JP2004363309A - 放熱性に優れた半導体部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、放熱性に優れた半導体部品を提供するものである。特に、絶縁シートを使用することなく、半導体装置を小型化、軽量化し、更に、部品点数や組立工数を減らす半導部品を提供するものである。
【解決手段】半導体素子をリードフレームに半田等により接合し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、半導体パッケージの表面上や半導体パッケージに接続されたヒートシンクの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜又はアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。また、リードフレームに溝を設けて放熱効果を高めることもできる。
【選択図】図２
【解決手段】半導体素子をリードフレームに半田等により接合し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、半導体パッケージの表面上や半導体パッケージに接続されたヒートシンクの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜又はアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。また、リードフレームに溝を設けて放熱効果を高めることもできる。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱性に優れた半導体部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ほとんどの電子機器にダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の半導体部品が使用されている。これらの半導体部品は発熱が大きいので高温度になり、機器の信頼性に悪影響を与えるようになる。電子機器の信頼性を確保するために、半導体部品から発生する熱を発散させる工夫がなされている。これらは、通常、ヒートシンクを備え、半導体部品で発生する熱を外部に放出している。
【０００３】
非絶縁性の半導体パッケージにヒートシンクを取り付ける際には、絶縁シートが必要な場合があるが、この絶縁シートが半導体パッケージの放熱をさらに悪化させているという問題がある。絶縁シートを使用したヒートシンク付き半導体部品の放熱の効率を高めるには、ヒートシンクのサイズを大きくする必要がある。これは、半導体部品自体の大型化を促し、重量も重くなる。更に、非絶縁性の半導体パッケージを、絶縁シートを介してヒートシンクを取り付けるため、部品点数が増し、組立工数も増大するという問題もある。
【０００４】
一方では、電子機器の小型化が求められている。機器の小型化が進めば進むほど、半導体部品の放熱の問題は大きくクローズアップしてくる。即ち、機器が小型になれば、熱の放熱が一層困難になり、また、ヒートシンクの機器に占める割合が過大になり、機器の小型化に逆行することになる。
【０００５】
このような状況において、放熱性の高い半導体パッケージが色々工夫されている。特開平１１−３１０４６６号公報（特許文献１参照）に、半導体部品の基体にセラミック製基体を使用し、該セラミック製基体が高熱伝導性窒化珪素構造部材からなる半導体パッケージが記載されている。他に、セラミック製の基体を使用する半導体パッケージとして、窒化アルミニウム製の基体からなる半導体パッケージが、特開平５−２４３４１７号公報（特許文献２参照）、特開平６−１６３７３９号公報（特許文献３参照）に記載されている。特開平５−５５４１３号公報（特許文献４参照）には、半導体部品を封止する樹脂に電気絶縁性のセラミック粒子を熱伝性充填剤として分散、含有させた半導体パッケージが記載されている。また、特開平５−１６０２８９号公報（特許文献５参照）には、サーマルスルーホールに高熱伝導性・耐湿性の物質を充填せしめ、半導体部品が発生する熱を、該サーマルスルーホールに充填した高熱伝導性・耐湿性の物質及びスぺーサを経由して、金属ケースに伝達させ、金属ケースから放熱する半導体部品の実装構造が記載されている。
【０００６】
半導体パッケージに、セラミック製基体を使用することは、高コストになり問題である。封止用樹脂にセラミック粒子を分散させる方法も、セラミックの粒子化、樹脂への分散工程が必要になり、同様にコスト高になるという問題がある。また、サーマルスルーホールに高熱伝導性・耐湿性の物質を充填せしめる方法は、該物質として具体的には、シリカ入りエポキシ樹脂、シリコーン等の接着性ある合成樹脂、又は半田等が使用されるが、大きな放熱効果が期待できないという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３１０４６６号公報
【特許文献２】
特開平５−２４３４１７号公報
【特許文献３】
特開平６−１６３７３９号公報
【特許文献４】
特開平５−５５４１３号公報
【特許文献５】
特開平５−１６０２８９号公報
【特許文献６】
特開平１−２２３１９１号公報
【特許文献７】
特開昭６３−２０７８６８号公報
【特許文献８】
特開平３−４７８８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大した手間を掛けず、低コストで、放熱効果の大きい半導体部品を提供しようとするものである。本発明者等は、ある種のコーティング材で皮膜を形成することにより、半導体部品の放熱効果が向上することを見出し、本発明を完成させたのである。ここで放熱性というのは、半導体部品に蓄積した熱を半導体部品外に放出し、該半導体部品の温度上昇を抑えることをいう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、前記半導体パッケージの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記ヒートシンクの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、該半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージ及び前記ヒートシンクの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。
【００１０】
そして、珪酸のアルカリ金属塩は、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム及び珪酸リチウムから選択される少なくとも１種を含有することができる。
【００１１】
また、本発明は、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、前記半導体パッケージの表面上に、アルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記ヒートシンクの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、該半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージ及び前記ヒートシンクの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。
【００１２】
更にチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合せしめることができる。
【００１３】
金属酸化物は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種を含有することができる。また、カオリンを含有することもできる。更に、金属酸化物は、更に、酸化チタン、酸化錫、酸化銅、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモン、酸化硼素、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等の金属酸化物の少なくとも１種を含有することができる。
【００１４】
金属酸化物は、重量で前記アルコキシシラン又は珪酸のアルカリ金属塩１に対して０．５〜７０添加することができ、カオリンは、重量で前記アルコキシシラン又は珪酸のアルカリ金属塩１に対して０．１〜２０添加することができる。
【００１５】
半導体パッケージ及び／又はヒートシンクに溝を設けたることができる。
【００１６】
半導体パッケージやヒートシンクに設ける皮膜の膜厚は、１０μｍ〜１００μｍ が好ましい。
【００１７】
ここで半導体パッケージというのは、例えば、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の発熱を伴う半導体素子を内蔵するものである。半導体部品には、銅等の材料からなるリードフレームが半田、銀ペースト等で接合されている。半導体自身は、樹脂で封止される。
