JP6771502B2 - Resin-sealed semiconductor device - Google Patents
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Description
本願は、モールド樹脂で半導体素子を封止してなる樹脂封止型半導体装置に関するものである。 The present application relates to a resin-sealed semiconductor device in which a semiconductor element is sealed with a mold resin.
図4は、一般的なモールド樹脂封止型パワー半導体装置の平面図(a)と断面図(b)を示した構造模式図である。図4において、半導体素子1とインナーリード2は横断スリット7によって電気的に絶縁を保たれ、かつ横断スリット7の近傍には釣り部5を設けたリードフレーム3に半田付けされ、全体をモールド樹脂6で封止されている。半導体素子1は冷却が不可欠であり、リードフレーム3は外部配線部4と釣り部5を含めヒートシンク10との絶縁性が必要であるため、絶縁シート9を介してヒートシンク10へ押えバネ11にて固定されている。
FIG. 4 is a schematic structural diagram showing a plan view (a) and a cross-sectional view (b) of a general molded resin sealed power semiconductor device. In FIG. 4, the
半導体素子1とインナーリード2はリードフレーム3にリフロー半田付けされるが、片面実装であり、リードフレーム3の剛性が低い場合は熱収縮による変形が大きく発生する。モールド樹脂6による成形時にリードフレーム3は成形金型内でフラットに矯正されるので、矯正による大きな応力が半導体素子1と半田に発生し、寿命が悪化してしまう。
従来のモールド樹脂封止型パワー半導体装置においては、外部配線部4と釣り部5を保持してリードフレーム3の剛性を確保する構造にされており、半田付けによる半導体素子1近傍の変形を防止し、成形時に発生する応力を無くし、寿命劣化が防止されている。
The
The conventional molded resin-sealed power semiconductor device has a structure that holds the
特許文献1に示す半導体装置においては、隣接する半導体パッケージ単位のモールドパッケージ部を相互に対向させ、リードフレームの半導体パッケージ単位間のスリットにブリッジが設けられている。成形時の樹脂の圧力によるリードフレームの変形をブリッジにより防止することで変形のないパワー半導体装置の製造を可能とし、高信頼性が図られている。
In the semiconductor device shown in
特許文献2に示す樹脂封止型半導体装置においては、半導体チップの裏面にヒートスプレッダを接着剤で接着し、そのヒートスプレッダの上にヒートシンクを装着したものが開示されている。 In the resin-sealed semiconductor device shown in Patent Document 2, a heat spreader is adhered to the back surface of a semiconductor chip with an adhesive, and a heat sink is mounted on the heat spreader.
通常、パワー半導体装置の半導体素子1はトランジスタが採用されており、大電流が通電できるようリードフレーム3はP側、N側、出力側の3つへ分割される。リードフレーム3は銅材をプレス加工して製作されており、P側、N側、出力側のリードフレーム3はそれぞれに絶縁が必要なため、絶縁のための溝を有するスリット幅はリードフレーム3の厚み以上の幅が必要であり、リードフレーム3の端から端まで直線的に分断する横断スリット7を有する形状となる。
Normally, a transistor is adopted as the
モールド樹脂6による成形時にリードフレーム3は成形金型内でフラットに矯正されるが、モールド樹脂6の成形収縮、モールド樹脂6とリードフレーム3の線膨張係数の差により、モールド樹脂6に変形が発生する。更に、リードフレーム3の横断スリット7部分は、スリット幅もリードフレーム3の厚みより広く、剛性が他の箇所より低くなってしまうので形状的に変形の起点になりやすく、大きな変形が発生してしまう欠点があった。 When molding with the mold resin 6, the lead frame 3 is straightened flat in the molding die, but the mold resin 6 is deformed due to the molding shrinkage of the mold resin 6 and the difference in the linear expansion coefficient between the mold resin 6 and the lead frame 3. appear. Further, the cross-slit 7 portion of the lead frame 3 has a slit width wider than the thickness of the lead frame 3 and a lower rigidity than other portions, so that it tends to be a starting point of deformation in shape, and a large deformation occurs. There was a drawback that it would end up.
