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発明の名称 半導体装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−132468
公開日 平成6年(1994)5月13日
出願番号 特願平4−281364
出願日 平成4年(1992)10月20日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 須田 実 / 飯島 哲郎
要約 目的
特性の優れた単体の過電流制御デバイスの提供。

構成
TO−220形半導体装置において、フレーム3の縁を一部引っ込めることによって、一方のリード2のポスト5を広くし、この広くなったポストに過電流保護素子としての半導体素子(トランジスタ)12を搭載する。半導体素子4は2mm□程度の大きなものをポスト5に搭載できるため、単体でかつ特性の優れた過電流制御デバイスを提供できる。
特許請求の範囲
【請求項1】 中央およびその両側に並列に並ぶ3本のリードと、前記中央のリードの内端のフレームに固定された半導体素子と、前記半導体素子の電極と両側のリード内端のポストとを電気的に接続するワイヤとを有する半導体装置であって、前記両側のリードの一方のポストには半導体素子が固定されているとともに、この半導体素子の電極と前記フレーム上の半導体素子の電極とがワイヤで電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】 前記フレーム上の半導体素子は電界効果トランジスタを複数有する素子であるとともに、前記ポスト上の半導体素子は過電流保護素子となっていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】 前記中央のリードに対して少なくともフレームおよび両側のリードは非対称なパターンになっていることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置、特に過電流保護半導体素子を組み込んでなる高出力半導体装置に関し、たとえばTO−220形半導体装置に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】パワートランジスタの封止構造の一つとして、たとえば、工業調査会発行「電子材料」1981年11月号、昭和56年11月1日発行、P42〜P46に記載されているように、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂を用いたプラスチック封止によるTO−220形が知られている。TO−220形は図3に示すように、パッケージ(封止樹脂)1の一端から3本のリード2を平行に延在させた構造となっている。中央のリード2は、その内端、すなわちパッケージ1内に延在する先端部分は幅が広いヘッダとも呼称されるフレーム3となり、このフレーム3上に半導体素子(半導体チップ)4が固定されている。また、両側のリード2の内端、すなわちパッケージ1内に延在する先端部分は、ワイヤボンディングのためにわずかに幅が広いポスト5となっている。そして、前記ポスト5と半導体素子4の電極とがワイヤ6で接続されている。また、前記フレーム3の先端部分は、前記パッケージ1から突出するとともに、その突出部分にビスを挿入するための取付孔7が設けられている。また、この文献には、フレーム3全体がパッケージ1で被われた構造も開示されている。この構造では、パッケージ1に取付孔が設けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等にあっては、過電流制御を内蔵した回路として、図4に示すような回路の使用を検討している。この回路は、外部端子がゲート(G),ソース(S),ドレイン(D)となるとともに、2つのMOSFET10,11を並列に組み、かつゲートとソース間にトランジスタ12を配した構造となっている。また、一方のMOSFET10のソース端子側には抵抗13が組み込まれている。この回路に組み込まれたMOSFET10,11は1000:1の割合でソース電流が流れるようになっている。また、前記トランジスタ12はベース(B)電位が0.7Vに達すると、コレクタ(C)とエミッタ(E)間に電流が流れる。したがって、この回路に過電流が流れた場合、MOSFET10のソース電流が0.7V以上となり、トランジスタ12が動作し、MOSFET10,11が保護されることになる。
【0004】このような回路をマザーボード等の配線基板に形成する場合、従来は、2つのMOSFET10と抵抗13を組み込んだ単体部品と、トランジスタ12を構成する単体部品をそれぞれ配線基板に搭載することとなる。しかし、この方法は部品数が多くなるとともに、配線基板上での実装スペースを広く必要とする。一方、前記MOSFET10,11を組み込んだモノリシックな半導体素子に、前記トランジスタ12をモノリシックに組み込むことは、技術的には可能であるが、製造コストが高くなる。そこで、本発明者は前記トランジスタ素子をTO−220形半導体装置のリードのポストに搭載することを思い立ち本発明をなした。
【0005】本発明の目的は過電流保護回路を内蔵した半導体装置(過電流制御デバイス)を提供することにある。
【0006】本発明の他の目的は性能の良い過電流制御デバイスを提供することにある。本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【0007】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。すなわち、本発明の半導体装置は、TO−220形構造となり、中央のリードの内端のフレームに2つのMOSFETおよび抵抗を組み込んだ半導体素子を固定するとともに、両側のリードの一方のポストにトランジスタからなる半導体素子を固定し、各素子の電極やリードポストにワイヤを接続した構造となっている。また、前記トランジスタからなる半導体素子を固定したポスト部分は、できるだけ大きな半導体素子を搭載できるように、フレームの形状を従来のような四角形とは異なるように変形してある。したがって、中央のリードに対してフレームおよびリードポストは非対称になっている。
【0008】
【作用】上記した手段によれば、本発明の過電流制御デバイスは、TO−220形半導体装置構造において、フレーム上に主となる半導体素子を搭載するとともに、一方のリードポストに過電流保護のためのトランジスタからなる半導体素子を搭載することによって単体部品となっている。したがって、過電流制御回路を配線基板上に構成する場合、従来のように2つの半導体装置(電子部品)を必要とせず1つとなるため、実装コストの低減が図れるとともに、実装スペースも狭くできる。