【００１８】
本発明における皮膜は、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物等との混合物から形成せしめたもの又はアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等との混合物から形成せしめたものである。金属酸化物としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種を含有することが好ましい。更に、カオリンを含有することもできる。他に、酸化チタン、酸化錫、酸化銅、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモン、酸化硼素、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等の金属酸化物の少なくとも１種を含有することができる。金属酸化物以外に、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化錫、窒化ストロンチウム、窒化チタン、窒化バリウムや窒化珪素等の窒化物を含有することができる。
【００１９】
アルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等との混合物から形成せしめた皮膜は、基本的には、アルコキシシランの加水分解・縮合により形成されるものである。即ち、アルコキシシランが加水分解をしてコロイダルシリカの表面に存在するシラン基とも結合しながら、皮膜を形成する。アルコキシシランの加水分解によって皮膜を形成することは、例えば、特開平１−２２３１９１号公報（特許文献６参照）、特開昭６３−２０７８６８号公報（特許文献７参照）、特開平３−４７８８３号公報（特許文献８参照）等に記載されている。
【００２０】
前記特開平１−２２３１９１号公報、特開昭６３−２０７８６８号公報、特開平３−４７８８３号公報等には、遠赤外線放射性に優れたコーティング組成物が記載されている。しかしながら、前記コーティング組成物は、ヒータや加熱器等において、加熱効果を高めることを目的にしており、本発明は、温度の高い物体から熱を放出し、温度上昇を抑えようとするもので、その目的及び効果の点で、前記特許文献記載の発明とは異なるものである。
【００２１】
アルコキシシランは水が存在すると加水分解・縮合が起こるので、使用直前までは水の存在しない状態に保つのがよい。即ち、水溶性溶媒の溶液として保存しておくのである。使用時に、アルコキシシランの水溶性溶媒溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等とを混合し、対象物体に塗布し皮膜を形成せしめる。コロイダルシリカの水分散液に存在する水の作用を受けて、アルコキシシランが加水分解・縮合し皮膜を形成する。
【００２２】
また、チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合させることができる。チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、単体として使用してもよいし、溶液として使用することもできる。溶液として使用する場合には、チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドの有機溶媒の溶液状態で使用してもよいし、アルコキシシランの溶液に更にチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合してもよい。そして、チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、アルコキシシランの珪素原子に対してチタン及び／又はアルミニウム原子が０．０１〜０．５の割合で添加されることが好ましい。チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、水によりアルコキシシランとともに共加水分解し、チタン及び又はアルミニウムを主鎖に含む皮膜を形成する。
【００２３】
アルコキシシランとしては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン（モノ有機基置換アルコキシシラン）、ジアルコキシシラン（ジ有機基置換アルコキシシラン）等を使用することができる。これらアルコキシシランを適宜混合して使用することもできる。アルコキシシランは、使用直前までは、水の存在しない状態、即ち、水を含まない溶液の状態に保持する。溶液に使用する溶媒は、水の溶解する水溶性の溶媒を使用する。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホオキシド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶媒である。中でも、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、Ｎ−メチルピロリドン、メチルフォルムアミド、メチルアセトアミド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶媒が好適に使用できる。
【００２４】
アルコキシシランの具体的な例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、ジチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、更には、エポキシ基を有する有機基を有していてもよい。チタンアルコキシドの具体的な例としては、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、アルミニウムアルコキシドの具体的な例としては、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等を使用することができる。但し、これらに限定されるものではない。
【００２５】
皮膜中に含有させる金属酸化物、カオリンや窒化物等は、その粒径を１５μｍ〜１００ｎｍとするのがよい。より好ましくは、１０μｍ〜８０ｎｍの粒径のものを使用する。この粒径のものを使用することにより、皮膜の表面が滑らかで綺麗になるとともに放熱の効率が高まる。
【００２６】
カオリンは、重量で珪酸のアルカリ金属塩又はアルコキシシラン１に対して０．１〜２０添加することが好ましい。また、金属酸化物の添加量は、重量で珪酸のアルカリ金属塩又はアルコキシシラン１に対して０．５〜７０であることが好ましい。これは、皮膜形成性を維持しながら、高い放熱性能を保持するためである。
【００２７】
皮膜形成のために珪酸のアルカリ金属塩を使用することができる。珪酸のアルカリ金属塩としては、具体的には、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムや珪酸リチウムを使用することができる。珪酸ナトリウム、珪酸カリウムや珪酸リチウム等の珪酸塩は、水溶液として供給されるので、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液に金属酸化物、カオリンや窒化物を添加、混合し、更に、必要に応じて水を加えて懸濁液となし、この懸濁液を対象物に塗布することにより、本発明における皮膜を得ることができる。懸濁液を対象物に筆塗り、スプレー、ローラー、印刷等により塗布し、常温又は加温にて乾燥後、更に、必要に応じて、８０℃〜３００℃で熱処理することにより、金属表面との密着度の高い皮膜を得ることができる。
【００２８】
珪酸のアルカリ金属塩は、具体的には、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムや珪酸リチウムを使用する。珪酸ナトリウム単独、珪酸カリウム単独でも使用しうるが、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムの両者を混合使用するのが好ましい。混合使用する際、珪酸ナトリウムと珪酸カリウムの割合は重量で、珪酸カリウム１に対して珪酸ナトリウム０．５〜７（固形分ベース）が好ましい。これは、珪酸ナトリウムの量が多いと、皮膜の水除去、即ち、乾燥が困難で皮膜形成が難しく、また、珪酸カリウムの量が多いと膜形性能が低下するので、適量の珪酸ナトリウムと珪酸カリウムを併用使用するのが好ましい。
【００２９】
皮膜形成時に、アルコキシシラン溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等を混合し、対象物である半導体部品に塗布する。混合物は、懸濁液となる。金属酸化物、カオリンや窒化物は、粉末状態のものを混合する。このとき、懸濁液の粘度が高くなるようであれば、必要に応じて、溶剤や水を添加して、粘度を調整する。このようにして得た懸濁液を対象物に塗布することにより、皮膜を得ることができる。懸濁液を対象物に筆塗り、スプレー、ローラー、印刷等により塗布し、常温又は加温にて乾燥後、更に、必要に応じて、８０℃〜３００℃で熱処理することにより、金属表面との密着度の高い皮膜を得ることができる。
