(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有し、半導体パワー素子（４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａ）が形成された上アーム（４１、５１、５３、５５）を構成する第１半導体チップ（１１ａ）および下アーム（４２、５２、５４、５６）を構成する第２半導体チップ（１１ｂ）と、
前記第１半導体チップ（１１ａ）の裏面側に備えられるパッドに接続される第１ヒートシンク（１６ａ）と、
前記第１ヒートシンク（１６ａ）に接続される正極リード（１２）と、
前記上アーム（４１、５１、５３、５５）と前記下アーム（４２、５２、５４、５６）とを接続する接続部（１３ａ、１８ａ）が接続され、前記第１半導体チップ（１１ａ）の表面側に備えられるパッドに接続される第１ターミナル（１３ｃ、１８）と、
前記上アーム（４１、５１、５３、５５）と前記下アーム（４２、５２、５４、５６）との間に接続される中間端子を構成する中間リード（１３）と、
前記第１ターミナル（１３ｃ、１８）を挟んで前記第１半導体チップ（１１ａ）の反対側に配置され、前記第１ターミナル（１３ｃ、１８）に接続された第２ヒートシンク（１７ａ）と、
前記第２半導体チップ（１１ｂ）の裏面側に備えられるパッドに接続される第３ヒートシンク（１６ｂ）と、
前記第２半導体チップ（１１ｂ）の表面側に備えられるパッドに接続される第２ターミナル（１４ａ、１９）と、
前記第２ターミナル（１４ａ、１９）を挟んで前記第２半導体チップ（１１ｂ）の反対側に配置され、前記第２ターミナル（１４ａ、１９）に接続された第４ヒートシンク（１７ｂ）と、
前記第２半導体チップ（１１ｂ）の表面側に備えられるパッドに接続される負極リード（１４）とを備え、
前記接続部（１３ａ、１８ａ）は、前記第１ターミナル（１３ｃ、１８）と一体構造とされ、前記第１ターミナル（１３ｃ、１８）に対して斜めに折り曲げられることで前記第３ヒートシンク（１６ｂ）に接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記接続部（１３ａ、１８ａ）は、前記第１、第２半導体チップ（１１ａ、１１ｂ）を通る直線よりも前記出力リード（１３）側に配置されており、前記第３ヒートシンク（１６ｂ）のうちの前記直線よりも前記出力リード（１３）側において、前記接続部（１３ａ、１８ａ）が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記中間リード（１３）は、前記第１ターミナル（１３ｃ）および前記接続部（１３ａ）を一体化しており、前記第１ターミナル（１３ｃ）および前記接続部（１３ａ）と、前記第１ターミナル（１３ｃ）より延設されると共に前記樹脂モールド部（２０）から露出させられる出力端子（１３ｂ）とを有した構成とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記第１ターミナル（１３ｃ）は、前記中間リード（１３）のうちの残りの部分となる前記接続部（１３ａ）および前記出力端子（１３ｂ）よりも厚くされた厚板部とされ、
前記第２ターミナル（１４ｂ）は、前記負極リード（１４）のうちの残りの部分よりも厚くされた厚板部とされていることを特徴とする請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記正極リード（１２）と前記中間リード（１３）および前記負極リード（１４）は一方向から引き出されており、前記中間リード（１３）は、該中間リード（１３）と前記正極リード（１２）および前記負極リード（１４）が並べられたときに、その配列方向のいずれか一方の端に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記正極リード（１２）と前記中間リード（１３）および前記負極リード（１４）は一方向から引き出されており、前記中間リード（１３）を挟んでその両側に前記正極リード（１２）と前記負極リード（１４）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記正極リード（１２）が引き出された方向と、前記中間リード（１３）および前記負極リード（１４）が引き出された方向とが異なっており、前記正極リード（１２）が前記第１半導体チップ（１１ａ）を挟んで前記中間リード（１３）とは反対側から引き出されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記第１半導体チップ（１１ａ）および前記第２半導体チップ（１１ｂ）は、前記半導体パワー素子（４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａ）が形成されたチップ（１１ａａ、１１ｂａ）とフリーホイールダイオード（４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂ）が形成されたチップ（１１ａｂ、１１ｂｂ）に２チップ化されており
前記第１ターミナル（１３ｃ）は、前記第１半導体チップ（１１ａ）における前記半導体パワー素子（４１ａ、５１ａ、５３ａ、５５ａ）が形成されたチップ（１１ａａ）に接続されるターミナル（１３ｃａ）と前記フリーホイールダイオード（４１ｂ、５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ）が形成されたチップ（１１ａｂ）に接続されるターミナル（１３ｃｂ）を有し、
前記第２ターミナル（１４ａ）は、前記第２半導体チップ（１１ｂ）における前記半導体パワー素子（４２ａ、５２ａ、５４ａ、５６ａ）が形成されたチップ（１１ｂａ）に接続されるターミナル（１４ａａ）と前記フリーホイールダイオード（４２ｂ、５２ｂ、５４ｂ、５６ｂ）が形成されたチップ（１１ｂｂ）に接続されるターミナル（１３ｃｂ）を有していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記第１、第２半導体チップ（１１ａ、１１ｂ）、前記第１〜第４ヒートシンク（１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ）、前記正極リード（１２）と前記中間リード（１３）および前記負極リード（１４）を一相分として、複数相分が前記樹脂モールド部（２０）内に樹脂モールドされており、
複数相分の前記正極リード（１２）同士が第１連結部（１２ａ）にて接続されていると共に、複数分の前記負極リード（１４）同士が第２連結部（１４ｂ）にて接続されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の半導体モジュールの製造方法であって、
金属板をプレス加工することにより、前記正極リード（１２）と前記中間リード（１３）および前記負極リード（１４）をフレーム（３１）にて保持したリードフレーム（３０）を形成する工程と、
前記リードフレーム（３０）の状態で前記中間リード（１３）における第１ターミナル（１３ｃ）と前記第１半導体チップ（１１ａ）との接続および前記第１ターミナル（１３ｃ）と前記第２ヒートシンク（１７ａ）との接続を行うと共に、前記負極リード（１４）における第２ターミナル（１４ａ）と前記第２半導体チップ（１１ｂ）との接続および前記第２ターミナル（１４ａ）と前記第４ヒートシンク（１７ｂ）との接続を行い、前記樹脂モールド部（２０）による樹脂モールドを行う工程と、を含み、
前記リードフレーム（３０）を形成する工程では、一方向を長手方向とし、前記第１、第２ターミナル（１３ｃ、１４ａ）と対応する位置を通り、かつ、前記長手方向と同方向に伸びるラインにおいて、前記金属板の他の部分よりも厚くされたものを前記金属板として用いることを特徴とする半導体モジュールの製造方法。
【請求項１１】
表面および裏面を有し、半導体パワー素子（４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａ）が形成された上アーム（４１、５１、５３、５５）を構成する第１半導体チップ（１１ａ）および下アーム（４２、５２、５４、５６）を構成する第２半導体チップ（１１ｂ）と、
前記第１半導体チップ（１１ａ）の裏面側に備えられるパッドに接続される第１ヒートシンク（１６ａ）と、
前記第１ヒートシンク（１６ａ）に接続される正極リード（１２）と、
前記第１半導体チップ（１１ａ）の表面側に備えられるパッドに接続される第１ターミナル（１７ａａ）を構成すると共に、前記第１ターミナル（１７ａａ）を介して前記第１半導体チップ（１１ａ）の表面側に備えられるパッドに接続される第２ヒートシンク（１７ａ）と、
前記第２半導体チップ（１１ｂ）の裏面側に備えられるパッドに接続される第３ヒートシンク（１６ｂ）と、
前記第２半導体チップ（１１ｂ）の表面側に備えられるパッドに接続される第２ターミナル（１７ｂａ）を構成すると共に、該第２ターミナル（１７ｂａ）を介して前記第２半導体チップ（１１ｂ）の表面側に備えられるパッドに接続される第４ヒートシンク（１７ｂ）と、
前記第４ヒートシンク（１７ｂ）に接続される負極リード（１４）と、
前記上アーム（４１、５１、５３、５５）と前記下アーム（４２、５２、５４、５６）との間に接続される中間端子を構成する中間リード（１３）と、
前記第１、第２半導体チップ（１１ａ、１１ｂ）、前記第１〜第４ヒートシンク（１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ）、前記正極リード（１２）と前記中間リード（１３）および前記負極リード（１４）を樹脂モールドする樹脂モールド部（２０）とを備え、
