JP2012182253A

JP2012182253A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2012182253A
Application number: JP2011043160A
Authority: JP
Inventors: Akinori Asami; 亮範浅見
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】プレーナ型チップを用いて、アノードコモン接続方式とし、さらに放熱性を向上させることができる半導体装置を提供する。

【解決手段】本発明の半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッドの一方の主面に一方の電極が接合された半導体素子と、半導体素子の他方の電極に内部リードを介して電気的に接合されたリード端子と、少なくともダイパッドの他方の主面とリード端子の外部接続部を除き、少なくとも半導体素子と内部リードとリード端子の一部は被覆している樹脂封止体とを有する半導体装置において、ダイパッドの一方の主面に半導体素子の一方の電極が第１の金属板を介し電気的に接合され、内部リードの一方の端部に半導体素子の他方の電極が第２の金属板を介し電気的に接合されたことを特徴とする。

【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に半導体素子をダイパッド上に搭載し樹脂封止する半導体装置に関する。

大電流の動作を行うパワー半導体素子として、整流用のダイオードがある。例えば、これらのダイオードは自動車用発電装置、ＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いられる。こうしたダイオードは、高い放熱性が要求されている。そのため、一般的には、ダイオードチップの一方の電極を金属板上面に半田接続し、ダイオードチップの他方の電極とリード端子を接続部材に半田接続し、樹脂封止した構成とされている。

ダイオードチップを金属支持板上に固着し、ダイオードチップの上面に接続部材を介して外部リードを接続している。金属支持板には突出部が追加され、さらに、ダイオードチップ、接続部材、外部リードの一部、金属支持板の上面側に樹脂封止体を設けた構造の半導体装置が従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照、図６）。これにより、樹脂封止体の変形を防止している。

また、板状リード部材にダイオード素子を搭載し、ダイオード素子の上面（Ｐ層側）に表面積より小さい導電性スペーサともう一つの板状リード部材を積み重ね接着された組立体をモールドした構造の半導体装置が従来技術として知られている（例えば、特許文献２参照、図５、図６）。これにより、接合材の垂れやはみ出しを防止している。

実開平５−４３５５３号公報特開昭和５９−８９４２７号公報

ＤＣ−ＤＣコンバータでは、ダイオードの接続方法において、アノードコモンで使用されることが要求されている。この時に半導体装置内でダイオードチップのアノード電極を金属板と接続させる必要がある。また、この時に発生する熱を効率よく放出させる必要がある。

しかしながら、従来技術は、両面電極寸法が略同一なメサ型チップ対応構造であるため、アノード電極が小さなプレーナ型チップでは半田付けが困難であるという課題がある。
また、Ｐ層側に取り出されるスペーサだけでは放熱性に問題があり、接続されているリードは外部へ突出するが、細いためにリードからの放熱は効率がよくないという課題がある。

従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、プレーナ型チップを用いて、アノードコモン接続形式とし、さらに放熱性を向上させることができる半導体装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、ダイパッドと、ダイパッドの一方の主面に一方の電極が接合された半導体素子と、半導体素子の他方の電極に内部リードを介して電気的に接合されたリード端子と、少なくともダイパッドの他方の主面とリード端子の外部接続部を除き、少なくとも半導体素子と内部リードとリード端子の一部は被覆している樹脂封止体とを有する半導体装置において、ダイパッドの一方の主面に半導体素子の一方の電極が第１の金属板を介し電気的に接合され、内部リードの一方の端部に半導体素子の他方の電極が第２の金属板を介し電気的に接合されたことを特徴とする。
また、半導体素子はプレーナ型ダイオードチップであり、且つ、一方の電極がアノード電極であり、且つ、他方の電極がカソード電極であることを特徴とする。
また、第１の金属板は前記半導体素子のアノード電極より小さく、第２の金属板は半導体素子のアノード電極より大きく、且つ、カソード電極より小さい大きさを有することを特徴とする。
また、樹脂封止体は矩形形状を有し、リード端子の外部接続部が一側面から導出され、ダイパッドの他方の主面と同一の側で、外部接続部の一部が、ダイパッド側に向かって屈曲した略コの字形状に形成されたことを特徴とする。

本発明は、アノード電極に金属板を介して、ダイパッドに接続しているので、プレーナ型チップにおいて、アノードコモン接続ができる半導体装置を提供することができる効果を奏する。
また、金属板を使用し、ダイパッドに接合しているので、発生熱を効果的に伝熱できる半導体装置を提供することができる効果を奏する。

本発明の実施例１に係る半導体装置の側面断面図である。本発明の実施例１に係る半導体装置の正面図、側面図、下面図である。本発明の実施例１に係る半導体素子の正面図、側面断面図である。本発明の実施例１に係る半導体素子組立体の正面図、側面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

以下、図面を参照して本発明の実施例１の係る半導体装置１を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置１の側面断面図である。図２は、本発明の実施例１に係る半導体装置１の（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図、（Ｃ）下面図である。

まず、図１に示すように、実施例１に係る半導体装置１の内部構造が表してあり、ダイパッド３、リード端子４、半導体素子５、第１の金属板６、第２の金属板７、接合材８、内部リード９、樹脂封止体１０とで構成されている。

