JP5793995B2 - リードフレーム、及び、パワーモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、リードフレーム、及び、パワーモジュールに関する。
従来より、リードフレーム本体に、開口窓を形成することにより、少なくとも、半導体チップを装着するアイランドと、半導体チップにボンディングワイヤを介して接続されるリードと、アイランド及びリードをリードフレーム本体につなぎ止めるタイバーとを形成したリードフレームにおいて、リードフレーム本体の外周部に補強用突部を設けたリードフレームがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−２１８４５５号公報
ところで、従来のリードフレームは、モールド樹脂を形成した後に外周部を切除して廃棄するため、材料歩留まりが低いという問題があった。
そこで、材料歩留まりの高いリードフレーム、及び、パワーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の実施の形態のリードフレームは、平面視において、半導体素子が配置される領域の一の側に延伸する複数の第１リードと、平面視において、前記半導体素子が配置される領域の前記一の側とは反対側の他の側に延伸する複数の第２リードと、平面視において、前記複数の第１リードのうち端に位置する第１リードの外側に並べられる第３リードと、前記第３リードに接続され、前記第１リード、前記第２リード、及び前記第３リードのガイドフレームの一部であるとともに、前記ガイドフレームの当該一部以外の部分を切除した後に、前記第３リードに接続される配線になる配線部とを含み、前記配線部は、前記ガイドフレームのうち、前記複数の第１リード、前記複数の第２リード、及び前記第３リードが並べられる方向において、前記複数の第１リード、前記複数の第２リード、及び前記第３リードに対して最も外側に配置される部分であり、前記並べられる方向は、前記複数の第１リード及び前記複数の第２リードが伸延する方向に対する幅方向である。
材料歩留まりの高いリードフレーム、及び、パワーモジュールを提供できる。
比較例のリードフレーム１０にＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃを接続した状態を示す図である。 比較例のパワーモジュール６０を示す図である。 実施の形態のパワーモジュール２００を含む電気自動車用駆動装置３００の一実施例の概略構成を示す図である。 実施の形態のリードフレーム１００、及び、パワーモジュール２００を示す斜視透視図である。 実施の形態のパワーモジュール２００を示す斜視図である。 実施の形態のリードフレーム１００を含むパワーモジュール２００を示す平面透視図である。 図５Ａに示すリードフレーム１００からガイドフレーム１１９を切除して完成した状態のパワーモジュール２００を示す平面透視図である。 図５ＢにおけるＣ−Ｃ断面を示す図である。 実施の形態のパワーモジュール２００の製造工程を段階的に示す図である。 実施の形態のパワーモジュール２００の製造工程を段階的に示す図である。 実施の形態のパワーモジュール２００の製造工程を段階的に示す図である。 実施の形態のパワーモジュール２００の製造工程を段階的に示す図である。 実施の形態のパワーモジュール２００の製造工程を段階的に示す図である。
以下、本発明のリードフレーム、及び、パワーモジュールを適用した実施の形態について説明する。
まず、実施の形態のリードフレーム、及び、パワーモジュールについて説明する前に、図１及び図２を用いて、比較例のリードフレームについて説明する。
図１は、比較例のリードフレーム１０にＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃを接続した状態を示す図である。ダイオード３０Ａ〜３０Ｃは、例えば、ＦＷＤ(Fly Wheel Diode)を用いればよい。
比較例のリードフレーム１０は、信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａと、パワーリード部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａと、電圧検出リード部１８Ａとを含む。リードフレーム１０のうち、後に切除を行うことにより、信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１４、１５、１６、１７、及び電圧検出リード部１８（図２参照）として残る部分以外は、ガイドフレーム１９として機能する。
このようなリードフレーム１０は、例えば、銅板をプレス加工することによって製造される。
ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃは、ヒートスプレッダ４０の上面に半田付けされている。図１に示す状態は、ヒートスプレッダ４０に実装されたＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃの上側からリードフレーム１０を被せ、ボンディングワイヤと半田でＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃにリードフレーム１０を接続した状態である。
なお、以下では、ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃを特に区別しない場合には、単にＩＧＢＴ２０と称す。同様に、ダイオード３０Ａ〜３０Ｃを特に区別しない場合には、単にダイオード３０と称す。
ここで、ヒートスプレッダ４０は、例えば銅板製であり、ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃの熱を放散するために設けられている。
ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃは、図１中下面にあるコレクタ端子が半田付けによってヒートスプレッダ４０に接続されており、ダイオード３０Ａ〜３０Ｃは、図１中下面にあるカソードが半田によってヒートスプレッダ４０に接続されている。
