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JP6641161B2 - 半導体装置、およびそれを用いたオルタネータ - Google Patents

半導体装置、およびそれを用いたオルタネータ Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置、およびそれを用いたオルタネータに関する。
本技術分野の背景技術として、特許文献１〜特許文献３がある。
特許文献１には、「［課題］簡便に組み立て可能で損失が低い半導体装置、オルタネータ及び電力変換装置を提供する。［解決手段］本発明の半導体装置Ｓ１は、オルタネータＯｔに取着される上面視で円形の外周部１０１ｓをもつ第１の外部電極１０１を有し、第１の外部電極１０１上に、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３と、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３の第１の主端子１０３ｄと第２の主端子１０３ｓの電圧もしくは電流が入力され、それに基づいてＭＯＳＦＥＴチップ１０３のゲート１０３ｇに供給する制御信号を生成する制御回路１０４と、制御回路１０４に電源を供給するコンデンサ１０５とが搭載され、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３に対して前記第１の外部電極の反対側に第２の外部電極１０７を有し、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３の第１の主端子１０３ｄと第１の外部電極１０１、並びに、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３の第２の主端子１０３ｓと第２の外部電極１０７が電気的に接続されている。（［要約］を参照）」として、半導体装置の技術が開示されている。
また、特許文献２には、「［課題］ 放熱性や電気伝導性を改善し、かつ、異なる半導体チップを容易に収納できる半導体装置を提供する。［解決手段］平面的に配置されたＳｉチップ１ａ、１ｂを挟む様にして、一対の放熱部材２、３が配置されており、Ｓｉチップ１ａ、１ｂの主電極と、ＣｕまたはＡｌを主成分とする金属からなる各々の放熱部材２、３とが電気的に、かつ熱的に接続されるように接合部材４を介して接続されている。一面側の放熱部材２には、対向するＳｉチップ１ａ、１ｂに対応して突出部２ａが形成されており、その突出部２ａの先端と主電極とが接続されている。そして、Ｓｉチップ１ａ、１ｂと各々の放熱部材２、３とが樹脂封止されている。（［要約］を参照）」として、半導体装置の技術が開示されている。
また、特許文献３には、「［目的］一主面上には全面に主電極、他主面上には主電極と制御電極を有する、例えばＩＧＢＴチップのような半導体素体を収容した容器を二つの接触体にはさんで加圧接触した場合に、制御電極の存在する主面側からの放熱も良好にする。［構成］半導体素体の制御電極を有する主面を絶縁性および熱良導性のゲル８とその上の絶縁性および熱良導性の注型樹脂９によって覆い、それらのゲル８および樹脂層９を介して放熱されるようにする。このような素子の複数個を共通の接触体ではさめば、熱が伝導および放射により両接触体に伝搬して、小さい体積で大きな電気容量の半導体装置が得られる。（［要約］を参照）」として、半導体素子の技術が開示されている。
特開２０１５−１１６０５３号公報 特開２００１−１５６２２５号公報 特開平０５−３２６８３０号公報
しかしながら、前記の特許文献１〜特許文献３に開示された技術には、次のような課題がある。
特許文献１に開示された技術の半導体装置では、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３と第１の外部電極１０１および第２の外部電極１０７とが、ＭＯＳＦＥＴチップ１０３を挟み込むように直接半田１０９で接続され、さらに、コンデンサ１０５は、絶縁基板１０６によって、第１の外部電極１０１もしくは第２の外部電極１０７とは絶縁される。そのため、例えば自動車の発電に使用されるオルタネータの整流回路等に用いる場合には、電流方向が異なる、いわゆる正座（整流素子Ｓ１）構造と逆座（整流素子Ｓ２）構造とを別々の製造工程で作る必要があり、製造設備やコストの面で更なる改善を要するという課題がある。
特許文献２に開示された半導体装置、および特許文献３に開示された半導体素子においても、いわゆる出力回路のみの構造のため、例えば整流回路に用いる場合には、出力回路とは別に新たに制御回路を設ける必要がある。そのため、例えば出力回路と制御回路とが一体的に形成されて成る外部電極が２端子の整流回路等の半導体装置の構造としては、決して適切な構造とはいえない課題がある。
また、特許文献２に開示された半導体装置、および特許文献３に開示された半導体素子において、内部電極と外部電極とが接触による接続のため、例えば高発熱を伴う電力変換装置や整流回路等の半導体装置の構造としては、稼働時の熱変形により接触界面が開口する可能性があるために、放熱や電気抵抗の観点から不利な構造となる課題がある。
本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであり、低コストで、複雑な製造工程を必要とせず、簡便に実現する半導体装置、およびそれを用いたオルタネータを提供することを課題とする。
