JP7170767B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents

Description

本願は、電力用半導体装置に関するものである。

電力用半導体装置は、パワーモジュールを例えば複数個組み合わせることで構成した電力変換回路を内部に備える。パワーモジュールは、スイッチング可能なパワー半導体チップを内部に有し、ヒートシンク上に配置される。電力用半導体装置は制御基板を有し、制御基板から電力変換回路に信号が伝達され、パワー半導体チップをオンオフさせて電力変換回路の電力を制御する。電力用半導体装置は、制御の際に生じる電圧変動、及びノイズを吸収する平滑コンデンサを備える。また、電力用半導体装置は電源、パワーモジュール及び平滑コンデンサを接続する金属製の板で形成されたバスバーを備え、動作時にバスバーを介して電力を伝達し合う。電力変換回路には３相回路が構成され、例えば３相回路を２回路分並列に配置することで、モータと接続して動作させるときに電磁音の低減及び駆動トルク変動の平滑化を図ることができる。

パワーモジュールは、配線パターン状に成形されたリードフレーム上にパワー半導体チップを搭載し、パワー半導体チップの上面電極パッドは配線部材で接続され、これらをモールド樹脂で封止したものである。パワー半導体チップは通電により発熱が生じ、パワー半導体チップの温度は上昇する。パワー半導体チップには許容温度が定められているため、この温度を超えないように通電する電流を制御する必要がある。すなわち、電力用半導体装置の出力を限界まで引き出す場合、通電時のパワー半導体チップの温度が許容温度以下となる範囲の最大電力で電力用半導体装置を動作させることになる。パワー半導体チップの動作温度が許容温度以下となる範囲内で電力を上げるには、同じ電力が入力されたときにパワー半導体チップで生じる発熱損失を低減すること、パワー半導体チップが外部から受ける熱量を低減すること、パワー半導体チップで生じた熱を放熱しやすくすること、もしくはパワー半導体チップの温度を監視し許容温度になる寸前まで入力する電力を許容することなどで可能になる。また、電力用半導体装置は上述のとおり、バスバー、リードフレーム、パワー半導体チップなど様々な部材、及びこれらの部材の溶接部などの接続部を介して通電される。

高効率な電力用半導体装置を実現するためには、通電される部品の配置を最適化し、できる限り小型化することが求められる。このような要求に対応するため、様々な電力用半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。開示された電力用半導体装置では、電力用半導体装置と一体となった回転電機の構造が示されている。この電力用半導体装置では、スイッチング素子を有したパワーモジュールと共に平滑コンデンサを電力用半導体装置に実装しており、平滑コンデンサをパワーモジュールと略同一面に配置することで、電力用半導体装置と一体化される回転電機の軸方向における電力用半導体装置の拡大を抑制している。

特開２０１６－４２７７０号公報

上記特許文献１における電力用半導体装置の構造では、平滑コンデンサをパワーモジュールと略同一面に配置したため、電力用半導体装置の軸方向の拡大は抑制される。しかしながら、パワーモジュールと電力用半導体装置の外周部分である樹脂ケースとの間に平滑コンデンサ及びバスバーを含む電気部品が存在するため、平滑コンデンサ等の部品の大きさの分だけ電力用半導体装置の外周半径が拡大するので、電力用半導体装置が大型化するという課題があった。

そこで、本願は、大型化を抑制した電力用半導体装置を得ることを目的とする。

本願に開示される電力用半導体装置は、板状に形成され、同一平面上に並べられ、配線パターンを形成する複数のリードフレームと、第一のリードフレームの一方の面に接合されたスイッチング素子と、第二のリードフレームの一方の面とスイッチング素子における第一のリードフレームの側とは反対側の面とを接合するインナーリードと、複数のリードフレームの少なくとも一部を外部に露出させて、複数のリードフレームとスイッチング素子とインナーリードとを封止するモールド樹脂と、電気部品とを備え、モールド樹脂におけるリードフレームが突出している外周部に、内側に引っ込んだ切欠きが設けられ、電気部品は切欠きにより引っ込んでいる領域に重複して配置され、モールド樹脂は、複数のリードフレームの一方の面に垂直な方向に見て、単数又は複数の角部に切欠きが設けられた矩形状に形成されているものである。

