JP2006190798A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、発熱素子により加熱されたヒートシンクからの熱が制御素子を搭載した第２リードフレームに伝播することを抑制し、制御素子の温度上昇を最小限に抑えることにより、スイッチング損失の少ない半導体装置を実現することを目的とする。
【解決手段】 本発明の１つの態様による半導体装置は、表面および裏面を含む少なくとも１つの第１および第２のリードフレームと、第１のリードフレームの表面上に搭載された発熱素子と、第２のリードフレームの表面上に搭載された、発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、第１のリードフレームの裏面に対向または当接し、第２のリードフレームの裏面に対向しない放熱ブロックと、発熱素子、制御素子、および放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関し、とりわけ発熱素子および制御素子を内蔵するトランスファモールド型半導体装置に関する。

近年、モータやヒータなどの電子機器に流れる大電流を信頼性よく制御する電力用半導体装置（インテリジェント・パワーモジュール（以下、単に「ＩＰＭ」という。））に対する需要がますます増大している。こうしたＩＰＭは、概略、駆動時に大量の熱を発する発熱素子（例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ））と、発熱素子に過電流が流れた場合に、その駆動を安全に停止するように制御する制御素子（例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）チップ）とを有する。

一般に、制御素子のスイッチング時間は、その温度により変動し、とりわけ制御素子の温度が上昇すると増大する。したがって、発熱素子から生じた熱が同一の樹脂パッケージ内に内蔵された制御素子に伝わり、制御素子の温度が上昇すると、ＩＰＭのスイッチング損失が増大してしまう。

制御素子の放熱性を改善することにより、制御素子の温度上昇を抑える手法が、これまでにも提案されている。例えば、特開平８−２５５８６８号の図１に示す半導体装置によれば、アナログＩＣチップとディジタルＩＣチップをそれぞれ絶縁されたダイパッド金属板に載置固定することにより、ディジタルＩＣチップ自身から生じる熱を外部に効率よく放熱することが開示されている。
特開平８−２５５８６８号公報

しかしながら、一般に、ＩＧＢＴなどのアナログＩＣチップから生じる熱は、ＣＭＯＳなどのディジタルＩＣチップから生じる熱よりもはるかに大きく、ＩＧＢＴが搭載された金属板上にさらに放熱フィンを設けて、アナログＩＣチップからの熱をよりいっそう効率よく放熱することが求められるが、従来技術を示す前記特許文献１の図２において、一対の金属板上に放熱フィンを配設すると、アナログＩＣチップからの熱が放熱フィンを介してディジタルＩＣチップに伝播し、ディジタルＩＣチップの放熱性は、むしろ悪くなってしまう。換言すると、この従来技術による半導体装置によれば、より莫大な熱を生じるアナログＩＣチップをより効率よく冷却するために、放熱フィンを金属板上に設けることができない。

そこで本発明は、発熱素子から生じる熱を効率よく放熱する放熱フィンを取り付けることができ、しかも発熱素子からの熱が制御素子に伝播することを抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様による半導体装置は、表面および裏面を含む少なくとも１組の第１および第２のリードフレームと、前記第１のリードフレームの前記表面上に搭載された発熱素子と、前記第２のリードフレームの前記表面上に搭載された、前記発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、前記第１のリードフレームの前記裏面に対向または当接し、前記第２のリードフレームの前記裏面に対向しない放熱ブロックと、前記発熱素子、前記制御素子、および前記放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備える。

本発明の１つの態様によれば、発熱素子により加熱された放熱ブロックからの熱が制御素子を搭載した第２リードフレームに伝播することを抑制し、制御素子の温度上昇を最小限に抑えることにより、スイッチング損失の少ない半導体装置を実現することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る半導体装置の実施の形態を説明する。各実施の形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば、「Ｘ方向」、「Ｙ方向」、「Ｚ方向」、「上方」、および「下方」など）を適宜用いるが、これは説明のためのものであって、これらの用語は本発明を限定するものでない。

実施の形態１．
ここで図１〜図４を参照しながら、本発明に係るトランスファモールド型半導体装置の実施の形態１について以下に説明する。図１に示す実施の形態１の半導体装置１は、概略、複数の第１リードフレーム１０と、複数の第２リードフレーム２０と、これらのリードフレーム１０，２０の全体を封止する樹脂パッケージ３０とを有する。

