(57)【要約】【課題】半導体素子間の熱干渉を低減し、パッケージ内の熱膨張差によるひずみの発生を抑え、変形荷重に強い構造を有する半導体装置を提供する。【解決手段】本考案の半導体装置は、半導体素子と、リードフレームと、樹脂封止体を有する半導体装置において、リードフレームは電力用リードフレームと制御用リードフレームからなり、半導体素子毎に電力用リードフレームを分離し、電力用リードフレームの一部が、制御用リードフレームとの分離境界を越えて、制御用リードフレームの左右両側まで拡大していることを特徴とする。【選択図】図1
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、リードフレームと、樹脂封止体を有する半導体装置において、前記リードフレームは電力用リードフレームと制御用リードフレームからなり、前記半導体素子毎に前記電力用リードフレームを分離し、前記電力用リードフレームの一部が、前記制御用リードフレームとの分離境界を越えて、前記制御用リードフレームの左右両側まで拡大していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体素子は、電力用半導体素子と制御用半導体素子からなり、前記電力用半導体素子が前記電力用リードフレームに搭載されている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】
前記樹脂封止体は、ビス止め用の切欠きを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電力用リードフレームは、前記電力用半導体素子が搭載される部分の厚さが前記制御用リードフレームの厚さより厚く、前記分離境界を越えて、前記制御用リードフレームの左右両側まで拡大している部分の厚さが、前記制御用リードフレームの厚さと等しいことを特徴とする請求項１から請求項３に記載の半導体装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体装置に関し、特にリードフレームを用いる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や資源枯渇などの様々な環境問題に直面し、低炭素社会や省資源化社会構築の声は益々高くなっている。電気機器においては、エアコン、冷蔵庫、洗濯機といったモータを用いる家庭用電気機器の省エネルギ―化が重要な技術であり、モータ駆動を高効率で制御できる小型で高性能なモータ駆動用半導体装置が強く求められている。
【０００３】
モータ駆動用半導体装置では、大きな電圧や電流を扱う電力用半導体素子と、その電力用半導体素子を制御するための制御用半導体素子が同一のパッケージ内に搭載されている。
【０００４】
例えば、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ  ＩｎＬｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）型の半導体装置において、電力用半導体素子はパッケージ中の片側に配置した構造であり、電力用半導体素子が搭載される電力用リードフレームと、制御用半導体素子が搭載される制御用リードフレームを完全に分離している。なお、電力用半導体素子は大電力を取り扱う半導体素子であって、それを制御する制御用半導体素子よりも電力損失が大きいために高温となる。このため、電力用リードフレームに対して、各電力用半導体素子の間に切り込みを入れることによって、各電力用半導体素子間の熱干渉を抑え、出力特性のばらつきを低減することが従来技術として知られている。（特許文献１参照、図２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７１２７８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述先行技術文献に開示された半導体装置において、複数の電力用半導体素子を３つ以上並行して配置すると、内側の電力用半導体素子は外側の電力用半導体素子よりも温度が高くなる。なぜならば、電力用リードフレームには切り込みが入っているものの、各電力用半導体素子毎には完全に分離しておらず、内側の電力用半導体素子は自己発熱の他に、繋がっている電力用リードフレームを介して、他の電力用半導体素子からの熱が熱伝導によって伝えられ、熱干渉による影響を避けることができない。特に大電力の電力用半導体素子を用いた場合に影響が大きくなるという課題がある。
【０００７】
また、上述先行技術文献に開示された半導体装置では、電力用リードフレームと制御用リードフレームが完全に分離されているために、電力用リードフレームと制御用リードフレームを分離している境界、即ち、分離境界にて温度差が大きくなり、熱膨張差によるひずみが発生するという課題がある。
【０００８】
