JP2007048991A - Electronic device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable electronic device capable of individually adjusting a cooling function. <P>SOLUTION: The electronic device A comprises a chip 11 with an elecric element formed, a solder layer 13, a die pad 12, a lead 15, a bonding wire 16, an insulating plate 17, and a heat transfer member 14. The transfer memeber 14 comprises a circular plate part 14a, and a plurality of columnar members 14b extending downward from the rear surface of the circular plate part 14a. The lower end surface of the columnar member 14b contacts a cooling pipe 30 to emit the heat generated within an electric element, which suppresses the temperature rise of the electric element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、トランジスタ等の電気素子が形成されたチップを効率よく冷却させるための実装構造を有する電子デバイスに関する。   The present invention relates to an electronic device having a mounting structure for efficiently cooling a chip on which an electric element such as a transistor is formed.

一般に、トランジスタなどの半導体素子が形成された半導体チップは、図１１に示すような構造によって実装されている。同図に示すように、半導体チップ１０１はダイパッド１０２の上に接着剤１０３により固着されており、半導体チップ１０１のパッド電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ１０６（金属細線）により、リード１０５に接続されている。リード１０５は、半導体チップ１０１と外部部材との間で、制御信号や電源電圧，接地電圧を授受するための信号配線である。また、ダイパッド１０２とリード１０５とは、典型的には１枚の導電板（たとえば銅合金板）を打ち抜き加工やエッチング加工して、形成されたものである。そして、半導体チップ１０１， ダイパッド１０２，接着剤１０３，リード１０５の一部（インナーリード），ボンディングワイヤ１０６は、たとえばエポキシ等の樹脂１０８により、封止されている。このような構造によって、半導体チップ１０１への異物や湿気，水分などの侵入を防いでいる。   In general, a semiconductor chip on which a semiconductor element such as a transistor is formed is mounted with a structure as shown in FIG. As shown in the figure, the semiconductor chip 101 is fixed on the die pad 102 with an adhesive 103, and the pad electrode (not shown) of the semiconductor chip 101 is attached to the lead 105 by a bonding wire 106 (metal thin wire). It is connected. The lead 105 is a signal wiring for transferring a control signal, a power supply voltage, and a ground voltage between the semiconductor chip 101 and an external member. The die pad 102 and the lead 105 are typically formed by punching or etching a single conductive plate (for example, a copper alloy plate). The semiconductor chip 101, the die pad 102, the adhesive 103, a part of the lead 105 (inner lead), and the bonding wire 106 are sealed with a resin 108 such as epoxy. With such a structure, intrusion of foreign matter, moisture, moisture and the like into the semiconductor chip 101 is prevented.

ところで、大電力用のパワーデバイスなど、大電流や高周波電流が流れる半導体素子は、発熱量が大きいことから、熱放出のために図１１に示す実装構造とは異なる構造についての提案もなされている。   By the way, since a semiconductor element in which a large current or a high-frequency current flows, such as a power device for large power, has a large amount of heat generation, a structure different from the mounting structure shown in FIG. .

たとえば特許文献１には、半導体チップの両面を封止樹脂から露出させて、放熱フィンを半導体チップの両面に取り付けた構造が開示されている。特許文献２には、半導体チップを搭載しているダイパッドの裏面を封止樹脂から露出させて裏面に放熱フィンを取り付けた構造が開示されている。特許文献３には、半導体モジュールにおいて、複数の半導体チップを搭載している窒化アルミニウム基板に、開口を有するフィン付き銅ベースを直接取り付けた構造が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a structure in which both sides of a semiconductor chip are exposed from a sealing resin and heat radiation fins are attached to both sides of the semiconductor chip. Patent Document 2 discloses a structure in which a back surface of a die pad on which a semiconductor chip is mounted is exposed from a sealing resin and a heat radiation fin is attached to the back surface. Patent Document 3 discloses a structure in which a finned copper base having an opening is directly attached to an aluminum nitride substrate on which a plurality of semiconductor chips are mounted in a semiconductor module.

特開２００１−１５６２２５号公報JP 2001-156225 A

特開２００３−２９７９９４号公報JP 2003-297994 A

特開２００４−２５９７９１号公報JP 2004-259791 A

しかしながら、上記特許文献１，２の構造では、半導体チップを冷却する能力に限界があり、パワーデバイスに必要な放熱性を確保することが困難である。   However, the structures of Patent Documents 1 and 2 are limited in the ability to cool the semiconductor chip, and it is difficult to ensure the heat dissipation required for the power device.

一方、特許文献３の半導体モジュールでは、水冷方式を採用しているために冷却能力は大きいが、大がかりな構造となり、しかも、半導体モジュール内の各種の半導体チップを画一的に冷却するために、必ずしも各半導体チップ個別に適した冷却機能を果たすことができないという不具合があった。   On the other hand, the semiconductor module of Patent Document 3 has a large cooling structure because it employs a water cooling method, but has a large-scale structure, and in order to uniformly cool various semiconductor chips in the semiconductor module, There is a problem that a cooling function suitable for each semiconductor chip cannot always be achieved.

本発明の目的は、気密性を保持しつつ、各チップに設けられている電気素子の種類に応じた適正な冷却を行うための電子デバイスを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electronic device for performing appropriate cooling according to the type of electric element provided in each chip while maintaining airtightness.

本願請求項１記載の電子デバイスは、電気素子が形成されたチップと、前記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、前記チップと、前記熱伝達部材の一部とを封止する封止部材とを備えており、前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材から露出している１又は２以上の柱状部材が設けられている。   An electronic device according to claim 1 of the present invention seals a chip on which an electric element is formed, a heat transfer member provided to the chip so as to be able to transfer heat, the chip, and a part of the heat transfer member. The heat transfer member is provided with one or more columnar members extending from a portion close to the chip and having a tip portion exposed from the sealing member.

本願請求項２記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の基端部が連結される平板部を設けたものである。   The electronic device according to claim 2 of the present application is the electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member is provided with a flat plate portion to which a base end portion of a columnar member is coupled.

本願請求項３記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の先端部が連結される平板部を設けたものである。   The electronic device according to claim 3 of the present application is the electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member is provided with a flat plate portion to which a tip end portion of a columnar member is coupled.

本願請求項４記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の柱状部材の先端部を、他の部分よりも広いパッド状に形成したものである。   An electronic device according to a fourth aspect of the present invention is the electronic device according to the first aspect, wherein a tip end portion of the columnar member of the heat transfer member is formed in a pad shape wider than other portions.

本願請求項５記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の先端部が連結されるフィン部を設けたものである。   An electronic device according to a fifth aspect of the present invention is the electronic device according to the first aspect, wherein the heat transfer member is provided with a fin portion to which a tip portion of a columnar member is coupled.

本願請求項６記載の電子デバイスは、請求項１〜５のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の中間部が連結される平板部を設けたものである。   An electronic device according to a sixth aspect of the present invention is the electronic device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the heat transfer member is provided with a flat plate portion to which an intermediate portion of a columnar member is coupled.

本願請求項７記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記チップの電気素子を縦型半導体素子を含むものとし、前記チップの裏面に前記縦型半導体素子の裏面電極を設け、前記熱伝達部材を前記縦型半導体素子の裏面電極に導通可能としたものである。   The electronic device according to claim 7 of the present application is the electronic device according to claim 1, wherein the electrical element of the chip includes a vertical semiconductor element, and a back electrode of the vertical semiconductor element is provided on a back surface of the chip. The heat transfer member can be conducted to the back electrode of the vertical semiconductor element.

