特許 7543735 半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240827BHJP

   H01L 25/04 20230101ALI20240827BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 321E

H01L25/04 Z

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020116732

(22)【出願日】2020-07-06

(65)【公開番号】P2022014410

(43)【公開日】2022-01-19

【審査請求日】2023-06-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原 康文

【審査官】堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０５３１２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／１４２８６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１７４９２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２５／０４

Ｈ０１Ｌ ２５／１８

Ｈ０１Ｌ ２３／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップと、
回路パターンと、
前記半導体チップおよび前記回路パターンを電気的に接続する配線部と、
前記半導体チップ、前記回路パターンおよび前記配線部を封止する封止樹脂と
を備え、
前記配線部は、前記回路パターンと接続する回路パターン接続部と、
前記回路パターン接続部から延伸する延伸部と、
前記延伸部において前記回路パターン接続部から最も離れた端部に設けられ、前記延伸部から前記半導体チップに近づく方向に延伸する折り返し部と、
前記折り返し部から前記延伸部の下方に延伸して設けられ、前記半導体チップに接続されるチップ接続部と
を有し、
前記チップ接続部は、上面視において前記延伸部に重なっており、
前記封止樹脂は、前記チップ接続部と前記延伸部の間、および、前記延伸部上に設けられ、
前記配線部の表面と裏面は同一の材料である
半導体モジュール。

【請求項2】

半導体チップと、
回路パターンと、
前記半導体チップおよび前記回路パターンを電気的に接続する配線部と、
前記半導体チップ、前記回路パターンおよび前記配線部を封止する封止樹脂と
を備え、
前記配線部は、前記回路パターンと接続する回路パターン接続部と、
前記回路パターン接続部から延伸する延伸部と、
前記延伸部において前記回路パターン接続部から最も離れた端部に設けられ、前記延伸部から前記半導体チップに近づく方向に延伸する折り返し部と、
前記折り返し部から前記延伸部の下方に延伸して設けられ、前記半導体チップに接続されるチップ接続部と
を有し、
前記チップ接続部は、上面視において前記延伸部に重なっており、
前記封止樹脂は、前記チップ接続部と前記延伸部の間、および、前記延伸部上に設けられ、
前記半導体チップと前記チップ接続部は第１接合層を介して接続され、
前記回路パターンと前記回路パターン接続部は第２接合層を介して接続される
半導体モジュール。

【請求項3】

半導体チップと、
回路パターンと、
前記半導体チップおよび前記回路パターンを電気的に接続する配線部と、
前記半導体チップ、前記回路パターンおよび前記配線部を封止する封止樹脂と
を備え、
前記配線部は、前記回路パターンと接続する回路パターン接続部と、
前記回路パターン接続部から延伸する延伸部と、
前記延伸部において前記回路パターン接続部から最も離れた端部に設けられ、前記延伸部から前記半導体チップに近づく方向に延伸する折り返し部と、
前記折り返し部から前記延伸部の下方に延伸して設けられ、前記半導体チップに接続されるチップ接続部と
を有し、
前記チップ接続部は、上面視において前記延伸部に重なっており、
前記封止樹脂は、前記チップ接続部と前記延伸部の間、および、前記延伸部上に設けられ、
前記延伸部が開口を有し、
前記チップ接続部において前記折り返し部から最も離れた先端は、上面視において前記開口と重ならない位置に配置され、
前記開口は、上面視において、前記チップ接続部の前記先端よりも、前記折り返し部から離れて配置されている
半導体モジュール。

【請求項4】

半導体チップと、
回路パターンと、
前記半導体チップおよび前記回路パターンを電気的に接続する配線部と、
前記半導体チップ、前記回路パターンおよび前記配線部を封止する封止樹脂と
を備え、
前記配線部は、前記回路パターンと接続する回路パターン接続部と、
前記回路パターン接続部から延伸する延伸部と、
前記延伸部において前記回路パターン接続部から最も離れた端部に設けられ、前記延伸部から前記半導体チップに近づく方向に延伸する折り返し部と、
前記折り返し部から前記延伸部の下方に延伸して設けられ、前記半導体チップに接続されるチップ接続部と
を有し、
前記チップ接続部は、上面視において前記延伸部に重なっており、
前記封止樹脂は、前記チップ接続部と前記延伸部の間、および、前記延伸部上に設けられ、
前記回路パターン接続部は、前記延伸部に覆われない位置に設けられ、
上面視における前記チップ接続部において前記折り返し部から最も離れた先端の角部の曲率半径は、上面視における前記回路パターン接続部において前記延伸部から最も離れた先端の角部の曲率半径より大きい
半導体モジュール。

【請求項5】

前記延伸部は、上面視において複数の辺を有し、
前記折り返し部は、前記延伸部の前記複数の辺のうち、前記回路パターン接続部から最も離れた辺に設けられ、
前記延伸部は、前記折り返し部が設けられた辺と垂直な第１方向における長さが、当該辺と平行な第２方向における長さよりも長い
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項6】

前記半導体チップには、前記チップ接続部が１対１に接続される
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項7】

前記延伸部が開口を有する
請求項１、２または４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項8】

前記チップ接続部において前記折り返し部から最も離れた先端は、上面視において前記開口と重ならない位置に配置されている
請求項７に記載の半導体モジュール。

【請求項9】

前記開口は、上面視において、前記チップ接続部の前記先端と前記折り返し部の間の領域に設けられる
請求項８に記載の半導体モジュール。

【請求項10】

上面視において、前記開口と前記チップ接続部の前記先端の距離が１０ｍｍ以上である
請求項３、８または９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項11】

