(57)【要約】【課題】  パワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を低減させて、パワー半導体素子と封止樹脂との間、あるいは、リードと封止樹脂との間、あるいは、パワー半導体素子とリードとの間に存在するはんだと封止樹脂との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供する。【解決手段】  複数のリード１６ａ〜１６ｈと、複数のリードの少なくとも１つに実装されたパワー半導体素子１８ａ、１８ｂとを備え、複数のリードの一部およびパワー半導体素子が樹脂封止されたパワー半導体モジュール１０であって、パワー半導体素子は矩形状であり、パワー半導体素子が実装されたリード１６ａ、１６ｂのパワー半導体素子実装部とパワー半導体素子とは、パワー半導体素子の角部において重なっておらず、前記重なっていない部分は、パワー半導体素子の角部からの長さが、パワー半導体素子の長辺の長さの５％以上の長さであることを特徴とする。【選択図】  図２
2017112153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリードと、前記複数のリードの少なくとも１つに実装されたパワー半導体素子とを備え、前記複数のリードの一部および前記パワー半導体素子が樹脂封止されたパワー半導体モジュールであって、
前記パワー半導体素子は矩形状であり、
前記パワー半導体素子が実装されたリードのパワー半導体素子実装部と前記パワー半導体素子とは、前記パワー半導体素子の角部において重なっておらず、
前記重なっていない部分は、前記パワー半導体素子の角部からの長さが、前記パワー半導体素子の長辺の長さの５％以上の長さであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記パワー半導体素子が実装されたリードの前記パワー半導体素子実装部は、前記リードが外部接続端子になる方向を除く各辺において、前記パワー半導体素子の端部より内側領域に存在するように形成されている、請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記パワー半導体素子実装部は、前記リードが外部接続端子になる方向を除く各辺において、前記パワー半導体素子の端部から０．５ｍｍ以上内側領域に存在するように形成されている、請求項２記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記パワー半導体素子を複数備え、
前記複数のパワー半導体素子の少なくとも２つが、同一のリードのパワー半導体素子実装部に実装され、
前記実装された各パワー半導体素子の角部同士が対向する部分において、リードに切り欠き部が設けられている、請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記パワー半導体素子が実装されたリードは、前記パワー半導体素子の角部において貫通孔を有している、請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
パワー半導体素子制御用回路の機能を有した樹脂基板を内蔵する、請求項１から５のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
金属基板を含み、前記金属基板の一部が前記樹脂封止の外面に露出している、請求項１から５のいずれか一項に記載のパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー半導体モジュールに関し、特に樹脂封止されたパワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュールは、半導体が固着されるダイパッドと複数のリードとが一体に形成されたリードフレームを用い、リードフレームに実装された半導体素子を、エポキシ樹脂等の封止樹脂で封止して製造される（例えば、特許文献１参照）。パワー半導体素子（電力用素子）を搭載したパワー半導体モジュールにおいては、素子面積が比較的大きいため、前記パワー半導体素子と前記リードとの材料の線膨張係数差によって、温度サイクルが加わった場合に、前記パワー半導体素子と前記リードとの接合部に大きな応力が発生する。そして、前記応力によって、前記パワー半導体素子と前記リードとの接合が破壊したり、前記パワー半導体素子と前記封止樹脂、あるいは、前記リードと前記封止樹脂との間に剥離が生じる場合がある。この剥離は、パワー半導体モジュールの信頼性に問題を起こす原因となる。そこで、前記リードと前記パワー半導体素子との接着界面に凹凸を形成することにより、接着界面の面積を増大させて接着をより強固なものとし、前記接着界面に熱応力が生じても剥離しにくくする技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４２９９２１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０３８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記の技術によると、前記接着界面での接着信頼性は向上されるが、前記リードと前記パワー半導体素子との線膨張係数差により発生する応力自体は緩和されていない。