JP2008171876A - 半導体装置 - Google Patents

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【課題】半導体素子を制御する制御装置を備えた半導体装置であって、制御装置の設置スペース確保が容易なものでありながら、制御装置を設置する位置を可変とすることが容易となる半導体装置を提供する。
【解決手段】放熱部材２上に載置されて樹脂封止７されており、入力される電力を調整して出力する半導体素子３と、前記樹脂の外部において、外部装置との電気的接続が可能であるリード端子１と、を備えるとともに、前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続する、接続部材５を更に備えることにより、前記外部装置と前記半導体素子との電気的接続が可能である半導体装置であって、前記調整を制御する制御装置４が、前記接続部材上に固定されている半導体装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力制御用等として電子・電気機器に搭載される、半導体装置に関するものである。
従来、電子機器における動作電力の制御用などとして、パワートランジスタ等の半導体素子を搭載した樹脂封止型の半導体装置が用いられている。ここで従来の半導体装置の一例について、図５にその構成図を示す。
本図に示す半導体装置は、ボトムフィン２の片面に、入力される電力を調整して出力する半導体素子３、およびこの調整を制御するための制御用ＩＣ４が載置されており、これらが内部に包含されるように樹脂のモールド部７が設けられている。また半導体素子３や制御用ＩＣ４を外部装置と接続するためのリード端子１が設けられている。
なお半導体素子３、制御用ＩＣ４、およびリード端子１の各々同士における接続は、細線ワイヤ６等を介して実現されている。このような構成により、例えばリード端子１を介して入力される電力を、半導体素子３により調整して出力すること等が可能である。
特開２００６−２６２６０３号公報 特開２００５−２０９２３９号公報 特開昭６１−５９８６２号公報
ところで近年の電子機器の小型化に伴い、電子機器に使用される半導体装置においても小型化の要請が強まっている。そのため、半導体素子を制御するための制御用ＩＣが設置されるスペースを、十分に確保することが容易ではない場合がある。また図５に示したように、制御用ＩＣを半導体素子が載置されている面に設置する態様では、制御用ＩＣ設置のためのスペースを確保するため、ボトムフィンの面積増大を招くこととなる。
また近年の電子機器の高性能化に伴い、半導体装置に加わる負荷電流も増大傾向にあり、ひいては、半導体素子の発熱が大きな問題となる場合がある。そのため例えば制御用ＩＣに温度センサを設けて、半導体素子の発熱状況を監視させておき、この発熱状況に応じて半導体素子を適切に制御させようとする場合がある。このようにする場合、制御用ＩＣを半導体素子に、制御用ＩＣが熱で誤動作しない範囲で極力接近させ、半導体素子における温度の検出精度を向上させることが重要である。
また一方で、制御用ＩＣが熱の影響を敏感に受ける仕様である場合、半導体素子に近接させた配置とすると、制御用ＩＣが誤作動を起こしたり、熱によって破損したりする虞がある。そのためこの場合は、制御用ＩＣを半導体素子からある程度離して設置することが重要である。
以上に説明したように半導体素子を搭載した半導体装置においては、状況に応じて、制御用ＩＣを設置させる位置（特に半導体素子との距離）が可変であることが望ましい。そこで本発明は上記の課題に鑑み、半導体素子を制御する制御装置を備えた半導体装置であって、制御装置の設置スペース確保が容易なものでありながら、制御装置を設置する位置を可変とすることが容易となる半導体装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体装置は、放熱部材上に載置されて樹脂封止されており、入力される電力を調整して出力する半導体素子と、前記樹脂の外部において、所定の外部装置との電気的接続が可能であるリード端子と、を備えるとともに、前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続する、接続部材を更に備えることにより、前記外部装置と前記半導体素子との電気的接続が可能である半導体装置であって、前記調整を制御する制御装置が、前記接続部材上に固定されている構成（第１の構成）とする。
本構成によれば、制御装置は、接続部材上に固定されて設けられている。そのため、例えば制御装置の設置スペースが放熱部材上などに確保されている必要はなく、装置の小型化などを容易なものとすることができる。