前記の課題を解決するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の半導体装置は、第１の電極面部を有する第１の外部電極と、第２の電極面部を有する第２の外部電極と、電子回路体と、を備え、前記第１の外部電極と前記第２の外部電極との間に前記電子回路体を有し、前記第１の電極面部は、前記電子回路体の第１の面に接続され、前記第２の電極面部は、前記電子回路体の第２の面に接続され、前記電子回路体は、スイッチング素子を有するトランジスタ回路チップと、前記スイッチング素子を制御する制御回路チップと、前記トランジスタ回路チップと前記制御回路チップとに電源を供給するコンデンサと、前記トランジスタ回路チップの第一の主面に接した第１の内部電極と、前記トランジスタ回路チップの第二の主面に接した第２の内部電極と、を含んで前記電子回路体を構成する要素の少なくとも一部が露出するように樹脂で覆われて構成され、前記第１の内部電極の厚さと前記トランジスタ回路チップの厚さと前記第２の内部電極の厚さの合計は、前記コンデンサの厚さと当該コンデンサを支持するリードフレームの厚さの合計よりも大きく、前記第１の内部電極および前記第２の内部電極のいずれか一方と、前記第１の外部電極とが、接続され、前記第２の内部電極および前記第１の内部電極のいずれか他方と、前記第２の外部電極とが、接続される、ことを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明によれば、低コストで、複雑な製造工程を必要とせず、簡便に実現する半導体装置、およびそれを用いたオルタネータを提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る半導体装置の縦構造の断面を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面構造を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の電子回路体の上面を模式的に示す図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置の電子回路体の下面を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を用いた整流回路の回路構成の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体装置、および電子回路体のより詳しい回路構成の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の縦構造の断面を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を用いた整流回路の回路構成の一例を示す図である。 正座の半導体装置と逆座の半導体装置を用いた３相全波整流回路装置の回路構成の一例を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態の半導体装置（整流素子）２００を、図１、図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置２００の縦構造の断面を模式的に示す図である。
図２は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置２００の平面構造を模式的に示す図である。なお、図２では理解を容易にするため、半導体装置２００の上部に配置されるリード（第２の外部電極）２２とリードヘッダ（第２の電極面部）２５と第２の樹脂２６は省略して示している。
なお、整流素子（半導体装置）の構成（構造）には、「正座」と「逆座」と称される二つの構成（構造）がある。この「正座」と「逆座」の相違は、電気的な極性の相違と、それにともなう構成（構造）の相違によって区別される。
第１実施形態の半導体装置２００は、正座の構造を有しており、以下に詳しく説明する。また、逆座の半導体装置３００（第７図）については、第２実施形態として、後記する。
《半導体装置：その１》
図１および図２において、半導体装置２００は、台座（第１の電極面部）２４を上部（図１の紙面の上方）に有するベース（第１の外部電極、第１の外部端子）２１と、リードヘッダ（第２の電極面部）２５を下部（図１の紙面の下方）に有するリード（第２の外部電極、第２の外部端子）２２と、電子回路体１００とを備えて構成されている。
台座２４は、後記する電子回路体１００のドレインフレーム（第１の内部電極）１４と、第２の導電性接合材（半導体装置の接合材）２９を介して接続されている。
また、リードヘッダ２５は、後記する電子回路体１００のソースフレーム（第２の内部電極）１５と、第２の導電性接合材２９を介して接続されている。
また、台座２４およびベース２１の上部に位置する一部と、リードヘッダ２５およびリード２２の下部に位置する一部と、電子回路体１００とは、第２の樹脂（半導体装置の樹脂、モールド材）２６に覆われて封止されている。
なお、ベース（第１の外部電極、第１の外部端子）２１とリード（第２の外部電極、第２の外部端子）２２が、外部の回路と電気的に接続する際の端子（外部端子）となる。
以上が、半導体装置２００の構成の概要である。
《電子回路体》
次に、半導体装置２００に備えられた電子回路体１００の詳細な構成を図１と図２を参照して説明する。なお、図１および図２において、電子回路体１００を破線で示しているのは、電子回路体１００が占める領域を表記するためである。また、図２においては、電子回路体１００を、内部の構成を見やすくするために、図１で表記した電子回路体１００よりも大きく表記している。
図１および図２に示す電子回路体１００は、トランジスタ回路チップ１１と、制御回路チップ１２と、コンデンサ１３とを備えている。また、併せて、電子回路体１００は、ドレインフレーム（第１の内部電極）１４と、ソースフレーム（第２の内部電極）１５と、リードフレーム（支持体）１７とを備えている。
