(57)【要約】【課題】リードフレームでの放熱性を向上させ、小型化した半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明の半導体モジュールは、リードフレームにパワー半導体素子と制御半導体素子を搭載する樹脂封止型半導体モジュールで、パワー半導体素子のダイパッドを分離するリード帯体を備えるものである。また、ハイサイド側パワー半導体素子を搭載するダイパッドの周囲を囲んでいるリード帯体Ａと、ローサイド側パワー半導体素子を搭載するダイパッドの側部を一線的に分けているリード帯体Ｂとを備えるものである。また、リード帯体は、外部端子に連結され、モールド樹脂のネジ止部近傍に備えられているものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームにパワー半導体素子と制御半導体素子を搭載する樹脂封止型半導体モジュールにおいて、前記パワー半導体素子のダイパッドを分離するリード帯体を備えることを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記リード帯体は、ハイサイド側パワー半導体素子を搭載するダイパッドの周囲を囲んでいるリード帯体Ａと、ローサイド側パワー半導体素子を搭載するダイパッドの側部を一線的に分けているリード帯体Ｂとリード帯体Ｃを備え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】
前記リード帯体は、外部端子に連結されていることを特徴とする請求項1乃至請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記リード帯体は、モールド樹脂のネジ止部近傍に備えられていることを特徴とする請求項1乃至請求項３に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールに関し、特にリードフレーム上に複数の半導体素子を搭載し、樹脂封止した半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体素子が使用される際には、リードフレームのダイパッド上に半導体素子が搭載され、絶縁性の高いモールド樹脂材料で樹脂封止された構成の半導体モジュールとされる場合が多い。こうした半導体モジュールにおいては、例えば単純なスイッチング動作だけでなく、安全性等が考慮されたより複雑な動作をするＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）とされる場合も多い。ＩＰＭにおいては、スイッチング素子（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ等）が構成されたパワー半導体素子と、このスイッチング素子を制御するためＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の制御半導体素子とが同時に用いられ、これらを樹脂封止し、インバータなどの電力変換装置に使用されている。
【０００３】
この場合には、リードフレームとこれらの半導体素子を用いてＩＰＭ中の電気回路が構成され、リードフレームはこれらの半導体素子の支持基板となるだけでなく、この電気回路における配線も構成する。このため、この半導体モジュールの構成においては、パターニングされたリードフレームのダイパッド上に各半導体素子が搭載される。また、ダイパッド周囲に複数のリードが設けられ、モールド層から突出した構成になっている。この突出した部分は、この半導体モジュールにおける入出力端子とされる。リードフレームは配線の一部となるため、伝導度の高い銅や銅合金で構成される。
【０００４】
また、特にスイッチング素子が構成された半導体素子には大電流が流され、電磁ノイズの影響を受けやすいため、耐ノイズ性が高いことも要求される。こうした構成の半導体モジュールの構成については、主回路ブロックと制御回路ブロックとを分離する直線状の分離帯上に帯状の導体領域にリードフレームを配設すること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５）これにより、主回路で発生する電磁ノイズから制御回路の誤動作を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３３７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、複数の半導体素子を搭載する半導体モジュールでは、各素子から発生する電磁ノイズの他に、発熱の影響を最小限に抑えることが必要である。
【０００７】
しかしながら、従来技術は、主回路ブロックと制御回路ブロックとを分離する構成であるが、主回路で発生する熱の逃げ場所がないので、リードフレームの放熱性に懸念があるという課題がある。
また、リードフレームを直線状で分けているため、パッケージが大きくなるという課題がある。
【０００８】
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、リードフレームでの放熱性を向上させ、パッケージを小型化させた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】
【０００９】
上述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。
本発明の半導体モジュールは、リードフレームにパワー半導体素子と制御半導体素子を搭載する樹脂封止型半導体モジュールで、パワー半導体素子のダイパッドを分離するリード帯体を備えるものである。
また、ハイサイド側パワー半導体素子を搭載するダイパッドの周囲を囲んでいるリード帯体Ａと、ローサイド側パワー半導体素子を搭載するダイパッドの側部を一線的に分けているリード帯体Ｂとリード帯体Ｃを備えるものである。
