(57)【要約】【課題】形状的に変形の起点となる低剛性部分を無くしてモールド樹脂の変形量を抑制し、ヒートシンクとの固定を簡易に行える小型で安価な樹脂封止型半導体装置を得る。【解決手段】スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子１と、半導体素子１を実装し電気的に絶縁する横断スリット７を有するリードフレーム３と、半導体素子１とリードフレーム３を電気的に接続するインナーリード２と、半導体素子１とリードフレーム３とインナーリード２を被覆して筐体を形成するモールド樹脂６とを備え、リードフレーム３の横断スリット７に２カ所以上の折曲げ部８を設けた。【選択図】図１
2019161147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、前記半導体素子と前記リードフレームを電気的に接続するインナーリードと、前記半導体素子と前記リードフレームと前記インナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂とを備え、前記リードフレームの横断スリットに２カ所以上の折曲げ部を設けたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
前記リードフレームは、前記半導体素子の実装部分の板厚を他の箇所よりも板厚にしたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項３】
前記リードフレームは、絶縁シートを介してヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂封止型半導体装置。
【請求項４】
スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するヒートスプレッダと、前記半導体素子と前記ヒートスプレッダを電気的に接続するリードフレームと、前記半導体素子と前記ヒートスプレッダと前記リードフレームを被覆して筐体を形成するモールド樹脂とを備え、前記ヒートスプレッダの横断スリットに１カ所以上の折曲げ部を設けたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項５】
前記ヒートスプレッダは、絶縁シートを介してヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項４に記載の樹脂封止型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、モールド樹脂で半導体素子を封止してなる樹脂封止型半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、一般的なモールド樹脂封止型パワー半導体装置の平面図（ａ）と断面図（ｂ）を示した構造模式図である。図４において、半導体素子１とインナーリード２は横断スリット７によって電気的に絶縁を保たれ、かつ横断スリット７の近傍には釣り部５を設けたリードフレーム３に半田付けされ、全体をモールド樹脂６で封止されている。半導体素子１は冷却が不可欠であり、リードフレーム３は外部配線部４と釣り部５を含めヒートシンク１０との絶縁性が必要であるため、絶縁シート９を介してヒートシンク１０へ押えバネ１１にて固定されている。
【０００３】
半導体素子１とインナーリード２はリードフレーム３にリフロー半田付けされるが、片面実装であり、リードフレーム３の剛性が低い場合は熱収縮による変形が大きく発生する。モールド樹脂６による成形時にリードフレーム３は成形金型内でフラットに矯正されるので、矯正による大きな応力が半導体素子１と半田に発生し、寿命が悪化してしまう。
従来のモールド樹脂封止型パワー半導体装置においては、外部配線部４と釣り部５を保持してリードフレーム３の剛性を確保する構造にされており、半田付けによる半導体素子１近傍の変形を防止し、成形時に発生する応力を無くし、寿命劣化が防止されている。
【０００４】
特許文献１に示す半導体装置においては、隣接する半導体パッケージ単位のモールドパッケージ部を相互に対向させ、リードフレームの半導体パッケージ単位間のスリットにブリッジが設けられている。成形時の樹脂の圧力によるリードフレームの変形をブリッジにより防止することで変形のないパワー半導体装置の製造を可能とし、高信頼性が図られている。
【０００５】
特許文献２に示す樹脂封止型半導体装置においては、半導体チップの裏面にヒートスプレッダを接着剤で接着し、そのヒートスプレッダの上にヒートシンクを装着したものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１９６６０９号公報（段落００２１、図１）
【特許文献２】特開平９−２３７８０７号公報（段落００１６、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常、パワー半導体装置の半導体素子１はトランジスタが採用されており、大電流が通電できるようリードフレーム３はＰ側、Ｎ側、出力側の３つへ分割される。リードフレーム３は銅材をプレス加工して製作されており、Ｐ側、Ｎ側、出力側のリードフレーム３はそれぞれに絶縁が必要なため、絶縁のための溝を有するスリット幅はリードフレーム３の厚み以上の幅が必要であり、リードフレーム３の端から端まで直線的に分断する横断スリット７を有する形状となる。
