JP4864990B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、電力制御のために使用される半導体装置に関し、より具体的には、放熱特性に優れた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device used for power control, and more specifically to a semiconductor device having excellent heat dissipation characteristics.
図17は、従来の電力制御用半導体装置を説明する図面である。同図によれば、パワー半導体素子121は、薄金属板からなるリードフレーム130のダイパッド部131にろう材123によって接合されている。パワー半導体素子121の電極と電極との間、およびパワー半導体素子の電極と内部リード部136との間は、金やアルミ等の金属細線122によって配線される。ダイパッド部131の下側には、封止樹脂124からなる絶縁層125を挟んでヒートシンクの役割を果たす金属ブロック126が配置される。この金属ブロック126の底面は封止樹脂124からなる絶縁層125から露出している。パワー半導体素子121以外に、制御回路を構成するための素子や回路が、リードフレーム130上に形成される場合もある。金属ブロック126とリードフレーム130のダイパッド部131との間には、封止樹脂124からなる絶縁層125が介在し、絶縁耐圧を確保している。
FIG. 17 illustrates a conventional power control semiconductor device. According to the figure, the
半導体装置111の稼動中、リードフレーム130から流入する電流がろう材123を介してパワー半導体素子121の底部の電極に流れ込み、パワー半導体素子によって増幅等の変調を受け、パワー半導体素子の上面の電極から金属細線122を経て、内部リード部136に流れ出てゆく。ろう材123は電流を流通させるので、良導体でなければならない。上記パワー半導体素子の稼動中に、パワー半導体素子121の上面に発熱が生じ、この熱はパワー半導体素子121と、ろう材123と、ダイパッド部131と、絶縁層125と、金属ブロック126の順に伝達し、半導体装置の外部に放散される。
During the operation of the
リードフレーム上にパワー半導体素子と集積回路素子とをろう付けによって接合し、図17と同様の配線系統を有し、かつ金属ブロックを有するその他の従来の類似の半導体装置として、特許文献1の従来の技術に示すものがある。 As another conventional semiconductor device having a wiring system similar to that shown in FIG. 17 and having a metal block, a power semiconductor element and an integrated circuit element are joined on a lead frame by brazing. There is something shown in the technology.
この半導体装置では、上記のリードフレームのパワー半導体素子と集積回路素子とが搭載された面を覆うように1次モールドを形成し、さらに1次モールドを形成したリードフレームとヒートシンクとを一体的に覆うように2次モールドを形成している。 In this semiconductor device, a primary mold is formed so as to cover the surface of the lead frame on which the power semiconductor element and the integrated circuit element are mounted, and the lead frame on which the primary mold is formed and the heat sink are integrally formed. A secondary mold is formed to cover.
上述の従来の半導体装置では、リードフレーム130と金属ブロック126との間に、封止樹脂124からなる絶縁層125が介在している。この絶縁層125は、金属と比較して熱伝導率が低い。このため、パワー半導体素子121が動作する際に生じる熱を外部に放散する量を抑止していた。
In the conventional semiconductor device described above, the
パワー半導体素子と相違するが、半導体回路素子の過熱を防止するための半導体装置として、図18および図19に示す半導体装置がある(特許文献2)。この半導体装置では、半導体回路素子121は導電性ペースト160により放熱板126に接着されている。この半導体装置の特徴は、リード135と放熱板126との電気的接続を遮断しながら所定値以上の熱伝導性を確保する接着剤150にある。この接着剤150によって、リード135は放熱板126に接着され固定されている。このような接着剤150を用いることにより、半導体回路素子121に発生した熱は、放熱板126を経由してリード135に伝わり、リード135から外部に放散される。
Although different from a power semiconductor element, there is a semiconductor device shown in FIGS. 18 and 19 as a semiconductor device for preventing overheating of a semiconductor circuit element (Patent Document 2). In this semiconductor device, the
しかしながら、上記半導体素子と異なり、本発明が対象とするパワー半導体素子は、要求される絶縁耐圧が数百ボルトから数キロボルトと非常に高く、上記半導体装置のような絶縁層では必要な絶縁耐圧を確保することができない。また、絶縁層とモールド樹脂との間で剥離が起こる可能性があり、絶縁信頼性を確保することが困難である。 However, unlike the above semiconductor element, the power semiconductor element targeted by the present invention has a very high required withstand voltage of several hundred volts to several kilovolts, and an insulation layer such as the above semiconductor device has a required withstand voltage. It cannot be secured. In addition, peeling may occur between the insulating layer and the mold resin, and it is difficult to ensure insulation reliability.
パワー半導体素子121に発生する熱の放散性を向上させるために、図17において、絶縁層125を形成している封止樹脂124を熱伝導率の高い樹脂に変えることが考えられる。しかし、熱伝導率の高い樹脂は、一般の樹脂と比較して高価であり、半導体装置の低価格化と放熱性向上とを両立させることは困難であった。
In order to improve the dissipation of heat generated in the
図17に示す従来の半導体装置においては、パワー半導体素子の上面で発生した熱は、上部から下部へと順に、パワー半導体素子121、ろう材123、ダイパッド部131、絶縁層125、金属ブロック126と伝わり、それら部材において(1)式で表わされる熱抵抗(熱の流れに対する抵抗)を発生させる。ただし、R(th)は熱抵抗、Lは伝熱距離、λは熱伝導率、Aは伝熱面積である。
In the conventional semiconductor device shown in FIG. 17, the heat generated on the upper surface of the power semiconductor element is, in order from the upper part to the lower part, the
R(th)=L/(λ・A) ・・・・・・・・・・・・・・(1)
熱は、一般的に、発熱源からの距離が大きくなるにしたがって広がり、伝熱面積が大きくなる。図17に示す従来の構造のように、熱伝導率の低い絶縁層125がパワー半導体素子121の近くにある場合、伝熱面積が小さい箇所に熱伝導率の低い部材があることになり、絶縁層の熱抵抗が高くなり、放熱性向上を大きく阻害していた。
R (th) = L / (λ · A) (1)
Generally, heat spreads as the distance from the heat source increases, and the heat transfer area increases. When the
さらに、従来の半導体装置において、熱抵抗の低減をはかるためには、絶縁層厚さを小さくする、つまり(1)式で表わされる伝熱距離Lを小さくすることが望ましい。しかし、樹脂の未充填を防止し、絶縁性能を確保するためには、絶縁層の厚さを極端に薄くすることはできない。このため、所望の放熱性能を得ることができなかった。 Further, in the conventional semiconductor device, in order to reduce the thermal resistance, it is desirable to reduce the thickness of the insulating layer, that is, to reduce the heat transfer distance L expressed by the equation (1). However, the thickness of the insulating layer cannot be made extremely thin in order to prevent unfilling of the resin and ensure the insulating performance. For this reason, the desired heat dissipation performance could not be obtained.
