制御基板とが、モールド樹脂で樹脂封止された半導体装置であって、リードフレームは素子配置面の法線方向に折り曲げられた制御基板固定部を含み、制御基板は制御基板固定部に固定されて、素子配置面の上方に素子配置面に略平行に保持されたことを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【０００７】
上述のように、本発明にかかる半導体装置では、金属電極板を用いることなくリードフレーム上に制御基板を配置することができ、簡単な製造工程で半導体装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置のリードフレームの平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の制御基板固定部の拡大図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の制御基板固定部の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の制御基板固定部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。ただし、（ａ）は、構成が分かりやすくなるように上部のモールド樹脂を除いて記載してある。
【００１０】
図１（ｂ）に示すように、リードフレーム２０の一部は、リードフレーム２０の平面（素子配置面）に対して垂直になるように（素子配置面の法線方向に）折り曲げられ、制御基板固定部１１となっている。制御基板固定部１１の上には、制御基板５が支持されている。制御基板固定部１１は、制御基板５を支持しやすいように、複数設けられる。図１では、４本の制御基板固定部１１が設けられている。
【００１１】
図２にリードフレーム２０を詳しく示す。リードフレーム２０は、例えば銅からなり、主端子１、リード端子２を含む。またリードフレーム２０の素子配置面の上には例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴのような半導体素子３が固着されている。主端子１、リード端子２、および半導体素子３の間は、適宜、ワイヤ配線４で電気的に接続されている。
【００１２】
制御基板５にはスルーホール６が設けられ、スルーホール６に制御基板固定部１１が垂直に挿入されている。スルーホール６の横断面は円形であることが好ましいが、他の形状とすることもできる。リードフレーム２０上の半導体素子３と、制御基板５上の電子部品９が干渉しないように、リードフレーム２０と制御基板５との間を一定の距離（クリアランス）に保つように、両者を固着する。リードフレーム２０の素子配置面と制御基板５とは略平行に保持される。
【００１３】
制御基板５の上には、半導体素子３を制御するための電子部品９が設けられている。電子部品９と半導体素子３とは、ワイヤ配線１０で電気的に接続される。更に、リードフレーム２０や制御基板５は、モールド樹脂１２により樹脂封止され、モールド樹脂１２の両側から、主端子１とリード端子２が突き出した構成となっている。モールド樹脂１２は、例えばエポキシ樹脂からなる。
【００１４】
また、リードフレーム２０の下方には、絶縁シート１３を介してヒートシンク１４が設けられている。絶縁シート１３は、例えばエポキシ樹脂からなり、ヒートシンク１４は例えば銅からなる。
【００１５】
図３は、制御基板固定部１１の端部の拡大図である。制御基板固定部１１の先端は細くなり、スルーホール６の径と同じ径の挿入部１５と、保持部１６が設けられ、段差構造となっている。スルーホール６に挿入部１５を挿入すると、保持部１６が制御基板５の下面に当接されて制御基板５を支える。このように、制御基板５を保持部１６で支えることで、垂直方向の位置ずれを防止できる。即ち、このように制御基板５を段差構造で保持することで、制御基板５上にワイヤボンディングを行う際の超音波振動の伝達ロスを低減し、接合不良を抑制できる。また、トランスファーモールド等を用いたモールド樹脂１２による樹脂封止時に発生する制御基板５の位置ずれやたわみ等も抑制できる。更に、挿入部１５とスルーホール６の横断面を略同一形状（ここでは同一半径の円）とすることで、接触荷重により両者を固定することができる。なお、スルーホール６に挿入部１５を挿入した後、両者をはんだ付けしてもよい。
【００１６】
ここで、ワイヤボンディングは、電力用半導体装置で一般的に用いられている配線方法である。直径２００〜５００μｍ程度の断面積を有するアルミ太線を、常温で加圧ツールを用いて電極に押し付け、超音波振動を印加し、アルミ太線および接合対象の電極表面を変形させる。アルミ太線の表面および接合対象の電極の表面は、表面の吸着物を破壊しながら接合界面に新生面を出現させ、凝着が進行して接合される。このように超音波振動および加圧により主にアルミ太線を変形させるが、超音波の伝達ロスが生じると、接合界面において実際の接合に寄与するエネルギが減少し問題となる。即ち、ボンディングを行う電極の固定状態が不安定で、超音波振動によって滑るなどの問題があると、伝達ロスが大きくなり、接合界面で実際に接合に寄与するエネルギが減る。このため、電極および基板、リードフレームなどの固定状態が接合の安定性を確保するために非常に重要である。
【００１７】
上述のような段差構造を用いて制御基板固定部１１と制御基板５とを固定することで両者を強く固定することができ、制御基板５上でのボンディング工程における超音波振動の伝達ロスを低減し、効率のよいワイヤボンディングが可能となる。
