JP2005327791A - 半導体装置およびその実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハーフモールドパッケージタイプの半導体装置を冷却部材上に搭載するにあたって、半導体装置と冷却部材との間に、特別な処理や部品を追加することなく、半導体装置と冷却部材との電気的な絶縁を適切に図る。
【解決手段】 ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面１０ａ上に搭載された半導体素子２０と、ヒートシンク１０の他面１０ｂを露出させた状態でヒートシンク１０および半導体素子２０を包み込むように封止するモールド樹脂５０とを備える半導体装置１００において、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側にて、ヒートシンク１０の他面１０ｂは、モールド樹脂５０の面５１よりも引っ込んでいることにより、ヒートシンク１０の他面１０ｂは冷却部材２００とは離間している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放熱板の一面上に半導体素子を搭載し、放熱板の他面を露出させた状態で放熱板および半導体素子をモールド樹脂にて包み込むように封止してなる半導体装置、および、そのような半導体装置を放熱板の他面側にて冷却部材上に搭載してなる半導体装置の実装構造に関する。

一般に、この種の半導体装置は、ヒートシンクやリードフレームなどの金属などからなる導電性の放熱板と、この放熱板の一面上に搭載された半導体素子と、放熱板の他面を露出させた状態で放熱板および半導体素子を包み込むように封止するモールド樹脂と、を備えて構成されている。

そして、このような半導体装置は、モールド樹脂によって放熱板を完全に封止するのではなく、放熱性を高めるために放熱板の他面を露出させているため、ハーフモールドパッケージといわれる。

図２は、一般的な上記ハーフモールドパッケージタイプの半導体装置９００の具体的構成を示す図であり、（ａ）は表面側の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は裏面側の平面図である。

図２では、放熱板としてのヒートシンク１０が、その他面１０ｂを露出させた状態でモールド樹脂５０によって封止されている。また、リード部材３０もその一部を突出させた状態でモールド樹脂５０によって封止されている。

また、図２では示さないが、モールド樹脂５０の内部においては、半導体素子がヒートシンク１０の一面１０ａ上に搭載されており、さらに、当該半導体素子とリード部材３０とは、ボンディングワイヤなどによって電気的に接続されている。

ここで、図２に示されるように、従来の半導体装置９００においては、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側すなわち半導体装置９００の裏面側において、ヒートシンク１０の他面１０ｂは、モールド樹脂５０の面５１と同一平面にあるか、または、出っ張った構成となっている。

そして、このようなハーフモールドパッケージタイプの半導体装置９００は、放熱フィンなどの通常金属からなる冷却部材の上に、放熱板としてのヒートシンク１０の他面１０ｂ側を対向させた状態で搭載される。そして、この半導体装置の実装構造においては、半導体素子に発生する熱を、ヒートシンク１０から冷却部材を介して放熱するようにしている。

しかしながら、半導体装置９００を冷却部材上に搭載するときに、ヒートシンク１０の他面１０ｂがモールド樹脂５０の面５１と同一平面にあるか、または、出っ張った構成となっているため、ヒートシンク１０の他面１０ｂが冷却部材に直接接触し、電気的な絶縁を確保することができない。なお、このことは、放熱板がリードフレームなどであっても同様であることは明らかである。

そこで、従来では、半導体装置を冷却部材上へ実装するにあたっては、次の図３、図４、図５に示されるような対策が採用されている。

図３は、半導体装置９００と冷却部材２００との間に、電気絶縁性を有する絶縁膜３００を介在させた構成を示す図である。この絶縁膜３００は、たとえばアルミニウムなどからなる冷却部材２００の表面をアルマイト（絶縁酸化膜形成）処理することで形成される。

そして、半導体装置９００と冷却部材２００とは、接着剤３１０により接合されている。このとき、半導体装置９００のヒートシンク１０と冷却部材２００との電気的絶縁は、上記絶縁膜３００によって確保されている。

図４は、半導体装置９００と冷却部材２００との間に、電気絶縁性を有する絶縁性接着剤３２０を介在させた構成を示す図である。この場合、絶縁性接着剤３２０には、絶縁性接着剤３２０の厚さを確保するために絶縁ビーズ３３０が含有されている。

半導体装置９００と冷却部材２００とを、この絶縁性接着剤３２０によって接着すると、絶縁ビーズ３３０により絶縁性接着剤３２０の厚さが確保され、それによって、半導体装置９００のヒートシンク１０と冷却部材２００との電気的絶縁が確保される。

図５は、半導体装置９００と冷却部材２００との間に、電気絶縁性を有する絶縁性シート３４０を介在させた構成を示す図である。この絶縁シート３４０は、たとえば樹脂やセラミックなどからなるものである。

