JP2004273837A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子に発生した熱を放散する能力が高い半導体装置の提供。
【解決手段】複数の半導体素子５ａ〜５ｆと、半導体素子５ａ〜５ｆから発生する熱を伝導し拡散するヒートスプレッダ６ａ，６ｂと、半導体素子５ａ〜５ｆ間又は半導体素子５ａ〜５ｆと外部とを接続する為の回路部４ａ〜４ｉとが基板１上に配設された半導体装置。ヒートスプレッダ６ａ，６ｂは、複数の半導体素子５ａ〜５ｃ，５ｄ〜５ｆに接し、回路部４ａ〜４ｉの一部として作用するように構成してある。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の半導体素子と、半導体素子から発生する熱を伝導し拡散するヒートスプレッダと、半導体素子間又は半導体素子と外部とを接続する為の回路部とが基板上に配設された半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の半導体装置の構成例を示す平面図（ｂ）及び断面図（ａ）である。この半導体装置は、例えば、電動パワーステアリング装置に使用されるブラシレスＤＣモータの駆動回路に適用されるものであり、３相ブリッジ回路を構成している。方形のアルミ（ニウム）基板２の表面が絶縁層３により被覆され、絶縁層３の表面に、アルミ基板２の一方の辺に沿って、３相共通の＋極である回路部１４ｂ（導体部）が設けられ、回路部１４ｂと同形状の３相共通の−極である回路部１４ａが，回路部１４ｂに沿って設けられている。
また、絶縁層３の表面に、アルミ基板２の他方の辺に沿って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの回路部１４ｇ，１４ｈ，１４ｉが並設されている。
【０００３】
アルミ基板２、絶縁層３及び回路部１４ａ，１４ｂ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉは、基板１１を構成している。
３相共通の＋極である回路部１４ｂには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の半導体素子１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ（例えばＭＯＳＦＥＴ等）が、それぞれのヒートスプレッダ１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ（熱伝導・拡散板）を回路部１４ｂとで挟むように設けられている。
回路部１４ｇ，１４ｈ，１４ｉには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の半導体素子１５ａ，１５ｂ，１５ｃが、それぞれのヒートスプレッダ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを回路部１４ｇ，１４ｈ，１４ｉとでそれぞれ挟むように設けられている。
【０００４】
Ｕ相の半導体素子１５ｄは、３本のアルミワイヤによりＵ相の回路部１４ｇに接続され、回路部１４ｇに接続されたＵ相の半導体素子１５ａは、３本のアルミワイヤにより回路部１４ａに接続されている。
Ｖ相の半導体素子１５ｅは、３本のアルミワイヤによりＶ相の回路部１４ｈに接続され、回路部１４ｈに接続されたＶ相の半導体素子１５ｂは、３本のアルミワイヤにより回路部１４ａに接続されている。
Ｗ相の半導体素子１５ｆは、３本のアルミワイヤによりＷ相の回路部１４ｉに接続され、回路部１４ｉに接続されたＷ相の半導体素子１５ｃは、３本のアルミワイヤにより回路部１４ａに接続されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２１０７６３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電動パワーステアリング装置では、ハンドルの端当て時（左右の回転限界で停止したとき）、タイヤの縁石乗り上げ時、及びタイヤの溝への嵌まり込み時には、ラック軸の動きが外力（ストッパー、タイヤからの）により固定される。このとき、モータは、回転せず出力トルクが維持された状態になっており、モータに流れる電流は、ラック軸の動きが外力により固定された瞬間の値を維持し続けることになる。
【０００７】
電動パワーステアリング装置のモータの駆動方式として、ブラシレスＤＣモータを用いている場合、電流の実効値をＡ［Ａ］とすると、瞬時電流Ｂ［Ａ］は、Ｂ＝（√２）Ａｓｉｎｔとなる。また、最大電流Ｃ［Ａ］は、Ｃ＝√２Ａであり、このとき、損失は、定常時に比べて、（（（√２）Ａ）／Ａ）^２ ＝２（倍）となる。
つまり、ハンドルを切る力をかけた状態で外力によりラック軸が固定されると、上述したようなモータの駆動回路には、定常時に比べて急激に発熱が起きることになる。
この為、急激に半導体素子の温度が上昇するという問題があり、モータの駆動回路が上述したような構成の半導体装置である場合、半導体素子に発生した熱を放散し切れず、半導体素子が破損する虞がある。
【０００８】