更に、この分離境界では、パッケージの厚み方向の部材が樹脂封止体のみとなるため、例えば、放熱効果を得るために外部放熱板へビス止めを行う際の荷重により変形しやすいという課題がある。
【０００９】
従って、本考案は、上述した課題を解決するためになされたものであり、半導体素子間の熱干渉を低減し、パッケージ内の熱膨張差によるひずみの発生を抑え、変形荷重に強い構造を有する半導体装置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】
上述の課題を解決するために、本考案は、以下に掲げる構成とした。本考案の半導体装置は、半導体素子と、リードフレームと、樹脂封止体を有する半導体装置において、リードフレームは電力用リードフレームと制御用リードフレームからなり、半導体素子毎に電力用リードフレームを分離し、電力用リードフレームの一部が、制御用リードフレームとの分離境界を越えて、制御用リードフレームの左右両側まで拡大するものである。
【考案の効果】
【００１１】
本考案は、電力用リードフレームを半導体素子毎に完全に分離することによって、半導体素子間の熱干渉を低減する。また、電力用リードフレームの一部を制御用リードフレームの左右両側まで拡大することによって、パッケージ内の温度差を小さくし、熱膨張差によるひずみの発生を低減する。更に、分離境界を越えて拡大された電力用リードフレームの一部によって、変形荷重に強い構造を有する半導体装置を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本考案の実施例１に係る半導体装置１の平面図である。
【図２】従来例１となる半導体装置１１の平面図である。
【図３】従来例１となる半導体装置１１の分離境界およびビスとの位置関係を示す平面図である。
【図４】本考案の実施例１に係る半導体装置１の分離境界およびビスとの位置関係を示す平面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１３】
以下、本考案の実施の形態となる半導体装置１について説明する。なお以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【実施例１】
【００１４】
以下、図面を参照して本考案の実施例１に係る半導体装置１を説明する。図１は、本考案の実施例１係に係る半導体装置１の平面図である。
【００１５】
図1に示すように、半導体装置１は、電力用半導体素子２、制御用半導体素子３、電力用リードフレーム４、制御用リードフレーム５、樹脂封止体６から成っている。
【００１６】
電力用半導体素子２は、樹脂封止体６内において、パッケージ中の片側に配置されている。電力用半導体素子２は大電力を取り扱う半導体素子であって、それを制御する半導体素子よりも電力損失が大きいために高温となる。
【００１７】
制御用半導体素子３は、電力用半導体素子２を制御するための半導体素子であって、樹脂封止体６内において、電力用半導体素子３とは対向する側のパッケージ中の片側に配置されている。
【００１８】
電力用リードフレーム４は、電力用半導体素子２を搭載しない小型の電力用リードフレーム４ａと、電力用半導体素子２を搭載する中型の電力用リードフレーム４ｂと、電力用半導体素子２を搭載する大型の電力用リードフレーム４ｃから成る。例えば、０．５ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅または銅合金が多く使用され、表面は銀めっき等を施すことができる。なお、電力用半導体素子２を搭載しない小型の電力用リードフレーム４ａは、図示はしていないが、ワイヤボンディングの際に電力用半導体素子２からワイヤを介して電気的接続されるセカンドボンディング用端子である。
【００１９】
電力用半導体素子２を搭載する電力用リードフレーム４ｂは、半導体素子毎に分離されている。分離された各リードフレームの間隔は、例えば１．５ｍｍである。
【００２０】
電力用半導体素子２を搭載する大型の電力用リードフレーム４ｃは、その一部が分離境界７を越えて、制御用リードフレーム５ｂの左右両側まで拡大している。その際、制御用リードフレームとの間隔は、例えば１．２ｍｍである。
【００２１】
制御用リードフレーム５は、制御用半導体素子３を搭載しない小型の制御用リードフレーム５ａと、制御用半導体素子３を搭載する大型の制御用リードフレーム５ｂから成る。例えば、０．５ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅または銅合金が多く使用され、表面は銀めっき等を施すことができる。なお、制御用半導体素子３を搭載しない小型の電力用リードフレーム５ａは、図示してはいないが、ワイヤボンディングの際に制御用半導体素子３からワイヤを介して電気的接続されるセカンドボンディング用端子である。
【００２２】
