JP5366507B2 - 電力用半導体装置および電力用半導体装置の実装方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置および半導体装置の実装方法に関し、特に、挿入実装型の電力用半導体装置における鉛フリーはんだ実装に対するリードのはんだ付け性を改善することができ、また、実装の際に半導体モジュールの大型化を抑制しつつ、半導体モジュール自体の長寿命化を図ることができる半導体装置および半導体装置の実装方法に関するものである。

一般的に、挿入実装型の半導体装置を外部基板へ実装する場合、リード挿入部（以下、「スルーホール」と記す。）が形成された外部基板に前記半導体装置を挿入し、当該半導体装置のリードを溶融はんだに接触させて前記スルーホールに溶融はんだを充填している。

挿入実装型の半導体装置の外部基板へのはんだ付けには、フローはんだ付け方式や、ポイントフローはんだ付け方式が用いられる。これらは、はんだ付けされるリードと外部基板とにフラックスを供給した後、これらを予熱し、その後、溶融はんだを供給することにより、リードおよび外装基板の温度をはんだの液相線温度以上に昇温させて、はんだ付けを行うものである。

一方、電力用半導体装置において、リードの断面積はそこに流す電流量に依存する。このため、特に、大電流を扱う電力用半導体装置は、リードの断面積が必然的に大きくなるので、リードを所定温度に昇温させるための大きな熱量を与える必要がある。換言すると、前記電力用半導体装置にあっては、リードがはんだ付け可能な温度まで到達しにくく、はんだ付け性が悪化する場合があるという問題を有している。

この課題を解決するため、溶融はんだに外部基板を長時間接触させることでリードの温度を上げ、はんだ付け性を改善しようとすると、外部基板全体の温度が上昇してしまうという問題がある。つまり、外部基板には耐熱温度が低い（例えば、電解コンデンサ）電子部品も実装されているため、それらが熱によって壊れてしまう危険性があり、基板全体の温度を上げることはできない。仮に、耐熱温度の低い部品のみを冷却するなど、特殊な技術を用いてはんだ付け性を改善させたとしても、プロセス時間が長くなるためコストアップを招くといった不具合が生じる。このため、上記解決法は好ましくない。

また、はんだ槽の設定温度を高くすることや作業雰囲気温度を高くするという解決法を取り、上記課題を解決しようとしても、電子部品の耐熱温度は依然解決されないままであるし、またフラックスが効力を失ってしまうことで、はんだ付け性が悪くなるという新たな問題が発生する。

他方、近年、環境問題の観点から、共晶はんだ（Ｓｎ−Ｐｂはんだ）は使用しない方向に進んでおり、それに代えて錫を基材とした鉛を含まない鉛フリーはんだが使用され始めている。

鉛フリーはんだは、共晶はんだと比較して液相線温度が４０Ｋ程度高いため、はんだ付けのプロセス中に、リードのはんだ付けされるべき部分の温度が液相線温度に到達せず、はんだ付け不良が発生する場合がある。

したがって、鉛フリーはんだを用いて前述した電力用半導体装置を外部基板へ実装する場合、共晶はんだと比較して液相線温度が４０Ｋ程度高くなるので、上述したはんだ付け性が悪化する問題はより顕著になる。

そこで、上述の問題を解決する技術として、外部基板のスルーホールの開口面積を単純にリードの断面積の４倍以上にすることにより、はんだ付けの際に、熱伝導性を高めることができ、高融点の鉛フリーはんだを使用する場合でも良好にはんだ付けを行うことができる半導体装置の実装方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２３５０４４号公報（第１−５頁（請求項１）第１図）

例えば、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）型の電力用半導体装置の場合、隣接するリード同士で電位が異なることから、絶縁性を確保するための沿面距離が必要となる。このため、外部基板のスルーホールは、前記沿面距離に応じたピッチで形成させる必要がある。

