JPWO2014174573A1 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
リードフレームの2つの座面(21、23)を橋絡するように搭載されたチップコンデンサ(35)として、樹脂電極を有する樹脂電極コンデンサを用いた。これにより、チップコンデンサ(35)に座面(21、23)の段差による応力や、封止の際のモールド樹脂(7)の圧力による応力が加わった場合に、樹脂電極が剥離することで素子基体の破損を防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。
Description
本発明は、リードフレーム上に電子部品を搭載し樹脂封止してなる半導体装置およびその製造方法に関するものである。
従来の半導体装置において、配線部材であるリードフレームが電気的に独立した複数の座面を有しており、それら2つの座面を橋絡するように電子部品を搭載し、これらリードフレームおよび電子部品をモールド樹脂により封止したものがある(特許文献1)。
上記のような構成の半導体装置においては、リードフレームの電気的に独立した2つの座面を橋絡するように搭載された電子部品に応力がかかり、電子部品の電極の剥離やクラックが発生し、半導体装置の故障の原因となっていた。電子部品にかかる応力は、2つの座面の間に生じる段差による応力や、モールド樹脂で封止する際の樹脂の圧力による応力、またはリードフレームに搭載された発熱体からの熱による応力等、様々な要因によるものがある。
本発明は、上記問題点に鑑み、リードフレームの電気的に独立した2つの座面を橋絡するように搭載される電子部品にかかる応力により該電子部品が破損するのを防止し、耐久性に優れた半導体装置を得ることを目的とする。また、2つの座面を橋絡するように搭載される電子部品にかかる応力を緩和することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明による半導体装置は、電気的に独立した複数の座面を有するリードフレームと、座面上に導電性接合材を介して搭載された電子部品と、リードフレームおよび電子部品を封止するモールド樹脂を備えた半導体装置であって、電子部品は、2つの座面を橋絡するように搭載された第1の電子部品を含み、第1の電子部品は樹脂電極を有することを特徴とするものである。
また、本発明による半導体装置の製造方法は、外枠と、外枠の内側に配置され電気的に独立した複数の座面と、座面から異なる複数の方向に延出して外枠と一体化された連結部を有するリードフレームを用意する第1の工程と、第1の工程に続いて、リードフレームの2つの座面を橋絡するように第1の電子部品を実装する第2の工程と、第2の工程に続いて、リードフレームを台座に載置し、第1の電子部品が実装された2つの座面のそれぞれを押え部材で台座の方向に押圧した状態で、リードフレームおよび第1の電子部品を溶融したモールド樹脂で封止すると共に、モールド樹脂が硬化する前に押え部材を抜き取る第3の工程と、第3の工程に続いて、回路上不要な外枠及び連結部を切断する第4の工程を含むことを特徴とするものである。
本発明に係る半導体装置は、2つの座面を橋絡するように搭載された第1の電子部品が樹脂電極を有することにより、第1の電子部品に応力が加わった場合に樹脂電極が剥離することで部品本体の破損を防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。よって、耐久性に優れた半導体装置が得られる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、リードフレームの2つの座面を橋絡するように第1の電子部品を実装した後、リードフレームを台座に載置し、第1の電子部品が実装された2つの座面のそれぞれを押え部材で台座の方向に押圧した状態でリードフレームおよび第1の電子部品をモールド樹脂で封止するようにしたので、モールド樹脂の圧力によって第1の電子部品が破損するのを防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。よって、耐久性に優れた半導体装置を製造することができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る半導体装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る半導体装置の回路図であり、モータ駆動回路を構成する3相ブリッジ回路の1相分を示している。また、図2は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の内部構成を示し、図3は、本実施の形態1に係る半導体装置の電子部品が実装される前のリードフレームを示している。なお、以下のすべての図において、図中、同一部分には同一符号を付している。