また接続部材において、制御装置を固定させ得る部分を多く確保しておくことにより、制御装置が設置される位置を状況に応じて変動させることが可能となる。また更に、例えば接続部材として可撓性を有するものを採用しておくことにより、制御装置を接続部材に固定させた後であっても、制御装置の位置を変動させることができる。
また上記第１の構成としてより具体的には、前記接続部材は、前記半導体素子と前記リード端子の双方に接続された、リボンワイヤである構成（第２の構成）としてもよい。
本構成によれば、リボンワイヤとして、制御装置が載置可能となる幅を有するものを採用しておくことで、その長さ方向の任意の位置に制御装置を固定させることが容易となる。そのため制御装置の設置箇所について、自由度を高くすることが可能となる。
また上記第２の構成において、前記制御装置は、前記リボンワイヤにおける、前記リード端子寄りの位置に固定されている構成（第３の構成）としてもよい。
本構成によれば、制御装置をリボンワイヤにおける半導体素子寄りの位置に固定されているものに比べて、制御装置を半導体素子から離れた位置に設けることが容易となる。そのため、半導体素子の発する熱が制御装置に与える影響を、より軽減させ易くすることが可能となる。なおここでの「リボンワイヤにおけるリード端子寄りの位置」とは、リボンワイヤの長さ方向において、その略中央よりもリード端子に近い方の位置の意とする。
また上記第１から第３の何れかの構成において、前記制御装置は、温度を検出する温度センサが備えられている構成（第４の構成）としてもよい。
本構成によれば、制御装置に、温度状況に応じた半導体素子の制御をさせることが可能となる。そのため、例えば半導体素子が高温状態となった場合にこれを検出し、発熱量を下げるように半導体素子を制御するといったことが可能となる。
また上記第４の構成において、前記制御装置は、前記温度センサによる検出結果に応じた信号を出力する構成（第５の構成）としてもよい。本構成によれば、温度状況に応じた処理を実行することや、温度状況をユーザ等に報知させること等が可能となる。
また上記第４または第５の構成において、前記制御装置は、前記温度センサによる検出結果に応じて、前記制御を実行する構成（第６の構成）としてもよい。
本構成によれば、例えば半導体素子が高温状態となった場合にこれを検出し、発熱量を下げるように半導体素子を制御することにより、半導体素子や周辺部品の破損等を極力防止することが可能となる。
また上記第１から第３の何れかの構成において、前記接続部材に、温度を検出する温度検出装置が備えられており、前記制御装置は、該温度検出装置の検出結果に基づいて、前記制御を実行する構成（第７の構成）としてもよい。
本構成によれば、温度検出装置を半導体素子の近傍に設置することが容易となり、ひいては、半導体素子の温度状況を精度良く検出することも容易となる。そのため、制御装置が半導体素子から比較的離れた位置に設置されていたとしても、半導体素子の温度状況を精度良く反映させた制御の実現が容易となる。
また上記第１から第７の何れかの構成においてより具体的には、前記制御装置は、ＩＣチップとして形成されているとともに、絶縁型または導電型の接着剤により、前記接続部材上に固定されている構成（第８の構成）としてもよい。
また本発明に係る他の態様の半導体装置は、放熱部材上に載置されて樹脂封止されており、入力される電力を調整して出力する半導体素子と、前記樹脂の外部において、所定の外部装置との電気的接続が可能であるリード端子と、を備えるとともに、前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続する、接続部材を更に備えることにより、前記外部装置と前記半導体素子との電気的接続が可能である半導体装置であって、温度を検出する温度検出装置が、前記接続部材上に固定されている構成（第９の構成）とする。
本構成によれば、温度検出装置が備えられているから、温度に応じた処理や制御などを実行させることが可能となる。また、温度検出装置が接続部材上に固定されているから、温度検出装置を設置するスペースの確保が容易となるとともに、半導体素子の近傍に設置されることによって、半導体素子の温度状況を精度良く検出することが可能となる。
また上記第９の構成において、前記調整を制御する制御装置を備え、該制御装置は、前記温度検出装置により検出された温度状況に応じて、前記制御を行う構成（第１０の構成）としてもよい。
本構成によれば、例えば半導体素子が高温状態となった場合にこれを検出し、発熱量を下げるように半導体素子を制御することにより、半導体素子や周辺部品の破損等を極力防止することが可能となる。
また上記第７または第９の構成においてより具体的には、前記温度検出装置は、温度ヒューズまたはサーミスタである構成（第１１の構成）としてもよい。また上記第１から第１１の何れかの構成に係る半導体装置を備えた構成（第１１の構成）の電子機器とすれば、上述した構成による利点を享受し得る電子機器とすることが可能である。
