JP2000049184A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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lead
electrode
semiconductor device
sealing body
electrode lead
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靖司 ▲高▼橋
Yasushi Takahashi
Toshinori Hirashima
利宣 平島
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレイン電流増大による発熱に起因する絶縁
性封止樹脂の劣化防止。 【解決手段】 金属性のヘッダと、このヘッダ上に固定
されるパワーMOSFETを構成する半導体チップと、
半導体チップやヘッダ等を被う絶縁性樹脂からなる封止
体とを有し、ヘッダに連なり封止体の一側面から突出す
る吊りリードと、封止体の一側面から並んで突出するソ
ースリードおよびゲートリードと、封止体内に位置し半
導体チップの上面の電極とソースリードおよびゲートリ
ードを接続するワイヤとを有する半導体装置であって、
ソースリードは並んだ複数本のリードで構成され、かつ
これらのリードの先端は封止体の内部において1本の連
結部に連結され、連結部と半導体チップの電極は太さ5
00μmの4本のAlワイヤで接続されている。

Description

【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の製造技
術に係わり、たとえばパワーMOSFET,IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor ),バイポーラ
パワートランジスタ等電源用トランジスタを組み込んだ
半導体装置、すなわち携帯機器等の電源等に使用する低
電気抵抗化による低電圧駆動用パワートランジスタ、レ
ーザビームプリンタ等の高出力機器の電源等に使用する
低熱抵抗のパワートランジスタ、自動車電装機器等に使
用する大電流用パワートランジスタ等の製造に適用して
有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話,ビデオカメラなどの充電器,
オフィスオートメーション(OA)機器等の電源回路に
組み込まれる電源用トランジスタとして、低オン低抵抗
による低電圧駆動用パワートランジスタが知られてい
る。たとえば、低電圧駆動用パワートランジスタについ
ては、株式会社日立製作所半導体事業部発行、「日立デ
ータブック:日立半導体パッケージ」1997年9月発行、
P329に記載されている。
【0003】この低電圧駆動用パワートランジスタはパ
ワーMOSFETで構成されている。この文献によるパ
ワーMOSFETは、ヘッダと呼称される金属製の支持
基板に、パワーMOSFETを組み込んだ半導体チップ
(チップ)を固定し、一端を前記ヘッダの斜め上方に臨
ませるゲートリードやソースリードの前記一端と、前記
チップの上面の電極(ゲート電極,ソース電極)を導電
性のワイヤで接続し、さらにヘッダの上面側を絶縁性の
樹脂(レジン)からなる封止体で被って前記チップ,ワ
イヤ,リード一端部分を被った構造になっている。
【0004】このようなパワーMOSFETでは、前記
ヘッダの下面は露出して放熱面を形成するとともに、前
記封止体の一側面からは3本のリードが露出することに
なる。2本のリードは前記ゲートリード及びソースリー
ドであり、他の1本のリードは前記ヘッダに連なるドレ
インリードである。また、ソース電極に接続されるワイ
ヤもコストの面でAlが使用され、電流量の増大から2
本のワイヤによる接続構造になっている。
【0005】また、株式会社日立製作所半導体事業部発
行、「Gain」1996年9月2日発行、P19及びP20に
は、「パワーマネジメント用パワーMOSFET」につ
いて記載されている。このパワーMOSFETは、携帯
電話,ビデオカメラなどの充電器,OA機器,ノートパ
ソコン電源などLiイオン2次電池充放電パワーマネー
ジメントを主な用途としている旨記載されている。
【0006】さらに、特開平9-307103号(特願平8-1202
11号)公報には、ドレインに印加された負電圧に起因す
る素子の破壊を防止するために負電圧保護回路を内蔵し
た複合型パワーMOSFETの技術が開示されている。
【0007】一方、パワートランジスタは、たとえば、
工業調査会発行「ハイブリッド実装技術」、昭和63年5
月15日発行、P25にも記載されているように、自動車各
部の機器を動作させるモータの駆動電源用に多用されて
いる。また、理工学社発行「自動車の電子システム」19
92年8月5日発行、P110〜P112には、電気モータで駆動
する油圧ポンプ式や電気モータそのもので駆動するパワ
ーステアリングについて記載されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】パワーMOSFET
は、例えば、OA機器の電源の整流回路に組み込まれて
使用される。従来、整流回路にはダイオードが使用され
てきたが、オン抵抗が低いことから近年パワーMOSF
ETが使用されている。
【0009】オン抵抗の低減からパワーMOSFETの
出力は暫時増大の傾向にある。一方、半導体装置製造に
おける微細加工技術の進展により、パワーMOSFET
の特性も向上し、例えば、オン抵抗が0.34mΩ(半
導体チップの状態)前後のものも開発されている。
【0010】今回、本出願人においては、出力が500
W(5V,100A)にもなるパワーMOSFET構成
の半導体装置(樹脂封止型半導体装置)を開発すること
になり、封止体(パッケージ)構成をも含み従来の構造
を検討した結果、以下のような問題が派生するおそれが
あることを見いだした。
【0011】従来の樹脂封止型の半導体装置では、大出
力化を図るため、直径が大きいワイヤが使用され、また
その使用本数も2本になっている。金線は抵抗が低く望
ましいが、価格が高いことからAlが使用されている。
Alは超音波振動によるワイヤボンディング(USW
B)で電極やリードとの接続がなされるが、その太さも
500μm直径が最大となる。この寸法は市場に出回っ
ているAlワイヤの最大のものであり、特注品になると
価格が高くなることからこれが使用される。
【0012】また、500μm直径程度以上の太さのA
lワイヤを使用した場合には、超音波振動によるワイヤ
ボンディング装置では、脆弱なシリコン等の半導体で形
成される半導体チップを破損させることになり、500
μm直径程度のAlワイヤの使用が限界である。また、
Alワイヤは500μmを越えてさらに太くしていく
と、スプールに巻き付ける際、クラックが入ったり切れ
たりすることから使用には適さなくなる。この弊害はA
lの純度が高い程顕著であり、純度の高いAlがワイヤ
ボンディングに使用されている。
【0013】また、従来のパワーMOSFET構成の半
導体装置の出力は、最大でも200〜300W程度であ
り、今回の500Wに比較して充分小さい。
【0014】500μm直径のAlワイヤの2本の使用
では、ワイヤ部分での発熱量が大きく、ガラス転移温度
(Tg)が155〜170℃程度の樹脂(エポキシ樹
脂)では、樹脂が劣化してしまうおそれがある。そこ
で、本発明者はワイヤの使用本数の増大を検討した。他
方、本発明者の検討によれば、従来のパワーMOSFE
Tの封止構造では、ソースリードからの放熱については
何ら配慮されていない。
【0015】一方、自動車分野では、従来パワーステア
リング用コンプレッサをファンベルトで駆動していた
が、車体の軽量化,低燃費化のためにモータで駆動する
方式(油圧ポンプ式電動パワーステアリング)に変わり
つつある。また、さらに軽量化するためポンプを使わず
直接ステアリングを駆動する方式(直接駆動式電動パワ
ーステアリング)が小型車に使われ始めている。
【0016】前記両方式とも大電流のトランジスタ(半
導体装置)が使用されている。たとえば、油圧ポンプ式
電動パワーステアリングでは120A、直接駆動式電動
パワーステアリングでは70Aが必要となる。
【0017】特に欧州では、電波妨害を防ぐための規制
があることから、モータはブラシレスである必要があ
り、直接駆動式電動パワーステアリングの駆動系に組み
込むトランジスタ、たとえばMOSFETがどれだけ電
流を流せるかでパワーステアリングの最大トルクが決ま
り、ひいてはどれだけの排気量の車まで使えるかが決ま
る。現在のTO220系パッケージのトランジスタでは
75A程度しか扱えないので排気量1500cc程度の
車に適用するのが限度と思われる。
【0018】また、トランジスタは高温度となる自動車
のエンジンルーム内に組み込まれ、過酷な温度環境で使
用される。これは本発明者等による実験で得た数値であ
るが、パッケージ外形がTO220ABで500μm直
径のワイヤを2本使用してソース電極とソースリードを
接続し、110Aの電流を印加した場合、ワイヤ周辺温
度は151.5℃になる(周囲温度80℃)。
【0019】このようなことから、トランジスタの放熱
性を高めるために、半導体チップが搭載されるヘッダを
直接ヒートシンク等に固定する半導体装置の実装も必要
になる。この場合、ヘッダを電極引出し端子として使用
できない場合もある。このような場合には、パッケージ
から電極端子としてドレイン,ソース,ゲートとなるリ
ードが必要になる。
【0020】本発明の目的は、発熱による封止体の劣化
を起こすことのない高出力の半導体装置(低電圧駆動用
パワートランジスタ,大電流用パワートランジスタ等)
を提供することにある。本発明の前記ならびにそのほか
の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面
からあきらかになるであろう。
【0021】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)絶縁性樹脂からなる封止体と、前記封止体によっ
て少なくとも一部が被われ下面が前記封止体から露出し
かつ第1電極になる金属製の支持基板と、前記支持基板
に連なり前記封止体の一側面から突出する吊りリード
と、前記封止体の前記一側面から並んで突出する第2電
極になる第2電極リードおよび制御電極になる制御電極
リードと、前記封止体に被われるとともに下面に第1電
極を有し上面に第2電極と制御電極を有し下面が導電性
の接合材を介して前記支持基板に固定される半導体チッ
プと、前記封止体内に位置し前記第2電極と前記第2電
極リードおよび前記制御電極と前記制御電極リードを電
気的に接続するワイヤとを有する半導体装置であって、
前記第2電極リードは並んだ複数本のリードで構成さ
れ、かつこれらのリードの先端は前記封止体の内部にお
いて1本の連結部に連結され、前記連結部と前記半導体
チップの第2電極は並んだ複数のワイヤで接続されてい
る。前記封止体の一側面から突出する制御電極リードお
よび第2電極リードは途中で屈曲して面実装構造になっ
ている。前記ワイヤはAlワイヤからなり、前記第2電
