JP5009956B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置、特に、トランスファーモールド型の電力用半導体装置として好適に利用できる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device that can be suitably used as a transfer mold type power semiconductor device.
従来のトランスファーモールド型の電力用半導体装置では、金属ブロックの一つの表面にパワー半導体素子がはんだにより接続されて固定されると共にこのパワー半導体素子に信号端子や主電極端子が金属細線を用いて電気的に接続されており、これらパワー半導体素子、主電極端子、信号端子がこれらの部材を搭載した金属ブロック表面と共に樹脂でモールドされている。 In a conventional transfer mold type power semiconductor device, a power semiconductor element is connected and fixed to one surface of a metal block by solder, and a signal terminal and a main electrode terminal are electrically connected to the power semiconductor element using a metal thin wire. These power semiconductor elements, main electrode terminals, and signal terminals are molded with resin together with the metal block surface on which these members are mounted.
パワー半導体素子などが搭載されていない反対側の金属ブロック表面(裏面)に絶縁層を備えた半導体装置もある。この絶縁層は、金属ブロック表面に接する樹脂層と該樹脂層の上に配置された金属層を備えており、この金属層に接する状態で放熱器(放熱フィン)が取り付けられる。他の電力用半導体装置として、絶縁層を介することなく、金属ブロック裏面に直接放熱器を設けたものもある。このように構成された従来の電力用半導体装置によれば、パワー半導体素子で発生した熱は、金具ブロックの中を拡散し、絶縁層を介して、または金属ブロックから直接、放熱器(放熱フィン)に伝わり放熱される。 Some semiconductor devices have an insulating layer on the surface (rear surface) of the opposite metal block on which no power semiconductor element or the like is mounted. The insulating layer includes a resin layer in contact with the metal block surface and a metal layer disposed on the resin layer, and a radiator (radiation fin) is attached in contact with the metal layer. As another power semiconductor device, there is a device in which a heat radiator is provided directly on the rear surface of a metal block without an insulating layer interposed. According to the conventional power semiconductor device configured as described above, the heat generated in the power semiconductor element diffuses in the metal block, and passes through the insulating layer or directly from the metal block. ) And is dissipated.
ところで、電力用半導体装置から放熱器への熱伝達性能は、金属ブロックと放熱器の接触面積(対向面積)と、金属ブロックと放熱器の間の温度差とに比例する。従って、放熱性能を上げるためには、温度差を大きくする方法と、金属ブロックと放熱器を大きくして両者の接触面積を大きくする方法とが考えられる。 By the way, the heat transfer performance from the power semiconductor device to the radiator is proportional to the contact area (opposite area) between the metal block and the radiator and the temperature difference between the metal block and the radiator. Therefore, in order to improve the heat dissipation performance, a method of increasing the temperature difference and a method of increasing the contact area between the metal block and the radiator by enlarging them can be considered.
ところが、外気温度(具体的には、放熱器の周辺温度)が一定とすれば、温度差を大きくすることは、半導体素子の動作温度を上げることである。このことは信頼性の低下という問題を生じる。他方、接触面積を大きくすることは、半導体装置を大きくすることであり、小型化の要求に反する。また、金属ブロックを大きくしても、金属ブロック内部の温度はパワー半導体素子から遠ざかるに従って下がるため、必ずしも放熱効率が向上するとは限らない。 However, if the outside air temperature (specifically, the ambient temperature of the radiator) is constant, increasing the temperature difference means increasing the operating temperature of the semiconductor element. This causes the problem of reduced reliability. On the other hand, increasing the contact area means increasing the size of the semiconductor device, which is against the demand for miniaturization. Even if the metal block is made larger, the temperature inside the metal block decreases as the distance from the power semiconductor element increases, so the heat dissipation efficiency does not always improve.
特許文献1、特許文献2、特許文献3及び特許文献4に記載の半導体装置は、いずれも半導体チップの両面に放熱部材を設けて両面から放熱を行うものである。
The semiconductor devices described in Patent Literature 1,
本発明は、半導体装置、例えばトランスファーモールド型の電力用半導体装置において、装置全体の大きさを変えずに放熱性を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve heat dissipation in a semiconductor device, for example, a transfer mold type power semiconductor device, without changing the size of the entire device.