また上記第２の構成の半導体装置に係る製造方法であって、前記半導体素子と前記リード端子の双方に、前記リボンワイヤを接続させる第１工程と、該第１工程の後、前記リボンワイヤに前記制御装置を固定させる第２工程と、該第２工程の後、前記リボンワイヤを変形させることにより、前記制御装置と前記半導体素子との距離を調整する第３工程と、を有する製造方法も有用である。
当該製造方法によれば、リボンワイヤに制御装置を固定させた後に、リボンワイヤの変形を通じて、更に制御装置と半導体素子との距離が調整される。そのため、当該距離を所望の値とすることが容易となる。
上述の通り本発明に係る半導体装置によれば、制御装置は、接続部材上に固定されて設けられている。そのため、例えば制御装置の設置スペースが放熱部材上などに確保されている必要はなく、装置の小型化などを容易なものとすることができる。
また接続部材において、制御装置を固定させ得る部分を多く確保しておくことにより、制御装置が設置される位置を状況に応じて変動させることが可能となる。また更に、例えば接続部材として可撓性を有するものを採用しておくことにより、制御装置を接続部材に固定させた後であっても、制御装置の位置を変動させることができる。
なお上述した第９の構成に係る半導体装置によれば、温度検出装置が備えられているから、温度に応じた処理や制御などを実行させることが可能となる。また、温度検出装置が接続部材上に固定されているから、温度検出装置を設置するスペースの確保が容易となるとともに、半導体素子の近傍に設置されることによって、半導体素子の温度状況を精度良く検出することが可能となる。
本発明の一実施形態として、各種電子機器に電力制御用として用いられる、樹脂封止型の電力半導体装置を挙げて説明する。当該半導体装置の構成図を、図１に示す。なお図１においては、左側が平面図を、右側が側面図を表している。本図に示すように半導体装置は、リード端子１、ボトムフィン２、半導体素子３、制御用ＩＣチップ４、リボンワイヤ５、細線ワイヤ６、およびモールド部７などを有している。
リード端子１は、導電性材質により形成されており、その一部はモールド部７の内部に埋め込まれている一方、他の部分はモールド部７の外部に突出するように配置されている。これにより、任意の外部装置との間で、電気的な接続が可能となっている。
ボトムフィン２は、半導体素子３が発生させた熱を、外部に放熱する放熱部材であり、略板状の形状を有している。また半導体素子３は、パワートランジスタ等により構成されており、電力を制御するための電力半導体素子として機能する。より具体的には、外部から入力される電力に対して、後述する制御用ＩＣ４からの制御信号に基づいた調整（電力調整）を施して外部に出力する。
制御用ＩＣ４は、温度センサ等を備えたＩＣチップとして形成されており、半導体素子３における電力調整を制御する。ここで制御用ＩＣ４の構成概略について、図２を参照しながら説明する。本図のように制御用ＩＣ４は、温度センサ４１、制御部４２、制御信号出力部４３、ならびにリード端子１や半導体素子３との信号の入出力に係る各端子などを備えている。
温度センサ４１は、例えばサーミスタ等を備えており、自己の温度状態を検出するとともに、その検出結果を制御部４２に伝える。また制御部４２は、温度センサ４１による検出結果や、リード端子１を介して外部から入力された信号（指示信号）に基づいて、半導体素子３における電力調整を適切に制御するための信号を、制御信号出力部４３に生成させる。また図２に示しているように、温度センサ４１による検出信号を、リード端子１を介して外部に出力するようにしても良い。
なお制御部４２の制御内容としてより具体的には、温度センサ４１によって異常な温度（例えば所定の閾値を超える温度）が検出されたときに、半導体素子３における消費電力を低下させ、半導体素子３の温度が低下するように制御する。例えば半導体素子３が、コレクタ及びエミッタを入出力端子とするパワートランジスタである場合、そのベース電流を小さくしてコレクタ−エミッタ間の導通を制限すること等により、消費電力を低下させるよう制御する。またその他、外部からの指示信号として電力の流れを遮断する旨の指示があったときは、コレクタ−エミッタ間を非導通とするように、ベース電流を流さないように制御するものとしてもよい。
そして制御信号出力部４３では、制御部４２の指示に応じて、半導体素子３に出力するための信号（制御信号）を生成して出力する。以上の構成により制御用ＩＣ４では、その温度状況や外部からの指示信号等に応じた、半導体素子３における電力調整の制御がなされる。
また図１に戻り、リボンワイヤ５は、リード端子１の何れかと半導体素子３の電極部分に、半田付けや導電性の接着剤等によって固着されており、両者を電気的に接続している。またリボンワイヤ５は、その幅が制御用ＩＣ４の一辺の長さよりも大きいリボン状の形状となっており、この幅を利用して制御用ＩＣ４等をこのリボンワイヤ５に載置固定させることが可能となっている。