上面視において、前記チップ接続部において前記折り返し部から最も離れた先端から前記封止樹脂の端部までの距離は、前記折り返し部から前記封止樹脂の端部までの距離よりも大きい
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項12】

前記チップ接続部の少なくとも一部の領域は、粗化されている
請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項13】

前記配線部は、板状の部分を有するリードフレームである
請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項14】

前記チップ接続部において前記折り返し部から最も離れた先端は、上面視において、前記延伸部と重なっている
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項15】

前記延伸部は、
上面視において複数の辺を有する第１延伸部と、
上面視において複数の辺を有し、前記第１延伸部よりも前記折り返し部の側に配置された第２延伸部と
を有し、
前記折り返し部は、前記第２延伸部の前記複数の辺のうち、前記回路パターン接続部から最も離れた辺に設けられ、
前記折り返し部が設けられた辺と平行な方向において、前記第１延伸部と前記第２延伸部の端部の位置が異なる
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。

【請求項16】

前記延伸部は、
第１延伸部と、
前記第１延伸部よりも前記折り返し部の側に配置された第２延伸部と
を有し、
前記第１延伸部と前記第２延伸部は、それぞれ前記開口を有する
請求項７に記載の半導体モジュール。

【請求項17】

前記チップ接続部において前記折り返し部から最も離れた先端の少なくとも一部は、粗化されている
請求項１２に記載の半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体チップと回路パターンを接続するための配線部（例えば、リードフレーム）と、配線部を保護する封止樹脂とを備える半導体モジュールが知られている。（例えば、特許文献１）。
特許文献１ 特開２０１０－１０３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

半導体モジュールは、配線部に起因した封止樹脂の亀裂が少ないことが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体モジュールを提供する。半導体モジュールは、半導体チップを備えてよい。半導体モジュールは、回路パターンを備えてよい。半導体モジュールは、配線部を備えてよい。配線部は、半導体チップおよび回路パターンを電気的に接続してよい。半導体モジュールは、封止樹脂を備えてよい。封止樹脂は、半導体チップ、回路パターンおよび配線部を封止してよい。配線部は、回路パターン接続部を有してよい。回路パターン接続部は、回路パターンと接続してよい。配線部は、回路パターン延伸部を有してよい。延伸部は、回路パターン接続部から延伸してよい。配線部は、折り返し部を有してよい。折り返し部は、延伸部において回路パターン接続部から最も離れた端部に設けられてよい。折り返し部は、延伸部から半導体チップに近づく方向に延伸してよい。配線部は、チップ接続部を有してよい。チップ接続部は、折り返し部から延伸部の下方に延伸して設けられてよい。チップ接続部は、半導体チップに接続されてよい。チップ接続部は、上面視において延伸部に重なっていてよい。封止樹脂は、チップ接続部と延伸部の間、および、延伸部上に設けられていてよい。

【0005】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す図である。

【図2】絶縁回路基板１６０に形成される回路の一例を示す図である。

【図3】図２のＡ－Ａ断面図である。

【図4】図３に示した領域Ｂの拡大図である。

【図5】上面視におけるリードフレーム５０の一例を示す図である。

【図6】上面視におけるリードフレーム５０の他の例を示す図である。

【図7】上面視におけるリードフレーム５０の他の例を示す図である。

【図8】図９におけるＣ－Ｃ断面を示す図である。

【図9】半導体モジュール１００のリードフレーム５０の他の例を示す図である。

【図10】開口４６の形状の他の例を示す図である。

【図11】リードフレーム５０の他の例を示す図である。

【図12】封止樹脂１２の端部１３を示す図である。

【図13】上面視におけるリードフレーム５０の他の例を示す図である。

【図14】半導体モジュール１００のリードフレーム５０の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0008】

本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、又、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、１つの図面において、同一の機能、構成を有する要素については、代表して符合を付し、その他については符合を省略する場合がある。

【0009】

本明細書においては半導体チップの深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体モジュールの実装時における方向に限定されない。

【0010】

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。本明細書では、半導体チップの上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体チップの上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。

【0011】

本明細書では、Ｚ軸方向から見ることを上面視と称する。つまり、上面視による図は、各部材の位置をＸＹ面に投影した図である。

【0012】

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

【0013】

図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す図である。半導体モジュール１００は、インバータ等の電力変換装置として機能してよい。半導体モジュール１００は、１つ以上の絶縁回路基板１６０を備える。本明細書では、１つ以上の絶縁回路基板１６０が設けられる面における直交軸をＸ軸およびＹ軸とし、ＸＹ面と垂直な軸をＺ軸とする。図１においては、ＸＹ面における各部材の配置例を示している。

【0014】

本例の半導体モジュール１００は、３相インバータ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを構成する回路が形成される３つの絶縁回路基板１６０を備えている。絶縁回路基板１６０には、回路パターン２６、半導体チップ４０および開口４８を有するリードフレーム５０が設けられている。絶縁回路基板１６０には、１つ以上の半導体チップ４０が載置される。半導体チップ４０は、樹脂パッケージ１４により保護される。本例の樹脂パッケージ１４は、絶縁回路基板１６０を囲む樹脂ケース１０、および、樹脂ケース１０に充填される封止樹脂１２を含む。

【0015】

半導体チップ４０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌ Ｄｉｏｄｅ）等のダイオードおよびこれらを組み合わせたＲＣ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）－ＩＧＢＴ、並びにＭＯＳトランジスタ等を含んでよい。