したがって、特許文献１に記載されている技術思想を前記ＤＩＰ型の電力用半導体装置の実装に適用した場合、前記沿面距離に応じたピッチでスルーホールを形成することに加え、前記スルーホールの開口面積をリードの断面積の４倍以上にする必要があるため、外部基板が大きくなってしまい、半導体装置を種々の電子部品とともに外部基板に組み付けた、半導体アセンブリモジュール（以下、単に「半導体モジュール」と記す。）が大型化するという問題がある。

一方、はんだの電気伝導率や熱伝導率は、主に銅を基材として構成されるリードや導電配線（導体パターン）等に比して劣るため、大電流が通電された場合、はんだ部での温度が高くなる。この現象は、リードの断面積に対してはんだ部の面積が大きくなるほど、リードから導電配線（導体パターン）までの距離が長くなるのでより顕著になる。

前述のことから、特許文献１に記載されている技術思想を前記ＤＩＰ型の電力用半導体装置の実装に適用した場合、通電時におけるはんだ部での温度がさらに高くなるとともに、隣接するスルーホール同士が熱干渉を起こし、はんだ部での温度上昇が著しくなるという問題がある。

さらに、半導体モジュールには、電力用半導体装置の駆動時に急激な温度サイクル（発熱、冷却）が加わる。この温度サイクルに加えて、前述のはんだ部のジュール損失による温度上昇が加わることになる。これらのことから、熱応力によってはんだ部が損傷し、半導体モジュールとしての製品寿命に悪影響を及ぼすという問題がある。

したがって、本発明は、前記問題点を解決することを課題としてなされたものであり、その目的とするところは、挿入実装型の半導体装置における鉛フリーはんだ実装に対するリードのはんだ付け性を改善することができ、また、実装の際に半導体モジュールの大型化を抑制しつつ、はんだ部での発熱現象を緩和させて半導体モジュール自体の長寿命化を図ることができる電力用半導体装置および電力用半導体装置の実装方法を提供することにある。

本発明の電力用半導体装置における発明では、プラスチックパッケージと、前記プラスチックパッケージの側面から外部に突出する複数のリードと、前記プラスチックパッケージにより封止された単数または複数の半導体素子と、前記半導体素子とリードとを接続する電気配線とを備え、前記リードを外部基板に形成されたリード挿入部に挿入してはんだ接合することにより、外部基板に実装される挿入実装型の半導体装置であって、前記プラスチックパッケージの一の側面から外部に突出しているリードの幅は、前記プラスチックパッケージの他の一の側面から外部に突出しているリードの幅よりも広く、前記プラスチックパッケージの一の側面から外部に突出する複数のリードにのみ、その先端近傍を内方へ曲折させた折り曲げ部が形成されていることを特徴としたものである。

また、本発明の電力用半導体装置の実装方法における発明では、請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力用半導体装置を、外部基板に形成されたリード挿入部に挿入してはんだ接合することにより、外部基板に実装される半導体装置の実装方法であって、前記リード挿入部にはんだが充填されていることを特徴としたものである。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る電力用半導体装置によれば、溶融はんだとリードとの接触面積が増加するため、はんだ付け時、溶融はんだからリードに伝わる熱量が大きくなる結果、リードが所定温度まで到達しやすくなり、鉛フリーはんだ実装に対するリードのはんだ付け性を改善することができる。

また、本発明に係る電力用半導体装置の実装方法によれば、上述の電力用半導体装置を外部基板に形成されたリード挿入部に挿入してはんだ接合した場合、必要最小限のスペースで外部基板へ実装することが可能となるので、外部基板のみならず、電力用半導体モジュール自体の大型化を抑制することができる。また、はんだ部での発熱現象を緩和することができるので、電力用半導体モジュール自体の長寿命化を図ることができる。

次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置および半導体装置の実装方法を添付図面に従って説明する。