つまりリボンワイヤ５は、その長さ方向についての何れの位置であっても、制御用ＩＣ４を固定させることが可能となっており、当該半導体装置の製造段階で任意の位置を選ぶことが可能となっている。なおリード端子１と制御用ＩＣ４との接続や、半導体素子３と制御用ＩＣ４との接続においては、細線ワイヤ６も使用されている。
またボトムフィン２の半導体素子３が載置されている面には、半導体素子３等を内部に含むようにモールド部７が形成されている。このモールド部７の材質としてはエポキシ樹脂などが用いられており、その結果、半導体素子３や制御用ＩＣ４等が樹脂封止された状態となっている。
ここで制御用ＩＣ４の設置状況に着目すると、制御用ＩＣ４はリボンワイヤ５に載置され、接着剤によって接着固定されている。なおこの接着に関しては、制御用ＩＣ４とリボンワイヤ５との間に絶縁が必要な場合には絶縁型接着剤が、逆に導電が必要な場合には、導電型接着剤が用いられることが望ましい。
このため、制御用ＩＣ４を設置するためのスペースを、例えばボトムフィン２における半導体素子３が載置されている面などに別途確保する必要がなく、省スペース化の実現が容易となっている。また図１に示されているように、制御用ＩＣ４の設置位置を、リボンワイヤ５における半導体素子３の近傍となるようにすれば、半導体素子３の温度状態（発熱量）をより精度良く検出（よりダイレクトに検出）することが可能となる。
またリボンワイヤ５における可撓性を利用して、制御用ＩＣ４がリボンワイヤ５に固着された後でも、リボンワイヤ５を撓ませたり伸ばしたりすることで、半導体素子３と制御用ＩＣ４との距離を調整することが可能である。かかる調整を通じ、半導体素子３からの熱の影響によって制御用ＩＣ４が破損や誤作動を生じない範囲内で、温度検出精度を向上させるために、制御用ＩＣ４の位置を半導体素子３に極力近づけることも可能である。
例えば当該半導体装置の製造工程として、まず半導体素子３とリード端子１の双方に、リボンワイヤ５を接続させる工程を設けておき、その後、リボンワイヤ５に制御用ＩＣ４を固定させる。そしてさらにその後、制御用ＩＣ４と半導体素子３との距離が所望の状態となるように、リボンワイヤ５を変形させる（伸ばしたり、撓ませたりする）ようにすればよい。
また制御用ＩＣ４の設置位置としては、図３に示すように、リボンワイヤ５における半導体素子３から離れた位置（リボンワイヤ５の長さ方向において、リード端子１に近い側）としてもよい。これにより、図１に示す態様に比べると、温度センサ４１による半導体素子３の温度の検出精度は劣ることとなるが、半導体素子３が発生させる熱が制御用ＩＣ４に与える影響を、より軽減させることが可能となる。そのため制御用ＩＣ４が、熱の影響を敏感に受けて誤作動等を生じ易いものであったとしても、このような不具合を極力回避することが可能となる。
なお制御用ＩＣ４の設置位置に関わらず、半導体素子３の温度を精度良く検出させるため、図４に示すように、温度検出装置８をリボンワイヤ５における半導体素子３の近傍に別途設けるようにしてもよい。このようにすれば、温度検出装置８により検出された温度の情報を、制御用ＩＣ４に取込ませることで、半導体素子３の温度状況に応じた電力調整の制御をより正確に実行させることが可能となる。
なお温度検出装置８としては、例えば温度ヒューズやサーミスタなど、種々のものを適用することができる。また図４に示すような位置に温度検出装置８を設けていれば、仮に制御用ＩＣ４がリボンワイヤ５に設置されていなくても、半導体素子３の温度状況に応じた電力調整の制御を精度良く実行させることは可能である。
上述の通り本実施形態の半導体装置は、ボトムフィン２（放熱部材）の上に載置されて樹脂封止されており、入力電力を調整（電力調整）して出力する半導体素子３と、この樹脂の外部において、外部装置との電気的接続が可能であるリード端子１を備えている。また、半導体素子３とリード端子１とを電気的に接続する、リボンワイヤ５（接続部材）を更に備えることにより、外部装置と半導体素子３との電気的接続が可能となっている。そしてこの電力調整の内容を制御する制御用ＩＣ４（制御装置）が、リボンワイヤ５の上に固定されている構成となっている。
そのため本半導体装置によれば、例えば制御用ＩＣ４の設置スペースがボトムフィン２上などに確保されている必要はなく、装置の小型化などが容易なものとなっている。またリボンワイヤ５において、制御用ＩＣ４を固定させ得る部分が多く確保されているため、制御用ＩＣ４を設置する位置を状況に応じて変動させることが可能となっている。
つまり、制御用ＩＣ４が搭載する温度センサ４１により半導体素子３の温度を精度良く検出させたい場合は、制御用ＩＣ４を半導体素子３に近づけて設置させ、半導体素子３による熱が制御用ＩＣ４に与える影響を小さくしたい場合は、逆に半導体素子３から遠ざけて設置させるといったことが可能である。またリボンワイヤ５の可撓性を利用して、制御用ＩＣ４をリボンワイヤ５に固定させた後であっても、制御用ＩＣ４の位置を変動させることができるものとなっている。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