【0016】

樹脂ケース１０は、絶縁回路基板１６０を収容する空間９４を囲むように設けられる。１つ以上の端子８６が、樹脂ケース１０から露出して設けられてよい。端子８６は、端子接続部１９８を介して、絶縁回路基板１６０と電気的に接続される。また、樹脂ケース１０には、冷却装置等を固定するねじ等の締結部材が挿入される貫通孔８４が設けられてよい。

【0017】

本例において、樹脂ケース１０は、射出成形により形成可能な熱硬化型樹脂、または、ＵＶ成形により形成可能な紫外線硬化型樹脂等の樹脂、等の樹脂により成形される。当該樹脂は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂およびアクリル樹脂等から選択される１又は複数の高分子材料を含んでよい。

【0018】

本例において、封止樹脂１２は、樹脂ケース１０の内部に設けられる。封止樹脂１２は、例えばエポキシ樹脂やシリコーンゲルであるが、これに限定されない。封止樹脂１２により、絶縁回路基板１６０を保護できる。

【0019】

図２は、絶縁回路基板１６０に形成される回路の一例を示す図である。図２では、代表して１つの相のアームを構成する絶縁回路基板１６０を例示するが、その他の絶縁回路基板１６０も同様の構成である。絶縁回路基板１６０は、絶縁基板２０を有してよい。本例の絶縁回路基板１６０は、絶縁基板２０のいずれか一方の面に回路パターン２６を設け、他方の面に放熱板２２（図３参照）を設けたものである。絶縁基板２０は、窒化ケイ素セラミックスまたは窒化アルミニウムセラミックス等で形成されてよい。回路パターン２６および放熱板２２は、銅板またはアルミ板、あるいはこれらの材料にめっきを施した板であってよい。回路パターン２６および放熱板２２は、絶縁基板２０に直接接合してよく、ろう材等を介して絶縁基板２０に接合してもよい。

【0020】

本例の半導体チップ４０は、絶縁基板２０の上面に設けられた回路パターン２６にはんだ等の接合層３０（図３参照）を介して接合されている。なお、図２において、接合層３０は、省略されている。また、半導体チップ４０の上面がはんだ等の接合層３２（図３参照）を介して配線部と接続される。本例の配線部は、リードフレーム５０である。

【0021】

リードフレーム５０は、半導体チップ４０をはんだ等の接合層３４（図３参照）を介して回路パターン２６に接続する。なお、図２において、接合層３４は、省略されている。リードフレーム５０は、銅またはアルミニウム等の金属材料で形成された部材である。リードフレーム５０は、ニッケル等により表面の少なくとも一部がメッキされていてもよい。また、リードフレーム５０は、樹脂等により表面の少なくとも一部がコーティングされていてもよい。リードフレーム５０は、板状の部分を有してよい。板状とは、対向して配置された２つの主面の面積が、他の面の面積よりも大きい形状を指す。リードフレーム５０は、少なくとも、半導体チップ４０と接続する部分が板状であってよい。リードフレーム５０は、１枚の金属板を折り曲げることで、形成されてよい。リードフレーム５０は、銅板をプレスによって加工することにより、形成されてよい。リードフレーム５０は、抜き打ち加工によって形成されてよい。また、本例のリードフレーム５０は、Ｘ軸方向の長さＸ１がＹ軸方向の長さＹ３より大きく構成されてよい。

【0022】

回路パターン２６は、半導体チップ４０またはリードフレーム５０と電気的に接続されることで、信号または電力を伝送する。回路パターン２６は、複数の島状領域２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃを含んで構成されてよい。また、回路パターン２６の１つの島状領域２７（図２では島状領域２７Ａ，２７Ｂ）に、半導体チップ４０が複数配置されてよい。また、１つの島状領域２７に配置された複数の半導体チップ４０が、リードフレーム５０により、共通の島状領域２７に接続されてよい。図２の例では、島状領域２７ＡにおいてＹ軸方向に並んだ２つの半導体チップ４０が、２つのリードフレーム５０によって共通の島状領域２７Ｂに並列に接続されている。また、島状領域２７ＢにおいてＹ軸方向に並んだ２つの半導体チップ４０が、２つのリードフレーム５０によって共通の島状領域２７Ｃに並列に接続されている。当該２つのリードフレーム５０において、同一の島状領域２７に接続される接続部分のＹ軸方向の距離Ｙ１が、２つの半導体チップ４０のＹ軸方向の距離Ｙ２より小さくてよい。これにより、離れて配置された２つの半導体チップ４０を通る電流の経路長の差異を低減できる。

【0023】

本例の半導体チップ４０は、上面および下面に電極（例えば、エミッタ電極とコレクタ電極）が形成された縦型のチップである。半導体チップ４０は、下面に形成された電極により回路パターン２６と接続され、上面に形成された電極によりリードフレーム５０と接続される。なお、半導体チップ４０は縦型のチップに限定されない。半導体チップ４０は、回路パターン２６と接続される電極を上面に有していてもよい。この場合、回路パターン２６と当該電極は、ワイヤ等により接続されてよい。

【0024】

端子接続部１９８は、回路パターン２６と、図１に示した端子８６とを接続する。端子接続部１９８は、金属で形成された板または棒状の部材であってよく、ワイヤ状の部材であってもよい。これにより、半導体チップ４０と端子８６とが電気的に接続される。

