JP2002319654A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一対の放熱板の間の距離を正確に規定すると
共に、製造作業性を向上させる。 【解決手段】 本発明の半導体装置１は、発熱素子２
と、この発熱素子２の両面から放熱するための一対の放
熱板３、４とを備えて成るものにおいて、一対の放熱板
３、４のうちの一方の放熱板４の両端部に脚部４ａ、４
ｂを設け、この脚部４ａ、４ｂによって一対の放熱板
３、４の間の距離を規定するように構成したものであ
る。この構成によれば、従来構成とは異なり、ギャップ
治具が不要であるから、その取り付け及び取り外し作業
をなくすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発熱素子と、この
発熱素子の両面に接合された一対の放熱板とを備えて成
る半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば高耐圧・大電流用のパワーＩＣの
半導体チップ（発熱素子）は、使用時の発熱が大きいた
め、チップからの放熱性を向上させるための構成が必要
になる。この構成の一例として、チップの両面に一対の
放熱板を例えば半田層を介して接合する構成が、従来よ
り、考えられており、この構成によれば、チップの両面
から放熱できるので、放熱性が向上する。

【０００３】上記した構成の場合、一対の放熱板の間の
距離を正確に規定することが困難であると共に、半田層
の厚み寸法がばらつくという問題点があった。このよう
な問題点を解消する構成として、本出願人は、特願２０
００−９７９１２を先に出願している。この出願の構成
では、一対の放熱板の間に、ギャップ治具を取り付ける
ことにより、放熱板の間の距離を正確に規定し、また、
半田層の厚み寸法のばらつきを防止している。尚、上記
一対の放熱板の隙間、即ち、チップの周囲の空間部に
は、樹脂が充填されるように構成されており、これによ
り、チップ及び放熱板は樹脂封止されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記出願の構
成においては、半田付けする前に、一対の放熱板の間
に、ギャップ治具を取り付ける作業が必要となると共
に、半田付けした後で、一対の放熱板の間から、ギャッ
プ治具を取り外す作業が必要となる。このため、ギャッ
プ治具の取り付け・取り外しが面倒であるという不具合
があった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、一対の放熱板の
間の距離を正確に規定することができ、しかも、製造作
業性を向上させることができる半導体装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、一対の放熱板のうちの一方の放熱板の両端部に脚部
を設け、この脚部によって前記一対の放熱板の間の距離
を規定するように構成したので、一対の放熱板の間の距
離を正確に規定することができる。しかも、この構成の
場合、ギャップ治具が不要であることから、その取り付
け及び取り外し作業がなくなり、製造作業性が大幅に向
上する。

【０００７】請求項２の発明によれば、一対の放熱板の
うちの少なくとも一方の放熱板に、孔または切欠部を設
けたので、作業者は、一対の放熱板の隙間、並びに、チ
ップの周囲部分を、上記孔または切欠部を通して容易に
視認することができる。これにより、例えば、樹脂との
密着力を強くするポリアミド樹脂を一対の放熱板の隙間
等に塗布するような場合に、塗布用のディスペンサのノ
ズルを上記孔または切欠部に差し込んで塗布することが
可能となるから、塗布作業を実行し易くなると共に、均
一に塗布することができる。また、上記孔または切欠部
を通して、ポリアミド樹脂が放熱板やチップ等に十分に
塗布されたか否かや、均一に塗布されたか否か等を、視
認により容易に確認することができる。

【０００８】ちなみに、一対の放熱板の間の隙間は、例
えば約１〜２ｍｍ程度であり、かなり狭いことから、上
記孔または切欠部がない場合には、ポリアミド樹脂の塗
布作業が困難であると共に、ポリアミド樹脂の塗布状態
の確認作業が困難であるという問題点があった。

【０００９】また、請求項３の発明によれば、請求項２
の発明とほぼ同じ作用効果を得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて、図１ないし図３を参照しながら説明する。まず、
図１に示すように、本実施例の半導体装置１は、半導体
チップ（発熱素子）２と、下側ヒートシンク（放熱板）
３と、上側ヒートシンク（放熱板）４と、ヒートシンク
ブロック５とを備えて構成されている。

