JP3903681B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱を放散する半導体素子がパワーモジュール用基板に搭載された半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図14に示すように、従来の半導体装置として、ヒートシンク6に積層接着されたパワーモジュール用基板1の回路パターン2に半導体素子3が搭載されたものが知られている。通常パワーモジュール用基板1はAlNにより形成され、回路パターン2はこの基板1の両面に積層接着された上側の銅板をエッチングすることにより形成される。ヒートシンク6は通常Cuにより形成され、表面にNiめっきが形成される。パワーモジュール用基板1は下側に積層接着された銅板1aをヒートシンク6にはんだ4により接着することにより積層接着され、半導体素子3は回路パターン2にはんだ付される。ヒートシンク6の表面には内周面に端子8が設けられた枠部材7がその半導体素子3を包囲するように接着され、端子8は半導体素子3の電極部にワイヤ又は平板9により接続される。
この半導体装置では、半導体素子3からの発熱量が比較的多いため、内部に冷却水を循環させることにより強制的に熱を外部に伝達する図示しない第1水冷式ヒートシンクに接合され、半導体素子が発した熱は回路パターン2、パワーモジュール用基板1、銅板1a、はんだ4及びヒートシンク6を介して図示しない第1水冷式ヒートシンクにより外部に放散されるようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の半導体装置では、半導体素子3が発した熱はその下面からパワーモジュール用基板1等に伝導して放散されるので、その放熱量には一定の限界があり、半導体素子3の小型化には一定の限界があった。即ち、半導体素子3を小型化してパワーモジュール用基板1に接触する底面積が減少すると、半導体素子が発する熱の下面からの伝導量が減少し、半導体素子が発する熱の全てを第1水冷式ヒートシンクまで伝導させることができない不具合がある。
本発明の目的は、半導体素子の上面から熱を放散して半導体素子の小型化を促進する半導体装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、図1に示すように、ヒートシンク16に積層接着されたパワーモジュール用基板11の回路パターン12に半導体素子13が搭載され、ヒートシンク16の表面に枠部材17が半導体素子13を包囲するように接着され、半導体素子13の電極部に端子18が接続された半導体装置の改良である。
その特徴ある構成は、半導体素子13に放熱用の補助基板21が搭載され、補助基板21は半導体素子13に対向しかつ半導体素子13の電極部に接続するAl板21aが積層接着されたAlN板21bであり、図6に示すように、Al板21aをハーフエッチングすることにより複数の突起21cがAl板21aに形成され、補助基板21を半導体素子13に圧接可能に構成された弾性体27が設けられた蓋板26が枠部材17の上面に接着され、複数の突起21cが弾性体27の付勢力により半導体素子13の電極部に接続されたところにある。
この請求項1に係る半導体装置では、半導体素子13の下面から放散し切れない熱が半導体素子13の上面から補助基板21に伝導し、その熱はこの補助基板21から外部に放散される。
パワーモジュール用基板11はAlN,Si3N4又はAl2O3により形成することが好ましい。このAlN,Si3N4又はAl2O3を用いると熱伝導率、耐熱性及び強度等が向上するとともに、半導体素子13と熱膨張率が整合する。補助基板21として高熱伝導性であって熱膨張係数がパワーモジュール用基板11に近似するAlN板21bを使用するので、半導体素子13に搭載された補助基板21が熱により反ることなく、その熱は有効に補助基板21に伝導して外部に放散される。Al板21aに形成された複数の突起21cを弾性体27の付勢力により半導体素子13の電極部に接続するので、突起21cを電極部に接続する独立した作業が不要になり、その接続作業を簡素化することができる。
【0005】
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明であって、図1又は図2に示すように、端子18が枠部材17の内周面に設けられかつ直接(図2)又はワイヤ22若しくは平板(図1)によりAl板21aに接続されて半導体素子13の電極部に接続された半導体装置である。
【0006】
請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明であって、図3に示すように、補助基板21に放熱フィン23又は図示しない熱伝導バーが搭載された半導体装置である。