本願請求項８記載の電子デバイスは、請求項１〜７のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の一部を水冷したものである。   An electronic device according to an eighth aspect of the present invention is the electronic device according to any one of the first to seventh aspects, wherein a part of the heat transfer member is water-cooled.

本願請求項９記載の電子デバイスは、請求項１〜８のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記チップの前記熱伝達部材に近接する面に対向する面に熱伝達可能に配置され、前記封止部材の表面に向かって延びる柱状部材を有する副熱伝達部材をさらに設けたものである。   An electronic device according to claim 9 of the present application is the electronic device according to any one of claims 1 to 8, wherein the electronic device is disposed on a surface of the chip facing the surface close to the heat transfer member so as to be capable of transferring heat, and the sealing is performed. A sub heat transfer member having a columnar member extending toward the surface of the stop member is further provided.

本願請求項１０記載の電子デバイスは、電気素子が形成されたチップと、上記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、前記チップと、前記熱伝達部材の少なくとも一部とを封止する封止部材とを備えており、前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材の端面との距離が所定値以下の位置にある１又は２以上の柱状部材が設けられている。   An electronic device according to claim 10 of the present invention seals a chip on which an electric element is formed, a heat transfer member provided on the chip so as to be able to transfer heat, the chip, and at least a part of the heat transfer member. 1 or 2 or more in which the distance between the heat transfer member and the end surface of the sealing member is not more than a predetermined value. Columnar members are provided.

本願請求項１１記載の電子デバイスは、請求項１０記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の基端部が連結される平板部を設けたものである。   An electronic device according to an eleventh aspect of the present invention is the electronic device according to the tenth aspect, wherein the heat transfer member is provided with a flat plate portion to which a base end portion of a columnar member is coupled.

本願請求項１２記載の電子デバイスは、請求項１０記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の先端部が連結される平板部を設けたものである。   An electronic device according to a twelfth aspect of the present invention is the electronic device according to the tenth aspect, wherein the heat transfer member is provided with a flat plate portion to which a tip portion of a columnar member is coupled.

本願請求項１３記載の電子デバイスは、請求項１０記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の柱状部材の先端部を、他の部分よりも広いパッド状に形成したものである。   An electronic device according to a thirteenth aspect of the present invention is the electronic device according to the tenth aspect, wherein a tip end portion of the columnar member of the heat transfer member is formed in a pad shape wider than other portions.

本願請求項１４記載の電子デバイスは、請求項１０〜１３のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の中間部が連結される平板部を設けたものである。   An electronic device according to a fourteenth aspect of the present invention is the electronic device according to any one of the tenth to thirteenth aspects, wherein a flat plate portion to which an intermediate portion of a columnar member is connected is provided on the heat transfer member.

本願請求項１５記載の電子デバイスは、請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の先端部を、封止部材を挟んで水冷したものである。   An electronic device according to a fifteenth aspect of the present invention is the electronic device according to any one of the tenth to fourteenth aspects, wherein the tip of the heat transfer member is water-cooled with a sealing member interposed therebetween.

本願請求項１記載の電子デバイスによると、熱伝達部材の柱状部材の面積や個数の調整によって、放熱性を電子デバイス個別に調整することが可能である。したがって、たとえばモジュール内に配置された場合であっても、モジュール内の各種電子デバイスを一律に冷却するのではなく、電子デバイス個別の冷却を行うことができる。たとえば、シリコン基板に形成されたデバイスと、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板に形成されたデバイスなど、動作効率のよい温度条件が異なる場合にも、冷却機能をチップ内に配置される電気素子の種類に応じて、個々に最適範囲に調整することができる。しかも、ダイパッドの上下に封止部材が存在していることにより、高い信頼性が得られる。   According to the electronic device described in claim 1 of the present application, the heat dissipation can be individually adjusted by adjusting the area and the number of the columnar members of the heat transfer member. Therefore, even if it is a case where it is arrange | positioned in a module, for example, it does not cool uniformly the various electronic devices in a module, but can cool individual electronic devices. For example, depending on the type of electrical elements placed in the chip, the cooling function can be used even when the temperature conditions with good operating efficiency are different, such as devices formed on silicon substrates and devices formed on SiC and GaN substrates. Can be adjusted to the optimum range individually. In addition, since the sealing members exist above and below the die pad, high reliability can be obtained.

本願請求項２記載の電子デバイスによると、チップに近接する大面積の平坦部から柱状部材に熱伝達が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device of the second aspect of the present invention, heat transfer is performed from the large area flat portion close to the chip to the columnar member, so that the cooling function is improved.

本願請求項３記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、大面積の平坦部で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 3 of the present application, the heat exchange is performed at the flat portion having a large area at the tip portion of the columnar member, so that the cooling function is improved.

本願請求項４記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、パッド状に形成された広い領域で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device of the present invention, heat exchange is performed in a wide area formed in a pad shape at the tip of the columnar member, so that the cooling function is improved.

本願請求項５記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、広い表面積を有するフィン部で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 5, heat exchange is performed at the tip portion of the columnar member with the fin portion having a large surface area, so that the cooling function is improved.

本願請求項６記載の電子デバイスによると、柱状部材の中間部において平板部にモールド時の収縮力が作用するので、たとえば柱状部材の基端部における接着剤が不要になるなど、工程の簡素化を図ることができる。   According to the electronic device according to claim 6 of the present invention, since the shrinkage force at the time of molding acts on the flat plate portion in the middle portion of the columnar member, for example, the adhesive at the base end portion of the columnar member becomes unnecessary, and the process is simplified. Can be achieved.

本願請求項７記載の電子デバイスによると、縦型半導体素子の裏面電極と外部機器とが熱伝達部材を経て導通可能になるので、大面積の柱状部材を利用して大量の電流を縦型半導体素子に供給することが可能になる。   According to the electronic device of the present invention, since the back electrode of the vertical semiconductor element and the external device can be conducted through the heat transfer member, a large amount of current is generated using the columnar member having a large area. It becomes possible to supply the element.

本願請求項８記載の電子デバイスによると、熱伝達部材の一部が水冷されていることにより、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 8 of the present application, the cooling function is improved because a part of the heat transfer member is water-cooled.

本願請求項９記載の電子デバイスによると、熱伝達部材及び副熱伝達部材により、チップの両面が効率よく冷却されるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 9 of the present application, both surfaces of the chip are efficiently cooled by the heat transfer member and the auxiliary heat transfer member, so that the cooling function is improved.

本願請求項１０記載の電子デバイスによると、請求項１の電子デバイスとほぼ同等の冷却機能を確保しつつ、水分，湿気，異物の侵入を防止することができ、よって、高い信頼性が得られる。   According to the electronic device according to claim 10 of the present application, it is possible to prevent intrusion of moisture, moisture, and foreign matters while ensuring a cooling function substantially equivalent to that of the electronic device of claim 1, and thus high reliability can be obtained. .

本願請求項１１記載の電子デバイスによると、チップに近接する大面積の平坦部から柱状部材に熱伝達が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to the eleventh aspect of the present invention, heat transfer is performed from the large-area flat portion close to the chip to the columnar member, so that the cooling function is improved.

本願請求項１２記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、大面積の平坦部で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 12 of the present application, the heat exchange is performed at the flat portion having a large area at the tip portion of the columnar member, so that the cooling function is improved.