前記第２ヒートシンク（１７ａ）と前記第３ヒートシンク（１６ｂ）の一方には、前記第２ヒートシンク（１７ａ）もしくは前記第３ヒートシンク（１６ｂ）に対して斜めに延設された接続部（１７ａｂ、１６ｂａ）が当該一方のヒートシンクと一体構造とされて備えられ、該接続部（１７ａｂ、１６ｂａ）が前記第２ヒートシンク（１７ａ）と前記第３ヒートシンク（１６ｂ）の他方と接続されていることを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクによる放熱が行われる半導体パワー素子が形成された半導体チップとヒートシンクとを樹脂封止して一体構造とした半導体モジュールおよびその製造方法に関するもので、上アーム（ハイサイド側素子）と下アーム（ローサイド側素子）の二つの半導体パワー素子を樹脂モールドした２ｉｎ１構造の半導体モジュールなどに適用すると好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、半導体パワー素子がそれぞれ備えられた上アームと下アームとを直列に接続した２ｉｎ１構造の半導体モジュールが開示されている。この半導体モジュールは、半導体パワー素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）を備えたもので、上アームおよび下アームそれぞれについて、ＩＧＢＴが形成された半導体チップのエミッタ側に金属ブロックを介してヒートシンクを配置すると共にコレクタ側にヒートシンクを配置し、各ヒートシンクを封止樹脂部から露出させた状態で樹脂封止した構造とされている。上アームと下アームとを接続する中間電位となるヒートシンクは他のヒートシンクよりも大きくされ、その上に、上アーム側の半導体チップについては表面側が上を向けられ、下アーム側の半導体チップについては裏面側が上を向けられて搭載されている。
【０００３】
しかながら、このような構造の半導体モジュールの場合、半導体チップの搭載方向が統一されていないため、組付け工程が煩雑になるという問題がある。
【０００４】
そこで、例えば特許文献２において、半導体チップの搭載方向を統一しつつ、一方の半導体チップの表面に接続されたヒートシンク（電極板）と他方の半導体チップの裏面側に接続されたヒートシンク（電極板）とを別部品として設けられた導体部品を用いて接続する構造が提案されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献２に示すような構造の場合、上下アームの接続のために素子表面に実装されるヒートシンクとは別部品が必要になるため、部品点数が多くなるという問題がある。また、部品点数が多いために、接続点数が多くなり、半導体モジュールの製造も複雑になるという問題がある。さらに、一方の半導体チップの表面に接続されたヒートシンクと他方の半導体チップの裏面側に接続されたヒートシンクとを互いに近づくよう引き出し、その引き出された箇所において導体部品による電気的接続を行っている。このため、ヒートシンクの面積が大きくなり、引いては半導体モジュールの面積が拡大してしまうという問題も発生する。
【０００６】
このため、例えば特許文献３において、上下アームの間を接続する接続部とヒートシンクとを一体にし、かつ、ヒートシンク内にターミナル（金属ブロック）となる突起を備える構造が提案されている。
【０００７】
しかし、このように上下アームの間を接続する接続部と上下アームそれぞれのヒートシンクとを一体化すると、半導体素子が形成された半導体チップとヒートシンクとをそれぞれ組付けたのち、さらにその後で半導体チップを接合したヒートシンクを一体化構造のヒートシンクに対して組付けなければならないため、半導体モジュールの製造工程が複雑になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４１９２３９６号公報
【特許文献２】特開２００６−１４０２１７号公報
【特許文献３】特開２００６−２２２１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記点に鑑みて、部品点数削減を図りつつ、ヒートシンクの面積の拡大を抑制し、かつ、製造工程が複雑になることを防止できる構造の半導体モジュール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、請求項１に記載の発明では、表面および裏面を有し、上アーム（４１、５１、５３、５５）を構成する第１半導体チップ（１１ａ）の裏面側に第１ヒートシンク（１６ａ）を備えると共に、表面側に第１ターミナル（１３ｃ、１８）を介して第２ヒートシンク（１７ａ）を備え、かつ、下アーム（４２、５２、５４、５６）を構成する第２半導体チップ（１１ｂ）の裏面側に第３ヒートシンク（１６ｂ）を備えると共に、表面側に第２ターミナル（１４ａ、１９）を介して第４ヒートシンク（１７ｂ）を備えてなる半導体モジュールにおいて、接続部（１３ａ、１８ａ）を第１ターミナル（１３ｃ、１８）と一体構造とし、第１ターミナル（１３ｃ、１８）に対して斜めに折り曲げた構造として第３ヒートシンク（１６ｂ）に接続することを特徴としている。
【００１１】
このように、第１半導体チップ（１１ａ）と第２ヒートシンク（１７ａ）との間を所定距離空けるための第１ターミナル（１３ｃ、１８）と接続部（１３ａ、１８ａ）とが一体構造となるようにしている。このため、第１ターミナル（１３ｃ、１８）の厚板部にて厚みを確保しつつ、接続部（１８ａ）にて上アーム（４１、５１、５３、５５）と下アーム（４２、５２、５４、５６）との間を接続することができる。これにより、接続部（１８ａ）を別部品とする場合と比較して、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００１２】
また、このような構成とすることで、上下アーム（４１、４２、５１〜５６）の接続箇所を１箇所、つまり接続部（１８ａ）の先端部分のみとすることが可能となる。このため、接続点数を低下させることが可能となり、半導体モジュールの製造も簡素化することができる。そして、このような構造であれば、特許文献３に示したような上下アームの間を接続する接続部と上下アームそれぞれのヒートシンクとを一体化した構造ではないため、各構成部品を積み重ねていくだけで半導体モジュールを製造することができ、より製造工程の簡略化を図ることができる。
【００１３】
さらに、接続部（１３ａ、１８ａ）を第１ターミナル（１３ｃ、１８）の他の部分に対して斜めに折り曲げることで第３ヒートシンク（１６ｂ）に接続している。このため、第２ヒートシンク（１７ａ）や第３ヒートシンク（１６ｂ）の面積を拡大しなくても、上下アーム（４１、４２、５１〜５６）の接続を行うことが可能となる。したがって、第２ヒートシンク（１７ａ）や第３ヒートシンク（１６ｂ）の面積の拡大を抑制できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、接続部（１３ａ、１８ａ）は、第１、第２半導体チップ（１１ａ、１１ｂ）を通る直線よりも出力リード（１３）側に配置されており、第３ヒートシンク（１６ｂ）のうちの直線よりも出力リード（１３）側において、接続部（１３ａ、１８ａ）が接続されていることを特徴としている。
【００１５】
このようにすれば、第３ヒートシンク（１６ｂ）のうち接続部（１８ａ）の接続用のスペースを第１半導体チップ（１１ａ）と第２半導体チップ（１１ｂ）とを通る線上に設ける必要がなくなる。このため、第３ヒートシンク（１６ｂ）の横幅、つまり半導体チップ（１１ａ、１１ｂ）が並べられる方向と同方向の寸法を縮小することができ、引いては半導体モジュールの小型化を図ることが可能となる。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明では、中間リード（１３）は、第１ターミナル（１３ｃ）および接続部（１３ａ）を一体化しており、第１ターミナル（１３ｃ）および接続部（１３ａ）と、第１ターミナル（１３ｃ）より延設されると共に樹脂モールド部（２０）から露出させられる出力端子（１３ｂ）とを有した構成とされていることを特徴としている。
【００１７】
このように、中間リード（１３）に対して第１ターミナル（１３ｃ）および接続部（１３ａ）を一体化し、中間リード（１３）が第１ターミナル（１３ｃ）や接続部（１３ａ）および出力端子（１３ｂ）を有した構成とされるようにしている。これにより、中間リード（１３）に設けた第１ターミナル（１３ｃ）にて厚みを確保しつつ、上アーム（４１、５１、５３、５５）と下アーム（４２、５２、５４、５６）との間を接続する接続部（１３ａ）や出力端子（１３ｂ）も構成されるようにできる。このため、接続部（１３ａ）を別部品とする場合と比較して、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００１８】
例えば、請求項４に記載したように、第１ターミナル（１３ｃ）は、中間リード（１３）のうちの残りの部分となる接続部（１３ａ）および出力端子（１３ｂ）よりも厚くされた厚板部とされる。このような第１ターミナル（１３ｃ）は、中間リード（１３）を構成するための金属板の一部を予め厚く形成しておくことによって形成されるようにしても良いし、同じ厚みの金属板にて中間リード（１３）を形成したのち、後で第１ターミナル（１３ｃ）と同寸法の金属板をはんだもしくは溶接等によって接合して形成されるようにしても良い。
【００１９】
このような構成の半導体モジュールでは、例えば、請求項５に記載したように、正極リード（１２）と中間リード（１３）および負極リード（１４）を一方向から引き出し、中間リード（１３）は、該中間リード（１３）と正極リード（１２）および負極リード（１４）が並べられたときに、その配列方向のいずれか一方の端に配置されるようにすることができる。