【００１１】この構成の場合、半導体チップ２の下面と
下側ヒートシンク３との間は、接合部材である例えば半
田６によって接合されている。そして、半導体チップ２
の上面とヒートシンクブロック５の下面との間も、半田
６によって接合されている。更に、ヒートシンクブロッ
ク５の上面と上側ヒートシンク４の下面との間も、半田
６によって接合されている。これにより、上記構成にお
いては、半導体チップ２の両面からヒートシンク３、４
（即ち、一対の放熱板）を介して放熱されるように構成
されている。

【００１２】そして、上記半導体チップ２は、例えばＩ
ＧＢＴやサイリスタ等のパワー半導体素子から構成され
ている。半導体チップ２の形状は、本実施例の場合、図
３（ａ）に示すように、例えば矩形状の薄板状である。
また、下側ヒートシンク３、上側ヒートシンク４及びヒ
ートシンクブロック５は、例えばＣｕやＡｌ等の熱伝導
性が良い金属で構成されている。この構成の場合、下側
ヒートシンク３及び上側ヒートシンク４は、半導体チッ
プ２の各主電極（パッド）に電気的にも接続されるよう
に構成されている。

【００１３】そして、下側ヒートシンク３は、図３
（ａ）に示すように、全体として例えば長方形状の板材
であり、端子部３ａが後方へ向けて延びるように突設さ
れている。また、ヒートシンクブロック５は、図３
（ａ）に示すように、半導体チップ２よりも１回り小さ
い程度の大きさの矩形状の板材である。

【００１４】次に、上側ヒートシンク４は、図３（ｄ）
に示すように、全体として例えば長方形状の板材で構成
されており、その両端部には、脚部４ａ、４ｂが例えば
曲げ加工により設けられている。これら脚部４ａ、４ｂ
は、下側ヒートシンク３と上側ヒートシンク４の間の距
離を規定するためのものであり、該距離を規定可能な精
度の長さを有している。上記脚部４ａ、４ｂによって距
離を規定するときの具体的作用（動作）については、後
述する。

【００１５】尚、本実施例の場合、下側ヒートシンク３
の上面と上側ヒートシンク４の下面との間の距離は、例
えば１．５ｍｍ程度に設定されている。また、上側ヒー
トシンク４には、端子部４ｃが後方へ向けて延びるよう
に突設されている。

【００１６】更に、上側ヒートシンク４には、チップ２
の両側（即ち、近傍）に位置して２個の孔４ｄ、４ｅが
形成されている。これら孔４ｄ、４ｅは、図２に示すよ
うに、長細い形状の孔であり、肉盗み部分としての機能
も有している。この構成の場合、作業者は、上記孔４
ｄ、４ｅを通して、一対のヒートシンク３、４の隙間、
並びに、チップ２の周囲部分を容易に視認することがで
きる。

【００１７】一方、図１に示すように、一対のヒートシ
ンク３、４の隙間、並びに、チップ２及びヒートシンク
ブロック５の周囲部分には、樹脂（例えばエポキシ樹
脂）７が充填封止されている。ここで、樹脂７とヒート
シンク３、４との密着力、並びに、樹脂７とチップ２や
ヒートシンクブロック５との密着力を強くするために、
コーティング樹脂である例えばポリアミド樹脂８が、一
対のヒートシンク３、４の内側の表面、並びに、チップ
２やヒートシンクブロック５の周囲部分の表面に、図１
中においてやや太い実線で示すように塗布されている。

【００１８】次に、上記した構成の半導体装置１の製造
方法（即ち、製造工程）について、図３を参照して説明
する。まず、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、下側
ヒートシンク３の上面に、チップ２とヒートシンクブロ
ック５を半田付けする工程を実行する。この場合、下側
ヒートシンク３の上面に半田箔９を介してチップ２を積
層すると共に、このチップ２の上に半田箔９を介してヒ
ートシンクブロック５を積層する。この後、加熱装置
（例えばリフロー装置）によって上記半田箔９、９を溶
融させてから、硬化させる。

