JP2006228948A

JP2006228948A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2006228948A
Application number: JP2005040568A
Authority: JP
Inventors: Jun Ishikawa; 純石川; Toshiaki Nagase; 俊昭長瀬; Hiroyuki Onishi; 宏幸大西
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】この発明は、小型の半導体装置を提供することを課題とする。
【解決手段】ケース２１の１つの側壁２１ａには、その内面に制御配線部２２の複数の配線パターン２３が互いに間隔を隔てて形成されており、各配線パターン２３とパワーチップ７の対応する電極部７ａ及び７ｂとがボンディングワイヤ２５により互いに接続されている。したがって、この半導体装置は、制御配線部がパワーチップ７と同じ金属基板１ａ上に配置された従来の半導体装置に比べて、金属基板１ａの面積が小さくなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置に係り、特にパワーモジュール等の半導体装置に関する。

従来のパワーモジュールにおいては、例えば特許文献１に開示されているように、放熱基板上にパワーチップ等を含む電力回路が形成されている。電力回路の動作を制御するための制御回路をこのモジュールに内蔵する場合には、制御回路を電力回路の上方に電力回路と平行に、あるいは電力回路の側方に電力回路に対して垂直に配設し、電力回路に隣接して配置された制御配線部を介して電力回路と制御回路とを電気的に接続していた。

特開２００３−１１００８９号公報

制御回路をモジュールの外部に配設する場合であっても、パワーチップ等の側方に制御配線部が配置され、この制御配線部を介して外部の制御回路が電気的に接続される。例えば、図６に示されるように、金属基板１ａ上に絶縁樹脂層２が配置され、その上に配線パターン３が形成されたメタルベース基板１の配線パターン３上にはんだ４を介してＣｕやＡｌ等からなるヒートシンク５が配置されている。さらに、ヒートシンク５上には、はんだ６を介してパワーチップ７が搭載されている。また、パワーチップ７に隣接して制御配線部８が配置され、制御配線部８の各配線パターン９とパワーチップ７の対応する電極部とがボンディングワイヤ１０により互いに接続される。制御回路を内蔵しない代わりに、ケース１１の内部から外部に複数の制御端子１２が導出されており、これら制御端子１２の一端１２ａに制御配線部８の対応する配線パターン９がボンディングワイヤ１３により接続され、制御端子１２の他端１２ｂに図示しない制御回路が接続される。そして、制御回路からの制御用信号が制御端子１２及び制御配線部８を介してパワーチップ７に供給されることによりこのパワーチップ７の動作が制御される。

しかしながら、上述のように制御配線部８をパワーチップ７と同じ金属基板１ａ上に配置すると、大きな面積を有する金属基板１ａが必要となり、半導体装置が大型化してしまうという問題があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、小型の半導体装置を提供することを目的とする。

この発明に係る半導体装置は、基板の上に半導体チップを配置してケース内に収容した半導体装置において、基板に対して垂直に配置されるケースの内壁面に形成されると共に半導体チップの動作を制御する制御用信号を半導体チップに供給するための制御配線部を備え、互いに垂直に配置された制御配線部と半導体チップの対応する電極部との間をワイヤボンディングにより互いに電気的に接続したものである。
基板に対して垂直なケースの内壁面に制御配線部が形成されており、互いに垂直に配置された制御配線部と半導体チップの対応する電極部との間がワイヤボンディングにより互いに電気的に接続されているため、制御配線部が半導体チップと同じ基板上に配置された従来の半導体装置に比べて、基板の面積が小さくなり、装置の小型化及び製造コストの低減を達成することができる。

一端が制御配線部に電気的に接続されると共に他端がケース外部に導出された制御端子をさらに備えることができる。
また、半導体チップとして、パワーチップを用いることができ、この場合、基板に対して垂直に配置され且つケース内部からケース外部に導出された電力端子をさらに備え、互いに垂直に配置された電力端子と半導体チップの対応する電極部との間をワイヤボンディングにより互いに電気的に接続することが好ましい。
好適には、基板を放熱板から形成することができる。