【００２０】
また、請求項６に記載したように、正極リード（１２）と中間リード（１３）および負極リード（１４）を一方向から引き出し、中間リード（１３）を挟んでその両側に正極リード（１２）と負極リード（１４）が配置されるようにしても良い。
【００２１】
さらに、請求項７に記載したように、正極リード（１２）が引き出された方向と、中間リード（１３）および負極リード（１４）が引き出された方向とを異ならせ、正極リード（１２）が第１半導体チップ（１１ａ）を挟んで中間リード（１３）とは反対側から引き出されるようにしても良い。
【００２２】
また、第１半導体チップ（１１ａ）や第２半導体チップ（１１ｂ）にて上下アーム（４１、４２、５１〜５６）を構成する各素子を１チップ化したものであっても構わないが、請求項８に記載したように、第１半導体チップ（１１ａ）および第２半導体チップ（１１ｂ）を、半導体パワー素子（４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａ）が形成されたチップ（１１ａａ、１１ｂａ）とフリーホイールダイオード（４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂ）が形成されたチップ（１１ａｂ、１１ｂｂ）に２チップ化したものとしても良い。この場合、第１ターミナル（１３ｃ）は、第１半導体チップ（１１ａ）における半導体パワー素子（４１ａ、５１ａ、５３ａ、５５ａ）が形成されたチップ（１１ａａ）に接続されるターミナル（１３ｃａ）とフリーホイールダイオード（４１ｂ、５１ｂ、５３ｂ、５５ｂ）が形成されたチップ（１１ａｂ）に接続されるターミナル（１３ｃｂ）を有した構造とされる。また、第２ターミナル（１４ａ）は、第２半導体チップ（１１ｂ）における半導体パワー素子（４２ａ、５２ａ、５４ａ、５６ａ）が形成されたチップ（１１ｂａ）に接続されるターミナル（１４ａａ）とフリーホイールダイオード（４２ｂ、５２ｂ、５４ｂ、５６ｂ）が形成されたチップ（１１ｂｂ）に接続されるターミナル（１３ｃｂ）を有した構造とされる。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、第１、第２半導体チップ（１１ａ、１１ｂ）、第１〜第４ヒートシンク（１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ）、正極リード（１２）と中間リード（１３）および負極リード（１４）を一相分として、複数相分が樹脂モールド部（２０）内に樹脂モールドされており、複数相分の正極リード（１２）同士が第１連結部（１２ａ）にて接続されていると共に、複数分の負極リード（１４）同士が第２連結部（１４ｂ）にて接続されていることを特徴としている。
【００２４】
このように、複数相分を樹脂モールド部（２０）内に樹脂モールドした構成、例えば４つのアームを有する４ｉｎ１構造や６つのアームを有する６ｉｎ１構造の半導体モジュールとすることができる。この場合、複数相分の正極リード（１２）同士が第１連結部（１２ａ）にて接続されるようにし、複数分の負極リード（１４）同士が第２連結部（１４ｂ）にて接続されるようにすれば良い。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９に記載の半導体モジュールの製造方法であって、金属板をプレス加工することにより、正極リード（１２）と中間リード（１３）および負極リード（１４）をフレーム（３１）にて保持したリードフレーム（３０）を形成する工程と、リードフレーム（３０）の状態で中間リード（１３）における第１ターミナル（１３ｃ）と第１半導体チップ（１１ａ）との接続および第１ターミナル（１３ｃ）と第２ヒートシンク（１７ａ）との接続を行うと共に、負極リード（１４）における第２ターミナル（１４ａ）と第２半導体チップ（１１ｂ）との接続および第２ターミナル（１４ａ）と第４ヒートシンク（１７ｂ）との接続を行い、樹脂モールド部（２０）による樹脂モールドを行う工程と、を含み、リードフレーム（３０）を形成する工程では、一方向を長手方向とし、第１、第２ターミナル（１３ｃ、１４ａ）と対応する位置を通り、かつ、長手方向と同方向に伸びるラインにおいて、金属板の他の部分よりも厚くされたものを金属板として用いることを特徴としている。
【００２６】
このように、リードフレーム（３０）を形成する際に、一方向を長手方向とする長い金属板であって、金属板のうち第１、第２ターミナル（１３ｃ、１４ａ）と対応する箇所を通過するラインを他の部分よりも厚く構成してあるものを用いている。このため、例えば必要な相数分のリードフレーム（３０）を形成したあと、引き続きリードフレーム（３０）を形成するときに、長い金属板の残りの部分を使用してリードフレーム（３０）を連続的に形成することができる。また、このとき、金属板のうち厚板部とされる第１、第２ターミナル（１３ｃ、１４ａ）と対応する箇所を通過するラインを他の部分より厚くしていることから、連続的に複数のリードフレーム（３０）を形成したとしても、位置ズレの影響を受けずに、確実に第１、第２ターミナル（１３ｃ、１４ａ）を厚板部とすることができる。また、リードフレーム（３０）を形成した後に第１、第２ターミナル（１３ｃ、１４ａ）と同寸法の金属板をはんだもしくは溶接等によって接合することなどが必要なくなる。このため、リードフレーム（３０）の形成工程を簡略化でき、引いては半導体モジュールの製造の容易化を図ることができる。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる半導体モジュール１０が適用されるインバータ１の回路図である。
【図２】半導体モジュール１０の断面図である。
【図３】半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図７】本発明の第５実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。
【図８】半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図９】本発明の第６実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図１０】本発明の第７実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図１１】本発明の第８実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図１２】本発明の第９実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。
【図１３】本発明の第１０実施形態で説明する半導体モジュール１０の製造に用いる各リード１２〜１４がフレーム３１に接合されている状態のリードフレーム３０の上面図である。
【図１４】複数相のリードフレームを形成した様子を示した図である。
【図１５】本発明の第１１実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。
【図１６】本発明の第１２実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の一実施形態にかかる半導体モジュールの適用例として、三相モータ駆動用のインバータを例に挙げて説明する。
【００３１】
図１は、インバータ１の回路図である。図１に示すように、インバータ１は、直流電源２に基づいて負荷である三相モータ３を交流駆動するためのもので、昇圧回路４とインバータ出力回路５とを備えた構成とされている。
【００３２】
昇圧回路４は、直列接続した上下アーム４１、４２と、リアクトル４３およびコンデンサ４４にて構成されている。上下アーム４１、４２は、それぞれ、ＩＧＢＴ４１ａ、４２ａとフリーホイールダイオード（以下、ＦＷＤという）４１ｂ、４２ｂが並列接続された構成とされ、上下アーム４１、４２の間にリアクトル４３を介して直流電源２の正極側が接続されている。また、リアクトル４３よりも直流電源２側において、直流電源２と並列的にコンデンサ４４が接続されている。このようにして昇圧回路４が構成されている。
【００３３】
このように構成される昇圧回路４では、上アーム４１のＩＧＢＴ４１ａをオフ、下アーム４２のＩＧＢＴ４２ａをオンしているときに直流電源２からの電力供給に基づいてリアクトル４３がエネルギーを蓄積する。例えば直流電源２は２８８Ｖの電圧を発生させる２００Ｖ系のバッテリであり、この高電圧に基づいてリアクトル４３にエネルギーが蓄えられる。そして、上アーム４１のＩＧＢＴ４１ａをオン、下アーム４２のＩＧＢＴ４２ａをオフすると、リアクトル４３に蓄積されているエネルギーがインバータ出力回路５への電源供給ライン６に直流電源２よりも大きな電源電圧を印加する。このような上下アーム４１、４２のＩＧＢＴ４１ａ、４２ａのオンオフ動作を交互に繰り返し行うことで、一定の電源電圧をインバータ出力回路５側に供給することができる。
【００３４】
なお、昇圧回路４とインバータ出力回路５との間において、電源供給ライン６とＧＮＤライン７との間にコンデンサ８および抵抗９が並列的に接続されている。コンデンサ８は、平滑用コンデンサであり、昇圧回路４における上下アーム４１、４２のＩＧＢＴ４１ａ、４２ａのスイッチング時のリプルの低減やノイズの影響を抑制して一定な電源電圧を形成するために用いられる。抵抗９は、放電抵抗であり、昇圧回路４における上アーム４１のＩＧＢＴ４１ａのオフ時に、コンデンサ８に蓄えられているエネルギーを消費するために備えられている。
【００３５】