請求項3に係る半導体装置では、補助基板21に放熱フィン23又は熱伝導バーを搭載することにより、半導体素子13から補助基板21に伝導した熱を更に有効に外部に放散させる。
【0007】
請求項4に係る発明は、図1に示すように、ヒートシンク16に積層接着されたパワーモジュール用基板11の回路パターン12に半導体素子13が搭載され、ヒートシンク16の表面に枠部材17が半導体素子13を包囲するように接着され、半導体素子13の電極部に端子18が接続された半導体装置の改良である。
その特徴ある構成は、半導体素子13に放熱用の補助基板21が搭載され、補助基板21は半導体素子13に対向しかつ半導体素子13の電極部に接続するAl板21aが積層接着されたAlN板21bであり、Al板21aをハーフエッチングすることにより複数の突起21cがAl板21aに形成され、複数の突起21cが超音波により半導体素子13の電極部に接続されたところにある。
この請求項4に係る半導体装置では、半導体素子13の下面から放散し切れない熱が半 導体素子13の上面から補助基板21に伝導し、その熱はこの補助基板21から外部に放散される。補助基板21として高熱伝導性であって熱膨張係数がパワーモジュール用基板11に近似するAlN板21bを使用するので、半導体素子13に搭載された補助基板21が熱により反ることなく、その熱は有効に補助基板21に伝導して外部に放散される。Al板21aの複数の突起21cが超音波により半導体素子13の電極部に確実に接続される。
【0008】
請求項5に係る発明は、請求項4に係る発明であって、図1又は図2に示すように、端子18が枠部材17の内周面に設けられかつ直接(図2)又はワイヤ22若しくは平板(図1)によりAl板21aに接続されて半導体素子13の電極部に接続された半導体装置である。
【0009】
請求項6に係る発明は、請求項5に係る発明であって、図3ないし図5に示すように、補助基板21に放熱フィン23又は図示しない熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク25が搭載された半導体装置である。
請求項6に係る半導体装置では、補助基板21に放熱フィン23又は熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク25を搭載することにより、半導体素子13から補助基板21に伝導した熱を更に有効に外部に放散させる。
【0010】
請求項7に係る発明は、図1に示すように、ヒートシンク16に積層接着されたパワーモジュール用基板11の回路パターン12に半導体素子13が搭載され、ヒートシンク16の表面に枠部材17が半導体素子13を包囲するように接着され、半導体素子13の電極部に端子18が接続された半導体装置の改良である。
その特徴ある構成は、図7又は図8に示すように、半導体素子13に放熱用の補助基板31が搭載され、補助基板31は第1Al板31aとスルーホール32を介して第1Al板31aに電気的に接続する第2Al板31cが両面に積層接着されたAlN板31bであり、第1Al板31aが半導体素子13に対向しかつ半導体素子13の電極部に接続するように補助基板31が半導体素子13に搭載され、第1Al板31aをハーフエッチングすることにより複数の突起31dが第1Al板31aに形成され、複数の突起31dが超音波により半導体素子13の電極部に接続されたところにある。
この請求項7に係る半導体装置では、半導体素子13の下面から放散し切れない熱が半導体素子13の上面から補助基板31に伝導し、その熱はこの補助基板31から外部に放散される。第1Al板31aの複数の突起31dが超音波により半導体素子13の電極部に確実に接続される。
【0011】
請求項8に係る発明は、請求項7に係る発明であって、図7又は図8に示すように、端子18が枠部材17の内周面に設けられかつ直接(図8)又はワイヤ22若しくは平板(図7)により第2Al板31cに接続されて半導体素子13の電極部に接続された半導体装置である。
請求項8に係る半導体装置では、枠部材17の開口端側に位置する補助基板31の上側の第2Al板31cと枠部材17の内周面に設けられた端子18,18を接続することにより、半導体素子13と端子18,18を電気的に接続できるので、その接続作業を比較的容易に行うことができ、その作業自体を簡素化することができる。
【0012】
請求項9に係る発明は、請求項7に係る発明であって、図9に示すように、端子18が第2Al板31cに端子が立設されて半導体素子13の電極部に接続された半導体装置である。