信号リード部１１Ａは、５本あり、ＩＧＢＴ２０Ａのゲート端子にボンディングワイヤ１Ａによって接続されている。信号リード部１２Ａは、５本あり、ＩＧＢＴ２０Ｂのゲート端子にボンディングワイヤ１Ｂによって接続されている。信号リード部１３Ａは、５本あり、ＩＧＢＴ２０Ｃのゲート端子にボンディングワイヤ１Ｃによって接続されている。
パワーリード部１４Ａは、半田２Ａによってヒートスプレッダ４０の表面に接続されている。パワーリード部１５Ａは、半田２ＢによってＩＧＢＴ２０Ａのエミッタ端子に接続されるとともに、半田２Ｃによってダイオード３０Ａのアノードに接続されている。
パワーリード部１６Ａは、半田２ＤによってＩＧＢＴ２０Ｂのエミッタ端子に接続されるとともに、半田２Ｅによってダイオード３０Ｂのアノードに接続されている。パワーリード部１７Ａは、半田２ＦによってＩＧＢＴ２０Ｃのエミッタ端子に接続されるとともに、半田２Ｇによってダイオード３０Ｃのアノードに接続されている。
電圧検出リード部１８Ａは、ボンディングワイヤ３によって、ヒートスプレッダ４０の表面の端部に接続されている。
図１に示すようにリードフレーム１０とＩＧＢＴ２０及びダイオード３０を接続した後に、破線Ａで示す領域にトランスファーモールドによってモールド樹脂部を形成し、リードフレーム１０のうちのガイドフレーム１９を切除すると、図２に示す比較例のパワーモジュール６０が完成する。
図２は、比較例のパワーモジュール６０を示す図である。
パワーモジュール６０は、信号リード部１１、１２、１３と、パワーリード部１４、１５、１６、１７と、電圧検出リード部１８、ＩＧＢＴ２０、ダイオード３０、ヒートスプレッダ４０、及びモールド樹脂部５０を含む。
図２に示す信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１４、１５、１６、１７、及び電圧検出リード部１８は、それぞれ、図１に示す信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、パワーリード部１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ、及び電圧検出リード部１８Ａに対応する。
図２に示す信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１４、１５、１６、１７、及び電圧検出リード部１８は、図１に示すリードフレーム１０からガイドフレーム１９を切除することによって得られる。
信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１４、１５、１６、１７、電圧検出リード部１８、ＩＧＢＴ２０、ダイオード３０、及びヒートスプレッダ４０は、モールド樹脂部５０によって固定されている。
モールド樹脂部５０は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂を用いて、加熱しながらモールド成形を行うことによって製造される。
このように、パワーモジュール６０を製造する際に、ガイドフレーム１９を含むリードフレーム１０を用いるのは、信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１４、１５、１６、１７、電圧検出リード部１８の位置決め精度を高めるためである。
このようなパワーモジュール６０は、例えば、インバータの上アームとして用いることができる。また、この場合に、パワーモジュール６０と同様のパワーモジュールをインバータの下アームとして用いればよい。下アームとして用いるパワーモジュールは、例えば、パワーモジュール６０から電圧検出リード部１８を取り除いたものであればよい。
インバータの上アームのパワーモジュール６０のパワーリード部１５、１６、１７と、下アームのパワーモジュールの三相分のパワーリード部とを三相モータに接続することにより、三相モータの駆動制御を行うことができる。
ここで、上述のように、図１に示す電圧検出リード部１８Ａは、ボンディングワイヤ３によって、ヒートスプレッダ４０の表面の端部に接続されている。ヒートスプレッダ４０には、ＩＧＢＴ２０のコレクタ端子が半田付けされているため、ヒートスプレッダ４０はＩＧＢＴ２０のコレクタ端子と同電位である。
このため、リードフレーム１０からガイドフレーム１９を切除することによって得られる電圧検出リード部１８は、インバータの上アームのＩＧＢＴ２０のコレクタ端子に接続される。
インバータの上アームのＩＧＢＴ２０のコレクタ端子は、インバータの正極性端子と同電位であるため、電圧検出リード部１８を通じて、インバータの正極性端子の電圧を検出することができる。
ところで、比較例のパワーモジュール６０に用いるリードフレーム１０は、図１と図２を比べることによって分かるように、ガイドフレーム１９として廃棄される部分を多く含む。このため、比較例のパワーモジュール６０に用いるリードフレーム１０は、材料歩留まりが低いという問題があった。
また、銅製のリードフレーム１０の線膨張係数は、モールド樹脂部５０の線膨張係数よりも非常に大きい。このため、モールド成形のために加熱を行い、モールド樹脂部５０を形成した後にパワーモジュール６０を冷却すると、モールド樹脂部５０よりもガイドフレーム１９の方が大きく収縮することにより、信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１４、１５、１６、１７、及び電圧検出リード部１８に歪みが生じるという問題があった。
また、比較例のパワーモジュール６０では、ガイドフレーム１９を切除する際に、モールド樹脂部５０（図２参照）とガイドフレーム１９との間の領域Ｂに、厚さの薄い切除用の金型を挿入する。
図１に示すように、領域Ｂの幅Ｂ１は狭いため、例えば、薄い金型に金属摩耗が生じている場合には、モールド樹脂部５０にバリが生じる場合があるという問題があった。