トランジスタ回路チップ１１は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：電界効果トランジスタ）で構成されている。そしてＭＯＳＦＥＴのドレイン電極（第１の主端子）１１ｄとソース電極（第２の主端子）１１ｓとは、トランジスタ回路チップ１１の別々の主面に設けられている。
トランジスタ回路チップ１１のドレイン電極１１ｄが設けられた側の面を、トランジスタ回路チップ１１の第一の主面とし、ソース電極１１ｓが設けられた側の面を、トランジスタ回路チップ１１の第二の主面と表記するものとする。
ドレイン電極１１ｄは、第１の内部電極であるドレインフレーム１４の一端の面（第１面）に第１の導電性接合材（電子回路体の接合材）１９を介して接続されている。
ソース電極１１ｓは、第２の内部電極であるソースフレーム１５の一端の面（第１面）に第１の導電性接合材１９を介して接続されている。
制御回路チップ１２は、支持体であるリードフレーム１７の上に第１の導電性接合材１９を介して接続されている。
また、制御回路チップ１２に電源を供給するコンデンサ１３も、リードフレーム１７の上に第１の導電性接合材１９を介して接続されている。
ドレインフレーム１４の他端の面（第２面）は、後記するように、電子回路体１００の第１の面から露出していて、第２の導電性接合材（半導体装置の接合材）２９を介して、台座２４に接触している。
ソースフレーム１５の他端の面（第２面）は、後記するように、電子回路体１００の第２の面から露出していて、第２の導電性接合材（半導体装置の接合材）２９を介して、リードヘッダ２５に接触している。
なお、リードフレーム１７は、ベース２１、すなわち台座２４とは電気的に絶縁されるように配置される。
制御回路チップ１２は、トランジスタ回路チップ１１とワイヤ１８を介して電気的に接続されている。例えばトランジスタ回路チップ１１がパワーＭＯＳＦＥＴの場合は、トランジスタ回路チップ１１に形成されたゲート電極１１ｇと制御回路チップ１２とをワイヤ１８で接続し、制御回路チップ１２がパワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御する。これによって、スイッチング機能を有するトランジスタ回路チップ１１に大電流を流すことができる。
また、コンデンサ１３は、リードフレーム１７やワイヤ１８によって、トランジスタ回路チップ１１や制御回路チップ１２と電気的に接続される。なお、図２に示す二つのコンデンサ端子１３ｔがコンデンサ１３の両端子である。コンデンサ１３は、例えばセラミックコンデンサを用いることができる。
トランジスタ回路チップ１１は、大電流をスイッチングする機能を有している。
例えばスイッチングする機能を有するトランジスタ回路チップ（スイッチング回路チップ）１１としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、パワーＭＯＳＦＥＴを備えた半導体素子である。また、サイリスタ等の大電流をオン・オフ制御する半導体素子が形成されたＳｉ、ＳｉＣ、ＳｉＮおよびＧａＡｓ等からなる半導体素子とすることができる。
また、制御回路チップ１２は、大電流をスイッチングするトランジスタ回路チップ１１を制御する半導体素子である。制御回路チップ１２自体は、大電流をスイッチングする半導体素子を含まない半導体素子である。
すなわち、制御回路チップ１２は、例えば論理回路、アナログ回路、ドライバ回路等が複数、形成され、必要に応じてマイクロプロセッサ等が形成された半導体素子である。また、トランジスタ回路チップ１１に流れる大電流を制御する機能を、併せて持つことができる。
なお、トランジスタ回路チップ１１と制御回路チップ１２の回路構成例は、図５、図６を参照して後記する。
また、トランジスタ回路チップ１１、制御回路チップ１２、コンデンサ１３、ドレインフレーム１４、ソースフレーム１５、および第１の導電性接合材１９は、一体的に第１の樹脂（電子回路体の樹脂、モールド材）１６に覆われ、封止されて、一体化した電子回路体１００が構成される。
なお、電子回路体１００のドレインフレーム１４やリードフレーム１７が配置されている側を第１の面と表記し、その反対側、すなわちソースフレーム１５の一部が露出している側の面を第２の面と表記する。
《半導体装置：その２》
再び、半導体装置２００の構成について詳しく説明する。
前記したように、台座（第１の電極面部）２４およびベース（第１の外部電極）２１の上部（図１の紙面の上方）に位置する一部と、リードヘッダ（第２の電極面部）２５およびリード（第２の外部端子）２２の下部（図１の紙面の下方）に位置する一部と、第２の導電性接合材２９と、電子回路体１００は、第２の樹脂（半導体装置の樹脂）２６に覆われて封止されて、半導体装置２００を構成する。
なお、電子回路体１００のソースフレーム１５の上面と、リードヘッダ２５との接続部、および電子回路体１００のドレインフレーム１４の下面と、台座２４との接続部について、図３、図４を参照して説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の電子回路体の上面（図１の紙面の上方）を模式的に示す図である。
図３において、電子回路体１００のソースフレーム１５の上面は、電子回路体１００の第１の樹脂１６に覆われていることなく、電子回路体１００の表面に露出している。
したがって、電子回路体１００のソースフレーム１５の上面は、第２の導電性接合材２９（図１）を介して、リードヘッダ２５（図１）と電気的に接続することができる。