さらに半導体素子1は冷却が必須であるので、ヒートシンク10へ密着させるためにモールド樹脂6を新規開発して線膨張係数と強度を調整し変形量を抑えるか、変形を矯正できる強い荷重の押えバネ11が必要となるため、構造が複雑となり、装置全体でのレイアウトの制約が発生し、低コスト化ができないという欠点があった。
また、横断スリット7に、特許文献1に記載されたようなブリッジを設ける場合は、P側、N側、出力側のリードフレームはそれぞれ絶縁できる構造が成立しないため採用できないという欠点があった。
Furthermore, since the
Further, when the cross slit 7 is provided with a bridge as described in
本願は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、小型で安価な樹脂封止型半導体装置を提供することを目的とするものである。 The present application has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present application is to provide a small and inexpensive resin-sealed semiconductor device.
本願に開示される樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子と、半導体素子を実装し電気的に絶縁する横断スリットを有するリードフレームと、半導体素子とリードフレームを電気的に接続するインナーリードと、半導体素子とリードフレームとインナーリードを被覆して筐体を形成するモールド樹脂と、リードフレームの半導体素子の実装側とは反対側の面に絶縁シートを介して設けられたヒートシンクを備え、リードフレームの対向する端から端まで一直線で分断する横断スリットは途中に2カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部を設けると共に、リードフレームは半導体素子の実装部分の板厚を他の箇所よりも大きくしたものである。
The resin-sealed semiconductor device disclosed in the present application includes a semiconductor element that performs power conversion by a switching operation, a lead frame that mounts the semiconductor element and has a transverse slit that electrically insulates the semiconductor element and the lead frame electrically. The inner lead connected to the semiconductor element, the mold resin that covers the semiconductor element, the lead frame, and the inner lead to form a housing, and the lead frame provided on the surface of the lead frame opposite to the mounting side of the semiconductor element via an insulating sheet. The cross-sectional slit that divides the lead frame in a straight line from the opposite end to the end is provided with two or more bent parts bent at right angles in the middle, and the lead frame has the thickness of the mounting part of the semiconductor element. It is larger than the other parts.
本願に開示される樹脂封止型半導体装置によれば、リードフレームの横断スリットに絶縁を確保したまま折曲げ部を2カ所以上設けて、剛性の弱い箇所が一直線にならない構造とすることにより、形状的に変形の起点となる低剛性部分を無くしてモールド樹脂の変形量を抑制し、ヒートシンクとの固定を簡易に行える小型で安価な樹脂封止型半導体装置が得られる。 According to the resin-sealed semiconductor device disclosed in the present application, two or more bent portions are provided in the transverse slits of the lead frame while ensuring insulation so that the weakly rigid portions do not become a straight line. A compact and inexpensive resin-sealed semiconductor device can be obtained by eliminating the low-rigidity portion that is the starting point of deformation in terms of shape, suppressing the amount of deformation of the mold resin, and easily fixing the mold resin to the heat sink.
実施の形態1.
以下、実施の形態1における樹脂封止型半導体装置を図1に基づいて説明する。
図1(a)は実施の形態1における樹脂封止型半導体装置の平面図、図1(b)はその断面図である。以下、半導体装置として電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置について説明する。
Hereinafter, the resin-sealed semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1A is a plan view of the resin-sealed semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1B is a sectional view thereof. Hereinafter, a power semiconductor device used as a power conversion device or the like as a semiconductor device will be described.