【００３０】
皮膜は、適度の厚みをもって半導体部品に形成する。皮膜は、半導体部品の放熱すべき箇所に形成する。半導体部品に発生する熱は、皮膜を介して放熱され、半導体部品各部の温度の上昇を抑えることができる。半導体部品の温度上昇を抑えることにより、半導体部品の寿命を延ばすとともに信頼性が高くなる。半導体パッケージの表面や半導体パッケージに接続したヒートシンクの表面上に皮膜を設けることにより、半導体部品から熱を放出し、半導体部品の温度上昇を抑えることができる。
【００３１】
本皮膜の膜厚は、或る程度の厚さがないと放熱効果は十分に発現しないが、逆に厚さが大きすぎると皮膜に蓄熱作用が起こり、放熱効果が不十分になる。本発明の実験によると膜厚は１００μｍ以下が好ましく、更に好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは３０μｍ〜８０μｍである。
【００３２】
本発明における皮膜は、優れた抗ヒートショック性等の耐熱性、放熱性、遮熱性等の特性を有する。また、蓄熱したエネルギーを遠赤外線として空気中に放射する能力が高く、放射率０．９５という高い数値を示す。内部に蓄積した熱を遠赤外線という電磁波に変換して効率よく放射し、物体の温度上昇を抑えることができる。効率良く遠赤外線を放射するということは、内部に蓄積した熱を遠赤外線という電磁波に変換して効率よく放熱することを意味し、結果として温度上昇を抑える効果をもたらす。これは空気対流という手段を用いずに効率よく放熱するという結果を導く。従来遠赤外線の放射能力が高いとされている物質（例えば、ゼオライト、コージェライト、アパタイト、ドロマイト等）の放射特性を見ると、４ミクロン乃至１４ミクロンの波長全ての領域にわたって高い遠赤外線の放射特性をもつわけではなく、波長によって放射率に相違がある。多くの場合、９ミクロン波長前後の鎮域で放射率が下がる傾向が見られる。一方、本発明が提供する組成物の放射する遠赤外線は４ミクロン乃至１４ミクロン波長の全ての領域にわたって０．９以上の放射率を維持し、非常に放射効率の高いものとなっている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、従来の半導体パッケージの構造を示す図である。即ち、半導体パッケージの断面構造を示す図である。図１（ａ）は非絶縁型、図１（ｂ）は絶縁型の半導体パッケージである。図１（ａ）、（ｂ）において、樹脂封止１により樹脂封止された半導体素子３はダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の発熱性の半導体素子である。また、半導体素子３は半田４等により接続端子２及びリードフレーム５に接合されている。ここで、接続端子２は銅等の板状端子、アルミニウムや金のワイヤー等にて構成される。また、前記の半導体パッケージは、更に、シリコンシート等の絶縁シートを介して、アルミニウム、銅等で構成されるヒートシンクにネジ又は両面テープ等によって取り付けられる。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の半導体部品の一例を示す図である。本例の半導体部品は、例えば、家電機器の電源回路に使用される。図２（ａ）は非絶縁型、図２（ｂ）は絶縁型の半導体パッケージである。尚、図２は半導体部品の断面構造を示すものである。図２（ａ）、（ｂ）において、封止樹脂１内の半導体素子３はダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の発熱性の半導体素子である。また、半導体素子３は半田４等によって接続端２子及びリードフレーム５に接合されている。ここで、接続端子２は銅等の板状端子、アルミニウム、金のワイヤー等にて構成される。この半導体パッケージの表面に、本発明における皮膜６が設けられる。皮膜６は半導体パッケージ表面全体又は一部に設けることができる。
【００３５】
ここで、非絶縁型半導体パッケージにおいて、封止樹脂１の外部に出たリードフレーム５に、溝加工を施すことができる。リードフレーム５に溝を設けることにより、リードフレームの表面積が増加し、それに伴って放熱性が向上する。溝は、リードフレーム５の長手方向に設けてもよいし、直角方向、又は斜め方向に設けてもよいし、格子状に設けてもよい。半導体素子３で発生する熱は、半田４を介してリードフレーム５に伝達され、該リードフレーム５上で放熱される。リードフレーム５上に形成された皮膜により放熱が促進される。リードフレーム５に溝加工した本発明の実施形態の例を図３に示した。
【００３６】
次に、図４（ａ）、（ｂ）にヒートシンクを備えた半導体部品の例を示す。半導体パッケージにヒートシンク７がネジ８で接続されている。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートシンク７は、フィン形状又は板形状のものでもよい。半導体パッケージの表面及びヒートシンク７に皮膜が形成されている。該皮膜は、ヒートシンク７のみに形成してもよいし、半導体パッケージのみに形成してもよい。更に、ヒートシンク７の表面及び半導体パッケージ表面の両者に形成してもよい。皮膜６は、半導体パッケージ及びヒートシンクの表面全体又は一部に形成してもよい。この際、リードフレーム５に溝を設けることもできる。ヒートシンク及び／又は半導体パッケージの表面に形成された皮膜から、半導体素子３で発生した熱が効果的に放熱される。
【００３７】
ヒートシンク７を非絶縁型の半導体パッケージに接続するに際して、ヒートシンク及び／又は半導体パッケージの表面に本発明における皮膜６を形成した場合、該皮膜は、絶縁性であるので、非絶縁型の半導体パッケージとヒートシンク７の絶縁を該皮膜で確保することができる。これにより、非絶縁型の半導体部品を絶縁することができるとともに、半導体部品の放熱を効率よく行うことができる。そして、絶縁シートを使用することなく、放熱板を小型化し、半導体部品を小型軽量化し、部品点数や組立工数を減らした放熱性に優れた半導体部品を提供するものとなる。
【００３８】
次に、図５（ａ）、（ｂ）にヒートシンク７を備えた半導体部品の他の例を示す。非絶縁型の半導体パッケージにヒートシンク７が絶縁シート９を介してネジ８で接続されている。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートシンク７はフィン形状又は板形状のものでもい。半導体パッケージの表面及びヒートシンク７の表面に皮膜６が形成されている。この皮膜６は、ヒートシンク７のみに形成してもよいし、半導体パッケージのみに形成してもよい。更に、ヒートシンク７及び半導体パッケージ表面の両者に形成してもよい。この際、リードフレーム５に溝を設けることもできる。ヒートシンク７及び／又は半導体部品の表面に形成された皮膜６から、半導体素子３で発生した熱が効果的に放熱される。
【００３９】
【実施例１】
珪酸ナトリウムの５４．５重量％水溶液１６重量部、珪酸カリウムの３０．０重量％水溶液１２重量部を混合し、水２０重量部を更に添加して希釈した水溶液に、二酸化珪素の微粉末１８．０重量部、酸化アルミニウムの微粉末１２．０重量部及びカオリン８重量部を添加、混合し懸濁液を得た。この懸濁液を半導体パッケージの表面及び／又はヒートシンク７の表面に塗布した。大気中で風乾した後の皮膜厚は４８μｍであった。乾燥後、１００℃で１時間熱処理した。この半導体部品を稼働させ定常状態に於ける、リードフレームの樹脂封止された半導体素子から導出されるリード端子の温度を測定した。
【００４０】
温度測定結果は、図６及び図７に示した。図６は、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、ヒートシンク７及び半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図４（ａ）に相当）であり、図７は、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図２（ａ）に相当）である。図６、図７いずれにおいても、記号Ａは皮膜を形成しない場合を示し、記号Ｂは皮膜を形成した場合を示す。図６、図７いずれも、縦軸は半導体パッケージ及び半導体部品の上昇した温度、即ち、通電時の温度から非通電時の温度を引いた値である。横軸は、半導体パッケージ及び半導体部品に通電する電流値である。図６、図７いずれの場合も、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられていることがわかる。皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。
