JP4683059B2 - 樹脂封止型半導体装置の設置方法 - Google Patents

樹脂封止型半導体装置の設置方法 Download PDF

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Description

本発明は、インバータや電源装置に搭載する半導体パワーモジュールなどを対象とした樹脂封止型半導体装置の設置方法に関する。
頭記の樹脂封止型半導体装置として、リードフレームに半導体チップをマウントし、リードフレームと半導体チップとの間にワイヤ配線を施して組み立てた回路組立体を、トランスファー成形などのインサート成形により回路組立体の周域をモールド樹脂で封止するとともに、その成形工程でモールド樹脂の表面に複数条の凹凸部を同時成形して樹脂パッケージの放熱性を高めるようにした構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３２９８１５号公報
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的は樹脂封止型半導体装置をインバータ，電源装置のプリント基板などに組付けて使用する際に、前記凹凸部が放熱フィンとして有効に機能するような半導体装置の設置方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明によれば、前記回路組立体を表面に放熱用凹凸部を形成したモールド樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置を、インバータ，電源装置などのプリント基板に実装した使用する際に、前記放熱用凹凸部が前記プリント基板に対向するように、かつ、前記プリント基板と前記放熱用凹凸部との間に流れる冷却空気流に対し、前記放熱用凹凸部が平行な姿勢に設定して配置するものとする。
一方、この樹脂封止型半導体装置をインバータ，電源装置のプリント基板などに実装して使用する場合に、樹脂パッケージの表面に形成した前記の凹凸部が自然対流あるいは強制通風による冷却空気の流れと平行する向きに設置することにより、冷却空気と凹凸部との間の熱交換を効率よく行うことができて樹脂パッケージの放熱性が向上する。
以下、本発明を実施するための形態を以下述べる実施例に基づいて説明する。
＜参考例＞
図１および図２は本発明の参考例を示すものである。
各図において、１は半導体装置の回路組立体で、リードフレーム（Cu）１ａに半導体チップ１ｂをマウントした上でその相互間をボンディングワイヤ（Al）１ｃで配線して組み立てる。２は前記の回路組立体１の周域を樹脂封止したモールド樹脂（樹脂パッケージ）で、その上面側の表面には左右に並んで平行に延在する多数状のリブ状突起３ａと該突起３ａの間の溝部３ｂからなる放熱用の凹凸部３が形成されている。また、４は上型４ａと下型４ｂを組み合わせたトランスファー成形金型であり、そのキャビティ４ｃには前記凹凸部３の形状に対応する凹凸面４ｄが形成されており、このキャビティ４ｃに向けて上型４ａと下型４ｂとの重なり面にゲート４ｅが開口している。ここで、前記ゲート４ｅは図１(a) で表すように複数箇所（金型の左右２箇所，もしくは左右と中央の３箇所）に分散配置した上で、図１(c) で示すようにキャビティ４ｃの内面に形成した凹凸面４ｄの延在方向（長手方向）に向けて開口している。また、前記の凹凸面４ｄは図示のように金型４にインサートした回路組立体１（図１(c) 参照）に配線したボンディングワイヤ１ｃのループと平行な向きに形成しておくものとする。
次に、上記のトランスファー成形金型４を用いて回路組立体１の周域を樹脂封止する成形動作を説明する。この成形工程では、金型４を１７５℃に予熱した状態で金型を開き、図１(b),(c) のように回路組立体１をインサートして所定位置にセットする。続いて金型４を閉じて５０ton の締め付け圧を加え、あらかじめ樹脂ペレットをポットに入れて加熱溶融しておいた注型樹脂を２．５ton の圧力で金型４のゲート４ｅを通じて矢印Ａ方向からキャビティ４ｃに加圧注入する。これにより、溶融樹脂はキャビティ内を矢印Ｂで示す方向に流動し、凹凸面４ｄを含めてキャビティ内の隅々まで充填する。この充填過程では、溶融樹脂の流れる方向（矢印Ｂ）とボンディングワイヤ１ｃのループ方向とは平行であ