図1において、樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子1と、この半導体素子1を実装し電気的に絶縁する溝状の横断スリット7を有するリードフレーム3と、半導体素子1とリードフレーム3を半田で電気的に接続するインナーリード2と、半導体素子1とインナーリード2とリードフレーム3を被覆して筐体を形成するモールド樹脂6で構成されている。
In FIG. 1, the resin-sealed semiconductor device includes a
リードフレーム3は横断スリット7の近傍に釣り部5が設けられており、この釣り部5によって半導体素子1はリードフレーム3を介して支持されるようになっている。また、リードフレーム3は、銅材をプレス加工して製作されており、P側、N側、出力側の端子としてモールド樹脂6の外側にそれぞれ外部配線部4が形成されている。
半導体素子1とインナーリード2を電気的に絶縁するリードフレーム3の横断スリット7は、従来のような直線的ではなく、途中に2カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部(クランク部)8を有している。
The lead frame 3 is provided with a
The transverse slit 7 of the lead frame 3 that electrically insulates the
半導体素子1は熱を発するため、冷却が不可欠であり、放熱のためのヒートシンク10が設けられる。リードフレーム3は外部配線部4と釣り部5を含めヒートシンク10との絶縁性が必要であるため、半導体素子1を実装したリードフレーム3は絶縁シート9を介してヒートシンク10へ固定されている。
Since the
パワー半導体装置の半導体素子1が大電流を通電できるようリードフレーム3をP側、N側、出力側の3つに分割する場合、リードフレーム3の端から端まで分断する横断スリット7に絶縁を確保したまま折曲げ部8を少なくとも2カ所設けて、剛性の弱い箇所が一直線にならない構造とする。モールド樹脂成形すれば、モールド樹脂6とリードフレーム3の線膨張係数の差により、モールド樹脂6に変形が発生するが、リードフレーム3の横断スリット7に直線状に剛性が低い箇所が無いので、形状的に変形の起点が無く、モールド樹脂6の変形を最小量に抑えることができる。
リードフレーム3の横断スリット7の厚みは1mm前後であり、モールド樹脂6よりも剛性が低いため、モールド樹脂6の変形量を抑制するには、直角に屈曲した折曲げ部8は2カ所以上必要になる。
When the lead frame 3 is divided into three sides, P side, N side, and output side so that the
Since the thickness of the cross slit 7 of the lead frame 3 is about 1 mm and the rigidity is lower than that of the mold resin 6, two or more bent portions 8 bent at right angles are required to suppress the amount of deformation of the mold resin 6. become.
モールド樹脂6の形状的な変形を抑制できれば、安価なモールド樹脂6を採用することも可能となり、半導体素子1の冷却のためにヒートシンク10へ密着させるために強い荷重も必要なく、安易な固定方法を採用することができるため、レイアウトの自由度の向上も含め、小型化、低コスト化が実現できる。
リードフレーム3はプレス加工で製作するので、プレスできる形状であれば、折曲げ部8の位置、形状、数量は任意に設定することができるので、変形量の調整が可能となり、歩留まりを向上させることができる。
If the shape deformation of the mold resin 6 can be suppressed, it is possible to use an inexpensive mold resin 6, and a strong load is not required to bring it into close contact with the
Since the lead frame 3 is manufactured by press working, the position, shape, and quantity of the bent portion 8 can be arbitrarily set as long as the shape can be pressed, so that the amount of deformation can be adjusted and the yield is improved. be able to.
以上のように実施の形態1は、リードフレーム3の横断スリット7に絶縁を確保したまま折曲げ部8を2カ所以上設けて、剛性の弱い箇所が一直線にならない構造とすることにより、形状的に変形の起点となる低剛性部分を無くしてモールド樹脂6の変形量を抑制し、ヒートシンク10との固定を簡易に行える小型で安価な樹脂封止型半導体装置が得られる。
As described above, in the first embodiment, the cross slits 7 of the lead frame 3 are provided with two or more bent portions 8 while ensuring insulation, so that the portions having weak rigidity are not aligned in shape. A small and inexpensive resin-sealed semiconductor device can be obtained by eliminating the low-rigidity portion that is the starting point of deformation, suppressing the amount of deformation of the mold resin 6, and easily fixing the mold resin 6 to the
実施の形態2.
次に、実施の形態2における樹脂封止型半導体装置を図2に基づいて説明する。
図2(a)は実施の形態2における樹脂封止型半導体装置の平面図、図2(b)はその断面図である。
リードフレーム3の材料として一定厚み材を使用するのが一般的であるが、更に半導体素子1の出力を向上させる場合は、半導体素子1の熱の拡散領域を広げることが必須である。
Embodiment 2.
Next, the resin-sealed semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is a plan view of the resin-sealed semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 2B is a sectional view thereof.
