(57)【要約】      （修正有）【課題】材料効率のよいコネクタフレーム及び半導体装置を提供する。【解決手段】コネクタフレームは、フレーム部９１と、前記フレーム部９１から突出して前記フレーム部９１に一体に設けられた第１コネクタ５０と、前記フレーム部９１から突出して前記フレーム部９１に一体に設けられた第２コネクタ７０と、を備えている。前記第１コネクタ５０は、第１部分５１と、前記第１部分５１と前記フレーム部９１との間に設けられ、前記第１部分５１よりも薄い第２部分５２と、を有する。前記第２コネクタ７０は、前記第１コネクタ５０の前記第２部分５２と同じ厚さである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム部と、
前記フレーム部から突出して前記フレーム部に一体に設けられた第１コネクタであって、第１部分と、前記第１部分と前記フレーム部との間に設けられ、前記第１部分よりも薄い第２部分と、を有する第１コネクタと、
前記フレーム部から突出して前記フレーム部に一体に設けられ、前記第１コネクタの前記第２部分と同じ厚さの第２コネクタと、
を備えたコネクタフレーム。
【請求項２】
前記第１コネクタの前記第１部分の前記第２部分側の端と、前記第２コネクタの突出方向の先端との間の距離が０．２ｍｍ以上である請求項１記載のコネクタフレーム。
【請求項３】
前記フレーム部は第１方向に延び、
前記第１コネクタ及び前記第２コネクタは、前記第１方向に対して直交する第２方向に突出し、
複数の前記第１コネクタが前記第１方向に等ピッチで配列され、複数の前記第２コネクタが前記第１方向に等ピッチで配列されている請求項１または２に記載のコネクタフレーム。
【請求項４】
前記フレーム部の厚さは、前記第１コネクタの前記第２部分の厚さ、および前記第２コネクタの厚さと同じである請求項１〜３のいずれか１つに記載のコネクタフレーム。
【請求項５】
第１リードフレームと、
前記第１リードフレームに対して離間して設けられた第２リードフレームと、
前記第１リードフレーム及び前記第２リードフレームに対して離間して設けられた第３リードフレームと、
前記第１リードフレーム上に設けられた半導体チップであって、第１面と前記第１面に対向する第２面とを持つ半導体層と、前記第１面に設けられ前記第１リードフレームに接合された第１電極と、前記第２面に設けられた第２電極と、前記第２面に設けられた第３電極と、を有する半導体チップと、
前記半導体チップを封止する樹脂と、
前記半導体チップの前記第２面上に設けられ前記第２電極に接合された第１部分であって、前記半導体チップの前記第２電極に接合された接合面と、前記接合面に対向し、前記樹脂から露出した放熱面と、を有する第１部分と、
前記第１部分と同じ材料で前記第１部分と一体に設けられ、前記第１部分から前記第２リードフレーム側に突出し、前記第１部分よりも薄く、前記第２リードフレームに接合された第２部分と、
を有する第１コネクタと、
前記半導体チップの前記第３電極と、前記第３リードフレームとを接続する第２コネクタであって、前記第１コネクタと同じ材料からなり、前記第２部分と同じ厚さの第２コネクタと、
を備えた半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コネクタフレーム及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワー半導体装置において、低抵抗化のため、チップと外部リードとの接続構造として、ワイヤボンディングではなく、銅などの板状のコネクタまたはストラップを用いた構造が提案され、そのような製品も多くなってきている。
【０００３】