そのため、この応力の影響で、パワー半導体素子と封止樹脂との間、あるいは、リードと封止樹脂との間、あるいはパワー半導体素子とリードとの間に存在するはんだと封止樹脂との間に剥離が発生するおそれがある。このように前記の技術によっても、パワー半導体モジュールの信頼性の問題に対しては、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、パワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を低減させて、パワー半導体素子と封止樹脂との間、あるいは、リードと封止樹脂との間、あるいは、パワー半導体素子とリードとの間に存在するはんだと封止樹脂との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のパワー半導体モジュールは、複数のリードと、前記複数のリードの少なくとも１つに実装されたパワー半導体素子とを備え、前記複数のリードの一部および前記パワー半導体素子が樹脂封止されたパワー半導体モジュールであって、前記パワー半導体素子は矩形状であり、前記パワー半導体素子が実装されたリードのパワー半導体素子実装部と前記パワー半導体素子とは、前記パワー半導体素子の角部において重なっておらず、前記重なっていない部分は、前記パワー半導体素子の角部からの長さが、前記パワー半導体素子の長辺の長さの５％以上の長さであることを特徴とする。前記の構成とすることによって、パワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力が大幅に低減でき、パワー半導体素子と封止樹脂との間、あるいは、リードと封止樹脂との間、あるいは、パワー半導体素子とリードとの間に存在するはんだと封止樹脂との間の剥離を抑制することができ、信頼性の高いパワー半導体モジュールを実現できる。
【０００７】
本発明のパワー半導体モジュールにおいて、前記パワー半導体素子が実装されたリードの前記パワー半導体素子実装部は、前記リードが外部接続端子になる方向を除く各辺において、前記パワー半導体素子の端部より内側領域に存在するように形成されていることが好ましい。このような構造とすると、前記重なっていない部分をわずかに小さくすることでも、パワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を効果的に抑制することができる点で好ましい。
【０００８】
前記の構造において、前記パワー半導体素子実装部は、前記リードが外部接続端子になる方向を除く各辺において、前記パワー半導体素子の端部から０．５ｍｍ以上内側領域に存在するように形成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明のパワー半導体モジュールにおいて、前記パワー半導体素子を複数備え、前記複数のパワー半導体素子の少なくとも２つが、同一のリードのパワー半導体素子実装部に実装され、前記実装された各パワー半導体素子の角部同士が対向する部分において、リードに切り欠き部が設けられていることが好ましい。このような構造とすると、複数個のパワー半導体素子を同じリード上に実装する際にも、前記と同様な応力低減効果を得ることができる。
【００１０】
本発明のパワー半導体モジュールにおいて、前記パワー半導体素子が実装されたリードは、前記パワー半導体素子の角部において貫通孔を有していることが好ましい。リードに貫通孔を設けると、前記パワー半導体素子を実装する部分のリードを大きくすることができるので、前記パワー半導体素子を実装する工程において、位置ずれ許容度が上がり組立がしやすくなり、また、前記パワー半導体素子を実装する部分のリードが大きいことで、例えば、前記リードの金属基板との接触面積が増大し伝熱能力が向上するので、放熱能力を向上させたパワー半導体モジュールを実現できる。
【００１１】
本発明のパワー半導体モジュールにおいて、パワー半導体素子制御用回路の機能を有した樹脂基板を内蔵することが好ましい。前記の樹脂基板を内蔵することで、高機能なパワー半導体モジュール構造が実現できる。
【００１２】
本発明のパワー半導体モジュールにおいて、金属基板を含み、前記金属基板の一部が前記樹脂封止の外面に露出していることが好ましい。前記の構造とすることで、パワー半導体素子の発熱を外部に効率よく放熱できる構造が実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のパワー半導体モジュールによれば、パワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を低減させて、パワー半導体素子と封止樹脂との間、あるいは、リードと封止樹脂との間、あるいは、パワー半導体素子とリードとの間に存在するはんだと封止樹脂との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【００１４】
