JP2008140979A - Package-type semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子を樹脂によってモールドしてなるパッケージ型半導体装置に係り、特に半導体素子としてパワー系素子とこのパワー系素子を制御する制御系素子とを備えたパッケージ型半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a package type semiconductor device formed by molding a semiconductor element with a resin, and more particularly to a package type semiconductor device provided with a power element as a semiconductor element and a control element for controlling the power element. .
この種のパッケージ型半導体装置としては、モータなどのアクチュエータを制御するための電子制御ユニット(ECU;Electronic Control Unit)が代表的な例として挙げられる。
例えば自動車は、近年、高機能化、高級化の傾向にあり、その進展に伴ってアクチュエータを駆動するシステムが盛んに取り入れられている。そのようなアクチュエータの駆動システムでは、制御が複雑化している関係で、制御系をマイコンで構成している。
一方、この種のアクチュエータ駆動システムでは、小型化の要請が強く、そのために、マイコンを構成するICなどの制御系素子と、パワーMOS・FETやIGBTなどのパワー系素子とを一体モジュール化することを必要としている。
A typical example of this type of package semiconductor device is an electronic control unit (ECU) for controlling an actuator such as a motor.
For example, in recent years, automobiles have been trending toward higher functions and higher grades, and systems for driving actuators have been actively adopted with the progress. In such an actuator drive system, the control system is constituted by a microcomputer because of complicated control.
On the other hand, in this type of actuator drive system, there is a strong demand for miniaturization. For this reason, a control system element such as an IC constituting a microcomputer and a power system element such as a power MOS / FET or IGBT are integrated into a module. Need.
しかしながら、制御系素子とパワー系素子との一体モジュール化を実現するには、高い放熱性と高密度パッケージという相反する特徴を備えたパッケージ技術が必要となってきている。この要請に応えるパッケージ技術として、例えば特許文献1がある。
この特許文献1に記載されたパッケージ型半導体装置は、ヒートシンクの一面に、2つのセラミック基板からなる配線基板を搭載し、これら配線基板のうち、一方の配線基板の上に制御系素子を実装すると共に、他方の配線基板の上にパワー系素子を実装し、それらヒートシンク、2つの配線基板、制御系素子およびパワー系素子を樹脂により一括にモールドするというものである。
In the package type semiconductor device described in
特許文献1に記載のものでは、ヒートシンクの素子の実装面とは反対側の面が樹脂から外部に露出するようにしてモールドされているため、ヒートシンクの放熱性という点では改善が見られる。しかしながら、パワー系素子は、制御系素子に比べて発熱量が多いが、ヒートシンクへは、制御系素子と同様に、セラミック基板からなる配線基板を介して伝熱される。このため、制御系素子の放熱性はまだしも、パワー系素子の放熱性の点では、未だ満足のゆくものではない。
In the thing of
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、パワー系素子の放熱性にも優れたパッケージ型半導体装置を提供するところにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a package type semiconductor device that is excellent in heat dissipation of a power element.
本発明は、制御系素子とパワー系素子とを実装する配線基板を分け、パワー系素子の配線基板として熱伝導性に優れたメタルベース基板を採用した。そして、メタルベース基板のパワー系素子が実装された面とは反対側の面を樹脂から外部に露出させるようにモールドした。
この構成によれば、パワー系素子を実装したメタルベース基板そのものをヒートシンクとするので、パワー系素子が発する熱は、メタルベース基板に直接的に伝えられ、大気中へと放出される。また、パワー系素子を実装したメタルベース基板とは別の回路基板に制御系素子を実装するので、パワー系素子が発する熱による制御系素子への悪影響を少なくすることができる。
In the present invention, a wiring board on which a control system element and a power system element are mounted is divided, and a metal base board having excellent thermal conductivity is adopted as the wiring board of the power system element. Then, the metal base substrate was molded so that the surface opposite to the surface on which the power element was mounted was exposed from the resin.
According to this configuration, since the metal base substrate itself on which the power element is mounted is used as a heat sink, the heat generated by the power element is directly transmitted to the metal base substrate and released into the atmosphere. Further, since the control system element is mounted on a circuit board different from the metal base substrate on which the power system element is mounted, adverse effects on the control system element due to heat generated by the power system element can be reduced.
