JP2011003636A

JP2011003636A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2011003636A
Application number: JP2009144108A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kadoguchi; 卓矢門口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2011-01-06
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: JP5544767B2

Abstract

【課題】電極間の沿面距離を確保し、小型化が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体素子１２と、半導体素子１２に接続される複数の金属板１３，１４と、各金属板１３，１４に各々接続される複数の端子部２３，２４とを、該金属板１３，１４の一部と端子部２３，２４の一部が各々露出するように封止部１５で封止し、各端子部２３，２４における封止部１５から露出するように突出した部分のうち封止部１５側となる基端側の部分を絶縁体２５で被覆する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子と該半導体素子から発せられた熱を放熱する熱交換体とをモールドして構成された半導体装置に関する。

半導体装置において、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、ＳＩＴ（静電誘導トランジスタ）のような動作時に多量の発熱を伴う電力用半導体素子を実装する際には、半導体から発せられた熱を放熱する熱交換体が必要となる。そこで、近時では、電極（端子部）と半導体素子とを接続する金属導体（金属板）を半導体装置から露出させて放熱を行うものが知られている（特許文献１）。

特開２００４−２９６８３７号公報

ところが、半導体装置から金属導体を露出させて放熱する場合には、放熱を行う金属導体の露出面に電極を設けることができず、電極の配置箇所が制限されてしまう。そのため、電極間の沿面距離を確保するために半導体装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極間の沿面距離を確保し、小型化が可能な半導体装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、半導体素子と、該半導体素子に接続される複数の金属導体と、該各金属導体に接続される複数の電極とを備え、これらを前記金属導体の一部と前記電極の一部が各々露出するように樹脂材でモールドした半導体装置であって、前記各電極における前記樹脂材から露出するように突出した部分のうち前記樹脂材側となる基端側部分を絶縁体で被覆することを要旨とする。

同構成では、半導体素子をモールドした樹脂材から一部が露出するように突出した複数の電極における樹脂材側となる基端側部分がそれぞれ絶縁体に被覆されているため、電極の配置間隔を狭くしても各電極間の沿面距離は絶縁体に沿って延長されることになる。したがって、電極間の沿面距離を確保し、小型化が可能な半導体装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、前記金属導体には、隣接する他の半導体装置と連結される連結部が設けられ、該連結部が前記他の半導体装置の連結部と連結した場合に、該連結部が設けられた前記金属導体同士が電気的に接続されることを要旨とする。

同構成では、半導体装置同士を連結する場合に、連結部同士を連結して金属導体同士を電気的に接続することにより、半導体素子の接続加工を簡略化することができる。

本実施形態にかかる半導体装置の底面模式図。図１における２−２矢視断面模式図。同実施形態における半導体装置の組み付け態様を示す断面模式図。同実施形態における半導体装置の回路図。半導体装置の比較底面模式図。図５における６−６矢視断面模式図。

以下、本発明を具体化した半導体装置の一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、第１の半導体装置１１は、第１の半導体素子１２と、該第１の半導体素子１２に熱的及び電気的に接続された銅などの金属導体としての２枚の金属板１３，１４とが、エポキシ樹脂等の樹脂材によりモールドされて形成される第１の封止部１５により封止されている。

第１の半導体素子１２の上側に配置された第１の上側金属板１３は、導体で形成された直方体状の第１のブロック体１６を介して第１の半導体素子１２に電気的に接続されている。すなわち、第１の半導体素子１２と第１のブロック体１６、及び第１のブロック体１６と第１の上側金属板１３は、はんだ１７によってそれぞれ接合されている。そして、第１の上側金属板１３の上面１３ａには、第１の半導体装置１１に他の半導体装置としての第２の半導体装置１８（図３参照）を連結する場合に、半導体装置１１、１８同士を電気的に接続する複数（本実施形態では２つ）の連結部としてのコネクタ１９（図３参照）のうち、一方のメスコネクタ２０が、はんだ１７によって接合されている。

一方、図１及び図２に示すように、第１の半導体素子１２の下側に配置された第１の下側金属板１４は、熱伝導性に優れた導体であって、はんだ１７によって第１の半導体素子１２に接合されると共に、下面１４ｂが第１の封止部１５から露出するようにモールドされている。

また、第１の封止部１５の左側面１５ａからは、第１の半導体素子１２と第１のワイヤ２１で接続された少なくとも１つ（本実施形態では５つ）の第１の信号端子２２が突出している。また、第１の封止部１５の右側面１５ｂからは、第１の上側金属板１３にはんだ１７で接合された電極としての第１の端子部２３と、第１の下側金属板１４にはんだ１７で接合された電極としての第２の端子部２４とが突出している。なお、信号端子２２及び各端子部２３，２４は図示しない外部配線と接続される。

第１の端子部２３及び第２の端子部２４において、第１の封止部１５から突出した部分は、封止部１５側となる基端側から先端にかけて塩化ビニル等の絶縁体２５に被覆されている。ただし、端子部２３，２４の先端側では、金属板１３，１４と電気的に接続された導体部分が絶縁体２５から部分的に露出している。

図３に示すように、本実施形態では、２つの半導体装置１１，１８が上下方向に積層されて連結されると共に、積層された半導体装置１１，１８は、上下両側から冷却機２７，２８で挟み込まれるようになっている。

ここで、第１の半導体装置１１の上方に積層される第２の半導体装置１８は、第１の半導体装置１１と同様に、第２の半導体素子３０が第２の上側金属板３１及び第２の下側金属板３２に挟まれてモールドされると共に、第２の信号端子３３が第２のワイヤ３４で第２の半導体素子３０に接続されている。すなわち、下側から第２の下側金属板３２、第２の半導体素子３０、第２のブロック体３５、第２の上側金属板３１の順に積層され、各々はんだ１７によって接合されている。

