(57)【要約】【課題】  小信号用リードおよびパワー信号用リードを含む複数のリードを有するリードフレームにおいて、基板と接続された際の、基板とリードフレームとの線膨張係数差に起因する基板の反りを抑制可能なリードフレームを提供する。【解決手段】  複数のリード２，３と複数のリード２，３を支持する外枠４とを備え、複数のリード２，３は、複数のリード２，３の長手方向に対して垂直方向に延在するタイバー５により連結されており、複数のリード２，３は、小信号用リード２およびパワー信号用リード３を含み、パワー信号用リード３は、タイバー５の延在する方向である幅方向の長さが、小信号用リード２の前記幅方向の長さよりも長く、タイバー５は、パワー信号用リード３に直接連結している領域において屈曲部Ｓを備えていることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリードと前記複数のリードを支持する外枠とを備え、
前記複数のリードは、前記複数のリードの長手方向に対して垂直方向に延在するタイバーにより連結されており、
前記複数のリードは、小信号用リードおよびパワー信号用リードを含み、
前記パワー信号用リードは、前記タイバーの延在する方向である幅方向の長さが、前記小信号用リードの前記幅方向の長さよりも長く、
前記タイバーは、前記パワー信号用リードに直接連結している領域において屈曲部を備えていることを特徴とするリードフレーム。
【請求項２】
前記屈曲部は、クランク形状であることを特徴とする、請求項１記載のリードフレーム。
【請求項３】
前記屈曲部は、前記リードフレームの前記外枠方向に突出した構造であることを特徴とする、請求項１または２記載のリードフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、リードフレームに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュール製造工程においては、半導体が固着されるダイパッドと複数のリード端子とが一体に形成されたリードフレームが用いられ、リードフレームに組み込まれた半導体素子は、エポキシ樹脂等の封止樹脂を用いて封止される。この封止工程において、封止樹脂の硬化収縮や、封止樹脂とリードフレームとの熱膨張係数の違いによって、リードフレームに反りが生じたり、残留応力が発生したりすることが知られている。リードフレームには、複数のリード端子間を連結するタイバーが設けられており、前記タイバーは封止工程の後に切断されるが、このような反りや残留応力の発生によって、タイバー切断位置にズレが生じることがある。そこで、タイバー切断時のズレを防止することを目的として、リード端子連結部を、クランク形状をした支持片でリードフレーム外枠と接続させる旨が開示されている。なお、リード端子連結部自体にガイド孔を設けることによりリード端子とガイド孔間の相対形状を維持させる旨も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２４３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、セラミック等の基板とリードフレームとを接合させた構造を有する場合、基板とリードフレームとの線膨張係数差により、はんだ付けのリフロー後の冷却時等に応力が発生し、基板が反ってしまうという課題が発生した。特に、パワー半導体モジュールの分野では、小信号用リードとパワー信号用リードとを備えており、前記パワー信号用リードは大電流が流れるリードであるため、平面視で前記小信号用リードよりも幅広に形成されている。前記パワー信号用リードの基板との接続部は、前記小信号用リードの基板との接続部に比べて大きくなる。そのため、パワー半導体モジュールにおいては、前記線膨張係数差から生じる応力に起因する反りが、前記パワー信号用リードに起因してより大きくなり、例えば、基板がお椀型に反ってしまう場合もある。前記応力に対して、前記特許文献１記載の技術は、小型サイズのＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等のリードフレームを前提とするものであり、パワー半導体モジュールのリードフレームにおいては、十分な効果が得られないものであった。
【０００５】
そこで、本発明は、小信号用リードおよびパワー信号用リードを含む複数のリードを有するリードフレームにおいて、基板と接続された際の、基板とリードフレームとの線膨張係数差に起因する基板の反り、特に、反りの原因となるパワー信号用リードに起因する基板の反りを抑制可能なリードフレーム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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のリードフレームは、複数のリードと前記複数のリードを支持する外枠とを備え、前記複数のリードは、前記複数のリードの長手方向に対して垂直方向に延在するタイバーにより連結されており、前記複数のリードは、小信号用リードおよびパワー信号用リードを含み、前記パワー信号用リードは、前記タイバーの延在する方向である幅方向の長さが、前記小信号用リードの前記幅方向の長さよりも長く、前記タイバーは、前記パワー信号用リードに直接連結している領域において屈曲部を備えていることを特徴とする。前記の構成とすることによって、基板と接続された際の、基板とリードフレームとの線膨張係数差に起因する基板の反りを抑制することができる。
【０００７】
本発明のリードフレームにおいては、前記屈曲部は、クランク形状であることが好ましい。前記屈曲部がクランク形状であると、前記屈曲部を形成する前記タイバーの距離を長くすることができ、より応力の緩和を図ることができる。