この発明によれば、小型の半導体装置を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す。この半導体装置は、パワーモジュール等として用いられるものであり、いわゆるメタルベース基板１を有している。メタルベース基板１は、ＣｕまたはＡｌ等からなる放熱性の金属基板１ａの上に絶縁樹脂層２が配置され、その上にＣｕ等からなる配線パターン３が形成されたものである。配線パターン３上にはんだ４を介してＣｕやＡｌ等からなるヒートシンク５が配置され、さらに、ヒートシンク５上に、はんだ６を介して１つのパワーチップ７が搭載されている。また、金属基板１ａの周縁部に樹脂等からなるケース２１が固定されることにより上面が開放された直方体状の容器を形成し、その内部にパワーチップ７が収容されている。

図２に示されるように、ケース２１の１つの側壁２１ａには、その内面に露出するように制御配線部２２の複数の配線パターン２３が互いに間隔を隔てて配置されている。また、側壁２１ａとこの側壁２１ａに隣接する側壁２１ｂの内部には、複数の制御端子２４がインサート成形されており、これら制御端子２４の一端２４ａがそれぞれ対応する配線パターン２３に連結されると共に、制御端子２４の他端２４ｂが側壁２１ｂの上端部からケース２１の外部に導出されている。また、ケース２１内に露出した制御配線部２２の各配線パターン２３とパワーチップ７の対応する電極部７ａ及び７ｂとがボンディングワイヤ２５により互いに接続されている。

なお、制御端子２４の他端２４ｂには、図示しない制御回路が接続されており、制御回路から制御端子２４、制御配線部２２の各配線パターン２３及びボンディングワイヤ２５を介してパワーチップ７に制御用信号が供給されることにより、パワーチップ７の動作が制御されるように構成されている。また、図１に示されるように、パワーチップ７の主回路端子である断面Ｌ字状の電力端子２６がケース２１の内部から外部へ導出されており、ケース２１内に位置する電力端子２６とパワーチップ７の対応する電極部とがボンディングワイヤ２７により互いに接続されている。

以上のように、ケース２１の側壁２１ａの内面、すなわちケース２１の内壁面に制御配線部２２を形成し、互いに垂直に位置する制御配線部２２とパワーチップ７の対応する電極部７ａ及び７ｂとをボンディングワイヤ２５により接続しているため、図６のように制御配線部８がパワーチップ７と同じ金属基板１ａ上に配置された従来の半導体装置に比べて、金属基板１ａの面積が小さくなり、小型の半導体装置を実現することができると共に製造コストを低減することができる。

また、金属基板１ａとしてＡｌ等からなる放熱板を用いると共にメタルベース基板１とパワーチップ７の間にＣｕやＡｌ等からなるヒートシンク５を配置しているため、パワーチップ７で発生した熱は、ヒートシンク５及び絶縁樹脂層２を通って金属基板１ａから外部へ効率よく放散される。
また、制御配線部２２における発熱は小さいため、制御配線部２２を樹脂等からなるケース２１の内壁面に配置しても、温度上昇等の不具合を生じることはない。

なお、図３に示されるように、ヒートシンク５の上に多数のパワーチップ７を搭載する場合には、複数の配線パターン２３をそれぞれ側壁２１ａの内面に沿って水平方向に延びる平行線状に形成してその全体をケース２１内に露出させると共に、各配線パターン２３の一端を側壁２１ａの端部にまで延在させてこの側壁２１ａに隣接する側壁２１ｂ内にインサート成形された制御端子２４の一端部２４ａに連結し、制御配線部２２の各配線パターン２３とパワーチップ７の対応する電極部７ａ及び７ｂとをボンディングワイヤ２５により互いに接続することもできる。このような構成にしても、金属基板１ａが小さくなり、小型の半導体装置を実現することができると共に製造コストを低減することができる。
また、このとき、側壁２１ｂの内部にインサート成形された制御端子２４を制御配線部２２の対応する配線パターン２３に直接に連結する代わりに、各制御端子をその少なくとも一部がケース２１内に露出するように側壁２１ｂの表面にインサート成形し、ケース２１内に露出した各制御端子の部分と制御配線部２２の対応する配線パターン２３との間をボンディングワイヤ等により接続することにより制御端子と制御配線部２２とを互いに接続することもできる。

