JP2004228132A

JP2004228132A - 半導体装置

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Publication number: JP2004228132A
Application number: JP2003010958A
Authority: JP
Inventors: Koji Numazaki; 浩二沼崎; Toshihiro Nagatani; 利博永谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】樹脂封止型半導体装置において、半導体素子の放熱特性を適切に向上できるようにする。
【解決手段】半導体素子としてのＩＣチップ１０と、ＩＣチップ１０にボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続されたリード３０とを備え、ＩＣチップ１０とリード３０とが樹脂４０によりモールドされてなる半導体装置Ｓ１において、リード３０はＩＣチップ１０に向かって延在しており、延在されたリード３０とＩＣチップ１０との間には、電気絶縁性を有し且つモールドに用いている樹脂４０よりも熱伝導性に優れた介在部材としてのアルミナ基板５０が介在設定されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一つの半導体素子と、該半導体素子にボンディングワイヤを介して電気的に接続されたリードとを備え、これら半導体素子とリードとが樹脂によりモールドされてなる半導体装置、いわゆる樹脂封止型半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のこの種の一般的な樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。
【０００３】
この半導体装置９００では、リード３０の素子搭載部３０ａ上に搭載された半導体素子１０とリード３０とがボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続され、これら半導体素子１０、リード３０および両者の接続部が樹脂４０によりモールドされ、気密に封止されている。
【０００４】
また、図６は、もう一つの一般的な樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。この半導体装置９０１では、半導体素子１０を放熱板１００の上に搭載していることが上記図５のものと相違する。ここで、放熱板１００はリード３０とかしめられ、かしめ部１１０にて一体に固定されている。
【０００５】
これら半導体装置９００、９０１は、樹脂４０から露出したリード３０の部分すなわちアウターリードにて、プリント基板２００等に搭載される。
【０００６】
そして、図５に示す半導体装置９００においては、半導体素子１０が発熱した場合、熱は半導体素子１０から素子搭載部３０ａへ伝わり、樹脂４０を介してリード３０から外部のプリント基板２００等へ放熱されるのが一般的である。
【０００７】
また、図６に示す半導体装置９０１においては、半導体素子１０が発熱した場合、熱は半導体素子１０から放熱板１００を介して外部のプリント基板２００等へ放熱されるのが一般的である。
【０００８】
しかしながら、上記図５に示す半導体装置９００では、樹脂４０の熱伝達性が非常に小さく、また、素子搭載部３０ａとリード３０の間隔ｔ（例えば０．２ｍｍ程度）は一般的にリードの厚さで制限されて距離を狭めることもできないことから、放熱特性が悪いという問題があった。
【０００９】
また、上記図６に示すような放熱板１００を内蔵した半導体装置９０１では、製造上の制約、例えば樹脂成型における成形型内へのワークの配置等の制約から、放熱板１００をリード３０とかしめまたは溶接等で一体化する必要がある。そのため、コストアップが生じるという問題があった。
【００１０】
また、上記樹脂封止型半導体装置に対して、リードを樹脂内の半導体素子に向けて延在するとともに半導体素子と非接触状態として、この延在したリードを半導体素子の放熱部として構成した樹脂封止型半導体装置が提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
このものによれば、放熱板が不要となり、半導体素子の近傍まで延在され非接触状態にあるリードを介して、半導体素子の放熱が行われる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平３−２８０５６０号公報（第２頁、第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の樹脂封止型半導体装置では、上記延在されたリードと半導体素子とが非接触であり、両者の間の放熱経路には樹脂が介在している。
【００１４】
そのため、上記図５のものに比べて、リードと半導体素子との間の樹脂の厚さは小さくできるものの、半導体素子の放熱特性の更なる向上を図るためには、不十分である。
