(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力用チップおよび該電力用チップを制御するための集積回路チップと、
前記電力用チップを搭載するための第１フレーム部、前記集積回路チップを搭載するための第２フレーム部、前記第１フレーム部に接続される第１リード端子および前記第２フレーム部に接続される第２リード端子を有するリードフレーム部と、
互いに対向する第１側面部および第２側面部を有し、前記第１リード端子を前記第１側面部から突出させるとともに、前記第２リード端子を前記第２側面部から突出させて、前記電力用チップおよび前記集積回路チップを含む前記リードフレーム部を封止するモールド樹脂と、
を備え、
前記第１フレーム部は、前記第１リード端子とリード段差部を介して前記第２フレーム部と略平行に配置され、
前記第１フレーム部と前記リード段差部との間、互いに隣接する前記リード段差部同士の間および互いに隣接する前記第１フレーム部同士の間には、所定の大きさの隙間がそれぞれ形成され、
前記電力用チップが搭載された前記第１フレーム部の第１面と反対側の第２面が、前記集積回路チップが搭載された前記第２フレーム部の第１面と反対側の第２面よりも前記モールド樹脂の外面に接近し、
前記隙間の大きさは、前記電力用チップが搭載された前記第１フレーム部の前記第１面とは反対の前記第２面側に位置する前記モールド樹脂の厚さの２倍以下とされ、
前記リード段差部の幅は前記第１リード端子の幅よりも長く、
前記モールド樹脂は、前記第１側面部に対応する前記第１リード端子の側から前記リード段差部を経て前記第１フレーム部における前記第１面の側と前記第２面の側とに分かれて注入され、さらに、前記第２フレーム部から前記第２側面部に対応する前記第２リード端子の側に向って流れ込み、前記モールド樹脂として、前記第１フレーム部における前記第１面の側および前記第２面の側と、前記第２フレーム部における前記第１面の側および前記第２面の側とにそれぞれ同じ材料からなるモールド樹脂が充填された、半導体装置。
【請求項２】
前記第１フレーム部は、前記第１フレーム部の前記第２フレーム部側の部分が前記第２フレーム部が位置する面に向かって折り曲げられたリード曲げ部を有している、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１フレーム部に接続されている前記リード端子近傍の前記電力用チップが搭載された前記第１フレーム部の前記第１面側の前記モールド樹脂の表面には、前記モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向と交差する方向にモールド樹脂段差部が設けられている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電力用チップが搭載された前記第１フレーム部の前記第１面側の前記モールド樹脂の表面には、前記モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向と交差する方向に凹部が形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記電力用チップはアルミニウム線によりボンディングされ、
前記凹部は前記アルミニウム線のうち、前記アルミニウム線の高さが比較的低い部分の上方の前記モールド樹脂の表面に形成されている、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記モールド樹脂では、前記第１フレーム部を封止する部分が前記モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向に向かって広がるテーパ部を有している、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置に関し、特に、モールド樹脂の充填性が改善され、かつ、モールド工程の削減が図られる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置の一例として、たとえば、エアコン、洗濯機などのインバータ用のスイッチング素子として用いられる電力半導体装置について説明する。電力半導体装置では、大電流をスイッチングするための絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor 、以下「ＩＧＢＴ」と記す。）やフライホイールダイオード（Fly Wheel Diode 、以下「ＦＷＤ」と記す。）といったパワーチップと、そのパワーチップを制御するための低電圧集積回路（Low Voltage Integrated Circuit、以下「ＬＶＩＣ」と記す。）や高電圧集積回路（High Voltage Integrated Circuit 、以下「ＨＶＩＣ」と記す。）といった集積回路チップが搭載されている。
【０００３】
電力半導体装置は、これらパワーチップおよび集積回路チップを、リードフレーム上にダイボンドして、所定のワイヤボンドおよび樹脂モールド工程等を経ることによって形成される。そこで、このような電力半導体装置の従来の製造方法について図を用いて説明する。
【０００４】
図２２および図２３を参照して、リードフレーム１０２上にパワーチップ１０４および集積回路チップ１０６をそれぞれダイボンドにより搭載する。次に、ワイヤボンディングによってパワーチップ１０４とリードフレーム１０２内の所定の内部リードとをアルミニウム線１１０により電気的に接続する。同様に、集積回路チップ１０６と所定の内部リードとを金線１０８により電気的に接続する。なお、アルミニウム線１１０を適用するのは、パワーチップ１０４では大電流を扱うからである。