また、リード帯体は、外部端子に連結され、モールド樹脂のネジ止部近傍に備えられているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、ダイパッドを分離するリード帯体を備え、発熱源を隔離しているので、リードフレームでの放熱性を向上させた半導体モジュールを提供することができる効果を奏する。
また、ハイサイド側パワー素子を搭載するダイパッドの周囲を囲んでいるので、不必要に大きな面積が必要無く、小型化された半導体モジュール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】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係るリードフレームの平面図である。
【図２】本発明の実施例１に係るリードフレーム組立体の平面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体モジュールの透視平面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る半導体モジュールの透視平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例１に係るリードフレームと半導体モジュールを説明する。図１は、本発明の実施例１に係るリードフレームの平面図である。
【００１４】
図１に示すように、リードフレーム１は、ダイパッド２、３、４と内部リード５、支持リード６、外部リード７、タイバー８、フレーム枠９、リード帯体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃとで構成されている。半導体に用いられるリードフレーム１は、一般的に、平板状の金属板からプレス加工によって製造される。例えば、リードフレーム１は、銅または銅合金で０．４ｍｍの板厚が使用できる。ここでは、後述する半導体モジュールひとつ分のパターンを表している。実際のリードフレームとしては、このパターンが複数個連結されている。
【００１５】
ダイパッド２、３、４は、半導体素子等を搭載するための面積を有している。ダイパッド２は、ローサイド用ダイパッドである。ダイパッド３は、ハイサイド用ダイパッドである。ダイパッド４は、制御用ダイパッドである。
【００１６】
内部リード５は、一方の端部を有し、ワイヤボンディング部として使用する。もう一方の端部はタイバー８へ連結している。
【００１７】
支持リード６は、一方の端部をそれぞれのダイパッド２、３、４へ連結しており、もう一方の端部はタイバー８へ連結している。これによって、各ダイパッドを支えている。
【００１８】
外部リード７は、一方の端部はタイバー８を介して、内部リード５と支持リード６に連結されている。もう一方の端部はフレーム枠に連結されている。この部位は半導体モジュールの外部端子となる。
【００１９】
タイバー８は、内部リード５、支持リード６と外部リード７を連結保持しており、フレーム枠９に連結している。これにより機械的に固定されている。
【００２０】
フレーム枠９は、リードフレーム１の外周部に位置し、タイバー８と共にリードフレーム１のパターンを囲って連結保持している。
【００２１】
リード帯体１０Ａは、ダイパッド３の外周を囲うようにして、タイバー８に連結され、外部リード７を通りフレーム枠９に連結されている。囲っているので、タイバー８と外部リード７には２箇所連結されている。これによりハイサイド側ダイパッドを独立させている。
【００２２】
リード帯体１０Ｂは、ダイパッド２の間の間隔を貫通して、図中上下のタイバー８に連結され、外部リード７を通りフレーム枠９に連結されている。
【００２３】
リード帯体１０Ｃは、ダイパッド２の外側（図中右側）を貫通して、図中上下のタイバー８に連結され、外部リード７を通りフレーム枠９に連結されている。
【００２４】
ローサイド側のダイパッドは個々の面積が小さく、分割されているので、リード帯体を複数備えている。
【００２５】
リード帯体１０Ｂとリード帯体１０Ｃは略平行になっており、ローサイド側ダイパッドを独立させているので、機械的、熱的に接続させている。
【００２６】
ここでは、リード帯体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの幅は、樹脂充填時のリードフレームパターンの変位防止のために、ダイパッド間の１／３以上が望ましい。例えば、間隔１．０ｍｍの場合、３．５ｍｍとすることができる。また、リードフレームをプレス加工で製造する場合には、加工製造上、捻じれ防止のために、リードフレーム１の板厚以上とすることが望ましい。例えば、板厚０．４ｍｍの場合、０．６ｍｍとすることができる。０．４ｍｍから０．８ｍｍに中で選択してもよい。
【００２７】
図２は、本発明の実施例１に係るリードフレーム組立体の平面図である。図２に示すように、リードフレーム組立体１１は、パワー半導体素子１２をダイパッド２に、パワー半導体素子１３をダイパッド３に、制御半導体素子１４をダイパッド４にはんだ付け等（図示せず）で搭載している。その後、各半導体素子の表面電極と内部リード５の一方の端部とをワイヤボンディング装置により、金細線等のワイヤ（図示せず）で配線し、電気的に接続している。
【００２８】
パワー半導体素子１２は、ローサイド側ＭＯＳで外形寸法は１．８ｍｍＸ３．０ｍｍである。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）である。３つの素子がそれぞれ独立したダイパッド２に搭載されている。
【００２９】
同様に、パワー半導体素子１３は、ハイサイド側ＭＯＳで外形寸法は１．８ｍｍＸ３．０ｍｍである。３つの素子が共通したダイパッド３に搭載されている。
【００３０】