特許文献１には、複数のヒートスプレッダが、対応する複数の半導体部品にそれぞれ接触していると共に、隣り合うヒートスプレッダ同士が接続して列をなし、かつ、列の両端部に配置されるヒートスプレッダが回路基板に固定されている半導体モジュールが開示されている。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、半導体素子に発生した熱を放散する能力が高い半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る半導体装置は、複数の半導体素子と、該半導体素子から発生する熱を伝導し拡散するヒートスプレッダと、前記半導体素子間又は該半導体素子と外部とを接続する為の回路部とが基板上に配設された半導体装置において、
前記ヒートスプレッダは、複数の半導体素子に接し、前記回路部の一部として作用すべく構成してあることを特徴とする。
【００１０】
この半導体装置では、複数の半導体素子と、これらの半導体素子から発生する熱を伝導し拡散するヒートスプレッダと、これらの半導体素子間又は半導体素子と外部とを接続する為の回路部とが基板上に配設されている。ヒートスプレッダは、複数の半導体素子に接し、回路部の一部として作用するように構成してある。
これにより、半導体素子に発生した熱を放散する能力が高く、半導体素子の温度による劣化が均一化し、長寿命の半導体装置を実現することが出来る。
【００１１】
第２発明に係る半導体装置は、前記回路部は、複数備えており、熱を放散すべく前記半導体素子毎に互いに離隔して設けてあり、前記ヒートスプレッダは、前記回路部及び半導体素子間で両者に接するように延設されていることを特徴とする。
【００１２】
この半導体装置では、回路部は、複数備えており、熱を放散するように半導体素子毎に互いに離隔して設けてあり、ヒートスプレッダは、回路部及び半導体素子間で両者に接するように延設されているので、半導体素子に発生した熱を放散する能力が高く、半導体素子の温度による劣化が均一化し、長寿命の半導体装置を実現することが出来る。
【００１３】
第３発明に係る半導体装置は、前記ヒートスプレッダは、前記複数の半導体素子を渡る部分が、弾性変形可能なように形成されていることを特徴とする。
【００１４】
この半導体装置では、ヒートスプレッダは、複数の半導体素子を渡る部分が、弾性変形可能なように形成されているので、半導体素子に発生した熱を放散する能力が高く、半導体素子の温度による劣化が均一化し、長寿命であると共に、熱変形に強い半導体装置を実現することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態を示す図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る半導体装置の実施の形態の構成を示す平面図（ｂ）及び断面図（ａ）である。この半導体装置は、例えば、電動パワーステアリング装置に使用されるブラシレスＤＣモータの駆動回路に適用されるものであり、３相ブリッジ回路を構成している。方形のアルミ基板２の表面が絶縁層３により被覆されている。
【００１６】
絶縁層３の表面には、アルミ基板２の一方の辺に沿って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの＋極である回路部４ｄ，４ｅ，４ｆが、熱を良く放散するように互いに離隔して並設され、回路部４ｄ，４ｅ，４ｆと同形状のＵ，Ｖ，Ｗ相それぞれの−極である回路部４ａ，４ｂ，４ｃが，回路部４ｄ，４ｅ，４ｆに沿って同様に並設されている。
また、絶縁層３の表面には、アルミ基板２の他方の辺に沿って、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの回路部４ｇ，４ｈ，４ｉが並設されている。
アルミ基板２、絶縁層３及び回路部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉは、基板１を構成している。
【００１７】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの共通の＋極である回路部４ｄ，４ｅ，４ｆには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの半導体素子５ｄ，５ｅ，５ｆ（例えばＭＯＳＦＥＴ等）が、共通のヒートスプレッダ６ｂ（熱伝導・拡散板）を回路部４ｄ，４ｅ，４ｆとでそれぞれ挟むように設けられている。つまり、ヒートスプレッダ６ｂは、回路部４ｄ，４ｅ，４ｆ及び半導体素子５ｄ，５ｅ，５ｆを共通接続する。
【００１８】
Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの共通の−極である回路部４ａ，４ｂ，４ｃには、Ｕ，Ｖ，Ｗ相それぞれの半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃが、共通のヒートスプレッダ６ａ（熱伝導・拡散板）を回路部４ａ，４ｂ，４ｃとでそれぞれ挟むように設けられている。つまり、ヒートスプレッダ６ａは、回路部４ａ，４ｂ，４ｃ及び半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃを共通接続する。