【０００５】
次に図２４および図２５を参照して、パワーチップ１０４および集積回路チップ１０６が搭載されたリードフレーム１０２の面の側を覆うように、１次モールド樹脂１１２を形成する。このとき、パワーチップ１０４および集積回路チップ１０６が搭載されている面と反対側のリードフレーム１０２の面は露出した状態にある。
【０００６】
次に図２６および図２７を参照して、リード端子のうち、不要なリード端子となるリード部分１０２ｈ（斜線部分）をカットして除去する。次に図２８および図２９を参照して、１次モールド樹脂１１２およびリードフレーム１０２を覆うように、さらに２次モールド樹脂１１４を形成する。また、このとき特にパワーチップ１０４で発生する熱を放出するためのヒートシンク１１６を配設する。
【０００７】
その後、リードフレーム１０２のタイバー１０２ｇをカットして、２次モールド樹脂１１４より突出している各リード端子を曲げることにより、図３０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す電力半導体装置が完成する。同図に示されるように、２次モールド樹脂１１４の一方側には集積回路チップと接続されている集積回路チップ側リード端子１０２ｄが配設され、他方側にはパワーチップと接続されているパワーチップ側リード端子１０２ｂが配設されている。
【０００８】
また、各集積回路チップ側リード端子１０２ｄおよびパワーチップ側リード端子１０２ｂは、電力半導体装置がプリント基板などに装着された状態で、ヒートシンク１１６により熱が効率的に放熱されるように、ヒートシンク１１６が配設されている側と反対の側に曲げられている。従来の電力半導体装置は以上のように製造される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年、製造コストの削減の観点から、プロセスのスリム化が図られており、上記の電力半導体装置においても、１次および２次モールド樹脂による２回のモールド工程を１回のモールド工程で対応できるよう開発が進められている。
【００１０】
電力半導体装置では、特に、パワーチップ１０４にて発生する熱を効率的に放熱させるために、図２９に示すように、パワーチップ１０４が搭載されたリードフレーム１０２の面（以下単に「表面」と記す）とは反対側の面（以下単に「裏面」と記す）に位置するモールド樹脂の厚さを、ヒートシンク１１６とリードフレーム１０２との絶縁性が損なわれない程度に極力薄くする必要がある。このため、１回のモールド工程では、リードフレーム１０２の表面と裏面とにモールド樹脂を良好に充填することが困難となり、特に、リードフレーム１０２の裏面側に充填されるモールド樹脂にボイドが発生することがあった。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、モールド工程の削減が図られ、かつ、モールド樹脂の充填性が高い半導体装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの局面における半導体装置は、電力用チップおよびその電力用チップを制御するための集積回路チップと、リードフレーム部と、モールド樹脂とを備えている。リードフレーム部は、電力用チップを搭載するための第１フレーム部、集積回路チップを搭載するための第２フレーム部、第１フレーム部に接続される第１リード端子および第２フレーム部に接続される第２リード端子を有している。モールド樹脂は、互いに対向する第１側面部および第２側面部を有し、第１リード端子を第１側面部から突出させるとともに、第２リード端子を第２側面部から突出させて、電力用チップおよび集積回路チップを含むリードフレーム部を封止している。第１フレーム部は、第１リード端子とリード段差部を介して第２フレーム部と略平行に配置されている。第１フレーム部とリード段差部との間、互いに隣接するリード段差部同士の間および互いに隣接する第１フレーム部同士の間には、所定の大きさの隙間がそれぞれ形成されている。電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面と反対側の第２面が、集積回路チップが搭載された第２フレーム部の第１面と反対側の第２面よりもモールド樹脂の外面に接近している。隙間の大きさは、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面とは反対の第２面側に位置するモールド樹脂の厚さの２倍以下とされる。リード段差部の幅は第１リード端子の幅よりも長い。モールド樹脂は、第１側面部に対応する第１リード端子の側からリード段差部を経て第１フレーム部における第１面の側と第２面の側とに分かれて注入され、さらに、第２フレーム部から第２側面部に対応する第２リード端子の側に向って流れ込み、モールド樹脂として、第１フレーム部における第１面の側および第２面の側と、第２フレーム部における第１面の側および第２面の側とにそれぞれ同じ材料からなるモールド樹脂が充填されている。
【００１３】