実施の形態１．
実施の形態１に係る半導体装置は、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ Ｉｎｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）型の電力用半導体装置である。図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施の形態１に係る半導体装置の平面図、正面図および側面図である。図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における半導体装置の断面図である。また、図３は、この半導体装置を外部基板に実装した状態を示す正面図であり、図４は、半導体装置を外部基板に実装した状態を示す平面図である。さらに、図５は、リードとスルーホールとがはんだ付けされた状態を外部基板の裏面から見た平面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ線における側面断面図である。なお、図１〜図６に示す半導体装置は、所謂、挿入実装型の半導体装置である。

１．半導体装置の構成
図１および図２を参照して半導体装置１の構成について説明する。実施の形態１に係る半導体装置１にあっては、電力用半導体素子２と制御用半導体素子３とが、多数のリード４、５を備えた銅製のリードフレーム６ａ、６ｂに搭載されている。前記電力用半導体素子２は金属細線７を介してリードフレーム６ａに電気的に接続されており、また、制御用半導体素子３は金属細線８を介してリードフレーム６ｂに電気的に接続されている。さらに、半導体装置１は放熱性を高めるためのヒートシンク９を備えている。

半導体装置１は、これを構成する前記各構成部材２〜９が樹脂１０によってプラスチックパッケージ１１内に封止された構造となっている。なお、リード４、５の一部はプラスチックパッケージ１１の外側に露出している。

半導体装置１の一の長辺側の側面（図１（ａ）の紙面に向かって上側の面）には、所定の間隔をもって一列に並んでいる複数のリード４の一部が、また、他の一の長辺側の側面（図１（ａ）の紙面に向かって下側の面）にはリード４よりも狭い間隔で一列に並んでいる複数のリード５の一部がそれぞれ外側に露出しているとともに、それらが底面に向かって逆Ｌ字状に曲げられている。ここで、リード４の断面積は、当該リード４の方に大電流を通電させる必要があることから、リード５の断面積よりも大きくなっている。

プラスチックパッケージ１１の外側に露出しているリード４の先端部分には、リード先端部１３が内方（半導体装置１側）に向くように曲折された円弧状の折り曲げ部１２が形成されている。

これにより、本実施の形態に係る半導体装置１は、溶融はんだとリード４との接触面積が増加するため、はんだ付け時、溶融はんだからリード４に伝わる熱量が大きくなる結果、リード４が所定温度まで到達しやすくなり、鉛フリーはんだ実装に対するリード４のはんだ付け性が改善される。また、比較的はんだ付けが容易なリード５のはんだ付け性とのバランスも良好となるため、半導体装置１における外部基板２０への実装を容易に行うことができる。

併せて、はんだ付けのフロー時に、溶融はんだに外部基板を長時間接触させることで、はんだ付け性を改善しようとする必要もなくなるので、基板に実装されている電子部品が過温度上昇により破壊してしまうといった不具合を防止できる。また、はんだ付け性を改善させる目的で、はんだ槽自体の設定温度を高くすることや作業雰囲気温度を高くする必要がないため、同様に、電子部品を破壊しまうといった不具合を防止できる。

２．半導体装置の製造方法
図２を参照して半導体装置１の製造方法について説明する。この半導体装置１の製造プロセスにおいては、先ず、銅製のリードフレーム６ａ、６ｂに、電力用半導体素子２と制御用半導体素子３とをダイボンディングにより取り付ける（搭載する）。次に、電力用半導体素子２とリードフレーム６ａとをアルミニウムからなる金属細線７を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続する一方、制御用半導体素子３とリードフレーム６ｂとを銅からなる金属細線８を用いてワイヤボンディングにより電気的に接続する。

そして、電力用半導体素子２および制御用半導体素子３と金属細線７、８とを保護するため、トランスファーモールド技術を用いてプラスチックパッケージ１１を形成する。その際、プラスチックパッケージ１１内に樹脂１０を介してヒートシンク９を組み込む。その後、リードフレーム６ａ、６ｂの余分な部分、例えば、タイバ等をタイバカット工程で切断し、リード４、５を形成する。そして、リード４の先端部分に折り曲げ部１２を形成する。リード４、５には、ディッピング技術やめっき技術等によりはんだをコーティングし、さらにリードフォーミングを行う。これにより、半導体装置１（製品）が完成する。