また、図２に示す断面図において、樹脂パッケージ３０は、第１リードフレーム１０の表面１１および第２リードフレーム２０の表面２１に対向する上面３１と、第１リードフレーム１０の裏面１３および第２リードフレーム２０の裏面２３に対向する下面３３とを有する。また、第１リードフレーム１０の表面１１上には、例えば、フリーホィールダイオードチップ（ＦＷＤチップ）１２ａおよび絶縁ゲート型バイポーラトランジスタチップ（ＩＧＢＴチップ）１２ｂなどのスイッチング駆動時に極めて大きな熱を生じる少なくとも１つ発熱素子１２が半田などの導電性接着剤（図示せず）を用いて搭載されている。同様に、第２リードフレーム２０の表面２１上には、例えば、ＩＧＢＴチップ１２ｂに過電流が流れた場合に、そのスイッチング駆動を安全に停止するように制御する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）チップなどの制御素子２２が導電性接着剤（図示せず）を用いて搭載されている。本願においては、発熱素子１２としてＦＷＤチップ１２ａおよびＩＧＢＴチップ１２ｂを例示し、制御素子２２の一例としてＣＭＯＳチップ２２を開示したが、発熱素子１２は大量の熱を生じる任意の回路素子であり、同様に制御素子２２は発熱素子１２よりも発熱量の少ない任意の回路素子であって、発熱素子１２および制御素子２２の具体的機能は本発明を限定するものではない。

本発明に係る実施の形態１の半導体装置１によれば、図３に示す断面図において、図中の最も左側にある第１リードフレーム１０ａの表面１１上には、３つの発熱素子１２が搭載され、その他の第１リードフレーム１０ｂ，１０ｃ，１０ｄには、それぞれ１つずつの発熱素子１２が搭載されるように図示されている。また、この半導体装置１は、第１リードフレーム１０の裏面１３（図２）に当接して固定される複数のヒートシンク４０ａ〜４０ｆ（図３）を有する。これらのヒートシンク４０は、銅またはアルミニウムなどの良好な熱導電性を有する金属ブロック（放熱ブロック）で構成されており、それぞれの発熱素子１２から生じる熱を効率よく下方に伝達することができる。そして上述のように、発熱素子１２、制御素子２２、およびヒートシンク４０は、樹脂パッケージ３０により全体が包囲されるように封止されている。このように、実施の形態１による半導体装置１は、分割ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型ＩＰＭである。

さらに本発明の実施の形態１によれば、各ヒートシンク４０は、図２に示すように、第１リードフレーム１０を超えて第２リードフレーム２０に向かってＸ方向に延びることなく、第２リードフレーム２０の裏面２３は、ヒートシンク４０に対向しない。

こうして構成された半導体装置１において、発熱素子１２で生じた熱は、ヒートシンク４０に伝播し、ヒートシンク４０を介して直ちに樹脂パッケージ３０の下面３３から効率よく放熱される。また、図２および図３に示すように、好適には、放熱フィン５０が樹脂パッケージ３０の下面３３に当接するように取り付けられ、樹脂パッケージ３０の下面３３からの熱がよりいっそう効果的に放熱される。上述のように、ヒートシンク４０は、第２リードフレーム２０の下方まで延伸することなく、第２リードフレーム２０の裏面２３に対向しない（図２）。したがって、実施の形態１によれば、発熱素子１２により昇温したヒートシンク４０から第２リードフレーム２０に熱が伝播することを抑制し、制御素子２２の温度上昇を最小限に抑えることができ、スイッチング損失の少ない半導体装置１を実現することができる。