特許文献1の従来の技術に示す半導体装置では、1次モールドを形成したリードフレームとヒートシンクとを一体的に覆うように2次モールドを形成している。これは、1次モールドがないと、絶縁層125を形成するための空間が狭く、それ以外の空間が広くなり、封止樹脂124は広い空間から充填され、絶縁層125を形成するための空間に充填されるのでが最後になる。これによって、絶縁層125に気泡が混入したり、未充填が発生し、絶縁信頼性を確保することが困難になる。つまり、1次モールドは、絶縁層125を形成するための空間と、それ以外の空間への樹脂の充填のバランスをとるために不可欠のものである。しかし、これによって、1次モールド金型と2次モールド金型の2つの金型が必要となり、さらにモールド工程が2回必要となる。
In the semiconductor device shown in the prior art of Patent Document 1, the secondary mold is formed so as to integrally cover the lead frame on which the primary mold is formed and the heat sink. If there is no primary mold, the space for forming the
熱抵抗の低減をはかるもう1つの手段としては、パワー半導体素子の面積を大きくする、すなわち、(1)式の伝熱面積Aを大きくすることが考えられる。しかし、半導体装置111の大型化、パワー半導体素子121のコスト上昇という問題があった。
As another means for reducing the thermal resistance, it is conceivable to increase the area of the power semiconductor element, that is, to increase the heat transfer area A in the equation (1). However, there are problems that the size of the
放熱性が十分でない場合に生じる性能上の問題は、パワー半導体素子に所望の大きさの電流を流すことができず、容量が制限されることにある。したがって、大きな容量を確保するために、放散性を向上させることが必要である。 A performance problem that arises when heat dissipation is not sufficient is that a current of a desired magnitude cannot be passed through the power semiconductor element, limiting the capacity. Therefore, in order to ensure a large capacity, it is necessary to improve the dispersibility.
そこで、本発明は、優れた経済性を確保したうえで、パワー半導体素子に生じる熱量を十分放散することができる、小型で大容量の半導体装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small-sized and large-capacity semiconductor device that can sufficiently dissipate the amount of heat generated in a power semiconductor element while ensuring excellent economic efficiency.
本発明の半導体装置は、底面および上面のそれぞれに電極を有する半導体素子と、半導体素子の底面側に位置する金属ブロックと、半導体素子の底面電極と金属ブロックとの間に接して配置された、導電性を有する素子固着層と、半導体素子の底面電極と導通する底面電極側リードと、半導体素子の上面電極と導通する上面電極側リードと、金属ブロックと、半導体素子とを覆い、さらに底面電極側リードおよび上面電極側リードを突き出させて封止する封止樹脂とを備える。 The semiconductor device of the present invention is disposed in contact with a semiconductor element having electrodes on each of the bottom surface and the top surface, a metal block located on the bottom surface side of the semiconductor element, and a bottom electrode and the metal block of the semiconductor element. Covering the element fixing layer having conductivity, the bottom electrode side lead conducting with the bottom electrode of the semiconductor element, the top electrode side lead conducting with the top electrode of the semiconductor element, the metal block, and the semiconductor element, and further the bottom electrode And a sealing resin that protrudes and seals the side lead and the upper electrode side lead.
この構成により、ヒートシンクの役割を果たす金属ブロックと半導体素子とが導電性接着剤またはろう材からなる素子固着層によって接着または接合される。したがって、半導体素子で発熱した熱は、リードフレームや熱伝導率の低い絶縁層を介することなく、熱容量の大きい金属ブロックに伝達されので、半導体素子から金属ブロックに至る経路の熱抵抗を低減できるとともに、金属ブロックの熱容量によって急激な温度上昇が抑制され、信頼性が向上する。このため、熱伝導率の高い高価な封止樹脂を用いることなく、半導体素子の昇温の程度が大幅に抑制される。この結果、良好な経済性を維持したまま、容量を拡大した小型の半導体装置を提供することが可能となる。上記の構成では、半導体素子は素子固着層によって金属ブロックに固定されるので、半導体素子の機械的な固定も強固に行なわれ、かつ底面電極側力リードの底面電極への導通も容易に実現することができる。素子固着層を構成する材料としては、はんだ等のろう材や、銀ペースト等の導電性接着剤が挙げられるが、とくにこれらに限定されるものではなく、導電性がよく、熱伝導率が高く、固着強度が強いものであればどのような材料でもよい。 With this configuration, the metal block serving as a heat sink and the semiconductor element are bonded or bonded together by an element fixing layer made of a conductive adhesive or a brazing material. Therefore, the heat generated in the semiconductor element is transmitted to the metal block having a large heat capacity without going through the lead frame or the insulating layer having low thermal conductivity, so that the thermal resistance of the path from the semiconductor element to the metal block can be reduced. The rapid increase in temperature is suppressed by the heat capacity of the metal block, and the reliability is improved. For this reason, the temperature rise of the semiconductor element is greatly suppressed without using an expensive sealing resin having a high thermal conductivity. As a result, it is possible to provide a small semiconductor device with an increased capacity while maintaining good economic efficiency. In the above configuration, since the semiconductor element is fixed to the metal block by the element fixing layer, the mechanical fixing of the semiconductor element is firmly performed, and conduction to the bottom electrode of the bottom electrode side force lead is easily realized. be able to. Examples of the material constituting the element fixing layer include soldering materials such as solder and conductive adhesives such as silver paste. However, the material is not particularly limited to these, and has good conductivity and high thermal conductivity. Any material may be used as long as it has a high fixing strength.
なお、上面電極と上面電極側リードとの接続は、金属細線を超音波圧接によって固相接合する方法が一般的であるが、これに限定するものではなく、金属細線や金属板または金属板を所望の形状に加工したリードフレームを、導電性接着剤やろう材で固着する方法など、何によって接合されてもよい。以後の説明においても、上面電極と上面電極側リードとの接続についてとくに限定していない場合は、同様である。 The connection between the upper surface electrode and the upper surface electrode side lead is generally a method of solid-phase bonding of a fine metal wire by ultrasonic pressure welding, but is not limited to this, and the fine metal wire, the metal plate, or the metal plate is not limited thereto. The lead frame processed into a desired shape may be joined by any method such as a method of fixing with a conductive adhesive or a brazing material. In the following description, the same applies to the case where the connection between the upper surface electrode and the upper surface electrode side lead is not particularly limited.