インバータ出力回路５は、直列接続した上下アーム５１〜５６が三相分並列接続された構成とされ、上アーム５１、５３、５５と下アーム５２、５４、５６との中間電位を三相モータ３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に順番に入れ替えながら印加する。すなわち、上下アーム５１〜５６は、それぞれ、ＩＧＢＴ５１ａ〜５６ａおよびＦＷＤ５１ｂ〜５６ｂを備えた構成とされ、各相の上下アーム５１〜５６のＩＧＢＴ５１ａ〜５６ａがオンオフ制御されることで、三相モータ３に対して周期の異なる三相の交流電流を供給する。これにより、三相モータ３の駆動を可能としている。
【００３６】
本実施形態では、昇圧回路４における上下アーム４１、４２もしくはインバータ出力回路５における上下アーム５１〜５６の１相分に対して本発明の一実施形態を適用することで、２つのアームを構成する半導体チップを１つにパッケージ化した２ｉｎ１構造の半導体モジュールとしている。
【００３７】
図２に、半導体モジュール１０の断面図を示す。また、図３に半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図を示す。なお、図２は、樹脂モールドを行った後における図３のＡ−Ａ’断面に相当する断面図である。この図は断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してある。以下、これらの図を参照して本実施形態に係る半導体モジュール１０の構成およびその製造方法について説明する。
【００３８】
図２および図３に示すように、半導体モジュール１０は、半導体チップ１１、リード１２、１３、１４、制御端子１５、上下のヒートシンク１６、１７およびターミナル１８、１９を樹脂モールド部２０にて樹脂モールドして一体化した構造とされている。具体的には、下側のヒートシンク１６の上にはんだ等を介して半導体チップ１１を接続すると共にヒートシンク１６、１７に対してリード１２〜１４を接続した後、半導体チップ１１の上にはんだ等を介してターミナル１８、１９を接続し、さらにターミナル１８、１９の上にはんだ等を介して上側のヒートシンク１７を接続し、これらを樹脂モールド部２０にて樹脂モールドすることで一体化している。
【００３９】
半導体チップ１１は、上下アーム４１、４２、５１〜５６を構成する素子が形成されたもので、２つの半導体チップ１１ａ、１１ｂが備えられている。各半導体チップ１１ａ、１１ｂの基本構造は同じ構造とされているが、一方に上アーム４１、５１、５３、５５が形成され、他方に下アーム４２、５２、５４、５６が形成されている。例えば図２の紙面左側の半導体チップ１１ａに上アーム４１、５１、５３、５５、紙面右側の半導体チップ１１ｂに下アーム４２、５２、５４、５６が形成されている。本実施形態では、半導体チップ１１ａ、１１ｂに形成されるＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａおよびＦＷＤ４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂを基板垂直方向に電流を流す縦型素子として形成しており、半導体チップ１１ａ、１１ｂの表面側と裏面側に各種パッドが形成されている。具体的には、図３に示すように、半導体チップ１１ａ、１１ｂの表面側には、ＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａのゲートに接続されるパッドが形成されていると共に、ＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａのエミッタおよびＦＷＤ４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂのアノードに接続されるパッドが形成されている。また、裏面側は、裏面全面がＩＧＢＴ５１ａ〜５６ａのコレクタおよびＦＷＤ４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂのカソードに繋がるパッド（図示せず）とされている。
【００４０】
リード１２〜１４は、図３に示すように正極リード１２と中間リード１３および負極リード１４を備えた構成とされ、例えば一枚の金属板をプレス加工することで形成されている。正極リード１２は、電源供給ライン６などに接続される端子を構成するもので、負極リード１４は、ＧＮＤラインに接続される端子を構成するものである。中間リード１３は、上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６との間を接続する中間電位ラインの任意の場所に接続されるものであり、三相モータ３に接続されるものである。
【００４１】
具体的には、図３に示すように、正極リード１２は、後述するヒートシンク１６ａを介して、半導体チップ１１ａにおける裏面側、つまり上アーム４１、５１、５３、５５のＩＧＢＴ４１ａ、５１ａ、５３ａ、５５ａのコレクタおよびＦＷＤ４１ｂ、５１ｂ、５３ｂ、５５ｂのカソードに接続されている。正極リード１２は、一端がヒートシンク１６ａの表面にはんだもしくは溶接等によって接合されており、他端が樹脂モールド部２０から露出させられた構造とされる。そして、正極リード１２のうち樹脂モールド部２０から露出させられた部分が電源供給ライン６などに接続される。
【００４２】
中間リード１３は、後述するヒートシンク１７ａおよびターミナル１８を介して半導体チップ１１ａの表面側、つまり上アーム４１、５１、５３、５５のＩＧＢＴ４１ａ、５１ａ、５３ａ、５５ａのエミッタおよびＦＷＤ４１ｂ、５１ｂ、５３ｂ、５５ｂのアノードに接続されている。この中間リード１３は、一端がヒートシンク１７ａの裏面にはんだもしくは溶接等によって接合されており、他端が樹脂モールド部２０から露出させられいる。そして、中間リード１３のうち樹脂モールド部２０から露出させられた部分が三相モータ３に接続される。
【００４３】
負極リード１４は、後述するヒートシンク１７ｂを介して半導体チップ１１ｂの表面側、つまり下アーム４２、５２、５４、５６のＩＧＢＴ４２ａ、５２ａ、５４ａ、５６ａのエミッタおよびＦＷＤ４２ｂ、５２ｂ、５４ｂ、５６ｂのアノードに接続されている。負極リード１４は、一端がヒートシンク１７ｂの裏面に接続されており、他端が樹脂モールド部２０から露出させられた構造とされる。そして、負極リード１４のうち樹脂モールド部２０から露出させられた部分がＧＮＤラインなどに接続される。
【００４４】
制御端子１５は、ＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａのゲート配線となるもので、半導体チップ１１ａ、１１ｂの表面側に形成されたＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａのゲートに接続されるパッドにボンディングワイヤ２２を介して電気的に接続されている。また、制御端子１５における半導体チップ１１ａ、１１ｂとは反対側の端部は、樹脂モールド部２０から露出させられており、この露出部分を通じて外部との接続が行えるように構成されている。
【００４５】
下側のヒートシンク１６は、半導体チップ１１ａに接続されるヒートシンク１６ａと半導体チップ１１ｂに接続されるヒートシンク１６ｂによって構成されている。各ヒートシンク１６ａ、１６ｂにおける半導体チップ１１ａ、１１ｂとは反対側の面は、樹脂モールド部２０から露出させられており、放熱が行えるようになっている。また、上側のヒートシンク１７は、上アーム側のヒートシンク１７ａと下アーム側のヒートシンク１７ｂによって構成されている。ヒートシンク１７ａは、ターミナル１８を挟んで半導体チップ１１ａと反対側に配置され、ターミナル１８を介して半導体チップ１１ａに接続されている。ヒートシンク１７ｂは、ターミナル１９を挟んで半導体チップ１１ｂと反対側に配置され、ターミナル１９を介して半導体チップ１１ｂに接続されている。各ヒートシンク１７ａ、１７ｂにおける半導体チップ１１ａ、１１ｂとは反対側の面は、樹脂モールド部２０から露出させられており、放熱が行えるようになっている。これら上下のヒートシンク１６、１７は、半導体チップ１１ａ、１１ｂよりも大寸法とされることで、半導体チップ１１ａ、１１ｂの熱を広範囲に拡散させ、広い範囲での放熱が行える構成とされている。
【００４６】
ターミナル１８、１９は、半導体チップ１１ａ、１１ｂと上側のヒートシンク１７との間が所定距離確保できるようにするための部品として、各半導体チップ１１ａ、１１ｂと上側のヒートシンク１７ａ、１７ｂとの間に備えられる。これにより、ボンディングワイヤ２２がヒートシンク１７と接触しないようにしつつ、ボンディングワイヤ２２による制御端子１５とゲートに接続されるパッドとの接続が行えるようにしている。ターミナル１８、１９は、基本的には各半導体チップ１１ａ、１１ｂに備えられるＩＧＢＴ４１ａ、４１ｂ、５１ａ〜５６ａのエミッタおよびＦＷＤ４１ｂ、４１ｂ、５１ｂ〜５６ｂのカソードに接続されるパッドと対応する寸法とされ、その部分を厚板部とした構造とされるが、本実施形態では、ターミナル１８を接続部１８ａが備えられた異形材で構成している。
【００４７】
つまり、従来のように、上アーム側の上側のヒートシンクと下アーム側の下側のヒートシンクとが接続部を介して接続された構造に対し、本実施形態では、半導体チップ１１ａに接続されるターミナル１８にて接続部１８ａも構成し、上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６の間を接続する役割も果たさせるようにしている。具体的には、接続部１８ａは、ターミナル１８の厚板部から下アーム側の半導体チップ１１ｂ側に向けて延ばされ、厚板部に対して斜め方向に折り曲げられたのちヒートシンク１６ｂの表面に接続されている。このように、ターミナル１８に接続部１８ａを備えるようにしているため、接続部１８ａを別部品で構成する必要がなくなる。