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形態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】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態のパワー半導体モジュールの上面を示す上面図である。図１（Ｂ）は、前記第１の実施形態のパワー半導体モジュールの下面を示す下面図である。図１（Ｃ）は、前記第１の実施形態のパワー半導体モジュールの側面を示す側面図である。
【図２】図２（Ａ）は、前記第１の実施形態のパワー半導体モジュールの或る垂直断面を示す断面図であり、図２（Ｂ）は、前記第１の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、前記第１の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図３（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ、図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、リードのパワー半導体素子実装部の切り欠き長さＡの割合とパワー半導体素子に発生する応力との関係を示すグラフであり、図４（Ｂ）は、切り欠き長さＡを説明するための図解図である。
【図５】図５（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、本発明においてパワー半導体素子が実装されるリードの形状を示す上面図である。
【図６】図６（Ａ）は、本発明の第２の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図６（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。
【図７】図７（Ａ）は、本発明の第４の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図７（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、図７（Ａ）におけるＥ−ＥおよびＦ−Ｆの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。
【図８】図８（Ａ）は、リードのパワー半導体素子実装部の残り幅Ｂの割合とパワー半導体素子に発生する応力との関係を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、残り幅Ｂを説明するための図解図である。
【図９】図９（Ａ）は、本発明の第５の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図９（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ、図９（Ａ）におけるＧ−Ｇ、Ｈ−Ｈ、Ｉ−Ｉの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、リードのパワー半導体素子実装部の貫通孔半径Ｃの割合とパワー半導体素子に発生する応力との関係を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は、貫通孔半径Ｃを説明するための図解図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６の実施形態を説明する図である。図１１（Ａ）は比較例のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１１（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、第６の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、本発明の第７の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）におけるＫ−Ｋの垂直断面の要部を示す拡大断面図である。
【図１３】図１３（Ａ）は、本発明の第８の実施形態のパワー半導体モジュールの或る垂直断面を示す断面図である。図１３（Ｂ）は、前記第８の実施形態のパワー半導体モジュールの下面を示す下面図である。図１３（Ｃ）は、前記第８の実施形態のパワー半導体モジュールの水平断面を示す断面図である。
【図１４】図１４（Ａ）は、本発明の第９の実施形態のパワー半導体モジュールの或る垂直断面を示す断面図である。図１４（Ｂ）は、前記第９の実施形態のパワー半導体モジュールの下面を示す下面図である。図１４（Ｃ）は、前記第９の実施形態のパワー半導体モジュールの水平断面を示す断面図である。
【図１５】図１５（Ａ）は、従来のパワー半導体モジュールの一例の或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１５（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、図１５（Ａ）におけるＬ−ＬおよびＭ−Ｍの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。