上記本発明の半導体装置では、底面および上面のそれぞれに電極を有する複数の半導体素子と、半導体素子の底面側に位置する複数の金属ブロックと、半導体素子の底面電極と金属ブロックとの間に接して配置された、導電性を有する複数の素子固着層と、半導体素子の底面電極と導通する複数の底面電極側リードと、半導体素子の上面電極と導通する複数の上面電極側リードと、金属ブロックと半導体素子とを覆い、さらに底面電極側リードおよび上面電極側リードを突き出させて封止する封止樹脂とを備える半導体装置である。この半導体装置では、複数の底面電極側リードは、それぞれ少なくとも1つの半導体素子の底面電極と導通し、複数の上面電極側リードは、それぞれ少なくとも1つの半導体素子の上面電極と導通し、複数の金属ブロックは、それぞれ少なくとも1つの半導体素子の底面電極に素子固着層によって固着され、複数の金属ブロックが互いに、封止樹脂を間に挟んで離れている。 In the semiconductor device of the present invention, a plurality of semiconductor elements each having an electrode on each of the bottom surface and the top surface, a plurality of metal blocks positioned on the bottom surface side of the semiconductor element, and the bottom electrode and the metal block of the semiconductor element are in contact with each other. A plurality of element fixing layers having conductivity, a plurality of bottom electrode side leads conducting to the bottom electrode of the semiconductor element, a plurality of top electrode side leads conducting to the top electrode of the semiconductor element, and a metal block And a semiconductor element, and further includes a sealing resin that protrudes and seals the bottom electrode side lead and the top electrode side lead. In this semiconductor device, each of the plurality of bottom electrode side leads is electrically connected to the bottom electrode of at least one semiconductor element, and each of the plurality of top electrode side leads is electrically connected to the top electrode of at least one semiconductor element. Each of the blocks is fixed to the bottom electrode of at least one semiconductor element by an element fixing layer, and the plurality of metal blocks are separated from each other with a sealing resin in between.
この構成により、複数のパワー半導体素子を組み合わせて、リードフレームと金属細線とで配線を形成することにより、所望の回路を構成して一括に樹脂封止することができる。この結果、経済性に優れ、小型で高機能の半導体装置を提供することが可能となる。 With this configuration, by combining a plurality of power semiconductor elements and forming a wiring with a lead frame and a thin metal wire, a desired circuit can be configured and collectively sealed with resin. As a result, it is possible to provide a small and highly functional semiconductor device that is economical.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、平面的に見て、金属ブロックの領域が半導体素子の領域より大きいことが望ましい。 In the semiconductor device of the present invention, for example, it is desirable that the metal block region is larger than the semiconductor element region in plan view.
この構成によれば、熱伝導率の高い素子固着層を経て半導体素子から金属ブロックに熱が伝達され、金属ブロックで熱の伝達経路が広がり、伝熱面積が拡大されて底部の絶縁層に伝わる。このため、従来と同じ熱伝導率を有する封止樹脂を使用し、従来と同じ絶縁層の厚さを用いても、絶縁層の熱抵抗は従来よりも低減されるので、熱の放散性能は大幅に向上する。 According to this configuration, heat is transferred from the semiconductor element to the metal block through the element fixing layer having high thermal conductivity, the heat transfer path is expanded by the metal block, the heat transfer area is expanded, and is transmitted to the insulating layer at the bottom. . For this reason, even if the sealing resin having the same thermal conductivity as the conventional one is used and the same insulating layer thickness as the conventional one is used, the thermal resistance of the insulating layer is reduced as compared with the conventional one. Greatly improved.
また、絶縁層を厚くしても、従来と同等またはそれ以上の放熱性能を維持でき、かつ絶縁層を形成する部分への封止樹脂の充填が容易になり、リードフレームに1次モールドを形成しなくても絶縁層の信頼性を確保することができる。 In addition, even if the insulating layer is made thicker, heat dissipation performance equivalent to or higher than that of the conventional one can be maintained, and it becomes easy to fill the portion where the insulating layer is formed with sealing resin, and a primary mold is formed on the lead frame. Even if not, the reliability of the insulating layer can be ensured.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、底面電極側リードが、金属ブロックと導通することにより、半導体素子の底面電極と導通することができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, the bottom electrode-side lead can be electrically connected to the bottom electrode of the semiconductor element by being electrically connected to the metal block.
上記の構成により、底面電極側リードをパワー素子の直下に配置することなく底面電極と導通することができる。このため、パワー素子直下に配置される熱抵抗部材を減らすことができるので、放熱性を向上させることが可能となる。 With the above configuration, the bottom electrode-side lead can be electrically connected to the bottom electrode without being disposed directly below the power element. For this reason, since the heat resistance member arrange | positioned directly under a power element can be reduced, it becomes possible to improve heat dissipation.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、底面電極側リードが、金属ブロックの表面で、素子固着層の近傍に配置された、導電性を有するリード固着部に接して金属ブロックに固着されることにより、金属ブロックと導通することができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, the bottom electrode-side lead is fixed to the metal block on the surface of the metal block in contact with the conductive lead fixing portion disposed in the vicinity of the element fixing layer. It is possible to conduct with a metal block.
この構成により、底面電極側リードと金属ブロックとを確実に接続し、固定することができる。 With this configuration, the bottom electrode side lead and the metal block can be reliably connected and fixed.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、金属ブロックが、素子固着層とリード固着部との間に、溝および突起のうちの一方を有することができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, the metal block can have one of a groove and a protrusion between the element fixing layer and the lead fixing portion.
この構成により、パワー素子と金属ブロックとを固着するろう材または導電性接着剤と、底面電極側リードと金属ブロックとを固着するろう材または導電性接着剤が、混合することを防止することができる。 With this configuration, it is possible to prevent the brazing material or conductive adhesive that fixes the power element and the metal block from mixing with the brazing material or conductive adhesive that fixes the bottom electrode side lead and the metal block. it can.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、素子固着層およびリード固着部のうち、一方に導電性接着剤を、他方にろう材を用いることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, a conductive adhesive can be used for one of the element fixing layer and the lead fixing portion, and a brazing material can be used for the other.
この構成により、パワー素子と金属ブロックとを固着する工程と、底面電極側リードと金属ブロックとを固着する工程とを分けることができる。たとえば、パワー素子と金属ブロックとを融点の高いろう材で固着した後、底面電極側リードと金属ブロックとを融点の低いろう材または硬化温度の低い導電性接着剤で固着することができる。この結果、先に固着したパワー素子と金属ブロックとの固着部を再溶融させることなく底面電極側リードと金属ブロックとを固着することができ、固着工程を分けても固着部の信頼性を損なうことがない。 With this configuration, the step of fixing the power element and the metal block and the step of fixing the bottom electrode side lead and the metal block can be separated. For example, after the power element and the metal block are fixed with a brazing material having a high melting point, the bottom electrode-side lead and the metal block can be fixed with a brazing material having a low melting point or a conductive adhesive having a low curing temperature. As a result, the bottom electrode-side lead and the metal block can be fixed without remelting the fixed portion between the power element and the metal block that have been fixed previously, and the reliability of the fixed portion is impaired even if the fixing process is divided. There is nothing.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、底面電極側リードが、金属ブロックに溶接または超音波圧接されることにより、金属ブロックと導通することができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, the bottom electrode-side lead can be electrically connected to the metal block by being welded or ultrasonically welded to the metal block.
この構成により、短時間の処理工程により、確実に導通を確保することができる。
上記本発明の半導体装置では、たとえば、底面電極側リードが、素子固着層に接して固着されることにより、半導体素子の底面電極と導通することができる。
With this configuration, conduction can be reliably ensured by a short processing step.
In the semiconductor device of the present invention, for example, the bottom electrode-side lead can be electrically connected to the bottom electrode of the semiconductor element by being fixed in contact with the element fixing layer.