【００４８】
樹脂モールド部２０は、上記各構成部品を成形型に設置し、その成形型内に樹脂を注入してモールド化することで構成される。この樹脂モールド部２０により、各リード１２〜１４および制御端子１５の露出箇所以外が覆われることで、半導体チップ１１などが保護されている。
【００４９】
以上のようにして本実施形態の半導体モジュール１０が構成されている。このように構成される半導体モジュール１０は、以下のように製造される。
【００５０】
まず、金属板のプレス加工などによって形成した各リード１２〜１４を用意する。次に、ヒートシンク１６ａに対して正極リード１２をはんだもしくは溶接等によって接続すると共に、ヒートシンク１６ｂに対してターミナル１８の接続部１８ａをはんだもしくは溶接等によって接続する。続いて、ヒートシンク１６ａ、１６ｂの上にはんだ等を介して半導体チップ１１ａ、１１ｂを接合したのち、半導体チップ１１ａの上にはんだ等を介してターミナル１８を接合すると共に半導体チップ１１ｂの上にはんだ等を介してターミナル１９を接合する。この時、１８ａと１６ｂも同時にはんだ等を介して接合する。そして、各半導体チップ１１ａ、１１ｂのＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａのゲートに接続されるパッドと制御端子１５とをボンディングワイヤ２２にて接続したのち、はんだ等を介してターミナル１８、１９の上にヒートシンク１７ａ、１７ｂを接合すると共に中間リード１３とヒートシンク１７ａとの接合および負極リード１４とヒートシンク１７ｂとの接合を行う。なお、図３中において、ターミナル１８、１９については細線ハッチングで示してあり、各リード１２〜１４やターミナル１８の接続部１８ａと各ヒートシンク１６、１７との接合箇所を太線ハッチングで示してある。
【００５１】
そして、この状態で成形型（図示せず）内に配置した後、成形型内に樹脂を注入して樹脂モールドすることで、樹脂モールド部２０にて各構成部品を覆う。これにより、本実施形態にかかる半導体モジュール１０が完成する。
【００５２】
以上説明した本実施形態にかかる半導体モジュール１０では、半導体チップ１１ａとヒートシンク１７ａとの間において、半導体チップ１１ａとヒートシンク１７ａとの間を所定距離空けるためのターミナル１８を接続部１８ａが備えられた異形材で構成している。つまり、ターミナル１８の厚板部にて厚みを確保しつつ、接続部１８ａにて上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６との間を接続するようにしている。このため、接続部１８ａを別部品とする場合と比較して、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００５３】
また、このような構成とすることで、上下アーム４１、４２、５１〜５６の接続箇所を１箇所、つまり接続部１８ａの先端部分のみとすることが可能となる。このため、接続点数を低下させることが可能となり、半導体モジュール１０の製造も簡素化することができる。そして、このような構造であれば、特許文献３に示したような上下アームの間を接続する接続部と上下アームそれぞれのヒートシンクとを一体化した構造ではないため、各構成部品を積み重ねていくだけで半導体モジュール１０を製造することができ、より製造工程の簡略化を図ることができる。また、ターミナル１８、１９とヒートシンク１７ａ、１７ｂとが別部材とされているため、これらの間を接続する部分によってヒートシンク１６、１７の厚みの寸法公差などを吸収することができる。
【００５４】
さらに、接続部１８ａをターミナル１８の他の部分（厚板部）に対して斜めに折り曲げることでヒートシンク１６ｂに接続している。このため、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積を拡大、つまり上側のヒートシンク１７ａを下側のヒートシンク１６ａの端部から突き出させると共に下側のヒートシンク１６ｂを上側のヒートシンク１７ｂの端部から突き出すような形態としなくても、上下アーム４１、４２、５１〜５６の接続を行うことが可能となる。したがって、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積の拡大を抑制でき、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積拡大に伴う半導体モジュール１０の大型化を抑制することが可能となる。
【００５５】
同様に、接続部１８ａを斜めに折り曲げた構造とする場合、接続部１８ａと異電位となるヒートシンク１６ａ、１７ｂとの距離について、製造時および最終製品となるときにこれらが接触しないだけの距離を確保できれば良いため、その距離の確保が容易に行うようにできる。
【００５６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、第１実施形態に対して接続部１８ａの構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５７】
図４に、本実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図を示す。本図は断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してあり、ターミナル１８、１９については細線ハッチングで示し、各リード１２〜１４やターミナル１８の接続部１８ａと各ヒートシンク１６、１７との接合箇所を太線ハッチングで示してある。
【００５８】
図４に示されるように、本実施形態では、第１実施形態に対してターミナル１８の接続部１８ａのレイアウトを変更している。具体的には、第１実施形態では、ターミナル１８の厚板部から下アーム側の半導体チップ１１ｂに向けて接続部１８ａが伸ばされる形態としたが、本実施形態では、半導体チップ１１ａと半導体チップ１１ｂとを通る直線上とは異なる位置、つまりその直線よりも上（出力リード１３側）に接続部１８ａが配置されるようにしている。そして、接続部１８ａがヒートシンク１６ｂのうち半導体チップ１１ａと半導体チップ１１ｂとを通る線上ではなく、その上で接続されるようにしている。
【００５９】
このようにすれば、接続部１８ａの接続用のスペースを半導体チップ１１ａと半導体チップ１１ｂとを通る線上に設ける必要がなくなる。このため、ヒートシンク１７ａの横幅、つまり半導体チップ１１ａ、１１ｂが並べられる方向と同方向の寸法を縮小することができる。
【００６０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、第１、第２実施形態に対して接続部１８ａの構成を変更したものであり、その他に関しては第１、第２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６１】
図５は、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。上記実施形態では、ターミナル１８の接続部１８ａを厚板部に対して斜めに折り曲げ、かつ、ヒートシンク１６ｂの表面に接続する形態について説明した。これに対して、本実施形態では、図５に示すように、ターミナル１８の接続部１８ａを厚板部に対して斜めに折り曲げると共に、接続部１８ａの先端部がヒートシンク１６ｂの側面に接続されるようにしている。
【００６２】
このように、接続部１８ａの先端部がヒートシンク１６ｂの側面に接続されるようにしても良い。このような形態とすれば、上下アーム接続の公差を垂直方向（半導体チップ１１に対する法線方向）ではなく、平面方向で吸収することが可能となる。
【００６３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、リードに対して接続部やターミナルを一体化させたものであり、その他に関しては第１、第２２実施形態と同様であるため、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６４】
図６に、本実施形態にかかる半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図を示す。この図は断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してある。
【００６５】
図６に示すように、本実施形態では、中間リード１３に対して接続部１３ａを備え、さらに中間リード１３を接続部１３ａおよび出力端子１３ｂとして機能させるのに加えて、ターミナル１３ｃとしても機能させるようにする。つまり、第１実施形態で説明したターミナル１８および接続部１８ａを中間リード１３に一体化させた構造としている。同様に、負極リード１４についても、ターミナル１４ａを備えた構造とし、第１実施形態で説明したターミナル１９を負極リード１４に一体化させた構造としている。
【００６６】
具体的には、中間リード１３や負極リード１４は、半導体チップ１１ａ、１１ｂに直接接続されている。そして、中間リード１３や負極リード１４のうち半導体チップ１１ａ、１１ｂと接続される部位がターミナル１３ｃ、１４ａとされ、他の部位よりも厚さが厚くされた厚板部とされることで、ヒートシンク１６と半導体チップ１１ａ、１１ｂとの間に所定の間隔が形成されるようにしている（なお、図６中では、厚板部とされたターミナル１３ｃ、１４ａの部分を細線ハッチングで示してある）。
【００６７】