ところで、独立した各ヒートシンク４０は、対応するそれぞれの第１リードフレーム１０の裏面１３に当接して固定されるので、図３に示すように、各ヒートシンク４０ａ〜４０ｆはそれぞれの第１リードフレーム１０ａ〜１０ｄにぶら下がった状態で、樹脂パッケージ３０がトランスファモールド成形される。このとき、ヒートシンク４０が第１リードフレーム１０に固定されると、第１リードフレーム１０は、一般に、ヒートシンク４０の重みにより下方に沈降する傾向があるが、第１リードフレーム１０ａ〜１０ｄのそれぞれは、ヒートシンク４０の同一重量に対して、強度または沈降の度合いにおいて互いに差異（ばらつき）を有する。したがって、図４に示すように、各ヒートシンク４０ａ〜４０ｆと樹脂パッケージ３０の下面３３の間の距離（厚み）にも互いに差異（ばらつき）が生じ、最も大きく沈降するヒートシンク（例えば４０ｄ）と樹脂パッケージ３０の下面３３の間の距離が、必要最小限度の絶縁耐圧を担保するように設計しなければならない。

しかしながら、本発明に係る実施の形態１によれば、各ヒートシンク４０ａ〜４０ｆは第１リードフレーム１０を超えて第２リードフレーム２０に向かってＸ方向に延びることなく、各ヒートシンク４０ａ〜４０ｆの重量を従来のものより実質的に軽量化することができるので、各第１リードフレーム１０が沈降する度合いのばらつきを低減することができ、ひいては各ヒートシンク４０と樹脂パッケージ３０の下面３３の間の厚みを薄くすることができる。したがって、実施の形態１によれば、半導体装置１のＺ方向の厚みを薄く形成できるとともに、必要最小限度の絶縁耐圧を確保しながら、各ヒートシンク４０からの放熱効果を改善することができる。

変形例１〜４．
図５を参照しながら、本発明に係る実施の形態１の変形例１〜４について以下に説明する。変形例１〜４による半導体装置１は、概略、樹脂パッケージ３０が第２リードフレーム２０と放熱フィン５０の間において形成された空隙を有する点を除いて、実施の形態１の半導体装置１と同様の構成を有するので、重複する部分に関する詳細な説明を省略する。

変形例１．
図５および図６に示す変形例１の半導体装置１において、第２リードフレーム２０の下方にある樹脂パッケージ３０の一部を切除することにより、第２リードフレーム２０と放熱フィン５０（または樹脂パッケージ３０の下面３３を含むＸ−Ｙ平面）との間に切り欠き部（空隙）５１を形成する。すなわち、樹脂パッケージ３０は、第２リードフレーム２０の裏面２３と放熱フィン５０の間において形成された切り欠き部５１を有する。この切り欠き部５１は、大気と連通し、樹脂パッケージ３０よりさらに低い熱伝導性を有するので、発熱素子１２、ヒートシンク４０、そして放熱フィン５０に伝播した熱が、逆に、樹脂パッケージ３０を介して制御素子２２に伝わることを防止することができる。したがって、変形例１の半導体装置１によれば、放熱フィン５０から制御素子２２に逆に伝播する熱を抑制することができ、実施の形態１よりさらにスイッチング損失の少ない半導体装置１を実現することができる。

変形例２．
択一的には、変形例２の半導体装置１は、図７および図８に示すように、第２リードフレーム２０の下方にある樹脂パッケージ３０の下面３３にＹ方向に延びる通路部（空隙）５２を形成してもよい。この通路部５２は、変形例１の切り欠き部５１と同様、第２リードフレーム２０と放熱フィン５０（または樹脂パッケージ３０の下面３３ａ，３３ｂを含むＸ−Ｙ平面）の間に空隙を形成する。したがって、変形例２の半導体装置１によれば、変形例１と同様に、放熱フィン５０から制御素子２２に逆に伝播する熱を抑制することができ、実施の形態１よりさらにスイッチング損失の少ない半導体装置１を実現することができる。

変形例２の半導体装置１のさらなる効果として、とりわけ図７に示すように、通路部５２の両側にある樹脂パッケージ３０の下面３３ａ，３３ｂが同一平面上にあるので、半導体装置１を放熱フィン５０上に安定的に載置できる。すなわち、変形例１に比して、半導体装置１を放熱フィン５０に固定する際の作業性を格段に向上することができる。

