(57)【要約】      （修正有）【課題】容易な製造方法で、電極端子を１つの表面から露出した面実装端子にする半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子５０１が搭載されたリードフレーム半導体素子搭載部４０１ａと、曲げ部を有するリードフレーム電極部４０１ｂと、を有するリードフレームと４０１、半導体素子とリードフレーム電極部を電気的に接続する電気配線部７０１と、半導体素子および曲げ部を含むリードフレームおよび電気配線部を封止する封止樹脂３０１と、を備え、リードフレーム４０１の電極部分を、半導体素子５０１の１つの表面で封止樹脂３０１から露出させる。【選択図】図２
2015207674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子が搭載されたリードフレーム半導体素子搭載部と、曲げ部を有するリードフレーム電極部と、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電極部を電気的に接続する電気配線部と、
前記半導体素子および前記曲げ部を含む前記リードフレームおよび前記電気配線部を封止する封止樹脂と、を備え、
前記リードフレーム電極部の電極部が、前記封止樹脂から露出した、
半導体装置。
【請求項２】
前記電極部は、前記リードフレーム電極部の一端をなすと共に、前記リードフレーム半導体素子搭載部と平行な面を備える、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記曲げ部が９０°の曲げを２回行うことで形成され、
前記リードフレーム電極部の前記電気配線部に接続された面の裏面が、前記電極部として前記封止樹脂から露出する、
請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
複数設けられた前記電極部の間に、前記封止樹脂を凹ませた段差部が設けられた、
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
リードフレームのリードフレーム電極部を折り曲げ、
前記リードフレームのリードフレーム半導体素子搭載部に半導体素子を搭載し、
前記半導体素子と前記リードフレーム電極部とを電気的に接続した後、
前記リードフレーム電極部を再度折り曲げて前記リードフレーム半導体素子搭載部に平行な面を備える電極部を形成し、
前記半導体素子および前記電気配線部を封止する、
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極端子を備える半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置に利用される半導体装置としては、リードフレームと絶縁層、放熱板を組み合わせているものがある（例えば、特許文献１参照）。図１０は、特許文献１に記載された従来の半導体装置を示す図である。
【０００３】
図１０において、リードフレーム９０１には半導体素子９０３が搭載されており、これらはアルミ線９０４によって電気的に接続されている。リードフレーム９０１の半導体素子９０３が搭載されていない方の面には絶縁層９０５が形成されていて、放熱板９０６とリードフレーム９０１とを接着している。半導体装置全体は、封止樹脂９０８で覆われているが、放熱板９０６の一部は覆われていない部分があり、露出することで良好な放熱性能を持たせている。外部と電気的な接続は、パワー系入出力リード９０７と、制御信号入力リード９０２によって行われる。
【０００４】
また、従来の半導体装置として、金属ブロックを使用しているものもある（例えば、特許文献２参照）。図１１は、特許文献２に記載された従来の半導体装置を示す図である。
図１１において、半導体素子１００２は、ベース部１００１に搭載されており、接合された金属ブロック１００３を介してソース端子１００４に接続されている。ゲート端子１００５はアルミ線などを用いて半導体素子１００２に接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１２１４９１号
【特許文献２】特開２０１２−７４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図１０の構成では、半導体装置の直上にプリント配線板を配置する際、半導体装置の側面から出た制御信号入力リード９０２とプリント配線板とを接続するために、プリント配線板にスルーホールが必要である。また、スルーホールに制御信号入力リード９０２を通して接続する構成のため、制御用ＩＣやノイズ抑制用スナバコンデンサをスルーホールの直近に配置することは困難である。そのため、図１０の構成では、半導体素子９０３から制御用ＩＣやノイズ抑制用スナバコンデンサまでの配線は、ある程度長くなってしまうことが多い。配線が長くなると配線上の寄生インダクタンスが大きくなるため、半導体装置を高速動作させた際に、半導体装置自身に誤動作が発生する可能性や、大きなノイズが発生する可能性が高くなる。