【００４１】
【実施例２】
メチルトリメトキシシラン３００重量部、ジメチルジメトキシシラン１７０重量部、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３０重量部、テトラブトキシチタン２０重量部をＮ−メチルピロリドン４８０重量部に溶解した溶液、シリカ固形分として２０重量％の酸性コロイダルシリカの水分散液１０００重量部とを混合した。混合液の７５０重量部をとり、この混合液７５０重量部に、カオリン１１０重量部、酸化珪素粉末４３５重量部、酸化アルミニウム粉末１９０重量部及び酸化ジルコニウム粉末１２０重量部を加え、攪拌混合して、懸濁液を得た。この懸濁液を半導体部品のリードフレーム５及び／又はヒートシンク７に塗布した。大気中で風乾した後の皮膜厚は５０μｍであった。乾燥後、１２０℃で１時間熱処理した。この半導体部品を稼働させ定常状態に於ける、リードフレームの樹脂封止された半導体素子３から導出されるリード端子の温度を測定した。
【００４２】
温度測定結果は、実施例１における図６及び図７に示したものと同様のものであった。半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、ヒートシンク７及び半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図４（ａ）に相当）では、皮膜を形成したものと皮膜を形成しないものとでは、２〜１１℃の温度差を認めた（電流値が１Ａ時の温度差が２℃、電流値が５Ａ時の温度差が１１℃であった）。また、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図２（ａ）に相当）では、皮膜を形成したものと皮膜を形成しないものとでは、２〜６℃の温度差を認めた電流値が１Ａ時の温度差が２℃、電流値が５Ａ時の温度差が６℃であった）。いずれの場合も、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられていることがわかる。皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。
【００４３】
また、リードフレームに溝を設けた場合の温度測定結果を図８に示した。図８は、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、封止樹脂１の外部に出たリードフレーム５に溝加工を施し、半導体部品の表面に皮膜を形成したケース（図３に相当）である。図８において、記号Ａはリードフレームに溝を設け皮膜を形成しない場合を示し、記号Ｂはリードフレームに溝を設け皮膜を形成した場合を示す。縦軸は半導体部品の上昇した温度、即ち、通電時の温度から非通電時の温度を引いた値である。横軸は、半導体部品に通電する電流値である。図８において、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられていることがわかる。皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。尚、設けた溝は、その深さが１ｍｍ、溝幅が１ｍｍのＶ字型で互いに交差するものであった。
【００４４】
次に、ヒートシンクの大きさを変更した場合（ヒートシンクの面積を変更した）の温度測定結果を図９に示した。図９は、半導体部品として非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、板形状のヒートシンクをネジにて接続し、半導体パッケージ及びヒートシンクの表面に皮膜を形成したケース（図４（ｂ）に相当）である。図９において、記号Ａは半導体パッケージ及びヒートシンクの表面に皮膜を形成しない場合を示し、記号Ｂは半導体パッケージ及びヒートシンクの表面に皮膜を形成した場合を示す。縦軸は半導体パッケージ及び半導体部品の上昇した温度、即ち、通電時の温度から非通電時の温度を引いた値である。横軸は、ヒートシンクの表面積である。図９において、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられており、皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。また、皮膜を形成したものはヒートシンクの表面積を小さくできる。即ち、機器の小型化につながることがわかる。
【００４５】
【実施例３】
エチルトリエトキシシラン２７０重量部、ジエチルジエトキシシラン１５０重量部、テトラエトキシシラン３０重量部、チタンテトラブトキシド２０重量部をＮ−メチルピロリドン５３０重量部に溶解した。この溶液に、シリカ固形分として２０重量％の酸性コロイダルシリカの水分散液１０００重量部を混合した。混合液のうち５５０重量部に、カオリン７７重量部、酸化珪素粉末３１５重量部、酸化アルミニウム粉末１３０重量部及び酸化ジルコニウム粉末８０重量部を加え、攪拌混合して、懸濁液を得た。この懸濁液を実施例２と同様に所定部分に塗布し、皮膜を形成せしめた。このものも実施例２と同様に、温度上昇を防止する効果を認めた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、半導体パッケージ表面や半導体パッケージに接続されたヒートシンクに放熱性を有する皮膜を設けたことを特徴とする放熱性に優れた半導体部品である。即ち、半導体素子をリードフレームに半田等により接合し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、該半導体パッケージの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物等との混合物を塗布して形成せしめた皮膜又はアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物を塗布して形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。本発明の半導体部品は、放熱性に優れるという効果を奏する。即ち、半導体部品の温度上昇を抑えるという効果を奏する。その結果、機器の小型化、低コスト化の効果を同時にもたらす。しかも、本発明における皮膜は、コーティング材を含む液を塗布するだけでよく、手間も掛からず、作業性にも優れたものとなっている。また、皮膜の色も任意に選択できるという特徴もある。この皮膜は、放熱体との接着性が極めてよいので、板状の材料に皮膜を形成せしめ、しかる後に、放熱体に成形加工することができる。この際、曲げ、切断、深絞り加工等において、皮膜が脱落することはないのである。
【００４７】
以上、本発明における皮膜は、効果的に放熱を行うので、ヒートシンクを大きくする必要がなく、半導体部品を小型軽量化することができ、高放熱化によって、従来より低電力で半導体部品を駆動することもできるという効果を奏する。更に、絶縁シート等の部品点数を減らすことができ、また組立工数も減らすことができるという効果を奏する。更に、半導体部品の寿命を延ばすとともに信頼性を高めるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体パッケージの構造を示す図である
【図２】本発明の半導体部品の例を示す図である
【図３】リードフレームに溝を設けた半導体パッケージの例を示す図である
【図４】本発明のヒートシンクを備えた半導体部品の例を示す図である
【図５】本発明のヒートシンクを絶縁シートで接続した半導体部品の例を示す図である
【図６】半導体部品の温度上昇の例を示す図である
【図７】半導体部品の温度上昇の他の例を示す図である
【図８】リードフレームに溝を設けた場合の半導体部品の温度上昇の例を示す図である
【図９】ヒートシンクの大きさを変更した場合の半導体部品の温度上昇の例を示す図である
【符号の説明】
１ 封止樹脂
２ 接続端子
３ 半導体素子
４ 半田
５ リードフレーム
６ 皮膜
７ ヒートシンク
８ ねじ
９ 絶縁シート
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱性に優れた半導体部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、ほとんどの電子機器にダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の半導体部品が使用されている。これらの半導体部品は発熱が大きいので高温度になり、機器の信頼性に悪影響を与えるようになる。電子機器の信頼性を確保するために、半導体部品から発生する熱を発散させる工夫がなされている。これらは、通常、ヒートシンクを備え、半導体部品で発生する熱を外部に放出している。
【０００３】