本願請求項１３記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、パッド状に形成された広い領域で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 13 of the present application, heat exchange is performed in a wide region formed in a pad shape at the tip of the columnar member, so that the cooling function is improved.

本願請求項１４記載の電子デバイスによると、柱状部材の中間部において平板部にモールド時の収縮力が作用するので、たとえば柱状部材の基端部における接着剤が不要になるなど、工程の簡素化を図ることができる。   According to the electronic device according to claim 14 of the present invention, since the contraction force at the time of molding acts on the flat plate portion in the intermediate portion of the columnar member, for example, the adhesive at the base end portion of the columnar member becomes unnecessary, and the process is simplified. Can be achieved.

本願請求項１５記載の電子デバイスによると、熱伝達部材の一部が比熱の大きい水によって冷却されていることにより、冷却機能が向上する。   According to the electronic device according to claim 15 of the present application, a part of the heat transfer member is cooled by water having a large specific heat, so that the cooling function is improved.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は、実施の形態１における電子デバイスＡの構造を示す縦断面図、及びIb-Ib 線断面における横断面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態の電子デバイスＡは、パワーデバイスなどの電気素子が形成されたチップ１１と、はんだ層１３を介してチップ１１が搭載されたダイパッド１２と、チップ１１内の電気素子と外部部材との間で、制御信号や電源電圧，接地電圧を授受するためのリード１５と、リード１５とチップ１１のボンディングパッド（後述）又はダイパッド１２とを接続するボンディングワイヤ１６（金属細線）と、ダイパッド１２の裏面に絶縁板１７を挟んで接着剤により取り付けられた熱伝達部材１４とを備えている。熱伝達部材１４は、ダイパッド１２とほど同じ大きさの円板部１４ａと、円板部１４ａの裏面から下方に延びる複数の柱状部材１４ｂ（本実施形態では、ロッド状部材）とからなる。 (Embodiment 1)
FIGS. 1A and 1B are a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device A according to the first embodiment and a transverse sectional view taken along the line Ib-Ib. As shown in FIGS. 1A and 1B, the electronic device A of the present embodiment is mounted with a chip 11 on which an electrical element such as a power device is formed, and a chip 11 via a solder layer 13. A lead 15 for transferring control signals, power supply voltage, and ground voltage between the die pad 12, an electrical element in the chip 11, and an external member; and a bonding pad (described later) or the die pad 12 for the lead 15 and the chip 11. And a heat transfer member 14 attached to the back surface of the die pad 12 by an adhesive with an insulating plate 17 interposed therebetween. The heat transfer member 14 includes a disk portion 14a having the same size as the die pad 12, and a plurality of columnar members 14b (rod-shaped members in the present embodiment) extending downward from the back surface of the disk portion 14a.

本実施の形態においては、ダイパッド１２とリード１５とは、銅合金板を打ち抜き又はエッチング加工して形成されたものであり、熱伝達部材１４は、銅合金をダイキャストして一体的に形成されたものである。そして、チップ１１，ダイパッド１２，熱伝達部材１４のうち柱状部材１４ｂの下面を除く部分，はんだ層１３，リード１５の一部（インナーリード），ボンディングワイヤ１６は、たとえばトランスファモールド工程を行ない、エポキシ樹脂等の樹脂１８により、封止されている。   In the present embodiment, the die pad 12 and the lead 15 are formed by punching or etching a copper alloy plate, and the heat transfer member 14 is integrally formed by die casting a copper alloy. It is a thing. The chip 11, die pad 12, and heat transfer member 14 excluding the lower surface of the columnar member 14b, the solder layer 13, a part of the lead 15 (inner lead), and the bonding wire 16 are subjected to, for example, a transfer molding process, and epoxy It is sealed with a resin 18 such as a resin.

熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの下端面は、水冷式の冷却管３０に接触しており、電気素子内で発生した熱を外部に放出して、電気素子の温度上昇を抑制するように構成されている。冷却管３０との接触部には、グリスやはんだを用いてもよい。   The lower end surface of the columnar member 14b of the heat transfer member 14 is in contact with the water-cooled cooling pipe 30, and is configured to release the heat generated in the electric element to the outside and suppress the temperature rise of the electric element. Has been. Grease or solder may be used for the contact portion with the cooling pipe 30.

図１（ａ）には、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの下端面が樹脂１８の裏面とほぼ同一平面上に位置している状態が示されているが、柱状部材１４ｂの下端部が樹脂１８の裏面から外方に突出していてもよい。   FIG. 1A shows a state in which the lower end surface of the columnar member 14b of the heat transfer member 14 is located substantially on the same plane as the rear surface of the resin 18, but the lower end portion of the columnar member 14b is resin. You may protrude outward from the back surface of 18.

図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本実施の形態におけるチップ１１の平面図、及び要部の縦断面図である。図２（ｂ）において層間絶縁膜や配線層の図示は省略されている。   2A and 2B are a plan view and a longitudinal sectional view of the main part of the chip 11 in this embodiment, respectively. In FIG. 2B, illustration of an interlayer insulating film and a wiring layer is omitted.

図２（ａ）に示すように、本実施の形態における電子デバイスＡにおいて、シリコン基板５１を用いて形成されたチップ１１には、電気素子として、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０（縦型パワー素子）と、制御回路部６１内のＰＭＯＳＦＥＴ及びＮＭＯＳＦＥＴとが形成されている。そして、チップ１１の上面上には、制御回路部６１のボンディングパッド６４と、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のソース電極パッド６２とが設けられている。   As shown in FIG. 2A, in the electronic device A according to the present embodiment, the chip 11 formed using the silicon substrate 51 includes a vertical MOSFET portion 60 (vertical power element) as an electrical element. A PMOSFET and an NMOSFET in the control circuit unit 61 are formed. A bonding pad 64 of the control circuit unit 61 and a source electrode pad 62 of the vertical MOSFET unit 60 are provided on the upper surface of the chip 11.

図２（ｂ）に示すように、制御回路部６１には、横型ＭＯＳＦＥＴである，ｐＭＯＳＦＥＴ及びｎＭＯＳＦＥＴが形成されており、各ＭＯＳＦＥＴのソース電極６６，ゲート引き出し電極６７，ドレイン電極６８が上記各ボンディングパッド６４に個別につながっている。また、各ＭＯＳＦＥＴは、シリコン基板５１の表面領域において互いに離間して形成された１対のソース・ドレイン拡散層５６と、ソース・ドレイン拡散層５６間に位置し、シリコン基板５１上に形成されたゲート酸化膜７１と、ゲート酸化膜７１の上に形成されたポリシリコンゲート７２とを備えている。シリコン基板５１内には、裏面側から順に、ｎ＋ 領域５２と、ｎ領域５３と、ｎ領域５３に囲まれるｐウエル５４とが形成されており、ｐＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン拡散層５６はｐウエル５４に囲まれている。また、ｐウエル５４に囲まれるｎウエル領域５５が形成されていて、ｎＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン拡散層５６はｎウエル５５に囲まれている。そして、各ＭＯＳＦＥＴの動作時には、電流はポリシリコンゲート７２下方の基板領域（チャネル領域）を経てソース・ドレイン拡散層５６同士の間を流れることになる。 As shown in FIG. 2B, the control circuit unit 61 is formed with pMOSFETs and nMOSFETs, which are lateral MOSFETs, and the source electrode 66, the gate lead electrode 67, and the drain electrode 68 of each MOSFET are connected to each of the above bondings. Individually connected to the pad 64. Each MOSFET is located between the pair of source / drain diffusion layers 56 formed in the surface region of the silicon substrate 51 so as to be spaced apart from each other and the source / drain diffusion layers 56, and is formed on the silicon substrate 51. A gate oxide film 71 and a polysilicon gate 72 formed on the gate oxide film 71 are provided. In the silicon substrate 51, an n + region 52, an n region 53, and a p-well 54 surrounded by the n-region 53 are formed in this order from the back side, and the source / drain diffusion layer 56 of the pMOSFET is a p-well. 54. An n well region 55 surrounded by the p well 54 is formed, and the source / drain diffusion layer 56 of the nMOSFET is surrounded by the n well 55. When each MOSFET operates, current flows between the source / drain diffusion layers 56 through the substrate region (channel region) below the polysilicon gate 72.

縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０は、シリコン基板５１内においては、ｎ＋ 領域５２はドレイン領域とし、ｎ領域５３はドリフト層として機能し、ｐウエル５４の表面領域がチャネル領域として機能する。さらに、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０には、ｎ＋ 型のソース領域５８と、ソース電極７０と、ゲート引き出し電極７５と、基板裏面側に形成されたドレイン電極７３とが設けられている。ゲート絶縁膜７１と及びポリシリコンゲート７２は、制御回路部６１のＭＯＳＦＥＴと共通のポリシリコンによって形成されている。縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０の１つのセルは、ｎ＋ 領域５２，ｎ領域５３，及びｐウエル５４におけるゲート絶縁膜７１下方の領域を経て、ソース領域５８に電流が流れる縦型ＭＯＳＦＥＴ構造となっている。縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０は、多数のセルが並列に接続されて、大電力のＯＮ・オフを制御するパワースイッチングデバイスでもある。 In the vertical MOSFET section 60, in the silicon substrate 51, the n + region 52 serves as a drain region, the n region 53 functions as a drift layer, and the surface region of the p well 54 functions as a channel region. Further, the vertical MOSFET section 60 is provided with an n + -type source region 58, a source electrode 70, a gate lead electrode 75, and a drain electrode 73 formed on the back side of the substrate. The gate insulating film 71 and the polysilicon gate 72 are formed of polysilicon common to the MOSFET of the control circuit unit 61. One cell of the vertical MOSFET section 60 has a vertical MOSFET structure in which current flows to the source region 58 through the n + region 52, the n region 53, and the region below the gate insulating film 71 in the p well 54. . The vertical MOSFET unit 60 is also a power switching device in which a large number of cells are connected in parallel to control large power ON / OFF.

なお、チップ１１内にショットキーダイオードが設けられているタイプもあり、その場合には、ｎ領域５９上にショットキー電極が設けられている。   There is a type in which a Schottky diode is provided in the chip 11, and in that case, a Schottky electrode is provided on the n region 59.

そして、電子デバイスＡのボンディングワイヤ１６は、図２（ａ）に示すボンディングパッド６４，６２やダイパッド１２（図１参照）に接続されている。   The bonding wire 16 of the electronic device A is connected to the bonding pads 64 and 62 and the die pad 12 (see FIG. 1) shown in FIG.

図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、電子デバイスが配置される電子モジュール４０の一例を示す平面図、およびその一部を拡大した平面図である。なお、同図において、配線構造の図示は省略されている。   FIGS. 3A and 3B are a plan view showing an example of an electronic module 40 in which an electronic device is arranged, and a plan view in which a part thereof is enlarged. In the figure, the wiring structure is not shown.

図３（ａ）に示すように、電子モジュールは、銅合金製の枠体４０内に各種電子デバイス４１を配置して構成される。電子モジュールの電子デバイスに供給される電力の３相電流成分に対応して、３つの領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃに分かれている。そして、各領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃには、それぞれ合計６つの電子デバイス７１が並列的に配置されていて、図３（ｂ）に示すように、各電子デバイスには、制御回路，縦型ＭＯＳＦＥＴ，及びショットキーダイオードが設けられている。そして、枠体４０の下方には、冷却水が流れる冷却管が設けられており、図１（ａ）に示すように、柱状部材１４ｂの下端が水冷式の冷却管３０に接触する構造となっている。水冷方式に代えて空冷方式であってもよい。   As shown in FIG. 3A, the electronic module is configured by arranging various electronic devices 41 in a frame 40 made of copper alloy. Corresponding to the three-phase current component of the electric power supplied to the electronic device of the electronic module, it is divided into three regions 42a, 42b, 42c. In each region 42a, 42b, 42c, a total of six electronic devices 71 are arranged in parallel. As shown in FIG. 3B, each electronic device includes a control circuit and a vertical MOSFET. , And a Schottky diode. A cooling pipe through which cooling water flows is provided below the frame body 40, and the lower end of the columnar member 14 b is in contact with the water-cooled cooling pipe 30 as shown in FIG. ing. An air cooling method may be used instead of the water cooling method.

本実施形態の電子デバイスＡによると、モジュール内に多数の電子デバイスを配置して共通の冷却管３０で冷却する場合にも、機能的には電子デバイス個別に水冷することが可能な構造（又は空冷方式）となっている。特許文献３のような構造の場合には、パワー半導体モジュール内の各種デバイスを一律に冷却することしかできず、デバイス個別の冷却を行うことができない。パワー半導体モジュール内には、本実施の形態のようなシリコン基板を用いた電気素子だけでなく、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板などの基板を用いた電気素子も配置されることがあるが、シリコン基板を用いたトランジスタと、ＳｉＣ基板を用いたトランジスタとでは、効率のよい動作温度が異なる。たとえば、シリコン基板を用いたトランジスタでは、室温程度の温度が動作効率もよく、高温では故障を生じやすい。ところが、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板などを用いたトランジスタでは、室温よりも高い温度状態にある方が動作効率が高いことがわかっている。したがって、特許文献３の方式では、かえって冷却しすぎてＳｉＣデバイスなどの効率が低下するおそれがある。反面、冷却液の温度や種類によって冷却機能を低下させると、シリコン基板を用いたデバイスの温度が高すぎて故障を生じるおそれがある。   According to the electronic device A of the present embodiment, even when a large number of electronic devices are arranged in the module and cooled by the common cooling pipe 30, the structure (or the water cooling function of each electronic device is functionally possible). Air cooling method). In the case of the structure as described in Patent Document 3, it is only possible to uniformly cool various devices in the power semiconductor module, and it is not possible to perform individual device cooling. In the power semiconductor module, not only an electric element using a silicon substrate as in the present embodiment but also an electric element using a substrate such as a SiC substrate or a GaN substrate may be arranged. An efficient operating temperature differs between the used transistor and the transistor using the SiC substrate. For example, in a transistor using a silicon substrate, a temperature of about room temperature is good in operating efficiency, and a failure is likely to occur at a high temperature. However, it has been found that in a transistor using a SiC substrate, a GaN substrate, or the like, the operation efficiency is higher when the temperature is higher than room temperature. Therefore, in the method of Patent Document 3, there is a possibility that the efficiency of the SiC device or the like is lowered due to excessive cooling. On the other hand, if the cooling function is lowered depending on the temperature and type of the coolant, the temperature of the device using the silicon substrate may be too high and cause a failure.