極リードと第2電極とを接続するワイヤの本数は3本以
上(4本)になっている。前記半導体チップには第1電
極(ドレイン電極),第2電極(ソース電極),制御電
極(ゲート電極)をそれぞれ電極とするパワーMOSF
ET,パワーバイポーラトランジスタ,IGBTのうち
のいずれかのトランジスタを有する。たとえば、パワー
MOSFETを有する。なお、前記封止体の一側面から
突出する制御電極リードおよび第2電極リードを真っ直
ぐ延在させて挿入実装構造にしてもよい。また、前記吊
りリードは前記封止体の近傍で切断されて使用されない
リードになっているが、面実装構造または挿入実装構造
として第1電極用のリードとして使用するようにしても
よい。
【0022】このような半導体装置は以下の方法で製造
される。パターニングされかつ一部で1段屈曲させた一
枚の金属板からなり、第1電極を構成するとともに半導
体チップが固定される支持基板と、前記支持基板を先端
に支持する吊りリードと、前記吊りリードと並んで延在
する第2電極リードおよび制御電極リードを有するリー
ドフレームを用意する工程と、下面に第1電極を有し上
面に第2電極と制御電極を有する半導体チップを用意す
る工程と、前記半導体チップをその第1電極部分で導電
性の接合材を介して前記支持基板上に固定する工程と、
前記半導体チップの第2電極と前記第2電極リードおよ
び前記制御電極と前記制御電極リードを導電性のワイヤ
で接続する工程と、前記半導体チップ,前記接続手段,
第2電極リードおよび制御電極リードの一部を絶縁性樹
脂でモールドして封止体で被う工程と、前記リードフレ
ームの不要部分を切断除去するとともにリードを挿入実
装構造または面実装構造に形成する工程とを有する半導
体装置の製造方法であって、前記第2電極リードを制御
電極リードの幅よりも広い幅広構造または前記封止体内
部において連結部で連なる複数本のリードで構成してお
き、その後前記半導体チップを前記支持基板上に固定
し、その後前記半導体チップの第2電極と前記幅広構造
の第2電極リードの先端または前記第2電極と前記連結
部を複数本のワイヤで接続する。前記吊りリードは前記
封止体の近傍で切断、または第1電極用のリードとして
使用できる面実装構造または挿入実装構造に形成する。
前記第1電極,第2電極,制御電極をそれぞれ電極とす
るパワーMOSFETを有する半導体チップを前記支持
基板上に固定するとともに、前記第2電極リードと第2
電極との接続は3本以上(たとえば4本)の導電性のワ
イヤで接続する。
【0023】(2)前記手段(1)の構成において、前
記複数本のリードで構成される第2電極リードは前記封
止体から外れた部分で前記各リードは相互に連結片で連
結されて幅広構造になっている。また、連結片から外れ
るリード先端には突出する挿入実装用の挿入部が形成さ
れている。このような半導体装置は前記手段(1)の製
造方法において、前記第2電極リードを相互に平行に延
在する複数本のリードで形成するとともに、前記封止体
が設けられる領域から外れた部分でリード相互を連結片
で連結しておく。
【0024】(3)絶縁性樹脂からなる封止体と、前記
封止体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止
体から露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、
前記支持基板に連なり前記封止体の一側面から突出する
吊りリードと、前記封止体の前記一側面から並んで突出
する第2電極になる第2電極リードおよび制御電極にな
る制御電極リードと、前記封止体に被われるとともに下
面に第1電極を有し上面に第2電極と制御電極を有し下
面が導電性の接合材を介して前記支持基板に固定される
半導体チップと、前記封止体内に位置し前記第2電極と
前記第2電極リードおよび前記制御電極と前記制御電極
リードを電気的に接続するワイヤとを有し、少なくとも
前記第2電極リードのワイヤが接続されるワイヤ接続部
の幅が前記制御電極リードのワイヤ接続部の幅よりも広
くなっている。また、第2電極リードはワイヤ接続部を
除くリード部分の幅が制御電極リードと同じ幅または広
くなっている。第2電極リードが幅広構造のものでリー
ドが屈曲される構造では前記リードの屈曲成形の均等化
を図るように前記第2電極リードの屈曲部分には1乃至
複数の折曲均等用孔が設けられている。前記第2電極リ
ードの実装部分にはビス取り付け穴が設けられている。
リード先端には挿入実装用の突出する挿入部が形成され
挿入実装も可能な構造になっている。
【0025】このような半導体装置は前記手段(1)の
製造方法において、リードフレームは少なくとも前記第
2電極リードのワイヤ接続部の幅が前記制御電極リード
のワイヤ接続部の幅よりも広いリードとなるように前記
第2電極リードを形成しておく。また、前記第2電極リ
ードを前記制御電極リードの幅よりも広く形成しておく
とともに、リード屈曲部分には1乃至複数の折曲均等用
孔を設けたものを使用する。
【0026】(4)絶縁性樹脂からなる封止体と、前記
封止体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止
体から露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、
前記封止体の前記一側面から並んで突出する第2電極に
なる第2電極リードおよび制御電極になる制御電極リー
ドと、前記封止体に被われるとともに下面に第1電極を
有し上面に第2電極と制御電極を有し下面が導電性の接
合材を介して前記支持基板に固定される半導体チップ
と、前記封止体内に位置し前記第2電極と前記第2電極
リードおよび前記制御電極と前記制御電極リードを電気
的に接続するワイヤとを有する半導体装置であって、前
記第2電極リードはワイヤが接続されるワイヤ接続部の
幅が前記制御電極リードのワイヤ接続部の幅よりも広く
なるとともにワイヤ接続部から複数のリードを平行に延
在させた構造になっている。他の部分は前記手段(1)
と同様な構成になっている。
【0027】このような半導体装置は以下の方法で製造
される。パターニングされかつ一部で1段屈曲させた一
枚の金属板からなり、第1電極を構成するとともに半導
体チップが固定される支持基板と、前記支持基板の一端
面側に向かって並んで延在する第2電極リードおよび制
御電極リードと、前記支持基板の一端面と交差する両側
面部分で前記支持基板を先端に支持する吊りリードを有
するリードフレームを用意する工程と、下面に第1電極
を有し上面に第2電極と制御電極を有する半導体チップ
を用意する工程と、前記半導体チップをその第1電極部
分で導電性の接合材を介して前記支持基板上に固定する
工程と、前記半導体チップの第2電極と前記第2電極リ
ードおよび前記制御電極と前記制御電極リードを導電性
のワイヤで接続する工程と、前記半導体チップ,前記接
続手段,第2電極リードおよび制御電極リードの一部を
絶縁性樹脂でモールドして封止体で被う工程と、前記リ
ードフレームの不要部分を切断除去するとともにリード
を挿入実装構造または面実装構造に形成する工程とを有
する半導体装置の製造方法であって、前記第2電極リー
ドを制御電極リードの幅よりも広い幅広構造または前記
第2電極リードのワイヤ接続部の幅が前記制御電極リー
ドのワイヤ接続部の幅よりも広いリードもしくは前記ワ
イヤ接続部から延在する複数本のリードで構成してお
き、その後前記半導体チップを前記支持基板上に固定
し、その後前記半導体チップの第2電極と前記幅広構造
の第2電極リードの先端または前記第2電極と前記連結
部を複数本のワイヤで接続する。
【0028】(5)前記手段(1)または前記手段
(4)の構成において、前記連結部または前記ワイヤ接
続部はそれぞれ分断されて電気的に独立した複数の導体
部で構成されているとともに、各導体部からは少なくと
も1本の前記リードが延在している。他の部分は前記手
段(1)と同様な構成になっている。このような半導体
装置は以下のリードフレームを使用する。前記ワイヤ接
続部をそれぞれ電気的に分断した複数の導体部で形成し
ておくとともに、前記各導体部をいずれかのリードに繋
がるように形成したものを使用する。
【0029】(6)絶縁性樹脂からなる封止体と、前記
封止体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止
体から露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、
前記封止体の前記一側面から並んで突出する第2電極に
なる第2電極リードおよび制御電極になる制御電極リー
ドと、前記封止体に被われるとともに下面に第1電極を
有し上面に第2電極と制御電極を有し下面が導電性の接
合材を介して前記支持基板に固定される半導体チップ
と、前記封止体内に位置し前記第2電極と前記第2電極
リードおよび前記制御電極と前記制御電極リードを電気
的に接続するワイヤとを有し、前記第2電極リードのワ
イヤが接続されるワイヤ接続部の幅が前記制御電極リー
ドのワイヤ接続部の幅よりも広くなっている。前記第2
電極リードの幅は前記制御電極リードの幅と同一かある
いは幅広になっている。他の部分は前記手段(1)と同
様な構成になっている。
【0030】(7)前記手段(1)乃至(6)の構成に
おいて、前記第2電極リードおよび前記制御電極リード
の連結部またはワイヤ接続部の端が前記封止体の側面に
露出または突出している。この例では半導体装置の製造
時、前記第2電極リードおよび前記制御電極リードの連
結部またはワイヤ接続部の端を前記封止体の側面に露出
または突出するように形成する。
【0031】(8)前記手段(1)乃至(7)の構成に
おいて、第2電極リード,制御電極リード等を含む前記
各リードの間隔が一定である。 (9)前記手段(1)乃至(7)の構成において、第2
電極リード,制御電極リード等を含む前記各リードの間
隔は少なくとも一部で異なっている。 (10)前記手段(1)乃至(9)の構成において、前
記第2電極リードは中央または中央寄りに位置してい
る。
【0032】(11)前記手段(1)乃至(10)の構
成において、前記リード全体は前記封止体の一側寄りに
偏って配置されている。 (12)前記手段(1)乃至(11)の構成において、
前記支持基板の前記封止体から突出した部分には取付用
孔が設けられている。
【0033】(13)前記手段(1)乃至(11)の構
成において、前記支持基板の前記封止体から突出する部
分は数mm程度である。前記(1)の手段によれば、
(a)第2電極リードは並んだ2本のリードで構成され
ていることから、伝熱効果が高くなる。
【0034】(b)相互に離れたリードは内部で1本の
連結部に繋がっていることから、前記連結部の長さは長
く、3本以上のワイヤ、すなわち4本の接続も可能にな
る。この結果、1本当たりの電流量も従来の2本に比較
して小さくなり、ソース・ドレイン電流を大きくしても
発熱量を抑えることができ、封止体を構成する樹脂のガ
ラス転移温度よりも充分低くでき、樹脂の劣化を防止で
きる。4本のAlワイヤ(直径500μm,長さ6.0
mm)でソース電極とソースリードを接続した場合、出
力500W(5V,100A)の場合、損失電力は2.
