JP2012175070A - 半導体パッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体パッケージ1は、ベース102上に配置され、第一の電極112を有する第一の半導体チップ101と、第一の電極の上部を含む第一の半導体チップ101の上部で、第一の半導体チップ101の上面から第一の半導体チップ101の厚さより短い距離に配置され、第一の半導体チップ101の上面全体に亘る大きさを有する第一の放熱ブロック108と、第一の放熱ブロック108を避けて第一の電極から第一の半導体チップ101の上部に向かって湾曲し、第一の電極に接続される第一の端部と、供給電源と接続される第二の端部とを有する端子リード105と、第一の半導体チップ101を覆い、第一の放熱ブロック108の上面及び端子リード105における供給電源と接続される端部が、半導体チップ101の上部方向に露出するように形成される樹脂部110とを備える。
【選択図】図2
Description
図1に、実施の形態における半導体パッケージ1を示す。
本実施の形態の半導体パッケージ1は、U相、V相、W相の出力を有する三相インバータとして用いられる。図1に示す半導体パッケージ1は、6つの半導体チップ101を具備している。半導体チップ101の材料の好適な例は、窒化物半導体である。窒化物半導体としては、窒化ガリウム(GaN)が好ましく用いられる。
放熱ブロック108は、各スイッチング素子2の上部に配置されている。放熱ブロック108の材料の好適な例は、銅である。各放熱ブロック108は、放熱ブロックフレーム109を介して接続されている。放熱ブロックフレーム109は、放熱ブロック108の上面と接続されている。図1に示す半導体パッケージ1は、各放熱ブロック108は、1つの放熱ブロックフレーム109と一体化されている。
半導体チップ101の電極パッド500の直上に空間が形成することが必要である。端子リード600は、半導体チップ101上の電極パッド500から半導体チップ101の上部の素子(例えば、実装基板)と接続される。このとき、通常、電極パッド500から半導体チップ101の上部の素子まで、おおよそ直線状の端子リード600でつながれる。そのため、電極パッド500の直上に端子リード600が存在し、電極パッド500の直上に放熱ブロック108を形成する空間がない。
放熱ブロック108は、電極パッド500の直上に空間に、半導体チップ101の上面のほぼ全体を覆うように形成する。放熱ブロック108の下面の表面積が、半導体チップ101の上面の表面積よりも大きい。また、半導体チップ101の上面におけるほぼ全ての空間には、放熱ブロック108が存在する。これにより、半導体チップ101の熱を効率的に放熱することができる。図1及び図2では、半導体チップ101の上面の表面積よりも放熱ブロック108の下面の方が小さいように記載しているが、半導体パッケージ1は、上記の条件を満たしている。
半導体チップ101と放熱ブロック108との距離が、半導体チップ101の厚さ以下であることが必要である。放熱ブロック108と半導体チップ101との距離が、半導体チップ101の厚さよりも大きい場合、半導体チップ101の上面から放熱ブロック108に伝搬すると同時に、半導体チップ101の裏面からも放熱する。半導体チップ101の裏面から出た熱は、モールド樹脂110からの放熱される効率が低く、半導体パッケージ1としての放熱効果は低減する。したがって、半導体チップ101と放熱ブロック108との距離を半導体チップ101の厚さ以下にすることで、半導体チップ101の上面から放熱ブロック108に伝搬を多くすることができる。その結果、半導体パッケージ1は高い放熱効果を有する。ここで、半導体チップ101の表面に絶縁層が形成されているなど、放熱ブロック108は半導体チップ101の上に直接設置してあっても良い。
簡易かつ安価に、半導体チップ101をパッケージするために、モールド樹脂110を用いている。モールド樹脂110の好適な材料は、エポキシ樹脂である。端子リード600と放熱ブロック108とは、その一部が、半導体チップ101の上面の方向に、モールド樹脂110から露出している。
本願発明者らは、出力リード107、プラス端子リード105及びマイナス端子リード106は、大きな電流が流れる場合の課題を見出した。この電流により、ゲート端子リード104を流れるスイッチング素子2のゲート制御信号に対して、ノイズになる可能性がある。
半導体パッケージ1は、肉厚の銅のリードを用いているため、リードフレームの抵抗成分が小さくすることができるだけでなく、インダクタンス成分も小さくすることができる。低抵抗、低インダクタンス接続のため、これに高速動作が可能となる。さらに、熱伝導が良い銅フレームを用いているため、リードを介して半導体素子で発生した熱を放熱することができる。
湾曲した端子リードを用いているため、熱応力を半導体チップ101の電極パッド500に伝達しない。そのため、電極パッド500での接続断絶等を防ぎ、強度な接続を実現できている。
