(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板にパワー半導体素子をマウントして該基板の導体パターンとの間にワイヤボンディングを施した回路組立体を構成し、該回路組立体を金属ベース板に搭載し、外部接続用の第１，第２の主回路端子フレーム，および制御端子用の端子フレームを外装樹脂ケースにインサート形成し、金属ベース板上に端子一体形の外装樹脂ケースを接着結合し、金属ベース板に外装樹脂ケースを接合した状態で外装樹脂ケースから絶縁基板上に向けて突き出した各端子フレームの内部リード脚片と絶縁基板の導体パターンとの間を半田付けし、外装樹脂ケース内に封止樹脂を充填し、上面に端子引出し穴を開口したケース蓋を樹脂ケースの上面に被着し、ケース蓋を貫通して各端子を外方に引出す半導体装置の製造方法において、
ケース蓋に主端子用の第１，第２の引出し穴を設け、ケース蓋の第１の引出し穴より第１主回路端子フレームの一端を引出してコレクタ端子とし、第２の引出し穴より第２主回路端子フレームの一端を引き出してエミッタ端子とし、第１，第２の主回路端子フレームの他端をそれぞれ回路組立体の導体パターンに接続してなる第１の配列順序と、
回路組立体，外装樹脂ケースを第１の配列順序で用いたものと共通部品とするとともに、ケース蓋に設ける主端子用の第１，第２の引出し穴の位置も共通とし、ケース蓋の第１の引出し穴より第２主回路端子フレームの一端を引出してエミッタ端子とし、第２の引出し穴より第１主回路端子フレームの一端を引き出してコレクタ端子とし、第１，第２主回路端子フレームを外装樹脂ケース内で立体的に交差させて外装樹脂ケースにインサート成形し、第１，第２の主回路端子フレームの他端をそれぞれ回路組立体の導体パターンに接続してなる第２の配列順序と、のいずれかの配列順序にて主端子を配置することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、第１の配列順序で用いる主回路端子フレームと、第２の配列順序で用いる主回路端子フレームとで、主回路端子の端子形状を変えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、ケース蓋として制御端子の引出し穴の位置を変えた二種類のケース蓋を用意するとともに、制御端子用の端子フレームには前記した各ケース蓋の端子引出し穴に対応する二箇所にそれぞれ上方に起立する外部導出端子部を設けておき、パッケージ組立ての際に採用するケース蓋の端子引出し穴に対応する外部導出端子部を残し、他方の外部導出端子部を削除して組立てたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
絶縁基板にパワー半導体素子をマウントして該基板の導体パターンとの間にワイヤボンディングを施した回路組立体を構成し、該回路組立体を金属ベース板に搭載し、外部接続用の第１，第２の主回路端子フレーム，および制御端子用の端子フレームを外装樹脂ケースにインサート形成し、金属ベース板上に端子一体形の外装樹脂ケースを接着結合し、金属ベース板に外装樹脂ケースを接合した状態で外装樹脂ケースから絶縁基板上に向けて突き出した各端子フレームの内部リード脚片と絶縁基板の導体パターンとの間を半田付けし、外装樹脂ケース内に封止樹脂を充填し、上面に端子引出し穴を開口したケース蓋を外装樹脂ケースの上面に被着し、ケース蓋を貫通して各端子を外方に引出す半導体装置の製造方法において、
ケース蓋として制御端子の引出し穴の位置を変えた二種類のケース蓋を用意するとともに、制御端子用の端子フレームには前記した各ケース蓋の端子引出し穴に対応する二箇所にそれぞれ上方に起立する外部導出端子部を設けておき、パッケージ組立ての際に採用するケース蓋の端子引出し穴に対応する外部導出端子部を残し、他方の外部導出端子部を削除して組立てたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワースイッチング素子にＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transister) を用いたＩＧＢＴモジュールなどを対象とする半導体装置、詳しくは半導体装置のパッケージ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記した半導体装置として、セラミックス基板などの絶縁基板に１ないし複数個のパワー半導体素子（ＩＧＢＴ）をマウントして該基板の導体パターンとの間にワイヤボンディングを施した回路組立体と、該回路組立体を搭載した金属ベース板と、金属ベース板上に接着結合した端子一体形の外装樹脂ケースと、上