本願に開示される電力用半導体装置によれば、複数のリードフレームの少なくとも一部を外部に露出させて、複数のリードフレームとスイッチング素子とインナーリードとを封止するモールド樹脂におけるリードフレームが突出している外周部に、内側に引っ込んだ切欠きが設けられ、電気部品は切欠きにより引っ込んでいる領域に重複して配置されているため、切欠きの大きさの分だけ電気部品をモールド樹脂の側に近づけて配置することできるので、電力用半導体装置の大型化が抑制され、電力用半導体装置を小型化することができる。

実施の形態１に係る電力用半導体装置を模式的に示す平面図である。 実施の形態１に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ断面位置で切断した電力用半導体装置の概略を示す断面図である。 実施の形態１に係る電力用半導体装置の要部の概略を示す平面図である。 実施の形態１に係る電力用半導体装置の要部を説明する平面図である。 実施の形態１に係る電力用半導体装置の要部を説明する平面図である。 実施の形態２に係る電力用半導体装置を模式的に示す平面図である。 実施の形態２に係る別の電力用半導体装置を模式的に示す平面図である。 図８のＢ－Ｂ断面位置で切断した電力用半導体装置の要部を示す断面図である。 実施の形態３に係る電力用半導体装置を模式的に示す平面図である。 実施の形態４に係る電力用半導体装置を模式的に示す平面図である。 実施の形態５に係る電力用半導体装置の構成の概略を示す平面図である。 実施の形態６に係る電力用半導体装置を模式的に示す平面図である。

以下、本願の実施の形態による電力用半導体装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る電力用半導体装置１００を模式的に示す平面図、図２は電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図で、封止部材であるモールド樹脂４及び電気部品５を取り除いて示した図、図３は図２のＡ－Ａ断面位置で切断した電力用半導体装置１００の概略を示す断面図、図４は電力用半導体装置１００の要部の概略を示す平面図で、電気部品５を取り除いた図、図５、図６は電力用半導体装置１００の要部を説明する平面図である。図２において、破線はモールド樹脂４の外形及び電気部品５の外形である。電力用半導体装置１００はスイッチング素子であるパワー半導体チップ１を複数有し、パワー半導体チップ１のスイッチング動作にて電力を変換する装置である。本実施の形態に示す図では電力用半導体装置１００に１つのパワーモジュール５０を示しているが、パワーモジュール５０の個数は１つに限るものではない。電力用半導体装置１００は複数のパワーモジュール５０を組み合わせて構成しても構わない。

＜電力用半導体装置１００＞
電力用半導体装置１００は、図２に示すように、複数のリードフレーム（ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、Ｎ電位リード２ｃ）と、パワー半導体チップ１と、インナーリード３ａ、３ｂと、モールド樹脂４と、電気部品５と、信号端子６とを備える。図２は、複数のリードフレームの一方の面に垂直な方向に見た平面図である。複数のリードフレームは、板状に形成され、同一平面上に並べられ、配線パターンを形成する。本実施の形態では、複数のリードフレームは、２つのＡＣ電位リード２ａ、２つのＰ電位リード２ｂ、及び１つのＮ電位リード２ｃである。パワー半導体チップ１は、第一のリードフレームであるＡＣ電位リード２ａの一方の面、及び第三のリードフレームであるＰ電位リード２ｂの一方の面に接合される。インナーリード３ａは、第二のリードフレームであるＮ電位リード２ｃの一方の面と、ＡＣ電位リード２ａに接合されたパワー半導体チップ１におけるＡＣ電位リード２ａの側とは反対側の面とを接合する。インナーリード３ｂは、ＡＣ電位リード２ａの一方の面と、Ｐ電位リード２ｂに接合されたパワー半導体チップ１におけるＰ電位リード２ｂの側とは反対側の面とを接合する。