また、電圧検出リード部１８をボンディングワイヤ３でヒートスプレッダ４０の表面に接続するため、ボンディングワイヤ３を形成するための工程が必要であり、製造工程数が増えて、パワーモジュール６０のコストアップをもたらすという問題があった。
以下では、上述のような問題を解決した実施の形態のリードフレーム１００、及び、パワーモジュール２００について説明する。
＜実施の形態＞
図３は、実施の形態のパワーモジュール２００を含む電気自動車用駆動装置３００の一実施例の概略構成を示す図である。
電気自動車用駆動装置３００は、バッテリ３０１の電力を用いて走行用モータ３０４を駆動することにより車両を駆動させる装置である。尚、電気自動車は、電力を用いて走行用モータ３０４を駆動して走行するものであれば、その方式や構成の詳細は任意である。電気自動車は、典型的には、動力源がエンジンと走行用モータ３０４であるハイブリッド自動車（ＨＶ），動力源が走行用モータ３０４のみである電気自動車を含む。
電気自動車用駆動装置３００は、図３に示すように、バッテリ３０１、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２、インバータ３０３、走行用モータ３０４、及び、制御装置３０５を備える。
バッテリ３０１は、電力を蓄積して直流電圧を出力する任意の蓄電装置であり、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等の容量性負荷から構成されてもよい。
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ（可逆チョッパ方式の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）であり、例えば１４Ｖから４２Ｖへの昇圧変換、及び、４２Ｖから１４Ｖへの降圧変換が可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，ダイオードＤ１，Ｄ２、リアクトルＬ１を含む。
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、本例ではＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field‐Effect Transistor)のような他のスイッチング素子が用いられてもよい。
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、インバータ３０３の正極ラインと負極ラインとの間に直列に接続される。上アームのスイッチング素子Ｑ１のコレクタは正極ラインに接続され、下アームのスイッチング素子Ｑ２のエミッタは負極ラインに接続される。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中間点、即ちスイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタの接続点にはリアクトルＬ１の一端が接続される。このリアクトルＬ１の他端は、正極ラインを介してバッテリ３０１の正極に接続される。また、スイッチング素子Ｑ２のエミッタは、負極ラインを介してバッテリ３０１の負極に接続される。また、各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオード（フライホイルダイオード）Ｄ１，Ｄ２が配置される。また、リアクトルＬ１の他端と負極ラインとの間には平滑用コンデンサＣ１が接続され、スイッチング素子Ｑ１のコレクタと負極ラインとの間には平滑用コンデンサＣ２が接続される。
インバータ３０３は、正極ラインと負極ラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームから構成される。Ｕ相はスイッチング素子（本例ではＩＧＢＴ）Ｑ３，Ｑ４の直列接続からなり、Ｖ相はスイッチング素子（本例ではＩＧＢＴ）Ｑ５，Ｑ６の直列接続からなり、Ｗ相はスイッチング素子（本例ではＩＧＢＴ）Ｑ７，Ｑ８の直列接続からなる。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオード（フライホイルダイオード）Ｄ３〜Ｄ８が配置される。尚、インバータ３０３の上アームは、各スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７及びダイオードＤ３，Ｄ５，Ｄ７から構成され、インバータ３０３の下アームは、各スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８及びダイオードＤ４，Ｄ６，Ｄ８から構成される。
インバータ３０３は、例えば、上アームとしてパワーモジュール２００を含むことによって実現される。インバータ３０３の下アームとしては、スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８及びダイオードＤ４，Ｄ６，Ｄ８を含む任意の形式のパワーモジュールを用いることができる。
走行用モータ３０４は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点で共通接続されている。Ｕ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に接続され、Ｖ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に接続され、Ｗ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の中間点に接続される。
制御装置３０５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０２及びインバータ３０３を制御する。制御装置３０５は、例えばＣＰＵ，ＲＯＭ、メインメモリなどを含み、制御装置３０５の各種機能は、ＲＯＭ等に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現される。但し、制御装置３０５の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、制御装置３０５は、物理的に複数の装置により構成されてもよい。