非絶縁性の半導体パッケージにヒートシンクを取り付ける際には、絶縁シートが必要な場合があるが、この絶縁シートが半導体パッケージの放熱をさらに悪化させているという問題がある。絶縁シートを使用したヒートシンク付き半導体部品の放熱の効率を高めるには、ヒートシンクのサイズを大きくする必要がある。これは、半導体部品自体の大型化を促し、重量も重くなる。更に、非絶縁性の半導体パッケージを、絶縁シートを介してヒートシンクを取り付けるため、部品点数が増し、組立工数も増大するという問題もある。
【０００４】
一方では、電子機器の小型化が求められている。機器の小型化が進めば進むほど、半導体部品の放熱の問題は大きくクローズアップしてくる。即ち、機器が小型になれば、熱の放熱が一層困難になり、また、ヒートシンクの機器に占める割合が過大になり、機器の小型化に逆行することになる。
【０００５】
このような状況において、放熱性の高い半導体パッケージが色々工夫されている。特開平１１−３１０４６６号公報（特許文献１参照）に、半導体部品の基体にセラミック製基体を使用し、該セラミック製基体が高熱伝導性窒化珪素構造部材からなる半導体パッケージが記載されている。他に、セラミック製の基体を使用する半導体パッケージとして、窒化アルミニウム製の基体からなる半導体パッケージが、特開平５−２４３４１７号公報（特許文献２参照）、特開平６−１６３７３９号公報（特許文献３参照）に記載されている。特開平５−５５４１３号公報（特許文献４参照）には、半導体部品を封止する樹脂に電気絶縁性のセラミック粒子を熱伝性充填剤として分散、含有させた半導体パッケージが記載されている。また、特開平５−１６０２８９号公報（特許文献５参照）には、サーマルスルーホールに高熱伝導性・耐湿性の物質を充填せしめ、半導体部品が発生する熱を、該サーマルスルーホールに充填した高熱伝導性・耐湿性の物質及びスぺーサを経由して、金属ケースに伝達させ、金属ケースから放熱する半導体部品の実装構造が記載されている。
【０００６】
半導体パッケージに、セラミック製基体を使用することは、高コストになり問題である。封止用樹脂にセラミック粒子を分散させる方法も、セラミックの粒子化、樹脂への分散工程が必要になり、同様にコスト高になるという問題がある。また、サーマルスルーホールに高熱伝導性・耐湿性の物質を充填せしめる方法は、該物質として具体的には、シリカ入りエポキシ樹脂、シリコーン等の接着性ある合成樹脂、又は半田等が使用されるが、大きな放熱効果が期待できないという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−３１０４６６号公報
【特許文献２】
特開平５−２４３４１７号公報
【特許文献３】
特開平６−１６３７３９号公報
【特許文献４】
特開平５−５５４１３号公報
【特許文献５】
特開平５−１６０２８９号公報
【特許文献６】
特開平１−２２３１９１号公報
【特許文献７】
特開昭６３−２０７８６８号公報
【特許文献８】
特開平３−４７８８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大した手間を掛けず、低コストで、放熱効果の大きい半導体部品を提供しようとするものである。本発明者等は、ある種のコーティング材で皮膜を形成することにより、半導体部品の放熱効果が向上することを見出し、本発明を完成させたのである。ここで放熱性というのは、半導体部品に蓄積した熱を半導体部品外に放出し、該半導体部品の温度上昇を抑えることをいう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、前記半導体パッケージの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記ヒートシンクの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、該半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージ及び前記ヒートシンクの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。
【００１０】
そして、珪酸のアルカリ金属塩は、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム及び珪酸リチウムから選択される少なくとも１種を含有することができる。
【００１１】
また、本発明は、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、前記半導体パッケージの表面上に、アルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記ヒートシンクの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品であり、半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、該半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージ及び前記ヒートシンクの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。
【００１２】
更にチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合せしめることができる。
【００１３】
金属酸化物は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種を含有することができる。また、カオリンを含有することもできる。更に、金属酸化物は、更に、酸化チタン、酸化錫、酸化銅、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモン、酸化硼素、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等の金属酸化物の少なくとも１種を含有することができる。
【００１４】
金属酸化物は、重量で前記アルコキシシラン又は珪酸のアルカリ金属塩１に対して０．５〜７０添加することができ、カオリンは、重量で前記アルコキシシラン又は珪酸のアルカリ金属塩１に対して０．１〜２０添加することができる。
【００１５】
半導体パッケージ及び／又はヒートシンクに溝を設けたることができる。
【００１６】
半導体パッケージやヒートシンクに設ける皮膜の膜厚は、１０μｍ〜１００μｍ が好ましい。
【００１７】
ここで半導体パッケージというのは、例えば、ダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の発熱を伴う半導体素子を内蔵するものである。半導体部品には、銅等の材料からなるリードフレームが半田、銀ペースト等で接合されている。半導体自身は、樹脂で封止される。
【００１８】
本発明における皮膜は、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物等との混合物から形成せしめたもの又はアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等との混合物から形成せしめたものである。金属酸化物としては、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種を含有することが好ましい。更に、カオリンを含有することもできる。他に、酸化チタン、酸化錫、酸化銅、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化アンチモン、酸化硼素、酸化バリウム、酸化ビスマス、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等の金属酸化物の少なくとも１種を含有することができる。金属酸化物以外に、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化錫、窒化ストロンチウム、窒化チタン、窒化バリウムや窒化珪素等の窒化物を含有することができる。
【００１９】
アルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等との混合物から形成せしめた皮膜は、基本的には、アルコキシシランの加水分解・縮合により形成されるものである。即ち、アルコキシシランが加水分解をしてコロイダルシリカの表面に存在するシラン基とも結合しながら、皮膜を形成する。アルコキシシランの加水分解によって皮膜を形成することは、例えば、特開平１−２２３１９１号公報（特許文献６参照）、特開昭６３−２０７８６８号公報（特許文献７参照）、特開平３−４７８８３号公報（特許文献８参照）等に記載されている。
【００２０】
前記特開平１−２２３１９１号公報、特開昭６３−２０７８６８号公報、特開平３−４７８８３号公報等には、遠赤外線放射性に優れたコーティング組成物が記載されている。しかしながら、前記コーティング組成物は、ヒータや加熱器等において、加熱効果を高めることを目的にしており、本発明は、温度の高い物体から熱を放出し、温度上昇を抑えようとするもので、その目的及び効果の点で、前記特許文献記載の発明とは異なるものである。