3W程度となり、樹脂の劣化は起きなくなる。
【0035】(c)半導体チップの表面側の熱は前記4
本のワイヤを介して伝熱効果の高いソースリードから実
装基板に伝達されることになり、半導体装置の安定動作
が達成できる。
【0036】(d)制御電極リードおよび第2電極リー
ドは真っ直ぐ延在させて挿入実装構造にすることができ
る。また、前記吊りリードは前記封止体の近傍で切断さ
れて使用されないリードになっているが、面実装構造ま
たは挿入実装構造として第1電極用のリードとして使用
することもできる。
【0037】前記(2)の手段によれば、前記手段
(1)による効果に加えて、(a)2本リードでも、封
止体から外れた部分は連結片によって連結された構造に
なり、リードは幅広構造となるため、伝熱効果が高くな
り、ソース電極側の放熱効果が高くなる。 (b)連結片部分から外れるリード先端には挿入実装用
の挿入部が設けられていることから、この挿入部を用い
ることによって挿入実装が可能になり、面実装・挿入実
装兼用型になる。
【0038】前記(3)の手段によれば、前記手段
(1)による効果に加えて、(a)前記第2電極リード
は一本でも幅広となることから、一層伝熱効果が高くな
り、パワーMOSFETの安定動作に寄与することにな
る。
【0039】(b)半導体装置の製造において、リード
フレームの状態にあって、幅広構造の第2電極リードに
は屈曲成形の均等化を図るように折曲均等用孔が設けら
れ、各屈曲部分の幅が前記制御電極リードの幅以下とな
っていることからリード成形性が良好になり、歩留りが
向上する。
【0040】(c)第2電極リードの実装部分はビス取
り付け穴を利用してビスでリードを実装基板に固定でき
ることから、リード固定強度の向上が図れるとともに、
直接実装基板へ固定できることから伝熱効果も高くな
り、パワーMOSFETの安定動作に寄与することにな
る。
【0041】(d)リード先端には挿入実装用の突出す
る挿入部が形成され挿入実装も可能になり、面実装・挿
入実装兼用型になる。
【0042】前記(4)の手段によれば、支持基板を吊
りリードで支持しない構造でも前記手段(1)の構成と
同様に第2電極リードのワイヤ接続部には4本の太いワ
イヤ(直径500μm)を接続できるためワイヤでの発
熱量を小さくでき封止体の熱に起因する損傷を抑止でき
る。また、第2電極リードは複数本のリードで構成され
ていることから封止体外へのリードを経由する放熱効果
を高めることができ、半導体装置の安定動作を確保でき
る。
【0043】前記(5)の手段によれば、連結部または
ワイヤ接続部が分断された構造でも前記手段(1)と同
様に直径500μmワイヤ4本による封止体の熱損傷抑
止と、複数リードによる熱放散による半導体装置の安定
動作が達成できる。
【0044】前記(6)の手段によれば、第2電極リー
ドのワイヤ接続部には直径500μmワイヤ4本を接続
できることから発熱が抑えられ封止体の熱損傷抑止が達
成できる。また、リードが幅広の場合にはリードを経由
する熱伝導が効果的に行われるため放熱特性が向上し半
導体装置の安定動作が達成できる。
【0045】前記(7)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(6)の構成による効果に加えて、第2電極
リードおよび前記制御電極リードの連結部またはワイヤ
接続部の端が前記封止体の側面に露出または突出する構
造となることから、第2電極リードの連結部またはワイ
ヤ接続部の幅を長くすることができ、ワイヤボンディン
グの余裕度が高くなり、または接続するワイヤの本数の
増大が図れる効果がある。
【0046】前記(8)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(7)の構成による効果に加えて、各リード
の間隔が一定であることから、規格対応の製品の提供も
可能になる。
【0047】前記(9)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(7)の構成による効果に加えて、各リード
の間隔は少なくとも一部で異なっている構成になってい
ることから、規格対応の製品の提供も可能になる。
【0048】前記(10)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(9)の構成による効果に加えて、前記第2
電極リードは中央または中央寄りに位置していることか
ら、第2電極リードのワイヤ接続部に接続するワイヤの
長さを短くできるため抵抗低減から発熱をさらに抑える
ことができる効果がある。
【0049】前記(11)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(10)の構成による効果に加えて、前記リ
ード全体は前記封止体の一側寄りに偏って配置されてい
ることから、半導体装置を実装する際、封止***置を偏
らせて実装できる。
【0050】前記(12)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(11)の構成による効果に加えて、前記支
持基板に設けた取付用孔を利用し、ビス等によって支持
基板を所定箇所に密着させた状態で固定できる。この結
果、支持基板を介しての放熱も可能になる。支持基板に
放熱フィンを固定する構造では前記放熱フィンからの放
熱が効果的に行えることになる。
【0051】前記(13)の手段によれば、前記手段
(1)乃至(11)の構成による効果に加えて、封止体
から支持基板が長く突出しないTO−263AA,TO
−263AB等の規格製品の提供も可能になる。
【0052】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を
説明するための全図において、同一機能を有するものは
同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0053】(実施形態1)図1乃至図14は本発明の
一実施形態(実施形態1)である半導体装置(低電圧駆
動用パワートランジスタ)に係わる図である。図1乃至
図4は本実施形態1の半導体装置の構造に係わる図であ
り、図5および図6は電気特性を示すグラフ、図7乃至
図14は半導体装置の製造方法に係わる図、図15は本
実施形態1の半導体装置が組み込まれる整流回路図であ
る。
【0054】本実施形態1の半導体装置1は、図1およ
び図2に示すように、絶縁性樹脂からなる封止体2と、
前記封止体2によって少なくとも一部が被われ下面が前
記封止体2から露出しかつ第1電極になる金属製の支持
基板3と、前記支持基板3に連なり前記封止体2の一側
面から突出しかつ途中で一段階段状に屈曲する吊りリー
ド4と、前記封止体2の前記一側面から並んで突出する
第2電極リード5および制御電極リード6を有してい
る。
【0055】また、前記封止体(パッケージ)2内には
半導体チップ7が配置されている。この半導体チップ7
にはパワーMOSFETが形成され、図3および図4に
示すように下面に第1電極(ドレイン電極)10を有
し、上面に第2電極(ソース電極)11と制御電極(ゲ
ート電極)12を有した構造になっている。
【0056】半導体チップ7は、下面のドレイン電極1
0が導電性の接合材13を介して前記支持基板(ヘッ
ダ)3に固定されている。また、前記封止体2内に延在
する第2電極リード(ソースリード)5および制御電極
リード(ゲートリード)6の先端は、ワイヤ14を介し
て半導体チップ7のソース電極11およびゲート電極1
2にそれぞれ接続されている。
【0057】前記吊りリード4は封止体2の近傍で切断
され、実装には使用しない形態となっている。また、ソ
ースリード5およびゲートリード6はガルウィング型に
成形され、面実装構造になっている。すなわち、ガルウ
ィング型のリードの先端実装部分の下面と、前記ヘッダ
3の下面は同一面上に位置している。
【0058】前記吊りリード4およびゲートリード6は
それぞれ1本であるが、ソースリード(第2電極リー
ド)5は2本となっている。この2本のソースリード5
は並んで延在し、封止体2の内部において一本の連結部
20の同一側の側面に連なるようになっている。そし
て、この連結部20と、前記半導体チップ7の第2電極
(ソース電極)11とは4本のワイヤ14で接続されて
いる。前記連結部20は、従来の2本のワイヤを並んで
接続するものよりも長くなり、4本のワイヤ14を並ん
で接続できるようになっている。
【0059】換言するならば、前記連結部20は前述の
ようにワイヤ接続部を構成し、このワイヤ接続部から複
数のリード、たとえば2本のリードを延在させる構成に
なっている。そして、前記ワイヤ接続部から延在するリ
ードはソースリード(第2電極リード)5となってい
る。
【0060】4本のワイヤ14は直径が500μmのA
lワイヤであり、接続長さ(ワイヤ長さ)は6.0mm
以内となっている。また、ゲートリード6に接続される
ワイヤ14は、直径100μm程度のAlワイヤであ
る。
【0061】封止体2から外れるヘッダ3の中央部分に
は、実装基板に取り付ける際利用される取付用孔21が
設けられている。ここで、各部の寸法の一実施例につい
て記載する。ヘッダ3は、その最大部分の幅が10.4
mm、長さが12.66mm、厚さが1.26mmであ
る。ソースリード5とゲートリード6の3本のリードは
3.4mmピッチであり、ゲートリード6と隣のソース
リード5との中間に吊りリード4が位置している。各リ
ードの幅は0.9mm、厚さは0.6mmで、相互に異
なる電極を形成するリード等の間の間隔は、ショートを
防止するために0.45mm以上になっている。
【0062】連結部20の長さは5.4mmで幅は1.
35mmである。また、ヘッダ3の下面から各リードの
下面との距離は2.59mmとなっている。封止体2は
その幅がヘッダ3の最大幅と一致する寸法で、厚さは
5.5mm程度である。
【0063】半導体チップ7は、図3および図4に示す
ように、薄い長方形板構造からなり、たとえば長さ5.
0mm、幅4.3mm、厚さ270μm程度となり、ゲ
ート電極12の大きさは矩形の一辺が0.3mmで他辺
が0.6mm、ソース電極11の大きさは矩形の一辺が
1.4mmで他辺が4.2mmである。
【0064】半導体チップ7に形成されたパワーMOS
FETは、図4に示すように、縦型MOSFETであっ
て、第1導電型のシリコンからなる半導体基板25の表
面の第1導電型のエピタキシャル層26にMOSFET
のセルが多数形成された構造になり、半導体基板25の
下面に第1電極(ドレイン電極)10が設けられてい
る。このドレイン電極10は、たとえば、チタン,ニッ
ケル,金によって形成され、その厚さは、たとえば5.
0μmである。
【0065】パワーMOSFETは、前記エピタキシャ
ル層26の表層に整列形成された複数の第2導電型のウ
ェル27と、このウェル27の表層部分に形成される第
1導電型からなるソース領域28と、隣接するウェル2
7間に亘って設けられたゲート絶縁膜29と、このゲー
ト絶縁膜29上に形成されたゲート電極30と、前記ゲ
ート電極30を被う層間絶縁膜31と、前記エピタキシ
ャル層26および前記層間絶縁膜31上に位置し前記ソ
ース領域28に電気的に接続される選択的に設けられた
ソース電極11と、前記ソース電極11や前記層間絶縁
膜31等を選択的に被いワイヤボンディング領域として
のソース電極11やゲート電極12を部分的に露出させ
る保護膜32等で構成されている。このパワーMOSF
ETは、図5および図6の「D6(デバイス6シリー
ズ)」として示す特性を有するものである。
【0066】図5はドレイン−ソース間オン抵抗とドレ
イン電流特性を示すグラフ、図6はオン抵抗によるドレ
イン電流とドレイン−ソース間電圧の飽和関係を示すグ
ラフである。図5のグラフから分かるように、デバイス
4シリーズ(D4)では、VGSが10VでIDが100
Aのときの印加時のオン抵抗Ronは20mΩとなり、デ
バイス5シリーズ(D5)では、VGSが10VでID
100Aのときの印加時のオン抵抗Ronは7.0mΩと
なり、デバイス6シリーズ(D6)では、VGSが10V
でIDが100Aのときの印加時のオン抵抗Ronは4.
0mΩとなる。
【0067】したがって、IDが100AのときのVDS
の飽和電圧は、D4ではオン抵抗が20mΩであること
から、VDS=2000mVとなり、D5ではオン抵抗が
7.0mΩであることから、VDS=700mVとなり、
D6ではオン抵抗が4.0mΩであることから、VDS
400mVとなる。
【0068】電気特性向上に伴い、世代毎に低電圧によ
るデバイス駆動を可能とし、伝達速度(スイッチング速
度)が早く、電流(ID)損失の低減によりケース温度
(パッケージの発熱)が抑えられる。
【0069】しかしながら、最も特性の良好なD6シリ
ーズのものを使用しても、ID が100Aの場合では、
パッケージの発熱は大きい。そこで、本実施形態1で
は、第第2電極リード(ソースリード)5を2本とし
て、ソースリード5を介しての伝熱効果を高めるととも
に、ソース電極とソースリード5を接続するワイヤも従
来の2本に比較して4本と多数な構造とし、ワイヤ部分
での発熱も抑える構造になっている。
【0070】ここで、ドレイン電流(ID)印加時のワ
イヤ部分での損失電力について説明する。損失電力Pは
以下の式で与えられる。
【0071】
【数1】P=I2・Rwire ここで、Iは電流、Rwireはワイヤの抵抗。また、R
wireは以下の式で与えられる。
【0072】
【数2】Rwire=ρ・l/A ここで、lはワイヤの長さ、Aはワイヤの直径、ρはワ
イヤの非抵抗である。ワイヤの抵抗Rwireは、数2よ
り、従来のワイヤ2本の場合は、
【0073】
【数3】Rwire=3.1×10~8・6.0×10~3
(250×10~6×250×10~6×3.14)×2=
0.47×10~3 本実施形態1のワイヤ4本の場合は、
【0074】
【数4】Rwire=3.1×10~8・6.0×10~3
(250×10~6×250×10~6×3.14)×4=
0.24×10~3 したがって、前記数1,数3,数3の式を用いて、従来
の500μm直径のワイヤを2本使用した従来のパワー
MOSFETと4本のワイヤを使用した本実施形態1に
よるパワーMOSFETの場合の印加時の損失電力を計
算すると下記のようになる。従来のワイヤ2本の場合、
【0075】
【数5】 P=(100)2・0.47×10~3=4.7〔W〕 本発明のワイヤ4本の場合、
【0076】
【数6】 P=(100)2・0.24×10~3=2.3〔W〕 このように電圧印加時の損失電力の低減から、ワイヤ部
分の発熱に起因する封止体を構成する樹脂の劣化は抑止
でき、パワーMOSFETの安定動作が達成できること
になる。
【0077】つぎに、本実施形態1の半導体装置の製造
方法について、図7乃至図14を参照しながら説明す
る。ただし、図9乃至図14は模式的な図である。
【0078】半導体装置1は、図7のフローチャートで
示すように、リードフレーム用意(ステップ101),
チップボンディング(ステップ102),ワイヤボンデ
ィング(ステップ103),モールド(ステップ10
4),リード切断(ステップ105),リード成形(ス
テップ106),半田メッキ(ステップ107)の各工
程を経て製造される。
【0079】すなわち、半導体装置1の製造において
は、図9および図8に示すようにリードフレーム40が
用意される(ステップ101)。このリードフレーム4
0は、図8に示すように、一側が所定の幅で厚くなる帯
状の銅合金等からなる金属板(異形材)を精密プレスで
打ち抜いてパターニングするとともに、薄い一部で屈曲
させて薄い部分を厚い部分よりも一段高くした構造(段
差は1.26mm)になっている。厚い部分が前記ヘッ
ダ3であり1.26mmの厚さになり、薄い部分が吊り
リード4,ソースリード5,ゲートリード6の部分であ
り0.6mmの厚さになっている。
【0080】リードフレーム40は短冊体となり、1枚
のリードフレーム40で所定数(たとえば10個)の半
導体装置1を製造することができるようになっている。
図8では3個分を示す。
【0081】リードフレーム40は、図8に示すよう
に、細い外枠41と、この外枠41の一側面から一定間
隔で平行に突出する複数の片持梁構造のリード42を有
している。このリード42は前記外枠41に対して直交
している。このリード42のピッチは3.4mmになっ
ている。
【0082】前記リード42は3本で1組になり、左の
1本はゲートリード6を構成し、先端には幅広のワイヤ
パッド43が設けられている。各リード42の幅は0.