この構成によれば、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面（表面）と反対側の第２面（裏面）が、集積回路チップが搭載された第２フレーム部の第１面（表面）と反対側の第２面（裏面）よりもモールド樹脂の外面に接近していることによって、モールド樹脂を第１フレーム部の第１リード端子側から注入してリードフレーム部をモールド樹脂によって封止する際に、第１リード端子の幅よりも長い幅を有するリード段差部に沿って、第１フレーム部の裏面側に積極的にモールド樹脂が流し込まれる。また、第１フレーム部とリード段差部との間、互いに隣接するリード段差部同士の間および互いに隣接する第１フレーム部同士の間には、所定の大きさの隙間がそれぞれ形成されており、その隙間の大きさは、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面とは反対の第２面側に位置するモールド樹脂の厚さの２倍以下とされることで、第１フレーム部の裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、隙間を通って第１フレーム部の表面側に容易に流れ込むのを抑制して、第１フレーム部の裏面側へのモールド樹脂の積極的な流れを形成できる。これにより、第１フレーム部の裏面側に比較的薄いモールド樹脂を、ボイドを発生させることなく高い充填性でもって形成することができる。こうして、第１フレーム部の裏面側に積極的にモールド樹脂が流し込まれるため、１回のモールド工程によりリードフレーム部を封止することができ、工程削減を図ることが可能となる。また、互いに対向する第１側面部と第２側面部とを有するモールド樹脂は、第１側面部に対応する第１リード端子の側からリード段差部を経て第１フレーム部における第１面の側と第２面の側とに分かれて注入され、さらに、第２フレーム部から第２側面部に対応する第２リード端子の側に向かって流れ込むことで、モールド樹脂として、第１フレーム部における第１面の側および第２面の側と、第２フレーム部における第１面の側および第２面の側とにそれぞれ同じ材料からなるモールド樹脂が充填されることになる。
なお、第１フレーム部の隙間の大きさが、第２面側に位置するモールド樹脂の厚さの２倍よりも大きい場合では、第１フレーム部の裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、隙間を通って第１フレーム部の表面側に容易に流れ込んでしまい、第１フレーム部の裏面側のモールド樹脂の充填性が悪化することが判明した。
【００１６】
また好ましくは、第１フレーム部は、第２フレーム部側の部分が第２フレーム部が位置する面に向かって折り曲げられたリード曲げ部を有している。
【００１７】
この場合には、第１フレーム部のリード端子側から注入されたモールド樹脂のうち、第１フレーム部の表面側に注入されるモールド樹脂の流れが、リード曲げ部が抵抗となって妨げられる。これにより、第１フレーム部の表面側へのモールド樹脂の注入が抑制されて、その分を第１フレーム部の裏面側へ注入することができる。その結果、第１フレーム部の裏面側のモールド樹脂の充填性をより高めることができる。
【００１８】
好ましくは、第１フレーム部に接続されているリード端子近傍の電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面側のモールド樹脂の表面には、モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向と交差する方向にモールド樹脂段差部が設けられている。
【００１９】
この場合には、第１フレーム部のリード端子側からモールド樹脂を注入する際に、モールド樹脂段差部に対応した金型の突出部分によって、第１フレーム部の表面側への樹脂の流入が抑制されて、第１フレーム部の裏面側への樹脂の注入を積極的に行なうことができる。その結果、第１フレーム部の裏面側の樹脂の充填性をより高めることができる。
【００２０】
また好ましくは、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面側のモールド樹脂の表面には、モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向と交差する方向に凹部が形成されている。
【００２１】
この場合には、モールド樹脂を注入する際に、凹部に対応した金型の突出部分によって、第１フレーム部のリード端子側から注入された樹脂のうち、第１フレーム部の表面側に注入されるモールド樹脂の流れが妨げられる。これにより、第１フレーム部の表面側へのモールド樹脂の注入が抑制されて、その分を第１フレーム部の裏面側へ注入することができる。その結果、第１フレーム部の裏面側のモールド樹脂の充填性をより高めることができる。
【００２２】
さらに好ましくは、電力用チップはアルミニウム線によりボンディングされ、凹部は、アルミニウム線のうち、アルミニウム線の高さが比較的低い部分の上方のモールド樹脂の表面に形成されている。
【００２３】
この場合には、凹部に対応する金型の突出部分をより大きく設定でき、これにより第１フレーム部の表面側に注入されるモールド樹脂の流れをさらに妨げることができる。その結果、第１フレーム部の裏面側へのモールド樹脂の充填性をさらに高めることができる。
【００２４】
好ましくは、モールド樹脂では、第１フレーム部を封止する部分がモールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向に向かって広がるテーパ部を有している。
【００２５】