中間リード１３の接続部１３ａおよび出力端子１３ｂや負極リード１４のリード部は、各ターミナル１３ｃ、１４ａから引き出されている。これらのターミナル１３ｃ、１４ａは、各リード１２〜１４を構成するための金属板の一部を予め厚く形成しておくことによって形成されるようにしても良いし、同じ厚みの金属板にて各リード１２〜１４を形成したのち、後でターミナル１３ｃ、１４ａと同寸法の金属板をはんだもしくは溶接等によって接合して形成されるようにしても良い。
【００６８】
つまり、従来の場合には、半導体チップとヒートシンクとが金属ブロックを介して接続され、ヒートシンクに中間リードや負極リードが接続された構造とされているのに対し、本実施形態では、半導体チップ１１ａ、１１ｂに中間リード１３や負極リード１４を直接接続し、中間リード１３および負極リード１４に金属ブロックとしての役割も果たさせるようにしている。
【００６９】
そして、中間リード１３については、図６に示されるようにターミナル１３ｃを挟んで制御端子１５とは反対側において、２つに分岐する延設部を設けることで、接続部１３ａおよび出力端子１３ｂを構成している。これにより、接続部１３ａにて半導体チップ１１ｂの裏面側が接続されるヒートシンク１６に接続でき、出力端子１３ｂにて三相モータ３に接続できる構造とされている。換言すれば、中間リード１３は、上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６との間を接続する接続部１３ａと、三相モータ３に接続される出力端子１３ｂと、金属ブロックとして機能するターミナル１３ｃとが一体となった異形材とされている。この１つの中間リード１３によって、上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６との間を接続する接続部１３ａを構成することができるため、接続部１３ａを別部品で構成する必要がなくなる。
【００７０】
以上のようにして本実施形態の半導体モジュール１０が構成されている。このように構成される半導体モジュール１０は、以下のように製造される。
【００７１】
まず、金属板をプレス加工することなどによって各リード１２〜１４を形成する。このときには、図６に示すようにまだリード１２〜１４がリードフレーム３０の一部としてフレーム３１に保持された形態となっている。このとき、金属板のうちリード１３、１４におけるターミナル１３ｃ、１４ａと対応する部分が元々肉厚とされている場合には、金属板のプレス加工などによってターミナル１３ｃ、１４ａも同時に形成されるが、単なる厚みが均一の金属板を用いる場合には、ターミナル１３ｃ、１４ａと同寸法の金属板をはんだもしくは溶接等によって接合することで、ターミナル１３ｃ、１４ａを構成する。
【００７２】
続いて、ヒートシンク１６ａ、１６ｂの上にはんだ等を介して半導体チップ１１ａ、１１ｂの接合したのち、半導体チップ１１ａの上にはんだ等を介して中間リード１３の接合すると共に半導体チップ１１ｂの上にはんだ等を介して負極リード１４を接合する。さらに、ヒートシンク１６ａに対して正極リード１２をはんだもしくは溶接等によって接続すると共に、ヒートシンク１６ｂに対して中間リード１３の接続部１３ａをはんだもしくは溶接等によって接続する（図６中では、中間リード１３とヒートシンク１６ａ、１６ｂとの接続箇所を太線ハッチングで示してある）。そして、各半導体チップ１１ａ、１１ｂのＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａのゲートに接続されるパッドと制御端子１５とをボンディングワイヤ２２にて接続したのち、中間リード１３および負極リード１４の上にはんだ等を介してヒートシンク１７ａ、１７ｂを接合する。
【００７３】
そして、この状態で成形型（図示せず）内に配置した後、成形型内に樹脂を注入して樹脂モールドすることで、樹脂モールド部２０にて各構成部品を覆う。最後に、フレーム３１と各リード１２〜１４および制御端子とを繋いでいる場所を切断することで、本実施形態にかかる半導体モジュール１０が完成する。
【００７４】
以上説明した本実施形態にかかる半導体モジュール１０では、中間リード１３により、半導体チップ１１ａとヒートシンク１７ａとの間において、半導体チップ１１ａとヒートシンク１７ａとの間を所定距離空けるための部材（従来でいう金属ブロック）としての役割を果たすようにしている。つまり、中間リード１３を異形材で構成することにより、ターミナル１３ｃにて厚みを確保しつつ、上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６との間を接続する接続部１３ａおよび三相モータ３に接続される出力端子１３ｂが構成されるようにしている。このため、接続部１３ａを別部品とする場合と比較して、部品点数の削減を図ることが可能となる。
【００７５】
また、このような構成とすることで、上下アーム４１、４２、５１〜５６の接続箇所を１箇所、つまり接続部１３ａの先端部分のみとすることが可能となる。このため、接続点数を低下させることが可能となり、半導体モジュール１０の製造も簡素化することができる。
【００７６】
さらに、接続部１３ａが中間リード１３の他の部分（例えば出力端子１３ｂ）に対して斜めに折り曲げられることでヒートシンク１６ｂに接続している。このため、第１実施形態と同様、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積の拡大を抑制でき、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積拡大に伴う半導体モジュール１０の大型化を抑制することが可能となる。
【００７７】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、第４実施形態に対して各アーム４１、４２、５１〜５６を構成する半導体チップ１１の構成を変更したものであり、その他に関しては第４実施形態と同様であるため、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００７８】
図７に、半導体モジュール１０の断面図を示す。また、図８に半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図を示す。なお、図７は、樹脂モールドを行った後における図８のＢ−Ｂ’断面に相当する断面図である。図８は断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してあり、ターミナル１３ｃ、１４ａについては細線ハッチング、正極リード１２や中間リード１３とヒートシンク１６ａ、１６ｂとの接続箇所を太線ハッチングで示してある。以下、これらの図を参照して本実施形態に係る半導体モジュール１０について説明する。
【００７９】
図７および図８に示すように、本実施形態では、各アーム４１、４２、５１〜５６を構成する半導体チップ１１を２チップにて構成している。具体的には、上アーム４１、５１、５３、５５を半導体チップ１１ａａ、１１ａｂにて構成し、下アーム４２、５２、５４、５６を半導体チップ１１ｂａ、１１ｂｂにて構成している。半導体チップ１１ａａ、１１ｂａにはＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａを形成してあり、半導体チップ１１ａｂ、１１ｂｂにはＦＷＤ４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂを形成してある。
【００８０】
そして、中間リード１３および負極リード１４に２つずつターミナル１３ｃａ、１３ｃｂ、１４ａａ、１４ａｂを備えた構成とし、各ターミナル１３ｃａ、１３ｃｂ、１４ａａ、１４ａｂがそれぞれ半導体チップ１１ａａ、１１ａｂ、１１ｂａ、１１ｂｂと接合されるようにしている。
【００８１】
このように、各アーム４１、４２、５１〜５６を構成する半導体チップ１１を２チップにて構成する場合でも、中間リード１３に設けたターミナル１３ｃａ、１３ｃｂにて厚みを確保しつつ、上アーム４１、５１、５３、５５と下アーム４２、５２、５４、５６との間を接続する接続部１３ａと、三相モータ３に接続される出力端子１３ｂも構成されるようにしている。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
なお、ここでは上アーム４１、５１、５３、５５の半導体チップ１１ａａ、１１ａｂや下アーム４２、５２、５４、５６の半導体チップ１１ｂａ、１１ｂｂを横並び、つまり各アーム４１、４２、５１〜５６の並べられた方向に平行に配置している。これに対して、半導体チップ１１ａａと半導体チップ１１ａｂとを縦並びにすると共に半導体チップ１１ｂａと半導体チップ１１ｂｂとを縦並び、つまり各アーム４１、４２、５１〜５６の並べられた方向に対して垂直方向に並べるようにしても良い。
【００８３】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、リード１２〜１４の構成を変更したものであり、その他に関しては第４実施形態と同様であるため、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８４】
図９は、半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。本図も断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してあり、ターミナル１３ｃ、１４ａについては細線ハッチング、正極リード１２や中間リード１３とヒートシンク１６ａ、１６ｂとの接続箇所を太線ハッチングで示してある。この図に示すように、本実施形態では、中間リード１３と正極リード１２の引き出し位置を第４実施形態に対して反対にしている。すなわち、第４実施形態では、図６に示したように正極リード１２を中間に挟んで中間リード１３と負極リード１４をその両側に配置したレイアウトとしているが、本実施形態では、図９に示すように中間リード１３を中間に挟んで正極リード１２と負極リード１４をその両側に配置したレイアウトとしている。このようなレイアウトとした各構成部品を樹脂モールド部２０にて樹脂モールドしたものが本実施形態の半導体モジュール１０である。