また、チップ上に搭載したコネクタを樹脂から露出させ、実装基板側のパッケージ下面と、パッケージ上面の両面から放熱する構造が提案されている。パッケージ上面から露出させる部分は放熱性の点から厚い方が望ましい。また、コネクタにおいてリード側に延出してリードと接続される部分はチップ直上に位置しないことから放熱にはそれほど寄与せず、厚くする必要はなく、既存のリードフレームと同程度の厚さでよい。また、ソースコネクタなどに比べて流れる電流が小さいゲートコネクタも厚くする必要性は低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１２４３９０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、材料効率のよいコネクタフレーム及び半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、コネクタフレームは、フレーム部と、前記フレーム部から突出して前記フレーム部に一体に設けられた第１コネクタと、前記フレーム部から突出して前記フレーム部に一体に設けられた第２コネクタと、を備えている。前記第１コネクタは、第１部分と、前記第１部分と前記フレーム部との間に設けられ、前記第１部分よりも薄い第２部分と、を有する。前記第２コネクタは、前記第１コネクタの前記第２部分と同じ厚さである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の半導体装置の模式断面図。
【図２】実施形態の半導体装置の模式上面図。
【図３】半導体チップの模式平面図。
【図４】実施形態のコネクタフレームの模式平面図。
【図５】（ａ）は実施形態の第１コネクタ及び第２コネクタの模式平面図であり、（ｂ）は第１コネクタの模式断面図であり、（ｃ）は第２コネクタの模式断面図。
【図６】（ａ）は実施形態のコネクタフレームが形成される金属板の模式平面図であり、（ｂ）は金属板の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００９】
図１は、実施形態の半導体装置１の模式断面図である。  
図２（ａ）は、実施形態の半導体装置１の模式上面図であり、図２（ｂ）は、樹脂８０を取り除いた模式上面図である。図２（ｂ）において樹脂８０は側面の外形線のみを図示している。
【００１０】
実施形態の半導体装置１は、半導体チップ１０と、半導体チップ１０と電気的に接続されたリードフレーム２１、３１、４１と、第１コネクタ５０と、第２コネクタ７０と、これら要素を封止する樹脂８０と、を有する。
【００１１】
半導体チップ１０は、半導体層における一方の面側に設けられた第１電極と、他方の面側に設けられた第２電極との間を結ぶ縦方向に電流経路が形成される縦型デバイスである。半導体チップ１０は、例えば、縦型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である。あるいは、半導体チップ１０は、縦型ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、縦型ダイオードである。
【００１２】
半導体としてはシリコンが用いられる。あるいは、シリコン以外の半導体（例えばＳｉＣ、ＧａＮ等の化合物半導体）を用いてもよい。
【００１３】
図３（ａ）は、半導体チップ１０の第１面１２の模式平面図であり、図３（ｂ）は、第１面１２の反対側の第２面１４の模式平面図である。
【００１４】
図３（ａ）に示すように、半導体層１１の第１面１２には、第１電極１３が形成されている。例えばＭＯＳＦＥＴにおいては、第１電極１３はドレイン電極である。第１電極１３は、第１面１２の大部分を占めて形成されている。
【００１５】
図３（ｂ）に示すように、半導体層１１の第２面１４には、第２電極１５と第３電極１６とが互いに絶縁分離されて形成されている。第２電極１５は、第２面１４の大部分を占めて形成され、例えばＭＯＳＦＥＴにおいてはソース電極である。第３電極１６の面積は、第２電極１５の面積よりも小さく、例えばＭＯＳＦＥＴにおいてはゲート電極である。
【００１６】
図２（ｂ）に示すように、第１リードフレーム２１は、ダイパッド２２と、複数本のリード２３とを有する。ダイパッド２２の平面形状は四角形状に形成され、その一辺から複数本のリード２３が突出している。第１リードフレーム２１は金属板の型加工により成形され、ダイパッド２２及びリード２３は一体に設けられている。
【００１７】
第１リードフレーム２１のリード２３の突出方向の反対側には、第１リードフレーム２１に対して離間して第２リードフレーム３１が設けられている。