【０００８】
モールド樹脂６による成形時にリードフレーム３は成形金型内でフラットに矯正されるが、モールド樹脂６の成形収縮、モールド樹脂６とリードフレーム３の線膨張係数の差により、モールド樹脂６に変形が発生する。更に、リードフレーム３の横断スリット７部分は、スリット幅もリードフレーム３の厚みより広く、剛性が他の箇所より低くなってしまうので形状的に変形の起点になりやすく、大きな変形が発生してしまう欠点があった。
【０００９】
さらに半導体素子１は冷却が必須であるので、ヒートシンク１０へ密着させるためにモールド樹脂６を新規開発して線膨張係数と強度を調整し変形量を抑えるか、変形を矯正できる強い荷重の押えバネ１１が必要となるため、構造が複雑となり、装置全体でのレイアウトの制約が発生し、低コスト化ができないという欠点があった。
また、横断スリット７に、特許文献１に記載されたようなブリッジを設ける場合は、Ｐ側、Ｎ側、出力側のリードフレームはそれぞれ絶縁できる構造が成立しないため採用できないという欠点があった。
【００１０】
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、小型で安価な樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願に開示される樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、半導体素子とリードフレームを電気的に接続するインナーリードと、半導体素子とリードフレームとインナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂とを備え、リードフレームの横断スリットに２カ所以上の折曲げ部を設けたものである。
【００１２】
また、本願に開示される樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するヒートスプレッダと、半導体素子とヒートスプレッダを電気的に接続するリードフレームと、半導体素子とヒートスプレッダとリードフレームを被覆して筐体を形成するモールド樹脂とを備え、ヒートスプレッダの横断スリットに１カ所以上の折曲げ部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願に開示される樹脂封止型半導体装置によれば、リードフレームの横断スリットに絶縁を確保したまま折曲げ部を２カ所以上設けて、剛性の弱い箇所が一直線にならない構造とすることにより、形状的に変形の起点となる低剛性部分を無くしてモールド樹脂の変形量を抑制し、ヒートシンクとの固定を簡易に行える小型で安価な樹脂封止型半導体装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１による樹脂封止型半導体装置の平面図と断面図を示した構造模式図である。
【図２】実施の形態２による樹脂封止型半導体装置の平面図と断面図を示した構造模式図である。
【図３】実施の形態３による樹脂封止型半導体装置の平面図と断面図を示した構造模式図である。
【図４】従来のモールド樹脂封止型半導体装置の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下、実施の形態１における樹脂封止型半導体装置を図１に基づいて説明する。
図１（ａ）は実施の形態１における樹脂封止型半導体装置の平面図、図１（ｂ）はその断面図である。以下、半導体装置として電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置について説明する。
【００１６】
図１において、樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子１と、この半導体素子１を実装し電気的に絶縁する溝状の横断スリット７を有するリードフレーム３と、半導体素子１とリードフレーム３を半田で電気的に接続するインナーリード２と、半導体素子１とインナーリード２とリードフレーム３を被覆して筐体を形成するモールド樹脂６で構成されている。
【００１７】
リードフレーム３は横断スリット７の近傍に釣り部５が設けられており、この釣り部５によって半導体素子１はリードフレーム３を介して支持されるようになっている。また、リードフレーム３は、銅材をプレス加工して製作されており、Ｐ側、Ｎ側、出力側の端子としてモールド樹脂６の外側にそれぞれ外部配線部４が形成されている。
半導体素子１とインナーリード２を電気的に絶縁するリードフレーム３の横断スリット７は、従来のような直線的ではなく、途中に２カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部（クランク部）８を有している。
【００１８】
半導体素子１は熱を発するため、冷却が不可欠であり、放熱のためのヒートシンク１０が設けられる。リードフレーム３は外部配線部４と釣り部５を含めヒートシンク１０との絶縁性が必要であるため、半導体素子１を実装したリードフレーム３は絶縁シート９を介してヒートシンク１０へ固定されている。
【００１９】
パワー半導体装置の半導体素子１が大電流を通電できるようリードフレーム３をＰ側、Ｎ側、出力側の３つに分割する場合、リードフレーム３の端から端まで分断する横断スリット７に絶縁を確保したまま折曲げ部８を少なくとも２カ所設けて、剛性の弱い箇所が一直線にならない構造とする。モールド樹脂成形すれば、モールド樹脂６とリードフレーム３の線膨張係数の差により、モールド樹脂６に変形が発生するが、リードフレーム３の横断スリット７に直線状に剛性が低い箇所が無いので、形状的に変形の起点が無く、モールド樹脂６の変形を最小量に抑えることができる。
