(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳｉＣやＧａＮのパワー半導体の、高信頼で低価格のパッケージング技術を実現できるリードフレームを提供する。【解決手段】放熱板上に載置される縦型ＦＥＴのソース電極への接合体を有するソースリードとゲート電極への接合体を有するゲートリード及び放熱板への接合体を有するドレインリードがタイバーにより平行に連結されており、それぞれのリードはタイバーより延在して後ドレインリード、ソースリード、ゲートリードの順に下に折曲し、それぞれの接合体は下方に延在した先に配置される構造を有する。ドレインリードの接合体は矩形であり、前記ソースリードの接合体は中心部に矩形開口を有する矩形であり、ゲートリードの接合体は細長矩形であり、ゲートリードの接合体はソースリードの矩形開口内に位置する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
放熱板上に載置される縦型ＦＥＴのソース電極への接合体を有するソースリードとゲート電極への接合体を有するゲートリード及び放熱板への接合体を有するドレインリードがタイバーにより平行に連結されており、それぞれのリードは前記タイバーより延在して後ドレインリード、ソースリード、ゲートリードの順に下に折曲し、それぞれの接合体は下方に延在した先に配置される構造を有するリードフレームにおいて、前記ドレインリードの接合体は矩形であり、前記ソースリードの接合体は中心部に矩形開口を有する矩形であり、前記ゲートリードの接合体は細長矩形であり、前記ゲートリードの接合体は前記ソースリードの矩形開口内に位置することを特徴とするリードフレーム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案はパワー半導体用リードフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】  ＳｉＣやＧａＮパワー半導体（ＤｉｏｄｅやＭＯＳ  ＦＥＴ）は高温においても特性が劣化せず、Ｓｉパワー半導体に比べて高耐圧であり高電力動作も可能なことから、高温・高電力動作が検討されている。具体的にはＦＥＴのチャネル温度を２００℃以上で動作させることが検討されているが、このようなパワー半導体のパッケージング（パッケージへの半導体組立）には様々な課題が出てくる。図８には半導体の樹脂封止パッケージを示し、図７にはそのリードフレームを示している（特許文献１）。高温動作では従来のエポキシ系樹脂モールドは使用できないため、近年高耐熱性樹脂が盛んに開発されている。図８に示すボンディングワイヤ２２はパワー半導体では通常Ａｌ太線線を使用するが、空間配線で長くなるため損失が無視できなくなっている。そのためリードを直接パワー半導体の電極に接合する方法も採られている。またパワー半導体は放熱板１６にマウントされるが、高温・高電流動作に耐えるためのマウント材は現在のところ見出されていない。ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉなどの共晶温度の高い合金ハンダが候補にあげられるが、縦型のＦＥＴはチップ表面に形成されたソース電極からチップ裏面のドレイン電極に大きな電流が流れるため、マイグーションによりマウント接合層にヴォイドが発生することが課題となっている。合金は一般に耐マイグレーション性が低いためである。なお縦型ＦＥＴにはＪＦＥＴやＭＯＳ  ＦＥＴがあり、一般に縦型ＦＥＴと称している。【０００３】  これに対して特許文献２には、金属ナノ粒子を溶媒に分散させてスラリーとしたものを金属板に薄膜形成し、被接合板を加熱・加圧する技術が示されている。例えばＣｕナノ粒子のスラリーを接合材に使用してＣｕ板を加熱・加圧接合すると、接合層はバルク化するので合金に比べて耐マイグレーション性は格段に向上することが容易に想到できる。しかし金属ナノ粒子がバルクへと進行するのに５分乃至１０分の時間が必要であり、工程スループットが低いのは低価格化への隘路となる。【０００４】  図７は従来の一般的なパワー半導体のリードフレームを示しているが、放熱板１６を含めてリードフレームと称している。しかし半導体の高性能化が進むにつれて従来より過酷な動作条件で使用することが求められるようになると、上述のように様々な技術課題が出てくる。個別に対策することも必要になるため、本考案のリードフレームは放熱板を含めていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２４３３５８
【特許文献２】特開２００７−４４７６４
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】  高温・高電力動作が期待できるＳｉＣやＧａＮのパワー半導体のパッケージングは、その動作条件が過酷なことから様々な技術課題を抱えているが、しかしそのメリット故に多くの研究・開発が進められている。高信頼で低価格のパッケージング技術が課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上記課題を解決するために本考案では、放熱板上に載置される縦型ＦＥＴのソース電極への接合体を有するソースリードとゲート電極への接合体を有するゲートリード及び放熱板への接合体を有するドレインリードがタイバーにより平行に連結されており、それぞれのリードは前記タイバーより延在して後ドレインリード、ソースリード、ゲートリードの順に下に折曲し、それぞれの接合体は下方に延在した先に配置される構造を有するリードフレームにおいて、前記ドレインリードの接合体は矩形であり、前記ソースリードの接合体は中心部に矩形開口を有する矩形であり、前記ゲートリードの接合体は細長矩形であり、前記ゲートリードの接合体は前記ソースリードの矩形開口内に位置することを特徴とする。
【考案の効果】
【０００８】  本考案は、金属ナノ粒子を接合材に使用し、縦型ＦＥＴの放熱板へのマウント、リードのＦＥＴへの接合と放熱板への接合を同時に行うことを目的としたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本考案のリードフレームを示す図
【図２】縦型ＦＥＴの外観図（Ａ）（Ｂ）
【図３】本考案のリードフレームを縦型ＦＥＴと放熱板に接合した図
【図４】本考案のリードフレームを使用した組立の一例を示す図
