特開 2025-43152 半導体装置、半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025043152

(43)【公開日】2025-03-28

(54)【発明の名称】半導体装置、半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20250321BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023150492

(22)【出願日】2023-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 慶

(72)【発明者】

【氏名】藤野 伸一

(72)【発明者】

【氏名】久保木 誉

(57)【要約】

【課題】インダクタンスを低減できる。
【解決手段】半導体装置は、半導体素子を搭載するリードフレームと、リードフレームに接続され、一部が封止樹脂に覆われると共に、残部が封止樹脂から突出する直流端子と、直流端子と対向し、封止樹脂に覆われる金属板と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体素子を搭載するリードフレームと、
前記リードフレームに接続され、一部が封止樹脂に覆われると共に、残部が前記封止樹脂から突出する直流端子と、
前記直流端子と対向し、前記封止樹脂に覆われる金属板と、を備える半導体装置。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体装置において、
前記金属板は、前記リードフレームのタイバーを切除した痕跡であるタイバー痕を有する、半導体装置。

【請求項3】

請求項２に記載の半導体装置において、
前記半導体素子には板状の導電部材が接続され、
前記リードフレームに対して、前記導電部材および前記金属板が同じ側に配される、半導体装置。

【請求項4】

請求項３に記載の半導体装置において、
前記半導体素子は、上アームを構成する第１半導体素子、および下アームを構成する第２半導体素子であり、
前記導電部材は、前記第１半導体素子の交流端子に接続される第２導電部材、および前記第２半導体素子の負極端子に接続される第１導電部材であり、
前記リードフレームに対して、前記第１導電部材、前記第２導電部材、および前記金属板が同じ側に配される、半導体装置。

【請求項5】

リードフレームに接続される直流端子と金属板とが互いにタイバーで接続されたリードベースを準備する準備工程と、
前記金属板が前記直流端子と対向するように折り曲げる曲げ工程と、
半導体素子および、前記半導体素子に接続される導電部材と、を前記リードフレームに配置する配置工程と、
前記半導体素子と、前記導電部材と、前記直流端子の一部と、を封止樹脂で覆う被覆工程と、
前記タイバーを切断する切断工程と、を含み、
前記曲げ工程および前記配置工程の順番は入れ替え可能である、半導体装置の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体装置の製造方法において、
前記リードベースは、制御端子をさらに含み、
前記直流端子は、前記制御端子よりも短く、前記制御端子に挟まれて配置されており、
前記金属板は、前記直流端子と前記制御端子に囲われている、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置、および半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パワーモジュールを含む半導体装置は様々な産業分野で利用されている。半導体装置は、小型、低発熱、低消費電力、低インダクタンスなど多くの要求がなされている。特許文献１には、一面上に配列された複数の入出力端子を有するパワー半導体モジュールと、前記入出力端子間に配置される絶縁性部材で形成された仕切り部を有する端子カバーと、前記パワー半導体モジュールを制御する回路基板と、前記回路基板を支持する基板支持部材と、を備え、前記端子カバーは、前記基板支持部材に一体的に設けられている、電力変換装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１１２６５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されている発明では、インダクタンスの低減に改善の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様による半導体装置は、半導体素子を搭載するリードフレームと、前記リードフレームに接続され、一部が封止樹脂に覆われると共に、残部が前記封止樹脂から突出する直流端子と、前記直流端子と対向し、前記封止樹脂に覆われる金属板と、を備える。
本発明の第２の態様による半導体装置の製造方法は、リードフレームに接続される直流端子と金属板とが互いにタイバーで接続されたリードベースを準備する準備工程と、前記金属板が前記直流端子と対向するように折り曲げる曲げ工程と、半導体素子および、前記半導体素子に接続される導電部材と、を前記リードフレームに配置する配置工程と、前記半導体素子と、前記導電部材と、前記直流端子の一部と、を封止樹脂で覆う被覆工程と、前記タイバーを切断する切断工程と、を含み、前記曲げ工程および前記配置工程の順番は入れ替え可能である。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、インダクタンスを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】パワーモジュールの外観斜視図