変形例３．
さらに別の変形例３において、半導体装置１は、図９および図１０に示すように、樹脂パッケージ３０の下面３３から制御素子２２に向かって上方向（Ｚ方向）に延びる複数の縦孔部（空隙）５３を有していてもよい。各縦孔部５３は、図１０においては、個々の制御素子２２の周辺部を含むＸ−Ｙ平面領域の下方にＺ方向に延びるように図示されているが、一連の制御素子２２全体の周辺部を含むＸ−Ｙ平面領域の下方に、単一の縦孔部（図示せず）を設けてもよい。このように構成された縦孔部５３は、変形例１の切り欠き部５１および変形例２の通路部５２と同様、第２リードフレーム２０と放熱フィン５０（または樹脂パッケージ３０の下面３３を含むＸ−Ｙ平面）の間に空隙を形成する。したがって、変形例３の半導体装置１によれば、変形例１および２と同様に、発熱素子１２により加熱された放熱フィン５０から制御素子２２に逆に伝播する熱を抑制することができ、実施の形態１よりさらにスイッチング損失の少ない半導体装置１を実現することができる。また、変形例１の半導体装置１のように、樹脂パッケージ３０の下面３３に実質的な段差を生じることなく、半導体装置１を容易に、かつ安定的に放熱フィン５０に固定することができる。

変形例４．
さらに別の変形例４によれば、半導体装置１は、図１１に示すように、Ｘ−Ｙ平面に実質的に平行に延びるスリット（空隙）５４を有していてもよい。このスリット５４は、上記変形例１〜３と同様、第２リードフレーム２０と放熱フィン５０の間に空隙を形成する。したがって、変形例４の半導体装置１によれば、変形例１〜３と同様に、発熱素子１２により加熱された放熱フィン５０から制御素子２２に逆に伝播する熱を抑制することができ、実施の形態１よりさらにスイッチング損失の少ない半導体装置１を実現することができる。また、変形例４の半導体装置１は、容易にかつ安定的に放熱フィン５０に固定することができる。

実施の形態２．
次に、図１２および図１３を参照しながら、本発明に係るトランスファモールド型半導体装置の実施の形態２について以下に説明する。なお、実施の形態１と同様の構成部品については、同様の符号を用いて説明する。実施の形態２の半導体装置２は、実施の形態１の半導体装置１と同様、複数の第１リードフレーム１０および第２リードフレーム２０を有する。また、実施の形態２の半導体装置２は、図１２および図１３に示すように、第１リードフレーム１０の表面１１上に搭載された発熱素子１２ａ，１２ｂと、第２リードフレーム２０の表面上に搭載された制御素子２２と、第１リードフレーム１０の裏面１１と対向する単一のヒートシンク（放熱ブロック）４２とを有する。さらに、実施の形態２によれば、図１３の底面図に示すように、ヒートシンク４２の下面４３が露出するように、発熱素子１２、制御素子２２、およびヒートシンク４２を封止する樹脂パッケージ３０が設けられている。樹脂パッケージ３０は、上面３１および下面３３を有する。ヒートシンク４２は、銅またはアルミニウムなどの良好な熱導電性を有する金属ブロック（放熱ブロック）で構成されている。すなわち、実施の形態２による半導体装置２は、一体型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型ＩＰＭである。

本発明に係る実施の形態２のヒートシンク４２は、第１リードフレーム１０を超えてＹ方向に延びることなく、第２リードフレーム２０の裏面２３と対向せず、第１リードフレーム１０の裏面１３にのみ対向する。

こうして構成された半導体装置２によれば、実施の形態１と同様、発熱素子１２で生じた熱は、ヒートシンク４２に伝播して、その下面４３から外部に効率よく放熱される。また、図１２に示すように、好適には、放熱フィン５０がヒートシンク４２の下面４３に当接するように取り付けられ、ヒートシンク４２の下面４３からの熱がよりいっそう効果的に放熱される。このとき、ヒートシンク４２は、第２リードフレーム２０の下方まで延伸することなく、第２リードフレーム２０の裏面２３に対向しないため（図１２）、ヒートシンク４２から第２リードフレーム２０に熱が伝播しにくくなり、制御素子２２の温度上昇をできるだけ小さく抑えることができる。こうして、本発明の実施の形態２によれば、スイッチング損失の少ない半導体装置２を実現することができる。