【図１６】図１６（Ａ）は、従来のパワー半導体モジュールの他の例の或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）におけるＯ−Ｏの垂直断面の要部を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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が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。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１０は、矩形状のパワー半導体素子（ＦＥＴ）１８ａ、１８ｂ，制御用の集積回路２０などを組み込んで１パッケージ化した電源用パワー半導体モジュールであり、上面および下面が長方形をなす基板１２を含む。図２（Ａ）は、図２（Ｂ）におけるＡ−Ａの垂直断面を示す。なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）にはチップ部品等は描かれていないが、実際には各種の部品が搭載され、必要な配線がなされている。
【００１８】
基板１２は、その上面に絶縁膜が形成された金属製の基板であり、厳密には、薄膜状の絶縁層１２１とこれを支持する板状の金属ブロック１２２とによって形成される。絶縁層１２１の表面には、図示しない回路パターンが設けられ、パワー半導体素子１８ａ〜１８ｂ，集積回路２０などは回路パターンと電気的に接続される。Ｗ１〜Ｗ４は、ボンディングワイヤであり、例えば、アルミニウムを主な材料とする。また、基板１２の側面および上面は封止樹脂２６によって封止される一方、基板１２の下面（厳密には金属ブロック１２２の下面）は外部に露出する。パワー半導体モジュール１０で発生した熱は、このような基板１２を経て外部に放出される。
【００１９】
なお、この実施形態では、基板１２の上面または下面が描く長方形の長辺および短辺に沿ってＸ軸およびＹ軸がそれぞれ割り当てられ、基板１２の上面または下面に直交する方向にＺ軸が割り当てられる。
【００２０】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）から分かるように、基板１２の上面には、銅を材料とする電極パッド１４ａ〜１４ｈが設けられる。電極パッド１４ａ〜１４ｈの各々の上面または下面は、長方形をなす。電極パッド１４ａ〜１４ｈのいずれについても、上面はＺ軸方向の正側を向き、長方形の長辺はＸ軸に沿って延び、長方形の短辺はＹ軸に沿って延びる。
【００２１】
銅を主な材料とするリード１６ａ〜１６ｈはそれぞれ、電極パッド１４ａ〜１４ｈと電気的に接続される。より詳しく説明すると、リード１６ａ〜１６ｈの各々は、対象電極パッドと接続される一方端と封止樹脂２６の外側に突出した他方端とを有して、Ｘ軸方向に延在する。また、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に拡大して示しているように、リード１６ａは一方端の近傍でＺ軸方向に屈曲してからＸ軸方向に延び、屈曲位置よりも先の部分（一方端側）が接合部１６１ａとされる。リード１６ｂ〜１６ｈの各々についても同様である。各接合部の下面は、対象電極パッドの上面と接合するための接合面となり、はんだ２４によって対象電極パッドの上面と接合される。
【００２２】
本発明のパワー半導体モジュールにおいて、パワー半導体素子が実装されたリードのパワー半導体素子実装部と前記パワー半導体素子とは、前記パワー半導体素子の角部において重なっていない。図３（Ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュールのリード１６ａ付近の水平断面の要部を示す拡大断面図である。同図において、一点鎖線Ｄ−Ｄ部分では、パワー半導体素子１８ａが実装されるリード１６ａについて、接合部１６１ａの角部が切り欠かれており、その切り欠き部からパワー半導体素子１８ａの一部（パワー半導体素子１８ａの角部）が平面視ではみ出した構造となっている。
【００２３】
図３（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ、図３（Ａ）におけるＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。図３（Ｄ）に示すように、本実施形態においては、パワー半導体素子１８ａが実装されるリード１６ａのパワー半導体素子実装部（接合部１６１ａ）の角部に切り欠きを設けたことによって、パワー半導体素子１８ａの角部は、平面視でリード１６ａと重なっていない。前記重なっていない部分は、パワー半導体素子１８ａの角部からの長さが、パワー半導体素子１８ａの長辺の長さの５％以上の長さである。このような構造にすることで、パワー半導体素子１８ａとリードとの接合部付近に発生する応力を低減させることができ、パワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード１６ａと封止樹脂２６との間、あるいは、パワー半導体素子１８ａとリード１６ａとの間に存在するはんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュール１０を提供することができる。
【００２４】
