(57)【要約】【課題】本発明は、圧入等実装において外部応力に対応できる半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、皿形状を有する放熱板と、放熱板の皿内部に配設された半導体素子と、半導体素子上に取り付けられたリードピンと、リードピンの一部と半導体素子を覆うように放熱板の皿内部に充填された保護樹脂とを備えた半導体装置において、リードピンは半導体素子上に電気的接続状態で取り付けられている取付部、取付部よりも径が小さい棒状のピン部、及び取付部とピン部との間を連結し取付部とピン部との中間径を有する中間部とで構成され、かつピン部の径と中間部の径との比率が１：１．５から１：２．０の範囲である。また、リードピンの中間部の長さと中間部を含んだピン部の長さとの比率が１：２から１：４の範囲である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
皿形状を有する放熱板と、前記放熱板の皿内部に配設された半導体素子と、前記半導体素子上に取り付けられたリードピンと、前記リードピンの一部と前記半導体素子を覆うように前記放熱板の皿内部に充填された保護樹脂とを備えた半導体装置において、前記リードピンは前記半導体素子上に電気的接続状態で取り付けられている取付部、前記取付部よりも径が小さい棒状のピン部、及び前記取付部と前記ピン部との間を連結し前記取付部と前記ピン部との中間径を有する中間部とで構成され、かつ前記ピン部の径と前記中間部の径との比率が１：１．５から１：２．０の範囲であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記リードピンの前記中間部の長さと前記中間部を含んだ前記ピン部の長さとの比率が１：２から１：４の範囲であ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】
前記放熱板はプレスフィット用圧入形状であり、前記リードピンの表面にはニッケルめっきが施され、前記保護樹脂は熱硬化性エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１，２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に放熱板に取り付けられた半導体素子にリードピンが接続され、半導体素子が保護樹脂で被覆されている半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
皿形状を有する金属製放熱板、半導体素子、リードピン、保護樹脂を備えた半導体装置が知られている。半導体素子は金属製放熱板の皿内部の表面上に、半田により取り付けられる。金属製放熱板は半導体素子の動作により発生する熱を外部に放出する。リードピンは取付部、ピン部を備え、取付部が半導体素子の表面上に、はんだにより取り付けられている。リードピンと半導体素子と金属製放熱板は電気的及び機械的に接続される。保護樹脂は金属製放熱板の皿内部に充填され、半導体素子及びリードピンの取付部を覆っている。この半導体装置は金属製放熱板を放熱体（フィン）に圧入して装着し使用する。リードピンは外部と一般的に溶接により接合する。この時リードピン曲げが発生し、曲げ及びその後の温度サイクルにより、リードピンと保護樹脂が剥離したり、樹脂に亀裂入り、水分や塩害などの信頼性低下を招く。また、曲げにより半導体素子に応力が多大に発生し、温度サイクルにより、半導体素子の破損を招く。
【０００３】
この半導体装置として、取付部、棒状のピン部、取付部とピン部との中間径を有する中間部で構成されたリードピンを使用し、外部応力により保護樹脂の剥離を防止した半導体装置が従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照、図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３０３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、オルタネータ用メイン整流ダイオードにおいて、温度サイクルが繰り返し加わる厳しい環境下で信頼性の高い電力用半導体装置が要求されている。
【０００６】
しかしながら、従来技術は、リードピンの具体寸法が開示されていないという課題がある。また、金属製放熱板が自動車用オルタネータ用の放熱体（フィン）に圧入、及びリードピンを外部と溶接した場合において、外部応力が加わるこが考慮されていないという課題がある。
【０００７】
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、リードピンの具体寸法を開示し、圧入等実装において外部応力に対応でき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】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、皿形状を有する放熱板と、放熱板の皿内部に配設された半導体素子と、半導体素子上に取り付けられたリードピンと、リードピンの一部と半導体素子を覆うように放熱板の皿内部に充填された保護樹脂とを備えた半導体装置において、リードピンは半導体素子上に電気的接続状態で取り付けられている取付部、取付部よりも径が小さい棒状のピン部、及び取付部とピン部との間を連結し取付部とピン部との中間径を有する中間部とで構成され、かつピン部の径と中間部の径との比率が１：１．５から１：２．０の範囲であることを特徴とする。