以下、本発明の第1の実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1は、パッケージ型半導体装置1の全体構成を示す断面図である。このパッケージ型半導体装置1は、半導体素子として、パワー系素子2と、このパワー系素子2を制御する制御系素子3とを備え、これらを樹脂、例えばエポキシ系の樹脂4によりモールドして構成されている。このようなパッケージ型半導体装置は、電子制御ユニット(ECU;Electronic Control Unit)として構成され、モータなどのアクチュエータを制御する。
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the package
パワー系素子2としては、パワーMOS・FETやIGBTなどが用いられ、そのスイッチング作用によってモータなどのアクチュエータを通断電制御する。制御系素子3としては、例えばマイコンを構成する各種のICやコンデンサなどの電気部品が用いられ、外部からの信号および予め定められたプログラムなどに基づいてパワー系素子2のスイッチングを制御する。
As the
さて、図1に示すように、パワー系素子2と制御系素子3とは、夫々パワー系回路基板5および制御系回路基板6にベアチップ実装され、図2にも示すように、所定の素子は回路基板にワイヤボンディングされている。パワー系回路基板5としては、メタルベース基板が用いられ、制御系回路基板6としては、例えばセラミック基板が用いられている。ここで、以下では、パワー系回路基板5をメタルベース基板5と称し、制御系回路基板6をセラミック基板6と称することとする。
As shown in FIG. 1, the
さて、両基板5,6のうち、メタルベース基板5は、ベースが鉄、アルミ、銅などの熱伝導性に優れた金属で構成されており、自身がヒートシンクとして機能可能である。セラミック基板6は、メタルベース基板5に比べて熱伝導性が低いので、板状のヒートシンク7上に伝熱性接着剤8により固着されている。
Of the two
パワー系素子2を実装したメタルベース基板5と、ヒートシンク7およびこのヒートシンク7上に接着されたセラミック基板6とは、若干の離間間隔をもって左右に並べるように配置されている。そして、図2にも示すように、メタルベース基板5とセラミック基板6とは、ワイヤボンディングによって互いに接続されている。また、メタルベース基板5上のパワー系素子2、メタルベース基板5およびセラミック基板6は、周囲のリード9にワイヤボンディングされている。
The
以上のようなメタルベース基板5、このメタルベース基板5、ヒートシンク7、このヒートシンク7上に接着されたセラミック基板6は、メタルベース基板5上のパワー系素子2およびセラミック基板6上の制御系素子3と共に、前記樹脂4により一体モールドされてパッケージ化されている。この場合、メタルベース基板5は、パワー系素子2を実装した面(一面)とは反対側の面(他面)が樹脂4から外部に露出するようにモールドされている。
The
次に、上記パッケージ型半導体装置1の製造方法を図3および図4により説明する。例えば銅の薄板から、図3(a)に示す形態のリードフレーム10をプレスの打ち抜きによって形成する。このリードフレーム10は、多数のリード9の他に、ヒートシンク7として用いられるアイランドと称される板状部分を一体に有すると共に、小孔11aを有した一対の保持片11を一体に有している。
Next, a method for manufacturing the package
一方、メタルベース基板5およびセラミック基板6に、夫々パワー系素子2および制御系素子3をベアチップ実装しておく。そして、メタルベース基板5を、図3(b−1)に示すように、リードフレーム10の下側に配置し、メタルベース基板5の長手方向両側に突設された一対の突起5aを、図3(b−2)に示すようにリードフレーム10の一対の保持片11の小孔11aにその下側から挿通させる。そして、突起5aの先端部を図3(b−1)に破線で示すようにかしめることにより、メタルベース基板5をリードフレーム10に固定する。次いで、図3(c)に示すように、セラミック基板6をアイランド(ヒートシンク7)上に搭載し、接着剤8(図3(c)には図示せず)により接着する。
On the other hand, the
その後、図4(a)に示すように、ワイヤボンディングする。このワイヤボンディングにより、パワー系素子2および制御系素子3のうちの所定の素子がメタルベース基板5またはセラミック基板6にワイヤ接続されると共に、メタルベース基板5とセラミック基板6との間、メタルベース基板5およびセラミック基板6とリードフレーム10のリード9との間、パワー系素子2とリードフレーム10のリード9との間が夫々ワイヤ接続される。
Thereafter, wire bonding is performed as shown in FIG. By this wire bonding, predetermined elements of the
次に、メタルベース基板5およびセラミック基板6を搭載したリードフレーム10を成形金型装置(図示せず)に移送し、図4(b)に示すように樹脂封止を行う。この樹脂封止は、メタルベース基板5の他面が樹脂4から露出するようにして行う。これにより、メタルベース基板5、このメタルベース基板5上に実装されたパワー系素子2、ヒートシンク(アイランド)7、このヒートシンク7上に接着されたセラミック基板6、このセラミック基板6上に実装された制御系素子3が樹脂4により一体モールドされる。
その後、図4(c)に示すように、リードフレーム10のリードタイバーをプレスにより切断する。以上により、メタルベース基板5の他面が樹脂パッケージの表面に露出した形態のパッケージ型半導体装置1が形成される。
Next, the
Thereafter, as shown in FIG. 4C, the lead tie bar of the
このように本実施形態によれば、パワー系素子2をメタルベース基板5の一面上に実装し、メタルベース基板5の他面を樹脂4から外部に露出させるようにして樹脂封止したので、パワー系素子2が発する熱を直接メタルベース基板5に拡散させて直接メタルベース基板5から大気中に放出することができる。このため、パワー系素子2の放熱性(冷却性)にきわめて優れたものとなる。
As described above, according to this embodiment, the