半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃには、ソース面を半田付け、ドレイン面をワイヤボンディング出来る構造のＮチャネル形ＭＯＳＦＥＴ、又はＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴを用いて、共通の−極である回路部４ａ，４ｂ，４ｃ上に配置可能としている。
【００１９】
Ｕ相の半導体素子５ｄは、３本のアルミワイヤによりＵ相の回路部４ｇに接続され、回路部４ａに接続されたＵ相の半導体素子５ａは、３本のアルミワイヤにより回路部４ｇに接続されている。
Ｖ相の半導体素子５ｅは、３本のアルミワイヤによりＶ相の回路部４ｈに接続され、回路部４ｂに接続されたＶ相の半導体素子５ｂは、３本のアルミワイヤにより回路部４ｈに接続されている。
Ｗ相の半導体素子５ｆは、３本のアルミワイヤによりＷ相の回路部４ｉに接続され、回路部４ｃに接続されたＷ相の半導体素子５ｃは、３本のアルミワイヤにより回路部４ｉに接続されている。
【００２０】
このような構成の半導体装置では、半導体素子５ｄ，５ｅ，５ｆの何れか、及びそれに接続する回路部４ｄ，４ｅ，４ｆの何れかに、大電流が流れ大量の熱が発生しても、ヒートスプレッダ６ｂにより熱を拡散させることが出来、大電流が流れる半導体素子が熱の為に破損することがない。また、ヒートスプレッダ６ｂが、半導体素子５ｄ，５ｅ，５ｆ及び回路部４ｄ，４ｅ，４ｆを共通接続し、回路部４ｄ，４ｅ，４ｆを、互いに離隔してあるので、表面積が大きくなり、熱を効率的に拡散し放散することが出来る。
【００２１】
同様に、半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃの何れか、及びそれに接続する回路部４ａ，４ｂ，４ｃの何れかに、大電流が流れ大量の熱が発生しても、ヒートスプレッダ６ａにより熱を拡散させることが出来、大電流が流れる半導体素子が熱の為に破損することがない。また、ヒートスプレッダ６ａが、半導体素子５ａ，５ｂ，５ｃ及び回路部４ａ，４ｂ，４ｃを共通接続し、回路部４ａ，４ｂ，４ｃを、互いに離隔してあるので、表面積が大きくなり、熱を効率的に拡散し放散することが出来る。
【００２２】
また、図２に示すように、ヒートスプレッダ６ａ，６ｂの複数の半導体素子を渡る部分７の断面形状を、弾性変形可能なように波形、三角形又は方形等に形成しておくと、熱膨張及び収縮による変形をその部分で吸収することが出来、熱膨張及び収縮による破損が生じない。更に、波形、三角形又は方形等に形成した部分により表面積も増加して、熱をより効率的に拡散し放散することが出来る。
また、基板１により厚いものを使用することにより、基板１の熱容量を大きくすることが出来、半導体素子に発生した熱を効率的に拡散することが出来ると共に、熱による基板１及び半導体素子の温度上昇を抑制することが出来る。
【００２３】
【発明の効果】
第１，２発明に係る半導体装置によれば、半導体素子に発生した熱を拡散し放散する能力が高く、半導体素子の温度による劣化が均一化し、長寿命の半導体装置を実現することが出来る。また、（金属）基板を小さくすることが出来、小型化及び部品コストの低減を図ることが出来る半導体装置を実現することが出来る。また、比較的高抵抗である安価な半導体素子を使用することが出来、安価な半導体装置を実現することが出来る。
【００２４】
第３発明に係る半導体装置によれば、半導体素子に発生した熱を拡散し放散する能力が高く、半導体素子の温度による劣化が均一化し、長寿命であると共に、熱変形に強い半導体装置を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の実施の形態の構成を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図３】従来の半導体装置の構成例を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ アルミ基板
３ 絶縁層
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ，４ｉ 回路部
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ 半導体素子
６ａ，６ｂ ヒートスプレッダ（熱伝導・拡散板）
７ 半導体素子を渡る部分

Claims (3)

1. 複数の半導体素子と、該半導体素子から発生する熱を伝導し拡散するヒートスプレッダと、前記半導体素子間又は該半導体素子と外部とを接続する為の回路部とが基板上に配設された半導体装置において、
   前記ヒートスプレッダは、複数の半導体素子に接し、前記回路部の一部として作用すべく構成してあることを特徴とする半導体装置。
2. 前記回路部は、複数備えており、熱を放散すべく前記半導体素子毎に互いに離隔して設けてあり、前記ヒートスプレッダは、前記回路部及び半導体素子間で両者に接するように延設されている請求項１記載の半導体装置。
3. 前記ヒートスプレッダは、前記複数の半導体素子を渡る部分が、弾性変形可能なように形成されている請求項１又は２記載の半導体装置。

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