３．半導体装置の外部基板への実装方法
図３〜図６を参照して半導体装置１の外部基板２０への実装方法を説明する。外部基板２０には、スルーホール２１、２２が形成されている。また、外部基板２０の表面２０１と裏面２０２並びにスルーホール２１、２２の内壁には、導電配線（導体パターン）２９が形成されており、表面２０１と裏面２０２に形成された当該導電配線（導体パターン）２９がスルーホール２１、２２を介して電気的に接続している。さらに、外部基板２０の表面２０１と裏面２０２には、導電配線（導体パターン）２９の一部を被覆するように絶縁保護膜２４が塗布されている。

先ず、外部基板２０の表面２０１から半導体装置１のリード４をスルーホール２１に、リード５をスルーホール２２に挿入させる。そして、リード４の折り曲げ部１２の一部とリード５のリード先端部１４の一部とが外部基板２０の裏面２０２から突出するように挿入させる。なお、半導体装置１の外部基板２０への実装方法における以降の説明については、リード４の先端部分およびスルーホール２１部分に着目して説明することとする。

フローはんだ付け工程において、リード４の先端部分が挿入された外部基板２０のスルーホール２１に、酸化皮膜を除去して良好なはんだ付けを行うためのフラックスを供給する。次に、溶融した鉛フリーはんだ２５が貯留した溶融はんだ槽（図示せず）の液面に外部基板２０の裏面２０２を接触させる。この時、溶融はんだが外部基板２０のスルーホール２１に挿入されたリード４の折り曲げ部１２に接触する。

そして、溶融はんだの熱により、リード４とスルーホール２１が昇温され、前記リード４の折り曲げ部１２を含むリード４全体がはんだ付け可能な温度まで到達すると、リード４の先端部分が挿入されているスルーホール２１にはんだが充填される。

その後、溶融はんだ槽（図示せず）の液面から外部基板２０の裏面２０２を離間させると、リード４の先端部分が挿入されているスルーホール２１に供給されたはんだ２５が凝固する。なお、半導体装置１の外部基板２０への実装に用いられるはんだとしては、錫を基材とした鉛を含まないＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系あるいはＳｎ−Ａｇ系が好適である。

次に、外部基板２０に形成されているスルーホール２１の形状およびその配置方向について説明する。図４に示すように、外部基板２０における、半導体装置１の一の長辺側の側面（紙面に向かって上側の面）から露出している複数（本図では５本）のリード４に対応した位置に、長円状に形成された複数（本図では５箇所）のスルーホール２１が一列に配置されている。

それぞれのスルーホール２１は、その長軸がリード４の幅方向と直交する方向に配置されている。さらに、それぞれのスルーホール２１における開口面積の約半分が半導体装置１とオーバーラップして配置されている。なお、それぞれのスルーホール２１の短辺側（幅方向）の開口寸法Ｌ１については、はんだの流しやすさ、また、リードフォーミング時の公差の観点から、リード４の幅よりも例えば、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度長いことが好ましい。また、本実施の形態では、スルーホール２１の開口面積の約半分が半導体装置１とオーバーラップしているが、オーバーラップする領域はスルーホール２１の開口面積の一部であればよい。

図５および図６に示すように、半導体装置１のリード４は、当該半導体装置１のリード４における断面の中心線４０が、スルーホール２１の中心線３０によりも外方（半導体装置１の反対側）にオフセットするように外部基板２０のスルーホール２１へ挿入されている。なお、外部基板２０の裏面２０２から一部突出しているリード４の折り曲げ部１２の円弧の曲率半径は、スルーホール２１の長辺Ｌ２の長さを超えない範囲とすることが好ましい。