【図５】本考案のリードフレームを使用した組立の一例を示す図
【図６】樹脂封止型ＦＥＴの図
【図７】本考案を実施するリードフレームを示す図
【図８】従来のリードフレームを示す図
【図９】従来の樹脂封止型半導体デバイス
【考案を実施するための形態】
【００１０】  以下本考案の実施形態について図を用いて説明する。
【実施例】
【００１１】  図１は本考案のリードフレーム１を示す。リードフレーム１の構造として、ソースリード２、ドレインリード３、ゲートリード４がタイバー５で連結保持される。ソースリード２は適度な長さ延在した後、半導体チップのサイズに近づけるために適度に曲げられ、下方に折曲して接合体１０が取り付けられる。ゲートリード４の接合体１１はソースリードの接合体１０の中心付近に来るようにリードの延在、曲げ、折曲が調整されなければならない。ドレインリード３の接合体９は面積の大きい放熱板（図３の１８）への接合に使用するので下方に折曲した先に取り付ければ良く、接合体９の高さ位置はソースリードの接合体１０とゲートリードの接合体１１に対して下方にその位置が決められる。ソースリードの接合体１０とゲートリードの接合体は同じ高さ位置である。なおソースリード、ドレインリード、ゲートリードの並び方は特に限定されない。【００１２】  縦型ＦＥＴの典型的な電極パターン二種類を図２に示す。矩形のゲート電極１３がソース電極１４の端に位置するか、中心に据えられるかの二種類しかない。チップ裏面はドレイン電極１５になる。従って図３に示すように、ソースリードの接合体１０とゲートリードの接合体１１が縦型ＦＥＴのソース電極とゲート電極に接合するための形状とそれらの位置関係が決まって来る。つまりソースリードの接合体１０は中心に矩形開口を有する矩形であれば良く、ゲートリードの接合体１１は細長の矩形を有し、ソースリードの矩形開口の中に来るようにすれば良い。なお図３は図２の（Ａ）に示す縦型ＦＥＴに適用した場合である。同様に図５には（Ｂ）に示す縦型ＦＥＴに対して接合の様子を示したものである。多少の形状変化はあるものの、形状と位置関係は概ね同じであれば縦型ＦＥＴへの接合は可能となる。接合材１７、１８は金属ナノ粒子を溶媒に分散させてスラリーとしたものを放熱板に薄膜形成したものである。ソースリード接合体１０とゲートリード接合体１１の裏面にも薄膜形成してあるが図示していない。なお図４の場合、ゲートリードの接合体１１は縦型ＦＥＴＦＥＴのソース電極上に来るので、接触を避けるために予めソース電極の接触領域にポリイミド樹脂などの絶縁膜を形成しておくのが安全である。金属粒子はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕなどがあるが、特に限定されない。【００１３】  本考案のリードフレームを使用した組立のイメージを図５に示す。図に示すように加熱・加圧治具１９で押圧することにより、ソースリードとゲートリードの接合体を縦型ＦＥＴの電極に接合し、同時に縦型ＦＥＴを放熱板に接合（マウント）する。また同時にドレインリードの接合体９を放熱板１６に接合するものである。金属ナノ粒子は加熱・加圧により金属粒子が互いに結合し始めて、バルク化すると言われている。この時の温度は３００℃以下と言う低温であることが特徴であるが、時間は５分から１０分を要するため組立工程のスループットは低い。本考案のソースリードとゲートリードの接合体の形状は縦型ＦＥＴとリードの接合部とマウント部の加熱・加圧の条件が大きく違わないように工夫したものであり、上述したように組立を一括で行うことによりスループットの低さをコストに反映しないように考案したものである。なおドレインリードはバネ性を利用した接合になるため、半導体への加圧条件と変わる可能性があるが、条件を近づけるべくバネ性の設計は可能である。【００１４】  リードフレーム、放熱板、縦型ＦＥＴの組立が終わった後、図６に示すように樹脂モールド２０を形成して半導体のモールドパッケージが完成する。図７には、これまで説明の便宜上ユニットとして説明してきたリードフレームを多連にしたものを示す。製造では多連のリードフレームを使用するので、所要箇所への接合材の塗布膜形成、ＭＯＳ  ＦＥＴのリード接合体への位置合せと仮止め（Ｐｉｃｋ  ＆  Ｐｌａｃｅ）、加熱・加圧用の精密な治具（装置）などについて検討が必要である。【００１２】  リードフレーム、及び放熱板の材質にはＣｕ−Ｆｅ系合金を使用するが特に限定されない。上述したようにドレインリードの放熱板への接合はバネ性を利用するので、高弾性のＣｕ−Ｓｎ系合金を使用することも出来る。本考案の効果をより有効にするためにはリードフレームと放熱板で材料を変えることも必要である。リードフレーム及び放熱板は通常金属のめっき処理を行うが、めっき金属は使用する金属ナノ粒子に合わせる必要がある。例えばＡｕナノ粒子を接合材に使用する場合、リードフレームと放熱板はめっきによりＡｕの皮膜を形成することになる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】  本考案のリードフレームを使用すると、ＳｉＣやＧａＮなどの高性能な結晶を使用したパワー半導体の低価格で高信頼なパッケージング技術が実現できるようになる。
【符号の説明】
【００１７】１          リードフレーム
２          ソースリード
３          ドレインリード
４          ゲートリード
５          タイバー
６          ソース折曲部位
７          ドレイン折曲部位
８          ゲート折曲部位
９          ドレインリードの接合体
１０        ソースリードの接合体
１１        ゲートリードの接合体
１２        縦型ＦＥＴ
１３        ゲート電極
１４        ソース電極
１５        ドレイン電極
１６        放熱板
１７、１８  金属ナノ粒子接合材
１９        加圧・加熱治具
２０        モールド樹脂
２１        リード
２２        ボンディングワイヤ
２３        半導体
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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