この場合には、実験的に第１フレーム部の表面側と裏面側において、樹脂が充填される速度を向上できることが判明した。またこの場合、第１フレーム部の表面側においてモールド樹脂が充填される速度と第１フレーム部の裏面側においてモールド樹脂が充填される速度とは同レベルであることが判明した。これにより、第１フレーム部の表面側と裏面側とでモールド樹脂がほぼ同時に固化し、その結果、モールド樹脂の成形性を向上できることが判明した。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る電力半導体装置について説明する。まず、電力半導体装置の平面外観を図１に示し、側面外観を図２および図３にそれぞれ示す。電力半導体装置では、従来の技術の項において説明したように、大電流をスイッチングするためのＩＧＢＴやＦＷＤといったパワーチップと、そのパワーチップを制御するためのＬＶＩＣやＨＶＩＣといった集積回路チップが搭載されている。これらのパワーチップおよび集積回路チップはモールド樹脂１２によって封止されている。パワーチップと集積回路チップとを含む回路ブロック図の一例を図４に示す。同回路ブロック図において、周囲に示されている各端子の名称は、図１に示す各リード端子２ｂ、２ｄの名称と対応している。
【００２７】
図５は、モールド樹脂１２によって封止されているパワーチップ４および集積回路チップ６を含むリードフレーム２の構造を示したものである。図５を参照して、パワーチップ４はリードフレーム２のうち、パワーチップ用リードフレーム２ａ上に搭載されている。一方、集積回路チップ６は、集積回路チップ用リードフレーム２ｃ上に搭載されている。
【００２８】
パワーチップ側リード端子２ｂとパワーチップ４とはアルミニウム線１０のワイヤボンディングによって電気的に接続されている。一方、集積回路チップ側リード端子２ｄと集積回路チップ６とは金線８のワイヤボンディングによって電気的に接続されている。
【００２９】
また、パワーチップ４と所定の中継リード２ｆとをアルミニウム線１０のワイヤボンディングによって電気的に接続するとともに、その中継リード２ｆと集積回路チップ６とを金線８のワイヤボンディングによって電気的に接続することによって、パワーチップ４と集積回路チップ６とが電気的に接続されている。
【００３０】
本電力半導体装置のパワーチップ用リードフレーム２ａは、パワーチップ側リード端子２ｂとはリード段差部２ｅを介して集積回路チップ用リードフレーム２ｃと略平行に配置され、パワーチップ４が搭載されたパワーチップ用リードフレーム２ａの面（表面）と反対側の面（裏面）が、集積回路チップ６が搭載された集積回路チップ用リードフレーム２ｃの面（表面）と反対側の面（裏面）よりもモールド樹脂１２の外面に接近している。このため、図６に示すように、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂１２の厚さが、集積回路チップ用リードフレーム２ｃの裏面側のモールド樹脂１２の厚さよりも薄くなっている。これにより、パワーチップ４で発生した熱はモールド樹脂１２の外方へ効率よく放出される。
【００３１】
上述した構造では、後で詳細に説明するように、モールド工程においてパワーチップ側リード端子２ｂ側からモールド樹脂を注入する際に、リード段差部２ｅに沿って、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に積極的にモールド樹脂が流し込まれる。これによって、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に比較的薄いモールド樹脂を、ボイドを発生させることなく高い充填性でもって形成することができる。しかも、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に積極的にモールド樹脂が流し込まれるため、１回のモールド工程によって上述したモールド樹脂１２を形成でき、従来の製造工程と比較するとモールド工程を１工程分削減することができる。
【００３２】
一方、集積回路チップ用リードフレーム２ｃの裏面側のモールド樹脂の厚さが、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂よりも厚いことによって、集積回路チップ６が電力半導体装置の外部からのノイズの影響を受けにくくなる。また、電力半導体装置の放熱を効果的に行なうために、図６に示すパワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂１２に、たとえばアルミニウムなどからなる放熱フィン（図示せず）が設けられる場合には、その放熱フィンを介してノイズが電力半導体装置の集積回路チップ６に影響を及ぼすおそれがある。そのような場合でも、集積回路チップ用リードフレーム２ｃの裏面側のモールド樹脂の厚さが十分に厚いことによって、集積回路チップ６がそのようなノイズの影響を受けることが抑制される。
【００３３】
次に、上述した電力半導体装置の製造方法について説明する。図７を参照して、リードフレーム２のパワーチップ用リードフレーム２ａ上にパワーチップ４をダイボンドにより搭載する。また、集積回路チップ用リードフレーム２ｃ上に集積回路チップ６をダイボンドにより搭載する。次に、アルミニウム線１０のワイヤボンディングによって、パワーチップ４と所定の内部リードとを電気的に接続する。同様に、金線８のワイヤボンディングにより集積回路チップ６と所定の内部リードとを電気的に接続する。
【００３４】
なお、パワーチップ用リードフレーム２ａは、リード段差部２ｅを介してパワーチップ側リード端子となるリードにつながれて、集積回路チップ用リードフレーム２ｃと略平行に配置されている。また、各パワーチップ用リードフレーム２ａと集積回路チップ用リードフレーム２ｃとはタイバー２ｇなどによってつながれている。
【００３５】