上述のように、スルーホール２１を長円状に形成するとともに、当該スルーホール２１はその長軸がリード４の幅方向と直交する方向に配置されている。このため、大電流が流れる断面積の大きなリードを有する半導体装置であっても、必要最小限のスペースで外部基板に実装することが可能となるので、外部基板２０の大型化を抑制することができる。ひいては、半導体モジュール自体の大型化を抑制することができる。

また、リード４の幅方向側の端面から導電配線（導体パターン）２９までの距離を短くすることができるので、通電時におけるはんだ部での温度が高くなるという現象を緩和することができる。その結果、半導体装置１自体の寿命が長くなる。

さらに、スルーホール２１の開口面積の一部が半導体装置１とオーバーラップして配置されている、すなわち、スルーホール２１の開口面積の一部を半導体装置１の下方のデッドスペースに配置したので、この構成も外部基板２０および半導体モジュール自体の大型化の抑制につながっている。

４．変形例
なお、上述した半導体装置１においては、リード４の先端部分には、リード先端部１３が内方（半導体装置１側）に向くように曲折された円弧状の折り曲げ部１２が形成されている例を挙げて説明したが、これに限らず、リード４の先端部分の形状を次のよう形成してもよい。例えば、図７（ａ）に示すように、リード４における先端部分の折り曲げ部１２を、略Ｌ字状に曲折させて前記リード４のリード先端部１３が内方（半導体装置１側）へ向くようにする。この構成によると、はんだ付け時における溶融はんだとリード４との接触面積は、上述した円弧状の折り曲げ部１２とほぼ変わらない。このため、良好なはんだ付け性を維持したまま、折り曲げ部１２の加工を簡易にできる。

また、例えば、図７（ｂ）に示すように、リード先端部１３から折り曲げ部１２までの部位に所定長さの切れ込みを施して複数のリード先端部１３ａ、１３ｂに分割し、図示のように、一方のリード先端部１３ａを外方（半導体装置１とは反対側）に、他方のリード先端部１３ｂを内方（半導体装置１側）へ曲折させた形状の折り曲げ部１２としてもよい。あるいは、リード先端部１３ａ、１３ｂの両方を内方（半導体装置１側）へ曲折させてもよい。この構成によると、はんだ付け時において、溶融はんだとリード４との接触面積がさらに大きくなるので、はんだ付け性がよりいっそう向上する。

さらに、上述した半導体装置１の外部基板２０への実装方法においては、略長孔状のスルーホール２１を、長円状に形成する例を挙げて説明したが、これに限らず、スルーホール２１の長軸がリード４の幅方向と直交する方向に配置可能な略長孔状の孔であれば、スルーホール２１の形状を次のようにしてもよい。例えば、図８（ａ）に示すような楕円状や、図８（ｂ）に示すような菱形状であってもよいし、あるいは、矩形状であってもよい。

上述したように、リード４の先端部分に形成された折り曲げ部１２の形状と、外部基板２０に形成されたスルーホール２１の形状とがもたらす相乗効果により、外部基板や半導体モジュール等の大型化が抑制できるとともに、従来のはんだ付けプロセスを変更することなく、はんだ付け不良を低減することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る半導体装置は、図１〜図８に示す実施の形態１で説明した半導体装置と多くの共通点を有する。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主に実施の形態１と異なる点について説明する。なお、図９において、図１〜図８に示す共通な部材には、同一符号を付している。

図９は、実施の形態２に係る、リードのスルーホールへの挿入状態を示す半導体装置の側面断面図である。なお、図９に示す半導体装置は、挿入実装型の半導体装置である。

１．半導体装置の構成および外部基板への実装方法
実施の形態２に係る半導体装置１にあっては、リード４における先端部分の折り曲げ部１２を、当該リード４のリード先端部１３が半導体装置１側を向くように、ヘアピン状に曲折させた形状としている。そして、前述のように構成された半導体装置１を外部基板２０へ実装させる場合、リード４のリード先端部１３を、外部基板２０の表面２０１から突出させる。