【0025】

図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。図３は、ＸＺ面に対して各部材を投影した場合の、各部材の配置例を示している。当該断面において、半導体モジュール１００は、絶縁基板２０、放熱板２２、接合層２３、冷却部１６、回路パターン２６、接合層３０、３２、３４、半導体チップ４０、リードフレーム５０および封止樹脂１２を備える。当該断面において回路パターン２６は、島状領域２７Ａと、島状領域２７Ｂとを有する。

【0026】

放熱板２２は、絶縁基板２０の下面に重なって設けられてよい。接合層２３は、放熱板２２を冷却部１６に接合する。接合層２３は、はんだ等である。冷却部１６は、内部に水等の冷媒を含む。冷却部１６は、放熱板２２等を介して、半導体チップ４０を冷却する。冷却部１６は、アルミニウム等の熱伝導率が高い材料で形成されてよい。冷却部１６は、天板および天板に対向する底板を有してよい。冷却部１６は、天板と底板の間に、放熱面積を増大させるべく複数のフィンが形成されていてもよい。

【0027】

回路パターン２６は、絶縁基板２０の上面に配置されている。回路パターン２６は、銅等の放熱板２２と同一の材料で形成されてよく、異なる材料で形成されてもよい。半導体チップ４０は、回路パターン２６の島状領域２７Ａの上面に、接合層３０により接続されている。接合層３０は、はんだ等の導電材料により、半導体チップ４０を接合する。

【0028】

リードフレーム５０は、半導体チップ４０と、回路パターン２６の島状領域２７Ｂとを接続する。本例のリードフレーム５０は、回路パターン接続部５６、延伸部５１、折り返し部５２およびチップ接続部５３を有する。チップ接続部５３は、半導体チップ４０の上面に接合層３２により接合される部分である。

【0029】

回路パターン接続部５６は、回路パターン２６の島状領域２７Ｂの上面に、接合層３４により接合される部分である。チップ接続部５３および回路パターン接続部５６は、ＸＹ面とほぼ平行な板状の部分であってよい。なお、ほぼ平行とは、例えば角度が１０度以下の状態を指す。本例では、チップ接続部５３の面積が、回路パターン接続部５６の面積より大きく構成される。チップ接続部５３の面積、回路パターン接続部５６の面積は、例えば、半導体チップ４０や回路パターン２６に接続される板状の部分の上面の面積としてよい。

【0030】

延伸部５１は、回路パターン接続部５６から折り返し部５２まで延伸して設けられる。延伸部５１は、回路パターン２６等の導電部材から離れて配置されている。本例の延伸部５１は、回路パターン２６等の上方に配置されており、回路パターン接続部５６から折り返し部５２まで、回路パターン２６等を跨ぐように設けられている。

【0031】

本例のリードフレーム５０は、延伸部５１－１、延伸部５１－２、延伸部５１－３を有する。延伸部５１－３は、回路パターン接続部５６に接続され、且つ、ＸＹ面と平行でない板状の部分である。例えば、延伸部５１－３は、ＸＹ面に対し角度が４５度以上となるように形成されてよい。本例の延伸部５１－３は、ＸＹ面と垂直な部分を含んでいる。

【0032】

延伸部５１－１は、延伸部５１－３から折り返し部５２に近づく方向に延伸する。本例の延伸部５１－１は、ＸＹ面とほぼ平行な板状の部材である。延伸部５１－２は、延伸部５１－１から折り返し部５２まで延伸している。本例の延伸部５１－２は、ＸＹ面とほぼ平行な板状の部材である。延伸部５１－１および延伸部５１－２は、図５に示すように、Ｙ軸方向における位置が異なる部材であってよい。また、図６に示すように、上面視において直線形状を有する延伸部５１－１が、延伸部５１－３から折り返し部５２まで設けられていてもよい。本明細書では、リードフレーム５０に含まれる複数の延伸部５１（例えば、延伸部５１－１、延伸部５１－２、延伸部５１－３）をまとめて、延伸部５１と称する。

【0033】

折り返し部５２は、延伸部５１において回路パターン接続部５６から最も離れた端部５９に設けられている。図３の例では、折り返し部５２は、延伸部５１－２のＸ軸方向における端部に設けられている。折り返し部５２は、延伸部５１から半導体チップ４０に近づく方向に延伸している。つまり折り返し部５２は、延伸部５１の端部５９から下方に延伸している。本例の折り返し部５２は、ＸＹ面と平行でない部分を含む板状の部材である。折り返し部５２は、ＸＹ面と垂直な部分を含んでよい。折り返し部５２は、ＸＺ面において湾曲した部分を有してもよい。

【0034】

チップ接続部５３は、折り返し部５２から延伸部５１の下方に延伸して設けられている。本例のチップ接続部５３は、半導体チップ４０に接合された板状の部分である。チップ接続部５３の少なくとも一部は、上面視において延伸部５１に重なっている。また、チップ接続部５３は、少なくとも一部または全体が延伸部５１に覆われていてもよい。

【0035】

封止樹脂１２は、半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路パターン２６が露出しないように、樹脂ケース１０の空間９４に充填されてよい。封止樹脂１２は、半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路パターン２６を封止してよい。封止樹脂１２は、チップ接続部５３と延伸部５１の間にも設けられている。つまり、チップ接続部５３と延伸部５１は、Ｚ軸方向において空間を有して配置されており、当該空間に封止樹脂１２が充填される。また、封止樹脂１２は、延伸部５１上にも設けられている。本例の延伸部５１には、延伸部５１の下方に封止樹脂１２を注入するための開口４８（図１、図２参照）が設けられている。延伸部５１には、複数の開口４８が設けられてよい。