この形態により、ダイパッド３上に半導体素子５が第１の金属板６を介して搭載され、内部リード９が第２の金属板７を介して半導体素子５と接続され、また、この内部リード９がリード端子４と接続され、さらに樹脂封止体１０により覆われ、ダイパッド３、リード端子４の一部が樹脂封止体１０から露出（突出）し電気的な外部端子となっている。

ダイパッド３は、板形状をした放熱板であり、熱伝導率、電気伝導度が高く、充分な機械的強度をもっている。例えば、材質は銅又は銅合金等を使用し、表面はニッケルめっきを施すことができる。ダイパッド３の一方の面には半導体素子５が第１の金属板６を介して搭載され、接合材８によって、固着されている。また、もう他方の面は樹脂封止体１０による樹脂封止後、露出面となる。

リード端子４は、半導体装置１の電気的な入出力部の外部リードとして使われる。例えば、平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅又は銅合金等が多く使用され、表面はニッケルめっきを施すことができる。さらに、ダイパッド３の上面よりも段差がつけられた位置に設けられている。また、リード端子４の一方の端部は接合材８によって内部リード９の他方の端部と接合されている。リード端子４の他方の端部は樹脂封止体１０から外部へ突出している。

半導体素子５は、図３に示すように、パワー素子のダイオードチップであり、薄い矩形体形状をなしている。半導体素子５の詳細は、シリコンウェハ中に形成された後に、これがダイシングされて得られる。半導体素子５（ダイオードチップ）においては、Ｎ型基板２１の表面に絶縁層２２が形成され、絶縁層２２中に設けられた開口部にＰ型層２３が形成されている。この開口部（ｐ型層２３）を覆ってアノード電極２４が一方の電極として形成されている。また、裏面全体には、カソード電極２５が他方の電極として形成されている。開口部及びアノード電極２４の平面形状は矩形であり、カソード電極２５が図３（Ｂ）中の他方（下側）の主面の全面にわたり形成されているのに対して、アノード電極２４は、図３（Ｂ）中の一方（上側）の主面の一部にしか形成されていない（図３（Ａ）参照）。アノード電極２４、カソード電極２５は、それぞれｐ型層２３、Ｎ型基板２１とオーミック接触をとれる材料で構成されるが、その表面（Ｐ型層２３、ｎ型基板２１と直接接さない側の面）は、はんだ付けが可能なように、例えばＮｉめっき処理が施されている。この構造は、通常知られるプレーナ型の構造である。

第１の金属板６は、矩形形状であり、半導体素子５のアノード電極２４の主面をなす矩形よりも小さい。第１の金属板６は、導電性及び熱伝導率の高い銅又は銅合金等で構成される。図１においては、図３、図４に示された半導体素子５は上下が逆転した形態とされている。第１の金属板６とアノード電極２４とは、導電性の接合材８で接合される。接合材８は例えば、半田である。尚、第１の金属板６はアノード電極２４より小さい寸法ではあるが、接合面積と伝熱面積と積層の安定を増やすためにアノード電極２４の寸法に近い方が望ましい。

ここで、第１の金属板６は接合材８と半導体素子５との接続はアノード電極２４でのみ行われる。このため、半田が例えば上側にあるカソード電極２５側に回り込む可能性は低い。すなわち、この構造を高い歩留まりで容易に製造することができる。この構造により、半導体素子５のアノード電極２４とダイパッド３とは電気的に接続され、ダイパッド３をアノードとして使用することができる。すなわち、ダイパッド３をアノードコモンとして接続することができる。さらに、アノード電極２４付近で発生する熱もダイパッド３に容易に伝熱することができる。

第２の金属板７は、矩形形状であり、半導体素子５のカソード電極２５の主面をなす矩形と略同一の大きさである。第２の金属板７は、導電性及び熱伝導率の高い銅又は銅合金等で構成される。第２の金属板７とカソード電極２５とは、導電性の接合材８で接合される。接合材８は例えば、半田である。

接合材８は、半田等により、関係する部材同士を電気的、機械的に接続されており、伝熱炉装置等により半田を溶融し製造される。

内部リード９は、平形状板材であり、導電性の銅又は銅合金等で形成されている。この構造は、例えば銅合金板をプレス加工することによって得ることができる。内部リード９の一方の端部は接合材８によって、第２の金属板７に電気的に接合されている。すなわち、第２の金属板７を介して半導体素子５のカソード電極２５と接続される。また、内部リード９の他方の端部は接合材８によって、リード端子４の一方の端部に電気的に接合されている。接続は前記と同様な接合材８が使用される。

次に、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、実施例１に係る半導体装置１の外形を示したものである。

樹脂封止体１０は、上金型凹部と下金型凹部とで、形成された空間に溶融されたモールド樹脂を充填する（図示せず）。例えば、トランスファーモールド装置により、エポキシのモールド樹脂を充填し成形される。

最終的に、リード端子４の他方の端部である外部接続部１１は、図２（Ｂ）に示された形態となる。この状態においては、外部接続部１１の下面とダイパッド３の他方の主面（下面）は略同一平面上に位置し、外部接続部１１は、下側に向かって折り曲げ、更に、ダイパッド３がある側に向かって、水平に折り曲げる。横向き略コの字形状に屈曲した形状とされている。