【００１８】
図４は、本実施の形態の他の制御基板固定部１１の端部の拡大図である。制御基板固定部１１の先端の挿入部１７は、横幅がスルーホール６の径よりも少し大きく、かつ中央に貫通穴を有するプレスフィット形状となっている。プレスフィット形状の挿入部１７を変形させながらスルーホール６に圧入することで、挿入部１７とスルーホール６の接触荷重が増大し、制御基板５と制御基板固定部１１とをより強固に固定できる。即ち、制御基板のスルーホールとプレスフィット形状の挿入部は、固定した後の遊びがない状態で固定される。
【００１９】
このように、本実施の形態１にかかる半導体装置１００では、制御基板５とリードフレーム２０と間のクリアランスを一定に保つように固定するため、リードフレーム２０上の半導体素子３と制御基板５上の電子部品の間の干渉を防止でき、品質安定性を確保できる。
【００２０】
また、図１（ａ）に示すように、制御基板５の幅（図１（ａ）の上下方向の長さ）をリードフレームの幅（図１（ａ）の上下方向の長さ）より大きくし、ワイヤボンディング装置で制御基板５を保持する制御基板保持部８を備えることで、ワイヤボンディングを行う場合に、ワイヤボンディング装置で制御基板５を保持し易くなり、ワイヤボンディングを容易にかつ確実に行うことができる。
【００２１】
制御基板５では、制御基板保持部８とパッド部７とが、同一直線上に配置されることが好ましい。即ち、制御基板保持部８からパッド部７までの直線距離が短いほど安定して固定される。また、パッド部７のワイヤボンドを行う場合、パッド部７がこの直線からずれると、ワイヤボンド時の荷重により、捩れる方向に力が作用する。制御基板５は樹脂材料からなるため、ある程度の弾性変形が生じ制御基板５が傾く。制御基板５が傾いた場合、超音波振動を与えてパッド部７に押し付けられたアルミワイヤの凝着が十分形成されていない接合初期段階において、ワイヤの先端がパッド部７の表面で滑る現象が生じやすくなる。このため、ワイヤボンド用のパッド部７は直線上に配置され、その直線の延長線上に、制御基板保持部８が形成されることが好ましい。
【００２２】
また、制御基板保持部８は、例えば横断面が１ｍｍ×５ｍｍ程度の大きさで、略平坦な領域からなる。多数の制御基板保持部８を形成することは、面積効率が悪いため困難である。そこで図１のように、パッド部７を直線的に配置し、その直線の延長線上に１対の制御基板保持部８を配置した。なお、リードフレームの一部を垂直に折り曲げて加工する場合、この延長線上からオフセットされている。
【００２３】
また、リードフレーム２０と制御基板５の、少なくとも一部に予め樹脂をコーティングしておくことで、樹脂モールド時の効率や、樹脂モールド後のモールド樹脂との密着性を向上させることができる。即ち、半導体装置の信頼性に関わる、ボイドや剥離の発生を抑制することができる。コーティングする樹脂材料は、例えばポリイミドやポリアミドイミド等である。
【００２４】
実施の形態２．
図５は、全体が２００で表される、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置であり、（ａ）に平面図、（ｂ）に断面図を示す。ただし、（ａ）は、構成が分かりやすくなるように上部のモールド樹脂を除いて記載してある。
【００２５】
本実施の形態にかかる半導体装置２００では、制御基板固定部１１で制御基板５を支持するとともに、曲げ加工されたリードフレーム２０のリード端子２が制御基板５に設けられた複数のスルーホール２１に挿入されて、スルーホール２１内の導電体２２を介して制御基板５に設けられた回路に電気的に接続されている。
【００２６】
図６は、本実施の形態２にかかるリード端子２の端部の拡大図である。リード端子２の先端の挿入部１８は、横幅がスルーホール２１の径よりも少し大きく、かつ中央に貫通穴１９を有するプレスフィット形状となっている。プレスフィット形状の挿入部１８を変形させながらスルーホール２１に圧入することで、挿入部１８とスルーホール２１の接触荷重が増大し、制御基板５とリード端子２とを強固に固定できる。
【００２７】
制御基板５を保持するための制御基板固定部１１により、制御基板５とリードフレーム２０は一定のクリアランスを保っている。このため、制御基板５上の電子部品とリードフレーム上の半導体素子３が干渉することなく、モールド樹脂１２で一体封止できる。
【００２８】
このようにリードフレーム２０のリード端子２を曲げて配線にも用いることで、制御基板５をより安定して固定できワイヤボンドの安定性が増すとともに、配線工数を減らすことができ、製造工程を簡略化できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  主端子、２  リード端子、３  半導体素子、４  ワイヤ配線、５  制御基板、６  スルーホール、７  パッド部、８  制御基板保持部、９  電子部品、１０  ワイヤ配線、１１  制御基板固定部、１２  モールド樹脂、１３  絶縁シート、１４  ヒートシンク、１５  挿入部、１６  保持部、１７  挿入部、１８  挿入部、１９  貫通孔、２０  リードフレーム、２１  スルーホール、１００  半導体装置。
【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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