【0036】

図４は、図３に示した領域Ｂの拡大図である。領域Ｂは、リードフレーム５０の延伸部５１の一部、折り返し部５２およびチップ接続部５３を含む。図４では封止樹脂１２を省略している。延伸部５１、折り返し部５２、チップ接続部５３および回路パターン接続部５６は、それぞれ同一の材料により形成されてよい。本例では、チップ接続部５３において、折り返し部５２から最も離れた箇所を先端３８とする。先端３８は、上面視において、折り返し部５２から最も離れた箇所であってよい。先端３８は、折り返し部５２からの距離が最大となる点であってよく、当該点が集合した辺または面であってもよい。

【0037】

本例のチップ接続部５３は、下面６２、上面６４、先端面６６および側面６８を有する。先端面６６は、チップ接続部５３の表面のうち、折り返し部５２から最も離れた面である。先端面６６は、ＸＹ面と平行でない面である。先端面６６は、ＹＺ面と平行な部分を含んでよい。先端面６６の少なくとも一部が先端３８である。先端面６６の全体が先端３８であってもよい。

【0038】

下面６２は、チップ接続部５３の表面のうち、半導体チップ４０と向かい合う、すなわち、半導体チップ４０に接続される面である。上面６４は、チップ接続部５３の表面のうち、下面６２とは逆側の面である。また、側面６８は、下面６２と上面６４との間の先端面６６以外の面である。

【0039】

半導体モジュール１００においては、半導体チップ４０が発熱源となる。半導体チップ４０に接続するチップ接続部５３は、温度変化により膨張収縮を繰り返す。封止樹脂１２も温度変化により膨張収縮を繰り返すため、チップ接続部５３すなわちリードフレーム５０と封止樹脂１２の線膨張係数を合わせることが望ましい。しかしながら、線膨張係数を一致させたとしても、温度分布や収縮速度の違いにより、熱応力を完全に防止することは困難である。さらに、半導体チップ４０が発熱源であることから、チップ接続部５３は回路パターン接続部５６に比べて、繰り返し熱応力にさらされるリスクが高い。加えて、本例では、チップ接続部５３の面積が、回路パターン接続部５６の面積より大きく構成されている。この点でも、チップ接続部５３は、熱応力にさらされた際のリスクが回路パターン接続部５６よりも高い。

【0040】

このような熱応力が繰り返し発生することにより、先端３８または先端面６６が起点となって、封止樹脂１２に亀裂２４が発生する場合がある。特に先端３８または先端面６６が、リードフレーム５０の表面が交差する角を構成している場合、亀裂２４が発生しやすくなる。亀裂２４が大きくなると、リードフレーム５０等の保護性能が低下する。例えば亀裂２４が封止樹脂１２の表面まで進展すると、亀裂２４が外部に露出するので、亀裂２４から水分等が入り込む場合がある。また、亀裂２４の進展の途中にワイヤ配線等が存在すると、ワイヤ配線が断線する原因となる。亀裂２４は、概ねＺ軸正方向に進展するが、図４に示すように、Ｚ軸に対して傾斜して進展する場合もある。

【0041】

本例において、先端３８は、上面視において延伸部５１に覆われている。つまり、先端３８から上方に向かう方向には、延伸部５１が設けられている。したがって、亀裂２４が生じた場合においても、亀裂２４の進展がリードフレーム５０によって阻止される。よって、リードフレーム５０に起因した封止樹脂１２の亀裂を少なくし、半導体モジュール１００の故障の可能性を低減することができる。また、先端３８と延伸部５１の間には、ワイヤ配線は設けられていない。したがって、先端３８と延伸部５１の間に亀裂２４が進展しても、ワイヤ配線が断線することはない。

【0042】

図１および図２に示すように、半導体チップ４０とチップ接続部５３は、１対１に設けられてよい。１つの半導体チップ４０に複数のチップ接続部５３を接続すると、先端３８の個数が増大して、亀裂２４の起点数が増大してしまう。１つの半導体チップ４０に、１つのチップ接続部５３を接続することで、亀裂２４の起点数の増大を抑制できる。これに対して、一つの島状領域２７には、複数の回路パターン接続部５６が接続されてよい。

【0043】

図５は、上面視におけるリードフレーム５０の一例を示す図である。本例のリードフレーム５０は、回路パターン接続部５６、延伸部５１－３、延伸部５１－１、延伸部５１－２、折り返し部５２およびチップ接続部５３を有する。

【0044】

延伸部５１－１および延伸部５１－２のそれぞれは、上面視においてＸ軸方向とほぼ平行な辺７１と、Ｙ軸方向とほぼ平行な辺７２を有している。また、延伸部５１－３、延伸部５１－１、延伸部５１－２は、Ｙ軸方向にずれて配置されてよい。つまり、それぞれの延伸部５１のＹ軸方向における端部の位置が異なっていてよい。

【0045】

折り返し部５２は、延伸部５１の複数の辺のうち、回路パターン接続部５６から最も離れた辺に設けられてよい。図５の例では、折り返し部５２は、延伸部５１－２の辺７１に設けられている。折り返し部５２は、辺７１の全体に渡って設けられてよい。

【0046】

チップ接続部５３は、延伸部５１－２に重なっている。図５においては、チップ接続部５３を斜線のハッチングで示している。チップ接続部５３は、全体が延伸部５１－２に覆われていることが好ましい。チップ接続部５３のＹ軸方向の幅Ｙ５は、延伸部５１－２のＹ軸方向の幅Ｙ４と同一であってよく、小さくてもよい。本例のチップ接続部５３は、延伸部５１－１と重なる位置には設けられていない。