【００１８】
第２リードフレーム３１は、第１リードフレーム２１側に設けられたインナーリード３２と、インナーリード３２から突出した複数本のアウターリード３３とを有する。アウターリード３３は、第１リードフレーム２１のリード２３の突出方向の逆方向に突出している。インナーリード３２は、アウターリード３３の突出方向、および第１リードフレーム２１のリード２３の突出方向に対して直交する方向に延びている。
【００１９】
第２リードフレーム３１は金属板の型加工により成形され、インナーリード３２及びアウターリード３３は一体に設けられている。
【００２０】
また、第１リードフレーム２１のリード２３の突出方向の反対側には、第３リードフレーム４１も第１リードフレーム２１に対して離間して設けられている。第３リードフレーム４１は、第２リードフレーム３１のインナーリード３２の長手方向の隣に設けられている。第３リードフレーム４１は、第２リードフレーム３１に対して離間している。
【００２１】
第３リードフレーム４１は、第１リードフレーム２１側に設けられたインナーリード４２と、インナーリード４２から突出した１本のアウターリード４３とを有する。アウターリード４３は、第２リードフレーム３１のアウターリード３３の突出方向と同じ方向に突出している。
【００２２】
図１に示すように、第１リードフレーム２１のリード２３とダイパッド２２との間には段差は形成されず、リード２３の上面とダイパッド２２の上面はフラットにつながり、リード２３の下面とダイパッド２２の下面はフラットにつながっている。
【００２３】
第２リードフレーム３１は、インナーリード３２とアウターリード３３との間の部分で屈曲し、インナーリード３２とアウターリード３３との間に段差が形成されている。第３リードフレーム４１も、第２リードフレーム３１と同様、インナーリード４２とアウターリード４３との間の部分で屈曲し、インナーリード４２とアウターリード４３との間に段差が形成されている。
【００２４】
第２リードフレーム３１のアウターリード３３の下面は、第１リードフレーム２１の下面（リード２３の下面及びダイパッド２２の下面）と同じ高さレベルにある。第３リードフレーム４１のアウターリード４３の下面は、第１リードフレーム２１の下面、および第２リードフレーム３１のアウターリード３３の下面と同じ高さレベルにある。
【００２５】
アウターリード３３、４３の下面および第１リードフレーム２１の下面を高さ方向（上下方向）の基準にして、インナーリード３２、４２の上面は、ダイパッド２２の上面よりも上方に位置している。
【００２６】
半導体チップ１０は、第１リードフレーム２１のダイパッド２２上に搭載されている。半導体チップ１０は、第１電極１３が形成された第１面１２をダイパッド２２側に向けている。
【００２７】
第１電極１３は、図１に示す導電性接合材（例えば、はんだ）２５を介してダイパッド２２に接合されている。したがって、半導体チップ１０の第１電極１３は、第１リードフレーム２１と電気的に接続されている。
【００２８】
半導体チップ１０の第２面１４上には、第１コネクタ（ＭＯＳＦＥＴにおいてはソースコネクタ）５０が搭載されている。第１コネクタ５０は、第１部分５１と第２部分５２とを有する。第１部分５１と第２部分５２は、相対的に厚さが異なり、第１部分５１は第２部分５２よりも厚い。
【００２９】
第１コネクタ５０は、後述する図６（ａ）に示す金属板１００の打ち抜き加工により成形され、第１部分５１及び第２部分５２は一体に設けられている。第１コネクタ５０は、例えば、電気伝導および熱伝導に優れた銅からなる。なお、第１コネクタ５０として、銅を主成分とする銅合金を使ってもよい。
【００３０】
第１部分５１は、各リードフレーム２１、３１、４１の厚みよりも厚く、例えば、０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下である。第１部分５１は、半導体チップ１０の第２電極１５に例えばはんだなどの導電性接合材５５を介して接合された接合面５４を有する。また、第１部分５１は、接合面５４の反対側に形成され、樹脂８０から露出した放熱面５３を有する。