それに対して、本発明の電子デバイスでは、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの太さや本数の調整によって、チップ内に配置される電気素子の種類に応じて冷却機能（放熱性）を電気素子の種類に応じ、個々に最適範囲に調整することができる。   On the other hand, in the electronic device of the present invention, by adjusting the thickness and number of the columnar members 14b of the heat transfer member 14, a cooling function (heat dissipation) is provided according to the type of the electric element arranged in the chip. Depending on the type, it can be individually adjusted to the optimum range.

しかも、ダイパッド１２及び熱伝達部材材１４の平板部１４ａの下方及び上方には樹脂１８が存在しているので、特許文献１〜３のごとくチップの片面又は両面が封止樹脂から露出している構造とは異なり、チップ１１を樹脂１８により強固に保持することができ、水分・湿気や異物の侵入を防ぐことができる。つまり、高い信頼性を発揮することができる。   In addition, since the resin 18 exists below and above the flat portion 14a of the die pad 12 and the heat transfer member 14, the one or both surfaces of the chip are exposed from the sealing resin as in Patent Documents 1 to 3. Unlike the structure, the chip 11 can be firmly held by the resin 18, and moisture / humidity and foreign matter can be prevented from entering. That is, high reliability can be exhibited.

（実施の形態１の第１変形例）
図４は、実施の形態１の第１変形例における電子デバイスＢの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本変形例における電子デバイスＢの構造は、図１に示す電子デバイスＡの構造とほとんど同じであるので、同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本変形例では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの下端部が樹脂１８から露出せずに、樹脂１８内に埋められている。そして、柱状部材１４ｂの下端面と樹脂１８の表面との間隔は、１０μｍ程度である。 (First Modification of Embodiment 1)
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device B in the first modification of the first embodiment. As shown in the figure, the structure of the electronic device B in this modification is almost the same as the structure of the electronic device A shown in FIG. Only the point will be described. In this modification, unlike the electronic device A of the first embodiment, the lower end portion of the columnar member 14 b of the heat transfer member 14 is not exposed from the resin 18 but is buried in the resin 18. And the space | interval of the lower end surface of the columnar member 14b and the surface of the resin 18 is about 10 micrometers.

このように、柱状部材１４ｂの下端部が樹脂１８内に埋もれている場合にも、柱状部材１４ｂの下端面が電子デバイスＢの下方に設けられる水冷板に非常に近いので、必要な冷却機能は得られうる。柱状部材１４ｂと樹脂１８の表面との間隔は、エポキシ樹脂などの熱伝達特性を考慮すると、１ｍｍ以下であることが好ましい。そして、この変形例の電子デバイスＢのように、柱状部材１４ｂの下端部が露出していない場合には、実施の形態１の電子デバイスに比べ、柱状部材１４ａと樹脂１８との界面を伝わって湿気・水分や異物が侵入することが無くなるので、実施の形態１の構造よりも高い信頼性を得ることができる。   Thus, even when the lower end portion of the columnar member 14 b is buried in the resin 18, the lower end surface of the columnar member 14 b is very close to the water cooling plate provided below the electronic device B, so the necessary cooling function is Can be obtained. The distance between the columnar member 14b and the surface of the resin 18 is preferably 1 mm or less in consideration of heat transfer characteristics such as epoxy resin. And like the electronic device B of this modification, when the lower end part of the columnar member 14b is not exposed, compared with the electronic device of Embodiment 1, it is transmitted through the interface of the columnar member 14a and the resin 18. Since moisture, moisture and foreign matter do not enter, higher reliability than the structure of the first embodiment can be obtained.

（実施の形態１の第２変形例）
図５は、実施の形態１の第２変形例における電子デバイスＣの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本変形例における電子デバイスＣの構造は、図１に示す電子デバイスＡの構造とほとんど同じであるので、同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本変形例では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａが上端ではなく、柱状部材１４ｂの中間部位に設けられている。そして、柱状部材１４ｂの上端面とダイパッド１２下方の絶縁板１７とは、接着剤を介さずに、樹脂１８のトランスファモールド時の収縮による締め付け力を利用して接触状態を保持する構造となっている。すなわち、本変形例の電子デバイスＣのトランスファモールド工程では、ダイキャビティの底部に熱伝達部材を設置した状態でチップを搭載したリードフレームを熱伝達部材の上方に設置して、樹脂１８を流し込むことになる。 (Second Modification of Embodiment 1)
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device C in the second modification of the first embodiment. As shown in the figure, the structure of the electronic device C in this modification is almost the same as the structure of the electronic device A shown in FIG. Only the point will be described. In this modification, unlike the electronic device A of Embodiment 1, the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14 is provided not at the upper end but at an intermediate portion of the columnar member 14b. And the upper end surface of the columnar member 14b and the insulating plate 17 below the die pad 12 have a structure that maintains a contact state by using a tightening force due to contraction of the resin 18 during transfer molding without using an adhesive. Yes. That is, in the transfer molding process of the electronic device C of this modification, the lead frame on which the chip is mounted is installed above the heat transfer member in a state where the heat transfer member is installed at the bottom of the die cavity, and the resin 18 is poured. become.

この変形例においても、柱状部材１４ｂを介して電気素子の発熱を放出する冷却機能が得られる。そして、柱状部材１４ｂと絶縁板１７との間に接着剤が不要なことで、熱伝達率が向上する。また、接着工程が１つ減少することで、工程の簡素化を図ることができる。   Also in this modification, a cooling function that releases heat generated by the electric element through the columnar member 14b is obtained. And since an adhesive agent is unnecessary between the columnar member 14b and the insulating plate 17, a heat transfer rate improves. In addition, since the number of bonding steps is reduced by one, the steps can be simplified.

（実施の形態１の第３変形例）
図６は、実施の形態１の第３変形例における電子デバイスＤの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本変形例における電子デバイスＤの構造は、図１に示す電子デバイスＡの構造とほとんど同じであるので、同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本変形例では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、ダイパッド１２と熱伝達部材１４の平板部１４ａとがはんだ等によって接合され、導通可能に接触している。そして、柱状部材１４ｂの下端部が、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２につながる外部端子として機能する。柱状部材１４ｂの下端部は、冷却管３０とは絶縁体３２を介在させて設けられた電極板３１に接続されている。したがって、本変形例では、ダイパッド１２に接続されるボンディングワイヤ１６は存在せず、すべてのボンディングワイヤ１６がチップ１１のボンディングパッド６４，６２（図２（ａ）参照）に接続されている。 (Third Modification of Embodiment 1)
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device D in the third modification of the first embodiment. As shown in the figure, the structure of the electronic device D in this modification is almost the same as the structure of the electronic device A shown in FIG. Only the point will be described. In the present modification, unlike the electronic device A of the first embodiment, the die pad 12 and the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14 are joined by solder or the like so as to be conductive. The lower end portion of the columnar member 14 b functions as an external terminal connected to the drain electrode 72 of the vertical MOSFET portion 60. The lower end portion of the columnar member 14b is connected to the cooling pipe 30 and an electrode plate 31 provided with an insulator 32 interposed. Therefore, in this modification, there is no bonding wire 16 connected to the die pad 12, and all the bonding wires 16 are connected to the bonding pads 64 and 62 of the chip 11 (see FIG. 2A).

本変形例の構造により、熱伝達部材１４が縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２と導通可能になっているので、ドレイン電極７２につながるボンディングワイヤが不要になり、電気的接続構造が単純化される。しかも、柱状部材１４ｂはボンディングワイヤに比べると断面積が大きく、本数も任意に設定できるので、冷却機能を維持しつつ、大電流を流すのに適した構造が得られることになる。   With the structure of this modification, the heat transfer member 14 can be electrically connected to the drain electrode 72 of the vertical MOSFET portion 60, so that a bonding wire connected to the drain electrode 72 is not necessary, and the electrical connection structure is simplified. The Moreover, since the columnar member 14b has a larger cross-sectional area than the bonding wire and the number of the columnar members 14b can be arbitrarily set, a structure suitable for flowing a large current can be obtained while maintaining the cooling function.