図４は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の電子回路体の下面（図１の紙面の下方）を模式的に示す図である。
図４において、電子回路体１００のドレインフレーム１４の下面は、電子回路体１００の第１の樹脂１６に覆われていることなく、電子回路体１００の表面に露出している。
したがって、電子回路体１００のドレインフレーム１４の下面は、第２の導電性接合材２９（図１）を介して、台座２４（図１）と電気的に接続することができる。
以上から、図１において、ドレインフレーム１４は、第２の導電性接合材２９を介して、台座２４に接続されている。
また、ソースフレーム１５は、第２の導電性接合材２９を介して、リードヘッダ２５に接続されている。
以上のように、電子回路体１００は、第１の樹脂１６で封止されて、一体的に構成されており、ドレインフレーム１４、およびソースフレーム１５の一面は、図３および図４に示したように、それぞれ電子回路体１００の表面に露出する構造となる。
この露出したドレインフレーム１４の一面は、ベース２１の台座２４に、ソースフレーム１５の一面は、リード２２のリードヘッダ２５にと、それぞれ第２の導電性接合材２９によって電気的に接続され，半導体装置２００を構成する。
この構成において、トランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓと接続されるソースフレーム１５を、ドレインフレーム１４よりも厚くする。ここで厚くするとは、台座２４からリードヘッダ２５に向う方向において、長くすることを意味する。
このように厚くすることで、ソース電極１１ｓを電流が流れる際の損失に伴う発熱をソースフレーム１５側に効率よく放熱させることができ、半導体装置２００の冷却性の向上が可能となる。
すなわち、トランジスタ回路チップ１１は、ソース電極１１ｓが形成される側の面に、主として、トランジスタ素子が形成されるので、トランジスタ素子の発熱は、主にソース電極１１ｓが形成される側で起こる。そのため、ソースフレーム１５によって放熱させた方が効果的である。このソースフレーム１５によって放熱させるためには、ソースフレーム１５の熱容量を大きくし、熱伝導をよくすることが有効であって、そのため前記したように、ソースフレーム１５を、ドレインフレーム１４よりも厚くする方法をとる。
また、ソースフレーム１５を厚くすることによって、ソースフレーム１５が電子回路体１００のリードヘッダ２５側に導電体を露出させることが可能となり、リードヘッダ２５、すなわちリード２２と電気的に接続できる構造となっている。
《正座の半導体装置の回路構成例》
次に、半導体装置（正座）２００を用いた回路構成の例について説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置２００を用いた整流回路の回路構成の一例を示す図である。
図５において、半導体装置２００は、電子回路体１００、すなわち、スイッチング機能を有するトランジスタ回路チップ１１と、制御回路チップ１２と、コンデンサ１３とを備えて構成されている。また、Ｈ（２１）端子が図１におけるベース２１であり、Ｌ（２２）端子が図１におけるリード２２である。
例えば、自動車の発電に使用されるオルタネータの整流回路の整流素子の場合は、Ｈ端子がバッテリーに繋がり、Ｌ端子が発電用のコイルに繋がる。図１から図４を用いて説明した電子回路体１００が備えるトランジスタ回路チップ１１、制御回路チップ１２、およびコンデンサ１３は、図５に示すように配線され、電気的に接続される。
具体的には、オルタネータ（不図示）のコイル（不図示）から来た電流は、Ｌ端子（リード２２）を通じてスイッチング機能を有するトランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓに入る。
また、併せて前記の電流は、制御回路チップ１２に入り、制御回路チップ１２は、ゲート電圧を制御して、トランジスタ回路チップ１１のゲート電極１１ｇの電圧を上げて、トランジスタ回路チップ１１のドレイン電極１１ｄからＨ端子（ベース２１）を通じてバッテリー（不図示）へと電流を流す。
また、制御回路チップ１２は、Ｌ端子（リード２２）から入ってきた電流から、コンデンサ１３によって蓄えわれた電荷によって電源（電力、電圧）が供給されて駆動される。
《電子回路体の具体的な回路構成例》
次に、電子回路体１００の具体的な回路構成例を示す。
図６は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置２００、および電子回路体１００のより詳しい回路構成の一例を示す図である。
図６において、Ｈ端子とＬ端子との間に、図５を参照して説明したトランジスタ回路チップ１１、制御回路チップ１２、コンデンサ１３が、前記したように配線され、電気的に接続される。
トランジスタ回路チップ１１は、ＭＯＳＦＥＴ１１１を備えて構成されている。
ＭＯＳＦＥＴ１１１は、ｎ型チャネル（ｎ型）であり、逆並列にダイオード１１２を寄生ダイオードとして有している。
制御回路チップ１２は、Ｌ端子の電圧とＨ端子の電圧とを比較するコンパレータ１２２と、ＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート電極１１ｇに電圧を付与するゲートドライバ１２１と、逆流防止用のダイオード１２３と、を有して構成される。
コンパレータ１２２の反転入力端子（−）は、Ｈ端子に、非反転入力端子（＋）は、Ｌ端子にそれぞれ接続される。
コンパレータ１２２の出力端子は、ゲートドライバ１２１の入力端子に接続される。
ゲートドライバ１２１の出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート電極１１ｇに接続される。
