JP2004228402A

JP2004228402A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2004228402A
Application number: JP2003015891A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ishida; 裕之石田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】半導体とともに２つ以上の受動素子を備え、断線や素子性能の低下などが発生し難く、また、製造コストを抑えることが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置は、ダイパッド、該ダイパッドの主面に接着搭載された半導体チップ、一端側がインナーリードを他端側がアウターリードを構成する複数のリード、インナーリードに接着搭載され半導体チップと電気的に接続される複数の受動素子、及びダイパッドと半導体チップとインナーリードと受動素子とを収納するパッケージを備えた半導体装置において、前記複数の受動素子を一体に構成したことを特徴とする。多連チップを用いることにより、複数の受動素子を隙間なく配置できるので、小型のリードフレーム上に密集配置することができる。その結果、受動素子をインナーリードのフレーム固定部近傍に安定して実装でき、断線に対して強い半導体装置が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子と複数の受動素子とを一体に備えた半導体装置に関し、特に、高電圧制御用半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、半導体素子や受動素子などの複数のチップを回路基板上に実装して樹脂等で封止したモジュール型半導体装置が、高出力に耐える小型半導体装置として知られており、さらに新たな試みとして、リードフレームを利用した樹脂封止型半導体装置が開発されている。
【０００３】
リードフレームを利用した樹脂封止型半導体装置としては、半導体集積回路チップと共に、ノイズキャンセラとしてコンデンサを備えた半導体装置が知られている。その構造の一例は、リードフレームのダイパッドの表面に半導体集積回路のチップと、裏面にコンデンサとを各々取り付けており、その後にモールドパッケージして成る（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−３５５４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置に求める多様な機能に対応するために、さらに多くの半導体素子や受動素子を備えた半導体装置が要求されているが、上記の樹脂封止型半導体装置では、３つ以上の素子を実装した半導体装置には対応できていない。
【０００６】
別のモジュール型半導体装置としては、ダイパッドに半導体素子を固定し、リードフレームのインナーリード上に受動素子チップを固定した半導体装置が考えられる。このような半導体装置では、必要とする受動素子が増えると受動素子チップの数も増加し、その実装位置は、インナーリードがフレームに固定された固定部近傍から、その自由端部まで、各所に亘るようになる。
【０００７】
しかし、リードフレームをプレス加工する場合には、インナーリードの自由端部は、他方の中央部分に比べて平坦度が低くなりやすく、該先端部にチップをハンダ等で固定すると、その後の製造工程においてハンダ固定部に機械的な応力がかかることがあり、その結果、ハンダ固定部が剥離して断線するといった故障を生じる惧れがある。これを回避するには、リードフレームを大きくする必要があり、装置が大型化する欠点がある。
リードフレームの製造にエッチング加工を用いることにより、インナーリードの平坦度は向上するが、大量生産には適さず、半導体装置の製造コストが高くなる。
【０００８】
また、半導体素子チップ及び受動素子チップを、ハンダダイボンドで実装する場合、１つづリードフレームに固定され、ハンダ固定時の熱は、既に実装されたチップに伝播するので、実装するチップ数が増加すると、先に固定されたチップは、複数回の熱を受けて熱ストレスが蓄積されて、素子の性能に悪影響を与えることがある。特に、この実装方式では、１つの実装部品に対し１台のダイボンド施設が必要であり、実装部品が増える毎に、その分の設備が必要になる為、膨大な施設導入費と設置スペースが必要である。
【０００９】