リードフレーム３の横断スリット７の厚みは１ｍｍ前後であり、モールド樹脂６よりも剛性が低いため、モールド樹脂６の変形量を抑制するには、直角に屈曲した折曲げ部８は２カ所以上必要になる。
【００２０】
モールド樹脂６の形状的な変形を抑制できれば、安価なモールド樹脂６を採用することも可能となり、半導体素子１の冷却のためにヒートシンク１０へ密着させるために強い荷重も必要なく、安易な固定方法を採用することができるため、レイアウトの自由度の向上も含め、小型化、低コスト化が実現できる。
リードフレーム３はプレス加工で製作するので、プレスできる形状であれば、折曲げ部８の位置、形状、数量は任意に設定することができるので、変形量の調整が可能となり、歩留まりを向上させることができる。
【００２１】
以上のように実施の形態１は、リードフレーム３の横断スリット７に絶縁を確保したまま折曲げ部８を２カ所以上設けて、剛性の弱い箇所が一直線にならない構造とすることにより、形状的に変形の起点となる低剛性部分を無くしてモールド樹脂６の変形量を抑制し、ヒートシンク１０との固定を簡易に行える小型で安価な樹脂封止型半導体装置が得られる。
【００２２】
実施の形態２．
次に、実施の形態２における樹脂封止型半導体装置を図２に基づいて説明する。
図２（ａ）は実施の形態２における樹脂封止型半導体装置の平面図、図２（ｂ）はその断面図である。
リードフレーム３の材料として一定厚み材を使用するのが一般的であるが、更に半導体素子１の出力を向上させる場合は、半導体素子１の熱の拡散領域を広げることが必須である。
【００２３】
実施の形態２は、図２に示すように半導体素子１が搭載されるリードフレーム３として、熱の拡散領域１２（斜線部で示す）である半導体素子１の実装部分及びその周辺部の板厚は、他の部分よりも板厚を大きくした異厚材を用いたものである。その他の構成は図１に示す実施の形態１と同じ構成につき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【００２４】
実施の形態３．
次に、実施の形態３における樹脂封止型半導体装置を図３に基づいて説明する。
図３（ａ）は実施の形態３における樹脂封止型半導体装置の平面図、図３（ｂ）はその断面図である。
半導体素子１の出力を向上させる他の方法として、実施の形態３は図３に示すように、発熱体である半導体素子１と放熱器であるヒートシンク１０の間に、リードフレーム３の厚みの数倍厚の金属製のヒートスプレッダ１３を挿入したものである。ヒートスプレッダ１３は発熱体と放熱器の間に挿入することで緩衝体として放熱効果を高めることが知られている。
【００２５】
図３において、樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子１と、この半導体素子１を実装するヒートスプレッダ１３と、半導体素子１とヒートスプレッダ１３を電気的に接続するリードフレーム３と、半導体素子１とヒートスプレッダ１３とリードフレーム３を被覆して筐体を形成するモールド樹脂６とを備えている。
半導体素子１の実装部分のリードフレーム３は分離され、ヒートスプレッダ１３は溝状の横断スリット７によって２つに分割されて電気的に絶縁され、横断スリット７は隣接するヒートスプレッダ１３の端面の間隔内に１カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部（クランク部）８を有している。
【００２６】
ヒートスプレッダ１３の横断スリット７の厚みは２ｍｍ以上あり、モールド樹脂６と同等以上の剛性を有しているので、折曲げ部８は１カ所以上でモールド樹脂６の変形量の抑制効果が期待できる。
実施の形態２の場合も、ヒートスプレッダ１３の横断スリット７に絶縁を確保したまま折曲げ部８を１カ所以上設けて剛性の弱い箇所が一直線にならない構造をとれば、モールド樹脂６の変形を最小量に抑えることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態で、絶縁のために個別の絶縁シート９を使用しているが、モールド成形時に絶縁シート９を一体成型するか、モールド成形時にリードフレーム３の裏面までモールド樹脂６で封止するなどで、絶縁機能をモールド樹脂封止型パワー半導体の裏面に持たすことが可能であるので、ヒートシンク１０との組立性を向上させることができ、更なる低コスト化が実現できる。
【００２８】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１：半導体素子、  ２：インナーリード、  ３：リードフレーム、  ４：外部配線部、
５：釣り部、  ６：モールド樹脂、  ７：横断スリット、  ８：折曲げ部、
９：絶縁シート、  １０：ヒートシンク、１２：熱の拡散領域、
１３：ヒートスプレッダ。
【図１】
2019161147.tif 000003
【図２】
2019161147.tif 000004
【図３】
2019161147.tif 000005
【図４】