本発明は、上記の目的を達成するために為されたものである。本発明に係る半導体装置は、
第1の主面と第2の主面を有する金属ブロックと、
前記第1の主面に形成された溝と、
前記溝に収容され、前記溝の底面において前記金属ブロックに固定された半導体素子と、
前記溝に収容され、前記半導体素子に電気的に接続された主電極端子と、
前記溝に収容され、前記半導体素子に電気的に接続された信号端子と、
前記第1の主面に接して前記第1の主面を覆う第1の絶縁層と、
前記第2の主面に接して前記第2の主面を覆う第2の絶縁層と、
前記第1及び第2の絶縁層を露出させ、前記信号端子を保持するように前記金属ブロックの周囲に成型されたモールド樹脂と
を備えた半導体装置である。
The present invention has been made to achieve the above object. A semiconductor device according to the present invention includes:
A metal block having a first main surface and a second main surface;
A groove formed in the first main surface;
A semiconductor element housed in the groove and fixed to the metal block at the bottom of the groove;
A main electrode terminal housed in the groove and electrically connected to the semiconductor element;
A signal terminal housed in the groove and electrically connected to the semiconductor element;
A first insulating layer in contact with the first main surface and covering the first main surface;
A second insulating layer in contact with the second main surface and covering the second main surface;
And a mold resin molded around the metal block so as to expose the first and second insulating layers and hold the signal terminal.
本発明を利用することにより、電力用半導体装置において、金属ブロックの大きさと半導体素子の発熱量とが所与のものである場合、半導体素子の動作温度を下げることができる。また、逆に、半導体素子の動作温度を固定の条件とするならば、半導体素子により大きな電流を流すことができる。更に、電流と半導体素子の動作温度とを固定の条件とするならば、装置全体を小型化できる。 By utilizing the present invention, in the power semiconductor device, when the size of the metal block and the heat generation amount of the semiconductor element are given, the operating temperature of the semiconductor element can be lowered. Conversely, if the operating temperature of the semiconductor element is fixed, a large current can be passed through the semiconductor element. Furthermore, if the current and the operating temperature of the semiconductor element are fixed, the entire apparatus can be downsized.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る好適な実施の形態を説明する。なお、以下の説明では、特定の方向を示す用語「上」、「下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語(例えば「上面」、「下面」、「右側」、「左側」)を適宜使用するが、それらの使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。したがって、以下に説明する具体的な発明の実施形態を上下反転して、または任意の方向(例えば、時計回り方向又は反時計回り方向)に90°回転した形態も当然本発明の技術的範囲に含まれるものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, terms “upper”, “lower”, “right”, “left” indicating a specific direction and other terms including those terms (for example, “upper surface”, “lower surface”, “right side”) , “Left side”) is used as appropriate, but the use thereof is intended to facilitate understanding of the invention with reference to the drawings, and the technical scope of the invention is not limited by these terms. Accordingly, embodiments of the specific invention described below are upside down or rotated 90 ° in any direction (for example, clockwise direction or counterclockwise direction) as a matter of course. It is included.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る電力用のパワー半導体装置の横断面〔図1(A)〕、縦断面〔図1(B)〕及びその一部を切除した平面〔図1(C)〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック4、パワー半導体素子6、第1の主電極端子8、第2の主電極端子10、信号端子12、及びモールド樹脂(被覆部材)14から構成されている。