【０００７】
ここで、図１０の構成の代わりに、制御信号入力リード９０２をＪの形状に曲げるなどの構成を採用すれば、スルーホールなしに制御信号入力リード９０２をプリント配線板に接続することも可能である。だが、この構成では、半導体装置をヒートシンクなどの冷却装置に取り付けた際に、リードとプリント配線板との接合部に過大な力がかかるために、信頼性が低下する可能性がある。
【０００８】
また、図１１の構成では、ソース端子１００４が平坦な形状であるため、ソース側の配線の寄生インダクタンスを小さくすることができるが、ゲート端子１００５のリードが半導体装置の側面から出ているため、ゲート側の配線をスルーホール実装工法で実装する必要があり、制御用ＩＣまでのゲート側の配線は長いままである。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、寄生インダクタンスを小さくすることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の半導体装置は、半導体素子が搭載されたリードフレーム半導体素子搭載部と、曲げ部を有するリードフレーム電極部と、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電極部を電気的に接続する電気配線部と、前記半導体素子および前記曲げ部を含む前記リードフレームおよび前記電気配線部を封止する封止樹脂と、を備え、前記リードフレーム電極部の電極部が、前記封止樹脂から露出したことを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、リードフレームのリードフレーム電極部を折り曲げ、前記リードフレームのリードフレーム半導体素子搭載部に半導体素子を搭載し、前記半導体素子と前記リードフレーム電極部とを電気的に接続した後、前記リードフレーム電極部を再度折り曲げて前記リードフレーム半導体素子搭載部に平行な面を備える電極部を形成し、前記半導体素子および前記電気配線部を封止することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、寄生インダクタンスを小さくすることが可能な半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態１における半導体装置のリードフレーム曲げ部の構成を示す図
【図４】実施の形態１における半導体装置全体の概略構成を示す平面図
【図５】実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す工程断面図
【図６】実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す工程断面図
【図７】実施の形態１における半導体装置の製造工程を示すフロー図
【図８】本発明の実施の形態２の半導体装置の構成を示す図
【図９】実施の形態２における半導体装置の製造工程を示すフロー図
【図１０】特許文献１に記載された従来の半導体装置を示す図
【図１１】特許文献２に記載された従来の半導体装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付けて、適宜説明を省略している。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示す図であり、図１（ａ）は本発明の実施の形態１における半導体装置の正面図を示し、図１（ｂ）は同じく背面図を示し、図１（ｃ）は側面図を示している。
【００１５】
本実施の形態の半導体装置は、図１に示すように、平板状である。図１（ａ）および図１（ｃ）に示すように、本実施の形態の半導体装置は、その一面に、電極として、正極電極１０１、負極電極１０２、出力電極１０３、正極側制御電極１０４、負極側制御電極１０５を形成している。リードフレーム４０１の大部分を含む半導体装置のほぼ全体は、封止樹脂３０１で封止されているが、各電極１０１〜１０５および保持リード４０５の一部と放熱板２０１の一面は、封止樹脂３０１に覆われておらず露出している。封止樹脂３０１は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂であり、必要に応じてフィラーを含有していてもよい。本実施の形態の半導体装置の他方の面に設けられた放熱板２０１と封止樹脂３０１とは、１つの平面を成している。保持リード４０５は、製造工程途中において金型内に固定するためのモノであり、その一部は、本実施の形態の半導体装置の側面から露出している。