この構成により、ろう材または導電性接着剤の供給を1回で完了することができ、かつ金属ブロックを介することなく、パワー素子の底面電極と底面電極側リードとを導通させることができる。 With this configuration, the supply of the brazing material or the conductive adhesive can be completed in one time, and the bottom electrode of the power element and the bottom electrode-side lead can be conducted without using a metal block.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、金属ブロックおよび底面電極側リードのうちの一方に突出部を、他方に突出部を嵌め入れる嵌入部を備え、前記突出部が前記嵌入部に嵌め入れることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, a protrusion is provided in one of the metal block and the bottom electrode-side lead, and a protrusion is fitted in the other, and the protrusion is fitted in the fit. it can.
この構成により、金属ブロックと底面電極側リード部との接合が強固になり、この結果、接合部の破損を気にせずハンドリングすることができる。 With this configuration, the metal block and the bottom electrode-side lead portion are strongly bonded, and as a result, handling can be performed without worrying about damage to the bonded portion.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、嵌入部が底面電極側リードを貫通する孔からなる嵌入部であり、突出部が金属ブロックに設けられた突出部であることが望ましい。 In the semiconductor device of the present invention, for example, it is desirable that the fitting portion is a fitting portion formed of a hole penetrating the bottom electrode side lead, and the protruding portion is a protruding portion provided on the metal block.
この構成により、突出部の位置を貫通孔から見ながら位置合わせをして、簡便に本半導体装置を組み上げることができる。また、底面電極側リードの素子固着層との接触が確実に行なわれているか容易に確認することができる。 With this configuration, the semiconductor device can be easily assembled by aligning the position of the protrusion from the through hole. In addition, it is possible to easily confirm whether the bottom electrode side lead is reliably in contact with the element fixing layer.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、突出部を嵌入部に嵌め入れる前において、嵌入部の断面の内側の大きさが、突出部の断面外形の大きさよりも小さく、突出部を嵌入部に嵌め入れた後において、突出部と嵌入部との間に圧力を及ぼし合う圧入構造を形成することができる。 In the semiconductor device of the present invention described above, for example, before the protrusion is inserted into the insertion portion, the inner size of the cross section of the insertion portion is smaller than the size of the cross sectional outer shape of the protrusion, and the protrusion is inserted into the insertion portion. After the insertion, a press-fitting structure in which pressure is exerted between the protruding portion and the fitting portion can be formed.
この構成により、ろう材の接合を用いなくても圧入構造での電気的な接続と機械的な固定とを実現することができる。このため、パワー半導体素子の底部側に突出部と嵌入部の接触部がない構造とすることができ、耐久性を向上させることができる。 With this configuration, it is possible to achieve electrical connection and mechanical fixing in the press-fit structure without using brazing material joining. For this reason, it can be set as the structure which does not have the contact part of a protrusion part and an insertion part in the bottom part side of a power semiconductor element, and can improve durability.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、突出部および嵌入部の少なくとも一方において、平面的に見て突出部と嵌入部との境界に、部分的に間隙を形成する間隙部を備え、間隙部に導電性固着部が配置されることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, at least one of the projecting portion and the fitting portion includes a gap portion that partially forms a gap at the boundary between the projecting portion and the fitting portion when seen in a plan view. A conductive anchoring portion can be disposed.
この構成により伝熱面積を増大させ、放熱性を向上させることができる。
上記本発明の半導体装置では、たとえば、間隙部が、突出部の突出し方向に沿って設けられた溝であることとできる。
With this configuration, the heat transfer area can be increased and the heat dissipation can be improved.
In the semiconductor device of the present invention, for example, the gap portion can be a groove provided along the protruding direction of the protruding portion.
この構成により、簡単な構造により導電性接着剤またはろう材等からなる素子固着層の伝熱経路を拡大し、放熱性を向上させることができる。また、突出部と嵌入部との圧入や嵌め入れを容易化することができる。 With this configuration, the heat transfer path of the element fixing layer made of a conductive adhesive or brazing material can be expanded with a simple structure, and the heat dissipation can be improved. Further, the press-fitting and fitting between the protruding portion and the fitting portion can be facilitated.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、突出部が平面的に見て多角形であり、間隙部が突出部のコーナー部を取り除いたことにより形成されることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, the protrusion is polygonal when viewed in plan, and the gap is formed by removing the corner of the protrusion.
この構成によっても、さらに簡単な構造により、導電性接着剤またはろう材からなる素子固着層の伝熱経路を拡大し、放熱性を向上させることができる。また、突出部と嵌入部との圧入や嵌め入れを容易化することができる。 Also with this configuration, the heat transfer path of the element fixing layer made of the conductive adhesive or the brazing material can be expanded and the heat dissipation can be improved with a simpler structure. Further, the press-fitting and fitting between the protruding portion and the fitting portion can be facilitated.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、嵌入部の断面の内側の大きさが、突出部の断面外形の大きさよりも大きく、突出部と嵌入部との間隙に導電性固着部が配置されることができる。 In the semiconductor device of the present invention described above, for example, the inner size of the cross section of the fitting portion is larger than the size of the cross sectional outer shape of the protruding portion, and the conductive fixing portion is disposed in the gap between the protruding portion and the fitting portion. Can do.
この構成により、導電性接着剤またはろう材からなる素子固着層の伝熱面積が増大し、放熱特性を向上させることができるほかに、導電性接着剤またはろう材による接着面積または接合面積が大きいので、電気的接続を確実にすることができ、また機械的強度も向上する。 With this configuration, the heat transfer area of the element fixing layer made of the conductive adhesive or the brazing material can be increased and the heat dissipation characteristics can be improved. In addition, the bonding area or bonding area by the conductive adhesive or the brazing material is large. Therefore, the electrical connection can be ensured and the mechanical strength is also improved.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、嵌入部の金属ブロック側の面と、金属ブロックとの間に、ろう材が充填されることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, a brazing material can be filled between the metal block side surface of the fitting portion and the metal block.
この構成により、底面電極側リードと金属ブロックとの導通をより一層、確実にすることができる。 With this configuration, the conduction between the bottom electrode side lead and the metal block can be further ensured.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、底面電極側リードがダイパッド部を備えることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, the bottom electrode-side lead can include a die pad portion.
この構成により、嵌入構造等の圧入構造等を容易に形成することができる。またこれまで用いてきたリードフレームを用いて本発明の半導体装置を製造することが可能となる。 With this configuration, a press-fitting structure such as a fitting structure can be easily formed. In addition, the semiconductor device of the present invention can be manufactured using the lead frame that has been used so far.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、金属ブロックの底面を覆っている封止樹脂に代わって、別の種類の絶縁層が金属ブロックの底面を覆い露出することができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, instead of the sealing resin covering the bottom surface of the metal block, another type of insulating layer can cover and expose the bottom surface of the metal block.
この構成により、金属ブロックの底面以外の部分は、熱伝導率を考慮せず安価な封止樹脂で構成し、放熱経路となる金属ブロックの底面側の絶縁層は、熱伝導率の高い絶縁性樹脂を用いて形成することができる。このため、熱伝導率の高い高価な樹脂の使用量を最小限に抑制したうえで放熱特性を向上させることができる。 With this configuration, the portion other than the bottom surface of the metal block is made of an inexpensive sealing resin without considering the thermal conductivity, and the insulating layer on the bottom surface side of the metal block serving as a heat dissipation path has an insulating property with high thermal conductivity. It can be formed using a resin. For this reason, after suppressing the usage-amount of expensive resin with high heat conductivity to the minimum, a thermal radiation characteristic can be improved.