【0047】

延伸部５１－２、折り返し部５２およびチップ接続部５３は、Ｙ軸方向の幅が均一な帯状の板を折り返して形成してよい。折り返されるとは、折り返し部５２のＸ軸方向における２つの先端が同じ方向を向いていることであってよい。図４の例では、折り返し部５２の２つの先端は、Ｘ軸負方向を向いている。折り返し部５２は、円弧を描くように折り返されてよい。また、折り返し部５２は、直角に折り返されてもよい。

【0048】

延伸部５１のＸ軸方向（第１方向）の長さをＸ２とし、Ｙ軸方向（第２方向）の幅をＹ６とする。延伸部５１のＸ軸方向の長さＸ２は、延伸部５１の各点のうち、Ｘ軸方向において最も離れた２点の距離である。また、延伸部５１のＹ軸方向の長さＹ６は、延伸部５１の各点のうち、Ｙ軸方向において最も離れた２点の距離である。

【0049】

延伸部５１は、Ｘ軸方向の長さＸ２が、Ｙ軸方向の幅Ｙ６より大きくてよい。延伸部５１は、Ｘ軸方向に長手を有してよい。これにより、リードフレーム５０では、先端面６６の上方にて、先端面６６と垂直な方向に長手を有する延伸部５１が配置されることとなる。このため、亀裂２４の進展をより効果的に防ぐことができる。また、一般には、リードフレーム５０、延伸部５１の長手に位置する面の方が、温度分布や収縮速度の違いにより高い熱応力が発生する。このため、リードフレーム５０、延伸部５１の長手側に折り返し部５２を設けて対策を施すことで、耐久性の高い半導体モジュール１００を実現することができる。なお、本例のように、Ｚ軸方向に延び、封止樹脂１２で拘束され動きにくい延伸部５１－３を含む場合には、この延伸部５１－３を起点として長手、短手を判断してよい。

【0050】

図６は、上面視におけるリードフレーム５０の他の例を示す図である。本例のリードフレーム５０は、延伸部５１のＹ軸方向の幅が一定である。つまり、延伸部５１は、回路パターン接続部５６から、折り返し部５２まで直線状に設けられている。図１から図５において説明した延伸部５１－１、延伸部５１－２が一体に形成されており、これらが延伸部５１－３に接続されている。他の構造は、図１から図５において説明した例と同様である。本例のリードフレーム５０によっても、亀裂２４の進展を抑制できる。

【0051】

図７は、上面視におけるリードフレーム５０の他の例を示す図である。図７のリードフレーム５０は、延伸部５１－２において少なくとも一つの開口４６を有する点で図１から図６におけるリードフレーム５０と異なる。開口４６以外の構成は、図１から図６において説明したいずれかのリードフレーム５０と同一であってよい。

【0052】

図８は、図７におけるＣ－Ｃ断面を示す図である。リードフレーム５０が延伸部５１－２において開口４６を有することにより、延伸部５１の下方に封止樹脂１２を導入することが容易となる。したがって、封止樹脂１２内の空胞等が少なくなり、封止樹脂１２の封止性能が向上する。

【0053】

開口４６は、上面視において、先端３８と重なっていなくてよい。開口４６が、先端３８と重なる場合、先端３８から発生した亀裂が開口４６を通って進展しやすくなる。開口４６が、上面視において、先端３８と重ならないようにすることにより、亀裂が延伸部５１を越えて進展することを抑制できる。図８の例では、開口４６は、Ｘ軸方向において、先端３８と折り返し部５２の間の領域に設けられている。

【0054】

Ｘ軸方向において、開口４６と先端３８は離れていることが好ましい。開口４６と先端３８が離れていることで、亀裂が傾斜して進展した場合においても、亀裂が開口４６を通過することを抑制できる。Ｘ軸方向における開口４６と先端３８の距離Ｄ１は、１０ｍｍ以上であってよい。Ｘ軸方向における開口４６と先端３８の距離Ｄ１とは、先端３８と開口４６のＸ軸方向の最短距離である。距離Ｄ１は、２０ｍｍ以上であってよく、３０ｍｍ以上であってもよい。

【0055】

図９は、半導体モジュール１００のリードフレーム５０の他の例を示す図である。図９のリードフレーム５０は、開口４６が、先端３８よりも、折り返し部５２から離れて配置されている点で図８のリードフレーム５０と異なる。開口４６以外の構成は、図８のリードフレーム５０と同一であってよい。

【0056】

図８の例と同様に、図９の例においても、開口４６は、上面視において、先端３８と重なっていない。このような構成でも、亀裂が延伸部５１を越えて進展することを防ぐことができる。Ｘ軸方向における開口４６と先端３８の距離Ｄ１は、１０ｍｍ以上であってよい。距離Ｄ１は、２０ｍｍ以上であってよく、３０ｍｍ以上であってもよい。

【0057】

図１０は、開口４６の形状の他の例を示す図である。本例の開口４６は、Ｘ軸方向における長さが、Ｙ軸方向における幅よりも大きい。つまり開口４６は、Ｘ軸方向に長手を有する。例えば開口４６は、上面視において楕円または長円である。この場合、楕円または長円の長軸が長手方向である。開口４６は長方形であってよく、他の形状であってもよい。