次に、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６を用いて、実施の形態のリードフレーム１００、及び、パワーモジュール２００について説明する。
図４Ａは、実施の形態のリードフレーム１００、及び、パワーモジュール２００を示す斜視透視図である。図４Ｂは、実施の形態のパワーモジュール２００を示す斜視図である。
図５Ａは、実施の形態のリードフレーム１００を含むパワーモジュール２００を示す平面透視図である。図５Ｂは、図５Ａに示すリードフレーム１００からガイドフレーム１１９を切除して完成した状態のパワーモジュール２００を示す平面透視図である。
図６は、図５ＢにおけるＣ−Ｃ断面を示す図である。
図４Ａ及び図５Ａは、リードフレーム１００と、リードフレーム１００のガイドフレーム１１９を切除する前の状態のパワーモジュール２００とを示す。図４Ｂ及び図５Ｂは、リードフレーム１００のガイドフレーム１１９を切除した後の完成した状態のパワーモジュール２００を示す。
図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示すリードフレーム１００及びパワーモジュール２００について、図１及び図２に示す比較例のリードフレーム１０、及び、パワーモジュール６０と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
パワーモジュール２００は、主な構成要素として、リードフレーム１００、ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ、ダイオード３０Ａ〜３０Ｃ、ヒートスプレッダ４０、モールド樹脂部１５０、冷却板１７０、及び絶縁シート１８０を含む。
パワーモジュール２００のＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ、ダイオード３０Ａ〜３０Ｃは、比較例のパワーモジュール６０と同様に、ヒートスプレッダ４０の上に半田付けされている。
例えば、図６に示すように、ＩＧＢＴ２０Ａは、半田１９１によってヒートスプレッダ４０の表面に接続されている。半田１９１によってヒートスプレッダ４０に接続される下面にはコレクタ端子があるため、ＩＧＢＴ２０Ａのコレクタ端子は、半田１９１によってヒートスプレッダ４０に接続されている。
また、ダイオード３０Ａは、半田１９２によってヒートスプレッダ４０に接続されている。半田１９２によってヒートスプレッダ４０に接続されるダイオード３０Ａの下面にはカソードがあるため、ダイオード３０Ａのカソードは、半田１９２によってヒートスプレッダ４０に接続されている。
図６には、ＩＧＢＴ２０Ａを含む断面を示すが、ＩＧＢＴ２０Ｂ、２０Ｃも同様に、コレクタ端子を下面に位置させた状態で、半田１９１によってヒートスプレッダ４０に接続されている。また、ダイオード３０Ｂ、３０Ｃもダイオード３０Ａと同様に、カソードを下面にした状態で、半田１９２によってヒートスプレッダ４０に接続されている。
ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃが半田付けされたヒートスプレッダ４０は、リードフレーム１００に接続されるとともに、絶縁シート１８０を介して冷却板１７０の上に載置された状態で、トランスファーモールドによって成形されるモールド樹脂部１５０によって封止されている。
図４Ａ及び図５Ａに示すように、リードフレーム１００は、信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、パワーリード部１１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａに加えて、電圧検出リード部１１８Ａ、ガイドフレーム１１９、及び配線部５００を含む。
ここで、信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａは、第１リード部の一例である。パワーリード部１５Ａ、１６Ａ、１７Ａは、第２リード部の一例である。電圧検出リード部１１８Ａは、第３リード部の一例である。配線部５００は、第３リードに接続される配線部の一例である。パワーリード部１１４Ａは、第４リード部の一例である。
リードフレーム１００は、例えば、銅板をプレス加工することによって製造される。
電圧検出リード部１１８Ａは、比較例のリードフレーム１０における電圧検出リード部１８Ａに対応する。
図４Ａ及び図５Ａに示すリードフレーム１００からガイドフレーム１１９を切除すると、電圧検出リード部１１８Ａは、図４Ｂ及び図５Ｂに示す電圧検出リード部１１８になる。
電圧検出リード部１１８Ａは、信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａのうち端に位置する信号リード部（５本の信号リード部１１Ａのうちの最も左側に配置される信号リード部）の外側に並べられるように配列されている。
配線部５００は、図５Ａ及び図５Ｂにおいてハッチングで示す部分であり、一端５０１、他端５０２、及び接続部５０３を有する。
一端５０１は、モールド樹脂部１５０の外側で電圧検出リード部１１８Ａに接続される。他端５０２は、パワーリード部１１４Ａに接続される。接続部５０３は、半田２Ａによってヒートスプレッダ４０の表面に接続される。
配線部５００は、図５Ｂ及び図６に示すように、一端５０１がモールド樹脂部１５０の外に位置するが、一端５０１以外の部分はモールド樹脂部１５０によって封止されている。
パワーリード部１１４Ａは、図５Ｂ及び図６に示すように、配線部５００の他端５０２に接続され、モールド樹脂部１５０の外に位置する部分である。パワーリード部１１４Ａは、パワーリード部１５、１６、１７のうち、最も外側に位置し、信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａのうち端に位置する信号リード部（５本の信号リード部１１Ａのうちの最も左側に配置される信号リード部）に対応するパワーリード部１５の外側に並べられるように配列されている。