【０００８】
本発明のリードフレームにおいては、前記屈曲部は、前記リードフレームの前記外枠方向に突出した構造であることが好ましい。このような構造とすることで、前記タイバーをモールド寸法ギリギリに設けることができ、リードの配置の高精度化、および、リードフレーム打ち抜き時の樹脂クズの減少が可能となる。したがって、歩留まりおよび製造コストの点で好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のリードフレームによれば、前記パワー信号用リードに直接連結している領域において前記タイバーに設けられた屈曲部が、応力緩和構造となる。そのため、基板と接続された際の基板とリードフレームとの線膨張係数差に起因する応力を緩和することができ、基板反りを抑制することができる。
【００１０】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態のリードフレームの平面図である。
【図２】図２は、基板（銅張セラミック基板）上に第１の実施形態のリードフレームを配置した状態の上面図である。
【図３】図３は、パワー半導体素子、電子部品を実装した状態のパワー半導体モジュールの構造の一例を示す上面図である。
【図４】図４は、はんだ付けの接続エリアＰを示す説明図である。
【図５】図５は、第１の実施形態のリードフレームを用いたパワー半導体モジュールの一例を示す上面図である。
【図６】図６は、リードフレームにおけるタイバーの屈曲部付近の拡大図であり、屈曲部の形状のバリエーションを説明する図である。
【図７】図７は、リードフレームにおけるタイバーの屈曲部付近の拡大図であり、屈曲部の突出方向のバリエーションを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定および制限されない。なお、以下で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせた可能であることは言うまでもない。第２の実施形態以降では、第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。とくに、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のリードフレームの平面図である。このリードフレーム１は、パワー半導体モジュール用のリードフレームであり、例えば、厚さ０．５ｍｍ以上０．６４ｍｍ以下の金属板を、パンチング加工あるいはエッチング加工等を行うことによって作製される。金属板の材料としては、鉄・ニッケル合金、コバール（Ｋｏｖａｒ）合金、銅合金等を用いることができる。
【００１４】
リードフレーム１は、小信号用リード２およびパワー信号用リード３を含んでいる。小信号用リード２およびパワー信号用リード３は、外枠４によって支持されている。そして、小信号用リード２およびパワー信号用リード３は、さらに、タイバー５によって連結され、支持されている。タイバー５は、小信号用リード２およびパワー信号用リード３の長手方向（外枠から中心方向に向かう方向）に対して垂直方向に延在して、隣接する前記各リード同士を連結している。パワー信号用リード３は、小信号用リード２よりも平面視で幅広である。すなわち、パワー信号用リード３は、タイバー５の延在する方向である幅方向の長さが、小信号用リード２の幅方向の長さよりも長い。そして、タイバー５は、パワー信号用リード３に直接連結している領域において屈曲部Ｓを備えている。ここで、「パワー信号用リード３に直接連結している領域」とは、パワー信号用リード３に連結しているタイバー５において、このパワー信号用リード３と、このパワー信号用リード３に隣接する他のリード（小信号用リード２または他のパワー信号用リード３）や吊りリード４’との間の領域をいう。
【００１５】
図２は、基板６（銅張セラミック基板）上にリードフレーム１を配置した状態の上面図である。また、図３に、パワー半導体素子７ａ、７ｂ、電子部品８ａ、８ｂを基板６にリードフレーム１とともに実装した状態のパワー半導体モジュールの構造の一例を示す。パワー半導体モジュールは、基板６に、リードフレーム１、パワー半導体素子７ａ、７ｂ、電子部品８ａ、８ｂを実装し、樹脂で一体的にモールドして製造される。本実施形態においては、パワー半導体素子７ａはダイオード、パワー半導体素子７ｂはＦＥＴである。なお、図３において、二点鎖線はモールド樹脂によるパッケージの境界線を示している。基板６としては、例えば、銅張セラミック基板を用いることができる。銅張セラミック基板は、セラミックの絶縁性基板上に銅の電極が形成されているものである。図２に示すように、本実施形態においては、基板６はリードフレーム１の中央部に配置されている。リードフレーム１のパワー信号用リード３は、基板６の前記電極とはんだ付けで接続されている。
【００１６】
図４に、はんだ付けの接続エリアＰを示す。図４において、斜線を付した部分がはんだ付けの接続エリアＰである。パワー半導体モジュールにおいて、パワー信号用リード３は、大電流を流すために幅広である必要があり、接続されるはんだ付けエリアＰも小型サイズのＱＦＰ等と比較すると非常に大きいエリアとなる。パワー信号用リード３の幅は、流れる電流値を考慮して設計されるが、例えば、３ｍｍ以上５ｍｍ以内といった範囲となる。
【００１７】
図３を参照して、パワー半導体モジュールにおいて、リードフレーム１の小信号用リード２は、基板６の前記電極とワイヤボンディングされて接続されている。小信号用リード２は、リードフレーム１の厚みと同程度の幅とすることが多い。また、小信号用リード２と基板６との接続はワイヤボンディングであるため、小信号用リード２部分は、基板６とリードフレーム１との線膨張係数差から生じる応力の影響は受けにくい。したがって、はんだ付けのリフロー後の冷却時に、基板６とリードフレーム１との線膨張係数差から生じる応力の影響は、小信号用リード２部分とパワー信号用リード３部分とで異なることとなる。