【００３１】
第２部分５２は、第１部分５１から第２リードフレーム３１側に突出している。第２部分５２の先端部は、第２リードフレーム３１のインナーリード３２の上に重なり、例えばはんだなどの導電性接合材３５を介してインナーリード３２の上面に接合している。
【００３２】
したがって、第１コネクタ５０は、半導体チップ１０の第２電極１５と、第２リードフレーム３１とを電気的に接続している。
【００３３】
また、図２（ｂ）に示すように、半導体チップ１０の第３電極（ゲート電極）１６と、第３リードフレーム４１は、第２コネクタ（ＭＯＳＦＥＴにおいてはゲートコネクタ）７０によって電気的に接続されている。
【００３４】
第２コネクタ７０の一端部７１は、例えばはんだなどの導電性接合材を介して第３電極１６に接合されている。第２コネクタ７０の他端部７２は、第３リードフレーム４１のインナーリード４２の上に重なり、例えばはんだなどの導電性接合材を介して第３リードフレーム４１のインナーリード４２の上面に接合している。
【００３５】
第２コネクタ７０は、後述する図６（ａ）に示す金属板１００の打ち抜き加工により、第１コネクタ５０と同時に成形される。したがって、第２コネクタ５０は、第１コネクタ５０と同じ材料、例えば銅または銅合金からなる。
【００３６】
また、第２コネクタ７０の厚さは、第１コネクタ５０の第２部分５２の厚さと同じである。すなわち、後述するように、金属板１００における相対的に薄い部分を使って、第２コネクタ７０と、第１コネクタ５０の第２部分５２が形成される。その金属板１００における相対的に厚い部分が、第１コネクタ５０の第１部分５１となる。
【００３７】
なお、前述した導電性接合材としては、はんだに限らず、例えば銀ペーストのような導電性ペーストを使ってもよい。
【００３８】
半導体チップ１０は、樹脂封止され、外部環境から保護されている。樹脂８０は、半導体チップ１０、ダイパッド２２の上面、第２リードフレーム３１のインナーリード３２、第３リードフレーム４１のインナーリード４２、第１コネクタ５０の第１部分５１の側面、第１コネクタ５０の第２部分５２、第２コネクタ７０を覆っている。
【００３９】
また、樹脂８０は、第１電極１３とダイパッド２２との接合部、第２電極１５と第１コネクタ５０との接合部、第１コネクタ５０の第２部分５２と、第２リードフレーム３１のインナーリード３２との接合部、第３電極１６と第２コネクタ７０との接合部、第２コネクタ７０と、第３リードフレーム４１のインナーリード４２との接合部を覆っている。
【００４０】
第１リードフレーム２１の下面（リード２３の下面およびダイパッド２２の下面）、第２リードフレーム３１のアウターリード３３の下面、および第３リードフレーム４１のアウターリード４３の下面は、樹脂８０で覆われずに、樹脂８０から露出している。
【００４１】
それら第１リードフレーム２１の下面、第２リードフレーム３１のアウターリード３３の下面、および第３リードフレーム４１のアウターリード４３の下面は、図示しない実装基板（配線基板）の導体パターンに対して例えばはんだを介して接合される。
【００４２】
また、図１、図２（ａ）に示すように、第１コネクタ５０の第１部分５１の上面は樹脂８０から露出され、放熱面５３として機能する。第１コネクタ５０の放熱面５３上には、必要に応じてヒートシンクを接合することもできる。
【００４３】
半導体チップ１０で発生した熱は、第１電極１３よりも広い面積のダイパッド２２を通じて実装基板に放熱され、なおかつ、第１コネクタ５０の放熱面５３を通じて半導体装置１の外部（例えば空気中）に放熱される。すなわち、実施形態の半導体装置１は、両面放熱パッケージ構造を有し、特にチップ発熱量が大きくなりがちな電力用途の場合に放熱性を高めることができる。
【００４４】
第１コネクタ５０の第１部分５１は、半導体チップ１０と第２リードフレーム３１との電気的接続だけでなく、実装面の反対方向への放熱を担う放熱体としても機能する。その第１コネクタ５０の第１部分５１は、半導体チップ１０の直上に搭載され、半導体チップ１０の第２電極１５の面積に対する、第２電極１５と第１部分５１との接合面の面積の比は８０％以上である。また、半導体チップ１０の第２電極１５の面積に対する、第１コネクタ５０の放熱面５３の面積の比は１００％以上である。