また、リードピンの中間部の長さと中間部を含んだピン部の長さとの比率が１：２から１：４の範囲であることを特徴とする。
また、放熱板はプレスフィット用圧入形状であり、リードピンの表面にはニッケルめっきが施され、保護樹脂は熱硬化性エポキシ樹脂であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、リードピンの具体寸法を開示しているので、発明を実施できることが可能な半導体装置を提供することができる効果を奏する。また、最適化されたリードピンを備えているので、実装時の圧入やリードピンの接合において外部応力に対応でき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】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るＤ１とＤ２の径の比率と樹脂応力を示す実験グラフである。
【図３】本発明の実施例１に係るＬ１とＬ２の径の比率と樹脂応力を示す実験グラフである。
【図４】本発明の実施例２に係る半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又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】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例１の係る半導体装置１の構成を説明する。図１は、半導体装置１の全体断面図である。
【００１３】
図１に示すように、実施例１に係る半導体装置１は、リードピン２と、半導体素子６と、半田７と、放熱板８と、保護樹脂９を備えている。
【００１４】
リードピン２は、図１に示すように、ピン部３、中間部４、取付部５を備えて構成されている。例えば、素材に銅又は銅合金が使われ、プレス加工により製造される。
【００１５】
ピン部３は、取付部５よりも径が小さく高さが高い棒状の円柱状で形成されている。ピン部３は半導体装置１を実装する実装装置と結合される部分である。例えば、径Ｄ１は１．５ｍｍ、中間部４を含んだ高さ（長さ）Ｌ１は１５．０ｍｍである。
【００１６】
中間部４は、取付部５とピン部３トの間を連結する部分である。中間部４は取付部５の径よりも小さくピン部３の径よりも大きく、取付部５とピン部３との中間径を有する円柱状で形成されている。中間部４の高さは、取付部５とピン部３との中間の高さに設定されている。例えば、径Ｄ２は２．５ｍｍ、高さ（長さ）Ｌ２は５．０ｍｍである。
【００１７】
取付部５は、半導体素子２の上面に電気的接続状態で取り付けられている部分である。取付部５は平面形状が半導体素子２の上面とほぼ同一の円形状を有する円柱状（円板状）で形成されており、取付部５の底面は半導体素子２の上面ほぼ同一径で形成されている。例えば、径は５．０ｍｍ、高さ（厚さ）は１．５ｍｍである。
【００１８】
半導体素子６は、例えばオルタネータ用整流ダイオードを用いることができる。半導体素子６は円形状の平面形状を有する上面と、同様に円形状の平面形状を有し上面よりも大きな径を有する下面と、傾斜面形状を有する側面とを備えるべベル構造で形成されている（図示省略）。半導体素子６の上面、下面のそれぞれにはダイオードのカソード電極、アノード電極が形成されている。例えば、半導体素子６はシリコンチップで形成されている。
【００１９】
半田７は、半導体素子６の下面と放熱板８の皿内部との間に配置され、半導体素子６と放熱板８との間を機械的に接合するとともに、両者を電気的に接合している。また、半導体素子６の上面とリードピン２の取付部との間に配置され、半導体素子６とリードピン２との間を機械的に接合するとともに、両者を電気的に接合している。例えば、半田７は高温環境下においても品質の劣化が進みにくい鉛を含有した半田が用いられる。
【００２０】
放熱板８は、平面形状が円形状で形成された平状の底板部と、この底板部の外縁部に沿って環状に形成された側壁部とを有する皿形状で形成されている。例えば、素材に銅又は銅合金が使われ、プレス加工により製造される。この時、当時に側壁部の外面にローレット加工を施し、放熱体（フィン）への圧入を強固に固着することができる。例えば、外径１３．０ｍｍである。
【００２１】
保護樹脂９は、リードピン２のピン部３及び中間部４の一部を露出しえ、半導体素子２及びリードピン２の取付部５を覆い、放熱板８の皿内部に充填されている。よって、保護樹脂９は半導体素子２の側面、リードピン２に取付部５の上面及び側面を覆い放熱板８の皿内部の大半に充填され、リードピン２のピン部３と中間部４の一部を被覆しない。保護樹脂９は、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂を使用する。熱硬化性エポキシ樹脂は流動性を有する状態で放熱板８の皿内部に滴下塗布し、１５０℃以上の高温で硬化させる。
【００２２】
次に、上述した実施例１に係る半導体装置１に加わる応力について説明する。図２はＤ１とＤ２の径の比率と樹脂応力を示す実験グラフである。
【００２３】