本発明の実施の形態1に係る半導体装置について、図面に基づいて説明する。図1は、本実施の形態1に係る半導体装置の回路図であり、モータ駆動回路を構成する3相ブリッジ回路の1相分を示している。また、図2は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の内部構成を示し、図3は、本実施の形態1に係る半導体装置の電子部品が実装される前のリードフレームを示している。なお、以下のすべての図において、図中、同一部分には同一符号を付している。
図1および図2に示すように、半導体装置1は、直流から交流を出力するための上段側アームを構成するスイッチング素子としてのパワー半導体チップ31と、下段側アームを構成するスイッチング素子としてのパワー半導体チップ32と、リレー機能を有したスイッチング素子としてのリレー半導体チップ33と、モータ電流をモニタするためのシャント抵抗34と、ノイズを抑制するスナバコンデンサとしての2個のチップコンデンサ(第1の電子部品)35を備えている。上下アームを構成するパワー半導体チップ31、32としては、例えばFETが用いられる。また、チップコンデンサ35としては、例えばセラミックコンデンサが用いられる。
リレー半導体チップ33は、半導体装置1の出力端子とブリッジ回路の出力端子との間に挿入され、半導体装置1の出力を接続または遮断する。シャント抵抗34は、下段側アームとGNDとの間に挿入され、チップコンデンサ35は、外部の電源とGNDとの間に挿入される。これらの電子部品は、高導電且つ高熱伝導である銅製のリードフレームの座面上に導電性接合材を介して搭載され、モールド樹脂により封止される。
本実施の形態1に係る半導体装置1を構成するリードフレームは、図3に示すような状態にプレスカットされる。図3に示すリードフレーム2は、電気的に独立した複数の座面21、22、23、24a、24bを有しており、これらの座面に電子部品が搭載される。座面21には、外部の電源端子と接続される電源端子部が構成され、座面22には、モータ・パワーラインと接続するためのパワーライン部が構成される。また、座面23には、外部のGNDと接続されるGND部が構成される。座面24a、24bには、半導体装置1の内部配線を形成するダイパッド部が構成される。
さらに、リードフレーム2は、外部と信号を入出力するシグナル導出部25と、外周を囲む外枠26と、各座面と外枠26を繋ぐ連結部であるはり27または端子(図示せず)を有している。はり27は回路上不要な部位であるが、外枠26または他のはり27と一体化され、各座面21、22、23、24a、24bを支持している。
本実施の形態1に係る半導体装置1においては、2つの座面21、23を橋絡するように2つのチップコンデンサ35が搭載されるが、これらのチップコンデンサ35として、樹脂電極を有する樹脂電極コンデンサを用いることを特徴としている。樹脂電極コンデンサは、図4に示すように、コンデンサ素子である素子基体351と内部電極352、および外部電極となる樹脂電極353から構成される。
樹脂電極コンデンサは、外部から応力が加わった場合、樹脂電極353が剥離することで内部電極352および素子基体351の損傷を防ぎ、部品本体の破壊を回避する。なお、樹脂電極353は、コンデンサ素子から完全には剥がれないため、回路の動作は保たれる。
また、チップコンデンサ35の一方の電極は、スイッチング素子であるパワー半導体チップ31が搭載され外部の電源端子と接続される座面21に接合され、他方の電極はGND部が構成される座面23に接合される。このように、チップコンデンサ35を、座面21、23に橋絡するように直接実装し、スイッチング素子の近傍に配置することで、スイッチングノイズを効率的に除去するものである。
本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、第1の工程として、図3に示すリードフレーム2を用意する。すなわち、外枠26と、外枠26の内側に配置され電気的に独立した複数の座面21、22、23、24a、24bと、それらの座面から異なる複数の方向に延出して、外枠26または他のはり27と一体化されたはり27を有するリードフレーム2を用意する。
なお、複数の座面のうち、チップコンデンサ35が橋絡するように搭載される2つの座面21、23はいずれも、3本以上のはり27がそれぞれ異なる方向に延出して外枠26または他のはり27と一体化されたものとする。具体的には、座面21からは、はり271、272、273、274が延出している。また、座面23からは、はり274、275、276が延出している。