【００４５】
すなわち、第２電極１５の大部分の面が第１コネクタ５０への熱伝導面として使われ、第１コネクタ５０に伝導した熱は、第２電極１５の面積以上の放熱面５３から半導体装置１の外部に放熱される。このため、第１コネクタ５０を放熱体として有効に利用することができ、放熱効率に優れる。
【００４６】
第１コネクタ５０は全体を厚くするのではなく、第１部分５１よりも薄い第２部分５２を設けることで、第１コネクタ５０の上面側から樹脂８０が被さる領域を設けている。すなわち、第２部分５２において、樹脂８０は第１コネクタ５０の上面を覆っている。第２部分５２が樹脂８０に食い込んだ構造となっている。このため、第１コネクタ５０の上面のすべてを樹脂８０から露出させる構造に比べて、樹脂８０の剥離（第１コネクタ５０の抜け）を抑制できる。
【００４７】
第１コネクタ５０は相対的に厚さの異なる第１部分５１と第２部分５２が一体に設けられた構造を有する。また、第３電極（ゲート電極）１６に接続される第２コネクタ（ゲートコネクタ）７０は、樹脂８０から露出される放熱体としては機能せず、また、第２電極（ソース電極）１５に接続される第１コネクタ（ソースコネクタ）５０に比べて流れる電流が小さい。したがって、第２コネクタ７０の厚さは、放熱体としても機能する第１コネクタ５０の第１部分５１ほどに厚さは要求されない。第２コネクタ７０を必要以上に厚くすると材料コストの上昇をまねく。
【００４８】
ここで、比較例として、第１コネクタ５０と第２コネクタ７０を、別々の金属板から作製する方法が挙げられる。すなわち、第１コネクタ５０は、第１部分５１となる厚い部分と、第２部分５２となる薄い部分とを持つ異形金属板から作製され、第２コネクタ７０は一般的なリードフレームのように均一な厚さの金属板から作製することができる。
【００４９】
しかしながら、この場合、第１コネクタ５０用の金属板と、第２コネクタ７０用の金属板の２種の金属板を使用するため、材料効率が悪い。また、第１コネクタ５０と第２コネクタ７０が別々のフレームに形成されるため、第１コネクタ５０のマウントと第２コネクタ７０のマウントも別々に実施しなければならない。
【００５０】
そこで、実施形態によれば、第１コネクタ５０と第２コネクタ７０のレイアウトを工夫することで、同じ金属板から第１コネクタ５０と第２コネクタ７０を同時に成形する。
【００５１】
図４は、実施形態の第１コネクタ５０及び第２コネクタ７０が成形されたコネクタフレーム９０の模式平面図である。
【００５２】
第１コネクタ５０及び第２コネクタ７０は、フレーム部９１に一体に設けられている。フレーム部９１は、第１方向（Ｘ方向）に延びている。第１コネクタ５０及び第２コネクタ７０は、第１方向（Ｘ方向）に対して直交する第２方向（Ｙ方向）に、フレーム部９１から突出している。
【００５３】
複数の第１コネクタ５０がＸ方向に等ピッチで配列され、複数の第２コネクタ７０がＸ方向に等ピッチで配列されている。第１コネクタ５０と第２コネクタ７０との間隔（Ｘ方向の間隔およびＹ方向の間隔）は一定である。
【００５４】
フレーム部９１、第１コネクタ５０の第２部分５２、および第２コネクタ７０は同じ厚さであり、第１コネクタ５０の第２部分５２と第２コネクタ７０は、フレーム部９１に直接設けられている。
【００５５】
第１コネクタ５０の第１部分５１は、フレーム部９１との間で、第２部分５２及び第２コネクタ７０をＹ方向に挟んで位置している。
【００５６】
図５（ａ）に、図４における１つの第１コネクタ５０及び１つの第２コネクタ７０を拡大して表す。  
また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す第１コネクタ５０のＹ方向に沿った断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す第２コネクタ７０のＹ方向に沿った断面図である。
【００５７】
第１コネクタ５０および第２コネクタ７０は、図５（ａ）〜（ｃ）において２点鎖線で示す位置で切断され、フレーム部９１から分離される。