次に図８および図９を参照して、金型（図示せず）をリードフレーム２に装着して、パワーチップ側リード端子の側から樹脂注入ゲート１４により金型内にモールド樹脂１２ａを注入する。注入の際には、特にパワーチップ用リードフレーム２ａは金型に設けられた可動ピン１６によって動かないように固定されている。
【００３６】
モールド樹脂によってパワーチップ４、集積回路チップ６およびリードフレーム２を封止した後、タイバー２ｇなどをカットし、パワーチップ側リード端子および集積回路チップ側リード端子となるリード端子を曲げることによって、図１〜図３に示す電力半導体装置が完成する。
【００３７】
上述した製造方法では、図９に示すように、樹脂注入ゲート１４から注入されるモールド樹脂がリード段差部２ｅによって、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の厚さが比較的薄く形成されるべき部分へ積極的に流し込まれる。これにより、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性が向上し、モールド樹脂１２内にボイドが発生するのを抑制することができる。
【００３８】
しかも、このようにして、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性が向上するため、１回のモールド工程によって所定のモールド樹脂１２を形成することができる。その結果、従来の製造工程と比較するとモールド工程を１工程分削減でき、生産コストの低減を図ることが可能となる。
【００３９】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係る電力半導体装置について説明する。本電力半導体装置は、図１０および図１１に示すリードフレーム２を有して構成される。図１０および図１１を参照して、パワーチップ用リードフレーム２ａをなす各内部リードにおいて、隣接する内部リード間の隙間Ｌの大きさは、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に位置するモールド樹脂１２の厚さＴの２倍以下である。また、隙間１７（点線部分) などの余分な隙間をなくしている。なお、これ以外の構成については、実施の形態１において説明した図５および図６に示す構成と同様である。
【００４０】
モールド工程では、樹脂注入ゲート１４からモールド樹脂が注入されて、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、パワーチップ用リードフレーム２ａの内部リード間の隙間から、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側へ流れ込もうとする。このとき、内部リード間の隙間Ｌの大きさがモールド樹脂の厚さＴの２倍以下の場合には、隙間を通るモールド樹脂の流れが抵抗を受けて、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側へ流れ込もうとするのを抑制できることが実験により確認された。
【００４１】
一方、隙間Ｌの大きさがモールド樹脂の厚さＴの２倍よりも大きい場合では、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、容易に隙間を通ってパワーチップ用リードフレーム２ａの表面側へ流れ込んでしまい、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性を十分に高めることができないことが判明した。
【００４２】
以上説明したように、本電力半導体装置によれば、所定の大きさの隙間を設けることによって、また、余分な隙間を省くことによって、そのモールド工程において、一旦パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側へ流れたモールド樹脂が表面側へ流れ込むのをさらに抑制することができる。その結果、実施の形態１において説明した効果のうち、特にパワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性をさらに高めることができる。
【００４３】
実施の形態３
本発明の実施の形態３に係る電力半導体装置について説明する。本電力半導体装置は、図１２および図１３に示すリードフレーム２を有して構成される。図１２および図１３を参照して、パワーチップ用リードフレーム２ａの集積回路チップ用リードフレーム２ｃ側には、集積回路チップ用リードフレーム２ｃが位置する面に向かって、リード曲げ部２ｈが形成されている。なお、これ以外の構成については、実施の形態２において説明した図１０および図１１に示す構成と同様である。
【００４４】
モールド工程では、樹脂注入ゲート１４から注入されるモールド樹脂は、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側と裏面側とに分かれて流れ込む。このとき、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側に流れ込むモールド樹脂では、リード曲げ部２ｈによってその流れが抑制される。
【００４５】
パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側のモールド樹脂の流れが抑えられる結果、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側にモールド樹脂を積極的に流し込むことができる。これにより、実施の形態１において説明した効果のうち、特にパワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性をさらに高めることができる。