り、ワイヤ１ｃに樹脂から横向きの不要な力を受けることがなく、ボンディング点の剥がれ，ネック切れなどのトラブルの生じるおそれはない。
そして、金型内で注型樹脂を硬化させた後に金型４から取り出すと、図２(a),(b) で示すように回路組立体１の周域がモールド樹脂２で封止され、かつモールド樹脂２の表面には凹凸部３が形成される。また、モールド成形した製品についてその成形状態を検査したところでは、モールド樹脂２にはボイド，充填不良などの欠陥も見られないことが確認されている。
なお、前記の凹凸部３はその断面形状が図示例の形状に限定されるものではなく、Ｖ形あるいは円弧形の形状にしてもよい。また、この凹凸部３について、その突起３ａ，溝部３ｂの高さを０．５mm，配列ピッチを１mmとして試算すると、凹凸部なしの樹脂パッケージと比べて表面の放熱面積が約１．５倍に増大する。
次に、本発明の実施例を図３で説明する。すなわち、先記の製造方法で製作した樹脂封止型半導体装置（半導体パワーモジュール）の製品をインバータ，あるいは電源装置などのプリント基板に実装して使用する際に、前記モジュール樹脂２の表面に形成した凹凸部３を放熱フィンとして有効に機能させるには、この凹凸部３が自然対流あるいは強制通風による冷却空気の流れと平行に向くような姿勢にして設置するものとする。これにより、次記のように冷却空気と凹凸部との間の熱交換が効率よく行われて樹脂パッケージの放熱性が向上する。
図３は半導体パワーモジュールの底面側にヒートシンクとして金属製の放熱フィン６を取り付けた上で、この半導体パワーモジュールをプリント基板５に実装して自然冷却を行うようにした使用状態を表しており、図示のようにモールド樹脂（樹脂パッケージ）２の表面に形成した凹凸部３が上下方向に向くように縦向き姿勢に設置している。
この設置により、半導体チップの通電動作に伴って発生した熱の一部はモールド樹脂２を伝熱して凹凸部３の表面から放熱し、この部分接する周囲空気を熱する。これにより、パッケージ側からの受熱で昇温した空気には凹凸部３による煙突効果が作用し、図示矢印のように上昇気流が生じて周囲に熱放散する。なお、図３の配置による放熱性の効果を検証するために、半導体パワーモジュールを垂直姿勢と水平姿勢にしてプリント基板５に実装したものを供試試料として、通電動作（１００％負荷）による樹脂パッケージの表面温度を調べたところ、図３のように垂直姿勢の配置とすることで水平姿勢の配置と比べて放熱性が約１０％向上することが確認されている。
なお、半導体パワーモジュールを強制通風冷却する場合には、前記凹凸部３を強制通風される冷却空気流の方向に沿わせるような姿勢で設置するものとする。
本発明の参考例に対応する樹脂モールド成形法の説明図で、(a) は樹脂パッケージの表面に形成する凹凸部と成形金型のキャビティに注入する溶融樹脂の注入方向との関係を模式的に表した樹脂パッケージの平面図、(b),(c) はそれぞれ回路組立体をインサートした状態でのトランスファー成形金型の異なる方位の断面図 図１の成形金型を用いてモールド成形した樹脂封止型半導体装置の構成図で、(a),(b) はそれぞれ異なる方位の断面図 本発明の実施例に対応する樹脂封止型半導体装置の自然冷却方式による設置状態を表す図
符号の説明
１ 回路組立体
１ａ リードフレーム
１ｂ 半導体チップ
１ｃ ボンディングワイヤ
２ モールド樹脂（樹脂パッケージ）
３ 凹凸部
４ トランスファー成形金型
４ｃ キャビティ
４ｄ キャビティに形成した凹凸面
４ｅ ゲート
５ プリント基板
６ 金属製放熱フィン

Claims (2)

  1. リードフレームに半導体チップをマウントしてワイヤ配線した回路組立体の周域をモールド樹脂で封止し、かつそのモールド樹脂の表面に並列して並ぶ複数条の放熱用凹凸部を成形した樹脂封止型半導体装置をプリント基板に実装して使用する際に、
    前記放熱用凹凸部が前記プリント基板に対向するように、かつ、前記プリント基板と前記放熱用凹凸部との間に流れる冷却空気流に対し、前記放熱用凹凸部が平行になる姿勢に定めて配置することを特徴とする樹脂封止型半導体装置の設置方法。
  2. 前記樹脂封止型半導体装置の、前記放熱用凹凸部が形成された面とは反対側の面に放熱フィンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の樹脂封止型半導体装置の設置方法。
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