面に端子引出し穴を開口したケース蓋と、外装樹脂ケース内に充填した封止樹脂との組立体よりなり、外部接続用端子としてコレクタ，エミッタの主回路端子，コレクタの補助端子，およびドライブ制御用のゲート端子を含めてプレス打ち抜き，曲げ加工を施して製作した端子組立体としての端子フレームを前記外装樹脂ケースにインサート形成し、金属ベース板に外装樹脂ケースを接合した状態で樹脂ケースから内方に突き出した各端子フレームの内部リード脚片とこれに対応する絶縁基板の導体パターンとの間を半田付けするとともに、樹脂ケースの上面に被着したケース蓋の端子引出し穴を貫通して各端子を外方に引出した構成の半導体装置が、本発明と同一出願人より先に提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
図４（ａ）〜（ｄ）はパッケージ内に４個のＩＧＢＴを組み込んで並列に接続した４個組ＩＧＢＴモジュールを例に、端子一体形外装樹脂ケースを採用して構成した従来の半導体装置の組立構造を示すものである。図において、１は金属ベース板、２は金属ベース板１の上に搭載したＩＧＢＴの回路組立体、３は端子一体形の外装樹脂ケース、４はケース蓋であり、これらを組合せて（ｄ）図に示す半導体装置を構成している。
ここで、回路組立体２は、２枚に分割したセラミックス基板２ａの上にフリーホイーリングダイオード２ｂと組合せたＩＧＢＴ２ｃを２個ずつ振り分けてマウントし、セラミックス基板２ａの上面に形成した導体パターンにワイヤボンディングして構成されたものである。
【０００４】
一方、樹脂モールド品として作られた端子一体形の外装樹脂ケース３には、前記セラミックス基板２ａの上面にＩＧＢＴのコレクタ，エミッタ，ゲートに対応して形成した導体パターンに接続する外部接続用端子の端子フレームが樹脂ケース３と一体にインサート成形されている。この端子フレームは黄銅などを材料にプレス，曲げ加工して形成したものであり、該端子フレームの端部に外部導出端子部として起立形成した主回路のエミッタ端子Ｃ，コレクタ端子Ｅ，エミッタ補助端子ｅ，制御端子としてのゲート端子Ｇが樹脂ケース３から上方に突き出している。また、ケース蓋４の上面には、前記の各端子に対応した端子引出し穴４ａ〜４ｄが開口している。
【０００５】
そして、かかる半導体装置の組立ては次のようにして行う。まず、金属ベース板１の上に回路組立体２を搭載してセラミックス基板２ａを金属ベース板１に半田付けする。次に、金属ベース板１に外装樹脂ケース３を接着剤で接合し、この状態で樹脂ケース３から回路組立体２に向けて突き出した各端子フレームの内部リード脚片をこれに対応するセラミックス基板２ａの導体パターンに半田付けする。さらに、樹脂ケース４の中にゲル状の封止樹脂（図示せず）を注入して硬化させた後、最後に樹脂ケース３の上面にケース蓋４を被せて接着剤で接合し、ケース蓋４の端子引出し穴４ａ〜４ｄを通して上方に引出した各端子をＬ字形に折り曲げて図４（ｄ）の製品を完成する。
【０００６】
前記のように外部接続用端子の端子フレームを外装樹脂ケースにインサート形成して一体化した半導体装置は、樹脂ケースとは別な部品として作られたケース蓋兼用の端子ブロックに各端子に対応する外部導出端子を個別に固定保持し、内部配線の一部にリード線を採用して組立てた在来製品のパッケージ構造と比べて、樹脂ケースのモールド成形と同時に各端子相互間の平坦度を保って精度よく固定保持することができるほか、端子フレームは外装樹脂ケースの周枠部分に取り囲まれているので、搬送，組立工程での取扱い時に端子が物に当たって変形したりするおそれが無いなど、組立性，信頼性の面での利点が得られる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−３２１２８５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の端子一体形の外装樹脂ケースを採用した従来構成の半導体装置は、次記のように製作，使用面で改良すべき問題点がある。
１）前記したパワーモジュールの複数個を組合せて例えばインバータ装置のブリッジ回路を構成する場合には、パワーモジュールの間をブスバーで直列に外部配線する必要があるが、各パワーモジュールのパッケージ上面に配列したコレクタ，エミッタ端子の配列が全て同じであると、直線的なブスバーでモジュール間を直列に接続するにはパワーモジュールのパッケージを前後にずらして配置する必要があるなど外部配線が厄介となる。かかる点、直列接続するモジュールの一方のモジュールのパッケージで、コレクタ端子とエミッタ端子とを入れ替えておけば、モジュール同士を揃えて配置した状態で隣り合うモジュール間でエミッタ端子とコレクタ端子が直線上に並ぶのでブスバーによる外部配線が楽に行える。そこで、このような用途に使用するパワーモジュールとして、メーカーではコレクタ端子とエミッタ端子の配列を入れ替えた極性の異なるパワーモジュールを用意してユーザーの要求に応えるようにしている。