【図2】パワーモジュールの内部斜視図

【図3】パワーモジュールの正面図および側面図

【図4】図３において破線の丸で囲んだ領域の拡大図

【図5】金属板の三面図

【図6】図３に示したパワーモジュールの側面図の拡大図

【図7】加工前リードフレームを示す図

【図8】パワーモジュールの製造工程を示す図

【図9】パワーモジュールの効果を示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

―実施の形態―
以下、図１～図９を参照して、半導体装置であるパワーモジュールの実施の形態を説明する。本実施の形態では、説明の便宜のために相互に直交するＸＹＺ軸を図面に記載する。

【0009】

（構成）
図１はパワーモジュール１００の外観斜視図である。パワーモジュール１００は外周をケース４００により覆われ、ケース４００の一部が放熱用の放熱部３００となっている。図１ではケース４００のＹ軸マイナス側の面に配された放熱部３００しか表示されていないが、ケース４００のＹ軸プラス側の面にも同様に放熱部３００が配されている。

【0010】

パワーモジュール１００は、直流端子２１０、交流端子２２０、第１制御端子２３０、および第２制御端子２４０を備える。直流端子２１０、交流端子２２０、第１制御端子２３０、および第２制御端子２４０は、Ｘ軸方向に並んでおりＺ軸方向に延びる。第１制御端子２３０と第２制御端子２４０との間に、直流端子２１０が配置される。ケース４００のＺ軸プラス側の表面に封止樹脂５００が配され、この封止樹脂５００により直流端子２１０、交流端子２２０、第１制御端子２３０、および第２制御端子２４０のＺ軸マイナス側が封止される。第１制御端子２３０および第２制御端子２４０は直流端子２１０に比べて、封止樹脂５００からＺ軸プラス側に多く突出する。

【0011】

図２は、パワーモジュール１００の内部斜視図である。本図の視点は図１と同様であり、放熱部３００、ケース４００、および封止樹脂５００を取り除いている。直流端子２１０、第１制御端子２３０、および第２制御端子２４０はリードフレーム２００の一部により構成される。リードフレーム上に第１半導体素子９００－１、第２半導体素子９００－２、第２導電部材６００および第１導電部材７００が配置される。なお第２導電部材６００は「ＡＣリード」とも呼ばれ、第１導電部材７００は「Ｎリード」とも呼ばれる。また以下では第１半導体素子９００－１と第２半導体素子９００－２とをまとめて「半導体素子」９００と呼ぶこともある。

【0012】

第１半導体素子９００－１の交流端子に第２導電部材６００が接続され、第２半導体素子９００－２の負極端子に第１導電部材７００が接続される。直流端子２１０は、正極端子２１０Ｐと負極端子２１０Ｎとに分類される。正極端子２１０Ｐおよび負極端子２１０Ｎの数および配置は特に限定されないが、たとえば正極端子２１０Ｐ、負極端子２１０Ｎ、正極端子２１０Ｐ、負極端子２１０Ｎ、の順に並ぶ。負極端子２１０Ｎの電位は第１導電部材７００の電位と等しい。交流端子２２０の電位は第２導電部材６００の電位と等しい。

【0013】

図３は図２から視点を変更した正面図および側面図である。ただし本図では金属板８００をハッチングで示している。直流端子２１０と金属板８００はＹ軸方向に対向して配置される。Ｙ軸プラス側が奥行き方向になる正面図では、直流端子２１０と金属板８００とが重なっている。右方向がＹ軸プラス側となる側面図では、直流端子２１０と金属板８００との間に隙間があることがわかる。図４では記載を省略していたが、第１制御端子２３０および第２制御端子２４０と半導体素子９００の信号端子との間は、たとえばワイヤボンディングで接続される。

【0014】

図４は、図３において破線の丸で囲んだ領域の拡大図である。ただし本図では説明の都合により封止樹脂５００と直流端子２１０との接合部を破線で強調表示している。なお図４では作図の都合により第１制御端子２３０のＺ軸プラス側の先端部分が記載されていない。封止樹脂５００と直流端子２１０との接合部は、隣接する端子の沿面距離が長くなるように、封止樹脂５００は凹凸を有する。なお、この凹凸と概一致するように、金属板８００のＺ軸プラス側の端部の一部に凹凸が設けられてもよい。

【0015】

図５は、金属板８００の三面図である。金属板８００は、Ｚ軸プラス側の端部に、リードフレーム２００から切り離されたときに発生するタイバーカットの切除の痕跡であるタイバー痕８１０を有する。