【００１９】続いて、図３（ｃ）に示すように、チップ
２の制御電極（例えばゲートパッド等）とリードフレー
ム１０ａ、１０ｂとをワイヤーボンディングする工程を
実行する。これにより、ワイヤー１１によってチップ２
の制御電極とリードフレーム１０ａ、１０ｂとが接続さ
れる。

【００２０】次いで、図３（ｄ）及び（ｅ）に示すよう
に、ヒートシンクブロック５の上に上側ヒートシンク４
を半田付けする工程を実行する。この場合、図３（ｄ）
に示すように、ヒートシンクブロック５の上に半田箔９
を介して上側ヒートシンク４を載せる。そして、加熱装
置によって上記半田箔９を溶融させてから、硬化させ
る。このとき、図３（ｅ）に示すように、台１２上に下
側ヒートシンク３を載置して固定すると共に、上側ヒー
トシンク４の両端部の脚部４ａ、４ｂの先端部を台１２
に当接させるようにしてセットする。

【００２１】そして、上側ヒートシンク４の上に例えば
重り１３を載置することにより、上側ヒートシンク４を
下方へ向けて加圧するように構成されている。この場
合、半田箔９が溶融する前の状態では、上側ヒートシン
ク４の脚部４ａ、４ｂの先端部は、台１２の上面に当接
しないように構成されている。そして、半田箔９が溶融
すると、重り１３の加圧により、溶融した半田層の部分
が薄くなり、上側ヒートシンク４の脚部４ａ、４ｂの先
端部が台１２の上面に当接する。このとき、半田層は、
適度な薄さまで薄くなるように構成されている。

【００２２】このようにして、上側ヒートシンク４の脚
部４ａ、４ｂは、下側ヒートシンク３と上側ヒートシン
ク４の間の距離を規定するのである。そして、溶融した
半田層が硬化すれば、チップ２とヒートシンク３、４と
ヒートシンクブロック５の接合及び電気的接続が完了す
る。

【００２３】次いで、ポリアミド樹脂８を、一対のヒー
トシンク３、４の隙間、並びに、チップ２の周囲部分等
に塗布する工程を実行する。この構成の場合、上側ヒー
トシンク４の孔４ｄ、４ｅの中に、ポリアミド樹脂８塗
布用のディスペンサのノズルを挿入して（差し込ん
で）、このノズルの先端からポリアミド樹脂８を滴下
（または噴霧）することにより、ポリアミド樹脂８の塗
布を実行するように構成されている。

【００２４】そして、ポリアミド樹脂８を塗布した後
は、上側ヒートシンク４の孔４ｄ、４ｅを通して、一対
のヒートシンク３、４の隙間、並びに、チップ２やヒー
トシンクブロック５等の周囲部分等を視認することによ
り、ポリアミド樹脂８がヒートシンク３、４の内側の表
面やチップ２やヒートシンクブロック５等の周囲部分の
表面等に十分に塗布されたか否か、また、均一に塗布さ
れたか否かなどを確認する。

【００２５】続いて、上記したようにポリアミド樹脂８
を塗布した後の構成を、図示しない成形型（例えば上下
型）の中に収容し、一対のヒートシンク３、４の隙間、
並びに、チップ２の周囲部分等に樹脂７を注入する工程
（モールド工程）を実行するように構成されている。こ
れにより、図１に示すように、一対のヒートシンク３、
４の隙間、並びに、チップ２やヒートシンクブロック５
の周囲部分等に、樹脂７が充填封止される。そして、樹
脂７が硬化した後、成形型内から半導体装置１を取り出
せば、半導体装置１が完成する。