請求項9に係る半導体装置では、端子18を第2Al板31cに直接立設するので、半導体素子13から補助基板31に伝導した熱はこの端子18に更に伝導して外部に放散するため、半導体素子13からの熱を更に有効に外部に放散させることができる。
【0013】
請求項10に係る発明は、請求項8又は9に係る発明であって、図10ないし図12に示すように、第2Al板31cをエッチングすることにより所定の回路パターンが形成され、前記第2Al板31cのエッチングにより表出したAlN板31bに放熱フィン23又は熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク25が搭載された半導体装置である。
請求項10に係る半導体装置では、AlN板31bに放熱フィン23又は熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク25を搭載することにより、半導体素子13からAlN板31bに伝導した熱を更に有効に外部に放散させる。
【0014】
請求項11に係る発明は、図1に示すように、ヒートシンク16に積層接着されたパワーモジュール用基板11の回路パターン12に半導体素子13が搭載され、ヒートシンク16の表面に枠部材17が半導体素子13を包囲するように接着され、半導体素子13の電極部に端子18が接続された半導体装置の改良である。
その特徴ある構成は、図13に示すように、半導体素子13に放熱用の補助基板41が搭載され、補助基板41はそれぞれAl又はCuからなる第1及び第2接続板41a,41cが電気的に接続するように両面に積層接着されたモリブデン板41bであり、第1接続板41aが半導体素子13に対向しかつ半導体素子13の電極部に接続するように補助基板41が半導体素子13に搭載され、第1接続板41aをハーフエッチングすることにより複数の突起41dが第1接続板41aに形成され、複数の突起41dが超音波により半導体素子13の電極部に接続されたところにある。
この請求項11に係る半導体装置では、半導体素子13の下面から放散し切れない熱が半導体素子13の上面から補助基板41に伝導し、その熱はこの補助基板41から外部に放散される。補助基板41として電導性であって熱膨張係数がパワーモジュール用基板11に近似するモリブデンを使用するので、スルーホールが不要になり、その熱は有効に補助基板41に伝導して外部に放散される。第1接続板41aの複数の突起41dが超音波により半導体素子13の電極部に確実に接続される。
【0015】
請求項12に係る発明は、請求項11に係る発明であって、図13に示すように、端子18が第2接続板41cに立設されて半導体素子13の電極部に接続された半導体装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第1の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図1に示すように、本発明の半導体装置10は回路パターン12に半導体素子13が搭載されたパワーモジュール用基板11を有する。回路パターン12はパワーモジュール用基板11の両面に接着された金属箔の、上面側の金属箔をエッチング加工することにより作られる。パワーモジュール用基板11への金属箔の接着は、金属箔がCuであってパワーモジュール用基板11がAl2O3又はAlNにより形成される場合には活性金属法により行われる。金属箔がAlであってパワーモジュール用基板11がAl2O3又はAlNにより形成される場合には、ろう材を介して積層接着される。このパワーモジュール用基板11に接着された上側の金属箔をエッチング加工することにより作られた回路パターン12には、半導体素子13がはんだ14により搭載される。
【0017】
このパワーモジュール用基板11はヒートシンク16に積層接着される。ヒートシンク16は表面にNiめっきが施されたCu板又はAlSiC若しくはCu−Mo板であって、パワーモジュール用基板11の下面に接着された金属箔11aをこのヒートシンク16にはんだ14を介して積層接着することにより、パワーモジュール用基板11はヒートシンク16の表面に積層接着される。このヒートシンク16にはドリル等の加工工具を用いた機械加工により貫通孔16aがパワーモジュール用基板11を挟むようにそれぞれ形成され、このヒートシンク16の表面には半導体素子を包囲するように枠部材17が更に接着される。この枠部材17は絶縁材料からなる樹脂成型品であって、パワーモジュール用基板11を包囲する包囲部17aとヒートシンク16の表面に接着されるフランジ部17bとを有する。フランジ部17bには、ヒートシンク16の貫通孔16aに連通する連通孔17cが形成され、包囲部17aの内周面には半導体素子13に接続される端子18,18の下部が設けられる。