【0058】

本例の先端３８は、上面視においてＹ軸方向に延伸している。このため、先端３８から生じる亀裂は、Ｙ軸方向にある程度の長さを有する場合がある。これに対して、開口４６が、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向に長手を有することで、先端３８で生じた亀裂が、開口４６を通過しにくくなる。このため、亀裂が延伸部５１を越えて進展することを抑制できる。また、開口４６をＸ軸方向に長く形成することで、開口４６の面積を確保して、封止樹脂１２の注入を容易にできる。

【0059】

また、図１０の例では複数の開口４６がＹ軸方向に並んでいる。他の例では、複数の開口４６がＸ軸方向に並んでいてもよい。この場合、それぞれの開口４６は、Ｘ軸方向に長手を有さなくてもよい。

【0060】

開口４８は、開口４６と同一の形状を有してよく、異なる形状を有していてもよい。開口４８のＹ軸方向の幅は、開口４６のＹ軸方向の幅よりも大きくてよい。

【0061】

図１１は、リードフレーム５０の他の例を示す図である。本例のリードフレーム５０は、表面の少なくとも一部において粗化された粗面領域６１を有する。図１１においては、粗面領域６１が設けられた表面を、破線で示している。本例のリードフレーム５０は、チップ接続部５３に粗面領域６１を有する。粗化とは、表面に微細な凹凸形状を形成することである。粗化を実施することで、リードフレーム５０と封止樹脂１２の密着性を高めることができる。

【0062】

粗面領域６１の算術平均粗さは、１－１０μｍであってよい。粗面領域６１の算術平均粗さは、３－５μｍであってよい。

【0063】

粗面領域６１は、チップ接続部５３に設けられてよい。上述したように、半導体モジュール１００においては、半導体チップ４０からの発熱が比較的に大きい。このため、半導体チップ４０に接続されるチップ接続部５３に応力がかかりやすい。リードフレーム５０に応力がかかると、リードフレーム５０と封止樹脂１２とが剥離しやすくなる。リードフレーム５０と封止樹脂１２とが剥離すると、亀裂が進展しやすくなる。

【0064】

これに対して、チップ接続部５３に粗面領域６１を設けることで、リードフレーム５０と封止樹脂１２との間の接触面積を増大できるので、封止樹脂１２の剥離を抑制できる。また、局所的に粗面領域６１を設けることで、リードフレーム５０の製造コストを低減しやすくなる。

【0065】

粗面領域６１は、先端面６６の少なくとも一部に設けられることが好ましい。先端面６６、とりわけ、リードフレーム５０の表面が交差する角では、封止樹脂１２との剥離が発生しやすいためである。先端面６６に粗面領域６１を設けることで、リードフレーム５０と封止樹脂１２との剥離を効果的に抑制できる。粗面領域６１は、先端面６６の半分以上にわたって設けられてよく、先端面６６の全体に設けられていてもよい。先端面６６の一部に粗面領域６１を設ける場合、先端面６６のうち、下面６２と接する部分に粗面領域６１を設けることが好ましい。下面６２と接する部分は、はんだ等の接合層３２と接触する可能性がある部分であり、はんだ等の接合層３２は樹脂剥離の起点を生じる可能性があるためである。当該部分に粗面領域６１を設けることで、封止樹脂１２の剥離を効果的に抑制できる。

【0066】

粗面領域６１は、上面６４の少なくとも一部に設けられてよい。上面６４に粗面領域６１を設けることで、リードフレーム５０と封止樹脂１２との剥離を更に抑制できる。粗面領域６１は、上面６４の半分以上にわたって設けられてよく、上面６４の全体に設けられていてもよい。上面６４の一部に粗面領域６１を設ける場合、上面６４のうち、先端面６６と接する部分に粗面領域６１を設けることが好ましい。

【0067】

粗面領域６１は、側面６８の少なくとも一部に設けられてよい。側面６８に粗面領域６１を設けることで、リードフレーム５０と封止樹脂１２との剥離を更に抑制できる。粗面領域６１は、側面６８の半分以上にわたって設けられてよく、側面６８の全体に設けられていてもよい。側面６８の一部に粗面領域６１を設ける場合、側面６８のうち、先端面６６と接する部分に粗面領域６１を設けてよい。また、側面６８のうち、下面６２と接する部分に粗面領域６１を設けてよい。粗面領域６１は、折り返し部５２、延伸部５１および回路パターン接続部５６の少なくとも一つにも設けられてよい。

【0068】

図１２は、封止樹脂１２の端部１３を示す図である。端部１３は、上面視における、封止樹脂１２の端部である。チップ接続部５３の先端３８と、端部１３とのＸ軸方向における最短距離をＬ２とする。また、折り返し部５２と、端部１３とのＸ軸方向における最短距離をＬ１とする。距離Ｌ２は、距離Ｌ１より大きくてよい。このような構成により、亀裂２４の起点となりやすい先端３８または先端面６６を、封止樹脂１２の端部１３から離すことができる。これにより、亀裂２４が、封止樹脂１２の端部１３に達することを抑制できる。また、先端３８と端部１３との間に、折り返し部５２が存在するので、亀裂２４が端部１３に達するのを更に抑制できる。

【0069】

なお、図１および図２に示したように、半導体モジュール１００が複数のリードフレーム５０を備える場合、Ｘ軸方向において最も端に配置されたリードフレーム５０が、図１２に示した構成を備えることが好ましい。また、Ｘ軸方向において両端に配置されたリードフレーム５０の先端３８は、最も近い樹脂ケース１０の側壁とは逆側を向いていることが好ましい。