続いて、第2の工程として、図5に示すように、リードフレーム2の各座面上に、電子部品を実装する。具体的には、樹脂電極を有するチップコンデンサ35を、2つの座面21、23を橋絡するように実装する。前述のように、座面21、23は、それぞれ異なる方向に延出した3本以上のはり27により外枠26または他のはり27と一体化されているため、チップコンデンサ35を実装する際に、座面21と座面23の間の段差を抑制することができ、段差によりチップコンデンサ35にかかる応力が緩和される。
また、上段側アームを構成するパワー半導体チップ31を座面21に、下段側アームを構成するパワー半導体チップ32を座面24aに実装する。同様に、リレー半導体チップ33を座面22に実装する。続いて、パワー半導体チップ31とリレー半導体チップ33、およびダイパッド部である座面24aを、パワー・ターミナル部4aで接続する。また、座面24aに実装されたパワー半導体チップ32と、シャント抵抗34が実装されたダイパッド部である座面24bを、パワー・ターミナル部4bで接続する。シャント抵抗34は、座面24bと、GND部を構成する座面23を橋絡するように実装される。
さらに、パワー半導体チップ31のゲート、パワー半導体チップ32のゲートとドレイン、リレー半導体チップ33のゲートとソースを、ワイヤーボンディング5によりシグナル導出部25に接続する。これらの電子部品の実装には、導電性接合材6(図6参照)として鉛フリー半田や共晶半田材、または導電性接着剤等を用いることができる。なお、これらの電子部品を実装する順序は、限定されるものではない。
続いて、第3の工程として、図6および図7に示すように、リードフレーム2を台座10に載置し、第2の工程でチップコンデンサ35が実装された2つの座面21、23に設けられた押え部8a、8bのそれぞれを、押え部材であるピン9a、9bで台座10の方向に押圧する。この状態で、溶融したモールド樹脂を型に流し込み、リードフレーム2の電子部品が搭載された面側、およびその面に搭載されたチップコンデンサ35を含む電子部品をモールド樹脂7で封止する。
モールド樹脂7で封止することにより、モールド樹脂7の熱伝導によってモジュール内部の熱的均衡が図られ、リードフレーム2にかかる熱応力が緩和され、電子部品にかかる応力が緩和される。なお、ピン9a、9bは、モールド樹脂7が硬化する前に抜き取られるため、図8に示すように、完成した半導体装置1のモールド樹脂7には、ピン9a、9bが抜き取られた跡の穴は残らない。
前述のように、チップコンデンサ35が橋絡するように実装された座面21、23は、それぞれ異なる方向に延出した3本以上のはり27により、外枠26または他のはり27と一体化されている。このような構造をとることにより、第2の工程での実装時の座面21、23の段差によりチップコンデンサ35にかかる応力を抑制することができ、さらに、この第3の工程においても、封止時のモールド樹脂7の圧力によりリードフレーム2およびチップコンデンサ35にかかる応力を緩和することができる。
また、第3の工程においては、溶融したモールド樹脂7で封止する際に、リードフレーム2の座面21、22を、ピン9a、9bで台座10の方向に押圧することにより、モールド樹脂7の圧力によってリードフレーム2およびチップコンデンサ35にかかる応力を緩和している。さらに、封止の際のモールド樹脂7の圧力によってチップコンデンサ35に応力がかかっても、チップコンデンサ35の樹脂電極353が剥離することで内部電極352および素子基体351の破損を防ぐことができ、半導体装置1の故障を防ぐことができる。
なお、シャント抵抗34およびパワー・ターミナル部4a、4bも、2つの座面を橋絡するように実装されるが、これらの素体は金属であり、応力による本体破損の可能性は低い。このため、座面22及び座面24a、24bは、3本以上のはりによって外枠と一体化される構造をとっていない。
続いて、第4の工程として、リードフレーム2の回路上不要な外枠26及びはり27を切断する。
以上、第1の工程から第4の工程を経て製造された半導体装置1は、リードフレーム2の電子部品が搭載された面と反対側の面がモールド樹脂7より露出している。このように、リードフレーム2の電子部品が搭載されていない面を樹脂封止しないことにより、リードフレーム2の平面度が出しやすい。また、搭載されている電子部品は、発熱を伴う発熱体を含むため、リードフレーム2の電子部品が搭載されていない面、すなわちモールド樹脂7から露出している面を、ヒートシンク等の放熱部材に接合してもよい。これにより、リードフレーム2にかかる熱応力を緩和し、電子部品および半導体装置1の破損を防ぐことができる。