モールド樹脂４は、ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの少なくとも一部を外部に露出させて、ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃとパワー半導体チップ１とインナーリード３ａ、３ｂとを封止する。信号端子６は、例えばボンディングワイヤ（図示せず）によりパワー半導体チップ１と接続され、モールド樹脂４の外周部から外部に露出する端子である。パワー半導体チップ１、ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、Ｎ電位リード２ｃ、インナーリード３ａ、３ｂ、モールド樹脂４、及び信号端子６からパワーモジュール５０が形成される。電気部品５は、パワーモジュール５０とは異なる部品である。電気部品５は、パワーモジュール５０の外部で、例えば筐体（図示せず）で覆われた電力用半導体装置１００の内部に配置される部品である。電気部品５は、例えば電流検出回路である。

＜パワーモジュール５０＞
リードフレームは、銅またはアルミを基材にした合金の板材を配線パターン状に成形して作製される。リードフレームを構成するＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃは、モールド樹脂４で封止された後に切り離されることでそれぞれが形成される。信号端子６もリードフレームと同じ板材から同様に切り離されることで形成しても構わない。リードフレームは、一方の面の側にパワー半導体チップ１、インナーリード３ａ、インナーリード３ｂ、はんだ７などの導電性部材、ワイヤボンド配線、電流検出用抵抗器などが実装される。一方の面は、実装面２ｄである。リードフレームの配線パターン状への加工は、板状の材料のエッチング加工、またはプレス加工にて行われる。リードフレームの表面は、基材の金属が露出しているものも使用可能であるが、一部もしくは全部にめっき処理を行っても構わない。めっき処理を施すことで、リードフレームへの部材の実装が容易になる。

ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの他方の面は、図３に示すように、モールド樹脂４から外部に露出する。露出した面は、放熱面２ｅとされる。実装面２ｄに対して熱硬化性樹脂などのモールド樹脂４で成形することにより、実装面の側は樹脂封止される。放熱面２ｅを外部に露出することで、放熱面２ｅを効率よく冷却することができる。放熱面２ｅを効率よく冷却できるので、パワー半導体チップ１を効率よく冷却することができる。ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの一部は、図１に示すように、モールド樹脂４から外部に露出する。ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃの一部が外部に露出することで、ＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃと外部の機器もしくは電源等とを容易に接続することができる。

パワー半導体チップ１は、図３に示すように、一方側にチップ上面電極１ａを備え、他方側にチップ下面電極１ｂを備える。実施の形態１では、パワー半導体チップ１は一例としてＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を示すが、パワー半導体チップ１はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であっても構わない。ＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴはスイッチング素子の機能を有しており、チップ上面電極１ａと同じ面に、チップ上面電極１ａとは別にゲート電極（図示せず）を備える。ゲート電極は、信号端子６とワイヤボンドで接続される。パワー半導体チップ１は、シリコン、炭化ケイ素、窒化シリコン、窒化ガリウム、もしくはガリウム砒素などの材料からなる半導体が用いられる。また、パワー半導体チップ１のチップ上面電極１ａは、はんだなどの導電性部材を介して他の部材を接合するためにニッケルめっき層などを備える。

インナーリード３ａ、３ｂは、銅またはアルミを基材にした合金の板材から作製される。図３に示すように、パワー半導体チップ１のチップ上面電極１ａとインナーリード３ａとの間、インナーリード３ａとＮ電位リード２ｃとの間、及びパワー半導体チップ１のチップ下面電極１ｂとＡＣ電位リード２ａとの間は、はんだ７により接続される。パワー半導体チップ１とインナーリード３ｂについても、同様にはんだ７により接続される。また本実施の形態では、電流検出用の抵抗器（図示せず）をインナーリード３ａの近傍に、電子部品としてはんだ７により接合している。はんだ７はリフロー装置などの一括した熱処理により接合することが可能なため、電力用半導体装置１００の生産性を向上することができる。電力用半導体装置１００の使用時に温度変化などに起因したひずみがはんだ７に生じた場合、はんだ７の接合部分によって耐久性に差が生じることがある。このような場合は、電力用半導体装置１００を適用する場所毎に異なる組成のはんだを使用して、耐久性を改善する構成としてもよい。また、本実施の形態では導電性部材としてはんだ７を用いた例を示したが導電性部材ははんだ７に限るものではなく、導電性樹脂ペーストまたはシンタリングペーストを使用しても構わない。