【０００９】
しかしながら、従来では端子配列の異なるパッケージを製作する場合に、ケース蓋上に引出した主回路端子の内部接続を逆に接続しなければならず、特に図４（ｂ）のように回路組立体２の絶縁基板２ａを２枚に分割した構成（従来ではセラミックス基板として、アルミナ，窒化アルミニウムの基板を採用しているが、このセラミックス基板は脆くて大面積にするとクラック割れが生じ易いために、複数枚に分割して使用している）では、端子フレームの形状を大幅に変えなければならないほか、場合にもよっては端子フレームをインサート成形する外装樹脂ケース３のモールド金型，さらには回路組立体の絶縁基板に形成した導体パターンも変更しなければならず、製作費，設備投資が嵩んでコスト高となる。
【００１０】
２）また、ユーザーによっては、パッケージ上面に引出したゲート端子の位置を図４と異なる位置に変える要求があるが、このような要求に対応したパッケージを製作するには、前項１）と同様に端子フレーム，モールド金型の変更などを要してコスト高となる。
本発明は、先記した端子一体形の外装樹脂ケースを採用した半導体装置を対象に、前項１）〜２）の課題解決を目的としてなされたものであり、第１の目的は、回路組立体，外装樹脂ケースおよびそのモールド金型を変更することなく、端子フレームの僅かな変更のみで極性の異なる半導体装置を構成できるようにすることにある。第２の目的は回路組立体，外装樹脂ケース，端子フレームを基本的に変更することなく、端子フレームの不要部分を一部カットするだけでケース蓋からの制御端子引出し位置を容易に変えられるようにした半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の各目的は本発明により、次記のように構成することにで達成される。
１）第１の目的を達成するために、回路組立体，外装樹脂ケース，およびケース蓋を共通部品として、パッケージのケース蓋上面に引出したコレクタ，エミッタの主回路端子の配列を入れ替える場合には、コレクタ側の端子フレームとエミッタ側の端子フレームを樹脂ケース内で立体的に交差させて樹脂ケースにインサート成形するものとする。
かかる構成により、回路組立体，外装樹脂ケースおよびそのモールド金型を変更することなく、端子フレームの形状を僅かに変更するのみで極性の異なる半導体装置を容易に製作することができる。
【００１２】
また、上記のようにパッケージ上面に引出したコレクタ端子とエミッタ端子の配列を入れ替えた製品と端子を入れ替えない製品とが一見して目視判別できるようにするために、本発明によれば、主回路端子の配列を入れ替えたパッケージと入れ替えないパッケージとで、主回路端子の端子形状を変えるものとする。
このように端子形状を変えておけば、パッケージに端子配列を表示した銘板を貼り付ける以前の組立工程でも、極性の異なる半導体装置を端子形状から識別できて部品管理に便利である。
また、上記の構成において、ケース蓋として制御端子の引出し穴の位置を変えた二種類のケース蓋を用意するとともに、制御端子用の端子フレームには前記した各ケース蓋の端子引出し穴に対応する二箇所にそれぞれ上方に起立する外部導出端子部を設けておき、パッケージ組立ての際に採用するケース蓋の端子引出し穴に対応する外部導出端子部を残し、他方の外部導出端子部を削除して組立ててもよい。
【００１３】
２）第２の目的を達成するために、パッケージのケース蓋として制御端子の引出し穴の位置を変えた二種類のケース蓋を用意するとともに、制御端子用の端子フレームには前記した各ケース蓋の端子引出し穴に対応する二箇所にそれぞれ上方に起立する外部導出端子部を設けておき、パッケージ組立ての際に採用するケース蓋の端子引出し穴に対応する外部導出端子部を残し、他方の外部導出端子部を削除して組立てるものとする。
かかる構成により、回路組立体，外装樹脂ケース，端子フレームを共通部品として、樹脂ケースに組合せるケース蓋の端子引出し穴の位置に合わせて、不要な端子をカットするだけで制御端子引出し位置の変更にも簡単に対応できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図４に対応する同一部材は同じ符号が付してある。