制御半導体素子１４は、ＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）で外形寸法は３．７ｍｍＸ２．５ｍｍと２．７ｍｍＸ２．２ｍｍである。２つのローサイド側とハイサイド側に分かれている。
【００３１】
その後、トランスファーモールド装置によって、樹脂封止し、モールド樹脂１５が形成される。樹脂封止はパワー半導体素子１２、１３と制御半導体素子１４が搭載されたダイパッド２、３、４と、内部リード５、リード帯体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを覆うように樹脂封止し、外部リード７、タイバー８、フレーム枠９はモールド樹脂１５の外に出ている。例えば、モールド樹脂１５は、熱硬化性エポキシ樹脂が使用できる。
【００３２】
続いて、リードフレーム１の保持部であり、不要な部位であるタイバー８とフレーム枠９をカット切断除去する。ここでは矩形状のモールド樹脂１５から外部リード７が突出している。この外部リード７は、電気的な入出力の外部端子として使用され、基板実装に適した形状にリードフォーミングされる。（図示省略）
【００３３】
以上により、図３に示す半導体モジュール２１が完成する。図３では、説明のために、リード帯体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃをクロスハッチし、モールド樹脂１５の内部を透視した状態としている。
【００３４】
次に、上述の実施例１に係る半導体モジュール２１の効果を説明する。
【００３５】
半導体モジュールは動作（通電）により、パワー半導体素子が交互に発熱する。ダイパッドは熱によりひずみ応力が発生し、制御半導体素子の搭載されたダイパッドへの応力影響がでる。特に動作後のモールド樹脂冷却時の樹脂収縮が大きい。
【００３６】
本発明の実施例１に係るリードフレーム１は、ハイサイド側パワー半導体素子１３を搭載するダイパッド３の周囲を囲んでいるリード帯体１０Ａと、ローサイド側パワー半導体素子１２を搭載するダイパッド２の側部を一線的に分けているリード帯体１０Ｂ、１０Ｃとを備えている。これにより、半導体モジュールにおいて、パワー半導体素子が発熱する際に、このリード帯体でダイパッドが隔離されているので、他の半導体素子への伝熱が遮断される。また、このリード帯体が外部リードへ連結されているので、受熱した熱を伝熱し、モールド樹脂の外部へ放熱させることが可能である。
【００３７】
本発明の実施例１に係る半導体モジュールは、パワー半導体素子を搭載するリードフレームのダイパッドをハイサイド側とローサイド側に独立させているリード帯体を備えている。これにより、半導体モジュール２１において、独立した放熱、断熱ができるので、動作時における発熱の影響を抑制しながら、パッケージを小型化することが可能である。
【００３８】
また、パワー半導体素子をリード帯体１０Ａで囲いまたは、分割しているので、電磁ノイズによる影響を抑制するこができる。特にハイサイド側半導体素子は、電磁ノイズの影響を受けやすので、有効である。
【００３９】
また、リード帯体１０Ｂ、１０Ｃは外部リード７に繋がり、ＧＮＤ端子（アース端子）としている。この外部リード７がパッケージ（モールド樹脂１５）の両側に突出しているので、実装回路設計時に配線設計がおこない易く、使い勝手がよくなる。
【００４０】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
【００４１】
上述の例では、パワー半導体素子と制御半導体素子を直線的な配置としたが、略一平面に配置してもよい。例えば、実施例２として、図４に示すような半導体モジュール３１とすることができる。半導体素子を入り組むように配置すれば、リードフレームのパターンを面積的に縮小することができる。これにより、直線状に分かれて半導体素子を配置していないので、レイアウト設計に余裕がでる。よって、パッケージのさらなる小型化が可能である。図４では、説明のために、リード帯体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃをクロスハッチし、モールド樹脂１５の内部を透視した状態としている。
【００４２】
また、ここでは、その他搭載部品として、保護半導体素子１８のダイオード（１．２ｍｍＸ１．２ｍｍ）が搭載されている。ここでは、ワイヤ１６を使用しており、金細線で直径３５ミクロンミリが使用されている。
【００４３】
また、リード帯体１０Ａの図中左側と、リード帯体１０Ｃの図中右側は、モールド樹脂１５のパッケージのネジ止め部１７近傍に備えている。これにより、パワー半導体素子との間に近接しているので、常温時にネジ止め時され固定された樹脂が発熱による熱膨張の応力（動作時に温度サイクル）の影響を緩和することが可能である。
【００４４】
また、ハイサイド側のリード帯体１０Ａはダイパッド３を囲うようにパッケージの片側の外部リードに連結したが、パターンレイアウトによっては、もう片側のパッケージ側部へ導出してもよい。これにより、実装回路の短絡の使い勝手がよくなる。
【符号の説明】
【００４５】
１、リードフレーム
２、ダイパッド（ローサイド用ダイパッド）
３、ダイパッド（ハイサイド用ダイパッド）
４、ダイパッド（制御用ダイパッド）
５、内部リード
６、支持リード
７、外部リード
８、タイバー
９、フレーム枠
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、リード帯体
１１、リードフレーム組立体
１２、パワー半導体素子（ローサイド）
１３、パワー半導体素子（ハイサイド）
１４、制御用半導体素子
１５、モールド樹脂
１６、ワイヤ
１７、ネジ止め部
１８、保護半導体素子（ダイオード）
２１、３１、半導体モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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