【００１６】
本実施の形態の半導体装置は、このように、封止樹脂３０１内にリードフレーム４０１を含む配線の大部分を埋め込んでいるため、これら配線の距離を短くすることが可能であり、配線の寄生インダクタンスを小さくできる。さらに、本実施の形態の半導体装置は、それと共に、従来のように半導体装置の側面からリードが出ていない構成であるため、プリント配線板に半導体装置を実装した際にプリント配線板に接触する面積を低減することができ、プリント配線板に半導体装置から発せられた熱が伝達するのを抑制することができる。
【００１７】
図２に、本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図を示す。断面図の断面位置は、図１（ａ）の一点鎖線で示した位置である。図２は、図１（ａ）における正極側制御電極１０４と負極側制御電極１０５を通る断面を示している。
【００１８】
リードフレーム４０１は、リードフレーム半導体素子搭載部４０１ａとリードフレーム電極部４０１ｂとからなる。半導体素子５０１は、リードフレーム半導体素子搭載部４０１ａの一方の面上に、半導体素子接合材料７０２を介して搭載されている。半導体素子接合材料７０２は、例えば、はんだなどの金属材料や、銀ペーストなどの樹脂材料である。リードフレーム半導体素子搭載部４０１ａの他方の面には、絶縁樹脂６０１を介して、放熱板２０１が接着されている。半導体素子５０１は、電気配線部７０１によって、リードフレーム電極部４０１ｂに電気的に接続されている。電気配線部７０１は、例えば、アルミニウム、銅、金もしくはそれらの合金材料でできたワイヤーボンド、銅クリップなどである。ワイヤーボンドの場合は、超音波接合もしくは熱圧着によって半導体素子５０１に接合される。銅クリップの場合は、はんだか導電性ペーストによって半導体素子５０１に接合される。
【００１９】
リードフレーム電極部４０１ｂは、リードフレーム曲げ部４０４において、２箇所が折り曲げられることで、半導体素子５０１を搭載している面側に１８０度折り返されている。このリードフレーム電極部４０１ｂのうち、曲げによって１８０度折り返されている先端部分である電極部において、半導体素子５０１から遠い側の面４０１ｃは、封止樹脂３０１に覆われておらず露出しており、電気的接続を外部から行うことができる。９０度ずつ２か所折り曲げることで、このように１８０度折り返された構成を容易かつ確実に製造することができる。このように露出したリードフレーム電極部４０１ｂの面４０１ｃは、各電極１０１〜１０５を成している。
【００２０】
なお、本実施の形態の半導体装置では、各電極１０１〜１０５の近傍に、図２に示すように封止樹脂３０１を凹ませた段差部３０１ｂを設けている。この段差部３０１ｂにより、電極間の沿面距離を更に長くすることができ、電極間の絶縁性を更に高めることができる。
【００２１】
図３は本発明の実施の形態１における半導体装置のリードフレーム曲げ部の構成を示す図であり、図３（ａ）はリードフレーム電極部近傍の要部断面図であり、図３（ｂ）はリードフレーム電極部近傍の要部平面図であり、図３（ｃ）はリードフレーム電極部のみを示す斜視図である。
【００２２】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、リードフレーム電極部４０１ｂは、リードフレーム曲げ部４０４において、第１のリードフレーム曲げ部４０２と、第２のリードフレーム曲げ部４０３とで、それぞれ９０度の曲げを行うことで、１８０度折り返されている。ここで、第１のリードフレーム曲げ部４０２と第２のリードフレーム曲げ部４０３は、平面的にはずれた位置に配置されても良い。つまり、リードフレーム電極部４０１ｂの一端から第２のリードフレーム曲げ部４０３に至る面と、第２のリードフレーム曲げ部４０３から第１のリードフレーム曲げ部４０２に至る面との境界部分において、第２のリードフレーム曲げ部４０３に隣接する領域が切り離されていても良い。このように構成することで、図３（ｂ）に示すように、電気配線部７０１の直上に負極側制御電極１０５を配置することができ、配線の長さを更に短くして、寄生インダクタンスを小さくすることができる。
【００２３】
図４に実施の形態１における半導体装置全体の概略構成を示す平面図を示す。