図４Ｂ及び図５Ｂに示す信号リード部１１、１２、１３、パワーリード部１１４、１５、１６、１７、電圧検出リード部１１８、及び配線部５００は、それぞれ、図４Ａ及び図５Ａに示す信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ、パワーリード部１１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ、電圧検出リード部１１８Ａ、及び配線部５００を含むリードフレーム１００から、ガイドフレーム１１９を切除することによって得られる。
すなわち、実施の形態のリードフレーム１００に含まれるガイドフレーム１１９は、図５Ａに示すリードフレーム１００のうち、図５Ｂにおいて消失している部分である。
信号リード部１１Ａは、５本あり、ＩＧＢＴ２０Ａのゲート端子にボンディングワイヤ１Ａによって接続されている。信号リード部１２Ａは、５本あり、ＩＧＢＴ２０Ｂのゲート端子にボンディングワイヤ１Ｂによって接続されている。信号リード部１３Ａは、５本あり、ＩＧＢＴ２０Ｃのゲート端子にボンディングワイヤ１Ｃによって接続されている。
なお、ボンディングワイヤ１Ａ、ボンディングワイヤ１Ｂ、及びボンディングワイヤ１Ｃとしては、例えば、アルミ細線を用いることができる。
図５Ａ、図５Ｂ、及び図６に示すように、配線部５００の接続部５０３は、半田２Ａによってヒートスプレッダ４０の表面に接続されている。接続部５０３は、一端５０１を介して電圧検出リード部１１８（１１８Ａ）に接続されるとともに、他端５０２を介してパワーリード部１１４（１１４Ａ）に接続されている。
また、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、パワーリード部１５Ａは、半田２ＢによってＩＧＢＴ２０Ａのエミッタ端子に接続されるとともに、半田２Ｃによってダイオード３０Ａのアノードに接続されている。パワーリード部１６Ａは、半田２ＤによってＩＧＢＴ２０Ｂのエミッタ端子に接続されるとともに、半田２Ｅによってダイオード３０Ｂのアノードに接続されている。パワーリード部１７Ａは、半田２ＦによってＩＧＢＴ２０Ｃのエミッタ端子に接続されるとともに、半田２Ｇによってダイオード３０Ｃのアノードに接続されている。
なお、パワーリード部１１４（１１４Ａ）、１５（１５Ａ）、１６（１６Ａ）、１７（１７Ａ）は、信号リード部１１（１１Ａ）よりも幅広に構成されている。
図６に示すように、ヒートスプレッダ４０には、半田１９１によってＩＧＢＴ２０Ａのコレクタ端子が接続されるとともに、半田１９２によってダイオード３０Ａのカソードが接続されている。また、上述のように、ヒートスプレッダ４０には、半田２Ａによって配線部５００の接続部５０３が接続されている。
このため、配線部５００は、ＩＧＢＴ２０Ａのコレクタ端子と等電位であり、配線部５００及び電圧検出リード部１１８を介して、ＩＧＢＴ２０Ａのコレクタ端子の電位を検出することができる。
ここで、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ、図５Ｂに示すようにＸ方向及びＹ方向を定義する。Ｘ方向及びＹ方向は、配線部５００を含む平面内において、互いに直交する方向である。
配線部５００は、図４Ａ及び図５Ａに示すように、リードフレーム１００のＸ方向における最も外側に位置する。
また、配線部５００は、Ｙ方向において、一端５０１が電圧検出リード部１１８Ａ、ガイドフレームの一部１１９Ａ、及び一部１１９Ｂに接続されている。また、他端５０２が接続部５０３、パワーリード部１４Ａ、及び一部１１９Ｃに接続されている。
すなわち、配線部５００は、リードフレーム１００からガイドフレーム１１９を切除する前の状態において、電圧検出リード部１１８Ａ、ガイドフレームの一部１１９Ａ、及び一部１１９Ｂと、接続部５０３、パワーリード部１４Ａ、及び一部１１９Ｃとの間において、ガイドフレームになっている。
このように、配線部５００は、リードフレーム１００に含まれるガイドフレームとして機能するため、電圧検出リード部１１８Ａ、ガイドフレームの一部１１９Ａ、及び一部１１９Ｂと、接続部５０３、パワーリード部１４Ａ、及び一部１１９Ｃとに撓みや変形等が生じない程度の十分な強度を有するように、長さ、幅、厚さ、及び形状等を設定すればよい。
このように、実施の形態のリードフレーム１００の配線部５００は、図４Ａ及び図５Ａに示すように、ガイドフレーム１１９を切除する前の状態においてガイドフレームとして機能するとともに、ガイドフレーム１１９を切除した後の状態では、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、配線として機能する。
次に、実施の形態のパワーモジュール２００を図３に示すインバータ３０３の上アームとして用いる場合の接続関係について説明する。
ここでは、一例として、ＩＧＢＴ２０Ａ及びダイオード３０ＡがＵ相に接続され、ＩＧＢＴ２０Ｂ及びダイオード３０ＢがＶ相に接続され、ＩＧＢＴ２０Ｃ及びダイオード３０ＣがＷ相に接続されるものとする。
この場合、ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃのコレクタ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃのカソードに接続部５０３を介して接続されるパワーリード部１１４は、電気自動車用駆動装置３００のインバータ３０３（図３参照）の正極側端子（入力端子）Ｐ１を構成する。
このため、パワーリード部１１４に配線部５００を介して接続される電圧検出リード部１１８は、インバータ１０３の入力電圧（正極側端子（入力端子）Ｐ１の電圧）を検出することができる。
ＩＧＢＴ２０Ａのエミッタ及びダイオード３０Ａのアノードに接続されるパワーリード部１５は、インバータ３０３（図３参照）のＵ相端子Ｐ３を構成する。
ＩＧＢＴ２０Ｂのエミッタ及びダイオード３０Ｂのアノードに接続されるパワーリード部１６は、インバータ３０３（図３参照）のＶ相端子Ｐ４を構成する。