なお、当業者ならば容易に理解されるように、実施の形態１に対する変形例１〜４は、実施の形態２の半導体装置２に対しても同様に適用することができる。すなわち、第２リードフレーム２０と放熱フィン５０の間における樹脂パッケージ３０に空隙を設けることにより、発熱素子１２により加熱された放熱フィン５０から制御素子２２に逆に伝播する熱を抑制し、実施の形態２よりさらにスイッチング損失の少ない半導体装置２を実現することができる。第２リードフレーム２０と放熱フィン５０（または樹脂パッケージ３０の下面３３を含むＸ−Ｙ平面）の間において形成された樹脂パッケージ３０の空隙とは、具体的には、樹脂パッケージ３０と放熱フィン５０の間の切り欠き部５１（図５および図６）、樹脂パッケージ３０の下面３３にＹ方向に延びる通路部５２（図７および図８）、個々の制御素子２２または一連の制御素子２２全体の周辺部を含むＸ−Ｙ平面領域の下方に形成された複数または単一の縦孔部５３（図９および図１０）、およびＸ−Ｙ平面に実質的に平行に延びるスリット（図１１）のうちのいずれかであってもよい。

実施の形態３．
次に、図１４および図１５を参照しながら、本発明に係るトランスファモールド型半導体装置の実施の形態３について以下に説明する。なお、実施の形態１および２と同様の構成部品については、同様の符号を用いて説明する。本発明に係る実施の形態３の半導体装置３は、上記説明した実施の形態の半導体装置と同様、複数の第１リードフレーム１０および第２リードフレーム２０を有する。また、実施の形態３の半導体装置３は、概略、図１４および図１５に示すように、第１リードフレーム１０の表面１１上に搭載された発熱素子１２ａ，１２ｂと、第２リードフレーム２０の表面２１上に搭載された制御素子２２と、貫通孔付きヒートシンク（放熱ブロック）４４とを有する。実施の形態３によれば、図１５の底面図に示すように、貫通孔付きヒートシンク４４の下面４５が露出するように、発熱素子１２、制御素子２２、およびヒートシンク４２を封止する樹脂パッケージ３０が設けられている。樹脂パッケージ３０は、上面３１および下面３３を有する。このように、実施の形態３による半導体装置３は、実施の形態２と同様、一体型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型ＩＰＭである。

実施の形態３による貫通孔付きヒートシンク４４は、銅またはアルミニウムなどの良好な熱導電性を有する金属ブロック（放熱ブロック）からなり、とりわけ図１５に示すように、第１および第２ブロック部４４ａ，４４ｂと、これらを連結して支持する一対のブリッジ部４４ｃ，４４ｄとから構成される。図１４に示すように、第１ブロック部４４ａは、第１リードフレーム１０の裏面１３に対向し、第１リードフレーム１０を実質的に超えてＸ方向に延びることがない。同様に、第２ブロック部４４ｂは、第２リードフレーム２０の裏面２３に対向し、第２リードフレーム２０を実質的に超えて第１リードフレーム１０に向かって延伸しない。こうして、実施の形態３の貫通孔付きヒートシンク４４は、第１および第２リードフレーム１０，２０の間においてＺ方向に延びる貫通孔４６が形成される。この貫通孔４６は、トランスファモールド成形されると、その内部にモールド樹脂が充填される。

このように構成された半導体装置３によれば、ヒートシンク４４より熱伝導性の低いモールド樹脂が貫通孔４６内に充填されるので、発熱素子１２で生じ第１ブロック部４４ａに伝わった熱が第２ブロック部４４ｂに伝播することを抑制することができる。その結果、第２リードフレーム２０上の制御素子２２の温度上昇を極力抑えることができる。したがって、本発明の実施の形態３によれば、スイッチング損失の少ない半導体装置３を実現することができる。

実施の形態４．
次に、図１６〜図１９を参照しながら、本発明に係るトランスファモールド型半導体装置の実施の形態４について以下に説明する。なお、実施の形態１〜３と同様の構成部品については、同様の符号を用いて説明する。実施の形態４の半導体装置４は、上記説明した実施の形態の半導体装置と同様、複数の第１リードフレーム１０および第２リードフレーム２０を有する。また、この半導体装置４は、概略、図１６に示すように、第１リードフレーム１０の表面１１上に搭載された発熱素子１２ａ，１２ｂと、第２リードフレーム２０の表面２１上に搭載された制御素子２２と、第１および第２リードフレーム１０，２０に対向するヒートシンク（放熱ブロック）４７と、ヒートシンク４７の下面４８が露出するように、発熱素子１２、制御素子２２、およびヒートシンク４７を封止する樹脂パッケージ３０とを備える。すなわち、実施の形態４による半導体装置４は、実施の形態２および３と同様、一体型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型ＩＰＭである。