【0018】
本発明の特徴ある構成は、半導体素子13に放熱用の補助基板21が搭載されたところにある。この実施の形態における補助基板21はAlN板21bと、このAlN板21bの下面に積層接着された接続用Al板21aとを有する。接続用Al板21aは半導体素子13に対向しかつ半導体素子13の電極部に接続するように積層接着され、AlN板21bの上面には反り防止用Al板24が積層接着される。Al板21a,24はAl純度が99.98重量%以上であって、融点が660℃のものが使用される。Al板21a,24はこのAl板21a,24より融点が低いAl−Si系ろう材を介してAlN板21bに積層接着される。即ち、Al−Si系ろう材は84〜97重量%のAlと3〜13.5重量%のSiを含み、このろう材16の溶解温度範囲は577〜620℃である。積層接着はAlN板21bとAl板21a,24との間にろう材であるAl−Siろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重4.9×104〜1.9×105Paを加え、真空中で600〜650℃に加熱することにより、Al板21a,24はぞれぞれAlN板21bに接着される。
【0019】
このようにAlN板21bに接着された接続用Al板21aはハーフエッチングされ、半導体素子13の電極部に接続する複数の突起21cが形成される。図示しないが、ハーフエッチングは半導体素子13の電極部に相応するようにAl板21aにレジスト膜でマスキングを行い、この状態でAl板21aをエッチング液に浸漬してマスキングされていない部分におけるAl板21aの表面を貫通しない程度にエッチング除去することにより行われる。その後レジスト膜を除去することによりそのレジスト膜により覆われていた部分が他のエッチングされた部分から突出してマスキングした部分の数だけ複数の突起21cが形成される。
【0020】
突起21cが形成された接続用Al板21aの端子18に対応する部分には、予めAlからなるワイヤ又は平板22,22の一端が超音波により接合される。半導体素子13に放熱用の補助基板21を搭載する際に複数の突起21cは超音波により半導体素子13の図示しない電極部に接続される。これによりAl板21aは半導体素子13の電極部に電気的に接続され、その後ワイヤ又は平板22,22の他端は枠部材17の内周面における端子18,18にそれぞれ接続され、その後蓋板26を枠部材17の上面に接着する。これにより半導体素子13と端子18,18はこのAl板21aを介して電気的に接続される。
【0021】
このように構成された半導体装置10では、半導体素子13の下面から半導体素子13が発した熱がパワーモジュール用基板11及びヒートシンク16を介して外部に放散される。一方、半導体素子13の上面からはその熱が補助基板21に伝導し、この補助基板21から外部に放散される。また、ワイヤ又は平板22,22が比較的太い場合には補助基板21に伝導した熱の一部がこのワイヤ又は平板22,22を介して端子18,18に伝導し、この端子18,18から外部に放散される。特に補助基板21として高熱伝導性であって熱膨張係数がパワーモジュール用基板11に近似するAlN板21bを使用するので、半導体素子13に搭載された補助基板21が熱により反ることなく、その熱は有効に補助基板21に伝導して外部に放散される。
【0022】
なお、上述した第1の実施の形態では、端子18,18がワイヤ又は平板22,22によりAl板21aに接続される例を示したが、図2に示すように、端子18,18を直接Al板21aに接続してもよい。このように端子18,18を直接Al板21aに接続すれば、端子18,18をAl板21aに接続するワイヤ又は平板が不要になり、接続作業を簡素化することができるとともに、図のようにAl板21aをパワーモジュール用基板11から突出するように接着すれば、作業空間が確保される結果、端子18,18とAl板21aの接続作業が更に容易になる。
また、上述した第1の実施の形態では補助基板21に何も搭載しないが、半導体素子13から熱を更に放散させたい場合には、補助基板21に図3に示す放熱フィン23又は図示しない熱伝導バー若しくは図4及び図5に示す内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク25を更に搭載することもできる。図3に示す放熱フィン23は補助基板21の上面に積層接着された反り防止用Al板24にはんだにより搭載したものである。一方、図4及び図5に示す第2水冷式ヒートシンク25は蓋板の一部をくり抜き、補助基板21上面にサーマルシート又はグリース35を介して接着したものである。第2水冷式ヒートシンク25は銅製であることが熱伝導が高い点から好ましい。これにより、半導体素子13から補助基板21に伝導した熱を更に有効に外部に放散させることができる。