ＩＧＢＴ２０Ｃのエミッタ及びダイオード３０Ｃのアノードに接続されるパワーリード部１７は、インバータ３０３（図３参照）のＷ相端子Ｐ５を構成する。
また、図３に示すインバータ３０３の下アームとしては、比較例のパワーモジュール６０から、電圧検出リード部１８を除くとともに、図３のスイッチング素子Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８のエミッタ端子に接続されるリード部を加えたパワーモジュールを用いればよい。
スイッチング素子Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８のエミッタ端子のエミッタ端子に接続されるリード部は、インバータ３０３（図３参照）の負極側端子（入力端子）Ｐ２を構成する。また、下アームのパワーモジュールのスイッチング素子Ｑ４、Ｑ６、Ｑ８のコレクタ端子は、それぞれ、Ｕ相端子Ｐ３、Ｖ相端子Ｐ４、Ｗ相端子Ｐ５に接続すればよい。
次に、モールド樹脂部１５０、冷却板１７０、及び絶縁シート１８０について説明する。
冷却板１７０は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成されてもよい。冷却板１７０は、下面側にフィン１７１を有する。フィン１７１の数や配列態様は、特に言及しない限り任意である。また、フィン１７１の構成（形状・高さ等）も任意であってよい。フィン１７１は、例えばストレートフィンやピンフィンの千鳥配置等で実現されてもよい。半導体モジュール１の実装状態では、フィン１７１は、冷却水や冷却空気のような冷却媒体と接触する。このようにして、ＩＧＢＴ２０及びダイオード３０の駆動時に生じるＩＧＢＴ２０及びダイオード３０からの熱は、ヒートスプレッダ４０、絶縁シート１８０及び冷却板１７０を介して、冷却板１７０のフィン１７１から冷却媒体へと伝達され、ＩＧＢＴ２０及びダイオード３０の冷却が実現される。
なお、フィン１７１は、冷却板１７０と一体で形成されてもよいし（例えば、アルミダイカスティング）、溶接等により冷却板１７０と一体化されてもよい。また、冷却板１７０は、一枚の金属板と、フィン付きの他の金属板とをボルト等で結合して構成されてもよい。
絶縁シート１８０は、例えば樹脂シートからなり、ヒートスプレッダ４０と冷却板１７０との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ４０から冷却板１７０への高い熱伝導を可能とする。絶縁シート１８０は、ヒートスプレッダ４０の下面よりも大きい外形を有する。
なお、絶縁シート１８０は、好ましくは、半田や金属膜等を用いることなく、直接、ヒートスプレッダ４０と冷却板１７０を接合する。これにより、半田を用いる場合に比べて、熱抵抗を低くすることができ、工程を簡素化することができる。また、冷却板１７０側にも半田付け用表面処理が不要となる。例えば、絶縁シート１８０は、後述のモールド樹脂部１５０と同様の樹脂材料（エポキシ樹脂）からなり、モールド樹脂部１５０のモールド時の圧力及び温度によりヒートスプレッダ４０及び冷却板１７０に接合する。
モールド樹脂部１５０は、図４Ｂ、図５Ｂ、及び図６に示すように、ＩＧＢＴ２０及びダイオード３０、信号リード部１１、１２、１３とパワーリード部１５、１６、１７の配線部材の端部を除く部分、電圧検出リード部１１８の端部を除く部分、配線部５００、ヒートスプレッダ４０、冷却板１７０、及び絶縁シート１８０を樹脂でモールドすることにより形成される。
すなわち、モールド樹脂部１５０は、冷却板１７０の上面に対して、パワーモジュール２００の主要構成要素（ＩＧＢＴ２０及びダイオード３０、信号リード部１１、１２、１３とパワーリード部１５、１６、１７の配線部材の端部を除く部分、電圧検出リード部１１８の端部を除く部分、配線部５００、ヒートスプレッダ４０、絶縁シート１８０）を内部に封止する部位である。なお、モールド樹脂部１５０として使用される樹脂は、例えばエポキシ樹脂であってよい。
また、信号リード部１１、１２、１３とパワーリード部１５、１６、１７の配線部材の端部、電圧検出リード部１１８Ａの端部、及びパワーリード部１１４は、モールド樹脂部１５０から露出する。
信号リード部１１、１２、１３とパワーリード部１５、１６、１７の配線部材の端部、電圧検出リード部１１８Ａの端部、及びパワーリード部１１４は、モールド樹脂部１５０によるモールド封止後のリードカット及びフォーミングにより最終形状が実現される。
次に、図７乃至図１１を用いて、実施の形態のパワーモジュール２００の製造方法について説明する。
図７乃至図１１は、実施の形態のパワーモジュール２００の製造工程を段階的に示す図である。
まず、図７に示すように、ヒートスプレッダ４０の上にＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃとダイオード３０Ａ〜３０Ｃを半田付けにより実装する。ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃのコレクタ端子は、半田１９１によってヒートスプレッダ４０に接続され、ダイオード３０Ａ〜３０Ｃのカソードは、半田１９２によってヒートスプレッダ４０に接続される（図６参照）。
なお、ヒートスプレッダ４０の表面に示す接続部４０Ａは、後に、リードフレーム１００の接続部５０３が接続される位置を表す。
次に、図８に示すように、ヒートスプレッダ４０の上に実装されたＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃとダイオード３０Ａ〜３０Ｃの上に、リードフレーム１００を載置して位置合わせを行い、ＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃとダイオード３０Ａ〜３０Ｃとリードフレーム１００を半田２Ｂ〜２Ｇによって接続する。
このとき、半田２Ａにより接続部５０３とヒートスプレッダ４０の接続部４０Ａとの接合も行われる。