9mmになり、前記ワイヤパッド43の幅は2.0m
m、長さは1.36mmになっている。
【0083】右側2本のリード42はソースリード5を
構成している。この2本のソースリード5は前述のよう
に1本の連結部20の一側面に連なっている。連結部2
0は前記外枠41に平行に延在し、その延在方向の長さ
は5.4mmになり、その直交方向の長さ、すなわち幅
は1.36mmになっている。また、前記リード42は
前記外枠41に平行に延在するタイバー44によって連
結されている。
【0084】一方、前記ゲートリード6と、隣接するソ
ースリード5との間のタイバー44からは吊りリード4
が突出している。この吊りリード4は途中で下方に一段
階段状に屈曲し、その先端には前述の形状のヘッダ3が
連結されている。屈曲による段差は2.59mmになっ
ている。また、隣接するヘッダ3同士は細い連係部45
で接続されている。また、ヘッダ3には前述のように取
付用孔21が設けられている。
【0085】前記連係部45,外枠41およびタイバー
44によって単位リードフレームを多連のリードフレー
ム構成にすることができる。製造におけるモールド後
は、これら連係部45,外枠41およびタイバー44は
切断除去される。
【0086】つぎに、前記リードフレーム40のヘッダ
3上には、図9および図8の二点鎖線で示すように図3
および図4に示される半導体チップ7が固定される(ス
テップ102)。半導体チップ7は、下面のドレイン電
極10部分が半田等からなる接合材13によってヘッダ
3に固定される(図1・図4参照)。
【0087】つぎに、図10に示すように、半導体チッ
プ7の上面の電極と、これに対応するリードをワイヤ1
4で接続する(ステップ103)。すなわち、ゲート電
極12とゲートリード6のワイヤパッド43がワイヤ1
4によって接続(超音波ワイヤボンディング)される。
このワイヤ14は印加時の電流量が小さいので細くても
よく、たとえば、直径100μm程度のAlワイヤであ
る。また、半導体チップ7のソース電極11と前記連結
部20は超音波ワイヤボンディングによるワイヤ14で
接続される。このワイヤボンディングにおいては、直径
500μmのAlワイヤがパラレルボンディングまたは
ステッチボンディングによって並列に4本ボンディング
される。ボンディングによるワイヤの長さは5.23乃
至5.62mmとなり、前述のワイヤ長さ6.0mm以
下を満足する。
【0088】半導体チップ7のソース電極11のワイヤ
ボンディング領域は、前述のように1.4mm×4.2
mmの矩形領域になることから、領域の大きさを変えな
くてもそのまま4本のワイヤ14を接続することができ
る。
【0089】つぎに、図11に示すように、トランスフ
ァモールド等によってモールドを行い(ステップ10
4)、片持梁構造のリード42の先端側からヘッダ3の
途中部分を絶縁性樹脂からなる封止体2で被う。封止体
2は、ヘッダ3の上面側のみを被うことから、ヘッダ3
の下面は封止体2から露出し、放熱のための伝熱面にな
る。
【0090】つぎに、図12に示すように、常用のリー
ド切断・成形装置により、リード切断と成形を行う(ス
テップ105・106)。リード切断時には、リード4
2を外枠41から切り放すとともに、吊りリード4を封
止体2の近傍で切断し、タイバー44を一定幅切断除去
し、さらにヘッダ3間の連係部45をスリット状に打ち
抜いて隣接するヘッダ3を分離させる。また、リード成
形時には、ゲートリード6およびソースリード5の寸法
を決める切断を行うとともに、リードをガルウィング型
に成形する。
【0091】つぎに、図13に示すように、封止体2か
ら突出するリード表面に半田メッキ処理によって半田を
メッキする(ステップ107)。図13においては、薄
く黒く示した部分がリードのメッキ部分である。これに
より、面実装構造の半導体装置1を製造することができ
る。
【0092】本実施形態1では、リードは面実装構造で
あるが、前記リード成形を行わず、かつリード切断工程
でリード寸法を規定すれば、その後の半田メッキ処理に
よって、図14に示す挿入実装構造の半導体装置1を製
造することができる。
【0093】図15は本実施形態1の半導体装置1が組
み込まれる整流回路である。この整流回路は、メイン回
路と位相補正(SR)回路からなり、メイン回路から接
続回路(R)へ出力(Vout)する場合と、AC−DC
変換時の位相補正回路から接続回路(R)へ出力(Vou
t)する場合がある。
【0094】電源(DC)からの信号(+,−)を入力
とする二つのパワーMOSFETQ1,Q2はコントロ
ールIC(CONTROL IC)によって制御される。コントロ
ールICは、たとえばスイッチドレギュレータ等からな
る。
【0095】また、パワーMOSFETQ1,Q2は、
PチャンネルMOSFETを組み込んだメインスイッチ
トランジスタQ2と、NチャンネルMOSFETを組み
込んだ位相補正(SR)トランジスタQ1からなる。両
トランジスタの出力はツェナーダイオードD1で平滑化
される。また、コイルLとコンデンサCによってローパ
スフィルタが構成されている。
【0096】プラス入力によりメインスイッチトランジ
スタQ2が動作(位相補正トランジスタQ1はオフ)し
てメイン回路が構成されて接続回路(R)に出力(Vou
t)され、マイナス入力により位相補正トランジスタQ
1が動作(メインスイッチトランジスタQ2はオフ)し
て位相補正回路が構成されて接続回路(R)に出力(V
out)される。
【0097】したがって、本実施形態1の構成の半導体
装置1において、半導体チップ7としてNチャンネルM
OSFETを組み込んだものは、前記位相補正トランジ
スタQ1として使用でき、半導体チップ7としてPチャ
ンネルMOSFETを組み込んだものは、前記メインス
イッチトランジスタQ2として使用できる。
【0098】本実施形態1の半導体装置1(低電圧駆動
用パワートランジスタ)は、たとえば、携帯電話,ビデ
オカメラなどの充電器,OA機器,ノートパソコン電源
などLiイオン2次電池充放電パワーマネージメント等
に組み込まれる。
【0099】本実施形態1によれば、以下の効果を奏す
る。 (1)第2電極リード(ソースリード)5は2本となる
ことから、伝熱断面積の増大により、実装基板への伝熱
量を増大させることになり、伝熱効果が高くなり、パワ
ーMOSFETの安定動作が達成できる。 (2)2本のソースリード5は封止体2の内部において
長い連結部20で連なり、この連結部20には4本の太
いAlのワイヤ14(直径500μm)が接続されてい
ることから、ドレイン電流が従来に比較して大幅に増大
しても、損失出力が小さくでき、発熱量を小さく抑える
ことができるため、封止体2を構成する樹脂の劣化の発
生を抑えることができ、パワーMOSFETの長寿命化
が達成できる。
【0100】(3)前記ワイヤ14で発生した熱や半導
体チップ7で発生した熱は、4本の太いワイヤ14を介
し、かつ伝熱効果が高くなる2本構成のソースリード5
を通って実装基板に伝達されるため、効果的な放熱が達
成できる。 (4)制御電極リード(ゲートリード)6および第2電
極リード5は真っ直ぐ延在させて挿入実装構造にするこ
ともできる。 (5)吊りリード4は封止体2の近傍で切断しないで、
面実装構造または挿入実装構造とすれば、第1電極(ド
レイン電極)用のリードとして使用することもできる。
【0101】なお、前記2本のソースリード5を封止体
2の外側で連結片を介して一体とした構造にしておいて
もよい。この構造ではリードは幅広構造となるため、伝
熱効果が高くなり、ソース電極側の放熱効果が高くな
る。また、連結片部分から外れるリード先端には挿入実
装用の挿入部が設けられる構造になることから、この挿
入部を用いることによって挿入実装が可能になり、面実
装・挿入実装兼用型になる。また、挿入実装で使用する
際、2本のソースリードは連結片で連結されていること
から、両者の間隔が常に一定になり、挿入実装が容易に
なる。
【0102】(実施形態2)図16は本発明の他の実施
形態(実施形態2)である半導体装置を示す平面図であ
る。本実施形態2では、第2電極リード(ソースリー
ド)5を一本構成とし、前記制御電極リード(ゲートリ
ード)6の幅よりも広くした例である。ソースリード5
は最大で前記連結部20の長さと略同程度の幅とするこ
とができる。この例では連結部20の長さより僅かに狭
い寸法になっている。また、ソースリード5およびゲー
トリード6ともにガルウィング型に成形され、面実装構
造になっている。
【0103】本実施形態2の半導体装置1は、前記実施
形態1と同様な効果を有するに加えて、ソースリード5
が一本構成になり、伝熱断面積の増大から、一層伝熱効
果が高くなり、パワーMOSFETの安定動作に寄与す
ることになる。
【0104】(実施形態3)図17乃至図19は本発明
の他の実施形態(実施形態3)である半導体装置に係わ
る図であり、図17は半導体装置の模式的斜視図、図1
8は平面図、図19は半導体装置製造に用いるリードフ
レームの平面図である。本実施形態3は、前記実施形態
2と同様にソースリード5をゲートリード6よりも幅広
とした1本構成のリードであるが、この例ではソースリ
ード5の先端を挿入実装も可能な構造としたものでる。
【0105】すなわち、幅広ソースリード5構造のリー
ド先端には突出する挿入実装用の挿入部50が形成され
ている。この2本の挿入部50とゲートリード6のピッ
チは同一となり、挿入実装構造となって、たとえばピッ
チは3.4mmになっている。
【0106】本実施形態3の半導体装置1の製造におい
ては、図19に示すようなリードフレーム40が使用さ
れる。このリードフレーム40は、前記実施形態1の半
導体装置1の製造で使用した図8に示すリードフレーム
40において、タイバー44のヘッダ3側においてもソ
ースリード5を1本となるように連結した構造である。
4本のワイヤ14が接続されるソースリード5の先端
は、ソースリード5が1本リードとなることから、もは
や連結部20を構成するものではないが、その部分の名
称として連結部20と呼称することにする。
【0107】なお、本実施形態3の半導体装置1の製造
は前記実施形態1の場合と同様であることからその説明
は省略する。本実施形態3の半導体装置1も前記実施形
態2のものと同様にソースリード5が幅広の一本構成に
なり、伝熱断面積の増大から、一層伝熱効果が高くな
る。また、本実施形態3の半導体装置1では、幅広構造
のソースリード5の先端に挿入部50が設けられ、ゲー
トリード6とによって挿入実装構造となっている。した
がって、半導体装置1は実装基板に実装する際、面実装
の状態で実装することもできるとともに、挿入実装の状
態で実装することができ、面実装・挿入実装兼用の汎用
型になる。
【0108】(実施形態4)図20は本発明の他の実施
形態(実施形態4)である半導体装置を示す平面図であ
る。本実施形態4では、ソースリード5を幅広構造とし
た場合、ソースリード5を封止体2の近傍で折り曲げて
リード形態を面実装構造とする場合、ソースリード5が
ゲートリード6に比較して数倍も幅が広く、折り曲げに
大きな力を必要とし、封止体2を構成する樹脂にクラッ
ク等損傷を与えることを危惧した場合に適した構造であ
る。
【0109】すなわち、幅広構造のソースリード5の各
部の屈曲成形の均等化を図るように前記ソースリード5
の屈曲部分には1乃至複数の折曲均等用孔51を設け
る。このようにすることによって、ソースリード5の折
り曲げ部分の各幅をゲートリード6の幅以下とすること
ができる。
【0110】本実施形態4では、折曲均等用孔51は一
つとしてあるが、幅の狭い折曲均等用孔を複数配置する
構造にしてもよい。この場合、各折曲均等用孔51の間
には連結部20に繋がる分岐片が存在することになり、
この部分を通しての伝熱も可能になり、伝熱効果の向上
が高められることになる。
【0111】また、本実施形態4では、ソースリード5
の折り曲げ部分の幅寸法はゲートリード6と同一かまた
は狭くなるため、リード成形時、折り曲げ部分に大きな
力が加わることがなく、その結果封止体2を構成する樹
脂にクラック等が発生することもなく、リード成形性が
良好になり、歩留りが向上する。本実施形態4の構造に
おいても、前記ソースリード5の先端に挿入部を設けて
挿入実装も可能な構造にしてもよい。
【0112】(実施形態5)図21は本発明の他の実施
形態(実施形態5)である半導体装置を示す模式的斜視
図である。本実施形態5は、幅広構造のソースリード5
の実装部分にはビス取り付け穴52が設けられている。
本実施形態5の半導体装置1では、ソースリード5はビ
ス取り付け穴52を利用してビスでリードを実装基板に
固定できることから、リード固定強度の向上が図れると
ともに、直接実装基板へ固定できることから伝熱効果も
高くなり、パワーMOSFETの安定動作に寄与するこ