図４に示すように、本実施の形態における半導体装置の正極電極１０１および出力電極１０３は、電気配線部７０１を介さずに、リードフレーム４０１から直接、電極が引出されている。それ以外の点は、負極電極１０２と略同じ構成である。なお、負極電極１０２は、図３で説明した正極側制御電極１０４、負極側制御電極１０５と略同じ構成である。
【００２４】
図５，図６に実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す工程断面図を示す。図７に実施の形態１における半導体装置の製造工程を示すフロー図を示す。
まず、図５（ａ）に示すとおり、リードフレーム４０１を準備する。リードフレーム４０１のリードフレーム半導体素子搭載部４０１ａはリードフレーム電極部４０１ｂと表面の高さがそろうように離間して配置される。その後、リードフレーム４０１のリードフレーム電極部４０１ｂに１回目の曲げを施して、第２のリードフレーム曲げ部４０３を形成する。
【００２５】
次に、図７のステップ１の「ダイボンド工程」について、図５（ｂ）を用いて説明する。この工程は、半導体素子５０１を搭載するダイボンド工程を示し、リードフレーム４０１のリードフレーム半導体素子搭載部４０１ａ上に半導体素子５０１を搭載する。ここでは、半導体素子５０１としてトランジスターとダイオードを１対として、正極側、負極側にそれぞれ１対ずつ配置しているが、個数、種類を限定するものではない。
【００２６】
次に、図７のステップ２の「ワイヤリング工程」について、図５（ｃ）を用いて説明する。この工程は、電気配線部７０１によって、半導体素子５０１とリードフレーム４０１のリードフレーム電極部４０１ｂを電気的に接続する。
【００２７】
次に、図７のステップ３の「リードフレーム曲げ工程」について、図５（ｄ）に示す。この工程で、リードフレーム電極部４０１ｂの電気配線部７０１が接続された端部に対する他方の端部と、第２のリードフレーム曲げ部４０３との間に、２回目の曲げを施して、第１のリードフレーム曲げ部４０２を形成する。
【００２８】
次に、図７のステップ４の「封止工程」について、図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）に示すように、まず、封止金型８０１の中に、図５（ｄ）までで組み立てたリードフレーム４０１と、あらかじめ絶縁樹脂６０１を貼り付けた放熱板２０１を配置する。次に、図６（ｂ）に示すように、封止金型８０１を閉じ、未硬化状態の封止樹脂３０１ａを圧入する。ここで、保持リード４０５は、封止金型８０１の中で、リードフレーム４０１を固定する役割がある。次に、図６（ｃ）に示すように、一定温度で封止樹脂３０１ａを硬化させて封止樹脂３０１を形成した後、封止金型８０１を開いてこれを取り出す。
【００２９】
最後に、図７のステップ５の「カット工程」について、図６（ｄ）を用いて説明する。この工程で、余分な保持リード４０５を切断することにより、本実施の形態に係る半導体装置が完成する。
【００３０】
従来の半導体装置では、曲げ加工をあらかじめ行った状態でダイボンド工程を行っていた。そのために、ダイボンド工程、ワイヤリング工程の障害となるような曲げ加工をすることはできず、９０度を超えた曲げをリードフレームに施すことができなかった。本実施の形態では、曲げる箇所を第１のリードフレーム曲げ部４０２および第２のリードフレーム曲げ部４０３の２箇所に分け、第２のリードフレーム曲げ部４０３は予め加工しておき、第１のリードフレーム曲げ部４０２はワイヤリング工程後に加工することにより、９０度を超えた曲げをリードフレームに施すことを可能としている。なお、工程間での曲げ加工は、保持リード４０５を設けて封止金型８０１内にリードフレーム４０１を固定することで、可能である。
【００３１】
このように、リードフレーム４０１のリードフレーム電極部４０１ｂに複数個所の曲げ部を設けることにより、リードフレーム半導体素子搭載部４０１ａの面と平行な半導体装置の表面において封止樹脂３０１から露出するリードフレーム電極部４０１ｂを電極端子（面実装端子）とすることができ、容易な製造方法で、半導体装置の基板への実装を面実装が可能な半導体装置を提供することができる。そのため、基板にスルーホールが不要となり、制御用ＩＣ等を半導体装置の近傍に配置することができ、半導体装置と制御用ＩＣ等との配線長を短くでき、実装後の半導体装置の特性を確保することができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図８は本発明の実施の形態２の半導体装置の構成を示す図であり、図８（ａ）は本発明の実施の形態２の半導体装置の断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）における第２のリードフレーム近傍の拡大図、図８（ｃ）は、図８（ｂ）を上面からみた平面図である。