この作業は、通常、樹脂封止（モールド工程）後、半導体装置が個片にカット（分離工程）され、機械曲げ加工（フォーミング工程）によって行うことができる。これにより、図２に示す本発明の実施例１の係る半導体装置１が完成する。特に面実装型半導体装置として使用することができる。

次に、上述の実施例１に係る半導体装置１の効果を説明する。

本発明の実施例１に係る半導体装置１は、金属板を介して、半導体素子のアノード電極をダイパッドに接続し、カソード電極をリード端子に接続する構成をしている。これにより、プレーナ型チップにおいて、ダイパッドをアノードコモン接続とすることが可能である。

また、発熱の大きい部位であるアノード電極に金属板を介して、ダイパッドに接合しているので、金属板及びダイパッドから発生熱を効果的に伝熱放出させることが可能である。

また、第１の金属板６と第２の金属板７とが半導体素子５を挟んだ形になっているので、樹脂封止体１０による半導体素子１０の加わる応力を緩衝させることが可能である。

また、ダイパッドとリード端子に段差がついていることによって、金属板と半導体素子を積層しても、内部リードがダイパッド、リード端子と平行に位置することができる。これにより、各部品間の接合材の厚さが均一にでき半導体装置の信頼性を向上することが可能である。

また、実施例２としては、ダイパッド３とリード端子４を外枠体（図示せず）で連結一体化された、リードフレーム２として、異形条素材を用いることができる。その他の構成は実施例１と同様であるので省略する。

リードフレーム２は、熱伝導率、電気伝導度が高く、充分な機械的強度をもってかつ曲げ加工が可能な材料として、例えば銅又は銅合金等で構成される。このため、異形条の材料に加工された圧延板をプレス加工等することによって形成される。ただし、ダイパッド３はリード端子４よりも厚く設定され、リード端子４となる箇所がこれよりも薄くされる。また、外枠体は、後で機械的に折り曲げられたり、切断されるために、リード端子４と同様に薄いことが望ましい。平板がこのような板厚設定とされた後に、例えばプレス加工等が施されることによって、図１の形態と同様にダイパッド３とリード端子４の上面が平面形状であり、且つ、これらは略段差形状で配置された形態となっている。製造時には、不要な外枠体をカット除去し、電気的な連結を切断する。

実施例２においても、実施例１と同様の効果を得ることができる。さらに、ダイパッドとリード端子を一体で形成できるので、ダイパッド、リード端子を同時に保持でき、半導体素子、内部リードとの接合作業を精度よくおこなうことができる。

上述のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

上述の例では、ダイパッド３、リード端子４、内部リード９、第１の金属板６、第２の金属板７の素材を銅又は銅合金等としたが、鉄又は鉄合金、アルミ又はアルミ合金としてもよい。

また、一方の主面の表面形状が平坦であるダイパッド３に半導体素子が搭載されるとしたが、ダイパッドの一方の主面（表面）の形態は、半導体素子を同様に搭載できるような凸状の突出部を形成し、第１の金属板を省略することもできる。

また、製造にあたっては、図４に示すように、半導体素子５に第１の金属板６と第２の金属板７を接合材８によって、事前に接合した半導体素子組立体を形成してから、リードフレーム２に搭載することができる。

１、半導体装置
２、リードフレーム
３、ダイパッド
４、リード端子
５、半導体素子
６、第１の金属板
７、第２の金属板
８、接合材
９、内部リード
１０、樹脂封止体
１１、外部接続部
２１、Ｎ型基板
２２、絶縁層
２３、Ｐ型層
２４、アノード電極
２５、カソード電極

Claims

ダイパッドと、前記ダイパッドの一方の主面に一方の電極が接合された半導体素子と、前記半導体素子の他方の電極に内部リードを介して電気的に接合されたリード端子と、少なくとも前記ダイパッドの他方の主面と前記リード端子の外部接続部を除き、少なくとも前記半導体素子と前記内部リードと前記リード端子の一部は被覆している樹脂封止体とを有する半導体装置において、
前記ダイパッドの一方の主面に前記半導体素子の一方の電極が第１の金属板を介し電気的に接合され、前記内部リードの一方の端部に前記半導体素子の他方の電極が第２の金属板を介し電気的に接合されたことを特徴とする半導体装置。
前記半導体素子はプレーナ型ダイオードチップであり、且つ、一方の電極がアノード電極であり、且つ、他方の電極がカソード電極であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
前記第１の金属板は前記半導体素子の前記アノード電極より小さく、前記第２の金属板は前記半導体素子の前記アノード電極より大きく、且つ、前記カソード電極より小さい大きさを有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
前記樹脂封止体は矩形形状を有し、前記リード端子の前記外部接続部が一側面から導出され、前記ダイパッドの他方の主面と同一の側で、前記外部接続部の一部が、前記ダイパッド側に向かって屈曲した略コの字形状に形成されたことを特徴とする請求項1乃至請求項３に記載の半導体装置。