まず、図１（ａ）〜（ｄ）を用いて、端子フレームを外装樹脂ケースにインサート形成する際の構成を説明する。図４と同様な４個組のＩＧＢＴモジュールを対象とした半導体装置の主要部品の構成図であり、（ａ）図に示す端子一体形外装樹脂ケース３には、外部接続用端子として図１（ｃ),（ｄ）に示すコレクタ用の端子フレーム５，エミッタ用の端子フレーム６，ゲート用の端子フレーム７がインサート成形されている。ここで、コレクタ用の端子フレーム５には、上方に起立するコレクタ端子Ｃの外部導出端部５ａ，回路組立体に半田付けする脚片５ｂとともに、外部導出端子部５ａの側縁には肩部５ｃ，脚部５ｄが形成されている。また、エミッタ用の端子フレーム６の両端部には上方に起立するエミッタ端子Ｅ，エミッタ補助端子ｅに対応する外部導出端子部６ａ，６ｂ，および半田付け用の脚片６ｃが形成されている。一方、ゲート用の端子フレーム７には、二箇所から上方に起立するゲート端子Ｇ1,Ｇ2 の外部導出端子部７ａ，二箇所に分散形成した半田付け用の脚片７ｂ，７ｃ，および外部導出端子７ａには肩部７ｄ，脚部７ｅが形成されており、さらに脚片７ｂと７ｃの間を連ねるショートバーから側方に突き出した穴あき保持片７ｆが形成されている。
【００１５】
そして、前記の各端子フレーム５〜７を樹脂ケース３にインサート成形するに際しては、樹脂ケース３のモールド金型（図示せず）のキャビティ内に各端子フレーム５〜７をセットして金型を型締めすると、前記した各端子フレームの肩部５ｃ，７ｄ，および脚部５ｄ，７ｅがモールド金型の上型と下型の間に挟持されるとともに、金型に設けたインサートピンが端子フレーム７から側方に突き出した保持片７ｆの穴に挿入される。これにより、各端子フレーム５〜７のが金型内で所定のインサート位置から動かないように固定保持され、この状態で金型に成形樹脂を注入することにより、図１（ａ）に示すような端子一体形の外装樹脂ケース３がモールド成形される。なお、各端子フレーム５〜７は平行に配置し、特に主回路端子の端子フレーム５と６は接近させて敷設し、その相互誘導作用により配線インダクタンスを低めてスイッチング動作に伴うサージ電圧を低く抑えるようにしている。
【００１６】
一方、図１（ｂ）で示すように、金属ベース板１に搭載した回路組立体２の絶縁基板は１枚構成のセラミックス基板２ａとしてなり、該セラミックス基板２ａの上面にはコレクタの導体パターン２ａ-C, エミッタの導体パターン２ａ-E, 二箇所に分散したゲートの導体パターン２ａ-Gをパターン形成した上で、導体パターン２ａ-Cに４個のＩＧＢＴ２ｃをフリーホイーリングダイオード２ｂと組合せてマウントし、エミッタ導体パターン２ａ-E, ゲート導体パターン２ａ-Gとの間をワイヤボンディングして回路組立体を構成している。ここで、前記のセラミックス基板２ａはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3)にジルコニア（ＺｒＯ2)を添加して抗折強度を高めたものが採用されている。
【００１７】
そして、半導体装置の組立時には、金属ベース板１の上に外装樹脂ケース３を接着した状態で、樹脂ケース３の樹脂層からケース内方に突き出した各端子フレーム５〜７の脚片５ｂ，６ｃ，７ｂ，７ｃをセラミックス基板２ａの導体パターンに半田付けする。
次に、前記した端子一体形の外装樹脂ケース３，回路組立体２を搭載した金属ベース板１に、異なる種類のケース蓋を組み合わせて構築した半導体装置の具体的な実施例図２，図３に示す。
〔実施例１〕
図２（ａ）〜（ｄ）は、図１で述べた端子一体形の外装樹脂ケース３に、ケース蓋４として図２（ｄ）に示すような位置にゲート端子の引出し穴４ｄを開口したケース蓋を組合せた実施例であり、樹脂ケース３には図２（ｂ),（ｃ）に示す端子フレーム５，６，および７がインサート成形されており、特に端子フレーム７については、二箇所に形成したゲート端子Ｇ1,Ｇ2 のうちゲート端子Ｇ1 を残し、不要となるゲート端子Ｇ2 を根元からカットして切除しておく。そして、樹脂ケース３の上面にケース蓋４を被着接合した状態でケース蓋の端子引出し穴４ａ〜４ｄを貫通して上方に引出した各端子をＬ字形に折り曲げて図２（ａ）の製品を完成する。
【００１８】
〔実施例２〕
図３（ａ）〜（ｄ）は、ケース蓋４の上面に引出した各端子を前記の実施例１と異なる配列にして構成した半導体装置の実施例を示すものである。具体的には図２と比べてコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅの配列順序を入れ替え、ケース蓋４の端子引出し穴４ａからエミッタ端子Ｅを引出し、端子引出し穴４ｂからコレクタ端子Ｃを引き出すようにしてケース蓋上に並ぶ主回路端子の極性を逆配列とし、さらにゲート端子Ｇを図２と反対側の位置に引出している。