【0009】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する。図1は本発明の半導体装置の要部を示す平面図、図2は同じく断面図である。本発明による半導体装置は、図1,図2に示すようにパッケージ1の一端から3本のリード2を平行に突出させるいわゆるTO−220形構造となっている。すなわち、本発明の半導体装置は、外観的にはレジンからなる矩形のパッケージ1と、このパッケージ1の一端から平行に延在する金属製の3本のリード2と、前記パッケージ1の他端下部から突出する金属製のフレーム3とからなっている。また、このフレーム3はパッケージ1の下面側では露出し、半導体装置実装後は実装基板に接触して放熱板の役割を果たす。
【0010】前記フレーム3は前記中央のリード2の内端に形成されてなるものであり、リード幅に比較して大幅に幅広となっている。フレーム3は、その先端部分がパッケージ1から突出するとともに、この突出部分には、取付孔7が設けられている。このフレーム3の主面には、図4で示すように、2つのMOSFET10,11を並列に組み込んだ半導体素子15が固定されている。この半導体素子15は、下面がドレイン(D)電極となるとともに、上面にはゲート電極(G)と2つのソース電極(S1 ),(S2 )が設けられている。また、中央のリード2の両側に延在するリード2において、その一方のリード2の内端のポスト5には、トランジスタを構成する半導体素子12が固定されている。この半導体素子(トランジスタ)12は、下面がコレクタ電極(C)となるとともに、上面にはエミッタ電極(E)とベース電極(B)が設けられている。そして、これらの半導体素子15,12およびリード2のポスト5間は、図4に示す回路を構成するようにワイヤ6で結線されている。すなわち、前記半導体素子15のソース電極(S1)と、半導体素子12が搭載されないリード2のポスト5が、ワイヤ6で電気的に接続されている。また、このポスト5と前記半導体素子12のエミッタ電極(E)がワイヤ6で接続されている。また、半導体素子15のソース電極(S2 )と、半導体素子12のベース電極(B)がワイヤ6で接続されているとともに、前記半導体素子12を搭載したポスト5と、半導体素子15のゲート電極(G)がワイヤ6で接続されている。なお、図1の半導体素子15,12において、微小な四角部分は各電極(ボンディングパッド)を示すものである。
【0011】ところで、過電流保護のためには、前記リード2のポスト5に搭載する半導体素子12は、そのサイズが大きいことが望ましい。すなわち、保護素子としてのトランジスタは、エミッタの面積を広くするとともに、エミッタの周辺長を大きくすることによって特性(電流増幅率hFE等)が向上する。したがって、前記ポスト5にはできるだけ大きなトランジスタ、すなわち半導体素子12を搭載することが望ましい。従来のTO−220形の組み立てに使用されるリードでは、このポストが小さい。一方、TO−220形は各部の寸法が規格化されている。この規格部分としては、前記取付孔7からリード突出側のパッケージの縁までの長さ、パッケージ1の幅、リードピッチがある。このような規格に適合させつつ、前記一方のリード2のポスト5を大きくするために、本発明では、図1に示すように一方のリード2のポスト5が臨むフレーム3部分を取付孔7側に引っ込めるようにすることによって、一方のリード2のポスト5を、たとえば、一辺が3mm程度となる正方形とし、一辺が2mm程度となる正方形の半導体素子12の搭載を可能としている。前記フレーム3は、放熱の観点からすれば、広いことが望ましいため、ワイヤのみを接続する他方のリード2のポスト5は、従来と同様に小さいままとし、このポスト5に対面するフレーム3部分は、引っ込めることなく広く延在させてある。したがって、中央のリード2に対して、フレーム3およびリード2(ポスト5)は非対称なパターンとなっているのが、本発明の半導体装置の特徴の一つである。
【0012】
【発明の効果】(1)本発明のTO−220形半導体装置は、リードのポストに半導体素子を搭載した構造となっていることから、半導体装置の機能向上が達成できる。すなわち、前記ポストに過電流保護素子を搭載することによって単体の過電流制御デバイスを提供できるという効果が得られる。
【0013】(2)本発明の半導体装置は、リードのポスト部分に過電流保護素子(トランジスタ)を搭載しているが、素子を搭載する前記ポスト部分は、フレームを部分的に引っ込めることによって他のリードのポストよりも広くできるため、より大きな過電流保護素子を搭載でき、特性の優れた過電流制御デバイスを提供できるという効果が得られる。
【0014】(3)本発明の過電流制御デバイスは、過電流保護素子をTO−220形半導体装置内に内蔵しているため、過電流保護回路形成時、従来のように過電流保護のための半導体装置を必要としなくなり、部品点数を1つ少なくできコストの低減化が達成できるという効果が得られる。
【0015】(4)上記(3)により、本発明の過電流制御デバイスは、過電流保護回路形成において、過電流保護のための半導体装置を必要としなくなることから、組み立て工数の低減が達成できるという効果が得られる。
【0016】(5)上記(3)により、本発明の過電流制御デバイスは、過電流保護回路形成において、過電流保護のための半導体装置を必要としなくなることから、電子部品を搭載する実装基板において、実装スペースを狭くでき、実装基板の小型化あるいはより多くの部品の搭載が可能となるという効果が得られる。
【0017】(6)上記(1)〜(5)により、本発明によれば、単体の過電流制御デバイスを提供できるとともに、過電流制御回路を組み込む装置の製造コストの低減が達成できるという相乗効果が得られる。
【0018】以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえば、過電流保護素子としてダイオードを用いても前記実施例同様な効果が得られる。
【0019】以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である過電流制御デバイスの製造技術に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではない。本発明は少なくともTO−220形半導体装置において、リードのポストに半導体素子を搭載して形成できる回路構成の半導体装置には適用できる。




 

 


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