【００４６】
なお、パワーチップ用リードフレーム２ａに設けられるリード曲げ部２ｈとしては、図１３に示す構造の他に、図１４に示すように、リード曲げ部２ｈが集積回路チップ用リードフレーム２ｃが位置する面を超えて形成されている構造や、図１５に示すようにリード曲げ部２ｈが階段状の構造でも、モールド樹脂の充填性の効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態４
本発明の実施の形態４に係る電力半導体装置について説明する。本電力半導体装置は、図１６に示す外観のモールド樹脂１２を有して構成される。図１６を参照して、モールド樹脂１２では、モールド樹脂が注入される方向と交差する方向にモールド樹脂段差部１８ａが形成され、この場合、パワーチップが搭載されたパワーチップ用リードフレーム２ａの面側のパワーチップ側リード端子２ｂ近傍に、モールド樹脂段差部１８ａが形成されている。なお、これ以外の構成については、実施の形態１に説明した図５および図６に示す構成と同様である。また、図１６において、パワーチップ用リードフレーム２ａの上方に形成されているリードはタイバーである。
【００４８】
上述した電力半導体装置では、モールド工程の金型にはモールド樹脂段差部１８ａに対応する突出部分が形成されている。これにより、樹脂注入ゲート１４からモールド樹脂を注入する際に、金型のその突出部分（図示せず）が抵抗となって、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側へモールド樹脂が流れ込むのが抑制されて、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側へ積極的にモールド樹脂を流し込むことができる。その結果、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性をさらに高めることができる。
【００４９】
実施の形態５
本発明の実施の形態５に係る電力半導体装置について説明する。本電力半導体装置は、図１７に示す外観のモールド樹脂１２を有して構成される。図１７を参照して、モールド樹脂１２にはパワーチップ用リードフレーム２ａの表面側の表面に、モールド樹脂が注入される方向と交差する方向にモールド樹脂凹部１８ｂが形成され、この場合、パワーチップ側リード端子が並ぶ方向と平行にモールド樹脂凹部１８ｂが形成されている。なお、これ以外の構成については、実施の形態１において説明した図５および図６に示す構成と同様である。
【００５０】
上述した電力半導体装置では、モールド工程の金型にはモールド樹脂凹部１８ｂに対応する突出部分 (図示せず) が形成されている。これによって、樹脂注入ゲート１４からモールド樹脂を注入する際に、金型のその突出部分（図示せず）が抵抗となって、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側へモールド樹脂が流れ込むのが抑制されて、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側へ積極的にモールド樹脂を流し込むことができる。その結果、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側のモールド樹脂の充填性をさらに高めることができる。
【００５１】
なお、上述したモールド樹脂凹部１８ｂは、特に、パワーチップ４と内部リードとを電気的に接続するアルミニウム線１０の高さが、図１７に示すように、最も低い部分の上方に形成することが望ましい。この場合には、モールド樹脂凹部１８ｂに対応する金型の突出部分をより大きくすることができ、その結果、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側のモールド樹脂の流れを効果的に抑制して、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側へモールド樹脂を積極的に流すことができる。
【００５２】
実施の形態６
本発明の実施の形態６に係る電力半導体装置について説明する。本電力半導体装置は、図１８に示すリードフレーム２を有して構成される。図１８を参照して、リードフレーム２のパワーチップ用リードフレーム２ａには、モールド樹脂が注入される方向に向かってテーパＴＥが設けられ、この場合、パワーチップ側リード端子側から集積回路チップ用リードフレーム２ｃ側へ向かって徐々に広がるようにテーパＴＥが設けられている。なお、これ以外の構成については実施の形態１において説明した図５および図６に示す構成と同様である。
【００５３】
上述した電力半導体装置では、モールド工程において、テーパＴＥを有するリードフレーム２の形状に対応した金型が装着されて、樹脂注入ゲート１４よりモールド樹脂が金型内に注入される。このとき、実施の形態１において説明したリードフレーム２がテーパを有しない構造と比べると、金型内にモールド樹脂が充填される速さがより速くなることが実験的に判明した。また、上述したテーパＴＥを有する場合には、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側と裏面側とでモールド樹脂が充填される速さが同レベルであることも判明した。これにより、パワーチップ用リードフレーム２ａの表面側と裏面側とでモールド樹脂がほぼ同時に固化し、その結果、モールド樹脂の成形性を向上できることが判明した。また、テーパＴＥによって、モールド樹脂が空気を巻き込むのを防ぐこともでき、モールド樹脂の充填性も向上できることが判明した。