また、コンデンサ１３の高電圧側端子は、コンパレータ１２２の電源端子とゲートドライバ１２１の電源端子に接続される。また、コンデンサ１３の低電圧側端子は、Ｌ端子に接続される。
逆流防止用のダイオード１２３のアノードは、Ｈ端子に接続される。ダイオード１２３のカソードは、前記したようにゲートドライバ１２１の電源端子とコンパレータ１２２の電源端子とコンデンサ１３の高電圧側端子に接続される。
《半導体装置２００の回路の動作》
図６に示す半導体装置２００、および電子回路体１００の回路の動作を次に説明する。
Ｈ端子の電圧がＬ端子の電圧より低くなると、コンパレータ１２２は高電圧の信号をゲートドライバ１２１に出力する。
高電圧の信号が入力されたゲートドライバ１２１は、ＭＯＳＦＥＴ１１１のゲート電極１１ｇの電圧を上げてＭＯＳＦＥＴ１１１（トランジスタ回路チップ１１）をオン状態にする。
逆に、Ｈ端子の電圧がＬ端子の電圧より高くなると、コンパレータ１２２は、低電圧の信号をゲートドライバ１２１に出力する。
低電圧の信号が入力されたゲートドライバ１２１は、ＭＯＳＦＥＴ１１１（トランジスタ回路チップ１１）のゲート電極１１ｇの電圧を下げてＭＯＳＦＥＴ１１１（トランジスタ回路チップ１１）をオフ状態にする。
すなわち、コンパレータ１２２がＨ端子とＬ端子の電圧の大小関係を比較し、ゲートドライバ１２１によって、ＭＯＳＦＥＴ１１１（トランジスタ回路チップ１１）をオン／オフする。つまり整流素子としての動作を行う。
なお、図６におけるコンデンサ１３は、蓄えられる電荷によって、コンパレータ１２２とゲートドライバ１２１とに電源電圧（電力）を供給する役目をしている。
＜第１実施形態の効果＞
本発明の第１実施形態の半導体装置２００は、前記したように、一体化した電子回路体１００を、台座２４を有するベース２１と、リードヘッダ２５を有するリード２２との間に挟む構造である。したがって、一体化した電子回路体１００の段階でテストができるので、テストおよび選別性の向上、歩留向上、歩留コストの低減ができる。
また前記の簡便な構造であるので、半導体装置の製造コストの低減、組立工程の簡素化、小型化が可能となる効果がある。
なお、第１実施形態の半導体装置２００は、前記したように、正座の構造であり、後記する第２実施形態の半導体装置３００は、逆座の構造であって、これらの正座と逆座の半導体装置において、電子回路体１００が共用できることに真の本発明の特徴と効果がある。ゆえに、第２実施形態の半導体装置３００、および応用例（３相全波整流回路装置８００：図９）を説明した後に、再度、効果について説明する。
≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態の半導体装置３００を、図７を参照して説明する。なお、第２実施形態の半導体装置３００は、逆座の構造を有している。
図７は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置３００の縦構造の断面を模式的に示す図である。
図７において、半導体装置３００が図１の半導体装置２００と異なるのは、台座２４を上部に有するベース２１、およびリードヘッダ２５を下部に有するリード２２と、電子回路体１００が設けられた上下の方向と接続関係である。その他については、第１実施形態と共通する要素と構成であるので、重複する説明は、適宜、省略する。
以下においては、第２の実施形態（逆座）の半導体装置３００が、第１の実施形態（正座）の半導体装置２００と相違する事項を中心に説明する。
《正座の半導体装置》
図１から図５を参照して説明した第１の実施形態に係る半導体装置２００は、前記したように、正座と呼ばれるオルタネータの整流回路における上アームに用いられる整流素子である。
図１に示すように、トランジスタ回路チップ１１のドレイン電極１１ｄは、ベース２１、すなわち台座２４に接続され、トランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓは、リード２２、すなわちリードヘッダ２５に接続されている。
《逆座の半導体装置》
これに対し、図７を参照して説明する本発明の第２の実施形態に係る半導体装置３００は、逆座と呼ばれるオルタネータの整流回路における下アームに用いられる整流素子である。
図７に示すように、トランジスタ回路チップ１１のドレイン電極１１ｄは、リード２２、すなわちリードヘッダ２５に接続され、トランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓは、ベース２１、すなわち台座２４に接続されている。これらの構成により、逆座の整流素子である半導体装置３００を実現できる。
前記したように、図７で示した半導体装置３００の構成要素は、図１から図５に示す第１の実施形態に係る半導体装置２００と基本的に同じである。
図７に示すように、半導体装置３００は、図１に示す第１の実施形態に係る半導体装置２００の電子回路体１００を、上下反転して構成されている。
すなわち、電子回路体１００を上下反転して用いることで、正座と逆座を使い分けることが可能となる。
つまり、第１の実施形態に係る半導体装置２００と、第２の実施形態に係る半導体装置３００とは、同じ部品、同じ回路構成のため、設計コスト、開発コストを低減できる。
また、電子回路体１００は、一つの製造工程で作ることができるため、製造設備や検査設備のコストを大きく低減することが可能である。
さらには、電子回路体１００の状態でテストや選別が可能なため、歩留コストも大きく低減することが可能である。
《逆座の半導体装置の回路構成例》
図８は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置３００を用いた整流回路の回路構成の一例を示す図である。半導体装置３００は、前記したように、逆座の半導体装置である。