その他の点については、実施の形態１に係る半導体装置１および外部基板２０の構成と同様であるので、重複する部分については説明を省略する。

上述のように、リード４における先端部分の折り曲げ部１２を、当該リード４のリード先端部１３が半導体装置１側を向くように、ヘアピン状に曲折させた形状の半導体装置１によれば、通電時に生じる熱を、外部基板２０の表面２０１から突出したリード先端部１３から放散させることが可能となるため、通電時におけるはんだ部での熱応力がさらに緩和される結果、半導体装置自体のさらなる長寿命化を図ることができる。

２．変形例
図９に示す半導体装置１においては、リード４の折り曲げ部１２をヘアピン状に形成し、当該リード４のリード先端部１３をリード４に近接させているが、リード先端部１３が半導体装置１側に向いていれば、必ずしもリード４に近接させる必要はなく、リード先端部１３をリード４から離間させた、例えば、Ｖ字状となるように折り曲げ部１２を形成してもよい。

実施の形態３．
実施の形態３に係る半導体装置は、図１〜図８に示す実施の形態１で説明した半導体装置と多くの共通点を有する。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主に実施の形態１と異なる点について説明する。なお、図１０および図１１において、図１〜図８に示す共通な部材には、同一符号を付している。

図１０は、実施の形態３に係る半導体装置におけるリードの折り曲げ部を示す斜視図である。図１１（ａ）は、実施の形態３に係る、リードとスルーホールとがはんだ付けされた状態を外部基板の裏面から見た平面図であり、図１１（ｂ）は、リードのスルーホールへの挿入状態を示す半導体装置の側面断面図である。なお、図１１に示す半導体装置は、挿入実装型の半導体装置である。

１．半導体装置の構成および外部基板への実装方法
実施の形態３に係る半導体装置１にあっては、図１０に示すように、リード４の先端部分は、折り曲げ部１２の幅Ｗ２を当該リード４の幅Ｗ１よりも狭く形成した形状としてある。この場合、リード４の折り曲げ部１２の幅Ｗ２が狭くなっているため、折り曲げ加工時、折り曲げが容易になるという効果が得られる。そして、このように構成された半導体装置１を外部基板２０に実装する場合、図１１（ｂ）に示すように、リード４の折り曲げ部１２の一部を外部基板２０の裏面２０２から突出させるとともに、当該リード４のリード先端部１３を外部基板２０の表面２０１から突出させる。

一方、外部基板２０には、図１１（ａ）に示すように、同一軸線上に同一径の孔２６、２７、２８を互いに一部オーバーラップさせてスルーホール２１としての連結孔が形成されている。なお、連結孔を形成する孔２６、２７、２８の直径は、リード４の幅Ｗ１よりも０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度長いことが好ましい。

その他の点については、実施の形態１に係る半導体装置１および外部基板２０の構成と同様であるので、重複する部分については説明を省略する。

上述のように、半導体装置１のリード４は、折り曲げ部１２に対応する部分のリード４の幅Ｗ２のみが、その他の部分（先端および基端）のリード４の幅Ｗ１よりも狭く形成されている。また、外部基板２０のスルーホール２１の形状は、同一軸線上に同一径の孔２６、２７、２８を互いに一部オーバーラップさせた連結孔としてある。これらの構成によると、図１１（ａ）に示すように、孔２６、２７、２８を互いに一部オーバーラップさせたことによって形成された凸部Ｃが、リード４の矢印方向の動きを規制するので、半導体装置の外部基板への実装時に位置決めが容易となる。その結果、一定した位置に半導体装置を外部基板へ実装することが可能になる。

また、外部基板２０のスルーホール２１を、上述のように連結孔としたので、これまでエンドミルで実施していたスルーホールの加工を例えば、ドリルや孔パンチ機で実施することが可能となり、作業工程が簡易になる。