【0023】
更に、上述した第1の実施の形態では蓋板26と補助基板21との間に何も設けていないが、図6に示すように、補助基板21を半導体素子13に圧接可能に構成された弾性体27を蓋板26と補助基板21との間に設けてもよい。図6に示す弾性体27は高熱伝導性の銅板の両端を折返すように曲げたものであり、この弾性体27はその折返された両端が蓋板26に取付けられる。半導体素子13に補助基板21を搭載した状態で蓋板26を枠部材17の上面に接着することにより弾性体27は補助基板21に当接し、弾性体27の付勢力によりその補助基板21は半導体素子13に押付けられる。補助基板21の複数の突起21cはその弾性体27の付勢力により半導体素子13の電極部に接続される。
【0024】
また、弾性体27としてCu又はAl等の熱伝導が良好な材料を用いれば、弾性体27は半導体素子13から補助基板21に伝導した熱を更に蓋板26まで伝導する熱伝導バーとしても機能して半導体素子13の発する熱がより外部に有効に放散できる。この場合、弾性体27の接触する補助基板21の上面には、グリースを塗布しておくことが好ましい。なお、図示しないが、弾性体27を蓋板26と補助基板21との間に設けることは、補助基板に放熱フィンを搭載した状態であってもよい。この場合、弾性体は放熱フィンを介して補助基板21を半導体素子13に押付け、複数の突起を半導体素子の電極部に接続する。これにより突起21cの電極部への独立した接続作業が不要になり、その接続作業を更に簡素化することができる。
【0025】
次に本発明の第2の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。図面中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰返しての説明を省略する。
図7に示すように、この実施の形態における補助基板31はAlN板31bと、このAlN板31bの下面に積層接着された第1Al板31aと、AlN板31bの上面に積層接着された第2Al板31cとを有する。第1Al板31aは半導体素子13に対向しかつこの半導体素子13の電極部に接続する。第2Al板31cは、AlN板31bのスルーホール32を介してこの第1Al板31aに接続する。スルーホール32は焼成前のグリーンシートの状態で加工したものを焼成するか、又は焼成後のセラミックスをレーザ加工又は超音波加工することにより作製される。このスルーホール32にはAlが充填される。
【0026】
第1及び第2Al板31a,31cはそれぞれAl純度が99.98重量%以上であって、融点が660℃のものが使用され、Al−Si系ろう材を介して上述した第1の実施の形態と同一の手順でAlN板31bの両面に積層接着される。この積層接着の際にスルーホール32は第1及び第2Al板31a,31cに接続し、第1及び第2Al板31a,31cはスルーホール32を介して互いに電気的に接続される。半導体素子13に対向する第1Al板31aはハーフエッチングされ、半導体素子13の電極部に接続する複数の突起31dが形成され、半導体素子13にこの補助基板31を搭載する際に複数の突起31dは超音波によりその電極部に接続される。一方、AlN板31bに接着された第2Al板31cはエッチングされ、所定の回路パターンが形成される。図示しないが、エッチングは第2Al板31cにレジスト膜でマスキングを行い、この状態で第2Al板31cをエッチング液に浸漬してマスキングされていない部分における第2Al板31cを表出するまでエッチング除去することにより行われる。その後レジスト膜を除去することによりそのレジスト膜により覆われていた部分が所定の回路パターンとして形成される。第1Al板31aに電気的に接続する第2Al板31cには枠部材17の内周面に設けられた端子18,18がワイヤ又は平板22,22により接続され、半導体素子13と端子18,18は電気的に接続される。
【0027】
このように構成された半導体装置30では、枠部材17の開口端側に位置する補助基板31の上側の第2Al板31cと枠部材17の内周面に設けられた端子18,18を接続することにより、半導体素子13と端子18,18を電気的に接続できるので、その接続作業を比較的容易に行うことができ、その作業自体を簡素化することができる。これ以外の効果は上述した第1の実施の形態と同一であるので繰返しての説明を省略する。
【0028】