【００２６】このような構成の本実施例によれば、一対
のヒートシンク３、４のうちの一方のヒートシンク４の
両端部に脚部４ａ、４ｂを設け、この脚部４ａ、４ｂに
よって一対のヒートシンク３、４の間の距離を規定する
ように構成したので、一対のヒートシンク３、４の間の
距離を正確に規定することができる。しかも、本実施例
の場合、従来構成とは異なり、ギャップ治具が不要であ
ることから、その取り付け及び取り外し作業がなくなる
ため、製造作業性を大幅に向上させることができる。

【００２７】また、上記実施例においては、一対のヒー
トシンク３、４のうちの一方のヒートシンク４に、孔４
ｄ、４ｅを設けたので、作業者は、一対のヒートシンク
３、４の隙間、並びに、チップ２やヒートシンクブロッ
ク５の周囲部分を、上記孔４ｄ、４ｅを通して容易に視
認することができる。これにより、例えば、樹脂７との
密着力を強くするポリアミド樹脂８を一対のヒートシン
ク３、４の隙間に塗布するような場合に、塗布用のディ
スペンサのノズルを上記孔４ｄ、４ｅに差し込んで塗布
することが可能となるから、塗布作業を実行し易くなる
と共に、均一に塗布することができる。また、作業者
は、上記孔４ｄ、４ｅを通して、ポリアミド樹脂８がヒ
ートシンク３、４やチップ２に十分に塗布されたか否か
や、均一に塗布されたか否か等を、視認により容易に確
認することができる。

【００２８】尚、一対のヒートシンク３、４の間の隙間
は、本実施例の場合、例えば約１．５ｍｍ程度であり、
かなり狭いことから、上記孔ｄ、４ｅがない場合には、
ポリアミド樹脂８の塗布作業が困難であると共に、ポリ
アミド樹脂の塗布状態の確認作業がかなり困難である。

【００２９】また、上記実施例においては、上側ヒート
シンク４に２個の孔ｄ、４ｅを設けたが、これに限られ
るものではなく、１個または３個以上の孔を設けても良
く、また、孔の形状も内部を視認し易い形状であれば良
く、また、下側ヒートシンク３側に孔を設けるように構
成しても良い。

【００３０】更に、上記実施例では、ヒートシンク３、
４とチップ２とヒートシンクブロック５とを接合する接
合部材として半田箔９を用いたが、これに代えて、半田
ペーストや、導電性接着剤を用いるように構成しても良
い。

【００３１】更にまた、上記実施例では、上側ヒートシ
ンク４の両端部に各１個の脚部４ａ、４ｂを設けたが、
これに限られるものではなく、上側ヒートシンクの両端
部に各２個以上の脚部を設けるように構成しても良く、
また、下側ヒートシンク側に脚部を設けるように構成し
ても良い。

【００３２】また、上記実施例においては、ヒートシン
ク３、４間にチップ（放熱素子）２を１個挟むように構
成したが、これに限られるものではなく、２個以上のチ
ップ（または２種類以上のチップ）を挟むように構成し
てんも良い。

【００３３】図４及び図５は、本発明の第２の実施例を
示すものである。尚、第１の実施例と同一部分には、同
一符号を付している。この第２の実施例では、脚部１４
ａ〜１４ｄを下側ヒートシンク１４に設けていると共
に、上側ヒートシンク１５の大きさを下側ヒートシンク
１４よりもある程度小さく構成している。

【００３４】具体的には、図４及び図５に示すように、
下側ヒートシンク１４の４つの角部に、４個の脚部１４
ａ〜１４ｄを例えば曲げ加工により上方へ突出するよう
に形成している。この場合、下側ヒートシンク１４の両
端部に各２個の脚部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを
設ける構成となっている。

【００３５】そして、上側ヒートシンク１５の大きさを
下側ヒートシンク１４よりも一回り小さく構成してい
る。これにより、上側ヒートシンク１５の一回り小さく
なった部分から、作業者は、一対のヒートシンク１４、
１５の隙間、並びに、チップ２やヒートシンクブロック
５の周囲部分等を容易に視認することができる構成とな
っている。