【００１５】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、樹脂封止型半導体装置において、半導体素子の放熱特性を適切に向上できるようにすることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも一つの半導体素子（１０）と、半導体素子にボンディングワイヤ（２０）を介して電気的に接続されたリード（３０）とを備え、半導体素子とリードとが樹脂（４０）によりモールドされてなる半導体装置において、リードは半導体素子に向かって延在しており、延在されたリードと半導体素子との間には、電気絶縁性を有し且つモールドに用いている樹脂よりも熱伝導性に優れた介在部材（５０）が介在設定されていることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、半導体素子に向かって延在されたリードと半導体素子との間の放熱経路は、モールドしている樹脂ではなく、該樹脂よりも熱伝導性に優れた介在部材を介するものにできる。また、介在部材は電気絶縁性であるためリードと半導体素子との電気的な絶縁は問題ない。
【００１８】
よって、本発明によれば、樹脂封止型半導体装置において、半導体素子の放熱特性を適切に向上させることができる。
【００１９】
ここで、介在部材としては、請求項２に記載の発明のように、アルミナ基板（５０）を採用することができる。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明では、延在されたリード（３０）は複数個備えられており、介在部材のうち半導体素子に対応する位置に、複数個の延在されたリードが集中して設けられていることを特徴とする。
【００２１】
それによれば、発熱の大きい半導体素子の近傍にリードを集中させることができ、より効率的な放熱が可能となる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において同一部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置Ｓ１の構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、（ａ）中の半導体装置Ｓ１の上視平面図、下視平面図である。
【００２５】
図１に示す半導体装置Ｓ１は、一つの半導体素子１０と、半導体素子１０にボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続されたリード３０とを備え、半導体素子１０とリード２０とがエポキシ系樹脂等からなる樹脂４０によりモールドされてなる。
【００２６】
半導体素子１０は、シリコン基板等の半導体基板に回路素子を形成してなり、本例ではＩＣチップ１０である。この半導体素子１０は、パワーＭＯＳトランジスタ等を有するパワー素子等にすることができ、作動時に発熱する発熱素子として構成することができる。
【００２７】
リード３０はＣｕ等の導電性金属からなり、樹脂４０の外部から樹脂４０の内部のＩＣチップ（半導体素子）１０に向かって延設されている。そして、ＩＣチップ１０の一面とリード３０とは、樹脂４０の内部にて金やアルミ等のボンディングワイヤ２０により結線されている。
【００２８】
また、樹脂４０の内部にてＩＣチップ１０に向かって延びるリード３０の先端部は、ＩＣチップ１０の他面側にてＩＣチップ１０と重なる位置まで延び、その位置に存在している。なお、このようなリード３０は通常のリードフレームの加工方法に準じて形成することができる。
【００２９】
ここで、本実施形態では、延在されたリード３０とＩＣチップ１０との間には、アルミナ基板５０が介在設定されている。このアルミナ基板５０は、電気絶縁性を有し且つ樹脂４０よりも熱伝導性に優れた介在部材として構成される。アルミナ基板５０の厚さは、限定するものではないが、例えば０．６ｍｍ程度にできる。
【００３０】
そして、このアルミナ基板５０の一面側に対して、ＩＣチップ１０の他面側が熱伝導性の良い導電性接着剤等にて接着固定されている。また、アルミナ基板５０の他面側とリード３０とは接着等にて固定されている。
【００３１】
このような半導体装置Ｓ１は、アルミナ基板５０の一面上にＩＣチップ１０を接着し、アルミナ基板５０の他面側をリード３０に固定した後、ワイヤボンディングを行ってＩＣチップ１０の一面とリード３０とをワイヤ２０で結線し、その後、これを樹脂４０にてモールド成型することにより、製造することができる。
【００３２】
その後、できあがった半導体装置Ｓ１は、図１（ａ）に示すように、樹脂４０から露出したリード３０の部分すなわちアウターリードにて、はんだ付け等によってプリント基板２００等に搭載される。
【００３３】
ところで、本実施形態によれば、半導体素子１０およびリード３０を備え、半導体素子１０の一面とリード３０とがボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続され、半導体素子１０とリード３０とが樹脂４０によりモールドされてなる半導体装置において、リード３０は樹脂４０内の半導体素子１０の他面側に向かって延在しており、延在されたリード３０と半導体素子１０の他面との間には、介在部材５０が介在設定されていることを特徴とする半導体装置Ｓ１が提供される。