２．変形例
図１１に示す外部基板２０において、略長孔状のスルーホール２１を、同一軸線上に同一径の孔２６、２７、２８を互いに一部オーバーラップさせた連結孔で説明したが、これに限らず、連結孔を次のような形状としてもよい。例えば、図１２（ａ）に示すように、同一軸線上に同一径の２個の孔２６、２７を互いに一部オーバーラップさせた連結孔であってもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、中央の孔２７の径のみ両端の孔２６、２８の径よりも小さくし、それらを互いにオーバーラップさせた連結孔であってもよい。

さらに、中央の孔２７の軸線を両端の孔２６、２８の軸線から例えば、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ程度オフセットさせ、孔２６、２７、２８が略同一軸線上となるように形成した連結孔であってもよい。

実施の形態４．
実施の形態４に係る半導体装置は、図１〜図８に示す実施の形態１で説明した半導体装置と多くの共通点を有する。そこで、以下では、説明の重複を避けるため、主に実施の形態１と異なる点について説明する。なお、図１３において、図１〜図８に示す共通な部材には、同一符号を付している。

図１３（ａ）は、実施の形態４に係る、リードとスルーホールとがはんだ付けされた状態を外部基板の裏面から見た平面図であり、図１３（ｂ）は、リードのスルーホールへの挿入状態を示す半導体装置の側面断面図である。なお、図１３に示す半導体装置は、挿入実装型の半導体装置である。

１．半導体装置の構成
実施の形態４に係る半導体装置１にあっては、図１３（ｂ）に示すように、リード４における先端部分には、折り曲げ部１２と第２の折り曲げ部５０とが形成されている。詳述すると、折り曲げ部１２にてリード４をヘアピン状に曲折させて半導体装置１側に向けた後、側面視でチャンネル状に折り返して形成した第２の折り曲げ部５０にて、リード４のリード端部１３が外部基板２０の裏面２０２側（半導体装置１とは反対側）へ向くようにした。

その他の点については、実施の形態１に係る半導体装置１並びに実施の形態３に係る外部基板２０と同様であるので、重複する部分については説明を省略する。

２．半導体装置の外部基板への実装方法
このように構成された半導体装置１を外部基板２０へ実装する場合、先ず、リード４の折り曲げ部１２の一部を外部基板２０の裏面２０２から突出させ、次に、リード４を側面視でチャンネル状に折り返すことにより形成された第２の折り曲げ部５０がなす平らな面が、外部基板２０の表面２０１と略同じ高さとなる位置に合わせる。

上述のように、半導体装置１のリード４における先端部分を、折り曲げ部１２にてリード４をヘアピン状に曲折させて半導体装置１側に向けた後、側面視でチャンネル状に形成された第２の折り曲げ部５０にて、リード４のリード端部１３が底面（半導体装置１とは反対側の方向）へ向くように形成した。この構成によると、はんだ付け時において、溶融はんだとリード４との接触面積が増加する結果、溶融はんだからリード４に伝わる熱量が増加するとともに、リード４が所定温度まで到達しやすくなるため、外部基板２０へのはんだ付け性が改善される。

また、スルーホール２１から露出している前述のリード４における第２の折り曲げ部５０がなす平らな面は、リード端部１３よりも表面積が広いため、通電時に生じる熱を、その部分からより多く放散させることが可能となり、通電時におけるはんだ部での熱応力がさらに緩和される。その結果、半導体装置自体のさらなる長寿命化を図ることができる。

さらに、実施の形態３と同様に、外部基板２０の略長孔状のスルーホール２１は、同一軸線上に同一径の孔２６、２７、２８を互いに一部オーバーラップさせた連結孔としてあるので、連結孔に形成された凸部Ｃがリード４の矢印方向の動きを規制する。これにより、半導体装置の外部基板への実装時に位置決めが容易となる結果、一定した位置に半導体装置を外部基板へ実装することが可能になる。