図１６および図１７に示す実施の形態４の半導体装置４において、樹脂パッケージ３０は、上面３１および下面３３を有し、上面３１から下面３３に向かって下方（−Ｚ方向）に延びる複数の断熱孔３５を有する。これらの各断熱孔３５は、発熱素子１２と制御素子２２の間に設けられ、樹脂よりさらに熱伝導率の低い大気と連通しているので、発熱素子１２から制御素子２２に直接的に伝播する熱を遮断することができる。こうして、本発明の実施の形態４によれば、制御素子２２の温度上昇を極力抑え、スイッチング損失の少ない半導体装置４を実現することができる。

なお、実施の形態４で上記説明した断熱孔３５は、例えば図１８に示すように（半導体装置２）、実施の形態１〜３の半導体装置１〜３にも適用することができる。さらに、例えば図１９に示すように（半導体装置３）、樹脂パッケージ３０の下面３３から上面３１に向かって上方に延びるように断熱孔３５を形成することができる。これらの断熱孔３５は、発熱素子１２と制御素子２２の間に配置されるので、発熱素子１２から制御素子２２に直接的に伝播する熱を遮断することができる。したがって、同様に、制御素子２２の温度上昇を極力抑え、スイッチング損失の少ない半導体装置４を実現することができる。

実施の形態５．
次に、図２０を参照しながら、本発明に係るトランスファモールド型半導体装置の実施の形態５について以下に説明する。なお、実施の形態１〜４と同様の構成部品については、同様の符号を用いて説明する。実施の形態５の半導体装置５は、上記説明した実施の形態の半導体装置と同様、複数の第１リードフレーム１０および第２リードフレーム２０を有する。また半導体装置５は、図２０に示すように、第１リードフレーム１０の表面１１上に搭載された発熱素子１２ａ，１２ｂと、第２リードフレーム２０の表面２１上に搭載された制御素子２２と、第１および第２リードフレーム２０に対向するヒートシンク（放熱ブロック）６０と、ヒートシンク６０の下面６１が露出するように、発熱素子１２、制御素子２２、およびヒートシンク６０を封止する樹脂パッケージ３０とを備える。樹脂パッケージ３０は、上面３１および下面３３を有する。このように、実施の形態５による半導体装置５は、実施の形態２〜４と同様、一体型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型ＩＰＭである。

図２０に示す本発明に係る実施の形態５の半導体装置５は、ヒートシンク６０が第１リードフレーム１０の裏面１３と対向する第１の対向領域６２と、第２リードフレーム２０の裏面２３と対向するＸ−Ｙ平面と実質的に平行な第２の対向領域６４とを有する。第１および第２の対向領域６２，６４はＸ−Ｙ平面と実質的に平行である。また、図２０に示す半導体装置５において、第１リードフレーム１０の裏面１３と第１の対向領域６２とのＺ方向の距離ｈ_１が第２リードフレーム２０の裏面２３と第２の対向領域６４とのＺ方向の距離ｈ_２より小さく（ｈ_２＞ｈ_１）なるように構成されている。このように、実施の形態５の半導体装置５によれば、第２リードフレーム２０の裏面２３の下方にあるヒートシンク６０の一部が切除され、第１リードフレーム１０と第１の対向領域６２の間よりも、第２リードフレーム２０と第２の対向領域６４の間の方が、厚く樹脂モールドされる。したがって、モールド樹脂の熱伝導率はヒートシンク６０を構成する金属材料よりも低いので、ヒートシンク６０から第２リードフレーム２０に伝わる熱を抑制することができる。こうして、制御素子２２の温度上昇を極力抑え、スイッチング損失の少ない半導体装置５を実現することができる。