以上のように、本実施の形態1によれば、電気的に独立した複数の座面21、22、23、24a、24bを有するリードフレーム2と、これらの座面上に導電性接合材6を介して搭載された電子部品と、これらリードフレーム2および電子部品を封止するモールド樹脂7を備えた半導体装置1において、2つの座面21、23を橋絡するように搭載されるチップコンデンサ35として、樹脂電極を有する樹脂電極コンデンサを用いることにより、チップコンデンサ35に応力が加わった場合に樹脂電極353が剥離することで内部電極352および素子基体351の破損を防ぐことができ、半導体装置1の故障を防ぐことができる。よって、耐久性に優れた半導体装置1が得られる。
また、本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、リードフレーム2の2つの座面21、23を橋絡するようにチップコンデンサ35を実装した後、モールド樹脂7で封止する際に、座面21、22をピン9a、9bで台座10の方向に押圧するようにしたので、モールド樹脂7の圧力によってチップコンデンサ35が破損するのを防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。よって、耐久性に優れた半導体装置を製造することができる。
また、チップコンデンサ35が橋絡するように搭載されるリードフレーム2の2つの座面21、23を、それぞれ異なる方向に延出した3本以上のはり27により外枠26または他のはり27と一体化したので、2つの座面21、23の間に段差が生じるのを抑制することができると共に、封止の際のモールド樹脂7の圧力によりリードフレーム2およびチップコンデンサ35にかかる応力を緩和することができる。
なお、本実施の形態1では、リードフレーム2の2つの座面21、23を橋絡するように搭載される電子部品として、樹脂電極コンデンサを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。樹脂電極を有する電子部品としては、樹脂電極コンデンサの他に、樹脂電極抵抗やコイル等があり、いずれも本発明に適用可能である。
また、本実施の形態1では、モータ制御を行う駆動回路を構成する半導体装置1を例に挙げて説明したが、本発明は、リードフレームの独立した2つの座面を橋絡するように電子部品を搭載し、モールド樹脂で封止してなる半導体装置全般について適用可能なものである。なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
本発明は、リードフレームの独立した座面を橋絡するように電子部品を搭載し、モールド樹脂で封止してなる半導体装置に利用することができる。
また、第3の工程においては、溶融したモールド樹脂7で封止する際に、リードフレーム2の座面21、23を、ピン9a、9bで台座10の方向に押圧することにより、モールド樹脂7の圧力によってリードフレーム2およびチップコンデンサ35にかかる応力を緩和している。さらに、封止の際のモールド樹脂7の圧力によってチップコンデンサ35に応力がかかっても、チップコンデンサ35の樹脂電極353が剥離することで内部電極352および素子基体351の破損を防ぐことができ、半導体装置1の故障を防ぐことができる。
また、本実施の形態1に係る半導体装置の製造方法によれば、リードフレーム2の2つの座面21、23を橋絡するようにチップコンデンサ35を実装した後、モールド樹脂7で封止する際に、座面21、23をピン9a、9bで台座10の方向に押圧するようにしたので、モールド樹脂7の圧力によってチップコンデンサ35が破損するのを防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。よって、耐久性に優れた半導体装置を製造することができる。
本発明による半導体装置は、電気的に独立した複数の座面を有するリードフレームと、座面上に導電性接合材を介して搭載されている電子部品と、リードフレームおよび電子部品を封止しているモールド樹脂を備えた半導体装置であって、リードフレームの電子部品が搭載された面と反対側の面は、モールド樹脂より露出しており、電子部品は、スイッチング素子と、一対の樹脂電極を有するコンデンサとを含み、コンデンサは、2つの座面を橋絡するように搭載され、コンデンサの一方の樹脂電極は、スイッチング素子が搭載された座面に接合され、他方の樹脂電極は、グラウンド部が構成される座面に接合されているものである。
また、本発明による半導体装置の製造方法は、外枠と、外枠の内側に配置され電気的に独立した複数の座面と、座面から異なる複数の方向に延出して外枠と一体化された連結部を有するリードフレームを用意する第1の工程と、第1の工程に続いて、リードフレームの2つの座面を橋絡するように第1の電子部品を実装する第2の工程と、第2の工程に続いて、リードフレームを台座に載置し、第1の電子部品が実装された2つの座面のそれぞれを押え部材で台座の方向に押圧した状態で、リードフレームおよび第1の電子部品を溶融したモールド樹脂で封止すると共に、モールド樹脂が硬化する前に押え部材を抜き取る第3の工程と、第3の工程に続いて、回路上不要な外枠及び連結部を切断する第4の工程を含み、第2の工程において第1の電子部品が実装される2つの座面はいずれも、3本以上の連結部が異なる3方向に延出し、それぞれの延出方向にある外枠または他の連結部と一体化されているものである。