【００５８】
コネクタフレーム９０は、図６（ａ）に示す金属板１００を、型を使って打ち抜き加工を行うことで作製される。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す金属板１００のＹ方向に沿った断面を表す。図６（ａ）及び（ｂ）は、圧延加工により、厚い部分１０１と、これよりも薄い、薄い部分１０２が形成された条形状の金属板１００における一部分を表す。
【００５９】
金属板１００は、例えば銅板または銅合金の板である。まずは、均一な厚さの金属板１００をローラで圧延しながら、条（帯形状）にしていく。このときに、薄くしたい部分に対して局部をつぶすようなローラをあてて薄くする。このような工程を複数回繰り返して、所望の形状に成形していく。
【００６０】
その後、金属板１００に対して打ち抜き加工を行い、図６（ａ）において破線で示すように第１コネクタ５０および第２コネクタ７０が成形される。金属板１００における厚い部分１０１の一部が第１コネクタ５０の第１部分５１として残され、金属板１００における薄い部分１０２の一部が、第１コネクタ５０の第２部分５２および第２コネクタ７０として残される。
【００６１】
以上説明した実施形態によれば、第１コネクタ５０および第２コネクタ７０を同じ金属板１００から作製するため、それらを別々の金属板から作製するよりも材料効率に優れている。
【００６２】
また、コネクタフレーム９０の状態で、第１コネクタ５０の第２部分５２と第２コネクタ７０のＸ方向ピッチ、および第１コネクタ５０の第１部分５１と第２コネクタ７０のＹ方向ピッチは、実際に半導体チップ１０、フレーム３１、４１にマウントされるときのピッチと同じにしている。
【００６３】
そのため、第１コネクタ５０と第２コネクタ７０を個々に切り離す前のコネクタフレーム９０の状態で、第１コネクタ５０と第２コネクタ７０を同時に半導体チップ１０、フレーム３１、４１にマウントすることができ、生産効率が向上する。
【００６４】
また、第１コネクタ５０の第１部分５１の第２部分５２側の端と、第２コネクタ７０の突出方向の先端との間の距離ｔが０．２ｍｍ以上である。
【００６５】
金属板１００に打ち抜き加工をするにあたって、厚い部分１０１と薄い部分１０２との境界では形状や寸法の精度が低下しやすい。そこで、実施形態によれば、金属板１００における厚い部分１０１と薄い部分１０２との境界から０．２ｍｍ以上の距離ｔをおいて第２コネクタ７０の先端が位置するように金属板１００を打ち抜く。これにより、第２コネクタ７０における第３電極１６に接合される先端部の変形や寸法精度低下を抑えることができる。
【００６６】
また、第２コネクタ７０となる薄い部分１０２の先端部に、図６（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、少し厚い部分１０３が残るように打ち抜く。その下方に突出して厚い部分１０３を、第３電極（ゲート電極）１６との接合に利用する。そのため、第２コネクタ７０を曲げることなく、その端部７１の下部１０３を第３電極１６に接合させることができる。小さな第２コネクタ７０に対する曲げ加工は難しい場合があるが、実施形態ではその曲げ加工を行わなくてよい。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…半導体チップ、１１…半導体層、１２…第１面、１３…第１電極、１４…第２面、１５…第２電極、１６…第３電極、２１…第１リードフレーム、２２…ダイパッド、２３…リード、３１…第２リードフレーム、３２…インナーリード、３３…アウターリード、４１…第３リードフレーム、４２…インナーリード、４３…アウターリード、５０…第１コネクタ、５１…第１部分、５２…第２部分、５３…放熱面、７０…第２コネクタ、８０…樹脂、９０…コネクタフレーム、９１…フレーム部、１００…金属板
【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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