【００３４】
それによれば、半導体素子としてのＩＣチップ１０に向かって延在されたリード３０とＩＣチップ１０との間の放熱経路は、樹脂４０ではなく、樹脂４０よりも熱伝導性に優れた介在部材としてのアルミナ基板５０を介するものにできる。また、アルミナ基板５０は電気絶縁性であるためリード３０とＩＣチップ１０との電気的な絶縁は問題ない。
【００３５】
つまり、半導体装置Ｓ１の作動時等においては、ＩＣチップ１０は発熱するが、その熱は、アルミナ基板５０から樹脂４０内部のリード３０の部分を介して、樹脂４０外部のリード３０の部分へ放熱され、大気中やプリント基板２００へ逃される。
【００３６】
例えば、上記図５（ａ）中に示す従来の樹脂封止型半導体装置９００における素子搭載部３０ａとリード３０の間隔ｔは０．２ｍｍ程度である。つまり、この従来のものでは、半導体素子１０からリード３０への熱伝達は、この０．２ｍｍの厚さの樹脂４０を介する。一方、本実施形態では、半導体素子１０からリード３０への熱伝達は、例えば厚さ０．６ｍｍのアルミナ基板５０を介する。
【００３７】
ここで、リード３０を構成する銅、樹脂４０を構成するエポキシ樹脂、アルミナ基板５０の熱伝導率は、それぞれ、０．４０３、０．００１、０．０３Ｗ／ｍｍ・Ｋ（ワット／ミリメートル・ケルビン）である。
【００３８】
このような構成材料において、半導体素子１０からリード３０への熱伝達性を、介在する材料の熱伝導率を厚さで除した値で見てみると、図５に示す従来のものでは０．００１／０．２＝０．００５Ｗ／Ｋであり、本実施形態では０．０３／０．６＝０．０５Ｗ／Ｋであり、本実施形態は従来の１０倍程度の熱伝達性を実現できる。なお、このことから、本実施形態と上記特許文献１との比較において、本実施形態が優位であることは明確である。
【００３９】
よって、本実施形態によれば、樹脂封止型半導体装置Ｓ１において、半導体素子１０の放熱特性を適切に向上させることができる。また、本実施形態では、ＩＣチップ１０の直下にアルミナ基板５０を設けることにより、このアルミナ基板５０がヒートシンクとしての効果を発揮し、過度の発熱を瞬時に吸収する働きも期待できる。
【００４０】
なお、本実施形態において、ＩＣチップ１０は複数個あっても良い。その場合には、個々のＩＣチップ１０をアルミナ基板５０の一面上に搭載し、各ＩＣチップ１０の直下におけるアルミナ基板５０の他面側にリード３０を延在させればよい。
【００４１】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置Ｓ２の構成図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＢ−Ｂ線に沿った概略断面図である。なお、図２（ａ）では、アルミナ基板５０上のＩＣチップ１０、１０’のボンディングワイヤは省略してある。
【００４２】
本実施形態では、アルミナ基板５０に図示しない配線パターンを形成し、このアルミナ基板５０上に、複数のＩＣチップ１０、１０’や抵抗１２またはコンデンサ等の素子を搭載した例を示すものである。
【００４３】
アルミナ基板５０の配線パターンは、通常のセラミック配線基板で形成されるものと同様のものにすることができ、抵抗１２は例えば印刷抵抗体として形成できる。また、図示しないコンデンサ、ダイオード、トランジスタ等がアルミナ基板５０に形成され、上記配線パターンによって電気回路を構成している。
【００４４】
そして、図２（ｂ）に示すように、ＩＣチップ１０、１０’は、アルミナ基板５０の配線パターンとボンディングワイヤ２０にて電気的に接続され、さらにアルミナ基板５０の配線パターンとリード３０とは、ボンディング２０にて電気的に接続されている。つまり、本実施形態においても、半導体素子１０、１０’とリード３０とはボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続されている。
【００４５】
これらのアルミナ基板５０に実装された各素子の中でも、比較的発熱の大きい素子と小さい素子とがある場合、本実施形態では、発熱の大きい素子の熱を効率よくアルミナ基板５０からリード３０を介して外部へ放熱することにより、発熱の大きい素子の温度を低減できる。また、比較的発熱の小さい素子への影響を小さくできる。
【００４６】
図２では、比較的発熱の大きいＩＣチップ１０（つまり図中、抵抗１２に近い方のＩＣチップ）および抵抗１２の直下までリード３０を延在させ、アルミナ基板５０と接触させている。また、アルミナ基板５０は、リード３０の素子搭載部３０ａによっても支持されている。
【００４７】
このように、本実施形態の半導体装置Ｓ１によっても、上記第１実施形態と同様に、ＩＣチップ１０に向かって延在されたリード３０とＩＣチップ１０との間の放熱経路は、樹脂４０ではなく、樹脂４０よりも熱伝導性に優れた介在部材としてのアルミナ基板５０を介するものにできる。また、アルミナ基板５０は電気絶縁性であるためリード３０とＩＣチップ１０との電気的な絶縁は問題ない。