本発明は、電子機器の電力制御用等に用いられる半導体装置において有用である。
本発明の実施形態に係る半導体装置の構成図である。 本発明の実施形態に係る制御用ＩＣの構成図である。 本発明の別の実施形態に係る、半導体装置の構成図である。 本発明の更に別の実施形態に係る、半導体装置の構成図である。 従来の半導体装置の一例に係る構成図である。
符号の説明
１ リード端子
２ ボトムフィン（放熱部材）
３ 電力半導体素子（半導体素子）
４ 制御用ＩＣチップ（制御装置）
５ リボンワイヤ（接続部材）
６ 細線ワイヤ
７ モールド部
８ 温度検出装置
４１ 温度センサ
４２ 制御部
４３ 制御信号出力部

Claims (13)

  1. 放熱部材上に載置されて樹脂封止されており、入力される電力を調整して出力する半導体素子と、
    前記樹脂の外部において、外部装置との電気的接続が可能であるリード端子と、を備えるとともに、
    前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続する、接続部材を更に備えることにより、前記外部装置と前記半導体素子との電気的接続が可能である半導体装置であって、
    前記調整を制御する制御装置が、前記接続部材上に固定されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記接続部材は、
    前記半導体素子と前記リード端子の双方に接続された、リボンワイヤであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記リボンワイヤにおける、前記リード端子寄りの位置に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記制御装置は、
    温度を検出する温度センサが備えられていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置。
  5. 前記制御装置は、
    前記温度センサによる検出結果に応じた信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記制御装置は、
    前記温度センサによる検出結果に応じて、前記制御を実行することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記接続部材に、温度を検出する温度検出装置が備えられており、
    前記制御装置は、該温度検出装置の検出結果に基づいて、前記制御を実行することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置。
  8. 前記制御装置は、
    ＩＣチップとして形成されているとともに、
    絶縁型または導電型の接着剤により、前記接続部材上に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の半導体装置。
  9. 放熱部材上に載置されて樹脂封止されており、入力される電力を調整して出力する半導体素子と、
    前記樹脂の外部において、所定の外部装置との電気的接続が可能であるリード端子と、を備えるとともに、
    前記半導体素子と前記リード端子とを電気的に接続する、接続部材を更に備えることにより、前記外部装置と前記半導体素子との電気的接続が可能である半導体装置であって、
    温度を検出する温度検出装置が、前記接続部材上に固定されていることを特徴とする半導体装置。
  10. 前記調整を制御する制御装置を備え、
    該制御装置は、前記温度検出装置により検出された温度状況に応じて、前記制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  11. 前記温度検出装置は、温度ヒューズまたはサーミスタであることを特徴とする請求項７または請求項９に記載の半導体装置。
  12. 請求項１から請求項１１の何れかに記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。
  13. 請求項２に記載の半導体装置に係る製造方法であって、
    前記半導体素子と前記リード端子の双方に、前記リボンワイヤを接続させる第１工程と、
    該第１工程の後、前記リボンワイヤに前記制御装置を固定させる第２工程と、
    該第２工程の後、前記リボンワイヤを変形させることにより、前記制御装置と前記半導体素子との距離を調整する第３工程と、
    を有することを特徴とする製造方法。
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