＜切欠き４ａ＞
モールド樹脂４におけるＡＣ電位リード２ａ、Ｐ電位リード２ｂ、及びＮ電位リード２ｃが突出している外周部に、内側に引っ込んだ切欠き４ａが設けられる。切欠き４ａは、図４において破線で囲まれた部分である。モールド樹脂４は、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直な方向に見て、単数又は複数の角部に切欠き４ａが設けられた矩形状に形成されている。モールド樹脂４の形状は矩形状に限るものではなく、他の形状であっても構わない。図４では２つの角部に切欠き４ａが設けられているが、切欠き４ａの数及び位置はこれに限るものではない。切欠き４ａの位置は、切欠き４ａに配置される電気部品５の機能等により任意に定めて構わない。切欠き４ａは、モールド樹脂４でパワーモジュール５０を成形する際に同時に形成される。切欠き４ａは、パワーモジュール５０の樹脂成形後に切削加工等により形成しても構わない。切欠き４ａを矩形状のモールド樹脂４の角部に設けた場合、切欠き４ａの形成位置が角部なため、容易に切欠き４ａを形成することができる。

電気部品５は、切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置されている。切欠き４ａがない場合と比較して、切欠き４ａの大きさの分だけ、電気部品５をパワーモジュール５０に近づけて配置することできる。電気部品５をパワーモジュール５０に近づけて配置できるため、パワーモジュール５０と電気部品５により形成される電力用半導体装置１００の外形のサイズを小さくすることができる。電力用半導体装置１００の外形が小さくなるので、電力用半導体装置１００を小型化することができる。また、電気部品５がパワー半導体チップ１の動作の応答性を左右する部品である場合、電気部品５とパワー半導体チップ１との距離が近づくため、パワー半導体チップ１の応答性を向上させることができる。

電力用半導体装置１００の小型化について、図５及び図６を用いて具体的に説明する。モールド樹脂４、電気部品５、及び切欠き４ａは、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直な方向に見て、矩形状に形成されている。切欠き４ａは、モールド樹脂４の２つの角部に設けられている。モールド樹脂４の長辺の長さをＡ、短辺の長さをＢ、電気部品５の長辺の長さＣ、短辺の長さをＤ、切欠き４ａの長辺の長さをＥ、短辺の長さをＦとする。切欠き４ａを設けずに、電気部品５とモールド樹脂４を相互の長辺が対向するようにモールド樹脂４と電気部品５を配置した場合、図における上下方向のモールド樹脂４と電気部品５の長さを足し合わせた長さＧはＢ＋Ｄとなる。切欠き４ａを設けて、電気部品５と切欠き４ａを相互の長辺が対向するようにモールド樹脂４と電気部品５を配置した場合、長さＧはＢ＋Ｄ－Ｆとなる。切欠き４ａを設けた場合、電力用半導体装置１００の外形を長さＦだけ小さくすることができる。

また、切欠き４ａを設けずに、電気部品５とモールド樹脂４を相互の短辺が対向するようにモールド樹脂４と電気部品５を配置した場合、図における左右方向のモールド樹脂４と電気部品５の長さを足し合わせた長さＨはＡ＋Ｃとなる。切欠き４ａを設けて、電気部品５と切欠き４ａを相互の短辺が対向するようにモールド樹脂４と電気部品５を配置した場合、長さＨはＡ＋Ｃ－Ｅとなる。切欠き４ａを設けた場合、電力用半導体装置１００の外形を長さＥだけ小さくすることができる。このように電力用半導体装置１００の外形が小さくなるので、電力用半導体装置１００を小型化することができる。なお、モールド樹脂４から露出したリードフレームの部分は、外部の機器等と接続される部分であるため、電力用半導体装置１００の外形の大きさには含めない。

以上のように、実施の形態１による電力用半導体装置１００において、複数のリードフレームの少なくとも一部を外部に露出させて、複数のリードフレームとパワー半導体チップ１とインナーリード３ａ、３ｂとを封止するモールド樹脂４におけるリードフレームが突出している外周部に、内側に引っ込んだ切欠き４ａが設けられ、電気部品５は切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置されているため、切欠き４ａの大きさの分だけ電気部品５をパワーモジュール５０に近づけて配置することできるので、パワーモジュール５０と電気部品５により形成される電力用半導体装置１００の外形のサイズを小さくすることができ、電力用半導体装置１００の大型化が抑制され、電力用半導体装置１００を小型化することができる。