半導体装置９００と冷却部材２００とを、この絶縁シート３４０を挟んだ状態でネジ３５０を用いたネジ締めを行うことによって固定する。この場合、半導体装置９００のヒートシンク１０と冷却部材２００との電気的絶縁は、上記絶縁シート３４０によって確保されている。

ここで、上記図４に示されるような絶縁性接着剤を用いて電気的絶縁の確保を実現する構成の類似形態としては、半導体素子を搭載したリードフレームの裏面に、放熱板を絶縁性接着剤で貼り付け、全体をハーフモールドパッケージとしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開平６−２４４３３４号公報

しかしながら、従来では、半導体装置を冷却部材上に搭載するにあたって半導体装置と冷却部材との電気的な絶縁を図るためには、上記図３〜図５に示されるように、半導体装置９００と冷却部材２００との間に、絶縁膜３００、絶縁性接着剤３２０、絶縁シート３４０などを設けるといった特別な処理や部品が必要であり、工程が煩雑となる。

具体的には、上記図３では、冷却部材２００に絶縁膜３００を形成するためのアルマイト処理などの特別な処理が必要であり、上記図４では、絶縁性接着剤３２０に絶縁ビーズ３３０を含有させる工程が必要であり、また、上記図４では、絶縁シート３４０が必要である。

本発明は上記問題に鑑み、ハーフモールドパッケージタイプの半導体装置を冷却部材上に搭載するにあたって、半導体装置と冷却部材との間に、従来のような特別な処理や部品を追加することなく、半導体装置と冷却部材との電気的な絶縁を適切に図れるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、放熱板（１０）と、放熱板（１０）の一面（１０ａ）上に搭載された半導体素子（２０）と、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）を露出させた状態で放熱板（１０）および半導体素子（２０）を包み込むように封止するモールド樹脂（５０）と、を備える半導体装置において、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）側にて、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）は、モールド樹脂（５０）の面（５１）よりも引っ込んでいることを特徴としている。

それによれば、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）側にて、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）がモールド樹脂（５０）の面（５１）よりも引っ込んでいるため、本発明の半導体装置（１００）を放熱フィンなどの冷却部材（２００）上に搭載するとき、半導体装置（１００）と冷却部材（２００）との間に、従来のような絶縁膜、絶縁性接着剤、絶縁シートなどを設けなくても、導電性の放熱板（１０）が通常金属製の冷却部材（２００）に接しないようにできる。

そのため、本発明の半導体装置によれば、半導体装置（１００）を冷却部材（２００）上に接着やネジ締め等で搭載するにあたって、半導体装置（１００）と冷却部材（２００）との間に、従来のような特別な処理や部品を追加することなく、半導体装置（１００）と冷却部材（２００）との電気的な絶縁を適切に図ることができる。

請求項２に記載の発明では、放熱板（１０）と、放熱板（１０）の一面（１０ａ）上に搭載された半導体素子（２０）と、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）を露出させた状態で放熱板（１０）および半導体素子（２０）を包み込むように封止するモールド樹脂（５０）と、を備える半導体装置（１００）を、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）側にて冷却部材（２００）上に搭載してなる半導体装置の実装構造において、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）は、モールド樹脂（５０）の面（５１）よりも引っ込んでいることにより、冷却部材（２００）とは離間していることを特徴としている。

それによれば、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）側にて、放熱板（１０）の他面（１０ｂ）がモールド樹脂（５０）の面（５１）よりも引っ込んでいるため、半導体装置（１００）と冷却部材（２００）との間に、従来のような絶縁膜、絶縁性接着剤、絶縁シートなどを設けなくても、導電性の放熱板（１０）が通常金属製の冷却部材（２００）に接しないようにできる。

そのため、本発明の実装構造によれば、半導体装置（１００）を冷却部材（２００）上に接着やネジ締め等で搭載するにあたって、半導体装置（１００）と冷却部材（２００）との間に、従来のような特別な処理や部品を追加することなく、半導体装置（１００）と冷却部材（２００）との電気的な絶縁を適切に図ることができる。

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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態の半導体装置１００はたとえばブロワモータコントローラなどに適用することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置１００の具体的構成を示す図であり、（ａ）は表面側の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は裏面側の平面図である。

つまり、図１（ｂ）中の上視平面図が図１（ａ）であり、図１（ｂ）中の下視平面図が図１（ｃ）である。なお、図１（ｂ）では、半導体装置１００を冷却部材２００上に搭載してなる実装構造の状態が示されている。

図１に示されるように、半導体装置１００は、放熱板１０を備えている。ここでは、放熱板１０はヒートシンク１０である。本例では、ヒートシンク１０は、Ｃｕなどからなる矩形板状のものであり、また、一端部には端子部１１が突出して形成されており、他端部側にはネジ締めのためのネジ穴１２が形成されている。