前記重なっていない部分は、パワー半導体素子１８ａの前記角部からの長さは、より好ましくは、パワー半導体素子１８ａの長辺の長さの１０％以上２０％以下である。ここで、パワー半導体素子の長辺の長さについて、パワー半導体が正方形である場合には、この正方形の一辺の長さを長辺の長さとする。
【００２５】
図４（Ａ）は、リードのパワー半導体素子実装部の切り欠き長さＡの割合とパワー半導体素子に発生する応力との関係を示すグラフである。応力値のシミュレーション演算は、ムラタソフトウェア株式会社製の応力解析ソフト「Ｆｅｍｔｅｔ」（登録商標）で行った。パワー半導体素子１８ａは、平面視での大きさが長辺６．８５ｍｍ、短辺５．０８ｍｍの矩形状である。切り欠き長さＡは、図４（Ｂ）に示すように、パワー半導体素子１８ａの角部とリード１６ａのパワー半導体素子実装部（接合部１６１ａ）の角が重なる（同じ大きさである）ときを切り欠き長さゼロとして、切り欠きによってパワー半導体素子１８ａの内側に入り込んだ分の長さをプラス表示とした。図４（Ａ）に示すグラフにおいて、０％（切り欠き無）時の応力は２００ＭＰａ、切り欠き５％の時の応力は１９８ＭＰａ、切り欠き１０％の時の応力は１３８ＭＰａ、切り欠き１５％の時の応力は１０１ＭＰａであった。また、パワー半導体素子実装部（接合部１６１ａ）とパワー半導体素子１８ａとが略同一の大きさ（面積）である場合（Ａ≒０）からわずかに切り欠いた状態のときに、発生する応力はピークとなった。したがって、パワー半導体素子実装部（接合部１６１ａ）を、パワー半導体素子１８ａの長辺の長さの５％以上切り欠かれた状態にすることで、前記応力が低減できることがわかる。さらに、パワー半導体素子１８ａの長辺の長さの１５％以上が切り欠かれた状態では、切り欠き無しの場合と比較して前記応力をおよそ半分にすることができる。また、１５％以上の領域では、応力の切り欠きの大きさに対する変化率が小さいため、実装位置に微細なズレが生じた場合であっても、応力の変化が発生しにくいため、好ましい。切り欠きが大きくなると前記応力は低減する傾向にあるが、切り欠きが例えば２０％を超えるように大きくなりすぎるとパワー半導体素子実装部（接合部１６１ａ）の面積が小さくなりすぎるため、２０％以下とすることが好ましい。
【００２６】
ここで、比較のため、図１５に、従来の構造のパワー半導体モジュールを示す。図１５（Ａ）は、従来のパワー半導体モジュールの一例の或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１５（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、図１５（Ａ）におけるＬ−ＬおよびＭ−Ｍの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。従来の構造のパワー半導体モジュールでは、温度サイクル等によって、パワー半導体素子周囲のパワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード２Ａと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間で剥離が発生するおそれがあった。前記剥離は、図１５（Ｂ）に示す領域Ｐ内の塗りつぶし箇所において起こりやすい。図１５（Ｃ）では、図示していないが、同様にパワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード２Ａと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間で剥離が起こりやすい。例えば、チップサイズが４．０ｍｍ×２．５ｍｍのパワー半導体素子について従来の構造で実装、樹脂封止を行った後に、熱衝撃２５０ｃ／ｓ後の剥離発生を調べたところ、パワー半導体素子の基板の中心側の周囲において、剥離が発生していた。剥離発生のサンプル数は、１２０個中２９個であった。この場合の前記応力は、図４（Ａ）のグラフにおける左端部に相当し、リードに切り欠きを設けることでパワー半導体素子と重なっていない構造としたときの応力よりも大きかった。
【００２７】
本実施形態において、パワー半導体素子はシリコン系の材料、リードは銅系材料を用いたが、パワー半導体素子は化合物半導体材料であってもよく、リードは銅系材料以外の、例えば鉄系材料であってもよい。パワー半導体素子の材質とリードの材質との間に線膨張係数差がある限り、本発明の構造は有効に作用する。また、半導体素子がパワー半導体素子でなく、他の半導体素子であっても当然ながら同様の効果を得ることができる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図５（Ｂ）に、第２の実施形態において用いるリード２１６ａの形状を示す。本実施形態は、図５（Ａ）に示す形状の第１の実施形態におけるリード１６ａに代えて、リード２１６ａを用いた他は、第１の実施形態と同様である。リード２１６ａは、リード１６ａにおける角部の切り欠き形状が、円弧形状となっている。図６（Ａ）は、本実施形態のパワー半導体モジュールのリード２１６ａ付近の水平断面の要部を示す拡大断面図である。同図において、パワー半導体素子１８ａが実装されるリード２１６ａについて、接合部の角部が円弧形状に切り欠かれており、その切り欠き部からパワー半導体素子１８ａの一部がはみ出した構造となっている。