上記本発明の半導体装置では、たとえば、底面電極側リードのうち、リード固着部と接する部分、素子固着部と接する部分および金属ブロックとの溶接部のうちのいずれかが金属ブロック側に突き出ることができる。 In the semiconductor device of the present invention, for example, any one of the bottom electrode side lead, the portion in contact with the lead fixing portion, the portion in contact with the element fixing portion, and the welded portion with the metal block protrudes to the metal block side. it can.
この構成により、金属ブロックと接触してはならない底面電極側リードを金属ブロックから離して間に封止樹脂を分布させて絶縁を確保することができる。この底面電極側リードは簡素な形状であり、安価に製造することができる。 With this configuration, the bottom electrode side lead that should not be in contact with the metal block can be separated from the metal block, and the sealing resin can be distributed between them to ensure insulation. The bottom electrode-side lead has a simple shape and can be manufactured at low cost.
次に、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置を示す断面図である。図1において、パワー半導体素子21は、導電性の素子固着層23を介して金属ブロック26によって支えられている。素子固着層23を構成する材料としては、はんだ等のろう材や、銀ペースト等の導電性接着剤が挙げられるが、とくにこれらに限定されるものではなく、導電性がよく、熱伝導率が高く、固着強度が強いものであればどのような材料でもよい。薄金属板からなる底面電極側リード30は、導電性のリード固着部31によって金属ブロック26に固着されている。このため、パワー半導体素子21の底面電極を形成する底面と、底面電極側リード30との導通が確保されている。金属ブロック26も、とうぜん、導電性の素子固着層23に接するので底面の電極と導通する。しかし、金属ブロック26は、封止樹脂24によって周りを取り囲まれ、上面電極側リード29との間には絶縁層28が、また金属ブロックの底部には絶縁層25が配置されるので、他の部分と金属ブロックとが短絡することはない。これらの絶縁層25,28は、十分な絶縁耐圧が得られる厚さを保ちながら、なるべく薄い絶縁層となるように封止樹脂によって構成されている。パワー半導体素子21の上面電極と上面電極側リード29との間は、金属細線22によって配線される。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the
本実施の形態によれば、発熱体であるパワー半導体素子21は、金属ブロック26に、導電性の素子固着層23を介して固着されている。このため、従来のように熱伝導率の低い封止樹脂24の層を通ることなく、パワー半導体素子から熱伝導率の高い素子固着層23を経て金属ブロックへ熱が伝導する。したがって、単位時間あたり多くの熱量が金属ブロックに流入し、かつ金属ブロックで熱流が広がり、伝熱面積が拡大されて底部の絶縁層25に伝熱される。このため、従来と同じ熱伝導率の封止樹脂を使用し、従来と同じ絶縁層厚さを設けても、絶縁層25の熱抵抗は、パワー半導体素子の下に配置されていた従来の場合に比較して低減される。この結果、熱伝導率の高い高価な封止樹脂を使用することなく、優れた経済性を維持したまま放熱特性が向上した半導体装置を得ることが可能となる。
According to the present embodiment, the
パワー半導体素子21の発熱量は、通電電流の大きさに比例するので、定格容量を超える電流を流すとパワー半導体素子が許容温度範囲を超えて過熱し、最終的には破壊にいたる。しかし、本実施の形態の半導体装置では、放熱特性が向上するため、許容温度範囲でより大電流を流すことができる。この結果、上記の本発明の実施の形態により、小型で大容量の半導体装置を安価に得ることが可能になる。
Since the amount of heat generated by the
また、本実施の形態では、パワー半導体素子と金属ブロックとの固着工程と、底面電極側リードと金属ブロックとの固着工程とを分けることができる。たとえば、パワー半導体素子と金属ブロックとを融点の高いろう材で固着したのち、底面電極側リードと金属ブロックとを融点の低いろう材または硬化温度の低い導電性接着剤で固着することができる。このため、先に固着したパワー半導体素子と金属ブロックとの固着部を再溶融させることなく底面電極側リードと金属ブロックとを固着することができる。したがって、固着工程を分けても高度の信頼性を有する固着部を得ることが可能になる。 Moreover, in this Embodiment, the adhering process of a power semiconductor element and a metal block and the adhering process of a bottom face electrode side lead and a metal block can be divided. For example, after the power semiconductor element and the metal block are fixed with a brazing material having a high melting point, the bottom electrode side lead and the metal block can be fixed with a brazing material having a low melting point or a conductive adhesive having a low curing temperature. For this reason, it is possible to fix the bottom electrode side lead and the metal block without remelting the fixing portion between the power semiconductor element and the metal block that have been previously fixed. Therefore, even if the fixing process is divided, it is possible to obtain a fixing part having a high degree of reliability.
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2における半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態1(図1)の半導体装置の金属ブロック26に溝32を設けた点に特徴がある。溝32は、平面的に見て、底面電極側リード30と、パワー半導体素子21との間に、両者を分けるように配置される。その他の構造は、実施の形態1の半導体装置の構造と同じである。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is characterized in that a
本実施の形態によれば、パワー半導体素子21と金属ブロック26とを固着する素子固着層23と、底面電極側リード30と金属ブロック26とを固着するリード固着部31とが、混合することを防止することができる。素子固着層23およびリード固着部31は、ともにろう材または導電性接着剤等によって構成されるが、これら材料を、素子固着層とリード固着部とに応じて使い分ける場合がある。このような場合、両方の材料が混合することは好ましくないが、上記のように、溝32を設けることにより、上記の混合は防止される。なお、素子固着層23およびリード固着部31の間に設ける溝の代わりに、山脈状の突起を設けてもよい。
According to the present embodiment, the
(実施の形態3)
図3は、本発明の実施の形態3における半導体装置を示す断面図である。図3において、パワー半導体素子21は、素子固着層23を形成しているろう材や導電性接着剤などを介して金属ブロック26に固着されている。薄金属板からなる底面電極側リード30は、素子固着層23と一体化しているリード固着部31に挿入され固着されている。このため、金属ブロックを介さずにパワー半導体素子21の底面電極と、底面側リード30との導通が確保されている。金属ブロック26も、素子固着層23およびリード固着部31と接するので底面電極と導通する。しかし、金属ブロック26は、封止樹脂24によって周りを取り囲まれ、上面電極側リード29との間には絶縁層28が、また金属ブロックの底部には絶縁層25が配置される。このため、他の部分と金属ブロックとが短絡することはない。これらの絶縁層25,28は、十分な絶縁耐圧が得られる厚さを保ちながら、なるべく薄い絶縁層となるように構成する。パワー半導体素子21の上面の電極の間、およびその電極と内部リード36との間は、金属細線22によって配線される。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a sectional view showing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 3, the
本実施の形態によれば、優れた放熱特性を得たうえで、金属ブロックにパワー半導体素子および底面電極側リードを固着する固着層を同じ種類の材料で構成して、パワー半導体素子および底面電極側リードを同じタイミングで固着することができる。このため、より経済性に優れた半導体装置を提供することが可能となる。 According to the present embodiment, after obtaining excellent heat dissipation characteristics, the fixing layer for fixing the power semiconductor element and the bottom electrode side lead to the metal block is made of the same kind of material, and the power semiconductor element and the bottom electrode The side leads can be fixed at the same timing. For this reason, it becomes possible to provide a more economical semiconductor device.