Generally, a constant-thickness material is used as the material of the lead frame 3, but in order to further improve the output of the
実施の形態2は、図2に示すように半導体素子1が搭載されるリードフレーム3として、熱の拡散領域12(斜線部で示す)である半導体素子1の実装部分及びその周辺部の板厚は、他の部分よりも板厚を大きくした異厚材を用いたものである。その他の構成は図1に示す実施の形態1と同じ構成につき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, as the lead frame 3 on which the
実施の形態3.
次に、実施の形態3における樹脂封止型半導体装置を図3に基づいて説明する。
図3(a)は実施の形態3における樹脂封止型半導体装置の平面図、図3(b)はその断面図である。
半導体素子1の出力を向上させる他の方法として、実施の形態3は図3に示すように、発熱体である半導体素子1と放熱器であるヒートシンク10の間に、リードフレーム3の厚みの数倍厚の金属製のヒートスプレッダ13を挿入したものである。ヒートスプレッダ13は発熱体と放熱器の間に挿入することで緩衝体として放熱効果を高めることが知られている。
Embodiment 3.
Next, the resin-sealed semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 3A is a plan view of the resin-sealed semiconductor device according to the third embodiment, and FIG. 3B is a sectional view thereof.
As another method for improving the output of the
図3において、樹脂封止型半導体装置は、スイッチング動作により電力変換を行う半導体素子1と、この半導体素子1を実装するヒートスプレッダ13と、半導体素子1とヒートスプレッダ13を電気的に接続するリードフレーム3と、半導体素子1とヒートスプレッダ13とリードフレーム3を被覆して筐体を形成するモールド樹脂6とを備えている。
半導体素子1の実装部分のリードフレーム3は分離され、ヒートスプレッダ13は溝状の横断スリット7によって2つに分割されて電気的に絶縁され、横断スリット7は隣接するヒートスプレッダ13の端面の間隔内に1カ所以上の直角に屈曲した折曲げ部(クランク部)8を有している。
In FIG. 3, the resin-sealed semiconductor device includes a
The lead frame 3 of the mounting portion of the
ヒートスプレッダ13の横断スリット7の厚みは2mm以上あり、モールド樹脂6と同等以上の剛性を有しているので、折曲げ部8は1カ所以上でモールド樹脂6の変形量の抑制効果が期待できる。
実施の形態2の場合も、ヒートスプレッダ13の横断スリット7に絶縁を確保したまま折曲げ部8を1カ所以上設けて剛性の弱い箇所が一直線にならない構造をとれば、モールド樹脂6の変形を最小量に抑えることができるので、同様の効果を得ることができる。
Since the thickness of the cross slit 7 of the
Also in the case of the second embodiment, if one or more bent portions 8 are provided in the cross slit 7 of the
なお、上記実施の形態で、絶縁のために個別の絶縁シート9を使用しているが、モールド成形時に絶縁シート9を一体成型するか、モールド成形時にリードフレーム3の裏面までモールド樹脂6で封止するなどで、絶縁機能をモールド樹脂封止型パワー半導体の裏面に持たすことが可能であるので、ヒートシンク10との組立性を向上させることができ、更なる低コスト化が実現できる。
In the above embodiment, the individual insulating sheet 9 is used for insulation, but the insulating sheet 9 is integrally molded at the time of molding, or the back surface of the lead frame 3 is sealed with the molding resin 6 at the time of molding. Since the insulating function can be provided on the back surface of the molded resin-sealed power semiconductor by stopping or the like, the assembling property with the
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are those of a particular embodiment. It is not limited to application, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1:半導体素子、 2:インナーリード、 3:リードフレーム、 4:外部配線部、
5:釣り部、 6:モールド樹脂、 7:横断スリット、 8:折曲げ部、
9:絶縁シート、 10:ヒートシンク、12:熱の拡散領域、
13:ヒートスプレッダ。
1: Semiconductor element, 2: Inner lead, 3: Lead frame, 4: External wiring part,
5: Fishing part, 6: Mold resin, 7: Cross slit, 8: Bent part,
9: Insulation sheet, 10: Heat sink, 12: Heat diffusion area,
13: Heat spreader.
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