とになる。本実施形態5の半導体装置1においても、リ
ード先端に挿入実装用の突出する挿入部を形成し、挿入
実装が可能な構造、すなわち面実装・挿入実装兼用型に
してもよいことは勿論である。
【0113】(実施形態6)図22は本発明の他の実施
形態(実施形態6)である半導体装置を示す模式的斜視
図である。本実施形態6の半導体装置1は、前記実施形
態1の半導体装置1において、封止体2から突出するヘ
ッダ3部分を封止体2の近傍で切断して、小型化したも
のである。本実施形態6の半導体装置1は、前記実施形
態1の半導体装置1と同様な効果を奏する。
【0114】(実施形態7)図23〜図36は本発明の
他の実施形態(実施形態7)である半導体装置に係わる
図である。本実施形態7の半導体装置1は、図23に示
すように、封止体2の一側面から第2電極リード〔ソー
ス(S)リード〕5と制御電極リード〔ゲート(G)リ
ード〕6をそれぞれ1本突出させるとともに、支持基板
(ヘッダ)3を第1電極(ドレイン電極)として使用す
る構造となり、2端子構成となるものである。
【0115】本実施形態7では、図25の平面図および
図26の側面図で示すリードフレーム40が使用され
る。このリードフレーム40は、図8に示す実施形態1
のリードフレーム40において、タイバー44から支持
主片46を隣接する支持基板3間に突出させるととも
に、その両側面側から支持片47を突出させてその先端
で支持基板3を支持する構造になっている(図28参
照)。
【0116】リードフレーム40は薄い金属板をプレス
成形によって形成される。前記支持片47は支持主片4
6の両側に2本ずつ設けられている。この支持基板(ヘ
ッダ)3の支持構造を側面支持構造と呼称する。なお、
実施形態1のように吊りリードで支持基板を支持する構
造を吊りリード支持構造と呼称する。
【0117】本実施形態7ではソースリード5は一本と
なり2端子構成となっている。封止体2の内部に位置す
るソースリード5の先端(内端)部分はワイヤ接続部5
5となるが、このワイヤ接続部55の幅Wは広くなり、
前記実施形態1の場合と同様に直径500μmにも及ぶ
太いワイヤ14が四本並んで接続できる長さになってい
る。たとえば、前記幅Wは6.0mmになっている。ま
た、二本のリードの間隔(ピッチ)は、5.08mmに
なっている。このリード構造はJEDC規格に適合す
る。
【0118】本実施形態7の半導体装置1は、その製造
方法は前記実施形態1と同じであり、図29および図3
0に示すように、支持基板3の主面側に前記実施形態1
と同様にパワーMOSFETが形成されている半導体チ
ップ7を固定した後、半導体チップ7の第2電極(ソー
ス電極)11とソースリード5のワイヤ接続部55を4
本の太いAlワイヤ14で接続する。また、半導体チッ
プ7の制御電極(ゲート電極)12とゲートリード6の
先端部分(ワイヤ接続部)を細いワイヤ14で接続す
る。なお、本実施形態および以降の各実施形態で、太い
ワイヤはたとえば直径500μm程度のワイヤであり、
細いワイヤは直径100μm程度のワイヤを意味する。
【0119】つぎに、図31に示すように、ヘッダ3の
取付用孔21から外れる面部分をトランスファモールド
によってモールドして、封止体2で半導体チップ7,ワ
イヤ14,ソースリード5およびゲートリード6の内端
部分(ワイヤ接続部55)で封止する。
【0120】つぎに、切断,成形処理を行う。すなわ
ち、支持片47をヘッダ3の付け根部分で切断するとと
もにタイバー44を切断し、かつソースリード5および
ゲートリード6を外枠41から切り離し、さらにソース
リード5およびゲートリード6をガルウィング型に成形
することによって図23および図24に示すような面実
装型の半導体装置1を製造する。
【0121】図32および図33はリードを真っ直ぐ延
在させて挿入実装型の半導体装置1としたものである。
このような半導体装置1は、図34乃至図36に示す形
態で実装される。これらの図は模式図であり、図34お
よび図35は面実装状態の平面図と側面図であり、図3
6は挿入実装状態の側面図である。
【0122】面実装では、実装基板56の配線の接続部
分にあらかじめ設けた半田層を利用して、ヘッダ3の下
面およびソースリード5およびゲートリード6の折り曲
げられた先端の下面が固定される。図34で示す点線で
囲まれる部分がヘッダやリードが実装基板56に設けら
れた接続部分57である。
【0123】また、ヘッダ3は取付用孔に挿入される取
付ビス58によって実装基板56に固定される。これに
より、半導体チップ7やワイヤ14で発生した熱はソー
スリード5およびゲートリード6を介して実装基板56
に放熱されるとともに、ヘッダ3を介して実装基板56
に放熱される。したがって、効率的な放熱が可能にな
り、半導体装置1の安定動作が確保されることになる。
【0124】このような面実装型では、外部端子となる
リードが2端子となることから、実装基板56の接続部
分57のパターン、すなわちフットパターンが既存のも
のと同一になり、既存の実装基板56が使用できる。
【0125】挿入実装では、図36に示すように、ソー
スリード5やゲートリード6のリード部分を実装基板5
6に設けられた挿入穴(図示せず)に挿入させ、かつ半
田59で固定する。この際、図36に示すように、ヘッ
ダ3に放熱フィン60を重ね、ヘッダ3の取付用孔に挿
入した取付ビス58によってヘッダ3と放熱フィン60
を螺合して固定する。この構造では、半導体チップ7や
ワイヤ14で発生した熱はソースリード5およびゲート
リード6を介して実装基板56に放熱されるとともに、
ヘッダ3,放熱フィン60を介して大気中に放熱され
る。したがって、効率的な放熱が可能になり、半導体装
置1の安定動作が確保されることになる。
【0126】本実施形態7によれば、実施形態1と同様
に4本の太いワイヤ14によって半導体チップ7で発生
した熱はソースリード5に効率的に伝達され、かつソー
スリード5から実装基板56に伝達されることになる。
【0127】本実施形態7は実施形態1と同様な効果を
有するとともに、吊りリードを設けないことから、ソー
スリード5のワイヤ接続部55の幅Wを長くすることが
でき、太いワイヤの接続が容易になるとともに、ワイヤ
の接続本数をさらに多くすることも可能になる。
【0128】(実施形態8)図37乃至図41は本発明
の他の実施形態(実施形態8)である半導体装置に係わ
る図である。本実施形態8の半導体装置1は、図37お
よび図38に示すように、封止体2の一側面から第2電
極リード(ソースリード)5と制御電極リード(ゲート
リード)6をそれぞれ1本突出させるとともに、支持基
板(ヘッダ)3を第1電極(ドレイン電極)として使用
する構造となり、2端子構成となるものである。
【0129】本実施形態8では、図39の平面図で示す
ように前記実施形態1のリードフレーム40と同様に吊
りリード支持構造のリードフレーム40が使用される。
しかし、吊りリード4はモールド後封止体2から突出す
る部分で切断されている。
【0130】本実施形態8の半導体装置1は、封止体2
の一側面から突出するリード全体が封止体2の1側に片
寄って配置されている。したがって、半導体装置1を実
装基板に実装する場合、封止体2の位置を偏って実装で
きる効果がある。
【0131】本実施形態8の半導体装置の製造に用いる
リードフレーム40は、実施形態1の場合のリードフレ
ーム40(図8参照)において、ソースリード5を1本
とした構造である。すなわち、本実施形態8のリードフ
レーム40は、ソースリード5の内端に連結部を有しな
いが、幅広のワイヤ接続部55を有する形状になってい
る。また、前記ワイヤ接続部55の幅Wを広くするため
に、吊りリード4は途中でゲートリード6側に一段屈曲
した形状になっている。
【0132】ゲートリード6,吊りリード4,ソースリ
ード5と並ぶ3本のリードのピッチは一定となってい
る。たとえば、リードピッチは2.54mmとなってい
る。このため、ワイヤ接続部55の幅Wは4.5mmに
することができる。ワイヤ接続部55が大きいことか
ら、図39に示すように、半導体チップ7のソース電極
11とワイヤ接続部55を4本の太いワイヤ14で接続
できる。したがって、1本当たりに流れるソース電流量
は小さくなり、ソースワイヤでの発熱量を低減できると
ともに、ソースリード5への熱伝達も良好に行えるよう
になる。
【0133】半導体装置1の製造方法は前記実施形態1
と同じであり、図39に示すように、支持基板3の主面
側に前記実施形態1と同様にパワーMOSFETが形成
されている半導体チップ7を固定した後、半導体チップ
7の第2電極(ソース電極)11とソースリード5のワ
イヤ接続部55を4本の太いAlワイヤ14で接続す
る。また、半導体チップ7の制御電極(ゲート電極)1
2とゲートリード6の先端部分(ワイヤ接続部)を細い
ワイヤ14で接続する。
【0134】つぎに、図40に示すように、ヘッダ3の
取付用孔21から外れる面部分をトランスファモールド
によってモールドして、封止体2で半導体チップ7,ワ
イヤ14,ソースリード5およびゲートリード6の内端
部分(ワイヤ接続部55)で封止する。
【0135】つぎに、切断,成形処理を行う。すなわ
ち、連係部45,タイバー44を切断除去するとともに
3本のリードを切断し、さらにソースリード5およびゲ
ートリード6をガルウィング型に成形することによって
図37および図38に示すような面実装型の半導体装置
1を製造する。前記リード切断において吊りリード4は
封止体2の付け根部分で切断する。一方、3本のリード
を外枠41の近傍で切断しただけの状態にすることによ
って、図41に示すように、リードを真っ直ぐ延在させ
る挿入実装型の半導体装置1とすることかできる。この
場合、中央のリード、すなわち、吊りリード4はドレイ
ン(D)リードとなる。本実施形態8の場合も実施形態
1の場合と同様な効果を得ることができる。
【0136】(実施形態9)図42乃至図44は本発明
の他の実施形態(実施形態9)である半導体装置に係わ
る図である。本実施形態9の半導体装置1は、図42に
示すように、封止体2の一側面から3本のソースリード
5と1本のゲートリード6を突出させた面実装型となっ
ている。本実施形態9の半導体装置1は実施形態7と同
様に、図43に示すように、支持基板3両側を支持片4
7で支持する側面支持構造のリードフレーム40を用い
て製造する。
【0137】図43に示すように、このリードフレーム
40はタイバー44から支持基板3に向かって1本のゲ
ートリード6と、3本のソースリード5が延在するパタ
ーンになっている。また、ソースリード5の先端は連結
部20によって連結された構造になっている。この連結
部20はワイヤ接続部55を構成し、換言するならば、
ワイヤ接続部55から複数のリードを延在する形状にな
っている。前記ワイヤ接続部55の幅は側面支持構造が
採用されていることから大きくでき、たとえば6.5m
mと大きくとることができる。
【0138】ワイヤ接続部55が大きいことから、図4
3に示すように、半導体チップ7のソース電極11とワ
イヤ接続部55を4本の太いワイヤ14で接続できる。
したがって、1本当たりに流れるソース電流量は小さく
なり、ソースワイヤでの発熱量を低減できる。また、ソ
ースリード5も3本になることからソースリードを介し
ての熱伝導性能が高くなり、実装基板に実装された状態
では熱放散性が高くなり、半導体装置1の安定動作が確
保できる。
【0139】半導体装置1の製造方法は前記実施形態7
と同じであり、図43に示すように、支持基板3の主面
側に半導体チップ7を固定し、その後、半導体チップ7
のソース電極11とソースリード5のワイヤ接続部55
を4本の太いAlワイヤ14で接続するとともに、半導
体チップ7のゲート電極12とゲートリード6の先端部
分を細いワイヤ14で接続する。
【0140】その後、図示はしないがヘッダ3の取付用
孔21から外れる面部分をトランスファモールドによっ
てモールドして、封止体2で半導体チップ7,ワイヤ1
4,ソースリード5およびゲートリード6のワイヤ接続
部55等を封止し、ついでリードフレーム部分に対して
切断,成形処理を行って図42に示すような半導体装置
1を製造する。一方、4本のリードを外枠41の近傍で
切断しただけの状態にすることによって、図44に示す
ように、リードを真っ直ぐ延在させる挿入実装型の半導
体装置1とすることかできる。本実施形態9の場合も実
施形態1の場合と同様な効果を得ることができる。
【0141】(実施形態10)図45乃至図47は本発
明の他の実施形態(実施形態10)である半導体装置に
係わる図である。本実施形態10の半導体装置1は、図
45に示すように、封止体2の一側面から3本のソース
リード5と1本のゲートリード6を突出させた面実装型
となっている。本実施形態10では、図46の平面図で
示すように前記実施形態1のリードフレーム40と同様