また、信号リード部１１Ａ、１２Ａ、１３Ａと、ＩＧＢＴ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのゲート端子との間がボンディングワイヤ１Ａ、１Ｂ、１Ｃによって接続される。
次に、図９に示すように、冷却板１７０の上の所定の位置に絶縁シート１８０を貼り合わせる。このとき、絶縁シート１８０は、例えば、加熱によりヒートスプレッダ４０の表面に仮に貼り合わされる。
次に、図１０に示すように、冷却板１７０の上の所定の位置に貼り合わされた絶縁シート１８０の上に、図８に示すようにＩＧＢＴ２０Ａ〜２０Ｃ及びダイオード３０Ａ〜３０Ｃとリードフレーム１００との半田付けを行ったヒートスプレッダ４０を載置し、トランスファーモールドによりモールド樹脂部１５０を形成する。
図１０には、図４Ａと同様に、モールド樹脂部１５０を透過的に表す。この状態で、信号リード部１１、１２、１３とパワーリード部１５、１６、１７の配線部材の端部、電圧検出リード部１１８Ａの端部、及びパワーリード部１１４は、モールド樹脂部１５０から露出する。
そして、最後に、金型を用いてガイドフレーム１１９を切除すると、図１１に示すように、パワーモジュール２００が完成する。
以上、本実施の形態によれば、ガイドフレーム１１９を切除する前の状態においてガイドフレームとして機能するとともに、ガイドフレーム１１９を切除した後の状態では、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、配線として機能する配線部５００を含むリードフレーム１００を提供することができる。
比較例のリードフレーム１０では、ガイドフレーム１９（図１及び図２参照）は切除された後にすべて廃棄されており、材料歩留まりが低かった。
これに対して、本実施の形態のリードフレーム１００によれば、配線部５００は、ガイドフレーム１１９を切除する前の状態においてガイドフレームとして機能するとともに、ガイドフレーム１１９を切除した後の状態では、図４Ｂ及び図５Ｂに示すように、配線として機能する。
すなわち、本実施の形態のリードフレーム１００は、ガイドフレームの一部を切除せずに配線部５００として利用する。
このため、本実施の形態によれば、材料歩留まりを向上させたリードフレーム１００を提供することができる。
また、図１に示す比較例のリードフレーム１０と、図５Ａに示す本実施の形態のリードフレーム１００とを比較すると分かるように、本実施の形態のリードフレーム１００は、配線部５００がモールド樹脂部１５０の内部に収容される。
このため、本実施の形態のリードフレーム１００は、比較例のリードフレーム１０と比べて、配線部５００及び配線部５００の周囲の構造を平面視で小型化することができる。
従って、本実施の形態のリードフレーム１００は、比較例のリードフレーム１０に比べて、より少ない金属材料で製造することができる。
このことによっても、本実施の形態によれば、材料歩留まりを向上させたリードフレーム１００を提供することができる。
また、本実施の形態のリードフレーム１００は、より少ない金属材料で製造することができるため、比較例のリードフレーム１０と比べて、同じ量の金属材料から、より多くの数のリードフレーム１００を製造することができる。
また、本実施の形態のリードフレーム１００は、平面視で比較例のリードフレーム１０よりも小型化できるため、ガイドフレーム１１９を切除するための金型を小型化することができる。
また、本実施の形態のリードフレーム１００の配線部５００は、一端５０１が電圧検出リード部１１８に接続され、接続部５０３で半田２Ａによりヒートスプレッダ４０を介してインバータ３０３（図３参照）の上アームのＩＧＢＴ２０Ａのコレクタ端子に接続されている。
このため、接続部５０３を半田２Ａでヒートスプレッダ４０に接続するだけで、電圧検出リード部１１８をインバータ３０３の入力電圧（正極側端子（入力端子）Ｐ１の電圧）のモニタ用の端子として用いることができる。
すなわち、比較例のリードフレーム１０のように、電圧検出リード部１８をボンディングワイヤ３（図２参照）によって接続する必要がなくなり、製造工程を減らすことができ、パワーモジュール２００の低コスト化を図ることができる。
また、本実施の形態のリードフレーム１００は、ガイドフレームの一部として機能する配線部５００がモールド樹脂部１５０によって封止された状態で、ガイドフレーム１１９を切除できる。
このため、モールド樹脂部１５０を形成するために加熱した後に冷却する際に、リードフレーム１００のガイドフレームの一部として機能する配線部５００がモールド樹脂部１５０によって固定され、歪みや反りが生じないため、高精度なリードカットを行うことができる。
また、これにより、信号リード部１１、１２、１３とパワーリード部１５、１６、１７の配線部材の端部、電圧検出リード部１１８Ａの端部、及びパワーリード部１１４に歪みや反りを抑制できる。これにより、半田２Ａ〜２Ｇの接合部の信頼性を高めることができ、半田２Ａ〜２Ｇの接合部の長寿命化を図ることができる。
また、リードフレーム１００のガイドフレームの一部として機能する配線部５００がモールド樹脂部１５０の内部に収容されるため、比較例のリードフレーム１０のように、モールド樹脂部５０（図２参照）とガイドフレーム１９との間の領域Ｂ（図１参照）が生じない。
このため、リードカット用の金型に金属摩耗が生じている場合においても、配線部５００のそばのモールド樹脂部１５０にバリが生じることが抑制される。
なお、パワーモジュール２００は、他の構成（例えば、走行用モータ駆動用のＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータの素子の一部）を含んでよい。また、パワーモジュール２００は、半導体素子と共に、他の素子（コンデンサ、リアクトル等）を含んでよい。また、パワーモジュール２００は、インバータを構成する半導体モジュールに限定されることはない。また、パワーモジュール２００は、車両用のインバータに限らず、他の用途（鉄道、エアコン、エレベータ、冷蔵庫等）で使用されるインバータとして実現されてもよい。