特に、パワー系素子2の熱を直接メタルベース基板5に伝導拡散できるので、パワー系素子2の急激な発熱に対しても、その熱をメタルベース基板5に拡散させることが可能となる。
更に、メタルベース基板5の他面は外部に露出されているので、放熱性に優れることは勿論であるが、パッケージ型半導体装置1をアルミなどの金属板に接触させるように配設することによって、メタルベース基板5の熱を空気ではなく、熱伝達性に優れる金属板に伝達できるので、より一層のパワー系素子2の放熱性の向上を図ることができる。
また、制御系素子3を実装したセラミック基板6のヒートシンク7は、メタルベース基板5とは別体のもので且つメタルベース基板5から離されているので、メタルベース基板6の熱が伝達されて制御系素子3に悪影響を及ぼすといった不具合を生ずることがない。
In particular, since the heat of the
Further, since the other surface of the
Further, since the
図5は、本発明の第2の実施例を示すもので、これは、メタルベース基板5を複数枚、例えば2枚にして互いに所定間隔だけ離して配置した構成のものである。このようにすれば、パワー系素子2の数を増加させ、或いは、メタルベース基板5やパワー系素子2によりアクチュエータに供給する電力を増加させることが可能となる。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, which has a configuration in which a plurality of, for example, two
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような変更或いは拡張が可能である。
樹脂4は、エポキシ系に限られない。
制御系回路基板6は、セラミック基板に限られず、他にガラスエポキシ基板を使用することも考えられる。
メタルベース基板5の他面を外部に露出させる形態としては、メタルベース基板5の多面を樹脂4の外面と面一とする形態に限られず、メタルベース基板5の他面側を樹脂4かた突出させるようにする形態であっても良い。
The present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and the following modifications or expansions are possible.
The
The control
The form in which the other surface of the
図中、1はパッケージ型半導体装置、2はパワー系素子、3は制御系素子、4は樹脂、5はメタルベース基板(パワー系回路基板)、6はセラミック基板(制御系回路基板)、7はヒートシンク、8は接着剤、9はリード、10はリードフレーム、11は保持片である。 In the figure, 1 is a package type semiconductor device, 2 is a power system element, 3 is a control system element, 4 is a resin, 5 is a metal base substrate (power system circuit board), 6 is a ceramic substrate (control system circuit board), 7 Is a heat sink, 8 is an adhesive, 9 is a lead, 10 is a lead frame, and 11 is a holding piece.
Claims (1)
ヒートシンクと、
このヒートシンク上に搭載された制御系回路基板と、
メタルベース基板からなり、前記ヒートシンクから離して配置されたパワー系回路基板と
を備え、
前記制御系素子は前記制御系回路基板に実装されている共に、前記パワー系素子は前記パワー系回路基板に実装され、
且つ、前記ヒートシンク、前記制御系回路基板、前記制御系素子、前記パワー系回路基板、前記パワー系素子は、前記パワー系回路基板の両面のうち前記パワー系素子が実装された面とは反対側の面が外部に露出するように、樹脂によってモールドされていることを特徴とするパッケージ型半導体装置。 In a package type semiconductor device in which a power system element and a control system element for controlling the power system element are molded with resin,
A heat sink,
A control circuit board mounted on the heat sink;
A power base circuit board, which is made of a metal base substrate and arranged away from the heat sink,
The control system element is mounted on the control system circuit board, and the power system element is mounted on the power system circuit board,
The heat sink, the control system circuit board, the control system element, the power system circuit board, and the power system element are opposite to the surface on which the power system element is mounted, on both sides of the power system circuit board. A package type semiconductor device, which is molded with a resin so that the surface thereof is exposed to the outside.
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