今回、開示した実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は、上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図、正面図および側面図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ線における半導体装置の断面図である。 半導体装置を外部基板に実装した状態を示す正面図である。 半導体装置を外部基板に実装した状態を示す平面図である。 リードとスルーホールとがはんだ付けされた状態を外部基板の裏面から見た平面図である。 図５のＢ−Ｂ線における側面断面図である。 半導体装置の外部基板への実装状態の変形例を示す側面断面図である。 実施の形態１における、スルーホールの変形例を示す平面図である。 実施の形態２に係るリードのスルーホールへの挿入状態を示す半導体装置の側面断面図である。 実施の形態２に係る半導体装置におけるリードの先端部分を示す斜視図である。 実施の形態３に係る半導体装置の構成および外部基板への実装方法を示す図である。 実施の形態３におけるスルーホールの変形例を示す平面図である。 実施の形態４に係る半導体装置の構成および外部基板への実装方法を示す図である。

符号の説明

１ 半導体装置、２ 電力用半導体素子、３ 制御用半導体素子、４，５ リード、６ａ，６ｂ リードフレーム、７，８ 金属細線、９ ヒートシンク、１０ 樹脂、１１ プラスチックパッケージ、１２ 折り曲げ部、１３，１４ リード先端部、２０ 外部基板、２１，２２ スルーホール、２４ 絶縁保護膜、２５ はんだ、２６〜２８ 孔、２９ 導電配線、３０ スルーホール２１の中心線、４０ リード４の断面の中心線、５０ 面、２０１ 表面、２０２ 裏面、Ｃ 凸部

Claims (10)

1. プラスチックパッケージと、
   前記プラスチックパッケージの側面から外部に突出する複数のリードと、
   前記プラスチックパッケージにより封止された単数または複数の半導体素子と、
   前記半導体素子とリードとを接続する電気配線とを備え、
   前記リードを外部基板に形成されたリード挿入部に挿入してはんだ接合することにより、外部基板に実装される挿入実装型の半導体装置であって、
   前記プラスチックパッケージの一の側面から外部に突出しているリードの幅は、前記プラスチックパッケージの他の一の側面から外部に突出しているリードの幅よりも広く、
   前記プラスチックパッケージの一の側面から外部に突出する複数のリードにのみ、その先端近傍を内方へ曲折させた折り曲げ部が形成されていることを特徴とする電力用半導体装置。
2. 前記折り曲げ部が形成されているリードは、当該折り曲げ部からリードの先端までの部位が長手方向に少なくとも二分割されている請求項１に記載の電力用半導体装置。
3. 前記折り曲げ部に対応するリードの幅が、リード先端およびリード基端に対応するリード幅よりも狭い請求項１に記載の電力用半導体装置。
4. 前記折り曲げ部が形成されているリードは、さらに、当該リード先端が外部基板の裏面側を向くように曲折させた第２の折り曲げ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の電力用半導体装置を、外部基板に形成されたリード挿入部に挿入してはんだ接合することにより、外部基板に実装される半導体装置の実装方法であって、
   前記リード挿入部にはんだが充填されていることを特徴とする電力用半導体装置の実装方法。
6. 前記折り曲げ部を有するリードが挿入されるリード挿入部は、略長孔状に形成されているとともに、
   当該リード挿入部の長軸が前記リードの幅方向と直交する方向に配置されており、
   さらに、前記リード挿入部の一部が半導体装置とオーバーラップして配置されている請求項５に記載の電力用半導体装置の実装方法。
7. 前記折り曲げ部を有するリードの先端の一部を外部基板の表面から突出するように実装する請求項６に記載の電力用半導体装置の実装方法。
8. 前記折り曲げ部を有するリードが挿入されるリード挿入部は、リードの幅よりも大きな直径からなる複数の孔を互いに一部オーバーラップさせて形成した連結孔である請求項６に記載の電力用半導体装置の実装方法。
9. 前記連結孔は、リードの幅よりも大きな直径の孔と、リードの幅よりも小さな直径の孔とからなる請求項８に記載の電力用半導体装置の実装方法。
10. 前記半導体装置は、錫を基材とした鉛を含まないはんだを用いて外部基板に実装される請求項６から請求項９のいずれかに記載の電力用半導体装置の実装方法。

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