以上、本発明の例示的な実施の形態のリードフレーム、及び、パワーモジュールについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
１００ リードフレーム
１１、１１Ａ、１２、１２Ａ、１３、１３Ａ 信号リード部
１１４、１１４Ａ、１５、１５Ａ、１６、１６Ａ、１７、１７Ａ パワーリード部
１１８、１１８Ａ 電圧検出リード部
１１９ ガイドフレーム
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ ＩＧＢＴ
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ ダイオード
４０ ヒートスプレッダ
１５０ モールド樹脂部
１７０ 冷却板
１８０ 絶縁シート
２００ パワーモジュール
５００ 配線部

Claims (12)

  1. 平面視において、半導体素子が配置される領域の一の側に延伸する複数の第１リードと、
    平面視において、前記半導体素子が配置される領域の前記一の側とは反対側の他の側に延伸する複数の第２リードと、
    平面視において、前記複数の第１リードのうち端に位置する第１リードの外側に並べられる第３リードと、
    前記第３リードに接続され、前記第１リード、前記第２リード、及び前記第３リードのガイドフレームの一部であるとともに、前記ガイドフレームの当該一部以外の部分を切除した後に、前記第３リードに接続される配線になる配線部と
    を含み、
    前記配線部は、前記ガイドフレームのうち、前記複数の第１リード、前記複数の第２リード、及び前記第３リードが並べられる方向において、前記複数の第１リード、前記複数の第２リード、及び前記第３リードに対して最も外側に配置される部分であり、
    前記並べられる方向は、前記複数の第１リード及び前記複数の第２リードが伸延する方向に対する幅方向である、リードフレーム。
  2. 前記配線部は、一端が前記第３リードに接続されるとともに、他端が前記半導体素子の所定端子に接続される、請求項１記載のリードフレーム。
  3. 前記配線部が接続される前記所定端子は、前記半導体素子の電圧モニタ用の端子である、請求項２記載のリードフレーム。
  4. 前記第３リードは、電圧モニタ用のリードである、請求項１又は２記載のリードフレーム。
  5. 前記半導体素子はＩＧＢＴであり、
    前記所定端子は前記ＩＧＢＴのコレクタ端子である、請求項２記載のリードフレーム。
  6. 前記配線部の少なくとも一部は、前記半導体素子とともにモールド樹脂によって覆われる、請求項１乃至５のいずれか一項記載のリードフレーム。
  7. 前記第２リードは、前記第１リードよりも幅が広い、請求項１乃至６のいずれか一項記載のリードフレーム。
  8. 前記配線部に接続され、前記複数の第２リードのうち前記端に位置する第１リードに対応する端に位置する第２リードの外側に並べられる第４リードをさらに含む、請求項１乃至７のいずれか一項記載のリードフレーム。
  9. 平面視において、半導体素子が配置される領域の一の側に延伸する複数の第１リードと、
    平面視において、前記半導体素子が配置される領域の前記一の側とは反対側の他の側に延伸する複数の第２リードと、
    平面視において、前記複数の第１リードのうち端に位置する第１リードの外側に並べられる第３リードと、
    前記第３リードに接続され、前記第１リード、前記第２リード、及び前記第３リードのガイドフレームの一部であるとともに、前記ガイドフレームの当該一部以外の部分を切除した後に、前記第３リードに接続される配線になる配線部と
    を含み、
    前記配線部は、一端が前記第３リードに接続されるとともに、他端が前記半導体素子の所定端子に接続され、
    前記半導体素子はＩＧＢＴであり、
    前記所定端子は前記ＩＧＢＴのコレクタ端子である、リードフレーム。
  10. 平面視において、半導体素子が配置される領域の一の側に延伸する複数の第１リードと、
    平面視において、前記半導体素子が配置される領域の前記一の側とは反対側の他の側に延伸する複数の第２リードと、
    平面視において、前記複数の第１リードのうち端に位置する第１リードの外側に並べられる第３リードと、
    前記第３リードに接続され、前記第１リード、前記第２リード、及び前記第３リードのガイドフレームの一部であるとともに、前記ガイドフレームの当該一部以外の部分を切除した後に、前記第３リードに接続される配線になる配線部と
    を含み、
    前記第２リードは、前記第１リードよりも幅が広い、リードフレーム。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項記載のリードフレームと、
    前記半導体素子と
    を含む、パワーモジュール。
  12. 平面視において、半導体素子が配置される領域の一の側に延伸する複数の第１リードと、
    平面視において、前記半導体素子が配置される領域の前記一の側とは反対側の他の側に延伸する複数の第２リードと、
    平面視において、前記複数の第１リードのうち端に位置する第１リードの外側に並べられる第３リードと、
    前記第１リード、前記第２リード、及び前記第３リードのガイドフレームであって、一端が前記第３リードに接続され、他端が前記半導体素子の端子に接続される配線部を有するガイドフレームと
    を含むリードフレームの前記第１リード、前記第２リード、及び前記配線部と、前記半導体素子との位置を合わせた状態で、前記第１リード、前記第２リード、及び前記配線部を前記半導体素子に接続する工程と、
    前記第１リード、前記第２リード、及び前記配線部の前記半導体素子に接続される側と、前記半導体素子とを覆うモールド樹脂部を形成する工程と、
    前記モールド樹脂部から外部に露出する前記ガイドフレームのうちの前記配線部以外の部分を切除する工程と
    を含む、パワーモジュールの製造方法。
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