【００２９】
このような切り欠き形状の場合であっても、パワー半導体素子１８ａの角部が、平面視でリード２１６ａと重なっていないことで、第１の実施形態と同様にパワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を低減させることができる。したがって、第１の実施形態と同様に、パワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード２１６ａと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図５（Ｃ）に、第３の実施形態において用いるリード３１６ａの形状を示す。本実施形態は、図５（Ａ）に示す形状の第１の実施形態におけるリード１６ａに代えて、リード３１６ａを用いた他は、第１の実施形態と同様である。リード３１６ａは、リード１６ａにおける角部の切り欠き形状が、斜めに切り欠いた形状となっている。図６（Ｂ）は、本実施形態のパワー半導体モジュールのリード３１６ａ付近の水平断面の要部を示す拡大断面図である。同図において、パワー半導体素子１８ａが実装されるリード３１６ａについて、接合部の角部が斜めに切り欠かれており、その切り欠き部からパワー半導体素子１８ａの一部がはみ出した構造となっている。
【００３１】
このような切り欠き形状の場合であっても、パワー半導体素子１８ａの角部が、平面視でリード３１６ａとの重なっていないことで、第１の実施形態と同様にパワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を低減させることができる。したがって、第１の実施形態と同様に、パワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード３１６ａと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
図７（Ａ）は、本発明の第４の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図７（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、図７（Ａ）におけるＥ−ＥおよびＦ−Ｆの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。図７（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、本実施形態においては、パワー半導体素子１８ａが実装されるリード４１６ａのパワー半導体素子実装部は、リード４１６ａが外部接続端子になる方向（Ｘ軸負側の方向）を除く各辺において、平面視で、パワー半導体素子１８ａの端部より内側領域に存在するように形成されている。このように、リード４１６ａのパワー半導体素子実装部を、上述の外部接続端子になる方向を除いて、パワー半導体素子１８ａの外形端よりも内側に小さくすることで、パワー半導体素子と重なっていない部分をわずかに設けた場合であっても、パワー半導体素子１８ａとリード４１６ａとの接合部付近に発生する応力を効果的に抑制することができる点で好ましい。
【００３３】
本実施形態の構造において、リード４１６ａのパワー半導体素子実装部は、リード４１６ａが外部接続端子になる方向を除く各辺において、パワー半導体素子１８ａの端部から０．５ｍｍ以上内側領域に存在するように形成されていることが好ましい。
【００３４】
図８（Ａ）は、リードのパワー半導体素子実装部の残り幅Ｂの割合とパワー半導体素子に発生する応力との関係を示すグラフであり、図８（Ｂ）は、残り幅Ｂを説明するための図解図である。残り幅Ｂは図８（Ｂ）下図に示すように、リード４１６ａのパワー半導体素子実装部がパワー半導体素子１８ａよりも小さい場合、Ｂ＞０と定義する。例えば、「リード４１６ａのパワー半導体素子実装部がリード４１６ａが外部接続端子になる方向を除く各辺において、パワー半導体素子１８ａの端部から０．５ｍｍ内側領域に存在する」場合、Ｂ＝＋０．５ｍｍとなる。リード４１６ａのパワー半導体素子実装部がパワー半導体素子１８ａと同じ大きさの場合、Ｂ＝０である（図８（Ｂ）中央図）。リード４１６ａのパワー半導体素子実装部がパワー半導体素子１８ａよりも大きい場合、Ｂ＜０である（図８（Ｂ）上図）。
【００３５】
図８（Ａ）に示すグラフにおいて、Ｂ≒０ｍｍ（０％）の時の応力は１９５ＭＰａ、Ｂ＝０．５ｍｍ（７．５％）の時の応力は１２５ＭＰａであった。したがって、パワー半導体素子実装部とパワー半導体素子とが略同一の大きさ（面積）である場合（Ｂ≒０）から少しでも内側に小さくすることで、パワー半導体素子とリードとの接合部付近に発生する応力を低減させることができることがわかる。パワー半導体素子１８ａよりも０．５ｍｍ以上リード４１６ａのパワー半導体素子実装部を小さくすれば、発生する応力を最も小さくすることができるので、好ましい。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、パワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード４１６ａと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【００３６】