なお、上述した第2の実施の形態では、端子18,18がワイヤ又は平板22,22により第2Al板31cに接続される例を示したが、図8に示すように、端子18,18を直接第2Al板31cに接続してもよい。このように端子18,18を直接第2Al板31cに接続すれば、端子18,18を第2Al板31cに接続するワイヤ又は平板が不要になり、接続作業を更に簡素化することができるとともに、図のように第2Al板31cをAIN板31bから突出するように接着すれば、端子18,18と第2Al板31cの接続作業がなお一層容易になる。
【0029】
また、上述した第2の実施の形態では、端子18,18が枠部材17の内周面に設けられた例を示したが、図9に示すように、端子18,18を第2Al板31cに直接立設してもよい。端子18を第2Al板31cに立設すれば、半導体素子13から補助基板31に伝導した熱はこの端子18に更に伝導して外部に放散するため、半導体素子13からの熱を更に有効に外部に放散させることができ、断面積の比較的大きい端子18を立設することにより又は立設される端子18の形状をフィン形状等の放熱し易い形状にすることによりその放散させる熱量に対応させることができる。
【0030】
また、上述した第2の実施の形態では、補助基板31に何も搭載しないが、図10〜12に示すように、第2Al板31cのエッチングにより表出したAlN板31bに放熱フィン23又は熱伝導バー若しくは第2水冷式ヒートシンク25を搭載してもよい。
【0031】
次に本発明の第3の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。図面中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰返しての説明を省略する。
図13に示すように、この実施の形態における補助基板41はモリブデン板41bと、このモリブデン板41bの下面に積層接着された第1接続板41aと、モリブデン板41bの上面に積層接着された第2接続板41cとを有する。第1接続板41a及び第2接続板41cはAl又はCuからなり、第1接続板41aは半導体素子13に対向しかつこの半導体素子13に接続するように積層接着される。第1及び第2接続板41a,41cはろう材なしでモリブデン板41bの両面に所定の圧力で機械的に圧接して接着される。ろう材を用いる場合であって、第1及び第2接続板41a,41cをAlであるときにはAl系ろう材を、第1及び第2接続板41a,41cをCuであるときにはAg−Cu系ろう材を介してモリブデン板41bの両面に電気的に接続するように積層接着することもできる。半導体素子13に対向する第1接続板41aはハーフエッチングされ、半導体素子13の電極部に接続する複数の突起41dが形成され、半導体素子13にこの補助基板41を搭載する際に複数の突起41dは超音波によりその電極部に接続される。一方、導電性を有するモリブデン板41bを介して第2接続板41cには端子18,18が直接立設される。
【0032】
このように構成された半導体装置では、半導体素子13が発した熱の一部は半導体素子13の上面から補助基板41に伝達され、この補助基板41から外部に放散される。また、第2接続板41cに端子18,18が直接立設されるので、補助基板41に伝導した熱はこの端子18,18に更に伝導して外部に放散するため、半導体素子13からの熱を更に有効に外部に放散させることができる。特に補助基板41として電導性であって熱膨張係数がパワーモジュール用基板11に近似するモリブデンを使用するので、AlNを使用した場合に必要とされたスルーホールが不要になり、その熱は有効に補助基板41に伝導して外部に放散される。これ以外の効果は上述した第1及び第2の実施の形態と同一であるので繰返しての説明を省略する。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半導体素子に放熱用の補助基板を搭載したので、半導体素子の下面から放散し切れない熱が半導体素子の上面からこの補助基板に伝導し、その放散し切れない熱をこの補助基板から外部に放散させることができる。この結果、半導体素子を小型化してパワーモジュール用基板に接触する底面積が減少しても、半導体素子が発する熱を有効に放散することができ、半導体素子の小型化を促進することができる。この場合、補助基板にAl板が積層接着されたAlN板を使用すれば、補助基板が熱により反ることなく、熱を有効に補助基板に伝導して外部に放散することができ、補助基板に放熱フィン又は熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンクを搭載すれば、半導体素子から補助基板に伝導した熱を更に有効に外部に放散することができる。