モールド樹脂４が、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直な方向に見て、単数又は複数の角部に切欠き４ａが設けられた矩形状に形成されている場合、切欠き４ａを角部に形成できるので、容易に切欠き４ａを形成することができる。また、複数のリードフレームの他方の面がモールド樹脂４から外部に露出して、放熱面２ｅとされている場合、放熱面２ｅを効率よく冷却することができるので、パワー半導体チップ１を効率よく冷却することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力用半導体装置１００について説明する。図７は実施の形態２に係る電力用半導体装置１００を模式的に示す平面図、図８は実施の形態２に係る別の電力用半導体装置１００を模式的に示す平面図で、電流検出回路１１を取り除いて示した図、図９は図８のＢ－Ｂ断面位置で切断した電力用半導体装置１００の要部を示す断面図である。図８に示した破線は、電流検出回路１１の外形である。実施の形態２に係る電力用半導体装置１００は、電気部品５である電流検出回路１１を備えた構成になっている。

モールド樹脂４、電流検出回路１１、及び切欠き４ａは、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直な方向に見て、矩形状に形成されている。切欠き４ａは、モールド樹脂４の２つの角部に設けられている。切欠き４ａに切欠きリード突出部２ｆが配置される。切欠きリード突出部２ｆは、切欠き４ａにより引っ込んでいる領域においてモールド樹脂４から外部に突出したリードフレームの部分である。図７における切欠きリード突出部２ｆは、ＡＣ電位リード２ａの部分である。

電気部品５としての電流検出回路１１は、切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置される。電流検出回路１１は、ＡＣ電位リード２ａに流れる電流を計測する回路である。電流検出回路１１は、電流に起因してＡＣ電位リード２ａの周囲に生じた磁界を検出する磁気センサを備えて電流を検出する。電流検出回路１１は、例えば、チップタイプの電流センサであるが、これに限るものではない。計測した電流値に応じた電気信号は電流検出回路１１に接続された制御部（図示せず）に送られ、制御部は電流値に基づいてパワー半導体チップ１を制御する。このように構成することで、電流検出回路１１をパワーモジュール５０に搭載されるパワー半導体チップ１に近接して配置できるので、外乱の影響を抑制して精度よくＡＣ電位リード２ａに流れる電流を検出することができる。また、精度よく検出された電流値に基づいて、電力用半導体装置１００を高精度に制御することができ、電力用半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。また、電流検出回路１１は切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置されているため、電力用半導体装置１００を小型化することができる。

電流検出回路１１の具体例について、図８及び図９を用いて説明する。電力用半導体装置１００は、図９に示すように、切欠きリード突出部２ｆを、切欠きリード突出部２ｆの実装面２ｄを除いて取り囲む、断面がＵ字状又はＣ字状の電磁シールド８を備える。本実施の形態では、Ｕ字状の電磁シールド８を備える。電流検出回路１１の磁界を検出する部分であるセンサ部１１ａが、電磁シールド８の配置位置における、切欠きリード突出部２ｆの実装面２ｄに対向して配置される。電流検出回路１１のセンサ部１１ａは、電磁シールド８におけるＵ字状の開口部８ａの内側に配置されている。センサ部１１ａは磁電変換素子であり、例えば、ホール素子である。電磁シールド８は、例えば電磁鋼板で形成され、センサ部１１ａへの電磁気的外乱を抑制する。また、電磁シールド８はセンサ部１１ａへ集磁する効果も有する。このように構成することで、センサ部１１ａへの電磁気的外乱が抑制されるので、電流検出回路１１はさらに高精度にＡＣ電位リード２ａに流れる電流を検出することができる。また、さらに高精度に検出された電流値に基づいて、電力用半導体装置１００をさらに高精度に制御することができ、電力用半導体装置１００の信頼性をさらに向上させることができる。