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２における電子デバイスＥの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａは、柱状部材１４ｂの最下部に設けられていて、平板部１４ａの下面全体が樹脂１８から露出している。そして、絶縁板１７には、柱状部材１４の数と同数の凹部が形成されており、各柱状部材１４ｂの上端部が絶縁板１７の凹部に嵌合した状態となっている。その他の構造は、図１に示すとおりである。 (Embodiment 2)
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device E in the second embodiment. In the present embodiment, the same members as those of the electronic device A shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points are described. In the present embodiment, unlike the electronic device A of the first embodiment, the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14 is provided at the lowermost portion of the columnar member 14b, and the entire lower surface of the flat plate portion 14a is made of the resin 18. Exposed. The insulating plate 17 is formed with the same number of recesses as the number of the columnar members 14, and the upper ends of the columnar members 14 b are fitted in the recesses of the insulating plate 17. The other structure is as shown in FIG.

本実施の形態の電子デバイスＥによると、実施の形態１に比べ、熱伝達部材１４の平板部１４ａが最下部に設けられているので、水冷板との接触面積が広くなり、冷却機能が向上する。   According to the electronic device E of the present embodiment, compared to the first embodiment, the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14 is provided at the lowermost portion, so that the contact area with the water cooling plate is widened and the cooling function is improved. To do.

また、本実施の形態においても、上記実施の形態１における第１変形例〜第３変形例の構造を採用することができる。   Also in the present embodiment, the structures of the first to third modifications in the first embodiment can be employed.

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３における電子デバイスＦの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａが存在せず、各柱状部材１４ｂの最下部に柱状部材１４ｂよりも大面積のパッド部１４ｃが設けられていて、パッド部１４ｃの下面全体が樹脂１８から露出している。また、実施の形態２と同様に、絶縁板１７には、柱状部材１４の数と同数の凹部が形成されており、各柱状部材１４ｂの上端部が絶縁板１７の凹部に嵌合した状態となっている。その他の構造は、図１に示すとおりである。 (Embodiment 3)
FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device F in the third embodiment. In the present embodiment, the same members as those of the electronic device A shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points are described. In the present embodiment, unlike the electronic device A of the first embodiment, the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14 does not exist, and the pad portion 14c having a larger area than the columnar member 14b is provided at the bottom of each columnar member 14b. Is provided, and the entire lower surface of the pad portion 14 c is exposed from the resin 18. Similarly to the second embodiment, the insulating plate 17 has the same number of recesses as the columnar members 14, and the upper ends of the columnar members 14 b are fitted in the recesses of the insulating plate 17. It has become. The other structure is as shown in FIG.

本実施の形態の電子デバイスＦによると、実施の形態１に比べ、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの最下部にパッド部１４ｃが設けられているので、水冷板との接触面積が広くなり、冷却機能が向上する。   According to the electronic device F of the present embodiment, the pad portion 14c is provided at the lowermost part of the columnar member 14b of the heat transfer member 14 as compared with the first embodiment, so that the contact area with the water cooling plate is increased, The cooling function is improved.

また、本実施の形態においても、上記実施の形態１における第１変形例〜第３変形例の構造を採用することができる。   Also in the present embodiment, the structures of the first to third modifications in the first embodiment can be employed.

（実施の形態４）
図９は、実施の形態４における電子デバイスＧの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａに代えて、柱状部材１４ｂの最下部にフィン部１４ｄが設けられていて、フィン部１４ｄの大部分が樹脂１８から露出している。また、実施の形態２と同様に、絶縁板１７には、柱状部材１４の数と同数の凹部が形成されており、各柱状部材１４ｂの上端部が絶縁板１７の凹部に嵌合した状態となっている。フィン部１４ｄは、冷却管３０の壁面と嵌合している。その他の構造は、図１に示すとおりである。 (Embodiment 4)
FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device G in the fourth embodiment. In the present embodiment, the same members as those of the electronic device A shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points are described. In the present embodiment, unlike the electronic device A of the first embodiment, instead of the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14, a fin portion 14d is provided at the lowermost portion of the columnar member 14b. Most of the resin 18 is exposed. Similarly to the second embodiment, the insulating plate 17 has the same number of recesses as the columnar members 14, and the upper ends of the columnar members 14 b are fitted in the recesses of the insulating plate 17. It has become. The fin portion 14 d is fitted to the wall surface of the cooling pipe 30. The other structure is as shown in FIG.

本実施の形態の電子デバイスＥによると、実施の形態１に比べ、熱伝達部材１４の最下部にフィン部１４ｄが設けられているので、実施の形態２よりもさらに冷却管３０との接触面積が広くなり、冷却機能が向上する。特に、本実施の形態の構造は、空冷方式にも適した構造である。   According to the electronic device E of the present embodiment, the fin portion 14d is provided at the lowermost portion of the heat transfer member 14 as compared with the first embodiment, so that the contact area with the cooling pipe 30 is further increased than in the second embodiment. Increases the cooling function. In particular, the structure of this embodiment is a structure suitable for an air cooling system.

また、本実施形態においても、上記実施の形態１における第１変形例〜第３変形例の構造を採用することができる。   Also in the present embodiment, the structures of the first to third modifications in the first embodiment can be employed.

（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５における電子デバイスＨの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の変形例３と同様に、ダイパッド１２と熱伝達部材１４の平板部１４ａとが半田等によって接合され、導通可能に接触している。そして、柱状部材１４ｂの下端部が、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２につながる外部端子として機能する。柱状部材１４ｂの下端部は、冷却管３０とは絶縁体３２を介在させて設けられた電極板３１に接続されている。 (Embodiment 5)
FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the structure of the electronic device H in the fifth embodiment. In the present embodiment, the same members as those of the electronic device A shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different points are described. In the present embodiment, as in the third modification of the first embodiment, the die pad 12 and the flat plate portion 14a of the heat transfer member 14 are joined by solder or the like so as to be conductive. The lower end portion of the columnar member 14 b functions as an external terminal connected to the drain electrode 72 of the vertical MOSFET portion 60. The lower end portion of the columnar member 14b is connected to the cooling pipe 30 and an electrode plate 31 provided with an insulator 32 interposed.

上記に加えて、本実施の形態では、チップ１１の上面に副熱伝達部材１９が取り付けられている。副熱伝達部材１９は、チップ１１の縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のボンディングパッド６２（図２（ａ）参照）に接触する平板部１９ａと平板部１９ａから上方に延びる複数の柱状部材１９ｂとを有している。熱伝達部材１４における電気的接続構造及び冷却構造と同様に、柱状部材１９ｂの先端面は樹脂１８から露出して、冷却管とは絶縁体を介して設けられた電極板に接続されている（図示せず）。   In addition to the above, in the present embodiment, the auxiliary heat transfer member 19 is attached to the upper surface of the chip 11. The auxiliary heat transfer member 19 includes a flat plate portion 19a that contacts a bonding pad 62 (see FIG. 2A) of the vertical MOSFET portion 60 of the chip 11 and a plurality of columnar members 19b that extend upward from the flat plate portion 19a. ing. Similar to the electrical connection structure and the cooling structure in the heat transfer member 14, the end surface of the columnar member 19b is exposed from the resin 18 and is connected to an electrode plate provided through an insulator with the cooling pipe ( Not shown).