図８において、逆座の半導体装置３００は、スイッチング機能を有するトランジスタ回路チップ１１と、制御回路チップ１２とコンデンサ１３を備えて構成されている。
これら、トランジスタ回路チップ１１、制御回路チップ１２、コンデンサ１３は、電子回路体１００に備えられている。
図８における電子回路体１００は、図１、図５の正座の半導体装置２００における電子回路体１００と同一の構成である。
したがって、半導体装置３００においては、トランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓに接続されている外部端子Ｈ（２１）は、ベース２１であり、ドレイン電極１１ｄに接続されている外部端子Ｌ（２２）は、リード２２である。
このように、スイッチング機能を有するトランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓとドレイン電極１１ｄは、ベース２１とリード２２との接続が、半導体装置３００と半導体装置２００とは、逆になるため、整流器（整流素子）としての特性が逆になる。
＜第２実施形態の効果＞
本発明の第２実施形態の半導体装置３００は、第１実施形態の半導体装置２００と同様に、一体化した電子回路体１００を、台座２４を有するベース２１とリードヘッダ２５を有するリード２２との間に挟む構造である。したがって、一体化した電子回路体１００の段階でテストができるので、テストおよび選別性の向上、歩留向上、歩留コストの低減ができる。また前記の簡便な構造であるので、半導体装置の製造コストの低減、組立工程の簡素化、小型化が可能となる効果がある。
なお、第２実施形態の半導体装置３００は、逆座の構造であって、正座の第１実施形態の半導体装置２００と、電子回路体１００が共用できることに真の本発明の特徴と効果がある。ゆえに、正座の半導体装置２００と逆座の半導体装置３００の応用例（３相全波整流回路装置８００：図９）を説明した後に、再度、効果について説明する。
≪３相全波整流回路装置の回路構成≫
図９は、正座の半導体装置２００と逆座の半導体装置３００を用いた３相全波整流回路装置８００の回路構成の一例を示す図である。
図９において、正座の半導体装置２００が３個と、逆座の半導体装置３００が３個と、コンデンサ８１が、備えられている。なお、紙面の左側から順に、第１、第２、第３の半導体装置２００、あるいは半導体装置３００と呼ぶものとする。
第１の正座の半導体装置２００と第１の逆座の半導体装置３００が直列に接続され、コンデンサ８１の両端の端子（８１ｐ、８１ｍ）に接続されている。具体的には、正座の半導体装置２００のＬ端子と逆座の半導体装置３００のＨ端子とが接続され、半導体装置２００のＨ端子がコンデンサ８１の端子８１ｐに接続され、半導体装置３００のＬ端子がコンデンサ８１の端子８１ｍに接続されている。
第２の正座の半導体装置２００と第２の逆座の半導体装置３００が直列に接続され、コンデンサ８１の両端の端子（８１ｐ、８１ｍ）に接続されている。
第３の正座の半導体装置２００と第３の逆座の半導体装置３００が直列に接続され、コンデンサ８１の両端の端子（８１ｐ、８１ｍ）に接続されている。
また、第１の正座の半導体装置２００と第１の逆座の逆座の半導体装置３００との接続点、第２の正座の半導体装置２００と第２の逆座の逆座の半導体装置３００との接続点、第３の正座の半導体装置２００と第３の逆座の逆座の半導体装置３００との接続点には、それぞれ３相交流電力（電圧）のＵ相（Ｖｕ）、Ｖ相（Ｖｖ）、Ｗ相（Ｖｗ）が入力している。
この回路構成において、３相全波整流回路装置８００は、Ｕ相（Ｖｕ）、Ｖ相（Ｖｖ）、Ｗ相（Ｖｗ）からなる３相交流電力（電圧）を全波整流して、直流電力（電圧）をコンデンサ８１に供給する。
図９の３相全波整流回路装置８００には、前記したように、それぞれ３個ずつの正座の半導体装置２００と、逆座の半導体装置３００が使用されており、かつ、正座の半導体装置２００と、逆座の半導体装置３００には、同じ電子回路体が用いられているので、電気特性のばらつきが少ないとともに、製造上、低コストとなる。
以上から、図９の３相全波整流回路装置８００は、前記したように、例えば、自動車の発電に使用されるオルタネータの整流回路の整流素子として、製造コストや特性面、あるいは小型化や放熱などの観点から、非常に適している。
＜第１実施形態（正座）と第２実施形態（逆座）の半導体装置の効果＞
以上において、第１実施形態の正座の半導体装置２００と第２実施形態の半導体装置３００について別々に説明したが、あらためて、正座と逆座の半導体装置において、電子回路体１００を共用化することの効果を説明する。また、第１実施形態と第２実施形態に共通する効果について、あらためて説明する。
前記したように、第１実施形態の正座の半導体装置２００、および第２実施形態の半導体装置３００は、同一の電子回路体１００を備えている。
電子回路体１００は、トランジスタ回路チップ１１、制御回路チップ１２、コンデンサ１３、ドレインフレーム１４、ソースフレーム１５、および第１の導電性接合材１９が備えられ、一体的化された構成であって、かつ、ドレインフレーム１４、ソースフレーム１５を電子回路体１００の上下の両方向からそれぞれ別々に電極を取り出していることに大きな特徴がある。
この構成、構造のために、一つの電子回路体１００を正座用にも逆座用にも、共に使用できる。
したがって、正座および逆座の半導体装置に用いられる電子回路体１００を区別する必要がないので、同一の製造工程で作れる。すなわち、製造設備が共用化され、組立工程が簡素化され、量的にも多く製造できるので、コストの面で有利となる。