本実施の形態の変形例として、図4に示す半導体装置をあげることができる。図4の半導体装置では、パワー半導体素子と、底面電極側リードとが固着層23に同じ平面上で接して固着しているので、構造が簡明である。このため、図3の半導体装置と同じ利点を確保したうえで、製造工程を容易化できるので、さらに経済性に優れた半導体装置を提供することが可能となる。
As a modification of this embodiment, the semiconductor device illustrated in FIG. 4 can be given. In the semiconductor device of FIG. 4, the power semiconductor element and the bottom electrode side lead are fixed in contact with and fixed to the
(実施の形態4)
図5(a)は、本発明の実施の形態4における半導体装置の平面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるA-A断面図である。本実施の形態における半導体装置では、2つのパワー半導体素子が配置されている。パワー半導体素子のそれぞれの下方に配置された金属ブロック26が互いに分れて、その間に絶縁材である封止樹脂が充填されている。本実施の形態におけるパワー半導体素子は、実施の形態1と同じような独立した内部構成が複数あり、それらが一体的に封止されている。
(Embodiment 4)
FIG. 5A is a plan view of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In the semiconductor device in the present embodiment, two power semiconductor elements are arranged. The metal blocks 26 arranged below the respective power semiconductor elements are separated from each other, and a sealing resin as an insulating material is filled therebetween. The power semiconductor element in the present embodiment has a plurality of independent internal configurations similar to those in the first embodiment, and these are integrally sealed.
本実施の形態によれば、複数のパワー半導体素子を組み合わせて配線し、所望の回路を構成して一括に樹脂封止うることができる。このため、優れた経済性を維持し、小型で高性能の半導体装置を提供することができる。たとえば、6個のパワー半導体素子と制御用ICとをリードフレームと金属細線とにより配線して、直流―交流変換回路を構成し、一括して樹脂封止することにより、経済性に優れた小型の電力変換装置を実現することができる。さらに、直流―交流変換回路に限定されず、さまざまな用途の半導体装置を提供することが可能になる。また、配置されるパワー半導体素子は2つに限定されず、2以上の複数のパワー半導体素子を配置することができる。 According to the present embodiment, a plurality of power semiconductor elements can be combined and wired, and a desired circuit can be formed and collectively sealed with resin. Therefore, it is possible to provide a small and high performance semiconductor device while maintaining excellent economic efficiency. For example, six power semiconductor elements and a control IC are wired with a lead frame and fine metal wires to form a DC-AC conversion circuit, and the resin is encapsulated together to make a compact, highly economical. The power converter can be realized. Further, the present invention is not limited to the DC-AC conversion circuit, and it is possible to provide semiconductor devices for various uses. Further, the number of power semiconductor elements to be arranged is not limited to two, and two or more power semiconductor elements can be arranged.
(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5における半導体装置の断面図である。本実施の形態における半導体装置では、2つのパワー半導体素子が多段に接続され、パワー半導体素子のそれぞれの下方に配置された金属ブロック26が互いに分れて、その間に絶縁材である封止樹脂が充填されている。2つのパワー半導体素子の前段のパワー半導体素子の上面電極側リードに相当する箇所に、接続リード40が配置され、その接続リード40が、後段のパワー半導体素子の底面電極側リードとしてリード固着部31に接続されている。多段接続されるパワー半導体素子の数は2個に限られず、より多くの数のパワー半導体素子を用い、より大きな増幅を行なうことができる。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In the semiconductor device according to the present embodiment, two power semiconductor elements are connected in multiple stages, and
本実施の形態によれば、複数のパワー半導体素子を組み合わせて配線し、所望の回路を構成して一括に樹脂封止うることができる。このため、優れた経済性を維持し、小型で高性能の半導体装置を提供することができる。たとえば、6個のパワー半導体素子と制御用ICとをリードフレームと金属細線とにより配線して、直流―交流変換回路を構成し、一括して樹脂封止することにより、経済性に優れた小型の電力変換装置を実現することができる。さらに、直流―交流変換回路に限定されず、さまざまな用途の半導体装置を提供することが可能になる。 According to the present embodiment, a plurality of power semiconductor elements can be combined and wired, and a desired circuit can be formed and collectively sealed with resin. Therefore, it is possible to provide a small and high performance semiconductor device while maintaining excellent economic efficiency. For example, six power semiconductor elements and a control IC are wired with a lead frame and fine metal wires to form a DC-AC conversion circuit, and the resin is encapsulated together to make a compact, highly economical. The power converter can be realized. Further, the present invention is not limited to the DC-AC conversion circuit, and it is possible to provide semiconductor devices for various uses.
(実施の形態6)
図7は、本発明の実施の形態6における半導体装置の断面図である。本実施の形態の半導体装置では、底面電極側リード30が下方に突出部34を有し、その突出部34が金属ブロック36に固相接合または超音波圧接されている。したがって、底面電極側リードの突出部34と金属ブロック36との接合部33は、超音波圧接部または溶接部によって構成される。この結果、短時間の処理工程によって、導通を確保でき、高い強度を有する接合部を確実に得ることが可能になる。
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. In the semiconductor device of the present embodiment, the bottom electrode-
(実施の形態7)
図8は、本発明の実施の形態7における半導体装置の断面図である。本実施の形態における半導体装置11では、金属ブロックの下側に位置する絶縁層25が、封止樹脂とは異なる材料で形成されている。実施の形態3の半導体装置(図3)では、上述のように、従来と同じ熱伝導率を有する封止樹脂を使用し、従来と同じ厚さを設けても、絶縁層25における熱抵抗は、従来の配置における絶縁層よりも低減され放熱特性が向上する。
(Embodiment 7)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. In the
しかし、この絶縁層を従来の封止樹脂よりも高い熱伝導率を有する絶縁層とするほうが放熱特性が向上することは、言うまでもない。本実施の形態では、金属ブロック26の下面以外は、熱伝導率を考慮せず、安価な封止樹脂を用い、放熱経路となる金属ブロックの下側の部分は、熱伝導率の高い材料とする。
However, it goes without saying that the heat dissipation characteristics are improved when this insulating layer is made of an insulating layer having a higher thermal conductivity than the conventional sealing resin. In the present embodiment, except for the lower surface of the
このため、本実施の形態では、熱伝導率の高い高価な樹脂の使用量を最小限に押さえたうえで、放熱特性をさらに向上させることができる。この結果、経済性と放熱特性に優れた小型で大容量の半導体装置を提供することが可能となる。 For this reason, in this Embodiment, after suppressing the usage-amount of expensive resin with high heat conductivity to the minimum, a thermal radiation characteristic can be improved further. As a result, it is possible to provide a small-sized and large-capacity semiconductor device excellent in economic efficiency and heat dissipation characteristics.