そこで、本発明は、半導体とともに２つ以上の受動素子を備えて樹脂パッケージされた半導体装置であって、断線や素子性能の低下などが発生し難く、また、製造コスト及び設備導入費を抑えることが可能な半導体装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、ダイパッド、該ダイパッドの主面に接着搭載された半導体チップ、一端側がインナーリード部を他端側がアウターリード部を構成する複数のリード、インナーリード部に接着搭載され半導体チップと電気的に接続される複数の受動素子、及びダイパッドと半導体チップとインナーリード部と受動素子とを収納するパッケージを備えた半導体装置において、前記複数の受動素子を一体に構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明において、一体に形成した受動素子とは、個々に機能する複数の受動素子を適当な方法により一体化したものであり、例えばチップ部品化した多連チップなどが含まれる。各受動素子には、２つの電極が形成されて、外部と接続可能にされている。
本発明の半導体装置は、一体化した受動素子を用いることにより、複数の受動素子を隙間なく配置できるので、従来であれば大きなリードフレーム上に各所に分散させて配置するしかなかった受動素子を、小型のリードフレーム上に密集配置することができる。その結果、チップをインナーリードのフレーム固定部近傍に安定して実装することができ、断線に対して強い半導体装置を形成することができる。
【００１２】
本発明の半導体装置は、一体化した受動素子を用いるので、インナーリード上に実装する回数が減らすことができて、熱ストレスによる受動素子の性能低下が抑制される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体素子は、ダイパッドと、該ダイパッドに搭載された半導体チップと、インナーリードとアウターリードとを備えた複数のリードと、インナーリードに搭載された複数の受動素子と、パッケージと、で構成される。
一体化した受動素子は、２以上の受動素子を並列に配置して一体に形成されているが、それぞれの受動素子の電極は分離しているので、半導体回路に組み込む場合には、それぞれが独立した受動素子として利用される。また、各受動素子の電極間を導電性部材により接続することにより、チップ内の受動素子を直列に接続することができる。
【００１４】
本発明の半導体素子では、一体化した受動素子の各々が、該受動素子のインナーリードとの対向面に一対の電極対を備えて、受動素子のインナーリードへの接続搭載によって電極対とインナーリードとを電気的に接続することができる。１つの受動素子には２つの電極があるので、例えば３つの受動素子を含んだ多連チップであれば、１つのチップに６つの電極が形成され、それら全ての電極が、ハンダ等の導電性接合材によってインナーリードに固定される。そのため、一体化した受動素子は、１つの受動素子を含む単一受動素子チップに比べて、強固で安定した固定が可能で、インナーリードからチップが剥離しにくい。
【００１５】
また、本発明の半導体装置では、一体化した受動素子の各々が、該受動素子のインナーリードとの対向面に一対の電極対の一方の電極を設け、受動素子の対向面の反対面に他方の電極対を設け、前記一方の電極が受動素子のインナーリードへの接続搭載によってインナーリードと電気的に接続し、前記他方の電極が可撓性導電部材による配線によってインナーリードと接続することができる。詳しくは、この一体化した受動素子では、各受動素子が備える一対の電極対が、対向する２つの面に各々分配されて形成されており、例えば３つの受動素子を含んだ多連チップでは、対向面および反対面の各々に、３つのづつ電極が形成される。この一体化した受動素子は、対向面に形成された電極がリードに通電可能に固定され、反対面に形成された電極が導電性部材によりインナーリードと導通されて、実装される。
【００１６】
本発明の半導体装置は、パッケージの内部に、さらに、１つ又は２つ以上の別体の受動素子がインナーリード部に接着搭載されて半導体素子と電気的に接続することができるので、選択可能な受動素子の種類が増加し、種々の半導体回路の作製に適用可能な半導体装置を得ることができる。また、本発明の半導体装置は、一体化した受動素子や別体の受動素子の数に制限はなく、半導体装置の寸法や所望の半導体回路に合わせてチップ数を増減できる。
【００１７】
他方の電極とインナーリードとを接続する導電性部材には、金属細線を用いることができて、従来のワイヤボンディングの技術を用いて短時間で接続作業を完了することができる。金属細線には、金線、アルミニウム線、銅線及び軟銅線などの金属細線が利用できる。また、導電性部材には、可撓性基板を用いることもでき、外部応力による切断が起こりにくく、故障の少ない半導体装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の半導体装置は、半導体素子として、パワー素子と該パワー素子制御用の半導体素子とを含むことができ、このような半導体装置は、高電圧制御用のパワーデバイスとして利用される。パワー素子としては、ＰｗＴｒやＭＯＳＦＥＴ、特にＩＧＢＴや、サイリスタ、その他専用のパワー素子などを用いることができる。