そのために、ケース蓋４として、その端子引出し穴４ｄが図２（ｄ）と反対側に開口されたものを用いる。また、主回路の端子フレーム５，６については、図３（ｂ）で示すように、回路組立体２（図１（ｂ）参照）に半田付けする脚片の位置は変えずに、コレクタ用端子フレーム５がエミッタ用端子フレーム６の上を跨ぐように立体交差させて樹脂ケース３にインサート成形する。なお、この場合には、コレクタ端子Ｃ，エミッタ端子Ｅの端子形状を図示のように角形とし、図２（ｂ）に示した端子フレーム５，６に形成したコレクタ端子Ｃ，エミッタ端子Ｅの円弧形状（外部導出端子部の先端が円弧状に整形カットされている）と一見して識別できるように形状を変えておく。
【００１９】
また、ゲート用の端子フレーム７については、図１（ｄ）で述べたように二箇所に形成したゲート端子Ｇ1,Ｇ2 のうち、ゲート端子Ｇ2 を残して他方のゲート端子Ｇ1 を根元からカットして切除する。そして、樹脂ケース３にケース蓋４を被着した状態で端子引出し穴４ａ〜４ｄを通して各端子を図３（ａ）のような配列順序に引き出す。これにより、ケース蓋４の上面に引出したコレクタ端子Ｃ，エミッタ端子Ｅの配列順序が図２（ａ）の配列と逆極性に入れ替わる。
前記から判るように、図１に示した回路組立体２，および外装樹脂ケース３のモールド金型には何らの変更を加えることなく、端子フレーム５，６について若干の変更を加えるだけで、図２と端子配列の異なるパッケージを簡単に構成することができる。
【００２０】
なお、図３（ｂ）の端子フレーム５，６の代わりに、図２（ｂ）に示した端子フレーム５，６を採用すれば、コレクタ端子Ｃ，エミッタ端子Ｅの配列が図２と同様で、ゲート端子Ｇの引出し位置が異なるパッケージとなる。
また、図示の実施例ではパワー半導体素子としてＩＧＢＴを採用した例を示したが、ＩＧＢＴの代わりにバイポーラトランジスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴを採用して実施できることは勿論である。そして、ＭＯＳ−ＦＥＴを採用する場合には、ＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子，エミッタ端子をそれぞれソース端子，ドレイン端子に置き換えて実施すればよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の構成によれば次記の効果を奏する。
１）回路組立体，外装樹脂ケースおよびそのモールド金型を変更することなく、端子フレームの形状を僅かに変更するのみで、主回路端子のエミッタ，コレクタの配列順序を入れ替えた極性の異なる半導体装置を簡単に構成でき、特に複数のモジュールを組合せてインバータのブリッジ回路を構築する場合に用いる半導体装置が設備投資の追加なしに製作できる。また、この場合に端子フレームの外部導出端子部の形状を請求項２のように変えることで、パッケージに銘板を貼り付ける以前の状態でも、端子形状から主回路端子の極性を目視判別することができて便利である。
【００２２】
２）回路組立体，外装樹脂ケース，端子フレームを共通部品として、外装樹脂ケースに組合せるケース蓋の端子引出し穴の位置に合わせて不要な端子をカットするだけで、制御端子引出し位置の変更にも簡単に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  端子フレームを外装樹脂ケースにインサート形成する構成図であり、（ａ）は端子一体形外装樹脂ケースの外形斜視図、（ｂ）は金属ベース板に搭載した回路組立体の外形斜視図、（ｃ）,（ｄ）はそれぞれ（ａ）図の樹脂ケースにインサート成形した主回路端子，ゲート端子用の端子フレームの外形斜視図
【図２】  本発明の実施例１に対応する半導体装置の構成図であり、（ａ）は組立状態のパッケージの外形斜視図、（ｂ）,（ｃ）は（ａ）図の外装樹脂ケースにインサート成形した主回路端子，ゲート端子用の端子フレームの外形斜視図、（ｄ）はケース蓋の外形斜視図
【図３】  本発明の実施例２に対応する半導体装置の構成図であり、（ａ）は組立状態のパッケージの外形斜視図、（ｂ）,（ｃ）は（ａ）図の外装樹脂ケースにインサート成形した主回路端子，ゲート端子用の端子フレームの外形斜視図、（ｄ）はケース蓋の外形斜視図
【図４】  ４個組モジュールを対象とした従来の半導体装置の構成図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれケース蓋，端子一体形の外装樹脂ケース，金属ベース板に搭載した回路組立体，およびパッケージ組立体の外形斜視図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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