【００１８】
本発明においては、タイバー５は、パワー信号用リード３に直接連結している領域において屈曲部Ｓを備えている。屈曲部Ｓは応力緩和構造であり、本実施形態において、屈曲部Ｓの形状は、クランク形状である。このように、基板６に接続しているパワー信号用リード３をつなぐタイバー５に屈曲部Ｓを設けることにより、屈曲形状が変形して、反り応力を屈曲部Ｓで吸収することができる。その結果、リードフレーム１全体が縮まろうとする応力が、基板６に伝わることを抑制し、基板６の反りを低減する効果がある。
【００１９】
屈曲部Ｓは、図１に示すような単一のクランク形状に限定されず、一箇所に複数の屈曲を形成してもよい。また、本発明においては、屈曲部Ｓは、パワー信号用リード３に直接連結している領域のタイバー５に設けられているが、それ以外の部分に設けてもよい。例えば、屈曲部Ｓを、小信号用リード２に直接連結している領域のタイバー５に設けてもよい。また、屈曲部Ｓを、全てのパワー信号用リード３に直接連結している領域のタイバー５に設けてもよいし、一部のパワー信号用リード３に直接連結している領域のタイバー５に設けてもよい。
【００２０】
なお、図５は、リードフレーム１を用いたパワー半導体モジュールの一例（パワー半導体モジュール１０）を示す上面図である。本発明のリードフレーム１を用いたパワー半導体モジュール１０は、図３に示す状態となるように部材が実装された後に、型枠中でタイバー５の内側の領域をエポキシ樹脂等の封止樹脂９を用いてモールドし、その後、図３中の二点鎖線の位置で樹脂を打ち抜くとともに、リードフレーム１の外枠４およびタイバー５が切り離されて、図５に示すように製造される。
【００２１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、タイバー５のパワー信号用リード３に直接連結している領域に設けられる屈曲部Ｓの形状を変更した他は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００２２】
図６は、リードフレーム１におけるタイバー５の屈曲部Ｓ付近の拡大図であり、屈曲部Ｓの形状のバリエーションを示している。図６（ａ）は、第１の実施形態におけるクランク形状の屈曲部Ｓ付近の拡大図である。図６（ｂ）の屈曲部Ｓ１の形状は、三角形状である。図６（ｃ）の屈曲部Ｓ２の形状は、角を形成せず曲線状となっている。
【００２３】
屈曲部Ｓがクランク形状であると、屈曲部Ｓを形成する前記タイバーの距離を長くすることができる。屈曲部Ｓを形成する前記タイバーの距離が長いと、より大きい変形に対応することができるため、より応力の緩和を図ることができる。クランク形状は、図６（ａ）に示すような角が直角であるものである必要はない。また、角が丸みを帯びている形状であってもよい。
【００２４】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、タイバー５のパワー信号用リード３に直接連結している領域に設けられる屈曲部Ｓの突出方向を変更した他は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００２５】
図７は、リードフレーム１における屈曲部Ｓ付近の拡大図であり、屈曲部Ｓの突出方向のバリエーションを示している。図７（ａ）は、第１の実施形態におけるクランク形状の屈曲部Ｓ付近の拡大図であり、屈曲部Ｓは、リードフレーム１の外枠４方向に突出した構造である。図７（ｂ）の屈曲部Ｓ３は、クランク形状である点は第１の実施形態と同様であるが、屈曲部Ｓ３の突出方向がリードフレーム１の外枠４方向とは反対側の方向、すなわち、基板６の方向に突出している。
【００２６】
前記屈曲部は、リードフレーム１の外枠４方向に突出した構造であることが好ましい。前述のとおり、パワー半導体モジュールは、封止樹脂でモールドした後に打ち抜いて製造される。タイバー５の位置は、モジュールにおける各リードの配置を高精度に制御するために、モールド寸法ギリギリに設けることが好ましい。前記屈曲部が内側に突出して形成されている場合（図７（ｂ））、打ち抜きの位置は屈曲部Ｓ３の内側とする必要があるので、屈曲部Ｓ３以外のタイバー５は、モールド後の打ち抜き位置から離れて設けられることとなる。一方、前記屈曲部が外側（リードフレーム１の外枠４方向）に突出して形成されている場合（図７（ａ））、屈曲部Ｓ以外のタイバー５は、モールド後の打ち抜き位置に近接して設けることができるので好ましい。さらに、前記屈曲部が外側に突出した構造とすることで、リードフレーム打ち抜き時の樹脂クズの減少も可能となる。したがって、歩留まりおよび製造コストの点で好ましい。
【００２７】
なお、本実施形態においては、クランク形状の屈曲部Ｓの突出方向について説明したが、これは例示であり、前述の三角形状の屈曲部Ｓ１、曲線状の屈曲部Ｓ２についても同様である。
【符号の説明】
【００２８】
１    リードフレーム
２    小信号用リード
３    パワー信号用リード
４    外枠
４’    吊りリード
５    タイバー
６    基板
７ａ、７ｂ    パワー半導体素子
８ａ、８ｂ    電子部品
９    封止樹脂
１０    パワー半導体モジュール
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３    屈曲部
Ｐ    接続エリア
【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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