に吊りリード支持構造のリードフレーム40が使用され
る。しかし、吊りリード4は、図45に示すようにモー
ルド後封止体2から突出する部分で切断されている。
【0142】本実施形態10の半導体装置1に使用され
るリードフレーム40は、図46に示すように、タイバ
ー44から支持基板3に向かって1本のゲートリード6
と、1本の吊りリード4と、3本のソースリード5が延
在するパターンになっている。なお、リードピッチは一
定でなく不等ピッチになっている。
【0143】また、ソースリード5の先端は連結部20
によって連結された構造になっている。この連結部20
はワイヤ接続部55を構成し、換言するならば、ワイヤ
接続部55から複数のリードを延在する形状になってい
る。前記ワイヤ接続部55の幅は、たとえば5.8mm
と大きくとることができる。
【0144】半導体装置1の製造方法は前記実施形態8
と同じである。リード切断時、4本のリード(ソースリ
ード5およびゲートリード6)を外枠41の近傍で切断
するだけでリード成形を行わないことによって、図47
示すような挿入実装型の半導体装置1とすることかでき
る。本実施形態10の場合も実施形態1の場合と同様な
効果を得ることができ、封止体の熱損傷を防止でき、か
つ半導体装置1の安定動作が確保される。
【0145】(実施形態11)図48乃至図50は本発
明の他の実施形態(実施形態11)である半導体装置に
係わる図である。本実施形態11は実施形態10におい
て、リードピッチが一定である点、吊りリード4をドレ
インリードとして使用してある点で異なる。すなわち、
図48は面実装型の半導体装置1であり、図50は挿入
実装型の半導体装置1である。面実装型の半導体装置1
において、吊りリード4を封止体2の付け根部分で切断
して使用することも可能である。
【0146】図49は本実施形態11で使用するリード
フレーム40である。本実施形態では半導体チップ7の
固定,ワイヤ14の接続およびモールドが終了した後、
吊りリード4は封止体2の近傍(付け根)部分で切断す
ることなくリードとして使用するようにする。本実施形
態10の場合も実施形態1の場合と同様な効果を得るこ
とができ、封止体の熱損傷を防止でき、かつ半導体装置
1の安定動作が確保される。
【0147】(実施形態12)図51乃至図53は本発
明の他の実施形態(実施形態12)である半導体装置に
係わる図である。本実施形態12の半導体装置1は、図
51に示すように、封止体2の一側面から1本の幅広の
ソースリード5と1本のゲートリード6を突出させた面
実装型となっている。
【0148】本実施形態12の半導体装置1は実施形態
7と同様に、図52に示すように、支持基板3両側を支
持片47で支持する側面支持構造のリードフレーム40
を用いて製造する。
【0149】図52に示すように、このリードフレーム
40はタイバー44から支持基板3に向かって1本のゲ
ートリード6と、1本の幅広のソースリード5が延在す
るパターンになっている。また、ソースリード5の先端
のワイヤ接続部55はさらに幅広になっている。また、
ソースリード5の途中には実施形態4と同様に幅広のソ
ースリード5を曲げやすいようにするため折曲均等用孔
51が設けられている。
【0150】このリードフレーム40では、側面支持構
造となることからソースリード5のワイヤ接続部55の
幅Wを一層長くすることができる。たとえば、幅Wを
7.0mmと長くすることができる。半導体装置1の製
造方法は前記実施形態7と同じである。
【0151】一方、4本のリードを外枠41の近傍で切
断しただけの状態にすることによって、図53に示すよ
うな挿入実装型の半導体装置1とすることかできる。こ
の場合、幅広のソースリード5の先端を挿入実装用にす
る必要がある。この挿入実装部分はリードフレーム40
のタイバー44から外側に延在するアウターリード部分
をそのまま使用すればよい。すなわち、インナーリード
部分は幅広とし、アウターリード部分は従来のリードパ
ターンとしておけばよい。
【0152】本実施形態12の場合も実施形態1の場合
と同様な効果を得ることができる。また、ソースリード
5のワイヤ接続部55の幅Wを大きくすることができる
ことから、ワイヤボンディング時にリードフレームを押
さえるリードフレーム押さえの押さえ部分のリードとの
接触面積を大きくできるため、ワイヤ接続部55の両端
部分を強く押さえることができ、超音波ボンディング性
能を高くでき、ワイヤのボンディング強度の向上を図る
ことができる。
【0153】つぎに、支持基板を封止体の近傍で切断し
た構造の半導体装置について実施形態13〜実施形態1
9を用いて説明する。これらの実施形態はその多くは前
記各実施形態で説明した構造が取り入れられた構造であ
る。これら半導体装置の製造においては前記各実施形態
で使用されるリードフレームが使用され、その製造にお
いてモールド後、支持基板を封止体の近傍で切断するこ
とによって製造される。
【0154】支持基板を封止体の近傍で切断した構造
は、封止体から数mm程度以下支持基板が張り出すもの
であり、JEDEC規格のTO−262AA,TO−2
63AB,TO−268AA等に対応できるものであ
る。また、リードフレームの図においては、支持基板部
分とこの支持基板に向かって延在するリードの先端部分
を簡略的に示すものである。また、ソースリードのワイ
ヤ接続部には図示はしないが、太いワイヤが4本並んで
接続されるものである。
【0155】(実施形態13)本実施形態13は図54
に示すように、封止体2の一側面からゲートリード6と
ソースリード5を1本づつ突出させた面実装型の半導体
装置1である。本実施形態13では吊りリード4とゲー
トリード6の間隔よりも吊りリード4とソースリード5
の間隔が広くなっている。この構造では3端子リードピ
ッチ規格(JEDEC規格)が適用できる。本実施形態
13でも4本ソースワイヤであることからソースワイヤ
部分での発熱による樹脂からなる封止体の劣化が起き難
くなるとともに、熱伝達性がよいことから半導体装置の
安定動作が確保できる。
【0156】(実施形態14)図56は本発明の他の実
施形態(実施形態14)である半導体装置の平面図、図
57は半導体装置の製造に用いるリードフレームの一部
を示す平面図である。本実施形態14ではソースリード
5が2本となるものであるが、封止体2の内部において
各ソースリード5は幅広のワイヤ接続部55を有する
が、これら二つのワイヤ接続部55は途切れた構造にな
っている。ソースリードがさらに多い数であってもよ
い。この場合、各ソースリード5は単一のワイヤ接続部
55に連なる構造であってもよく、また一つのワイヤ接
続部55から複数のソースリード5が延在する構造でも
よい。本実施形態14でも4本ソースワイヤであること
からソースワイヤ部分での発熱による樹脂からなる封止
体の劣化が起き難くなるとともに、熱伝達性がよいこと
から半導体装置の安定動作が確保できる。
【0157】(実施形態15)図58は本発明の他の実
施形態(実施形態15)である半導体装置の平面図、図
59は半導体装置の製造に用いるリードフレームの一部
を示す平面図である。本実施形態15ではソースリード
5が幅広になっている。したがって、ソースリード5を
介しての熱伝導性能が格段に高くなる。本実施形態15
でも4本ソースワイヤであることからソースワイヤ部分
での発熱による樹脂からなる封止体の劣化が起き難くな
るとともに、幅広ソースリードによるためさらに熱伝達
性がよくなり半導体装置の安定動作が確保できる。
【0158】(実施形態16)図60は本発明の他の実
施形態(実施形態16)である半導体装置の平面図、図
61は半導体装置の製造に用いるリードフレームの一部
を示す平面図である。本実施形態16は実施形態8と同
様に、封止体2の一側面から突出するリード全体が封止
体2の1側に片寄って配置されている。したがって、半
導体装置1を実装基板に実装する場合、封止体2の位置
を偏って実装できる効果がある。
【0159】一方、図62に示すように、半導体装置の
製造時、吊りリード4を切断除去せずにドレインリード
とする挿入型の半導体装置にすることもできる。また、
面実装型でも吊りリード4をガルウィング型に成形して
ドレインリードとしても使用できる。本実施形態16で
も4本ソースワイヤであることからソースワイヤ部分で
の発熱による樹脂からなる封止体の劣化が起き難くなる
とともに、熱伝達性がよいことから半導体装置の安定動
作が確保できる。また、この構造では3端子リードピッ
チ規格(JEDEC規格)が適用できる。
【0160】(実施形態17)図63は本発明の他の実
施形態(実施形態17)である半導体装置の平面図、図
64は半導体装置の製造におけるワイヤボンディング後
のリードフレームの平面図である。本実施形態17で
は、ソースリード5を中央に配置してある。この結果、
図64に示すように、ソースリード5のワイヤ接続部5
5と半導体チップ7のソース電極11とを接続する太い
ワイヤ14を短くすることができ、ソースワイヤの抵抗
低減が図れる。本実施形態17でも4本ソースワイヤで
あることからソースワイヤ部分での発熱による樹脂から
なる封止体の劣化が起き難くなるとともに、熱伝達性が
よいことから半導体装置の安定動作が確保できる。
【0161】(実施形態18)図65は本発明の他の実
施形態(実施形態18)である半導体装置の平面図、図
66は半導体装置の製造に用いるリードフレームの一部
を示す平面図である。本実施形態18では、ソースリー
ド5のワイヤ接続部およびゲートリード6のワイヤ接続
部55の端を封止体2よりも0.5〜0.7mmと僅か
に突出させるようにしてある。
【0162】図66に示すように、ワイヤボンディング
時、ゲートリード6のワイヤ接続部の端およびソースリ
ード5のワイヤ接続部55の端を、二点鎖線で示す形状
のリードフレーム押さえ70で押さえて超音波を掛けな
がら行うワイヤボンディングにおいて、リードフレーム
押さえ70のリードとの接触面積を大きくできるため、
ワイヤ接続部55の両端部分を強く押さえることがで
き、超音波ボンディング性能を高くでき、ワイヤのボン
ディング強度の向上を図ることができる。これによりワ
イヤボンディングの強度の向上,歩留りの向上および信
頼性の向上が図れる。本実施形態18でも4本ソースワ
イヤであることからソースワイヤ部分での発熱による樹
脂からなる封止体の劣化が起き難くなるとともに、熱伝
達性がよいことから半導体装置の安定動作が確保でき
る。
【0163】(実施形態19)図67は本発明の他の実
施形態(実施形態19)である半導体装置の平面図、図
68は半導体装置の製造に用いるリードフレームの一部
を示す平面図である。本実施形態19は支持基板3に取
付用孔21を有する実施形態9に対応するものであり、
ソースリード5が3本の半導体装置1である。本実施形
態19でも4本ソースワイヤであることからソースワイ
ヤ部分での発熱による樹脂からなる封止体の劣化が起き
難くなるとともに、熱伝達性がよいことから半導体装置
の安定動作が確保できる。
【0164】(実施形態20)図69は本発明の他の実
施形態(実施形態20)である半導体装置の平面図であ
る。本実施形態20は実施形態7において、パワーバイ
ポーラトランジスタが組み込まれた半導体チップ7を支
持基板3に固定した半導体装置1であり、封止体2の一
側面から突出するリードはベース(B)リード71と、
エミッタ(E)リード72となる。支持基板3はコレク
タ(C)端子として使用される。本実施形態20でも4
本エミッタワイヤであることからエミッタワイヤ部分で
の発熱による樹脂からなる封止体の劣化が起き難くなる
とともに、熱伝達性がよいことから半導体装置の安定動
作が確保できる。
【0165】(実施形態21)図70は本発明の他の実
施形態(実施形態21)である半導体装置の平面図であ
る。本実施形態21は実施形態7において、IGBTが
組み込まれた半導体チップ7を支持基板3に固定した半
導体装置1であり、封止体2の一側面から突出するリー
ドはゲートリード6と、エミッタ(E)リード72とな
る。支持基板3はコレクタ(C)端子として使用され
る。本実施形態21でも4本エミッタワイヤであること
からエミッタワイヤ部分での発熱による樹脂からなる封
止体の劣化が起き難くなるとともに、熱伝達性がよいこ
とから半導体装置の安定動作が確保できる。
【0166】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0167】本発明の半導体装置は面実装構造としてま
たは挿入実装構造で各種の電子装置に組み込むことがで
き、たとえば、低電圧動作が要求される携帯機器やノー
トパソコン等の電源等、低熱抵抗が要求されるレーザビ
ームプリンタ等の電源等、100〜120A等と大電流
が要求される自動車電装機器等の電源に使用できる。本