【００２１】
アルコキシシランは水が存在すると加水分解・縮合が起こるので、使用直前までは水の存在しない状態に保つのがよい。即ち、水溶性溶媒の溶液として保存しておくのである。使用時に、アルコキシシランの水溶性溶媒溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等とを混合し、対象物体に塗布し皮膜を形成せしめる。コロイダルシリカの水分散液に存在する水の作用を受けて、アルコキシシランが加水分解・縮合し皮膜を形成する。
【００２２】
また、チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合させることができる。チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、単体として使用してもよいし、溶液として使用することもできる。溶液として使用する場合には、チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドの有機溶媒の溶液状態で使用してもよいし、アルコキシシランの溶液に更にチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合してもよい。そして、チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、アルコキシシランの珪素原子に対してチタン及び／又はアルミニウム原子が０．０１〜０．５の割合で添加されることが好ましい。チタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドは、水によりアルコキシシランとともに共加水分解し、チタン及び又はアルミニウムを主鎖に含む皮膜を形成する。
【００２３】
アルコキシシランとしては、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシラン（モノ有機基置換アルコキシシラン）、ジアルコキシシラン（ジ有機基置換アルコキシシラン）等を使用することができる。これらアルコキシシランを適宜混合して使用することもできる。アルコキシシランは、使用直前までは、水の存在しない状態、即ち、水を含まない溶液の状態に保持する。溶液に使用する溶媒は、水の溶解する水溶性の溶媒を使用する。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール等のアルコール、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルホオキシド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶媒である。中でも、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、Ｎ−メチルピロリドン、メチルフォルムアミド、メチルアセトアミド、ジメチルフォルムアミド、ジメチルアセトアミド等の溶媒が好適に使用できる。
【００２４】
アルコキシシランの具体的な例としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、ジチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、更には、エポキシ基を有する有機基を有していてもよい。チタンアルコキシドの具体的な例としては、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、アルミニウムアルコキシドの具体的な例としては、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリエトキシド等を使用することができる。但し、これらに限定されるものではない。
【００２５】
皮膜中に含有させる金属酸化物、カオリンや窒化物等は、その粒径を１５μｍ〜１００ｎｍとするのがよい。より好ましくは、１０μｍ〜８０ｎｍの粒径のものを使用する。この粒径のものを使用することにより、皮膜の表面が滑らかで綺麗になるとともに放熱の効率が高まる。
【００２６】
カオリンは、重量で珪酸のアルカリ金属塩又はアルコキシシラン１に対して０．１〜２０添加することが好ましい。また、金属酸化物の添加量は、重量で珪酸のアルカリ金属塩又はアルコキシシラン１に対して０．５〜７０であることが好ましい。これは、皮膜形成性を維持しながら、高い放熱性能を保持するためである。
【００２７】
皮膜形成のために珪酸のアルカリ金属塩を使用することができる。珪酸のアルカリ金属塩としては、具体的には、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムや珪酸リチウムを使用することができる。珪酸ナトリウム、珪酸カリウムや珪酸リチウム等の珪酸塩は、水溶液として供給されるので、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液に金属酸化物、カオリンや窒化物を添加、混合し、更に、必要に応じて水を加えて懸濁液となし、この懸濁液を対象物に塗布することにより、本発明における皮膜を得ることができる。懸濁液を対象物に筆塗り、スプレー、ローラー、印刷等により塗布し、常温又は加温にて乾燥後、更に、必要に応じて、８０℃〜３００℃で熱処理することにより、金属表面との密着度の高い皮膜を得ることができる。
【００２８】
珪酸のアルカリ金属塩は、具体的には、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムや珪酸リチウムを使用する。珪酸ナトリウム単独、珪酸カリウム単独でも使用しうるが、珪酸ナトリウム、珪酸カリウムの両者を混合使用するのが好ましい。混合使用する際、珪酸ナトリウムと珪酸カリウムの割合は重量で、珪酸カリウム１に対して珪酸ナトリウム０．５〜７（固形分ベース）が好ましい。これは、珪酸ナトリウムの量が多いと、皮膜の水除去、即ち、乾燥が困難で皮膜形成が難しく、また、珪酸カリウムの量が多いと膜形性能が低下するので、適量の珪酸ナトリウムと珪酸カリウムを併用使用するのが好ましい。
【００２９】
皮膜形成時に、アルコキシシラン溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物等を混合し、対象物である半導体部品に塗布する。混合物は、懸濁液となる。金属酸化物、カオリンや窒化物は、粉末状態のものを混合する。このとき、懸濁液の粘度が高くなるようであれば、必要に応じて、溶剤や水を添加して、粘度を調整する。このようにして得た懸濁液を対象物に塗布することにより、皮膜を得ることができる。懸濁液を対象物に筆塗り、スプレー、ローラー、印刷等により塗布し、常温又は加温にて乾燥後、更に、必要に応じて、８０℃〜３００℃で熱処理することにより、金属表面との密着度の高い皮膜を得ることができる。
【００３０】
皮膜は、適度の厚みをもって半導体部品に形成する。皮膜は、半導体部品の放熱すべき箇所に形成する。半導体部品に発生する熱は、皮膜を介して放熱され、半導体部品各部の温度の上昇を抑えることができる。半導体部品の温度上昇を抑えることにより、半導体部品の寿命を延ばすとともに信頼性が高くなる。半導体パッケージの表面や半導体パッケージに接続したヒートシンクの表面上に皮膜を設けることにより、半導体部品から熱を放出し、半導体部品の温度上昇を抑えることができる。
【００３１】
本皮膜の膜厚は、或る程度の厚さがないと放熱効果は十分に発現しないが、逆に厚さが大きすぎると皮膜に蓄熱作用が起こり、放熱効果が不十分になる。本発明の実験によると膜厚は１００μｍ以下が好ましく、更に好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは３０μｍ〜８０μｍである。
【００３２】