【００１９】
これらの半導体素子は、所定のダイパッドにダイボンドされ、リードフレームのインナーリードに、ワイヤボンディングなどにより導通されて実装されている。半導体素子は、インナーリード上に実装された受動素子と協働して、所望の性能を有する半導体装置を構成する。
【００２０】
本発明の受動素子には、コンデンサ、抵抗、コイル等を用いることができる。また、受動素子の代わりにダイオードを用いることもできる。受動素子の一体化において、受動素子は、直線配置、屈曲配置、曲線配置などの線状配置や、マトリクス状配置のような平面配置とすることができる。
【００２１】
本発明で用いられるリードフレームは、銅薄板から、プレス加工やエッチング加工によって成形され、特に、大量生産でのコスト低下のために、プレス加工で成形されるのが好ましい。リードフレームのインナーリードは、半導体素子および受動素子の数および配線、チップ形状等に合わせて、パターン設計される。また、ボンディング強度を向上するために、インナーリードに部分的に金属メッキを施すことができる。
リードフレームのアウターリードは、半導体装置を取り付けるソケット及び電極の規格に適合してプレス加工および折り曲げ加工がされている。
【００２２】
本発明の半導体装置は、半導体素子、受動素子、及びインナーリードがパッケージに封止されており、アウターリードのみが露出して、半導体装置内部と外部とを電気的に接続可能としている。パッケージとしては、封止用の樹脂を用いることができ、特に、絶縁性、高周波特性、強度、接着強度、耐吸湿性、成型性に優れ、特に高温下でのそれらの特性が優れた樹脂が選択され、例えば、エポキシ樹脂が利用できる。
【００２３】
【実施例】
実施例１．
本発明の半導体装置により、パワーデバイスを作成した例を以下に示す。パワーデバイス９は、樹脂モールド前は、図１に示すように、リードフレーム２に半導体素子１、４と受動素子７０、７１、７２、８とが配置固定される。
リードフレーム２には、２つのダイパッド１０、４０と、インナーリード２１〜２８とが形成されており、それらはアウターリード２９等を介して、フレーム２０に固定されている。リードフレームは、銅薄板から成形されている。
【００２４】
パワー素子１は、ダイパッド１０にダイボンディングによりハンダで固定され、さらに、ワイヤボンディングにより、金線から成るワイヤー３でインナーリード２１、２８に接続されている。
パワー素子制御用素子４は、ダイパッド４０にダイボンディングによりハンダで固定され、さらに、ワイヤボンドにより、アルミニウム線から成るワイヤー５でインナーリード２２〜２８に接続されている。
【００２５】
多連チップ８は、この例では３連コンデンサチップであるが、インナーフレームとの対向面に３対の電極８０を備えており、インナーフレーム２５〜２８にハンダで固定されている。
１つのコンデンサを含む単一コンデンサチップ７０、７１、７２は、両側に電極７０ａ、７１ａ、７２ａを備えており、電極７０ａがインナーリード２１、２２に、電極７１ａがインナーリード２２、２３に、電極７２ａがインナーリード２３、２４に、ハンダで固定されている。
【００２６】
制御用素子４と、多連コンデンサチップ８及び単一コンデンサチップ７０、７１、７２に含まれる６つのコンデンサ素子とにより、パワー素子の制御用回路が構成されて、パワー素子が制御される。
半導体装置９は、エポキシ樹脂から成る封止樹脂６（破線）により封止され、その後、破線Ａ及びＢでフレーム２が切断されて完成する。
【００２７】
本実施例のパワーデバイス９は、単一コンデンサチップ７０、７１、７２も、３連コンデンサチップ８に置き換えることができる。
【００２８】
実施例２．
本発明の半導体装置により、パワーデバイスを作成する。図２のパワーデバイスは、図１と等価回路であり、リードフレーム２及び半導体素子１、４は、実施例と同様である。
【００２９】
多連チップ８は、この例では３連コンデンサチップであるが、インナーフレームとの対向面に形成される第一の電極（図示せず）を、また対向面の背面に位置する反対面に第二の電極８１を、各々３つづつ備えている。第一の電極は、インナーフレーム２５〜２７にハンダで固定され、第二の電極８１は、ワイヤ８２でインナーフレーム２６〜２８と接続されている。
【００３０】
１つのコンデンサを含む単一コンデンサチップ７０、７１、７２は、第一の電極（図示せず）と第二の電極７０ｂ、７１ｂ、７２ｂを備えており、コンデンサ７０、７１の第一の電極がインナーリード２２に、コンデンサ７２の第一の電極がインナーリード２４に、ハンダで固定されている。第二の電極７０ｂ、７１ｂ、７２ｂは、金属細線８２でインナーフレーム２１、２３、２３とそれぞれ接続されている。