発明は少なくともTO−220構造の半導体装置には適
用できる。
【0168】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)第2電極リード(ソースリード)は2本となり、
伝熱断面積の増大により、実装基板への伝熱量を増大さ
せることができるため伝熱効果が高くなり、パワーMO
SFET,パワーバイポーラトランジスタ,IGBT等
トランジスタの安定動作が達成できる。 (2)2本のソースリードは封止体の内部において長い
連結部で連なり、この連結部には4本の太いAlのワイ
ヤ(直径500μm)が接続されることから、ドレイン
電流が従来に比較して大幅に増大(100A)しても、
損失出力が小さくでき、発熱量を小さく抑えることがで
きるため、封止体を構成する樹脂の劣化の発生を抑える
ことができ、パワーMOSFETの長寿命化が達成でき
る。 (3)前記ワイヤで発生した熱や半導体チップで発生し
た熱は、4本の太いワイヤを介し、かつ伝熱効果が高く
なる2本構成のソースリードを通って実装基板に伝達さ
れるため、効果的な放熱が達成できる。 (4)第2電極リードが幅広のものではさらに放熱性能
が高くなり、トランジスタの安定動作が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態(実施形態1)である半導
体装置を示す模式的斜視図である。
【図2】本実施形態1の半導体装置の断面図である。
【図3】本実施形態1の半導体装置に組み込まれる半導
体チップの模式的平面図である。
【図4】前記半導体チップの模式的断面図である。
【図5】前記半導体チップに組み込まれたパワーMOS
FETの特性を示すグラフである。
【図6】前記半導体チップに組み込まれたパワーMOS
FETの特性を示すグラフである。
【図7】本実施形態1の半導体装置の製造方法を示すフ
ローチャートである。
【図8】本実施形態1の半導体装置の製造に使用するリ
ードフレームの平面図である。
【図9】本実施形態1の半導体装置の製造においてヘッ
ダにチップが固定された状態のリードフレームの一部の
模式的平面図である。
【図10】本実施形態1の半導体装置の製造においてワ
イヤボンディングが終了したリードフレームの一部の模
式的平面図である。
【図11】本実施形態1の半導体装置の製造においてモ
ールドが終了したリードフレームを示す模式的平面図で
ある。
【図12】本実施形態1の半導体装置の製造においてリ
ード切断とリード成形が終了した半導体装置の模式的平
面図である。
【図13】本実施形態1の半導体装置の製造においてリ
ード表面に半田がメッキされた完成状態の半導体装置の
模式的平面図である。
【図14】本実施形態1の半導体装置の変形例である挿
入実装型の半導体装置の平面図である。
【図15】本実施形態1の半導体装置が組み込まれる電
子装置の電源回路図である。
【図16】本発明の他の実施形態(実施形態2)である
半導体装置を示す平面図である。
【図17】本発明の他の実施形態(実施形態3)である
半導体装置を示す模式的斜視図である。
【図18】本実施形態3の半導体装置の平面図である。
【図19】本実施形態3の半導体装置の製造に用いるリ
ードフレームの平面図である。
【図20】本発明の他の実施形態(実施形態4)である
半導体装置を示す平面図である。
【図21】本発明の他の実施形態(実施形態5)である
半導体装置を示す模式的斜視図である。
【図22】本発明の他の実施形態(実施形態6)である
半導体装置を示す模式的斜視図である。
【図23】本発明の他の実施形態(実施形態7)である
半導体装置の平面図である。
【図24】本実施形態7の半導体装置の側面図である。
【図25】本実施形態7の半導体装置の製造に用いるリ
ードフレームの平面図である。
【図26】本実施形態7の半導体装置の製造に用いるリ
ードフレームの側面図である。
【図27】図25のA−A線に沿う断面図である。
【図28】図25のB−B線に沿う断面図である。
【図29】本実施形態7の半導体装置の製造におけるワ
イヤボンディング後のリードフレームの平面図である。
【図30】本実施形態7の半導体装置の製造におけるワ
イヤボンディング後のリードフレームの断面図である。
【図31】本実施形態7の半導体装置の製造におけるモ
ールド後のリードフレームの平面図である。
【図32】本実施形態7の変形例である挿入型の半導体
装置の平面図である。
【図33】本実施形態7の変形例である挿入実装型の半
導体装置の側面図である。
【図34】本実施形態7の面実装型半導体装置の実装状
態を示す模式的平面図である。
【図35】本実施形態7の面実装型半導体装置の実装状
態を示す模式的側面図である。
【図36】本実施形態7の面実装型半導体装置の実装状
態を示す模式的側面図である。
【図37】本発明の他の実施形態(実施形態8)である
半導体装置の平面図である。
【図38】本実施形態7の半導体装置の側面図である。
【図39】本実施形態8の半導体装置の製造におけるワ
イヤボンディング後のリードフレームの断面図である。
【図40】本実施形態8の半導体装置の製造におけるモ
ールド後のリードフレームの平面図である。
【図41】本実施形態8の変形例である挿入型の半導体
装置の平面図である。
【図42】本発明の他の実施形態(実施形態9)である
半導体装置の平面図である。
【図43】本実施形態9の半導体装置の製造におけるワ
イヤボンディング後のリードフレームの平面図である。
【図44】本実施形態9の変形例である挿入型の半導体
装置の平面図である。
【図45】本発明の他の実施形態(実施形態10)であ
る半導体装置の平面図である。
【図46】本実施形態10の半導体装置の製造における
ワイヤボンディング後のリードフレームの平面図であ
る。
【図47】本実施形態10の変形例である挿入型の半導
体装置の平面図である。
【図48】本発明の他の実施形態(実施形態11)であ
る半導体装置の平面図である。
【図49】本実施形態11の半導体装置の製造における
ワイヤボンディング後のリードフレームの平面図であ
る。
【図50】本実施形態11の変形例である挿入型の半導
体装置の平面図である。
【図51】本発明の他の実施形態(実施形態12)であ
る半導体装置の平面図である。
【図52】本実施形態12の半導体装置の製造における
ワイヤボンディング後のリードフレームの平面図であ
る。
【図53】本実施形態12の変形例である挿入型の半導
体装置の平面図である。
【図54】本発明の他の実施形態(実施形態13)であ
る半導体装置の平面図である。
【図55】本実施形態13の半導体装置の製造に用いる
リードフレームの一部を示す平面図である。
【図56】本発明の他の実施形態(実施形態14)であ
る半導体装置の平面図である。
【図57】本実施形態14の半導体装置の製造に用いる
リードフレームの一部を示す平面図である。
【図58】本発明の他の実施形態(実施形態15)であ
る半導体装置の平面図である。
【図59】本実施形態15の半導体装置の製造に用いる
リードフレームの一部を示す平面図である。
【図60】本発明の他の実施形態(実施形態16)であ
る半導体装置の平面図である。
【図61】本実施形態16の半導体装置の製造に用いる
リードフレームの一部を示す平面図である。
【図62】本実施形態16の変形例である挿入型の半導
体装置の平面図である。
【図63】本発明の他の実施形態(実施形態17)であ
る半導体装置の平面図である。
【図64】本実施形態17の半導体装置の製造における
ワイヤボンディング後のリードフレームの平面図であ
る。
【図65】本発明の他の実施形態(実施形態18)であ
る半導体装置の平面図である。
【図66】本実施形態18の半導体装置の製造に用いる
リードフレームの一部を示す平面図である。
【図67】本発明の他の実施形態(実施形態19)であ
る半導体装置の平面図である。
【図68】本実施形態19の半導体装置の製造に用いる
リードフレームの一部を示す平面図である。
【図69】本発明の他の実施形態(実施形態20)であ
る半導体装置の平面図である。
【図70】本発明の他の実施形態(実施形態21)であ
る半導体装置の平面図である。
【符号の説明】
1…半導体装置、2…封止体(パッケージ)、3…支持
基板(ヘッダ)、4…吊りリード、5…第2電極リード
(ソースリード)、6…制御電極リード(ゲートリー
ド)、7…半導体チップ、10…第1電極(ドレイン電
極)、11…第2電極(ソース電極)、12…制御電極
(ゲート電極)、13…接合材、14…ワイヤ、20…
連結部、21…取付用孔、30…ゲート電極、31…層
間絶縁膜、32…保護膜、40…リードフレーム、41
…外枠、42…リード、43…ワイヤパッド、44…タ
イバー、45…連係部、46…支持主片、47…支持
片、50…挿入部、51…折曲均等用孔、52…ビス取
り付け穴、55…ワイヤ接続部、56…実装基板、57
…接続部分、58…取付ビス、59…半田、60…放熱
フィン、70…リードフレーム押さえ、71…ベース
(B)リード、72…エミッタ(E)リード。

Claims (31)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁性樹脂からなる封止体と、前記封止
    体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止体か
    ら露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、前記
    支持基板に連なり前記封止体の一側面から突出する吊り
    リードと、前記封止体の前記一側面から並んで突出する
    第2電極になる第2電極リードおよび制御電極になる制
    御電極リードと、前記封止体に被われるとともに下面に
    第1電極を有し上面に第2電極と制御電極を有し下面が
    導電性の接合材を介して前記支持基板に固定される半導
    体チップと、前記封止体内に位置し前記第2電極と前記
    第2電極リードおよび前記制御電極と前記制御電極リー
    ドを電気的に接続するワイヤとを有する半導体装置であ
    って、前記第2電極リードは並んだ複数本のリードで構
    成され、かつこれらのリードの先端は前記封止体の内部
    において1本の連結部に連結され、前記連結部と前記半
    導体チップの第2電極は並んだ複数のワイヤで接続され
    ていることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 絶縁性樹脂からなる封止体と、前記封止
    体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止体か
    ら露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、前記
    封止体の前記一側面から並んで突出する第2電極になる
    第2電極リードおよび制御電極になる制御電極リード
    と、前記封止体に被われるとともに下面に第1電極を有
    し上面に第2電極と制御電極を有し下面が導電性の接合
    材を介して前記支持基板に固定される半導体チップと、
    前記封止体内に位置し前記第2電極と前記第2電極リー
    ドおよび前記制御電極と前記制御電極リードを電気的に
    接続するワイヤとを有する半導体装置であって、前記第
    2電極リードはワイヤが接続されるワイヤ接続部の幅が
    前記制御電極リードのワイヤ接続部の幅よりも広くなる
    とともにワイヤ接続部から複数のリードを平行に延在さ
    せた構造になっていることを特徴とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記連結部または前記ワイヤ接続部はそ
    れぞれ分断されて電気的に独立した複数の導体部で構成
    されているとともに、各導体部からは少なくとも1本の
    前記リードが延在していることを特徴とする請求項1ま
    たは請求項2に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記複数本のリードで構成される第2電
    極リードは前記封止体から外れた部分で前記各リードは
    相互に連結片で連結されて幅広構造になっていることを
    特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載
    の半導体装置。
  5. 【請求項5】 絶縁性樹脂からなる封止体と、前記封止
    体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止体か
    ら露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、前記
    支持基板に連なり前記封止体の一側面から突出する吊り