本発明における皮膜は、優れた抗ヒートショック性等の耐熱性、放熱性、遮熱性等の特性を有する。また、蓄熱したエネルギーを遠赤外線として空気中に放射する能力が高く、放射率０．９５という高い数値を示す。内部に蓄積した熱を遠赤外線という電磁波に変換して効率よく放射し、物体の温度上昇を抑えることができる。効率良く遠赤外線を放射するということは、内部に蓄積した熱を遠赤外線という電磁波に変換して効率よく放熱することを意味し、結果として温度上昇を抑える効果をもたらす。これは空気対流という手段を用いずに効率よく放熱するという結果を導く。従来遠赤外線の放射能力が高いとされている物質（例えば、ゼオライト、コージェライト、アパタイト、ドロマイト等）の放射特性を見ると、４ミクロン乃至１４ミクロンの波長全ての領域にわたって高い遠赤外線の放射特性をもつわけではなく、波長によって放射率に相違がある。多くの場合、９ミクロン波長前後の鎮域で放射率が下がる傾向が見られる。一方、本発明が提供する組成物の放射する遠赤外線は４ミクロン乃至１４ミクロン波長の全ての領域にわたって０．９以上の放射率を維持し、非常に放射効率の高いものとなっている。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、従来の半導体パッケージの構造を示す図である。即ち、半導体パッケージの断面構造を示す図である。図１（ａ）は非絶縁型、図１（ｂ）は絶縁型の半導体パッケージである。図１（ａ）、（ｂ）において、樹脂封止１により樹脂封止された半導体素子３はダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の発熱性の半導体素子である。また、半導体素子３は半田４等により接続端子２及びリードフレーム５に接合されている。ここで、接続端子２は銅等の板状端子、アルミニウムや金のワイヤー等にて構成される。また、前記の半導体パッケージは、更に、シリコンシート等の絶縁シートを介して、アルミニウム、銅等で構成されるヒートシンクにネジ又は両面テープ等によって取り付けられる。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の半導体部品の一例を示す図である。本例の半導体部品は、例えば、家電機器の電源回路に使用される。図２（ａ）は非絶縁型、図２（ｂ）は絶縁型の半導体パッケージである。尚、図２は半導体部品の断面構造を示すものである。図２（ａ）、（ｂ）において、封止樹脂１内の半導体素子３はダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＩＣ等の発熱性の半導体素子である。また、半導体素子３は半田４等によって接続端２子及びリードフレーム５に接合されている。ここで、接続端子２は銅等の板状端子、アルミニウム、金のワイヤー等にて構成される。この半導体パッケージの表面に、本発明における皮膜６が設けられる。皮膜６は半導体パッケージ表面全体又は一部に設けることができる。
【００３５】
ここで、非絶縁型半導体パッケージにおいて、封止樹脂１の外部に出たリードフレーム５に、溝加工を施すことができる。リードフレーム５に溝を設けることにより、リードフレームの表面積が増加し、それに伴って放熱性が向上する。溝は、リードフレーム５の長手方向に設けてもよいし、直角方向、又は斜め方向に設けてもよいし、格子状に設けてもよい。半導体素子３で発生する熱は、半田４を介してリードフレーム５に伝達され、該リードフレーム５上で放熱される。リードフレーム５上に形成された皮膜により放熱が促進される。リードフレーム５に溝加工した本発明の実施形態の例を図３に示した。
【００３６】
次に、図４（ａ）、（ｂ）にヒートシンクを備えた半導体部品の例を示す。半導体パッケージにヒートシンク７がネジ８で接続されている。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートシンク７は、フィン形状又は板形状のものでもよい。半導体パッケージの表面及びヒートシンク７に皮膜が形成されている。該皮膜は、ヒートシンク７のみに形成してもよいし、半導体パッケージのみに形成してもよい。更に、ヒートシンク７の表面及び半導体パッケージ表面の両者に形成してもよい。皮膜６は、半導体パッケージ及びヒートシンクの表面全体又は一部に形成してもよい。この際、リードフレーム５に溝を設けることもできる。ヒートシンク及び／又は半導体パッケージの表面に形成された皮膜から、半導体素子３で発生した熱が効果的に放熱される。
【００３７】
ヒートシンク７を非絶縁型の半導体パッケージに接続するに際して、ヒートシンク及び／又は半導体パッケージの表面に本発明における皮膜６を形成した場合、該皮膜は、絶縁性であるので、非絶縁型の半導体パッケージとヒートシンク７の絶縁を該皮膜で確保することができる。これにより、非絶縁型の半導体部品を絶縁することができるとともに、半導体部品の放熱を効率よく行うことができる。そして、絶縁シートを使用することなく、放熱板を小型化し、半導体部品を小型軽量化し、部品点数や組立工数を減らした放熱性に優れた半導体部品を提供するものとなる。
【００３８】
次に、図５（ａ）、（ｂ）にヒートシンク７を備えた半導体部品の他の例を示す。非絶縁型の半導体パッケージにヒートシンク７が絶縁シート９を介してネジ８で接続されている。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ヒートシンク７はフィン形状又は板形状のものでもい。半導体パッケージの表面及びヒートシンク７の表面に皮膜６が形成されている。この皮膜６は、ヒートシンク７のみに形成してもよいし、半導体パッケージのみに形成してもよい。更に、ヒートシンク７及び半導体パッケージ表面の両者に形成してもよい。この際、リードフレーム５に溝を設けることもできる。ヒートシンク７及び／又は半導体部品の表面に形成された皮膜６から、半導体素子３で発生した熱が効果的に放熱される。
【００３９】
【実施例１】
珪酸ナトリウムの５４．５重量％水溶液１６重量部、珪酸カリウムの３０．０重量％水溶液１２重量部を混合し、水２０重量部を更に添加して希釈した水溶液に、二酸化珪素の微粉末１８．０重量部、酸化アルミニウムの微粉末１２．０重量部及びカオリン８重量部を添加、混合し懸濁液を得た。この懸濁液を半導体パッケージの表面及び／又はヒートシンク７の表面に塗布した。大気中で風乾した後の皮膜厚は４８μｍであった。乾燥後、１００℃で１時間熱処理した。この半導体部品を稼働させ定常状態に於ける、リードフレームの樹脂封止された半導体素子から導出されるリード端子の温度を測定した。
【００４０】
温度測定結果は、図６及び図７に示した。図６は、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、ヒートシンク７及び半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図４（ａ）に相当）であり、図７は、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図２（ａ）に相当）である。図６、図７いずれにおいても、記号Ａは皮膜を形成しない場合を示し、記号Ｂは皮膜を形成した場合を示す。図６、図７いずれも、縦軸は半導体パッケージ及び半導体部品の上昇した温度、即ち、通電時の温度から非通電時の温度を引いた値である。横軸は、半導体パッケージ及び半導体部品に通電する電流値である。図６、図７いずれの場合も、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられていることがわかる。皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。
【００４１】
【実施例２】
メチルトリメトキシシラン３００重量部、ジメチルジメトキシシラン１７０重量部、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン３０重量部、テトラブトキシチタン２０重量部をＮ−メチルピロリドン４８０重量部に溶解した溶液、シリカ固形分として２０重量％の酸性コロイダルシリカの水分散液１０００重量部とを混合した。混合液の７５０重量部をとり、この混合液７５０重量部に、カオリン１１０重量部、酸化珪素粉末４３５重量部、酸化アルミニウム粉末１９０重量部及び酸化ジルコニウム粉末１２０重量部を加え、攪拌混合して、懸濁液を得た。この懸濁液を半導体部品のリードフレーム５及び／又はヒートシンク７に塗布した。大気中で風乾した後の皮膜厚は５０μｍであった。乾燥後、１２０℃で１時間熱処理した。この半導体部品を稼働させ定常状態に於ける、リードフレームの樹脂封止された半導体素子３から導出されるリード端子の温度を測定した。
【００４２】
温度測定結果は、実施例１における図６及び図７に示したものと同様のものであった。半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、ヒートシンク７及び半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図４（ａ）に相当）では、皮膜を形成したものと皮膜を形成しないものとでは、２〜１１℃の温度差を認めた（電流値が１Ａ時の温度差が２℃、電流値が５Ａ時の温度差が１１℃であった）。また、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、半導体パッケージの表面に皮膜を形成したケース（図２（ａ）に相当）では、皮膜を形成したものと皮膜を形成しないものとでは、２〜６℃の温度差を認めた電流値が１Ａ時の温度差が２℃、電流値が５Ａ時の温度差が６℃であった）。いずれの場合も、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられていることがわかる。皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。
【００４３】