【0034】
また、補助基板はスルーホールを介して互いに接続する第1及び第2Al板が両面に積層接着されたAlN板であれば、第1Al板を半導体素子に対向させて電極部に接続すれば、枠部材の開口端側に位置する補助基板の上側の第2Al板と枠部材の内周面に設けられた端子を接続することにより、半導体素子と端子を電気的に接続できるので、その接続作業を比較的容易に行うことができ、端子を第2Al板に直接立設すれば、半導体素子から補助基板に伝導した熱はこの端子に更に伝導して外部に放散するため、半導体素子からの熱を更に有効に外部に放散させることができる。また、補助基板としてそれぞれAl又はCuからなる第1及び第2接続板が電気的に接続するように両面に積層接着されたモリブデン板を使用すれば、モリブデンは導電材料であるので、スルーホールを設ける必要がなくなる。
【0035】
更に、半導体素子の電極部に対向する補助基板をハーフエッチングすることにより複数の突起を形成し、この複数の突起を超音波により半導体素子の電極部に接続すれば、その突起を半導体素子の電極部に確実に接続することができる。また、枠部材に蓋板を接着する場合には弾性体をその蓋板に設けることにより、蓋板を枠部材の上面に接着するだけの簡単な作業で、複数の突起をその弾性体の付勢力により半導体素子の電極部に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 端子がワイヤ又は平板によりAl板に接続された本発明の第1の実施の形態における半導体装置の断面図。
【図2】 端子が直接Al板に接続された図1に対応する半導体装置の断面図。
【図3】 補助基板に放熱フィンが搭載された図1に対応する半導体装置の断面図。
【図4】 補助基板に第2ヒートシンクが搭載された図1に対応する半導体装置の断面図。
【図5】 補助基板に第2ヒートシンクが搭載された図2に対応する半導体装置の断面図。
【図6】 弾性体により補助基板が半導体素子に押付けられる図1に対応する半導体装置の断面図。
【図7】 端子がワイヤ又は平板により第2Al板に接続された本発明の第2の実施の形態における半導体装置の断面図。
【図8】 端子が直接第2Al板に接続された図7に対応する半導体装置の断面図。
【図9】 端子が第2Al板に立設された図7に対応する半導体装置の断面図。
【図10】 補助基板に第2ヒートシンクが搭載された図7に対応する半導体装置の断面図。
【図11】 補助基板に第2ヒートシンクが搭載された図8に対応する半導体装置の断面図。
【図12】 補助基板に第2ヒートシンクが搭載された図9に対応する半導体装置の断面図。
【図13】 ハーフエッチングにより形成された突起を有する本発明の第3の実施の形態における半導体装置の断面図。
【図14】 従来例を示す図1に対応する断面図。
【符号の説明】
11 パワーモジュール用基板
12 回路パターン
13 半導体素子
16 ヒートシンク
17 枠部材
18 端子
21,31,41 補助基板
21a Al板
21b AlN板
21c 突起
22 ワイヤ又は平板
23 放熱フィン
25 第2水冷式ヒートシンク
26 蓋板
27 弾性体
31a 第1Al板
31b AlN板
31c 第2Al板
31d 突起
32 スルーホール
35 サーマルシート又はグリース
41a 第1接続板
41b モリブデン板
41c 第2接続板
41d 突起
Claims (12)
- ヒートシンク(16)に積層接着されたパワーモジュール用基板(11)の回路パターン(12)に半導体素子(13)が搭載され、前記ヒートシンク(16)の表面に枠部材(17)が前記半導体素子(13)を包囲するように接着され、前記半導体素子(13)の電極部に端子(18)が接続された半導体装置において、
前記半導体素子(13)に放熱用の補助基板(21)が搭載され、
前記補助基板 (21) は半導体素子 (13) に対向しかつ前記半導体素子 (13) の電極部に接続するAl板 (21a) が積層接着されたAlN板 (21b) であり、
前記Al板 (21a) をハーフエッチングすることにより複数の突起 (21c) が前記Al板 (21a) に形成され、
前記補助基板 (21) を前記半導体素子 (13) に圧接可能に構成された弾性体 (27) が設けられた蓋板 (26) が枠部材 (17) の上面に接着され、前記複数の突起 (21c) が前記弾性体 (27) の付勢力により前記半導体素子 (13) の電極部に接続された
ことを特徴とする半導体装置。 - 端子(18)が枠部材(17)の内周面に設けられかつ直接又はワイヤ若しくは平板(22)により前記Al板(21a)に接続されて前記半導体素子(13)の電極部に接続された請求項1記載の半導体装置。