実施の形態２．
図４を参照して、この発明の実施の形態２に係る半導体装置を説明する。この半導体装置は、図１に示した実施の形態１の半導体装置において、断面Ｌ字状の電力端子２６の代わりに、ほぼ平板状の電力端子３１を備えるものである。すなわち、ほぼ平板状の電力端子３１が金属基板１ａに対して垂直に配置されてケース３１の内部から外部に導出されており、ケース２１内に位置する電力端子３１の部分とパワーチップ７の対応する電極部との間がボンディングワイヤ３２により互いに接続されている。
このように、電力端子３１の金属基板１ａに垂直な面とパワーチップ７の対応する電極部との間をワイヤボンディングして互いに接続することにより、さらに小型の半導体装置を実現することができる。

実施の形態３．
図１に示す実施の形態１の半導体装置において、ヒートシンク５を用いる代わりに、図５に示されるように、金属基板１ａ上にはんだ４１を介してセラミック絶縁基板４２を配置し、このセラミック絶縁基板４２の上にはんだ６を介してパワーチップ７を搭載することもできる。ここで、セラミック絶縁基板４２は、セラミックス板４３の上面及び下面にそれぞれＣｕまたはＡｌからなるパターン４４及び４５が形成されたものである。同様に、実施の形態２の半導体装置においてもこのセラミック絶縁基板４２を用いることができる。

また、上述の実施の形態１〜３において、半導体装置は、金属基板１ａに対して垂直にケース２１の各側壁を固定した状態で、制御配線部２２の各配線パターン２３とパワーチップ７の対応する電極部７ａ及び７ｂとの間をワイヤボンディングにより接続して製造することもできるし、あるいは、ケース２１の各側壁を金属基板１ａに平行に配置した状態で制御配線部２２の各配線パターン２３とパワーチップ７の対応する電極部７ａ及び７ｂとをワイヤボンディングにより接続した後に、ケース２１の各側壁を金属基板１ａに対して垂直に立設させて固定することにより製造することもできる。

なお、図示しない制御回路は、例えばケース２１内のパワーチップ７等の上方にこのパワーチップ７と平行に配設する等してケース２１に内蔵することもできるし、ケース２１の外部に配設することもできる。
また、この発明では、パワーチップ７に限らず、その他各種の半導体チップを金属基板１ａ上に搭載して用いることができる。

この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。実施の形態１における制御配線部近傍の構造を示す斜視図である。実施の形態１の変形例における制御配線部近傍の構造を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。従来の半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１メタルベース基板、１ａ金属基板、２絶縁樹脂層、３，２３，４４，４５配線パターン、４，６，４１はんだ、７パワーチップ、７ａ，７ｂ電極部、２１ケース、２１ａ，２１ｂ側壁、２２制御配線部、２４制御端子、２５，２７，３２ボンディングワイヤ、２６，３１電力端子、４２セラミック絶縁基板。

Claims

基板の上に半導体チップを配置してケース内に収容した半導体装置において、
基板に対して垂直に配置されるケースの内壁面に形成されると共に半導体チップの動作を制御する制御用信号を半導体チップに供給するための制御配線部を備え、
互いに垂直に配置された前記制御配線部と半導体チップの対応する電極部との間をワイヤボンディングにより互いに電気的に接続することを特徴とする半導体装置。
一端が前記制御配線部に電気的に接続されると共に他端がケース外部に導出された制御端子をさらに備えた請求項１に記載の半導体装置。
半導体チップは、パワーチップである請求項１または２に記載の半導体装置。
基板に対して垂直に配置され且つケース内部からケース外部に導出された電力端子をさらに備え、互いに垂直に配置された前記電力端子と半導体チップの対応する電極部との間をワイヤボンディングにより互いに電気的に接続する請求項３に記載の半導体装置。
基板は、放熱板からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置。