【００３１】
金属細線８２は、金線から成り、ワイヤボンディングにより第二の電極およびインナーリードと接続している。第二の電極８１、７０ｂ、７１ｂ、７２ｂには、ワイヤの接着固定を良好にするために、金の薄膜などが形成されている。
半導体装置９は、エポキシ樹脂から成る封止樹脂６（破線）により封止され、その後、破線Ａ及びＢでフレーム２が切断されて完成する。
本実施例のパワーデバイス９は、金属細線８２を、アルミニウムや銅のワイヤボンド及び軟銅線のハンダ付けに置きかえることができる。
【００３２】
本実施例の半導体装置９の変形例としては、図３に示すように、ワイヤ８２の代わりに、フレキシブル基板８３を用いることができる。フレキシブル基板８３は、細幅の帯状金属片を絶縁性樹脂膜で挟んで形成されており、電極およびインナーリードと接続する部分は、樹脂膜が剥離されて金属片が露出される。図２に示すように、フレキシブル基板８３は、単一コンデンサ７０とインナーリード２１とを接続するように、１本の金属片を樹脂膜で挟んだ形状で用いることができるが、多連チップ８とリード２６〜２８を接続するように、３本の金属片を樹脂膜で一体にした３連フレキシブル基板８３を用いることもできる。
【００３３】
本実施例のパワーデバイス９は、単一コンデンサチップ７０、７１、７２を、図１又は図２に示すような３連コンデンサチップに置き換えることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の半導体装置では、受動素子を一体化することにより、小型のリードフレーム上に受動素子を密集配置することができるので、受動素子をインナーリードのフレーム固定部近傍に安定して実装できて、断線しにくく信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、本発明の半導体装置は、ダイボンディングの回数を減らして受動素子にかかる熱ストレスを低減することができるので、受動素子の性能低下を抑制して、性能のよい半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る半導体装置の樹脂被覆前の上面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体装置の変形例の樹脂被覆前の上面図である。
【図３】本発明の実施例に係る半導体装置の変形例の樹脂被覆前の上面図である。
【符号の説明】
１半導体素子（パワー素子）、１０ダイパッド（パワー素子）、
２リードフレーム、２０フレーム、２１〜２８インナーリード、
２９アウターリード、４半導体素子（パワー素子制御用素子）、
４０ダイパッド（パワー素子制御用素子）、６封止樹脂、
７０、７１、７２受動素子（単一受動素子チップ）、
８受動素子（多連チップ）、８２金属細線、８３フレキシブル基板、
９半導体装置。

Claims

ダイパッド、該ダイパッドの主面に接着搭載された半導体チップ、一端側がインナーリード部を他端側がアウターリード部を構成する複数のリード、インナーリード部に接着搭載され半導体チップと電気的に接続される複数の受動素子、及びダイパッドと半導体チップとインナーリード部と受動素子とを収納するパッケージを備えた半導体装置において、
前記複数の受動素子を一体に構成したことを特徴とする半導体装置。
受動素子のインナーリード部との対向面に一対の電極対を設け、受動素子のインナーリード部への接続搭載によって電極対とインナーリード部とを電気的に接続したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
ダイパッド、該ダイパッドの主面に接着搭載された半導体チップ、一端側がインナーリード部を他端側がアウターリード部を構成する複数のリード、インナーリード部に接着搭載され半導体チップと電気的に接続される複数の受動素子、及びダイパッドと半導体チップとインナーリード部と受動素子とを収納するパッケージを備えた半導体装置において、
前記複数の受動素子を一体に構成すると共に、受動素子のインナーリード部との対向面に一対の電極対の一方の電極を設け、受動素子の対向面の反対面に他方の電極対を設け、前記一方の電極が受動素子のインナーリード部への接続搭載によってインナーリード部と電気的に接続し、前記他方の電極が可撓性導電部材による配線によってインナーリード部と接続したことを特徴とする半導体装置。
パッケージの内部に、さらに、１つ又は２つ以上の別体の受動素子がインナーリード部に接着搭載されて半導体素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。