【００８５】
このように、各リード１２〜１４の引き出し位置を変更することも可能である。このようにしても、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０も、リード１２〜１４の構成を変更したものであり、その他に関しては第４実施形態と同様であるため、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００８７】
図１０は、半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。本図も断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してあり、ターミナル１３ｃ、１４ａについては細線ハッチング、正極リード１２や中間リード１３とヒートシンク１６ａ、１６ｂとの接続箇所を太線ハッチングで示してある。この図に示すように、本実施形態では、正極リード１２の引き出し位置を中間リード１３や負極リード１４とは反対側、つまり半導体チップ１１ａを挟んで中間リード１３などと反対側である制御端子１５が配置された側としている。このようなレイアウトとした各構成部品を樹脂モールド部２０にて樹脂モールドしたものが本実施形態の半導体モジュール１０である。
【００８８】
このように、各リード１２〜１４が単一方向に引き出されるのではなく、二方向（もしくはそれ以上の方向）から引き出すような構成とすることもできる。このようにしても、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、二相分の上下アームを一体構造とした４ｉｎ１構造のものであり、その他に関しては第４〜第７実施形態と同様であるため、第４〜第７実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９０】
図１１は、半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。本図も断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してあり、ターミナル１３ｃ、１４ａについては細線ハッチング、正極リード１２や中間リード１３とヒートシンク１６ａ、１６ｂとの接続箇所を太線ハッチングで示してある。この図に示すように、本実施形態では、第１実施形態で示した上下アーム５１〜５６のうちの二相分を備えた構成とされている。各相の正極リード１２同士が連結部１２ａにて接続されていると共に、各相の負極リード１４同士が連結部１４ｂにて接続されている。なお、連結部１２ａおよび連結部１４ｂについては、図を見易くするために破線ハッチングで示してある。正極リード１２と連結部１２ａとが交差している部分、および、負極リード１４と連結部１４ｂとが交差している部分が、それぞれの接続箇所であり、これらの部分についても太線ハッチングで示してある。
【００９１】
このように、半導体モジュール１０を４ｉｎ１構造とする場合にも、上記各実施形態の構成を適用することができ、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、このような４ｉｎ１構造とする場合にも、一枚の金属板を１度のプレス加工によって４つのアーム分の各リード１２〜１４が備えられたリードフレーム３０を形成できるため、効率よくリードフレーム３０を形成することができる。
【００９２】
なお、図１１では、第４実施形態で説明したレイアウトを４ｉｎ１構造に適用した場合について図示したが、勿論、第５〜第７実施形態で説明したレイアウトについても４ｉｎ１構造を適用することができる。また、上記のような三相分の上下アーム５１〜５６が備えられるようなインバータ出力回路５に限らず、例えばＨブリッジ状に配置された二相の上下アームが備えられるＨブリッジ回路等に本実施形態を適用すると好ましい。
【００９３】
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、三相分の上下アームを一体構造とした６ｉｎ１構造のものであり、その他に関しては第４〜第７実施形態と同様であるため、第４〜第７実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９４】
図１２は、半導体モジュール１０を樹脂モールドする前の状態の概略レイアウト図である。本図も断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してあり、ターミナル１３ｃ、１４ａについては細線ハッチング、正極リード１２や中間リード１３とヒートシンク１６ａ、１６ｂとの接続箇所を太線ハッチングで示してある。この図に示すように、本実施形態では、第１実施形態で示した上下アーム５１〜５６のうちの三相分を備えた構成とされている。本実施形態でも、第８実施形態と同様、各相の正極リード１２同士が連結部１２ａにて接続されていると共に、各相の負極リード１４同士が連結部１４ｂにて接続されている。なお、本図でも、連結部１２ａおよび連結部１４ｂについて、図を見易くするために破線ハッチングで示してある。正極リード１２と連結部１２ａとが交差している部分、および、負極リード１４と連結部１４ｂとが交差している部分が、それぞれの接続箇所であり、これらの部分についても太線ハッチングで示してある。
【００９５】
このように、半導体モジュール１０を６ｉｎ１構造とする場合にも、上記各実施形態の構成を適用することができ、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、このような６ｉｎ１構造とする場合にも、一枚の金属板を１度のプレス加工によって６つのアーム分の各リード１２〜１４が備えられたリードフレーム３０を形成できるため、効率よくリードフレーム３０を形成することができる。
【００９６】
なお、図１２では、第４実施形態で説明したレイアウトを６ｉｎ１構造に適用した場合について図示したが、勿論、第５〜第７実施形態で説明したレイアウトについても６ｉｎ１構造を適用することができる。
【００９７】
（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態について説明する。本実施形態は、上記各実施形態の半導体モジュール１０の製造に用いるリードフレーム３０の形成について第４〜第９実施形態に対して変更したものであり、その他に関しては第４〜第９実施形態と同様であるため、第４〜第９実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００９８】
図１３は、第４実施形態の半導体モジュール１０の製造に用いる各リード１２〜１４がフレーム３１に接合されている状態のリードフレーム３０の上面図である。また、図１４は、複数相のリードフレーム３０を形成した様子を示した図である。図１３および図１４も断面図ではないが、便宜上部分的にハッチングを示してある。
【００９９】
本実施形態では、リードフレーム３０の形成工程として、一方向を長手方向とする長い金属板を用いて、それを引き抜き加工やプレス加工することで図１４に示すように複数相のリードフレーム３０を形成しておき、必要な相数のリードフレーム３０を切断することで、例えば図１３に示すような一相分のリードフレーム３０を形成する。金属板のうちターミナル１３ｃ、１４ａと対応する箇所を通過するラインを他の部分よりも厚く構成してあり、金属板を使用して連続的に複数相分のリードフレーム３０を形成し続けることができる。
【０１００】
すなわち、リードフレーム３０の形成工程の際に、一方向を長手方向とする長い金属板であって、金属板のうちターミナル１３ｃ、１４ａと対応する箇所を通過するラインが他の部分よりも厚く構成してあるものを用いている。このため、例えば必要な相数分のリードフレーム３０を形成したあと、引き続きリードフレーム３０を形成するときに、長い金属板の残りの部分を使用してリードフレーム３０を連続的に形成することができる。
【０１０１】
このとき、金属板のうち厚板部とされるターミナル１３ｃ、１４ａと対応する箇所を通過するラインを他の部分を厚くしていることから、連続的に複数のリードフレーム３０を形成したとしても、位置ズレの影響を受けずに、確実にターミナル１３ｃ、１４ａを厚板部とすることができる。また、リードフレーム３０を形成した後にターミナル１３ｃ、１４ａと同寸法の金属板をはんだもしくは溶接等によって接合することが必要なくなる。このため、リードフレーム３０の形成工程を簡略化でき、引いては半導体モジュール１０の製造の容易化を図ることができる。
【０１０２】
なお、ここでは、図１３において第４実施形態で説明した２ｉｎ１構造の半導体モジュール１０に適用されるリードフレーム３０を例に挙げて説明したが、勿論、第５〜第７実施形態の構造の半導体モジュール１０に適用されるリードフレーム３０に適用することもできる。また、必要な相数の位置で切断すれば良いため、第８実施形態や第９実施形態で説明したような４ｉｎ１構造や６ｉｎ１構造の半導体モジュール１０のリードフレーム３０についても適用することができる。
【０１０３】
（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、上アーム側のヒートシンク１７ａに対してターミナルおよび接続部を備えた構造としたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１０４】