図２に示すように、実施例１に係る半導体装置１のリードピン２において、ピン部３径をＤ１、と中間部４径をＤ２とし、比率を横軸に表し、樹脂部かかる応力を縦軸に表している。
【００２４】
Ｄ１とＤ２の比が１．０の場合、樹脂部にかかる応力は７０ＭＰａであり、Ｄ１とＤ２の比が１．５の場合、樹脂部にかかる応力は４０ＭＰａである。このことから、比が１．５以上において、応力が５７％に低下していることが分かる。
【００２５】
また、樹脂部にかかる応力が減少することは、素子部へ伝わる応力も減少できるといえる。図２から、Ｄ１とＤ２の比が２以上の場合、リードの破損が発生してしまう。尚、後述のＬ１とＬ２の比率を３．０としている。
【００２６】
すなわち、半導体装置１の信頼性において、ピン部３の径Ｄ１と中間部４の径Ｄ２との比率が１：１．５から１：２．０の範囲であることがのぞましいという結論に至った。例えば、ピン部３径Ｄ１は１．５ｍｍ、中間部４径Ｄ２は２．５ｍｍである。
【００２７】
更に、上述した実施例１に係る半導体装置１に加わる応力について説明する。図３はＬ１とＬ２の長さ（高さ）の比率と樹脂応力を示す実験グラフである。
【００２８】
図３に示すように、実施例１に係る半導体装置１のリードピン２において、中間部４長さをＬ１、ピン部３及び中間部４を合わせた長さをＬ２とし、比率を横軸に表し、樹脂部かかる応力を縦軸に表している。
【００２９】
Ｌ１とＬ２の比が１．５の場合、樹脂部にかかる応力は１２０ＭＰａであり、Ｌ１とＬ２の比が２．０の場合、樹脂部にかかる応力は６０ＭＰａである。このことから、比が２．０以上において、応力が５０％に低下していることが分かる。
【００３０】
また、樹脂部にかかる応力が減少することは、素子部へ伝わる応力も減少できるといえる。図３から、Ｌ１とＬ２の比が４以上の場合、ピン部３が必要以上に長くなってしまう。尚、上述のＤ１とＤ２の比率を１．８としている。
【００３１】
すなわち、半導体装置１の信頼性において、中間部４の長さと中間部４を含んだピン部３の長さとの比率が１：２から１：４の範囲であることがのぞましいという結論に至った。例えば、中間部４長さＬ１は５．０ｍｍ、ピン部３及び中間部４を合わせた長さＬ２は１５．０ｍｍである。
【００３２】
次に、上述した実施例１に係る半導体装置１の効果を説明する。
【００３３】
上述したように実施例１に係る半導体装置１は、リードピン２のピン部３に実装時の応力が加わっても、ピン部３の径Ｄ１と中間部４の径Ｄ２との比率が１：１．５から１：２．０の範囲であることによって、樹脂及び素子にかかる応力を低減することができる。これにより、リードピン２の中間部４と保護樹脂９との間に亀裂や剥離を防ぐことができ、水分等の侵入を防ぎ、半導体素子６の電気的特性を維持し、半導体装置１の信頼性を向上させることが可能である。
【００３４】
また、上述したように実施例１に係る半導体装置１は、リードピン２のピン部３に実装時の応力が加わっても、中間部４の長さと中間部４を含んだピン部３の長さとの比率が１：２から１：４の範囲であることによって、樹脂及び素子にかかる応力を低減することができる。これにより、リードピン２の中間部４と保護樹脂９との間に亀裂や剥離を防ぐことができ、水分等の侵入を防ぎ、半導体素子６の電気的特性を維持し、半導体装置１の信頼性を向上させることが可能である。
【００３５】
以上の実施例１より、本発明に係る半導体装置１は、リードピンの具体寸法を開示しているので、発明半導体装置を実施することが可能である。また、最適化されたリードピンを備えているので、実装時の圧入やリードピンの接合において外部応力に対応することが可能である。
【００３６】
上記のように、本発明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発明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。
【００３７】
例えば、図４に示すように、底板部が厚く、皿形状（凹形状）を有さない放熱板において、縁部上面に沿って環状に設けられた樹脂リング１１を備えてもよい。これにより保護樹脂を充填する部位を別に設けることによって、実施例１の効果の他、放熱板の容量を増し、高放熱性に優れる半導体装置を提供することが可能である。
【００３８】
また、リードピン２の表面に、ニッケルめっきを施してもよい。これにより、リードピン２の表面と保護樹脂９の接着力を増すことができる。
【００３９】
また、半田７は鉛フリー半田を用いてもよい。これにより、鉛を含まないという点で環境に配慮した半導体装置とすることができる。
【００４０】
また、放熱板８は切削加工で形成しても、同様の効果が得られる。
【００４１】
また、半導体素子２は円形状に限らず、四角形、六角形等が適応できる。
【００４２】
また、上述の各実施例の組み合わせも適応することが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１、半導体装置
２、リードピン
３、ピン部
４、中間部
５、取付部
６、半導体素子
７、半田
８、放熱板
９、保護樹脂
１１、樹脂リング
【図１】
2012069700.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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