このヒートシンク１０の一面１０ａ上には半導体素子２０が搭載されている。この半導体素子２０は、シリコン半導体などからなる半導体チップに半導体製造プロセスを用いてトランジスタなどの素子を形成したものである。

この半導体素子２０は、たとえば、マイコンや制御ＩＣなどの制御素子、および、パワーＭＯＳ素子やＩＧＢＴ素子などのパワー素子などから選択されたものにできる。また、図１では、半導体素子２０は１個であるが、複数個であってもよい。

半導体素子２０は、ヒートシンク１０の一面１０ａに対してＡｇペーストやはんだなどの導電性接続部材（図示せず）を介して接合されており、半導体素子２０の裏面（接合面）とヒートシンク１０とは、当該導電性接続部材を介して同電位となっている。

また、ヒートシンク１０の周囲には、リード部材３０が設けられている。リード部材３０は、Ｃｕや４２アロイなどの導電性材料からなるもので、リードフレームなどを用いて形成されたものである。

また、リード部材３０と半導体素子２０とは、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などからなるワイヤ４０によって結線され電気的に接続されている。このワイヤ４０は、たとえばワイヤボンディングなどにより形成することができる。

そして、これらヒートシンク１０、半導体素子２０、リード部材３０、およびワイヤ４０は、モールド樹脂５０によって包み込まれるように封止されている。

このモールド樹脂５０による封止形態においては、ヒートシンク１０の他面１０ｂ、ヒートシンク１０の端子部１１およびリード部材３０におけるワイヤ４０の接続部とは反対側の端部が、モールド樹脂５０から露出している。また、ヒートシンク１０のネジ穴１２もモールド樹脂５０から露出している。

このモールド樹脂５０は、通常の半導体パッケージに用いられるエポキシ系樹脂などのモールド樹脂材料からなるものであり、成形型を用いたトランスファーモールド法などにより成形することができる。そして、モールド樹脂５０の形状は、モールド成形型により決められる。

ここにおいて、本実施形態では、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側にて、ヒートシンク１０の他面１０ｂは、モールド樹脂５０の面５１よりも引っ込んでいる。その引っ込み深さｈ（図１（ｂ）参照）は、限定するものではないが、たとえば０．２ｍｍ程度とすることができる。

また、モールド樹脂５０から突出しているヒートシンク１０の端子部１１およびリード部材３０の部分には、図示しない外部回路が接続可能となっている。それにより、端子部１１は、たとえばＧＮＤ状態に設定され、また、半導体素子２０は、リード部材３０を介して上記外部回路との間で信号のやり取りが可能となっている。

このような半導体装置１００は、半導体素子２０をヒートシンク１０の一面に上記導電性接続部材を介してに搭載するとともに、リード部材３０と半導体素子２０との間でワイヤボンディングを行い、ワイヤ４０で結線したものを、成形型に投入し、モールド樹脂５０による成形を行うことによって、製造することができる。

そして、この半導体装置１００は、図１（ｂ）に示されるように、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側にて冷却部材２００上に搭載される。ここで、冷却部材２００は、たとえばフィン形状を有する放熱フィンとして構成されるものであり、アルミニウム（Ａｌ）やＣｕ（銅）などの放熱性に優れた材料からなる。

そして、半導体装置１００は、この冷却部材２００に対して、接着、ネジ締め、バネ止めなどの方法により固定されている。本例では、ヒートシンク１０のネジ穴１２を介して、図示しないネジ部材を用いたネジ締めにより、半導体装置１００と冷却部材２００とが固定されている。

それにより、半導体装置１００においてモールド樹脂５０の内部の半導体素子２０から発生した熱は、ヒートシンク１０を介して冷却部材２００へ伝わる。そして、冷却部材２００は外部と熱交換することにより冷却されるため、半導体装置１００の熱は、外部へ適切に放熱され、過度の温度上昇を抑制することができるようになっている。

そして、本実施形態では、このような半導体装置１００の実装構造において、ヒートシンク１０の他面１０ｂがモールド樹脂５０の面５１よりも引っ込んでいることにより、ヒートシンク１０の他面１０ｂは冷却部材２００とは離間している。

ところで、本実施形態によれば、放熱板としてのヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面１０ａ上に搭載された半導体素子２０と、ヒートシンク１０の他面１０ｂを露出させた状態でヒートシンク１０および半導体素子２０を包み込むように封止するモールド樹脂５０とを備える半導体装置において、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側にて、ヒートシンク１０の他面１０ｂは、モールド樹脂５０の面５１よりも引っ込んでいることを特徴とする半導体装置１００が提供される。

それによれば、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側にてヒートシンク１０の他面１０ｂがモールド樹脂５０の面５１よりも引っ込んでいるため、本半導体装置１００を冷却部材２００上に搭載するとき、半導体装置１００と冷却部材２００との間に、従来のような絶縁膜、絶縁性接着剤、絶縁シートなどを設けなくても、導電性の放熱板１０が通常金属製の冷却部材２００に接しないようにできる。