本実施の形態では、図８に示すように、電磁シールド８に挟まれた切欠きリード突出部２ｆの部分である挟まれ部２ｆ１の幅は、切欠きリード突出部２ｆの突出方向における挟まれ部２ｆ１の前後の切欠きリード突出部２ｆの部分の幅よりも狭い。切欠きリード突出部２ｆの幅を狭めた場合、開口部８ａの幅を狭めることができる。開口部８ａの幅を狭めることで、センサ部１１ａへの電磁気的外乱がさらに抑制されるので、電流検出回路１１はさらに高精度にＡＣ電位リード２ａに流れる電流を検出することができる。

以上のように、実施の形態２による電力用半導体装置１００において、電気部品５は電流検出回路１１であるため、電流検出回路１１をパワーモジュール５０に搭載されるパワー半導体チップ１に近接して配置できるので、外乱の影響を抑制して精度よくＡＣ電位リード２ａに流れる電流を検出することができる。また、精度よく検出された電流値に基づいて、電力用半導体装置１００を高精度に制御することができる。また、切欠きリード突出部２ｆの実装面２ｄを除いて取り囲む、断面がＵ字状の電磁シールド８を備え、電流検出回路１１のセンサ部１１ａが、電磁シールド８の配置位置における、切欠きリード突出部２ｆの実装面２ｄに対向して配置されると共に、電磁シールド８におけるＵ字状の開口部８ａの内側に配置されている場合、センサ部１１ａへの電磁気的外乱が抑制されるので、電流検出回路１１はさらに高精度にＡＣ電位リード２ａに流れる電流を検出することができる。また、電磁シールド８に挟まれた切欠きリード突出部２ｆの幅を狭めた場合、開口部８ａの幅が狭められ、センサ部１１ａへの電磁気的外乱がさらに抑制されるので、電流検出回路１１はさらに高精度にＡＣ電位リード２ａに流れる電流を検出することができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力用半導体装置１００について説明する。図１０は実施の形態３に係る電力用半導体装置１００を模式的に示す平面図である。実施の形態３に係る電力用半導体装置１００は、電気部品５であるスナバ回路１２を備えた構成になっている。

モールド樹脂４、スナバ回路１２、及び切欠き４ａは、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直な方向に見て、矩形状に形成されている。切欠き４ａは、モールド樹脂４の１つの長辺に２つ設けられている。隣接した２つのリードフレームの切欠きリード突出部２ｆが、１つの切欠き４ａの領域において突出している。図１０における切欠きリード突出部２ｆは、Ｐ電位リード２ｂの部分及びＮ電位リード２ｃの部分である。

電気部品５としてのスナバ回路１２は、切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置され、２つのリードフレームの実装面２ｄを接続している。スナバ回路１２はパワー半導体チップ１のスイッチング動作時に生じる立ち上がるサージ電圧を抑制し、ノイズによるパワー半導体チップ１の誤動作を抑制する回路である。

以上のように、実施の形態３による電力用半導体装置１００において、電気部品５はスナバ回路１２であるため、スナバ回路１２をＰ電位リード２ｂとＮ電位リード２ｃと間にパワーモジュール５０に搭載されるパワー半導体チップ１に近接して配置できるので、パワー半導体チップ１のスイッチング動作時に生じる立ち上がるサージ電圧を効果的に抑制し、ノイズによるパワー半導体チップ１の誤動作をさらに抑制することができる。ノイズによるパワー半導体チップ１の誤動作をさらに抑制できるので、電力用半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。また、スナバ回路１２は切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置されているため、電力用半導体装置１００を小型化することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る電力用半導体装置１００について説明する。図１１は実施の形態４に係る電力用半導体装置１００を模式的に示す平面図である。実施の形態４に係る電力用半導体装置１００は、電気部品５であるヒューズ回路１３を備えた構成になっている。

モールド樹脂４、ヒューズ回路１３、及び切欠き４ａは、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直な方向に見て、矩形状に形成されている。切欠き４ａは、モールド樹脂４の２つの角部に設けられている。切欠き４ａに切欠きリード突出部２ｆが配置される。図１１における切欠きリード突出部２ｆは、Ｐ電位リード２ｂの部分である。図１１ではモールド樹脂４の２つの角部に切欠き４ａを設けたが、切欠き４ａを長辺の中央部分に設けて切欠きリード突出部２ｆがＮ電位リード２ｃの部分であっても構わない。