【0016】

図６は、図３に示したパワーモジュール１００の側面図の拡大図である。ただし図６では放熱部３００も記載している。金属板８００は、リードフレーム２００および放熱部３００から、封止樹脂５００により電気的に絶縁される。金属板８００は、第２導電部材６００および第１導電部材７００と同様に、リードフレーム２００に対してＹ軸マイナス側に配置される。

【0017】

仮に金属板８００がリードフレーム２００に対して第２導電部材６００および第１導電部材７００と逆側、すなわちＹ軸プラス側に配された場合には、Ｙ軸プラス側の放熱部３００は現状よりもＹ軸のプラス側に移動せざるを得ない。そのため図６に示す構成では、金属板８００、第２導電部材６００、および第１導電部材７００がリードフレーム２００に対して同一の側に存在することでパワーモジュール１００のＹ軸方向のサイズを小型化できている、とも言える。なお金属板８００は、リードフレーム２００と放熱部３００との間の封止樹脂５００に埋設される。

【0018】

（製造方法）
図７～図８を参照してパワーモジュール１００の製造方法を説明する。図７は、加工前のリードフレーム２００であるリードベース２００Ｂを示す図である。リードベース２００Ｂは、導電性を有する金属平板をプレス加工またはレーザ加工することで形成される。リードベース２００Ｂには、直流端子２１０、交流端子２２０、第１制御端子２３０、第２制御端子２４０、および金属板８００となる部分である、加工前直流端子２１０Ｂ、加工前交流端子２２０Ｂ、加工前第１制御端子２３０Ｂ、加工前第２制御端子２４０Ｂ、および加工前金属板８００Ｂを含む。

【0019】

斜線のハッチングが加工前金属板８００Ｂを示し、主にドットのハッチングを施した領域がパワーモジュール１００として不要な領域である。加工前金属板８００Ｂおよび加工前直流端子２１０Ｂと連なる領域がタイバー８５０である。

【0020】

図８は、パワーモジュール１００の製造工程を示す図である。まず、準備工程として図７に示したリードベース２００Ｂを用意する。第１工程では、加工前金属板８００Ｂが加工前直流端子２１０Ｂと重なるようにタイバー８５０が所定の方向、たとえば図示手前側に折り曲げられる。第１工程は、曲げ工程とも呼ぶ。

【0021】

第２工程では、リードベース２００Ｂに対して半導体素子９００、第２導電部材６００および第１導電部材７００が実装される。第２導電部材６００および第１導電部材７００は、リードベース２００Ｂに対して、加工前金属板８００Ｂと同一方向の面、たとえば図示手前側の面に実装される。これらの実装には、はんだ等の接合部材が用いられる。なお次の第３工程に進む前にリードベース２００Ｂの不要な箇所、すなわちドットのハッチングで示す領域を除去する。この除去は第１工程に含めてもよいし、第２工程に含めてもよい。第２工程は、配置工程とも呼ぶ。

【0022】

第３工程では、封止樹脂５００を充填し硬化させる。これにより、加工前金属板８００Ｂと加工前直流端子２１０Ｂの相対位置が固定される。ただしこの段階ではタイバー８５０はまだ存在する。第３工程は、被覆工程とも呼ぶ。第４工程では、タイバー８５０をカットする。この第４工程により図５に示したタイバー痕８１０が形成される。第４工程は、切断工程とも呼ぶ。第４工程の後に、放熱部３００が配されたケース４００で封止樹脂５００を覆うことでパワーモジュール１００が完成する。なお第１工程と第２工程、すなわち曲げ工程と配置工程は順番が逆でもよい。

【0023】

（効果）
図９は、パワーモジュール１００の効果を示す図である。直流端子２１０には正極および負極が含まれるので、直流端子２１０に対向して配される金属板８００には渦電流Ｅが生じる。そのためパワーモジュール１００は、金属板８００により直流端子２１０のインダクタンスが低減され、サージ電圧および損失が低減される効果を有する。