(実施の形態8)
図9は、本発明の実施の形態8における半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、金属ブロック26は直方体または立方体である。底面電極側リード30が沈め加工されることにより、沈め加工によって下方に突き出した突出部34が形成されている。底面電極側リード30はこの突出部34において、リード固着部が一体化された素子固着層31に接して固着されている。この突出部34を設けることにより、金属ブロックが接触してはならない底面電極側リード30との間の間隔を大きくとり、絶縁層28の厚さを大きくすることができる。また、上面電極側リード29も、底面電極側リードとは独立に、金属ブロックとの間の間隔を大きくとることができる。
(Embodiment 8)
FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
金属ブロック26は、鍛造加工または切削加工により形状を整える必要がある。しかし、鍛造加工は、形状について制約が多く、複雑な形状を加工するためには、複数の金型を必要とするなど、形状が複雑になると加工コストが増大する。一方、切削加工によっても、複雑な形状の金属ブロックを製造するには、長い加工時間を要するので、やはり加工コストが増大する。
The
一方、本実施の形態では、金属ブロック26を単純な直方体とし、加工コストが安価な曲げ加工によってリードフレーム30の接合部31を下方に突き出るように曲げて沈め加工を施す。このため、接触してはならない底面電極側リード30と金属ブロック26との間に間隔をとり、この間隔に封止樹脂を充填して絶縁層28を形成することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the
本発明の実施の形態によれば、金属ブロックを簡単な形状にしたうえで、加工コストが安い曲げ加工により、底面電極側リード30を下方に突き出るように曲げて、沈め加工を施すことにより、絶縁性を確保することができる。
According to the embodiment of the present invention, by making the metal block a simple shape, bending the bottom
(実施の形態9)
図10は、本発明の実施の形態9における半導体装置の断面図であり、図11は、その半導体装置の組み立て中の斜視図を示す。本実施の形態では、金属ブロック26の上端部に設けられた突出部27が、底面電極側リード30に設けられた嵌入部の孔36に嵌め入れられている。このため、パワー半導体素子21は、底面電極側リード30と金属ブロック26とに、ろう材23によって固着される。この構造により、パワー半導体素子の底面電極と、底面電極側リードと、金属ブロックの接合部とは、互いに電気的に導通され、かつ固定される。
(Embodiment 9)
FIG. 10 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a perspective view of the semiconductor device during assembly. In the present embodiment, the protruding
上記の本実施の形態では、パワー半導体素子が、底面電極側リード30および突出部27の両方にろう材で接合される場合について説明した。このような場合と異なり、底面電極側リードの孔36よりも突出部をわずかに大きくし、嵌入部を圧入構造とすることにより、ろう材23をもちいることなく嵌入部の電気的な接続と機械的な固定とを実現することができる。この場合、パワー半導体素子21が突出部27にのみ接続されていても、上記の実施の形態と同様な効果を得られるほか、パワー半導体素子21の下側に突出部と孔36の接触部がないので、長期にわたって高い信頼度を得ることができる。
In the present embodiment, the case where the power semiconductor element is bonded to both the bottom electrode-
(実施の形態10)
図12は、本発明の実施の形態10における半導体装置の断面図であり、図13はその半導体装置の製造途中の主要部を示す斜視図である。本実施の形態では、突出部27の側面に、凹部である突出方向に延びる溝43を設ける。突出部27と嵌入部の孔36とを嵌め合わせたときに、溝43が隙間となり、この隙間にろう材が充填され、さらにろう材は接合部31の底面に回り込み、底面電極側リード30と金属ブロック26との間の充填層37が形成される。
(Embodiment 10)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a perspective view showing the main part in the process of manufacturing the semiconductor device. In the present embodiment, a
本実施の形態によれば、ろう材23によってパワー半導体素子から金属ブロックにいたる伝熱経路の伝熱面積が大きくなり、放熱特性を向上させることができる。
According to the present embodiment, the
(実施の形態11)
図14は、本発明の実施の形態11における半導体装置の断面図であり、図15は、製造途中の半導体装置の主要部の斜視図である。本実施の形態の半導体装置11では、突出部27の断面形状を略四角形とし、コーナー部に面取り35を設けたことに特徴がある。突出部27と孔36とを嵌め合わせたとき、面取り部が隙間が生じる。ろう材を用いたとき、この隙間にろう材が流入し、さらに底面側に回り込み、底面電極側リード30と金属ブロック26との間の充填層37を形成する。
(Embodiment 11)
FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a perspective view of the main part of the semiconductor device being manufactured. The
本実施の形態によれば、ろう材の充填層37により伝熱面積を大きく確保できるので、放熱特性を向上させることができる。また、突出部27の断面が略4角形であり、孔36よりも突出部27の外形をわずかに大きくし、嵌入部の構成を圧入構造とすることにより、コーナー部が最も圧入しにくくなる。本実施の形態によれば、コーナー部が面取りされているので、圧入を容易に行なうことができる。
According to the present embodiment, a large heat transfer area can be secured by the
(実施の形態12)
図16は、本発明の実施の形態13における半導体装置を示す断面図である。本実施の形態における半導体装置では、突出部27を孔36よりもわずかに小さくすることにより、嵌合部に隙間ができるように構成する。この隙間にパワー半導体素子21を接合するためのろう材が流入し、さらに接合部31の底面側に流出し、底面電極側リード30と金属ブロック26との間の充填層37を形成する。
(Embodiment 12)
FIG. 16 is a sectional view showing a semiconductor device according to the thirteenth embodiment of the present invention. In the semiconductor device according to the present embodiment, the
本実施の形態によれば、ろう材23によって伝熱面積を確実に確保することができ、放熱特性を向上させることができる。また、突出部27の周囲が連続して隙間を形成するので、ろう材23が流入しやすく、底面電極側リード30と金属ブロック26との間に充填層37を確実に形成することができる。また、ろう材による接合面積が大きいので、電気的接続が確実となり、かつ機械的な固定強度も向上する。
According to the present embodiment, the heat transfer area can be reliably ensured by the
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 While the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments of the present invention disclosed above are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
以上説明したように、本発明の半導体装置によれば、熱伝導率の高い高価な封止樹脂を用いることなく、優れた経済性を維持したうえで、放熱性に優れた小型で大容量の半導体装置を得ることができる。また、複数のパワー半導体素子とそれぞれに付随する金属ブロックを配置することにより、直流-交流変換器など高機能の放熱性に優れた半導体装置を実現することができる。 As described above, according to the semiconductor device of the present invention, without using an expensive sealing resin with high thermal conductivity, while maintaining excellent economic efficiency, it is small in size and large capacity with excellent heat dissipation. A semiconductor device can be obtained. Further, by disposing a plurality of power semiconductor elements and a metal block attached to each of them, it is possible to realize a highly functional semiconductor device with excellent heat dissipation, such as a DC-AC converter.