電気部品５としてのヒューズ回路１３は、切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置される。ヒューズ回路１３は、パワーモジュール５０に搭載されるパワー半導体チップ１を破壊する大きさの電流がＰ電位リード２ｂからＮ電位リード２ｃにかけて流れた際、通電による発熱で溶断される回路である。

以上のように、実施の形態４による電力用半導体装置１００において、電気部品５はヒューズ回路１３であるため、パワーモジュール５０を電気的、機械的に破壊するような大電流がＰ電位リード２ｂからＮ電位リード２ｃにかけて通電された際、ヒューズ回路１３が溶断して大電流の通電が遮断され、パワーモジュール５０及び電力用半導体装置１００の破壊の拡大を防ぐことができる。また、ヒューズ回路１３は切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に重複して配置されているため、電力用半導体装置１００を小型化することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る電力用半導体装置１００について説明する。図１２は実施の形態５に係る電力用半導体装置１００の構成の概略を示す平面図である。実施の形態５に係る電力用半導体装置１００は、信号端子６の配置を規定した構成になっている。

信号端子６は、切欠き４ａが設けられていないモールド樹脂４の外周部から外部に露出している。信号端子６は、パワーモジュール５０に搭載されるパワー半導体チップ１を制御するための端子である。信号端子６は、例えばパワー半導体チップ１のゲート電極１ｃとワイヤボンドで接続されるゲート端子６ａである。信号端子６は、ゲート端子６ａに限るものではない。リードフレームがパワー半導体チップ１の周囲の温度を検出する温度センサを備える場合、信号端子６は温度センサの出力部と接続されても構わない。

電力用半導体装置１００は、パワーモジュール５０の内部に複数の電子部品を備える。電子部品は、リードフレームに接合される。電子部品及び電子部品がリードフレームに接合された部分は、切欠き４ａから露出することなくモールド樹脂４で封止される。本実施の形態では、電子部品はパワー半導体チップ１、及びインナーリード３ａ、３ｂである。また、パワーモジュール５０が電流検出用抵抗器、及び温度センサを備えた場合、電流検出用抵抗器、及び温度センサも電子部品である。電力用半導体装置１００がパワーモジュール５０の内部に備える電子部品は、これらに限るものではない。

以上のように、実施の形態５による電力用半導体装置１００において、信号端子６が切欠き４ａが設けられていないモールド樹脂４の外周部から外部に露出しているため、電気部品５は切欠き４ａにより引っ込んでいる領域に容易に重複して配置できるので、切欠き４ａの大きさの分だけ電気部品５をパワーモジュール５０に近づけて配置することできる。電気部品５をパワーモジュール５０に近づけて配置できるので、パワーモジュール５０と電気部品５により形成される電力用半導体装置１００の外形のサイズを小さくすることができ、電力用半導体装置１００を小型化することができる。また、電力用半導体装置１００が備える電子部品が切欠き４ａから露出することなくモールド樹脂４に封止されている場合、電子部品は外部の環境に露出していないので、電力用半導体装置１００の信頼性を向上させることができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る電力用半導体装置１００について説明する。図１３は実施の形態６に係る電力用半導体装置１００を模式的に示す平面図である。実施の形態６に係る電力用半導体装置１００は、切欠き４ａの部分の形状が異なる構成になっている。

切欠き４ａは、複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直なモールド樹脂４の２つの側面により形成されており、２つの側面の角度は直角よりも大きい。図１３において、２つの側面の角度は角度Ｚである。本実施の形態では、角度Ｚは１００度程度に形成されている。

以上のように、実施の形態６による電力用半導体装置１００において、切欠き４ａが複数のリードフレームの実装面２ｄに垂直なモールド樹脂４の２つの側面により形成されており、２つの側面の角度が直角よりも大きいため、モールド樹脂４を成形金型にて成形する際の成形金型の離型性を向上させることができる。成形金型の離型性が向上するため、電力用半導体装置１００の生産性を向上させることができる。

また本願は、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、本願明細書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。