（第５の実施形態）
図９（Ａ）は、本発明の第５の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図９（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれ、図９（Ａ）におけるＧ−Ｇ、Ｈ−Ｈ、Ｉ−Ｉの各垂直断面の要部を示す拡大断面図である。本実施形態において、パワー半導体素子１８ａが実装されたリード５１６ａは、パワー半導体素子１８ａの角部において貫通孔５２０を有している。リード５１６ａを用いた他は第１の実施形態と同様である。
【００３７】
本実施形態においては、パワー半導体素子１８ａが実装されるリード５１６ａのパワー半導体素子実装部は、パワー半導体素子１８ａの角部において貫通孔５２０を有していることで、パワー半導体素子１８ａの角部とリード５１６ａとは平面視で重なっていない。このような構造にすることで、パワー半導体素子１８ａとリードとの接合部付近に発生する応力を低減させることができ、パワー半導体素子１８ａと封止樹脂２６との間、あるいは、リード５１６ａと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【００３８】
このようにリードに貫通孔を設けると、パワー半導体素子実装部を大きくすることができるので、パワー半導体素子を実装する工程において組立がしやすくなる。また、パワー半導体素子実装部が大きいことで、例えば、リードの金属基板との接触面積が増大し伝熱能力が向上するので、放熱能力を向上させたパワー半導体モジュールを実現できる。
【００３９】
図１０（Ａ）は、リードのパワー半導体素子実装部の貫通孔半径Ｃの割合とパワー半導体素子に発生する応力との関係を示すグラフである。貫通孔半径Ｃは、図１０（Ｂ）に示すように、パワー半導体素子１８ａの角部を中心とする円形の貫通孔５２０の半径である。図１０（Ａ）に示すグラフにおいて、０％の時の応力は２３２ＭＰａ、５％の時の応力は１７７ＭＰａ、１５％の時の応力は１１９ＭＰａであった。したがって、リードに貫通孔を有している場合も、第１の実施形態と同じく、パワー半導体素子の長辺の長さに対して５％以上のパワー半導体素子長さをはみ出させることにより、発生する応力が大きく低減できることがわかる。また、１５％以上にすることでさらに大きく応力低減ができ、貫通孔無しの従来構造（Ｃ＝０）に比較して、発生応力をおよそ半分にできることがわかる。
【００４０】
なお、本実施形態において貫通孔形状は、パワー半導体素子の角部を中心とする円形としたが、楕円形、四角形、多角形等、形状は問わない。円形以外の形状の場合、あるいは、貫通孔の中心がパワー半導体素子の角部からずらして形成する場合、貫通孔半径Ｃに相当する長さは、貫通孔からパワー半導体素子がはみ出す長さとする。
【００４１】
（第６の実施形態）
図１１は、本発明の第６の実施形態を説明する図である。図１１（Ａ）は比較例のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図であり、図１５に示す従来のパワー半導体モジュールと同様の構造を有している。図１１（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ、第６の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。本実施形態は、パワー半導体素子１８ａとリード６１６ａとの接着領域Ｔ（図中斜線部領域）の面積を一定にしたまま、パワー半導体素子１８ａの周囲のリード６１６ａに長さＤの切り込みを設けた構造のパワー半導体モジュールである。
【００４２】
図１１（Ａ）に示す比較例においては、パワー半導体素子１８ａとリード２Ａ間に発生する応力は、２３１Ｍｐａであった。これに対して、Ｄ＝１．０ｍｍである図１１（Ｂ）の実施形態の構成の場合、パワー半導体素子１８ａとリード６１６ａ間に発生する応力は、１６５ＭＰａであり、Ｄ＝１．５ｍｍである図１１（Ｃ）の実施形態の構成の場合、前記応力は１０８ＭＰａであった。このように、本実施形態においても、比較例に比べて前記応力を低減できることが分かる。また、切り込み長さＤを拡大することによって、応力は小さくなることが分かる。これらのようにパワー半導体素子１８ａとリード６１６ａとの接着領域Ｔの面積を一定とする構成であっても、同図に示すような切り込み部を設けることで、実施形態１と同様に、剥離を抑制可能なパワー半導体モジュールを実現することが可能となる。
【００４３】
本実施形態の構成とすることで、パワー半導体素子が発生する熱を、金属基板等の部材に放熱する能力を大きく低下させずに、実施形態１と同様に、剥離を抑制可能なパワー半導体モジュールを実現することが可能となる。
【００４４】
（第７の実施形態）
図１２（Ａ）は、本発明の第７の実施形態のパワー半導体モジュールの或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）におけるＫ−Ｋの垂直断面の要部を示す拡大断面図である。なお、Ｊ−Ｊの垂直断面は、図３（Ｂ）に示すＢ−Ｂの垂直断面と同様である。