したがって、本実施の形態では、ダイパッド１２に接続されるボンディングワイヤ１６や縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のボンディングパッド６２に接続されるボンディングワイヤは存在せず、すべてのボンディングワイヤ１６がチップ１１の制御回路部６１のボンディングパッド６４（図２（ａ）参照）に接続されている。   Therefore, in this embodiment, there is no bonding wire 16 connected to the die pad 12 or bonding wire 62 connected to the bonding pad 62 of the vertical MOSFET unit 60, and all the bonding wires 16 are connected to the control circuit unit of the chip 11. 61 bonding pads 64 (see FIG. 2A).

本実施の形態の構造により、熱伝達部材１４及び副熱伝達部材１９が縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２，ソース電極７０とそれぞれ導通可能になっているので、ドレイン電極７２，ソース電極７０につながるボンディングワイヤが不要になり、電気的接続構造が単純化される。しかも、柱状部材１４ｂ，１９ｂはボンディングワイヤに比べると断面積が大きく、本数も任意に設定できるので、冷却機能を維持しつつ大電流を流すのに適した構造が得られることになる。   With the structure of the present embodiment, the heat transfer member 14 and the sub heat transfer member 19 can be electrically connected to the drain electrode 72 and the source electrode 70 of the vertical MOSFET section 60 respectively. A connecting bonding wire is not required, and the electrical connection structure is simplified. Moreover, since the columnar members 14b and 19b have a larger cross-sectional area than the bonding wires and the number of the columnar members 14b and 19b can be arbitrarily set, a structure suitable for flowing a large current while maintaining the cooling function can be obtained.

なお、副熱伝達部材１９として、実施の形態２〜４（図７，図８，図９参照）に示すような熱伝達機能だけを発揮する構造を採用してもよく、副熱伝達部材１９が必ずしも縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のボンディングパッド６２に導通可能になっていなくてもよい。その場合にも、副熱伝達部材１９を設けたことにより、冷却機能の向上という効果を発揮することができる。   The sub heat transfer member 19 may employ a structure that exhibits only a heat transfer function as shown in the second to fourth embodiments (see FIGS. 7, 8, and 9). However, it is not always necessary to be able to conduct to the bonding pad 62 of the vertical MOSFET portion 60. Even in such a case, the provision of the auxiliary heat transfer member 19 can exhibit the effect of improving the cooling function.

なお、本実施の形態に設けられているダイパッドやリードは、必ずしも存在している必要はない。まず、制御回路部６１のボンディングパッド６４に副熱伝達部材１９の柱状部材１９ｂが接続されていれば、リードは不要となる。その場合には平板部が絶縁体材料によって構成されているか、柱状部材と制御回路につながる柱状部材と平板部との間に絶縁体が介在している。また、ダイパッドが存在していなくても、言い換えるとリードフレームを用いなくても、ダイキャビティの底部に熱伝達部材，チップ，副熱伝達部材を重ねた状態でトランスファモールドを行うことにより、電子デバイスの動作に必要な電力や信号が供給される構造が実現する。   Note that the die pad and leads provided in this embodiment are not necessarily present. First, if the columnar member 19b of the auxiliary heat transfer member 19 is connected to the bonding pad 64 of the control circuit unit 61, the lead is not necessary. In that case, the flat plate portion is made of an insulating material, or an insulator is interposed between the columnar member and the flat plate portion connected to the control circuit. In addition, even if there is no die pad, in other words, without using a lead frame, an electronic device can be obtained by performing transfer molding with the heat transfer member, chip, and auxiliary heat transfer member stacked on the bottom of the die cavity. A structure in which power and signals necessary for the operation are supplied is realized.

さらに、チップの上面側のみに熱伝達部材（本実施形態における副熱伝達部材）が取り付けられていてもよい。その場合にも、チップで発生する熱を外方に放出する効果が得られるからである。   Furthermore, a heat transfer member (sub heat transfer member in the present embodiment) may be attached only to the upper surface side of the chip. This is also because the effect of releasing the heat generated in the chip to the outside can be obtained.

（その他の構造）
上記各実施形態および変形例では、熱伝達部材とリードフレームとは個別に形成したが、リードフレームと熱伝達部材とをダイキャストにより一体成形することも可能である。 (Other structures)
In each of the above-described embodiments and modifications, the heat transfer member and the lead frame are formed separately, but the lead frame and the heat transfer member can be integrally formed by die casting.

上記実施形態及び各変形例では、柱状部材としてロッド状部材を設けたが、本発明における柱状部材はこれに限定されるものではなく、板状部材であってもよい。また、ロッド状部材の場合でも、断面が円形である必要はなく、楕円形，多角形など任意の各種形状であってもよい。   In the said embodiment and each modification, although the rod-shaped member was provided as a columnar member, the columnar member in this invention is not limited to this, A plate-shaped member may be sufficient. Further, even in the case of a rod-shaped member, the cross-section need not be circular, and any various shapes such as an ellipse and a polygon may be used.

上記実施形態及び各変形例では、樹脂を用いたトランスファモールドによりチップ等を封止しているが、樹脂封止に代えてガラスを用いたり、トランスファモールドに代えて樹脂やガラスを用いたポッティングによる封止構造を採用する、などの封止方法も可能である。   In the above embodiment and each modified example, the chip or the like is sealed by transfer molding using resin, but glass is used instead of resin sealing, or by potting using resin or glass instead of transfer mold. A sealing method such as employing a sealing structure is also possible.

上記各実施形態においては、パワー半導体素子として縦型ＭＯＳＦＥＴを設けたが、横型ＭＯＳＦＥＴなどの横型半導体素子を設けたものについても、適用することができる。   In each of the above embodiments, the vertical MOSFET is provided as the power semiconductor element. However, the present invention can also be applied to a structure in which a horizontal semiconductor element such as a lateral MOSFET is provided.

本発明の電子デバイスにおいて、チップ内に配置される電気素子には、ＩＧＢＴ，ダイオード，サイリスタなどのいわゆる能動素子や、抵抗素子、容量素子（コンデンサ），誘導素子（インダクタ）等の受動素子が含まれる。   In the electronic device of the present invention, electric elements arranged in the chip include so-called active elements such as IGBTs, diodes, and thyristors, and passive elements such as resistance elements, capacitive elements (capacitors), and inductive elements (inductors). It is.

なお、上記各実施形態及び変形例では、チップ１１の裏面には必ず熱伝達部材１４が設けられている構造を示したが、本発明の構造は、かかる形態に限定されるものではなく、熱伝達部材がチップの上面にだけ設けられていてもよい。   In each of the above embodiments and modifications, the structure in which the heat transfer member 14 is always provided on the back surface of the chip 11 is shown. However, the structure of the present invention is not limited to such a form, and The transmission member may be provided only on the upper surface of the chip.

上記開示された本発明の各実施の形態，変形例及びその他の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。   Each embodiment, modification, and other structure of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明の電子バイスは、ＩＧＢＴ，ダイオード，サイリスタ，抵抗素子、容量素子（コンデンサ），誘導素子（インダクタ）等を搭載した各種機器に利用することができ、特に電子モジュールの要素として利用することができる。   The electronic device of the present invention can be used for various devices equipped with IGBTs, diodes, thyristors, resistor elements, capacitor elements (capacitors), inductive elements (inductors), etc., and in particular, can be used as an element of an electronic module. it can.