そのため、本実施形態の半導体装置１００によれば、半導体装置１００を冷却部材２００上に接着やネジ締め等で搭載するにあたって、半導体装置１００と冷却部材２００との間に、従来のような特別な処理や部品を追加することなく、半導体装置１００と冷却部材２００との電気的な絶縁を適切に図ることができる。

また、図１（ｂ）に示される本実施形態の実装構造によれば、ヒートシンク１０と、ヒートシンク１０の一面１０ａ上に搭載された半導体素子２０と、ヒートシンク１０の他面１０ｂを露出させた状態でヒートシンク１０および半導体素子２０を包み込むように封止するモールド樹脂５０とを備える半導体装置１００を、ヒートシンク１０の他面１０ｂ側にて冷却部材２００上に搭載してなる半導体装置の実装構造において、ヒートシンク１０の他面１０ｂは、モールド樹脂５０の面５１よりも引っ込んでいることにより、冷却部材２００とは離間していることを特徴とする半導体装置の実装構造が提供される。

それによれば、当該実装構造において、半導体装置１００と冷却部材２００との間に、従来のような絶縁膜、絶縁性接着剤、絶縁シートなどを設けなくても、導電性のヒートシンク１０が通常金属製の冷却部材２００に接しないようにできる。

そのため、本実装構造によっても、半導体装置１００を冷却部材２００上に接着やネジ締め等で搭載するにあたって、半導体装置１００と冷却部材２００との間に、従来のような特別な処理や部品を追加することなく、半導体装置１００と冷却部材２００との電気的な絶縁を適切に図ることができる。

（他の実施形態）
なお、放熱板としては、上記したヒートシンク１０以外にも、リードフレームなどであってもよく、半導体素子２０を搭載可能であって放熱性を持つものであればよい。

また、モールド樹脂５０内における各部の構成や電気接続の形態などについても、上記実施形態に限定されるものではなく、ハーフモールドパッケージタイプの半導体装置として可能な種々の形態を採用することができる。

要するに、本発明は、ヒートシンクと、ヒートシンクの一面上に搭載された半導体素子と、ヒートシンクの他面を露出させた状態でヒートシンクおよび半導体素子を包み込むように封止するモールド樹脂とを備える半導体装置を、ヒートシンクの他面側にて冷却部材上に搭載する場合に、ヒートシンクの他面をモールド樹脂の面よりも引っ込ませることにより、ヒートシンクの他面を冷却部材とは離間させることを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係る半導体装置の具体的構成を示す図であり、（ａ）は表面側の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は裏面側の平面図である。 一般的なハーフモールドパッケージタイプの半導体装置の具体的構成を示す図であり、（ａ）は表面側の平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は裏面側の平面図である。 半導体装置と冷却部材との間に電気絶縁性を有する絶縁膜を介在させた構成を示す図である。 半導体装置と冷却部材との間に電気絶縁性を有する絶縁性接着剤を介在させた構成を示す図である。 半導体装置と冷却部材との間に電気絶縁性を有する絶縁性シートを介在させた構成を示す図である。

符号の説明

１０…放熱板としてのヒートシンク、１０ａ…ヒートシンクの一面、
１０ｂ…ヒートシンクの他面、２０…半導体素子、５０…モールド樹脂、
５１…モールド樹脂の面、１００…半導体装置、２００…冷却部材。

Claims (2)

1. 放熱板（１０）と、
   前記放熱板（１０）の一面（１０ａ）上に搭載された半導体素子（２０）と、
   前記放熱板（１０）の他面（１０ｂ）を露出させた状態で前記放熱板（１０）および前記半導体素子（２０）を包み込むように封止するモールド樹脂（５０）と、を備える半導体装置において、
   前記放熱板（１０）の他面（１０ｂ）側にて、前記放熱板（１０）の他面（１０ｂ）は、前記モールド樹脂（５０）の面（５１）よりも引っ込んでいることを特徴とする半導体装置。
2. 放熱板（１０）と、前記放熱板（１０）の一面（１０ａ）上に搭載された半導体素子（２０）と、前記放熱板（１０）の他面（１０ｂ）を露出させた状態で前記放熱板（１０）および前記半導体素子（２０）を包み込むように封止するモールド樹脂（５０）と、を備える半導体装置（１００）を、前記放熱板（１０）の他面（１０ｂ）側にて冷却部材（２００）上に搭載してなる半導体装置の実装構造において、
   前記放熱板（１０）の他面（１０ｂ）は、前記モールド樹脂（５０）の面（５１）よりも引っ込んでいることにより、前記冷却部材（２００）とは離間していることを特徴とする半導体装置の実装構造。
   

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