【００４５】
本実施形態のパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を複数備えており、前記複数のパワー半導体素子のうちの２つ（１８ａ、１８ｂ）が、同一のリード７１６ａｂのパワー半導体素子実装部に実装されている。そして、実装されたパワー半導体素子１８ａと１８ｂとの角部同士が対向する部分において、リードに切り欠き部が設けられている。
【００４６】
ここで、比較のため、図１６に、従来の構造のパワー半導体モジュールを示す。図１６（Ａ）は、従来のパワー半導体モジュールの他の例の或る水平断面の要部を示す拡大断面図である。図１６に示す従来のパワー半導体モジュールは、本実施形態と同様に２つのパワー半導体素子１８ａ、１８ｂが、同一のリード２ＡＢのパワー半導体素子実装部に実装されている。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）におけるＯ−Ｏの垂直断面の要部を示す拡大断面図である。Ｎ−Ｎの垂直断面は、図３（Ｂ）に示すＢ−Ｂの垂直断面と同様である。本実施形態のパワー半導体モジュールは、図１６に示す従来のパワー半導体モジュールの構造に比較して、応力を低減させる構造が実現できる。このような構造とすると、複数個のパワー半導体素子を同じリード上に実装する際にも、第１の実施形態と同様な応力低減効果を得ることができる。
【００４７】
（第８の実施形態）
図１３（Ａ）は、本発明の第８の実施形態のパワー半導体モジュールの或る垂直断面を示す断面図である。図１３（Ｂ）は、前記第８の実施形態のパワー半導体モジュールの下面を示す下面図である。図１３（Ｃ）は、前記第８の実施形態のパワー半導体モジュールの水平断面を示す断面図である。
【００４８】
本実施形態のパワー半導体モジュールは、図１３に示すように、パワー半導体素子制御用回路の機能を有した樹脂基板１２´を内蔵して１パッケージ化したパワー半導体モジュールである。前記の樹脂基板を内蔵することで、高機能なパワー半導体モジュール構造が実現できる。なお、図１３（Ａ）および図１３（Ｃ）にはチップ部品等は描かれていないが、実際には各種の部品が搭載され、必要な配線がなされている。
【００４９】
図１３（Ａ）および（Ｃ）を参照して、本実施形態のパワー半導体モジュールは、リード１６ａ、１６ｂの上にパワー半導体素子１８ａ、１８ｂをはんだ付けで実装し、アルミニウムワイヤＷ１等でワイヤボンドを行い、１パッケージでパワー半導体モジュールを構成しており、樹脂モールドされている。Ｗ５、Ｗ６は、ゲートワイヤであり、例えば、アルミニウムを主な材料とする。そして、上記構成のパワー半導体モジュールにおいて、パワー半導体素子１８ａ、１８ｂが実装されるリード１６ａ、１６ｂのパワー半導体素子実装部の角部が切り欠かれており、その切り欠き部から平面視でパワー半導体素子１８ａ、１８ｂの一部がはみ出した構造を特徴とする。
【００５０】
本実施形態の構成にすることで、上記の構造においても第１の実施形態と同様の効果が得られ、パワー半導体素子１８ａ、１８ｂと封止樹脂２６との間、あるいは、リード１６ａ、１６ｂと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【００５１】
（第９の実施形態）
図１４（Ａ）は、本発明の第９の実施形態のパワー半導体モジュールの或る垂直断面を示す断面図である。図１４（Ｂ）は、前記第９の実施形態のパワー半導体モジュールの下面を示す下面図である。図１４（Ｃ）は、前記第９の実施形態のパワー半導体モジュールの水平断面を示す断面図である。
【００５２】
本実施形態のパワー半導体モジュールは、図１４に示すように、複数のパワー半導体素子と複数のリードとを使い、１パッケージ化したパワー半導体モジュールである。図１４（Ａ）および（Ｃ）を参照して、本実施形態のパワー半導体モジュールは、リード１６ａ、１６ｂの上にパワー半導体素子１８ａ、１８ｂをはんだ付けで実装し、アルミニウムワイヤＷ１、Ｗ２´〜Ｗ５´等でワイヤボンドを行い、複数個のパワー半導体素子を１パッケージでパワー半導体モジュールを構成しており、樹脂モールドされている。そして、上記構成のパワー半導体モジュールにおいて、パワー半導体素子１８ａ、１８ｂが実装されるリード１６ａ、１６ｂのパワー半導体素子実装部の角部が切り欠かれており、その切り欠き部からパワー半導体素子１８ａ、１８ｂの一部が平面視ではみ出した構造を特徴とする。
【００５３】
本実施形態の構成にすることで、上記の構造においても第１の実施形態と同様の効果が得られ、パワー半導体素子１８ａ、１８ｂと封止樹脂２６との間、あるいは、リード１６ａ、１６ｂと封止樹脂２６との間、あるいは、はんだ２４と封止樹脂２６との間の剥離を抑制可能な、信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  …パワー半導体モジュール
１２  …基板
１４ａ〜１４ｈ  …電極パッド
１６ａ〜１６ｈ  …リード
１８ａ〜１８ｂ  …パワー半導体素子
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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