【００３３】
実施の形態１の半導体装置がリードフレーム電極部に曲げ部を設ける構造であるのに対し、実施の形態２の半導体装置では、図８に示すように、外部電極を構成するリードフレームである第２のリードフレーム４０６が、リードフレーム４０１に対して、リードフレーム間接合部７０３を介して、電気的および物理的に接合している。リードフレーム間接合部７０３は、はんだ、導電性接着剤、超音波接合、かしめによる接合などにより形成することができる。
【００３４】
第２のリードフレーム４０６は、その一部分である電極部４０６ｃが、封止樹脂３０１に覆われておらず露出していて、正極側制御電極１０４および、負極側制御電極１０５を形成している。なお、正極電極、負極電極、出力電極も、正極側制御電極１０４および負極側制御電極１０５と同様の構造であるため、説明は省略している。第２のリードフレーム４０６は、接合部４０６ａと、支持部４０６ｂと、電極部４０６ｃとからなる。第２のリードフレーム４０６は、接合部４０６ａでリードフレーム電極部４０１ｂに接合される。電極部４０６ｃは、第２のリードフレーム４０６がリードフレーム電極部４０１ｂに接合され状態で、リードフレーム半導体素子搭載部４０１ａと平行に配置され、その表面が封止樹脂３０１から露出する構成である。支持部４０６ｂは、接合部４０６ａと電極部４０６ｃとの間に設けられ、電極部４０６ｃを支持する構成である。
【００３５】
図９は実施の形態２における半導体装置の製造工程を示すフロー図である。ステップ１の「ダイボンド工程」，ステップ２の「ワイヤリング工程」，ステップ４の「封止工程」，ステップ５の「カット工程」は、実施の形態１の図７と同一内容であるため、説明を省略する。ステップ３の「第２のリードフレーム実装工程」では、予め準備した第２のリードフレーム４０６を、リードフレーム間接合部７０３で、リードフレーム４０１のリードフレーム電極部４０１ｂに接合する。
【００３６】
実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置に比べ、第２のリードフレーム４０６の形状を自由に設計できるため、電極形状の自由度が高い。
なお、実施の形態１と同様に、封止樹脂の段差部３０１ｂを設け、盛り上がった封止樹脂３０１領域から第２のリードフレーム４０６の電極部４０６ｃを露出させても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、電極端子を１つの表面から露出した面実装端子にすることができ、電極端子を備える半導体装置およびその製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１０１    正極電極
１０２    負極電極
１０３    出力電極
１０４    正極側制御電極
１０５    負極側制御電極
２０１    放熱板
３０１    封止樹脂
３０１ａ    封止樹脂
３０１ｂ    段差部
４０１    リードフレーム
４０１ａ    リードフレーム半導体素子搭載部
４０１ｂ    リードフレーム電極部
４０１ｃ    面
４０２    第１のリードフレーム曲げ部
４０３    第２のリードフレーム曲げ部
４０４    リードフレーム曲げ部
４０５    保持リード
４０６    第２のリードフレーム
４０６ａ    接合部
４０６ｂ    支持部
４０６ｃ    電極部
５０１    半導体素子
６０１    絶縁樹脂
７０１    電気配線部
７０２    半導体素子接合材料
７０３    リードフレーム間接合部
８０１    封止金型
９０１    リードフレーム
９０２    制御信号入力リード
９０３    半導体素子
９０４    アルミ線
９０５    絶縁層
９０６    放熱板
９０７    パワー系入出力リード
９０８    封止樹脂
１００１    ベース部
１００２    半導体素子
１００３    金属ブロック
１００４    ソース端子
１００５    ゲート端子
【図１】
2015207674.tif 000003
【図２】
2015207674.tif 000004
【図３】
2015207674.tif 000005
【図４】
2015207674.tif 000006
【図５】
2015207674.tif 000007
【図６】
2015207674.tif 000008
【図７】
2015207674.tif 000009
【図８】
2015207674.tif 000010
【図９】
2015207674.tif 000011
【図１０】
2015207674.tif 000012
【図１１】
2015207674.tif 000013