１ パワー半導体チップ、１ａ チップ上面電極、１ｂ チップ下面電極、１ｃ ゲート電極、２ａ ＡＣ電位リード、２ｂ Ｐ電位リード、２ｃ Ｎ電位リード、２ｄ 実装面、２ｅ 放熱面、２ｆ 切欠きリード突出部、２ｆ１ 挟まれ部、３ａ インナーリード、３ｂ インナーリード、４ モールド樹脂、４ａ 切欠き、５ 電気部品、６ 信号端子、６ａ ゲート端子、７ はんだ、８ 電磁シールド、８ａ 開口部、１１ 電流検出回路、１１ａ センサ部、１２ スナバ回路、１３ ヒューズ回路、５０ パワーモジュール、１００ 電力用半導体装置、Ｚ 角度

Claims (9)

1. 板状に形成され、同一平面上に並べられ、配線パターンを形成する複数のリードフレームと、
   第一の前記リードフレームの一方の面に接合されたスイッチング素子と、
   第二の前記リードフレームの一方の面と前記スイッチング素子における前記第一の前記リードフレームの側とは反対側の面とを接合するインナーリードと、
   複数の前記リードフレームの少なくとも一部を外部に露出させて、複数の前記リードフレームと前記スイッチング素子と前記インナーリードとを封止するモールド樹脂と、
   電気部品と、を備え、
   前記モールド樹脂における前記リードフレームが突出している外周部に、内側に引っ込んだ切欠きが設けられ、
   前記電気部品は、前記切欠きにより引っ込んでいる領域に重複して配置され、
   前記モールド樹脂は、複数の前記リードフレームの一方の面に垂直な方向に見て、単数又は複数の角部に前記切欠きが設けられた矩形状に形成されている電力用半導体装置。
2. 前記切欠きは、複数の前記リードフレームの一方の面に垂直な前記モールド樹脂の２つの側面により形成されており、前記２つの側面の角度は、直角よりも大きい請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記電気部品は、電流検出回路又はスナバ回路又はヒューズ回路である請求項１又は２に記載の電力用半導体装置。
4. 板状に形成され、同一平面上に並べられ、配線パターンを形成する複数のリードフレームと、
   第一の前記リードフレームの一方の面に接合されたスイッチング素子と、
   第二の前記リードフレームの一方の面と前記スイッチング素子における前記第一の前記リードフレームの側とは反対側の面とを接合するインナーリードと、
   複数の前記リードフレームの少なくとも一部を外部に露出させて、複数の前記リードフレームと前記スイッチング素子と前記インナーリードとを封止するモールド樹脂と、
   電気部品と、を備え、
   前記モールド樹脂における前記リードフレームが突出している外周部に、内側に引っ込んだ切欠きが設けられ、
   前記電気部品は、前記切欠きにより引っ込んでいる領域に重複して配置され、
   前記切欠きにより引っ込んでいる領域において前記モールド樹脂から外部に突出した前記リードフレームの部分である切欠きリード突出部を、前記切欠きリード突出部の一方の面を除いて取り囲む、断面がＵ字状又はＣ字状の電磁シールドを備え、
   前記電気部品としての電流検出回路のセンサ部が、前記電磁シールドの配置位置における、前記切欠きリード突出部の一方の面に対向して配置され、
   前記電流検出回路のセンサ部は、前記電磁シールドにおける前記Ｕ字状又は前記Ｃ字状の開口部の内側に配置されている電力用半導体装置。
5. 前記電磁シールドに挟まれた前記切欠きリード突出部の部分である挟まれ部の幅は、前記切欠きリード突出部の突出方向における前記挟まれ部の前後の前記切欠きリード突出部の部分の幅よりも狭い請求項４に記載の電力用半導体装置。
6. 隣接した２つの前記リードフレームが、前記切欠きの領域において突出しており、
   前記電気部品としてのスナバ回路は、前記切欠きにより引っ込んでいる領域に重複して配置され、２つの前記リードフレームの一方の面を接続している請求項１から５のいずれか一項に記載の電力用半導体装置。
7. 前記切欠きが設けられていない前記モールド樹脂の外周部から外部に露出した信号端子を備えた請求項１から６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
8. 前記モールド樹脂に封止された電子部品を備えた請求項１から７のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
9. 複数の前記リードフレームの他方の面が、前記モールド樹脂から外部に露出しており、放熱面とされている請求項１から８のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。

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