実施の形態６．
次に、図２１を参照しながら、本発明に係るトランスファモールド型半導体装置の実施の形態６について以下に説明する。なお、実施の形態１と同様の構成部品については、同様の符号を用いて説明する。実施の形態６の半導体装置６は、上記説明した実施の形態の半導体装置と同様、複数の第１リードフレーム１０および第２リードフレーム２０を有する。また半導体装置６は、図２１に示すように、第１リードフレーム１０の表面１１上に搭載された発熱素子１２ａ，１２ｂと、第２リードフレーム２０の表面２１上に搭載された制御素子２２と、第１リードフレーム１０に当接し、第２リードフレーム２０に対向するヒートシンク（放熱ブロック）４０と、発熱素子１２、制御素子２２、およびヒートシンク４０を全体的に封止する樹脂パッケージ３０とを備える。すなわち、実施の形態６による半導体装置６は、実施の形態１と同様、分割型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型インテリジェント・パワーモジュールである。

本発明に係る実施の形態６の半導体装置６において、図２１に示すように、樹脂パッケージ３０は、上面３１および下面３３を有し、樹脂パッケージ３０の上面３１上に一連の凹部３６および凸部３７を有する。すなわち、制御基板７０に取り付けられた際の樹脂パッケージ３０の制御基板７０側の上面３１上に複数の凹部３６および凸部３７を有する。こうして、発熱素子１２から生じた熱が、樹脂パッケージ３０の制御基板７０側の上面３１から効率よく放熱され、制御素子２２に伝播する熱を低減することができる。

また、樹脂パッケージ３０の上面３１と発熱素子１２の間に別のヒートシンクを設けることなく、発熱素子１２を十分に放熱することができるので、樹脂パッケージ３０全体の厚みを低減し、半導体装置６を薄厚化することができる。
さらに、図２１において、樹脂パッケージ３０の上面３１と制御基板７０が距離ｄだけ離間するように、第１および第２リードフレーム１０，２０は、樹脂パッケージ３０の上面３１を超えて上方に延びている。このように構成された半導体装置６は、樹脂パッケージ３０の上面３１からの放熱性を確保しつつ、制御基板７０への実装性を確保することができる。

好適には、凹部３６および凸部３７は、図２１に示すように、発熱素子１２の上方に形成され、発熱素子１２の真上に凹部３６が形成される。こうして、発熱素子１２からの熱をさらに効果的に放熱することができる。したがって、実施の形態６によれば、制御素子２２の温度上昇を極力抑え、スイッチング損失の少ない半導体装置６を実現することができる。

なお、この実施の形態で説明した制御基板７０側の上面３１上の一連の凹部３６および凸部３７は、分割型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型インテリジェント・パワーモジュールのみならず、一体型ヒートシンク構造を有するトランスファモールド型インテリジェント・パワーモジュールにも同様に形成して、発熱素子１２からの効果的な放熱を実現することができる。

本発明に係る実施の形態１の半導体装置の斜視図である。 図１のII−II線から見た断面図である。 図１のIII−III線から見た断面図である。 図４と同様の断面図である。 実施の形態１の変形例１を示す図２と同様の断面図である。 変形例１を示す概略的な側面図である。 実施の形態１の変形例２を示す図２と同様の断面図である。 変形例２を示す概略的な側面図である。 実施の形態１の変形例３を示す図２と同様の断面図である。 下から見た変形例３の底面図である。 実施の形態１の変形例４を示す図２と同様の断面図である。 本発明に係る実施の形態２の半導体装置の断面図である。 下から見た実施の形態２の底面図である。 本発明に係る実施の形態３の半導体装置の断面図である。 下から見た実施の形態３の底面図である。 本発明に係る実施の形態４の半導体装置の断面図である。 上から見た実施の形態４の平面図である。 実施の形態４の変形例を示す図１６と同様の断面図である。 実施の形態４の別の変形例を示す図１６と同様の断面図である。 本発明に係る実施の形態５の半導体装置の断面図である。 本発明に係る実施の形態６の半導体装置の断面図である。