樹脂封止体６は、樹脂成形金型とプレス装置を使用して、トランスファーモールドとして、樹脂成形されたものである。例えば、樹脂封止体６には熱硬化性エポキシ樹脂が使用される。なお図中では樹脂封止体６の外表面を破線にて表示している。
【００２３】
次に、図３、図４を参照して、分離境界およびビスとの位置関係を示して説明する。図３は、従来例１となる半導体装置１１の分離境界およびビスを含む平面図である。図４は、本考案の実施例１に係る半導体装置１の分離境界およびビスを含む平面図である。
【００２４】
図３に示す分離境界７は、電力用リードフレーム４と制御用リードフレーム５とを分離している境界を示す。なお、図中の分離境界７は、電力用リードフレーム４と制御用リードフレーム５が繋がっていないことを便宜的に示したものである。
【００２５】
図３に示すビス８は、半導体装置１の放熱効果を得るために、外部放熱板へ取り付ける際に用いる留め具である。なお、図３では半導体装置１とビス８の位置関係を便宜的に示した。ビス８はパッケージの長辺方向の端部にあって対向しており、分離境界７に近接している。ビス８を強く締め付け過ぎると、分離境界７でパッケージにクラックが生じる可能性がある。また、樹脂封止体６は切欠き６ａがあって、そこをビス８で留める。
【００２６】
図４に示す分離境界７は、図３に示した分離境界７と同じ位置とした。図４によれば、電力用リードフレーム４ｃの一部が分離境界７を越えて、制御用リードフレーム５ｂの左右両側まで拡大している。
【００２７】
図４に示すビス８は、図３に示したビス８と同じ位置とした。図３と同様に、ビスはパッケージの長辺方向の端部にあって対向している。
【００２８】
次に、上述の実施例１に係る半導体装置の効果を説明する。
【００２９】
本考案の実施例１に係る半導体装置は、電力用リードフレームを電力用半導体素子毎に、完全に分離した構造をしている。電力用リードフレームは、金属材料であるため熱伝導率が高く、熱を伝え易いが、完全に分離することによって熱を伝える経路が遮断される。よって、電力用半導体素子間の熱干渉を低減する効果がある。
【００３０】
また、電力用リードフレームの一部を、制御用リードフレームの左右両側まで拡大した構造をしている。これにより、温度の高い電力用リードフレーム側の熱を、温度の低い制御用リードフレーム側に拡散でき、パッケージ内の温度差が小さくなり、パッケージ内の熱膨張差によるひずみの発生を低減することが可能である。
【００３１】
更に、電力用リードフレームの一部を、制御用リードフレームの左右両側まで拡大した構造は、樹脂のみのために強度が弱い分離境界を、金属材料のリードフレームが跨ぐことにより補強材となって、ビス止めの際の荷重による変形を抑えることが可能である。
【００３２】
更に、電力用リードフレームは、電力用半導体素子が搭載される部分の厚さが制御用リードフレームの厚さより厚く、また、分離境界を越えて制御用リードフレームの左右両側まで拡大している部分の厚さは、制御用リードフレームの厚さと等しい異形条である。よって電力用半導体素子が搭載される部分では熱容量が大きくなり、放熱効果の向上が可能である。
【００３３】
上述のように、本考案の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの考案を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
【実施例２】
【００３４】
実施例１では、半導体装置１をＤＩＰ型としたが、同一のパッケージ内に電力用半導体素子、制御用半導体素子、保護素子等を納めたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）としてもよい。ＩＰＭではモータ駆動制御において大電流が流れるため、発熱対策が重要であるが、本考案によって熱干渉を低減することが可能である。また、拡大した大型フレーム４ｃには例えば配線基板を搭載することも可能である。
【実施例３】
【００３５】
また、実施例１では、電力用リードフレーム４および制御用リードフレーム５の材質は、銅または銅合金としたが、アルミまたはアルミ合金であってもよい。これにより、軽量化、低価格化が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１、半導体装置（実施例）
２、電力用半導体素子
３、制御用半導体素子
４、電力用リードフレーム
４ａ、電力用リードフレーム（小型）
４ｂ、電力用リードフレーム（中型）
４ｃ、電力用リードフレーム（大型）
５、制御用リードフレーム
５ａ、制御用リードフレーム（小型）
５ｂ、制御用リードフレーム（大型）
６、樹脂封止体
６ａ、切り欠き
７、分離境界
８、ビス
１１、半導体装置（従来例）
【図１】
0003177455.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003177455.tif 000006