【００５４】
以上のモールド工程を経て完成した電力半導体装置の平面外観を図１９に示し、側面外観を図２０および図２１にそれぞれ示す。図１９に示すように、完成した電力半導体装置では、リードフレーム２のテーパＴＥに対応したモールド樹脂１２のモールド樹脂テーパ部１２Ｔが形成されている。なお、この電力半導体装置では、実施の形態４または実施の形態５において説明したモールド樹脂段差部１８ａおよびモールド樹脂凹部１８ｂがモールド樹脂１２の表面に形成されている。このようなモールド樹脂段差部１８ａおよびモールド樹脂凹部１８ｂを設けることによって、パワーチップ用リードフレーム２ａの裏面側へのモールド樹脂の充填性をさらに効果的に高めることができる。
【００５５】
また、上述した各実施の形態において説明した電力半導体装置では、モールド工程が１回で済むため、パワーチップ４と集積回路チップ６とを電気的に中継する中継リード２ｆが、モールド樹脂１２より突出するので、たとえば、ＩＧＢＴのゲート電極の電圧やＨＶＩＣまたはＬＶＩＣの出力信号 (電圧) を直接測定することが可能になる。
【００５６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５７】
【発明の効果】
本発明の１つの局面における半導体装置によれば、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面（表面）と反対側の第２面（裏面）が、集積回路チップが搭載された第２フレーム部の第１面（表面）と反対側の第２面（裏面）よりもモールド樹脂の外面に接近していることによって、モールド樹脂を第１フレーム部の第１リード端子側から注入してリードフレーム部をモールド樹脂によって封止する際に、第１リード端子の幅よりも長い幅を有するリード段差部に沿って、第１フレーム部の裏面側に積極的にモールド樹脂が流し込まれる。また、第１フレーム部とリード段差部との間、互いに隣接するリード段差部同士の間および互いに隣接する第１フレーム部同士の間には、所定の大きさの隙間がそれぞれ形成されており、その隙間の大きさは、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面とは反対の第２面側に位置するモールド樹脂の厚さの２倍以下とされることで、第１フレーム部の裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、隙間を通って第１フレーム部の表面側に容易に流れ込むのを抑制して、第１フレーム部の裏面側へのモールド樹脂の積極的な流れを形成できる。これにより、第１フレーム部の裏面側に比較的薄いモールド樹脂を、ボイドを発生させることなく高い充填性でもって形成することができる。こうして、第１フレーム部の裏面側に積極的にモールド樹脂が流し込まれるため、１回のモールド工程によりリードフレーム部を封止することができ、工程削減を図ることが可能となる。また、互いに対向する第１側面部と第２側面部とを有するモールド樹脂は、第１側面部に対応する第１リード端子の側からリード段差部を経て第１フレーム部における第１面の側と第２面の側とに分かれて注入され、さらに、第２フレーム部から第２側面部に対応する第２リード端子の側に向かって流れ込むことで、モールド樹脂として、第１フレーム部における第１面の側および第２面の側と、第２フレーム部における第１面の側および第２面の側とにそれぞれ同じ材料からなるモールド樹脂が充填されることになる。
なお、第１フレーム部の隙間の大きさが、第２面側に位置するモールド樹脂の厚さの２倍よりも大きい場合では、第１フレーム部の裏面側に一旦流れ込んだモールド樹脂が、隙間を通って第１フレーム部の表面側に容易に流れ込んでしまい、第１フレーム部の裏面側のモールド樹脂の充填性が悪化することが判明した。
【００５９】
また好ましくは、第１フレーム部は、第２フレーム部側の部分が第２フレーム部が位置する面に向かって折り曲げられたリード曲げ部を有していることによって、第１フレーム部のリード端子側から注入されたモールド樹脂のうち、第１フレーム部の表面側に注入されるモールド樹脂の流れが、リード曲げ部が抵抗となって妨げられる。これにより、第１フレーム部の表面側へのモールド樹脂の注入が抑制されて、その分を第１フレーム部の裏面側へ注入することができる。その結果、第１フレーム部の裏面側のモールド樹脂の充填性をより高めることができる。
【００６０】
好ましくは、第１フレーム部に接続されているリード端子近傍の電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面側のモールド樹脂の表面には、モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向と交差する方向にモールド樹脂段差部が設けられていることによって、第１フレーム部のリード端子側からモールド樹脂を注入する際に、モールド樹脂段差部に対応した金型の突出部分によって、第１フレーム部の表面側への樹脂の流入が抑制されて、第１フレーム部の裏面側への樹脂の注入を積極的に行なうことができる。その結果、第１フレーム部の裏面側の樹脂の充填性をより高めることができる。
【００６１】