また、リードフレームに溝を設けた場合の温度測定結果を図８に示した。図８は、半導体部品として、非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、封止樹脂１の外部に出たリードフレーム５に溝加工を施し、半導体部品の表面に皮膜を形成したケース（図３に相当）である。図８において、記号Ａはリードフレームに溝を設け皮膜を形成しない場合を示し、記号Ｂはリードフレームに溝を設け皮膜を形成した場合を示す。縦軸は半導体部品の上昇した温度、即ち、通電時の温度から非通電時の温度を引いた値である。横軸は、半導体部品に通電する電流値である。図８において、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられていることがわかる。皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。尚、設けた溝は、その深さが１ｍｍ、溝幅が１ｍｍのＶ字型で互いに交差するものであった。
【００４４】
次に、ヒートシンクの大きさを変更した場合（ヒートシンクの面積を変更した）の温度測定結果を図９に示した。図９は、半導体部品として非絶縁型パッケージのダイオードを使用し、板形状のヒートシンクをネジにて接続し、半導体パッケージ及びヒートシンクの表面に皮膜を形成したケース（図４（ｂ）に相当）である。図９において、記号Ａは半導体パッケージ及びヒートシンクの表面に皮膜を形成しない場合を示し、記号Ｂは半導体パッケージ及びヒートシンクの表面に皮膜を形成した場合を示す。縦軸は半導体パッケージ及び半導体部品の上昇した温度、即ち、通電時の温度から非通電時の温度を引いた値である。横軸は、ヒートシンクの表面積である。図９において、皮膜を形成したものは温度上昇が抑えられており、皮膜に放熱の効果が有ることがわかる。また、皮膜を形成したものはヒートシンクの表面積を小さくできる。即ち、機器の小型化につながることがわかる。
【００４５】
【実施例３】
エチルトリエトキシシラン２７０重量部、ジエチルジエトキシシラン１５０重量部、テトラエトキシシラン３０重量部、チタンテトラブトキシド２０重量部をＮ−メチルピロリドン５３０重量部に溶解した。この溶液に、シリカ固形分として２０重量％の酸性コロイダルシリカの水分散液１０００重量部を混合した。混合液のうち５５０重量部に、カオリン７７重量部、酸化珪素粉末３１５重量部、酸化アルミニウム粉末１３０重量部及び酸化ジルコニウム粉末８０重量部を加え、攪拌混合して、懸濁液を得た。この懸濁液を実施例２と同様に所定部分に塗布し、皮膜を形成せしめた。このものも実施例２と同様に、温度上昇を防止する効果を認めた。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は、半導体パッケージ表面や半導体パッケージに接続されたヒートシンクに放熱性を有する皮膜を設けたことを特徴とする放熱性に優れた半導体部品である。即ち、半導体素子をリードフレームに半田等により接合し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、該半導体パッケージの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物等との混合物を塗布して形成せしめた皮膜又はアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物を塗布して形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品である。本発明の半導体部品は、放熱性に優れるという効果を奏する。即ち、半導体部品の温度上昇を抑えるという効果を奏する。その結果、機器の小型化、低コスト化の効果を同時にもたらす。しかも、本発明における皮膜は、コーティング材を含む液を塗布するだけでよく、手間も掛からず、作業性にも優れたものとなっている。また、皮膜の色も任意に選択できるという特徴もある。この皮膜は、放熱体との接着性が極めてよいので、板状の材料に皮膜を形成せしめ、しかる後に、放熱体に成形加工することができる。この際、曲げ、切断、深絞り加工等において、皮膜が脱落することはないのである。
【００４７】
以上、本発明における皮膜は、効果的に放熱を行うので、ヒートシンクを大きくする必要がなく、半導体部品を小型軽量化することができ、高放熱化によって、従来より低電力で半導体部品を駆動することもできるという効果を奏する。更に、絶縁シート等の部品点数を減らすことができ、また組立工数も減らすことができるという効果を奏する。更に、半導体部品の寿命を延ばすとともに信頼性を高めるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の半導体パッケージの構造を示す図である
【図２】本発明の半導体部品の例を示す図である
【図３】リードフレームに溝を設けた半導体パッケージの例を示す図である
【図４】本発明のヒートシンクを備えた半導体部品の例を示す図である
【図５】本発明のヒートシンクを絶縁シートで接続した半導体部品の例を示す図である
【図６】半導体部品の温度上昇の例を示す図である
【図７】半導体部品の温度上昇の他の例を示す図である
【図８】リードフレームに溝を設けた場合の半導体部品の温度上昇の例を示す図である
【図９】ヒートシンクの大きさを変更した場合の半導体部品の温度上昇の例を示す図である
【符号の説明】
１ 封止樹脂
２ 接続端子
３ 半導体素子
４ 半田
５ リードフレーム
６ 皮膜
７ ヒートシンク
８ ねじ
９ 絶縁シート
Claims (16)
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、前記半導体パッケージの表面上に、珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記ヒートシンクの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、該半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージ及び前記ヒートシンクの表面上に珪酸のアルカリ金属塩の水溶液と金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 前記珪酸のアルカリ金属塩は、珪酸ナトリウム、珪酸カリウム及び珪酸リチウムから選択される少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージにおいて、前記半導体パッケージの表面上に、アルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、前記半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記ヒートシンクの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 半導体素子をリードフレームに搭載し、樹脂封止した半導体パッケージに、更に、該半導体パッケージにヒートシンクを接続した半導体部品において、前記半導体パッケージ及び前記ヒートシンクの表面上にアルコキシシランの溶液、コロイダルシリカの水分散液及び金属酸化物との混合物から形成せしめた皮膜を備えた放熱性に優れた半導体部品。
- 更にチタンアルコキシド及び／又はアルミニウムアルコキシドを混合せしめたことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれかに記載の放熱性に優れた半導体部品。
- 前記金属酸化物は、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の放熱性に優れた半導体部品。
- カオリンを含有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の放熱性に優れた半導体部品。
- 前記金属酸化物は、重量で前記アルコキシシラン又は珪酸のアルカリ金属塩１に対して０．５〜７０添加することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の放熱性に優れた半導体部品。
- 前記カオリンは、重量で前記アルコキシシラン又は珪酸のアルカリ金属塩１に対して０．１〜２０添加することを特徴とする請求項１２から請求項１３に記載の放熱性に優れた半導体部品。
- 前記半導体パッケージ及び／又はヒートシンクに溝を設けたことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の放熱性に優れた半導体部品。
- 前記皮膜の膜厚が、１０μｍ〜１００μｍ であることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の放熱性に優れた半導体部品。
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