半導体パッケージ1の優れた放熱機能について詳しく説明する。スイッチング素子2である窒化物半導体は、シリコン基板上等にエピタキシャル成長で作製されている。シリコンの熱伝導率は、148W/mKでGaN(110W/mK)や銅(390W/mK)に比べ熱伝導率が悪い。さらにシリコン基板は、基板厚を薄くすることが困難で、100ミクロンミリ程度までしか薄くできない。このため半導体チップ101の裏面基板側から効率良く放熱できない(シリコン基板が必須)。
ハイサイドスイッチング素子321とローサイドスイッチング素子322が隣り合って設置されてかつ、ハイサイド側とローサイド側の2つの放熱ブロック108を放熱ブロックフレーム109で一体化しているため、1つのスイッチング素子に対して2つの放熱ブロック108が放熱体として機能している。
2 スイッチング素子
3 供給電源
101,1001 半導体チップ
102 パッケージベース
103 サブベース
104 ゲート端子リード
105 プラス端子リード
106 マイナス端子リード
107 出力リード
108 放熱ブロック
109 放熱ブロックフレーム
110 モールド樹脂
111 ゲート電極パッド
112 ドレイン電極パッド
113 ソース電極パッド
320 モータ
321 ハイサイドスイッチング素子
322 ローサイドスイッチング素子
323 駆動回路
424 はんだ
425 接着材料
400 実装基板
500 電極パッド
1030 実装基板
1031 接続端子
1032 放熱端子
Claims (8)
- ベースと、
前記ベース上に配置され、第一の電極を有する第一の半導体チップと、
前記第一の電極の上部を含む前記第一の半導体チップの上部で、かつ、前記第一の半導体チップの上面から前記第一の半導体チップの厚さより短い距離に配置されており、前記第一の半導体チップの上面の全体にわたる大きさを有する第一の放熱ブロックと、
前記第一の電極の上に配置されている第一の放熱ブロックを避けるように、第一の電極から前記第一の半導体チップの上部に向かって湾曲しており、前記第一の電極に接続されている第一の端部と、供給電源と接続される第二の端部とを有する端子リードと、
前記第一の半導体チップを覆うように、かつ、前記第一の放熱ブロックの上面及び前記端子リードにおける前記供給電源と接続される端部を含む一部が、前記半導体チップの上部方向に露出するように形成されている、樹脂部と、
を備える半導体パッケージ。 - 前記第一の電極に接続されている、前記端子リードの第一の端部は、前記第1の電極及び前記第一の放熱ブロックにより、挟み込まれている、
請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記ベース上に配置され、第二の電極を有する第二の半導体チップと、
前記第一の電極の上部を含む前記第二の半導体チップの上部で、かつ、前記第二の半導体チップの上面から前記第二の半導体チップの厚さより短い距離に配置されており、前記第二の半導体チップの上面の全体にわたる大きさを有する第二の放熱ブロックと、
前記第二の電極の上に配置されている第二の放熱ブロックを避けるように、第二の電極から前記第二の半導体チップの上部に向かって湾曲しており、前記第二の電極に接続されている第一の端部と、供給電源と接続される第二の端部とを有する端子リードと、
前記第一の半導体チップを覆うように、かつ、前記第一の放熱ブロックの上面及び前記端子リードにおける前記供給電源と接続される端部を含む一部が、前記半導体チップの上部方向に露出するように形成されている、樹脂部と、
を更に備え、
前記第一の放熱ブロックと前記第二の放熱ブロックとが接続されている
請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記ベースの一部に設置されている絶縁体と、
前記絶縁体の上部に設置されているサブベース金属をさらに備え、
前記第一または前記第二の半導体チップは、前記ベース上部の前記サブベース金属に実装されている
請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記第1の半導体チップは前記ベースに実装されており、前記第二の半導体チップは前記サブベースに実装されており、
前記ベースにおける前記第一の半導体チップを実装している面と、前記サブベースの前記第二の半導体チップを実装している面とは同一平面上である
請求項4に記載の半導体パッケージ。 - 前記第一の放熱ブロックの一部または前記第二の放熱ブロックの一部が、前記第一の電極または前記第二の電極に設置された前記端子リードを、絶縁材料により固定している
請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記第一の半導体チップ及び前記第二の半導体チップが横型デバイスである
請求項1に記載の半導体パッケージ。 - 前記第一の半導体チップ及び前記第二の半導体チップが窒化物半導体である
請求項1に記載の半導体パッケージ。
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