2019161147.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月13日(2019.2.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、前記半導体素子と前記リードフレームを電気的に接続するインナーリードと、前記半導体素子と前記リードフレームと前記インナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、前記リードフレームの前記半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、前記リードフレームの端から端まで直線的に分断する前記横断スリットに２カ所以上の折曲げ部を設けると共に、前記リードフレームは前記半導体素子の実装部分の板厚を他の箇所よりも板厚にしたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【請求項２】
スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するヒートスプレッダと、前記半導体素子と前記ヒートスプレッダを電気的に接続するリードフレームと、前記半導体素子と前記ヒートスプレッダと前記リードフレームを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、前記ヒートスプレッダの前記半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、前記ヒートスプレッダの端から端まで直線的に分断する前記横断スリットに１カ所以上の折曲げ部を設けたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本願に開示される樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、半導体素子とリードフレームを電気的に接続するインナーリードと、半導体素子とリードフレームとインナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、リードフレームの半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、リードフレームの端から端まで直線的に分断する横断スリットに２カ所以上の折曲げ部を設けると共に、リードフレームは半導体素子の実装部分の板厚を他の箇所よりも板厚にしたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本願に開示される樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するヒートスプレッダと、半導体素子とヒートスプレッダを電気的に接続するリードフレームと、半導体素子とヒートスプレッダとリードフレームを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、ヒートスプレッダの半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、ヒートスプレッダの端から端まで直線的に分断する横断スリットに１カ所以上の折曲げ部を設けたものである。
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月12日(2019.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、前記半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、前記半導体素子と前記リードフレームを電気的に接続するインナーリードと、前記半導体素子と前記リードフレームと前記インナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、前記リードフレームの前記半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、前記リードフレームの対向する端から端まで一直線で分断する前記横断スリットに２カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部を設けると共に、前記リードフレームは前記半導体素子の実装部分の板厚を他の箇所よりも板厚にしたことを特徴とする樹脂封止型半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本願に開示される樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、半導体素子とリードフレームを電気的に接続するインナーリードと、半導体素子とリードフレームとインナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、リードフレームの半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、リードフレームの対向する端から端まで一直線で分断する横断スリットに２カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部を設けると共に、リードフレームは半導体素子の実装部分の板厚を他の箇所よりも板厚にしたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】