11 半導体装置、21 パワー半導体素子、22 金属細線、23 素子固着層(ろう材、導電性接着剤など)、24 封止樹脂、25 金属ブロック底面側の絶縁層、26 金属ブロック、27 金属ブロックの突出部、28 金属ブロック上面側の絶縁層、29 上面電極側リード、30 底面電極側リード、31 リード固着部、32 溝、33 固相接合部(溶接部、超音波圧接部)、34 突出部、35 面取り部、36 孔(嵌入部)、37 底面電極側リードと金属ブロックとの間の充填層、40 接続リード、43 凹部(溝部)。
11 semiconductor device, 21 power semiconductor element, 22 metal fine wire, 23 element fixing layer (brazing material, conductive adhesive, etc.), 24 sealing resin, 25 insulating layer on the metal block bottom side, 26 metal block, 27 metal block Protrusion, 28 Insulating layer on the metal block upper surface side, 29 Upper surface electrode side lead, 30 Bottom electrode side lead, 31 Lead fixing portion, 32 Groove, 33 Solid phase bonding portion (welded portion, ultrasonic pressure contact portion), 34
Claims (4)
前記半導体素子の底面側に位置する金属ブロックと、
前記半導体素子の底面電極と前記金属ブロックとの間に接して配置された、導電性を有する素子固着層と、
前記半導体素子の底面電極と導通する底面電極側リードと、
前記半導体素子の上面電極と導通する上面電極側リードと、
前記金属ブロックと、前記半導体素子とを覆い、さらに前記底面電極側リードおよび前記上面電極側リードを突き出させて封止する封止樹脂とを備え、
前記金属ブロックに突出部を、前記底面電極側リードに貫通孔からなる、前記突出部を嵌め入れる嵌入部をそれぞれ備え、前記突出部が前記嵌入部に嵌め入れられており、
前記突出部を前記嵌入部に嵌め入れる前において、前記嵌入部の断面の内側の大きさが、前記突出部の断面外形の大きさよりも小さく、前記突出部を前記嵌入部に嵌め入れた後において、前記突出部と前記嵌入部との間に圧力を及ぼし合う圧入構造を形成し、
前記突出部および前記嵌入部の少なくとも一方において、平面的に見て前記突出部と前記嵌入部との境界に、部分的に間隙を形成する間隙部を備え、前記間隙部に、前記素子固着層と一体的に形成された導電性固着部が配置されている、半導体装置。 A semiconductor element having electrodes on each of the bottom surface and the top surface;
A metal block located on the bottom side of the semiconductor element;
An element fixing layer having conductivity, disposed between and in contact with the bottom electrode of the semiconductor element and the metal block;
A bottom electrode side lead conducting with the bottom electrode of the semiconductor element;
An upper surface electrode side lead electrically connected to the upper surface electrode of the semiconductor element;
A sealing resin that covers the metal block and the semiconductor element, and further seals the bottom electrode side lead and the top electrode side lead by protruding;
The metal block is provided with a protrusion, the bottom electrode side lead is formed with a through hole, and the protrusion is inserted into the protrusion, and the protrusion is inserted into the insertion part.
Before fitting the protruding portion into the fitting portion, the inner size of the cross section of the fitting portion is smaller than the size of the sectional outer shape of the protruding portion, and after fitting the protruding portion into the fitting portion. Forming a press-fitting structure that exerts pressure between the protruding portion and the fitting portion;
At least one of the protruding portion and the insertion portion includes a gap portion that partially forms a gap at a boundary between the protrusion portion and the insertion portion when seen in a plan view, and the element fixing layer is provided in the gap portion. A semiconductor device in which a conductive adhering portion formed integrally is disposed.
前記半導体素子の底面側に位置する複数の金属ブロックと、
前記半導体素子の底面電極と前記金属ブロックとの間に接して配置された、導電性を有する複数の素子固着層と、
前記半導体素子の底面電極と導通する複数の底面電極側リードと、
前記半導体素子の上面電極と導通する複数の上面電極側リードと、
前記金属ブロックと前記半導体素子とを覆い、さらに前記底面電極側リードおよび前記上面電極側リードを突き出させて封止する封止樹脂とを備える半導体装置であって、
前記複数の底面電極側リードは、それぞれ少なくとも1つの半導体素子の底面電極と導通し、
前記複数の上面電極側リードは、それぞれ少なくとも1つの半導体素子の上面電極と導通し、
前記複数の金属ブロックは、それぞれ少なくとも1つの半導体素子の底面電極に前記素子固着層によって固着され、
前記複数の金属ブロックが互いに、前記封止樹脂を間に挟んで離れており、
前記金属ブロックに突出部を、前記底面電極側リードに前記突出部を嵌め入れる嵌入部をそれぞれ備え、前記突出部が前記嵌入部に嵌め入れられており、
前記突出部を前記嵌入部に嵌め入れる前において、前記嵌入部の断面の内側の大きさが、前記突出部の断面外形の大きさよりも小さく、前記突出部を前記嵌入部に嵌め入れた後において、前記突出部と前記嵌入部との間に圧力を及ぼし合う圧入構造を形成し、
前記突出部および前記嵌入部の少なくとも一方において、平面的に見て前記突出部と前記嵌入部との境界に、部分的に間隙を形成する間隙部を備え、前記間隙部に、前記素子固着層と一体的に形成された導電性固着部が配置されている、半導体装置。 A plurality of semiconductor elements each having an electrode on a bottom surface and a top surface;
A plurality of metal blocks located on the bottom side of the semiconductor element;
A plurality of element fixing layers having conductivity, disposed between and in contact with the bottom electrode of the semiconductor element and the metal block;
A plurality of bottom electrode-side leads electrically connected to the bottom electrode of the semiconductor element;
A plurality of upper surface electrode side leads that are electrically connected to the upper surface electrode of the semiconductor element;
A semiconductor device comprising: a sealing resin that covers the metal block and the semiconductor element, and further includes a sealing resin that projects and seals the bottom electrode side lead and the top electrode side lead;
The plurality of bottom electrode-side leads are each electrically connected to the bottom electrode of at least one semiconductor element;
The plurality of upper surface electrode side leads are electrically connected to the upper surface electrode of at least one semiconductor element, respectively.
The plurality of metal blocks are each fixed to the bottom electrode of at least one semiconductor element by the element fixing layer,
The plurality of metal blocks are separated from each other with the sealing resin in between,
The metal block is provided with a protruding portion, and the protruding portion is fitted into the fitting portion, and the protruding portion is fitted into the fitting portion.
Before fitting the protruding portion into the fitting portion, the inner size of the cross section of the fitting portion is smaller than the size of the sectional outer shape of the protruding portion, and after fitting the protruding portion into the fitting portion. Forming a press-fitting structure that exerts pressure between the protruding portion and the fitting portion;
At least one of the protruding portion and the insertion portion includes a gap portion that partially forms a gap at a boundary between the protrusion portion and the insertion portion when seen in a plan view, and the element fixing layer is provided in the gap portion. A semiconductor device in which a conductive adhering portion formed integrally is disposed.
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