- 補助基板(21)に放熱フィン(23)又は熱伝導バーが搭載された請求項2記載の半導体装置。
- ヒートシンク(16)に積層接着されたパワーモジュール用基板(11)の回路パターン(12)に半導体素子(13)が搭載され、前記ヒートシンク(16)の表面に枠部材(17)が前記半導体素子(13)を包囲するように接着され、前記半導体素子(13)の電極部に端子(18)が接続された半導体装置において、
前記半導体素子(13)に放熱用の補助基板(21)が搭載され、
前記補助基板 (21) は半導体素子 (13) に対向しかつ前記半導体素子 (13) の電極部に接続するAl板 (21a) が積層接着されたAlN板 (21b) であり、
前記Al板 (21a) をハーフエッチングすることにより複数の突起 (21c) が前記Al板 (21a) に形成され、前記複数の突起 (21c) が超音波により半導体素子 (13) の電極部に接続されたことを特徴とする半導体装置。 - 端子(18)が枠部材(17)の内周面に設けられかつ直接又はワイヤ若しくは平板(22)により前記Al板(21a)に接続されて前記半導体素子(13)の電極部に接続された請求項4記載の半導体装置。
- 補助基板(21)に放熱フィン(23)又は熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク(25)が搭載された請求項5記載の半導体装置。
- ヒートシンク(16)に積層接着されたパワーモジュール用基板(11)の回路パターン(12)に半導体素子(13)が搭載され、前記ヒートシンク(16)の表面に枠部材(17)が前記半導体素子(13)を包囲するように接着され、前記半導体素子(13)の電極部に端子(18)が接続された半導体装置において、
前記半導体素子(13)に放熱用の補助基板(31)が搭載され、
前記補助基板 (31) は第1Al板 (31a) とスルーホール (32) を介して前記第1Al板 (31a) に電気的に接続する第2Al板 (31c) が両面に積層接着されたAlN板 (31b) であり、前記第1Al板 (31a) が半導体素子 (13) に対向しかつ前記半導体素子 (13) の電極部に接続するように前記補助基板 (31) が前記半導体素子 (13) に搭載され、
前記第1Al板 (31a) をハーフエッチングすることにより複数の突起 (31d) が前記第1Al板 (31a) に形成され、前記複数の突起 (31d) が超音波により半導体素子 (13) の電極部に接続されたことを特徴とする半導体装置。 - 端子(18)が枠部材(17)の内周面に設けられかつ直接又はワイヤ若しくは平板(22)により前記第2Al板(31c)に接続されて前記半導体素子(13)の電極部に接続された請求項7記載の半導体装置。
- 端子(18)が前記第2Al板(31c)に端子が立設されて前記半導体素子(13)の電極部に接続された請求項7記載の半導体装置。
- 第2Al板(31c)をエッチングすることにより所定の回路パターンが形成され、前記第2Al板(31c)のエッチングにより表出したAlN板(31b)に放熱フィン(23)又は熱伝導バー若しくは内部に冷却水が循環可能に形成された第2水冷式ヒートシンク(25)が搭載された請求項8又は9記載の半導体装置。
- ヒートシンク(16)に積層接着されたパワーモジュール用基板(11)の回路パターン(12)に半導体素子(13)が搭載され、前記ヒートシンク(16)の表面に枠部材(17)が前記半導体素子(13)を包囲するように接着され、前記半導体素子(13)の電極部に端子(18)が接続された半導体装置において、
前記半導体素子(13)に放熱用の補助基板(41)が搭載され、
前記補助基板 (41) はそれぞれAl又はCuからなる第1及び第2接続板 (41a,41c) が電気的に接続するように両面に積層接着されたモリブデン板 (41b) であり、前記第1接続板 (41a) が半導体素子 (13) に対向しかつ前記半導体素子 (13) の電極部に接続するように前記補助基板 (41) が前記半導体素子 (13) に搭載され、
前記第1接続板 (41a) をハーフエッチングすることにより複数の突起 (41d) が前記第1接続板 (41a) に形成され、前記複数の突起 (41d) が超音波により半導体素子 (13) の電極部に接続されたことを特徴とする半導体装置。 - 端子(18)が前記第2接続板(41c)に立設されて前記半導体素子(13)の電極部に接続された請求項11記載の半導体装置。
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