    リードと、前記封止体の前記一側面から並んで突出する
    第2電極になる第2電極リードおよび制御電極になる制
    御電極リードと、前記封止体に被われるとともに下面に
    第1電極を有し上面に第2電極と制御電極を有し下面が
    導電性の接合材を介して前記支持基板に固定される半導
    体チップと、前記封止体内に位置し前記第2電極と前記
    第2電極リードおよび前記制御電極と前記制御電極リー
    ドを電気的に接続するワイヤとを有し、少なくとも前記
    第2電極リードのワイヤが接続されるワイヤ接続部の幅
    が前記制御電極リードのワイヤ接続部の幅よりも広くな
    っていることを特徴とする半導体装置。
  6. 【請求項6】 絶縁性樹脂からなる封止体と、前記封止
    体によって少なくとも一部が被われ下面が前記封止体か
    ら露出しかつ第1電極になる金属製の支持基板と、前記
    封止体の前記一側面から並んで突出する第2電極になる
    第2電極リードおよび制御電極になる制御電極リード
    と、前記封止体に被われるとともに下面に第1電極を有
    し上面に第2電極と制御電極を有し下面が導電性の接合
    材を介して前記支持基板に固定される半導体チップと、
    前記封止体内に位置し前記第2電極と前記第2電極リー
    ドおよび前記制御電極と前記制御電極リードを電気的に
    接続するワイヤとを有し、前記第2電極リードのワイヤ
    が接続されるワイヤ接続部の幅が前記制御電極リードの
    ワイヤ接続部の幅よりも広くなっていることを特徴とす
    る半導体装置。
  7. 【請求項7】 前記第2電極リードの幅は前記制御電極
    リードの幅よりも幅広になっていることを特徴とする請
    求項5または請求項6に記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記吊りリードは前記封止体の近傍で切
    断されて使用されないリード、または第1電極用のリー
    ドとして使用できる面実装構造または挿入実装構造にな
    っていることを特徴とする請求項1,請求項3乃至請求
    項5,請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】 前記第2電極リードおよび前記制御電極
    リードの連結部またはワイヤ接続部の端が前記封止体の
    側面に露出または突出していることを特徴とする請求項
    1乃至請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記封止体の一側面から突出する制御
    電極リードおよび第2電極リードは真っ直ぐ延在して挿
    入実装構造になり、かつ前記第2電極リードが幅広構造
    のものではリード先端には突出する挿入実装用の挿入部
    が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項
    9のいずれか1項に記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 前記封止体の一側面から突出する制御
    電極リードおよび第2電極リードは途中で屈曲して面実
    装構造になっていることを特徴とする請求項1乃至請求
    項10のいずれか1項に記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 前記第2電極リードが幅広構造のもの
    では、前記第2電極リードの実装部分にはビス取り付け
    穴が設けられていることを特徴とする請求項5乃至請求
    項9または請求項11のいずれか1項に記載の半導体装
    置。
  13. 【請求項13】 前記第2電極リードが幅広構造のもの
    では、リード先端には挿入実装用の突出する挿入部が形
    成され面実装または挿入実装で使用できる構造になって
    いることを特徴とする請求項5乃至9,請求項11また
    は請求項12のいずれか1項に記載の半導体装置。
  14. 【請求項14】 前記第2電極リードが幅広構造のもの
    でリードが屈曲される構造では前記リードの屈曲成形の
    均等化を図るように前記第2電極リードの屈曲部分には
    1乃至複数の折曲均等用孔が設けられていることを特徴
    とする請求項11乃至請求項12のいずれか1項に記載
    の半導体装置。
  15. 【請求項15】 前記各リードの間隔が一定であること
    を特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に
    記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 前記各リードの間隔は少なくとも一部
    で異なっていることを特徴とする請求項1乃至請求項1
    4のいずれか1項に記載の半導体装置。
  17. 【請求項17】 前記第2電極リードは中央または中央
    寄りに位置していることを特徴とする請求項1乃至請求
    項16のいずれか1項に記載の半導体装置。
  18. 【請求項18】 前記リード全体は前記封止体の一側寄
    りに偏って配置されていることを特徴とする請求項1乃
    至請求項17のいずれか1項に記載の半導体装置。
  19. 【請求項19】 前記支持基板の前記封止体から突出し
    た部分には取付用孔が設けられていることを特徴とする
    請求項1乃至請求項18のいずれか1項に記載の半導体
    装置。
  20. 【請求項20】 前記支持基板の前記封止体から突出す
    る部分は数mm程度であることを特徴とする請求項1乃
    至請求項19のいずれか1項に記載の半導体装置。
  21. 【請求項21】 前記ワイヤはAlワイヤからなり、前
    記第2電極リードと第2電極とを接続するワイヤの本数
    は3本以上になっていることを特徴とする請求項1乃至
    請求項20のいずれか1項に記載の半導体装置。
  22. 【請求項22】 前記半導体チップには第1電極,第2
    電極,制御電極をそれぞれ電極とするパワーMOSFE
    T,パワーバイポーラトランジスタ,IGBTのうちの
    いずれかのトランジスタを有することを特徴とする請求
    項1乃至請求項21のいずれか1項に記載の半導体装
    置。
  23. 【請求項23】 パターニングされかつ一部で1段屈曲
    させた一枚の金属板からなり、第1電極を構成するとと
    もに半導体チップが固定される支持基板と、前記支持基
    板を先端に支持する吊りリードと、前記吊りリードと並
    んで延在する第2電極リードおよび制御電極リードを有
    するリードフレームを用意する工程と、下面に第1電極
    を有し上面に第2電極と制御電極を有する半導体チップ
    を用意する工程と、前記半導体チップをその第1電極部
    分で導電性の接合材を介して前記支持基板上に固定する
    工程と、前記半導体チップの第2電極と前記第2電極リ
    ードのワイヤ接続部をおよび前記半導体チップの制御電
    極と前記制御電極リードのワイヤ接続部を導電性のワイ
    ヤで接続する工程と、前記半導体チップ,前記接続手
    段,第2電極リードおよび制御電極リードの一部を絶縁
    性樹脂でモールドして封止体で被う工程と、前記リード
    フレームの不要部分を切断除去するとともにリードを挿
    入実装構造または面実装構造に形成する工程とを有する
    半導体装置の製造方法であって、前記第2電極リードを
    制御電極リードの幅よりも広い幅広構造または前記封止
    体内部において連結部で連なる複数本のリードで構成し
    ておき、その後前記半導体チップを前記支持基板上に固
    定し、その後前記半導体チップの第2電極と前記幅広構
    造の第2電極リードの先端または前記第2電極と前記連
    結部を複数本のワイヤで接続することを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 少なくとも前記第2電極リードのワイ
    ヤ接続部の幅が前記制御電極リードのワイヤ接続部の幅
    よりも広いリードとなるように前記第2電極リードを形
    成しておくことを特徴とする請求項23に記載の半導体
    装置の製造方法。
  25. 【請求項25】 パターニングされかつ一部で1段屈曲
    させた一枚の金属板からなり、第1電極を構成するとと
    もに半導体チップが固定される支持基板と、前記支持基
    板の一端面側に向かって並んで延在する第2電極リード
    および制御電極リードと、前記支持基板の一端面と交差
    する両側面部分で前記支持基板を先端に支持する吊りリ
    ードを有するリードフレームを用意する工程と、下面に
    第1電極を有し上面に第2電極と制御電極を有する半導
    体チップを用意する工程と、前記半導体チップをその第
    1電極部分で導電性の接合材を介して前記支持基板上に
    固定する工程と、前記半導体チップの第2電極と前記第
    2電極リードおよび前記制御電極と前記制御電極リード
    を導電性のワイヤで接続する工程と、前記半導体チッ
    プ,前記接続手段,第2電極リードおよび制御電極リー
    ドの一部を絶縁性樹脂でモールドして封止体で被う工程
    と、前記リードフレームの不要部分を切断除去するとと
    もにリードを挿入実装構造または面実装構造に形成する
    工程とを有する半導体装置の製造方法であって、前記第
    2電極リードを制御電極リードの幅よりも広い幅広構造
    または前記第2電極リードのワイヤ接続部の幅が前記制
    御電極リードのワイヤ接続部の幅よりも広いリードもし
    くは前記ワイヤ接続部から延在する複数本のリードで構
    成しておき、その後前記半導体チップを前記支持基板上
    に固定し、その後前記半導体チップの第2電極と前記幅
    広構造の第2電極リードの先端または前記第2電極と前
    記連結部を複数本のワイヤで接続することを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  26. 【請求項26】 前記ワイヤ接続部をそれぞれ電気的に
    分断した複数の導体部で形成しておくとともに、前記各
    導体部をいずれかのリードに繋がるように形成すること
    を特徴とする請求項23乃至請求項25のいずれか1項
    に記載の半導体装置の製造方法。
  27. 【請求項27】 前記第2電極リードおよび前記制御電
    極リードの連結部またはワイヤ接続部の端を前記封止体
    の側面に露出または突出するように形成することを特徴
    とする請求項23乃至請求項26のいずれか1項に記載
    の半導体装置の製造方法。
  28. 【請求項28】 前記リードフレームは前記第2電極リ
    ードを相互に平行に延在する複数本のリードで形成して
    おくとともに、前記封止体から外れた部分でリード相互
    が連結片で連結されるように形成しておくことを特徴と
    する請求項23乃至請求項27のいずれか1項に記載の
    半導体装置の製造方法。
  29. 【請求項29】 前記リードフレームは前記第2電極リ
    ードを前記制御電極リードの幅よりも広く形成しておく
    とともに、リード屈曲部分には1乃至複数の折曲均等用
    孔を設けておくことを特徴とする請求項23乃至請求項
    28のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
  30. 【請求項30】 前記吊りリードは前記封止体の近傍で
    切断、または第1電極用のリードとして使用できる面実
    装構造または挿入実装構造に形成することを特徴とする
    請求項23乃至請求項29のいずれか1項に記載の半導
    体装置の製造方法。
  31. 【請求項31】 前記第1電極,第2電極,制御電極を
    それぞれ電極とするパワーMOSFET,パワーバイポ
    ーラトランジスタ,IGBTのうちのいずれかを有する
    半導体チップを前記支持基板上に固定するとともに、前
    記第2電極リードと第2電極との接続は3本以上の導電
    性のワイヤで接続することを特徴とする請求項23乃至
    請求項30のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方
    法。
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