本発明に係る半導体装置は、2つの座面を橋絡するように搭載された第1の電子部品が樹脂電極を有することにより、第1の電子部品に応力が加わった場合に樹脂電極が剥離することで部品本体の破損を防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。また、コンデンサの一方の樹脂電極はスイッチング素子が搭載された座面に接合され、他方の樹脂電極はグラウンド部が構成される座面に接合されているので、スイッチングノイズを効率的に除去することができる。よって、耐久性に優れた半導体装置が得られる。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、第2の工程において、第1の電子部品が実装される2つの座面はいずれも3本以上の連結部が異なる3方向に延出し、それぞれの延出方向にある外枠または他の連結部と一体化されているので、第2の工程での実装時の座面の段差を抑制することができ、さらに、第3の工程においても、モールド樹脂の圧力によりリードフレームおよび第1の電子部品にかかる応力を緩和することができる。また、第3の工程において、リードフレームを台座に載置し、第1の電子部品が実装された2つの座面のそれぞれを押え部材で台座の方向に押圧した状態でリードフレームおよび第1の電子部品をモールド樹脂で封止するようにしたので、モールド樹脂の圧力によって第1の電子部品が破損するのを防ぐことができ、半導体装置の故障を防ぐことができる。よって、耐久性に優れた半導体装置を製造することができる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
Claims (7)
- 電気的に独立した複数の座面を有するリードフレーム、前記座面上に導電性接合材を介して搭載された電子部品、前記リードフレームおよび前記電子部品を封止するモールド樹脂を備えた半導体装置であって、
前記電子部品は、2つの前記座面を橋絡するように搭載された第1の電子部品を含み、前記第1の電子部品は樹脂電極を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記電子部品はスイッチング素子を含み、前記第1の電子部品はコンデンサであり、前記コンデンサの一方の前記樹脂電極は、前記スイッチング素子が搭載された前記座面に接合されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 前記リードフレームの前記電子部品が搭載された面と反対側の面は、前記モールド樹脂より露出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。
- 前記リードフレームの前記電子部品が搭載された面と反対側の面は、放熱部材に接合されることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
- 外枠と、前記外枠の内側に配置され電気的に独立した複数の座面と、前記座面から異なる複数の方向に延出して前記外枠と一体化された連結部を有するリードフレームを用意する第1の工程、
前記第1の工程に続いて、前記リードフレームの2つの前記座面を橋絡するように第1の電子部品を実装する第2の工程、
前記第2の工程に続いて、前記リードフレームを台座に載置し、前記第1の電子部品が実装された前記2つの座面のそれぞれを押え部材で前記台座の方向に押圧した状態で、前記リードフレームおよび前記第1の電子部品を溶融したモールド樹脂で封止すると共に、前記モールド樹脂が硬化する前に前記押え部材を抜き取る第3の工程、
前記第3の工程に続いて、回路上不要な前記外枠及び前記連結部を切断する第4の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の工程において実装される前記第1の電子部品は、樹脂電極を有することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2の工程において前記第1の電子部品が実装される前記2つの座面はいずれも、3本以上の前記連結部がそれぞれ異なる方向に延出して前記外枠または他の前記連結部と一体化され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の製造方法。
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