【0024】

ところで、金属板８００を加工する前の加工前金属板８００Ｂは、図７に示したように加工前第１制御端子２３０Ｂと加工前第２制御端子２４０Ｂとに挟まれた領域であった。矩形の板材からリードフレーム２００および各端子を形成するためには、加工前金属板８００Ｂの領域も切り出さざるを得ない。したがって、本願発明者による鋭意検討がなければ加工前金属板８００Ｂは廃棄される領域であったとも言える。したがってパワーモジュール１００は、従来は廃棄されていた領域を用いてインダクタンスの低減を実現している。

【0025】

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）パワーモジュール１００は、第１半導体素子９００－１を搭載するリードフレーム２００と、リードフレーム２００に接続され、一部が封止樹脂５００に覆われると共に、残部が封止樹脂５００から突出する直流端子２１０と、直流端子２１０と対向し封止樹脂５００に覆われる金属板８００と、を備える。そのため、図９に示すように渦電流Ｅが発生し、インダクタンスを低減できる。

【0026】

（２）金属板８００は、リードフレーム２００のタイバー８５０を切除した痕跡であるタイバー痕８１０を有する。そのため、従来は廃棄されていた領域を用いてパワーモジュール１００のインダクタンス低減を実現できる。

【0027】

（３）第１半導体素子９００－１には板状の導電部材が接続される。リードフレームに対して、第１導電部材７００、第２導電部材６００および金属板８００が同じ側、すなわちＹ軸マイナス側に配される。そのため、図６を参照して説明したようにパワーモジュール１００のＹ軸方向のサイズを小型化できる。

【0028】

（４）半導体素子９００は、上アームを構成する第１半導体素子９００－１、および下アームを構成する第２半導体素子９００－２である。導電部材は、第１半導体素子９００－１の交流端子に接続される第２導電部材６００、および第２半導体素子９００－２の負極端子に接続される第１導電部材７００である。図６に示すように、リードフレーム２００に対して、第１導電部材７００、第２導電部材６００、および金属板８００が同じ側に配される。

【0029】

（５）パワーモジュール１００の製造方法は、準備工程と、曲げ工程と、配置工程と、被覆工程と、切断工程と、を含む。準備工程では、リードフレーム２００に接続される直流端子２１０と金属板８００とが互いにタイバー８５０で接続されたリードベース２００Ｂを準備する。曲げ工程では、金属板８００が直流端子２１０と対向するように折り曲げる。配置工程では、半導体素子９００、第１導電部材７００、および第２導電部材６００、をリードフレーム２００に配置する。被覆工程では、半導体素子９００と、第１導電部材７００と、第２導電部材６００と、直流端子２１０の一部と、を封止樹脂５００で覆う。切断工程では、タイバー８５０を切断する。なお、曲げ工程および配置工程の順番は入れ替え可能である。そのため、インダクタンスが低減されたパワーモジュール１００を製造できる。

【0030】

（６）リードベース２００Ｂは、第１制御端子２３０および第２制御端子２４０を含む。直流端子２１０は、第１制御端子２３０および第２制御端子２４０よりも短く、第１制御端子２３０および第２制御端子２４０に挟まれて配置される。金属板８００は、直流端子２１０と第１制御端子２３０および第２制御端子２４０に囲われている。そのため、従来は廃棄されていた領域を用いてパワーモジュール１００のインダクタンス低減を実現できる。

【0031】

（変形例１）
上述した実施の形態では、図６に示したように、金属板８００、第１導電部材７００、および第２導電部材６００の全てがリードフレーム２００に対して同一の側、すなわちＹ軸のマイナス側に配された。しかし、この３つが同一の側に存在することは必須の構成要件ではなく、バラバラに配されてもよい。たとえば金属板８００はリードフレーム２００よりもＹ軸のマイナス側に配され、第１導電部材７００および第２導電部材６００はリードフレーム２００よりもＹ軸のプラス側に配されてもよい。

【0032】

本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0033】

１００ ：パワーモジュール
２００ ：リードフレーム
２００Ｂ ：リードベース
２１０ ：直流端子
２２０ ：交流端子
２２０Ｂ ：加工前交流端子
２３０ ：第１制御端子
２４０ ：第２制御端子
５００ ：封止樹脂
６００ ：第２導電部材
７００ ：第１導電部材
８００ ：金属板
８００Ｂ ：加工前金属板
８１０ ：タイバー痕
８５０ ：タイバー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】