また好ましくは、電力用チップが搭載された第１フレーム部の第１面側のモールド樹脂の表面には、モールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向と交差する方向に凹部が形成されていることによって、モールド樹脂を注入する際に、凹部に対応した金型の突出部分によって、第１フレーム部のリード端子側から注入された樹脂のうち、第１フレーム部の表面側に注入されるモールド樹脂の流れが妨げられる。これにより、第１フレーム部の表面側へのモールド樹脂の注入が抑制されて、その分を第１フレーム部の裏面側へ注入することができる。その結果、第１フレーム部の裏面側のモールド樹脂の充填性をより高めることができる。
【００６２】
さらに好ましくは、電力用チップはアルミニウム線によりボンディングされ、凹部は、アルミニウム線のうち、アルミニウム線の高さが比較的低い部分の上方のモールド樹脂の表面に形成されていることによって、凹部に対応する金型の突出部分をより大きく設定でき、これにより第１フレーム部の表面側に注入されるモールド樹脂の流れをさらに妨げることができる。その結果、第１フレーム部の裏面側へのモールド樹脂の充填性をさらに高めることができる。
【００６３】
好ましくは、モールド樹脂では、第１フレーム部を封止する部分がモールド樹脂を形成する際のモールド樹脂が流し込まれる方向に向かって広がるテーパ部を有していることによって、実験的に第１フレーム部の表面側と裏面側において、樹脂が充填される速度を向上できることが判明した。またこの場合、第１フレーム部の表面側においてモールド樹脂が充填される速度と第１フレーム部の裏面側においてモールド樹脂が充填される速度とは同レベルであることが判明した。これにより、第１フレーム部の表面側と裏面側とでモールド樹脂がほぼ同時に固化し、その結果、モールド樹脂の成形性を向上できることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る電力半導体装置の平面外観図である。
【図２】  同実施の形態における電力半導体装置の１つの側面外観図である。
【図３】  同実施の形態における電力半導体装置の他の側面外観図である。
【図４】  同実施の形態における電力半導体装置の回路ブロック図である。
【図５】  同実施の形態における電力半導体装置の内部構成を示す平面図である。
【図６】  同実施の形態における電力半導体装置の内部構成を示す断面図である。
【図７】  同実施の形態における電力半導体装置の製造方法の一工程を示す平面図である。
【図８】  同実施の形態において、図７に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。
【図９】  同実施の形態において、図８に示す工程における断面図である。
【図１０】  本発明の実施の形態２に係る電力半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図１１】  同実施の形態における電力半導体装置の断面図である。
【図１２】  本発明の実施の形態３に係る電力半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図１３】  同実施の形態における電力半導体装置の断面図である。
【図１４】  同実施の形態における電力半導体装置の第１の変形例を示す断面図である。
【図１５】  同実施の形態における電力半導体装置の第２の変形例を示す断面図である。
【図１６】  本発明の実施の形態４に係る電力半導体装置の断面図である。
【図１７】  本発明の実施の形態５に係る電力半導体装置の断面図である。
【図１８】  本発明の実施の形態６に係る電力半導体装置の内部構造を示す平面図である。
【図１９】  同実施の形態における電力半導体装置の平面外観図である。
【図２０】  同実施の形態における電力半導体装置の１つの側面外観図である。
【図２１】  同実施の形態における電力半導体装置の他の側面外観図である。
【図２２】  従来の電力半導体装置の製造工程の一工程を示す平面図である。
【図２３】  図２２に示す工程の断面図である。
【図２４】  図２２に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。
【図２５】  図２４に示す工程における断面図である。
【図２６】  図２４に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。
【図２７】  図２６に示す工程における断面図である。
【図２８】  図２６に示す工程の後に行なわれる工程を示す平面図である。
【図２９】  図２８に示す工程における断面図である。
【図３０】  従来の電力半導体装置の外観を示す図であり、（ａ）は平面外観図を示し、（ｂ）は１つの側面外観図であり、（ｃ）は他の側面外観図である。
【符号の説明】
２ａ  パワーチップ用リードフレーム、２ｂ  パワーチップ側リード端子、２ｃ  集積回路チップ用リードフレーム、２ｄ  集積回路チップ側リード端子、２ｅ  リード段差部、２ｆ  中継リード、２ｇ  タイバー、２ｈ  リード曲げ部、４  パワーチップ、６  集積回路チップ、８  金線、１０  アルミニウム線、１２、１２ａ  モールド樹脂、１２Ｔ  モールド樹脂テーパ部、１４  樹脂注入ゲート、１６  可動ピン、１８ａ  モールド樹脂段差部、１８ｂ  モールド樹脂凹部、ＴＥ  テーパ。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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