また、電子回路体１００の状態で、例えば一般的なソケットを用いて選別やテストが可能になるので、テストコストが低減できる。
また、半導体装置（２００、３００）を組み立てる前の段階の電子回路体１００の状態でテストができるので、電子回路体１００が不良であった場合に、その後の工程のコストが追加されることを避けられるので、歩留コストも大きく低減できる、また歩留そのものも向上する。
また、電子回路体１００の表面に露出しているドレインフレーム１４、およびソースフレーム１５の内部電極と、それぞれ、ベース２１すなわち台座２４、およびリード２２すなわちリードヘッダ２５とが、第２の導電性接合材２９で接続される。このため、電気抵抗を大きく低減できる。
また、前記したように、トランジスタ回路チップ１１のソース電極１１ｓと接続されるソースフレーム１５を、ドレインフレーム１４よりも厚くすることで、ソース電極１１ｓを電流が流れる際の損失に伴う発熱をソースフレーム１５側に効率よく放熱させることができて、半導体装置（２００、３００）の冷却性向上が可能となる。
すなわち、本発明において開示される実施の形態によれば、半導体装置の（特に自動車の発電に使用されるオルタネータに用いる）外部電極が２端子の整流回路等の場合に、半導体装置の製造コストの低減、テストおよび選別性の向上、歩留向上、組立工程の簡素化、小型化および高放熱化を実現することができ、特に正座と逆座に対して複雑な製造工程を必要とせず、極めて簡便に実現することが可能となる。
≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を加えることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
《モールド材の材料、材質》
第１実施形態の半導体装置２００において、第１の樹脂１６と第２の樹脂２６を共にモールドと表記した。さらに補足すれば、第１の樹脂１６と第２の樹脂２６とは、同じ材料であってもよく、または違う材料、材質でもよい。
ただし、例えばエポキシ樹脂、ビフェニール樹脂および不飽和ポリエステル等の一般的なモールド材を用いることで、製造コストを抑えることができる。
《金型を用いたトランスファーモールド工法》
第１実施形態においては、電子回路体は、樹脂で封止するとして説明したが、この方法には限定されない。
例えば金型を用いたトランスファーモールド工法等によって形成されることで、安価にかつ大量生産が可能になる。
また、必ずしも樹脂で封止する必要はなく、電子回路体１００は、金属等によって一体形成されても良い。
このとき、一つのモールド金型キャビティ内で複数の電子回路体１００をモールドして、切断成型して個片化するＭＡＰ（Molded Array Process）方式を採用することで、さらに大量生産やコストの面で有利となる。
さらには、ドレインフレーム１４とリードフレーム１７とは、一体形成しておき、モールド後の切断成型の際に電気的に分離することで、より安価で大量生産が可能である。
このとき、リードフレーム１７の部分は、ハーフエッチングか折り曲げ加工を施すことで、電子回路体１００の表面には露出することがなく、ベース２１と絶縁することが可能である。
したがって、電子回路体１００の表面には、リードフレーム１７は露出しない構成となるが、切断成型時にはリードフレーム１７の一部を切断するため、切断面にはリードフレーム１７の一部が露出する。
この切断面に露出したリードフレーム１７の一部を用いて、例えばソケット等を使用することで、電子回路体１００の状態で、制御回路チップ１２、およびコンデンサ１３を検査することが可能であり、テストと選別が容易になって、歩留向上やコスト低減が実現できる。
《第１の導電性接合材と第２の導電性接合材》
第１実施形態においては、第１、第２の導電性接合材として説明したが、この導電性接合材の材質は、特定の材質に限定されない。
第１の導電性接合材１９と第２の導電性接合材２９とは、同じ材料であってもよく、または違う材料でもよい。ただし、例えば一般的な導電性の接合材である半田、Ａｕ、Ａｇ、もしくはＣｕを含む金属、または導電性接着材等により構成される。
なお、半田としては、一般的な共晶半田や鉛フリー半田等が用いられる。また、導電性接着材としては，Ａｇ、Ｃｕ、およびＮｉなどの金属フィラーが樹脂に含有、もしくは金属のみで構成されたものが用いられる。
《ベース、リード、フレームの材質》
第１実施形態および第２実施形態において、ベース２１、リード２２やフレームの材質については略したが、次にあらためて説明する。
ベース２１、リード２２、ドレインフレーム１４、ソースフレーム１５、およびリードフレーム１７は、加工しやすく熱伝導性や導電性に優れるＣｕやＡｌ等の一般的な金属を用いる。このとき、導電性接合材との接続部分には、接続安定性を向上させるため、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、およびＮｉ等のメッキを施しておくのが望ましい。
《制御回路チップの構成》
第１実施形態で説明した図６に示す回路は、本発明の半導体装置（整流素子）２００を実現する制御回路チップ１２とトランジスタ回路チップ１１の回路構成の一例であり、これに限らない。
コンパレータ１２２の代わりに、入力信号の差を検出して増幅する差動増幅器を用いてもよいし、ＭＯＳＦＥＴ１１１に流れる電流の向きで、オン／オフを制御してもよい。
また、図５あるいは図６に示すコンデンサ１３に代えて、外部から電源を供給することとしてもよい。
《トランジスタ回路チップと制御回路チップ》
図１および図２において、トランジスタ回路チップ１１と制御回路チップ１２は、別のチップであるとして説明したが、トランジスタ回路チップ１１と制御回路チップ１２とを一つのチップとしてもよい。