符号の説明

１〜６ 半導体装置、１０ 第１リードフレーム、１２ 発熱素子、２０ 第２リードフレーム、２２ 制御素子、３０ 樹脂パッケージ、３１ 上面、３３ 下面、４０，４２，４４，４７，６０ ヒートシンク、４６ 貫通孔、５０ 放熱フィン、５１ 切り欠き部、５２ 通路部、５３ 縦孔部、５４ スリット、７０ 制御基板。

Claims (7)

1. 表面および裏面を含む少なくとも１組の第１および第２のリードフレームと、
   前記第１のリードフレームの前記表面上に搭載された発熱素子と、
   前記第２のリードフレームの前記表面上に搭載された、前記発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、
   前記第１のリードフレームの前記裏面に対向または当接し、前記第２のリードフレームの前記裏面に対向しない放熱ブロックと、
   前記発熱素子、前記制御素子、および前記放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備えたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記樹脂パッケージは、前記第１および第２のリードフレームの前記表面に対向する上面と、前記第１および第２のリードフレームの前記裏面に対向する下面とを有し、前記第２のリードフレームの前記裏面と、該下面を含む平面との間おいて形成された空隙を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 表面および裏面を含む少なくとも１組の第１および第２のリードフレームと、
   前記第１のリードフレームの前記表面上に搭載された発熱素子と、
   前記第２のリードフレームの前記表面上に搭載された、前記発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、
   前記第１のリードフレームの前記裏面および前記第２のリードフレームの前記裏面に対向する放熱ブロックと、
   前記第１および第２のリードフレームの前記表面に対向する上面と、前記第１および第２のリードフレームの前記裏面に対向する下面とを有し、前記放熱ブロックの少なくとも一部が露出するように、前記発熱素子、前記制御素子、および前記放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備え、
   前記放熱ブロックは、前記第１のリードフレームおよび前記第２のリードフレームの間で、前記上面および前記下面に対して垂直な方向に延びる貫通孔を有することを特徴とする半導体装置。
4. 表面および裏面を含む少なくとも１組の第１および第２のリードフレームと、
   前記第１のリードフレームの前記表面上に搭載された発熱素子と、
   前記第２のリードフレームの前記表面上に搭載された、前記発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、
   前記第１のリードフレームの前記裏面に対向または当接する放熱ブロックと、
   前記第１および第２のリードフレームの前記表面に対向する上面と、前記第１および第２のリードフレームの前記裏面に対向する下面とを有し、前記発熱素子、前記制御素子、および前記放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備え、
   前記樹脂パッケージは、前記発熱素子と前記制御素子の間において、前記上面または前記下面から垂直方向に延びる断熱溝を備えることを特徴とする半導体装置。
5. 表面および裏面を含む少なくとも１組の第１および第２のリードフレームと、
   前記第１のリードフレームの前記表面上に搭載された発熱素子と、
   前記第２のリードフレームの前記表面上に搭載された、前記発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、
   前記第１リードフレームの前記裏面に対向する第１の対向領域と、前記第２のリードフレームの前記裏面に対向する第２の対向領域とを有する放熱ブロックと、
   前記放熱ブロックの少なくとも一部が露出するように、前記発熱素子、前記制御素子、および前記放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備え、
   前記第１リードフレームの前記裏面と前記放熱ブロックの前記第１の対向領域との間の距離（ｈ_１）が、前記第２リードフレームの前記裏面と前記放熱ブロックの前記第２の対向領域との間の距離（ｈ_２）より小さいことを特徴とする半導体装置。
6. 表面および裏面を含む少なくとも１組の第１および第２のリードフレームと、
   前記第１のリードフレームの前記表面上に搭載された発熱素子と、
   前記第２のリードフレームの前記表面上に搭載された、前記発熱素子より発熱量の少ない制御素子と、
   前記第１のリードフレームの前記裏面に対向または当接する放熱ブロックと、
   前記第１および第２のリードフレームの前記表面に対向する上面と、前記第１および第２のリードフレームの前記裏面に対向する下面とを有し、前記発熱素子、前記制御素子、および前記放熱ブロックを封止する樹脂パッケージとを備え、
   制御基板が前記上面に対向して配設され、
   前記上面上に少なくとも１つの凹部および凸部が形成されることを特徴とする半導体装置。
7. 前記凹部が前記発熱素子の真上に形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
   
   

Images