【００４８】
よって、本実施形態によっても、樹脂封止型半導体装置Ｓ２において、半導体素子１０の放熱特性を適切に向上させることができる。また、本実施形態では、抵抗１２の放熱についてもＩＣチップ１０と同様の効果が発揮される。また、本実施形態においても、アルミナ基板５０のヒートシンクとしての効果が期待できる。
【００４９】
なお、本実施形態において、リード３０の素子搭載部３０ａが無いものであっても良い。つまり、アルミナ基板５０の下にリード３０のみが接している形態であっても良い。その場合、もう一つのＩＣチップ１０’（つまり、図中、抵抗１２から遠い方のＩＣチップ）にもリード３０による放熱効果を期待できる。
【００５０】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置Ｓ３の構成図であり、上記図２（ｃ）に対応した概略断面を示す図である。
【００５１】
本実施形態は、上記図２の半導体装置を変形したものであり、図３に示すように、ＩＣチップ１０に向かって延在された複数個のリード３０を、介在部材であるアルミナ基板５０のうちＩＣチップ１０に対応する位置に、局所的に集中して設けたものである。
【００５２】
つまり、上記図２のものに比べて、より多くのリード３０を発熱素子であるＩＣチップ１０や抵抗１２の直下に集めたものである。具体的には、図３に示すように、延在するリード３０の形状を、ＩＣチップ１０や抵抗の直下に向かって回り込むような曲げ形状に加工することで実現されている。図３には、そのリード３０の曲げ部３０ｂが示されている。
【００５３】
このようにすることにより、発熱の大きい半導体素子であるＩＣチップ１０、さらには発熱の大きい抵抗１２の近傍にリード３０を集中させることができ、より効率的な放熱が可能となる。
【００５４】
（第４実施形態）
図４は本発明の第４実施形態に係る樹脂封止型半導体装置Ｓ４の構成図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＤ−Ｄ線に沿った概略断面図である。なお、図４（ａ）では、アルミナ基板５０上のＩＣチップ１０のボンディングワイヤは省略してある。
【００５５】
本実施形態では、リード３０が樹脂４０の四方から突出しているＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）構造の例を示すものである。このＱＦＰ構造の半導体装置Ｓ４の場合も、上記各実施形態と同様の作用効果を奏するものにできる。つまり、本発明は、リード３０の形態に制約されることなく適用することができる。
【００５６】
（他の実施形態）
なお、延在されたリード３０とＩＣチップ１０との間に介在設定される介在部材としては、上記アルミナ基板５０以外にも、電気絶縁性を有し且つ樹脂４０よりも熱伝導性に優れたものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、（ａ）中の半導体装置の上視平面図、下視平面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ概略断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の構成図であり、上記図２（ｃ）に対応した概略断面を示す図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ概略断面図、（ｃ）は（ｂ）中のＤ−Ｄ概略断面図である。
【図５】従来の一般的な樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。
【図６】もう一つの一般的な樹脂封止型半導体装置の構成図であり、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）の上視平面図である。
【符号の説明】
１０…半導体素子としてのＩＣチップ、２０…ボンディングワイヤ、
３０…リード、４０…樹脂、５０…介在部材としてのアルミナ基板。

Claims

少なくとも一つの半導体素子（１０）と、前記半導体素子にボンディングワイヤ（２０）を介して電気的に接続されたリード（３０）とを備え、前記半導体素子と前記リードとが樹脂（４０）によりモールドされてなる半導体装置において、
前記リードは前記半導体素子に向かって延在しており、
前記延在されたリードと前記半導体素子との間には、電気絶縁性を有し且つ前記樹脂よりも熱伝導性に優れた介在部材（５０）が介在設定されていることを特徴とする半導体装置。
前記介在部材は、アルミナ基板（５０）であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記延在されたリード（３０）は複数個備えられており、
前記介在部材のうち前記半導体素子に対応する位置に、前記複数個の延在されたリードが集中して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。