また、トランジスタ回路チップ１１と制御回路チップ１２が別のチップである場合には、図６において、トランジスタ回路チップ１１をＭＯＳＦＥＴで表記したが、前記したように、ＩＧＢＴで構成してもよい。なお、トランジスタ回路チップ１１がＩＧＢＴからなる場合は、第１の主端子（１１ｄ）がコレクタ端子となり、第２の主端子（１１ｓ）がエミッタ端子となる。
《コンデンサ》
第１実施形態において、図１、図５、図６に示したコンデンサ１３を、セラミックコンデンサとして例示したが、これに限定されない。ポリエステルコンデンサ（マイラコンデンサ）、ポリスチレンコンデンサ（スチコン）、マイカコンデンサ、タンタルコンデンサ等を用いてもよい。また、電解コンデンサを併用してもよい。
《半導体装置（整流素子）の応用》
図９においては、本発明の半導体装置２００、３００を用いた回路構成例として、３相全波整流回路装置８００を例示したが、これに限定されない。単相や４相以上の全波整流回路に適用してもよい。
また、３相全波整流回路装置８００を、自動車の発電に使用されるオルタネータの整流回路の整流素子として、用いる例を示したがオルタネータに限定されない。産業用途の電流変換装置を含めて、各種用途の整流素子として応用できる。
１１ トランジスタ回路チップ
１１ｄ ドレイン電極（第１の主端子）
１１ｓ ソース電極（第２の主端子）
１１ｇ ゲート電極
１２ 制御回路チップ
１３、８１ コンデンサ
１４ ドレインフレーム（第１の内部電極）
１５ ソースフレーム（第２の内部電極）
１６ 第１の樹脂（電子回路体の樹脂）
１７ リードフレーム（支持体）
１８ ワイヤ
１９ 第１の導電性接合材（電子回路体の接合材）
２１ ベース（第１の外部電極）
２２ リード（第２の外部電極）
２４ 台座（第１の電極面部）
２５ リードヘッダ（第２の電極面部）
２６ 第２の樹脂（半導体装置の樹脂）
２９ 第２の導電性接合材（半導体装置の接合材）
１００ 電子回路体
１１１ ＭＯＳＦＥＴ
１１２、１２３ ダイオード
１２１ ゲートドライバ
１２２ コンパレータ
２００、３００ 半導体装置
８００ ３相全波整流回路装置

Claims (7)

  1. 第１の電極面部を有する第１の外部電極と、
    第２の電極面部を有する第２の外部電極と、
    電子回路体と、
    を備え、
    前記第１の外部電極と前記第２の外部電極との間に前記電子回路体を有し、
    前記第１の電極面部は、前記電子回路体の第１の面に接続され、
    前記第２の電極面部は、前記電子回路体の第２の面に接続され、
    前記電子回路体は、
    スイッチング素子を有するトランジスタ回路チップと、
    前記スイッチング素子を制御する制御回路チップと、
    前記トランジスタ回路チップと前記制御回路チップとに電源を供給するコンデンサと、
    前記トランジスタ回路チップの第一の主面に接した第１の内部電極と、
    前記トランジスタ回路チップの第二の主面に接した第２の内部電極と、
    を含んで前記電子回路体を構成する要素の少なくとも一部が露出するように樹脂で覆われて構成され、
    前記第１の内部電極の厚さと前記トランジスタ回路チップの厚さと前記第２の内部電極の厚さの合計は、前記コンデンサの厚さと当該コンデンサを支持するリードフレームの厚さの合計よりも大きく、
    前記第１の内部電極および前記第２の内部電極のいずれか一方と、前記第１の外部電極とが、接続され、
    前記第２の内部電極および前記第１の内部電極のいずれか他方と、前記第２の外部電極とが、接続される、
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１の電極面部は、導電性の接合材を介して、前記電子回路体の第１の面に接続され、
    前記第２の電極面部は、導電性の接合材を介して、前記電子回路体の第２の面に接続され、
    前記第１の内部電極および前記第２の内部電極のいずれか一方は、導電性の接合材および前記第１の電極面部を介して、前記第１の外部電極と、接続され、
    前記第２の内部電極および前記第１の内部電極のいずれか他方は、導電性の接合材および前記第２の電極面部を介して、前記第２の外部電極と、接続される、
    ことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項１において、
    前記電子回路体の前記第１の内部電極の複数の面のうちの一つの面は、前記電子回路体の第１の面から前記樹脂に覆われずに露出し、
    前記電子回路体の前記第２の内部電極の複数の面のうちの一つの面は、前記電子回路体の第２の面から前記樹脂に覆われずに露出している、
    ことを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    前記電子回路体は前記樹脂である第１の樹脂で覆われ、前記電子回路体と、該電子回路体と接する側の前記第１の外部電極の面、および第２の外部電極の面が第２の樹脂で覆われている、
    ことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    前記第１の内部電極の厚みより、前記第２の内部電極の厚みが大きい、
    ことを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置を備えることを特徴とするオルタネータ。
  7. 請求項６において、
    正座の半導体装置と逆座の半導体装置とを備えることを特徴とするオルタネータ。
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