そして、第２の半導体装置１８では、第２の上側金属板３１の上面３１ａが第２の封止部３６から露出するようにモールドされている。なお、第２の上側金属板３１には、第１の端子部２３と同様に絶縁体２５で被覆された第３の端子部３７が第２の封止部３６から突出するように接続されている。

一方、第２の下側金属板３２には、その下面３２ｂに第１の半導体装置１１のメスコネクタ２０と連結可能な該メスコネクタ２０と同数（本実施形態では２つ）のオスコネクタ３８が、はんだ１７によって接合されている。したがって、オスコネクタ３８とメスコネクタ２０とを嵌合接続して第１の半導体装置１１と第２の半導体装置１８とを連結させることにより、コネクタ１９が接合された第１の上側金属板１３と第２の下側金属板３２とが電気的に接続される。すなわち、該金属板１３，３２に接続された半導体素子１２，３０同士も電気的に接続されるようになっている。

すなわち、図４に示すように、コネクタ１９で接続された半導体装置１１，１８は、例えば、点線で囲まれた第１の半導体装置１１のエミッタ端子と第２の半導体装置１８のコレクタ端子とが第１の端子部２３に接続された状態となる。

また、図３に示すように、冷却機２７，２８は、絶縁シート３９，４０を介して半導体装置１１，１８を挟み込んでいるため、第１の下側金属板１４及び第２の上側金属板３１と冷却機２７，２８とは電気的に遮断されている。したがって、各端子部２３，２４，３７を介して入出力される電気信号は、冷却機２７，２８に伝達されないのに対し、半導体素子１２，３０から発せられた熱は、金属板１４，３１を介して冷却機２７，２８で熱交換されるようになっている。

（比較例）
図５及び図６には、上記実施形態に対する比較例として、端子部が絶縁体に被覆されていない半導体装置を示す。

図５，図６に示すように、第３の半導体装置４３は、上記第１の半導体装置１１と同様に、下から第３の下側金属板４４、第３の半導体素子４５、第３のブロック体４６、第３の上側金属板４７が順に積層されて各々はんだ１７によって接合され、第３の上側金属板４７の上面４７ａと第３の下側金属板４４の下面４４ｂとが露出するように第３の封止部４８によりモールドされている。

第３の半導体素子４５には、第３の信号端子４９が第３のワイヤ５０で接続されている。そして、第３の上側金属板４７と第３の下側金属板４４の右端部は、それぞれ曲げ加工が施されると共に、第３の封止部４８から突出して端子部５１，５２を形成している。

ここで、第３の半導体装置４３の端子部５１，５２は、絶縁体で被覆されておらず、導体が露出した状態となっている。そのため、端子部５１，５２間の沿面距離Ａを確保するためには、半導体装置の幅Ｂを大きくする必要がある。また同様に、図５に示すように、第３の半導体装置４３から露出する第３の下側金属板４４と端子部５１との沿面距離Ｃを確保するために、第３の半導体装置４３の幅Ｄを大きくする必要がある。

これに対し、上記実施形態では、第１の半導体装置１１及び第２の半導体装置１８の各端子部２３，２４，３７を絶縁体２５で被覆したため、図１に示す端子部２３，２４間の沿面距離Ｅが、絶縁体２５に沿って延長される。

したがって、図５に示す幅Ｂに対して図１に示す幅Ｆを小さくしても、端子部２３，２４間の沿面距離Ｅを確保することができる。また、同様に図１に示す端子部２３と第１の下側金属板１４との沿面距離Ｇも端子部２３を被覆する絶縁体２５に沿って延長されるため、図５に示す幅Ｄに対して図１に示す幅Ｈを小さくしても端子部２３と第１の下側金属板１４との沿面距離を確保することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を得ることができる。
（１）半導体素子１２をモールドした封止部１５から露出するように突出した各端子部２３，２４における封止部１５側となる基端側の部分がそれぞれ絶縁体２５に被覆されているため、端子部２３，２４の配置間隔を狭くしても各端子部２３，２４の沿面距離Ｅは絶縁体２５に沿って延長されることになる。したがって、端子部２３，２４間の沿面距離Ｅを確保し、小型化が可能な半導体装置１１を提供することができる。

（２）半導体装置１１，１８同士を連結する場合に、メスコネクタ２０にオスコネクタ３８を嵌合接続して第１の上側金属板１３と第２の下側金属板３２とを電気的に接続することによって溶接が不要となり、半導体素子１２，３０の接続加工を簡略化することができる。

（３）半導体装置１１，１８を積層して設けることにより、半導体装置１１，１８の搭載面積を縮小することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・第１の半導体装置１１と第２の半導体装置１８とを連結するためにコネクタ１９を設けたが、コネクタ１９を設けず、上側金属板１３，３１と下側金属板１４，３２をそれぞれ封止部１５，３６から露出させてもよい。

１１，１８…半導体装置、１２，３０…半導体素子、１３，１４…金属板（金属導体）、１９…コネクタ（連結部）、２３，２４…端子部（電極）、２５…絶縁体。

Claims

半導体素子と、
該半導体素子に接続される複数の金属導体と、
該各金属導体に接続される複数の電極と
を備え、
これらを前記金属導体の一部と前記電極の一部が各々露出するように樹脂材でモールドした半導体装置であって、
前記各電極における前記樹脂材から露出するように突出した部分のうち前記樹脂材側となる基端側の部分を絶縁体で被覆することを特徴とする半導体装置。
前記金属導体には、隣接する他の半導体装置と連結される連結部が設けられ、
該連結部が前記他の半導体装置の連結部と連結した場合に、該連結部が設けられた前記金属導体同士が電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。