【0070】

図１３は、上面視におけるリードフレーム５０の他の例を示す図である。図１３のリードフレーム５０は、先端３８の角部１９および先端４４の角部２９が曲面を有する点で図５のリードフレーム５０と異なる。先端４４は、回路パターン接続部５６において、延伸部５１から最も離れた箇所をとする。角部１９および角部２９は、先端３８および先端４４のそれぞれの角である。図１３の例では、先端３８は２つの角部１９を有し、先端４４は２つの角部２９を有する。リードフレーム５０のそれ以外の構成は、図５のリードフレーム５０と同一であってよい。先端３８の角部１９および先端４４の角部２９の曲面は、抜き打ち加工によって得られた角を切削することにより形成されてよい。

【0071】

先端３８の角部１９が曲面を有することにより、先端３８の角部１９が角になっている場合に比べ、応力が集中することを防ぐことできる。また、先端４４の角部２９が曲面を有することにより、先端４４の角部２９が角になっている場合に比べ、応力が集中することを防ぐことできる。したがって、リードフレーム５０に起因した封止樹脂１２の剥離を更に少なくすることができる。

【0072】

先端３８の全体が、折り返し部５２から離れる方向に凸の曲面であってよい。先端３８は、ＸＹ面において円弧状であってよい。また、先端４４の全体が、延伸部５１から離れる方向に凸の曲面であってよい。先端４４は、ＸＹ面において円弧状であってよい。

【0073】

先端３８の角部１９の曲率半径Ｒ１は、先端４４の角部２９の曲率半径Ｒ２より大きくてよい。また、先端３８の角部１９は曲面を有し、先端４４の角部２９は曲面を有さなくてよい。この場合、先端４４を加工せずに、リードフレーム５０を容易に形成できる。また、図１３では、先端３８の２つの角部１９がそれぞれ同一の曲率半径Ｒ１を有する例を示したが、角部１９の曲率半径は異なっていてもよい。また、同様に角部２９の曲率半径は異なっていてもよい。

【0074】

図１４は、半導体モジュール１００のリードフレーム５０の他の例を示す図である。本例においては、回路パターン接続部５６の面のうち、延伸部５１から最も離れた面を先端面７０とする。先端面７０は、回路パターン接続部５６において、延伸部５１から最も離れた点である先端４４を含む。先端面７０以外の構造は、図１から図１３において説明したリードフレーム５０と同様である。また、図１４において、延伸部５１の一部を省略している。なお、図４と同様に図１４において封止樹脂１２は、省略されている。

【0075】

延伸部５１－３は、Ｘ軸負方向における延伸部５１－１の先端に設けられる。つまり、延伸部５１－３は、Ｘ軸負方向における延伸部５１－１の先端と接続している。延伸部５１－３の２つの先端は、異なる方向を向いていてよい。図１４の例では、延伸部５１－３のＸ軸正方向の先端はＸ軸正方向を向いており、延伸部５１－３のＸ軸負方向の先端はＸ軸負方向を向いている。延伸部５１－３は、ＸＺ面において円弧を描くように延伸してよい。つまり、延伸部５１－３は、延伸部５１－１および回路パターン接続部５６との接続部分に角を有さないように延伸してよい。また、延伸部５１－３は、延伸部５１－１および回路パターン接続部５６との接続部分が角を有してもよい。

【0076】

回路パターン接続部５６は、延伸部５１－３の先端に設けられる。回路パターン接続部５６は、接合層３４により島状領域２７Ｂに接合される。また、封止樹脂１２は、回路パターン接続部５６上に設けられていてよい。回路パターン接続部５６の上面視における面積は、チップ接続部５３の上面視における面積より小さくてよい。回路パターン接続部５６の上面視における面積は、チップ接続部５３の上面視における面積と同じであってもよい。回路パターン接続部５６の上面視における面積は、チップ接続部５３の上面視における面積より大きくてもよい。

【0077】

本例の先端面７０は、Ｘ軸負方向における回路パターン接続部５６の先端の面である。先端面７０は角を有してよい。

【0078】

本例において、先端面７０は、折り返し部と接続していないため、上面視において延伸部５１に覆われていない。つまり、先端面７０から上方に向かう方向には、延伸部５１が設けられていない。しかし、先端面７０は、先端面６６と比べ、応力集中が発生しにくく、亀裂が生じにくい。したがって、先端面７０を延伸部５１で覆わない構成とすることで、リードフレーム５０を容易に形成でき、且つ、亀裂２４の進展を抑制できる。回路パターン接続部５６は、延伸部５１に覆われない位置に設けられていてよい。

【0079】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0080】

１０・・樹脂ケース、１２・・封止樹脂、１３・・端部、１４・・樹脂パッケージ、１６・・冷却部、１９・・角部、２０・・絶縁基板、２２・・放熱板、２３・・接合層、２４・・亀裂、２６・・回路パターン、２７・・島状領域、２９・・角部、３０・・接合層、３２・・接合層、３４・・接合層、３８・・先端、４０・・半導体チップ、４４・・先端、４６・・開口、４８・・開口、５０・・リードフレーム、５１・・延伸部、５２・・折り返し部、５３・・チップ接続部、５６・・回路パターン接続部、５９・・端部、６１・・粗面領域、６２・・下面、６４・・上面、６６・・先端面、６８・・側面、７０・・先端面、７１・・辺、７２・・辺、８４・・貫通孔、８６・・端子、９４・・空間、１００・・半導体モジュール、１６０・・絶縁回路基板、１９８・・端子接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】