図１５は、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。この図に示すように、本実施形態では、上アーム側のヒートシンク１７ａの裏面、つまり半導体チップ１１ａ側の面に対して突出させたターミナル１７ａａを備えると共に接続部１７ａｂを備え、さらに下アーム側のヒートシンク１７ｂの裏面、つまり半導体チップ１１ｂ側の面に対して突出させたターミナル１７ｂａを備えた構造としている。
【０１０５】
接続部１７ａｂは、ヒートシンク１７ａから下アーム側の半導体チップ１１ｂ側に向けて延ばされ、ターミナル１７ａａを含むヒートシンク１７ａの他の部分に対して斜め方向に向けられることにより、ヒートシンク１６ｂの表面に接続されている。このように、ヒートシンク１７ａに対して接続部１７ａｂを備えるようにしているため、接続部１７ａｂを別部品で構成する必要がなくなる。
【０１０６】
また、このような構成とすることで、上下アーム４１、４２、５１〜５６の接続箇所を１箇所、つまり接続部１７ａｂの先端部分のみとすることが可能となる。このため、接続点数を低下させることが可能となり、半導体モジュール１０の製造も簡素化することができる。そして、このような構造であれば、特許文献３に示したような上下アームの間を接続する接続部と上下アームそれぞれのヒートシンクとを一体化した構造ではないため、各構成部品を積み重ねていくだけで半導体モジュール１０を製造することができ、より製造工程の簡略化を図ることができる。
【０１０７】
さらに、接続部１７ａｂをヒートシンク１７ａの他の部分に対して斜めにすることでヒートシンク１６ｂに接続している。このため、第１実施形態と同様、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積を拡大しなくても、上下アーム４１、４２、５１〜５６の接続を行うことが可能となる。したがって、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積の拡大を抑制でき、ヒートシンク１７ａやヒートシンク１６ｂの面積拡大に伴う半導体モジュール１０の大型化を抑制することが可能となる。
【０１０８】
同様に、接続部１７ａｂを斜めに折り曲げた構造とする場合、接続部１７ａｂと異電位となるヒートシンク１６ａ、１７ｂとの距離について、製造時および最終製品となるときにこれらが接触しないだけの距離を確保できれば良いため、その距離の確保が容易に行える。また、ヒートシンク１６、１７の厚みの寸法公差などについては、接続部１７ａｂ自身のたわみや接続部１７ａｂとヒートシンク１６ｂとの接続箇所によって吸収することができる。
【０１０９】
（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態について説明する。本実施形態の半導体モジュール１０は、下アーム側のヒートシンク１６ｂに対してターミナルおよび接続部を備えた構造としたものであり、その他に関しては第１１実施形態と同様であるため、第１１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【０１１０】
図１６は、本実施形態にかかる半導体モジュール１０の断面図である。この図に示すように、本実施形態では、下アーム側のヒートシンク１６ｂの表面、つまり半導体チップ１１ｂ側の面に対して、接続部１６ｂａを備えた構造としている。また、上アーム側のヒートシンク１７ａの裏面、つまり半導体チップ１１ａ側の面に対して突出させたターミナル１７ａｂを備えると共に、下アーム側のヒートシンク１７ｂの裏面、つまり半導体チップ１１ｂ側の面に対して突出させたターミナル１７ｂａを備えた構造としている。
【０１１１】
このように、下アーム側のヒートシンク１６ｂに接続部１６ｂａを備えるようにしても、第１１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
（他の実施形態）
（１）上記第４〜第９実施形態では、中間リード１３だけでなく負極リード１４に対してもターミナル１４ａと一体化構造としているが、負極リード１４を上記第１〜第３実施形態のようにターミナル１９と別部材とした構成としても良い。また、第４〜第９実施形態では中間リード１３における接続部１３ａと出力端子１３ｂとがターミナル１３ｃの一箇所から引き出されたリードを二つに分岐することによって構成したが、最初からターミナル１３ｃの二箇所から引き出された構造とされていても良い。例えば、接続部１３ａが第１実施形態のように半導体チップ１１ａ、１１ｂを通る直線上に引き出された構造とされていても良い。ただし、上述した第１０実施形態で示したように、リードフレーム３０を形成する金属板の所定ラインをすべて肉厚とするような場合には、第４〜第９実施形態に示したような構造とするのが好ましい。
【０１１３】
（２）上記第４〜第９実施形態では、中間リード１３の接続部１３ａを出力端子１３ｂに対して斜めに折り曲げ、かつ、ヒートシンク１６ｂの表面に接続した形態について説明した。また、第１１実施形態では、接続部１７ａｂをヒートシンク１７ａに対して斜めに形成し、かつ、ヒートシンク１６ｂの表面に接続した形態について説明した。さらに、第１２実施形態では、接続部１６ｂａをヒートシンク１６ｂに対して斜めに形成し、かつ、ヒートシンク１７ａの裏面に接続した形態について説明した。しかしながら、これらの形態に限るものではない。例えば、図５に示した第３実施形態のように、接続部１３ａ、１６ｂａ、１７ａｂの先端部がヒートシンク１６ｂもしくはヒートシンク１７ａの側面に接続されるようにしても構わない。
【０１１４】
（３）上記第１〜第３実施形態では、各リード１２〜１４が半導体チップ１１を挟んで制御端子１５と反対側から引き出された構造、つまり単一方向から引き出された構造としたが、第７実施形態のように二方向（もしくはそれ以上の方向）から引き出すような構成とすることもできる。
【０１１５】
（４）上記第８、第９実施形態では、第４〜第７実施形態の構造について４ｉｎ１構造や６ｉｎ１構造を適用する場合について説明した。これと同様に、第１〜第３実施形態についても、同じ構造のものを複数相並べると共に、各相の正極リード１２同士が連結部１２ａにて接続され、各相の負極リード１４同士が連結部１４ｂにて接続されるようにすれば、４ｉｎ１構造や６ｉｎ１構造に適用することが可能である。
【０１１６】
（５）上記実施形態では、三相モータ３を駆動するインバータ１について説明したが、半導体モジュール１０の適用対象としてインバータ１に限るものではなく、少なくとも半導体モジュール１０が備えられるものであれば、どのようなものに対しても上記各実施形態に示した構成を適用することができる。例えば、コンバータなどに対して上記各実施形態に示した構成を適用することができる。
【０１１７】
（６）上記第５実施形態以外では、半導体チップ１１にＩＧＢＴ４１ａ、４２ａ、５１ａ〜５６ａやＦＷＤ４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ〜５６ｂが一体形成されているものについて説明したが、第５実施形態のように、これらがそれぞれ別チップとされている構造としても良い。さらに、半導体パワー素子としてＩＧＢＴを例に挙げて説明したが、他の素子、例えばパワーＭＯＳＦＥＴなどが用いられる場合についても、本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【０１１８】
１                      インバータ
３                      三相モータ
４                      昇圧回路
５                      インバータ出力回路
１０                    半導体モジュール
１１                    半導体チップ
１２                    正極リード
１３                    中間リード
１３ａ                  接続部
１３ｂ                  出力端子
１３ｃ、１４ａ          ターミナル
１４                    負極リード
１５                    制御端子
１６、１７              ヒートシンク
１８                    樹脂モールド部
３０                    リードフレーム
４１、５１、５３、５５  上アーム
４２、５２、５４、５６  下アーム
【図１】
0005206743.tif 000002
【図２】
0005206743.tif 000003
【図３】
0005206743.tif 000004
【図４】
0005206743.tif 000005
【図５】
0005206743.tif 000006
【図６】
0005206743.tif 000007
【図７】
0005206743.tif 000008
【図８】
0005206743.tif 000009
【図９】
0005206743.tif 000010
【図１０】
0005206743.tif 000011
【図１１】
0005206743.tif 000012
【図１２】
0005206743.tif 000013
【図１３】
0005206743.tif 000014
【図１４】
0005206743.tif 000015
【図１５】
0005206743.tif 000016
【図１６】
0005206743.tif 000017