【００３６】この構成の場合、上側ヒートシンク１５が
一回り小さくなることは、上側ヒートシンク１５の周囲
部に切欠部が全周にわたって形成されていることと同じ
であり、上側ヒートシンク１５に、第１の実施例の孔に
代えて切欠部を設けた構成となっている。

【００３７】尚、上記第２の実施例においては、下側ヒ
ートシンク１４及び上側ヒートシンク１５には、それぞ
れ端子部１４ｅ及び１５ａが突設されている。そして、
上述した以外の第２の実施例の構成は、第１の実施例と
同じ構成となっている。従って、第２の実施例において
も、第１の実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができ
る。

【００３８】図６及び図７は、本発明の第３の実施例を
示すものである。尚、第１の実施例と同一部分には、同
一符号を付している。この第３の実施例では、上側ヒー
トシンク１６に、第１の実施例の孔に代えて矩形状の切
欠部１６ａ、１６ｂを設けている。そして、上側ヒート
シンク１６の４隅部に、別体の脚部１７〜２０が下方へ
向けて突設されている。

【００３９】各脚部１７〜２０は、円柱状部材からな
り、その根元部（図７中の上端部）には、径小部１７ａ
〜２０ａが設けられている。この構成の場合、各脚部１
７〜２０の径小部１７ａ〜２０ａを、上側ヒートシンク
１６の４隅部に設けられた嵌合孔部に嵌合させて例えば
溶接またはかしめることにより、上側ヒートシンク１６
に脚部１７〜２０を取付固定している。尚、各脚部１７
〜２０の径小部１７ａ〜２０ａと、上側ヒートシンク１
６の４隅部の嵌合孔部にねじ部を形成して、上側ヒート
シンク１６に脚部１７〜２０を螺挿して締め付け固定す
るように構成しても良い。

【００４０】また、上記第３の実施例においては、上側
ヒートシンク１６及び下側ヒートシンク２１には、それ
ぞれ端子部１６ｃ及び２１ａが突設されている。更に、
上側ヒートシンク１６の脚部１７〜２０が下側ヒートシ
ンク２１に接触しないように構成するために、下側ヒー
トシンク２１には、切欠部２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが形
成されている。

【００４１】尚、上述した以外の第３の実施例の構成
は、第１の実施例と同じ構成となっている。従って、第
３の実施例においても、第１の実施例とほぼ同じ作用効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す半導体装置の縦断
側面図

【図２】半導体装置の上面図

【図３】半導体装置の製造工程を示す図

【図４】本発明の第２の実施例を示す図２相当図

【図５】図１相当図

【図６】本発明の第３の実施例を示す図２相当図

【図７】図１相当図

【符号の説明】

１は半導体装置、２は半導体チップ（発熱素子）、３は
下側ヒートシンク（放熱板）、３ａは端子部、４は上側
ヒートシンク（放熱板）、４ａ、４ｂは脚部、４ｃは端
子部、４ｄ、４ｅは孔、５はヒートシンクブロック、６
は半田、７は樹脂、８はポリアミド樹脂、１４は下側ヒ
ートシンク、１４ａ〜１４ｄは脚部、１５は上側ヒート
シンク、１６は上側ヒートシンク、１６ａ、１６ｂは切
欠部、１７、１８、１９、２０は脚部、２１は下側ヒー
トシンクを示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱素子と、この発熱素子の両面から放
   熱するための一対の放熱板とを備えて成る半導体装置に
   おいて、 前記一対の放熱板のうちの一方の放熱板の両端部に脚部
   を設け、この脚部によって前記一対の放熱板の間の距離
   を規定するように構成したことを特徴とする半導体装
   置。
2. 【請求項２】 前記一対の放熱板のうちの少なくとも一
   方の放熱板に、孔または切欠部を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置。
3. 【請求項３】 発熱素子と、この発熱素子の両面から放
   熱するための一対の放熱板とを備えて成る半導体装置に
   おいて、 前記一対の放熱板のうちの少なくとも一方の放熱板に、
   孔または切欠部を設けたことを特徴とする半導体装置。