（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態１における電子デバイスの構造を示す縦断面図、及びIb-Ib 線断面における横断面図である。(A), (b) is the longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the electronic device in Embodiment 1, and the cross-sectional view in an Ib-Ib line cross section in order. （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、実施の形態１におけるチップの平面図、及び要部の縦断面図である。(A), (b) is the top view of the chip | tip in Embodiment 1, and the longitudinal cross-sectional view of the principal part, respectively in order. （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、電子デバイスが配置される電子モジュールの一例を示す平面図、およびその一部を拡大した平面図である。(A), (b) is the top view which shows an example of the electronic module in which an electronic device is arrange | positioned in order, respectively, and the top view which expanded the part. 実施の形態１の第１変形例における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a structure of an electronic device in a first modification of the first embodiment. 実施の形態１の第２変形例における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。6 is a longitudinal sectional view showing a structure of an electronic device in a second modification of the first embodiment. FIG. 実施の形態１の第３変形例における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a structure of an electronic device in a third modification example of the first embodiment. 実施の形態２における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a structure of an electronic device in a second embodiment. 実施の形態３における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the structure of an electronic device in a third embodiment. 実施の形態４における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the structure of an electronic device in a fourth embodiment. 実施の形態５における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing the structure of an electronic device in a fifth embodiment. 一般的な樹脂封型半導体装置の構造を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of a general resin-encapsulated semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

１１ チップ、１２ ダイパッド、１３ はんだ層、１４ 熱伝達部材、１４ａ 平板部、１４ｂ 柱状部材、１４ｃ パッド部、１４ｄ フィン部、１５ リード、１６ ボンディングワイヤ、１７ 絶縁板、１８ 樹脂、１９ 副熱伝達部材、１９ａ 平板部、１９ｂ 柱状部材、５１ シリコン基板，５２ ｎ＋ 領域、５３ ｎ領域、５４ ｐウエル、５５ ｎウエル、５６ ソース・ドレイン拡散層、５８ソース領域、 ６０ 縦型ＭＯＳＦＥＴ部、６１ 制御回路部、６２ ボンディングパッド、６４ ボンディングパッド、６６ ソース電極、６７ ゲート引き出し電極、６８ ドレイン電極、７０ ソース電極、７１ ゲート絶縁膜、７２ ポリシリコンゲート、７３ ドレイン電極、７５ ゲート引き出し電極 11 Chip, 12 Die pad, 13 Solder layer, 14 Heat transfer member, 14a Flat plate portion, 14b Columnar member, 14c Pad portion, 14d Fin portion, 15 Lead, 16 Bonding wire, 17 Insulating plate, 18 Resin, 19 Sub heat transfer member 19a flat plate portion, 19b columnar member, 51 silicon substrate, 52 n + region, 53 n region, 54 p well, 55 n well, 56 source / drain diffusion layer, 58 source region, 60 vertical MOSFET portion, 61 control circuit Part, 62 bonding pad, 64 bonding pad, 66 source electrode, 67 gate lead electrode, 68 drain electrode, 70 source electrode, 71 gate insulating film, 72 polysilicon gate, 73 drain electrode, 75 gate lead electrode

Claims (15)

電気素子が形成されたチップと、
前記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、
前記チップと、前記熱伝達部材の一部とを封止する封止部材とを備え、
前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材から露出している１又は２以上の柱状部材が設けられている，電子デバイス。 A chip on which electrical elements are formed;
A heat transfer member provided on the chip so as to be capable of transferring heat;
A sealing member that seals the chip and a part of the heat transfer member;
The electronic device, wherein the heat transfer member is provided with one or more columnar members extending from a portion close to the chip and having a tip portion exposed from the sealing member. 前記熱伝達部材は、柱状部材の基端部が連結される平板部を有している，請求項１記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member has a flat plate portion to which a base end portion of a columnar member is coupled. 前記熱伝達部材は、柱状部材の先端部が連結される平板部を有している，請求項１記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member has a flat plate portion to which a tip end portion of a columnar member is coupled. 前記熱伝達部材の柱状部材の先端部は、他の部分よりも広いパッド状に形成されている，請求項１記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein a tip end portion of the columnar member of the heat transfer member is formed in a pad shape wider than other portions. 前記熱伝達部材は、柱状部材の先端部が連結されるフィン部を有している，請求項１記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member has a fin portion to which a tip end portion of a columnar member is coupled. 前記熱伝達部材は、柱状部材の中間部が連結される平板部を有している，請求項１〜５のいずれかに記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member has a flat plate portion to which an intermediate portion of the columnar member is coupled. 前記チップの電気素子は、縦型半導体素子を含んでおり、
前記チップの裏面には前記縦型半導体素子の裏面電極が設けられており、
前記熱伝達部材は、前記縦型半導体素子の裏面電極に導通可能である，請求項１記載の電子デバイス。 The electrical element of the chip includes a vertical semiconductor element,
A back surface electrode of the vertical semiconductor element is provided on the back surface of the chip,
The electronic device according to claim 1, wherein the heat transfer member is conductive to a back electrode of the vertical semiconductor element. 前記熱伝達部材の一部は水冷されている，請求項１〜７のいずれかに記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 1, wherein a part of the heat transfer member is water-cooled. 前記チップの前記熱伝達部材に近接する面に対向する面に熱伝達可能に配置され、前記封止部材の表面に向かって延びる柱状部材を有する副熱伝達部材をさらに備えている，請求項１〜８のいずれかに記載の電子デバイス。   The sub-heat transfer member which has a columnar member which is arranged so that heat transfer is possible on the surface opposite to the surface near the heat transfer member of the chip, and extends toward the surface of the sealing member. The electronic device in any one of -8. 電気素子が形成されたチップと、
上記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、
前記チップと、前記熱伝達部材の少なくとも一部とを封止する封止部材とを備え、
前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材の端面との距離が所定値以下の位置にある１又は２以上の柱状部材が設けられている，電子デバイス。 A chip on which electrical elements are formed;
A heat transfer member provided on the chip so as to be capable of transferring heat;
A sealing member that seals the chip and at least a part of the heat transfer member;
The heat transfer member is provided with one or more columnar members extending from a portion close to the chip and having a tip portion at a position where the distance from the end surface of the sealing member is a predetermined value or less. device. 前記熱伝達部材は、柱状部材の基端部が連結される平板部を有している，請求項１０記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 10, wherein the heat transfer member has a flat plate portion to which a base end portion of a columnar member is coupled. 前記熱伝達部材は、柱状部材の先端部が連結される平板部を有している，請求項１０記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 10, wherein the heat transfer member has a flat plate portion to which a tip end portion of a columnar member is coupled. 前記熱伝達部材の柱状部材の先端部は、他の部分よりも広いパッド状に形成されている，請求項１０記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 10, wherein a tip end portion of the columnar member of the heat transfer member is formed in a pad shape wider than other portions. 前記熱伝達部材は、柱状部材の中間部が連結される平板部を有している，請求項１０〜１３のいずれかに記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 10, wherein the heat transfer member has a flat plate portion to which an intermediate portion of the columnar member is connected. 前記熱伝達部材の先端部は、封止部材を挟んで水冷されている，請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子デバイス。   The electronic device according to claim 10, wherein a tip portion of the heat transfer member is water-cooled with a sealing member interposed therebetween.
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