[Embodiment 1]
1 is a cross-sectional view (FIG. 1A), a vertical cross-section [FIG. 1B] of a power semiconductor device for electric power according to Embodiment 1 of the present invention, and a plan view with a part thereof cut away (FIG. 1). (C)], and the power semiconductor device shown in the figure schematically shows the
金属ブロック4は、銅やアルミニウムなどの導電性金属材料からなる四角形の板又は塊であり、図1(A)、(B)において上方に位置する第1の主面16と、同図において下方に位置する第2の主面18を有する。以下、第1の主面を「金属ブロック上面」、第2の主面を「金属ブロック下面」という。
The
金属ブロック上面16は溝19を有する。図1(C)を示されているように、溝19は金属ブロック上面16のほぼ中央部分を図面の上下方向に横断している。また、図1(A)、(B)に示されているように、溝19は四角形の横断面を有する。このように形成された溝19は、この溝19に配置される複数の部材に対応して複数の収容部分を有する。実施の形態において、これら複数の収容部分は、金属ブロック4にパワー半導体素子6を接続し固定するための第1の凹部20と、信号端子12を配置するための第2の凹部22と、第1の主電源端子8を配置するための第3の凹部24からなり、第1の凹部20の両側に第2の凹部22と第3の凹部24が配置されている。図1(C)に最も良く示すように、金属ブロック上面16には、図面の右上に表れる角部領域を切除して所定深さの第4の凹部26が形成されており、この第4の凹部26が第2の主電極端子10の収容部分として利用されるようにしてある。
The metal block
なお、本実施の形態では、一定の深さの溝19を形成することによって、第1の凹部20、第2の凹部22及び第3の凹部24のそれぞれの底面が同一の高さに配置されている(図1(B)参照)が、これら凹部20、22、24の底面の高さは違ってもよい。また、図1(C)に示されているように、第2の凹部22は、第1の凹部20及び第3の凹部24よりも幅が狭くなっているが、それぞれの凹部の幅はそこに配置される部材の大きさに応じて適宜決定すればよい。第4の凹部26の幅及び深さも、そこに収容される第2の主電極端子10の大きさに応じて適宜決定すればよい。
In the present embodiment, the bottom surfaces of the
このように構成されている金属ブロック4に対し、第1の凹部20の底面には、パワー半導体素子6の裏面に設けた電極用端子(図示せず。)がはんだ28により接合される。はんだの代わりに、導電性接着材を利用してもよい。なお、本実施の形態に限らず、以下に説明する他の実施の形態の説明においても、はんだが利用される箇所はこれに代えて導電性接着材を用いることができる。
An electrode terminal (not shown) provided on the back surface of the
図1(B)、(C)に示すように、第1の主電極端子8は、1枚の金属板を折り曲げて形成されており、一端側の第1の平坦部30と他端側の第2の平坦部32を有し、これら両平坦部30、32が接続部(折曲部)34で繋がれ、第1の平坦部30と第2の平坦部32が平行にされている。このように構成された第1の主電極端子8は、第1の凹部20と第3の凹部24に収容され、第2の平坦部32を外方に突出させた状態で第1の平坦部30を半導体素子6の上に載せ、半導体素子6の主電極部(図示せず。)とはんだ28により接合される。この状態で、図1(A)に示すように、第1の平坦部30の上面は、金属ブロック上面16と同一の高さに位置しており、このような高さ関係(すなわち、面一の関係)が得られるように、溝19(第1の凹部20の深さ)が決められている。
As shown in FIGS. 1B and 1C, the first
信号端子12は細長い板状の導電性金属板材からなり、一端側を第2の凹部22に位置させた状態で他端側が外部に突出するように配置されており、第2の凹部22に配置された一端側がパワー半導体素子6の対応する信号電極(図示せず)とアルミニウム等からなる導電ワイヤ36で電気的に接続されている。図1(A)、(B)に示すように、信号端子12は、金属ブロック4に樹脂をモールドする際に該モールド樹脂14に埋め込まれて保持される。
The
第2の主電極端子10は、導電性金属の細長い板からなり、第2の主電極端子10は、一方の端部とその近傍が第4の凹部26に接合され、他方の端部が外部に突出するように配置される。図1(A)に示すように、第2の主電極端子10の上面は金属ブロック上面16よりも低い位置にあり、第4の凹部26の深さは第2の主電極端子の厚さよりも大きい。そのため、金属ブロック4を樹脂モールドする際に、この第2の主電極端子上面が樹脂によって覆われる。また、第2の主電極端子10の第2主電極配置凹部26の底面への接合では、はんだや導電性接着材以外に、超音波接合の技術を用いることができる。
The second
金属ブロック上面16と金属ブロック下面18には第1と第2の絶縁層38が配置される。具体的に、金属ブロック上面16を覆う第1の絶縁層38は、金属ブロック上面16に沿って溝19(第1〜第3の凹部)上と第4の凹部26上に延在し、金属ブロック上に配置された主電極端子部分及び信号端子部分も覆い、金属ブロック上面16の全周縁から所定長さ突出している。また、金属ブロック上面16と同一の高さに配置された第1の主電極端子8の上面部分は絶縁層38と接触している。金属ブロック下面18を覆う第2の絶縁層38は、金属ブロック下面18の全体を覆い、周縁部が金属ブロック下面18から所定長さ突出している。
First and second insulating
絶縁層38は、電気的に絶縁性の樹脂層40と導電性の金属層42とを含む。樹脂層40を構成する材料にはエポキシ樹脂が用いられる。また、樹脂層40は、樹脂層40及びこれを含む絶縁層38にモールド樹脂14よりも高い熱伝導性を付与するために、アルミナ、窒化アルミ、窒化珪素若しくは窒化ボロンなどの高熱伝導性のセラミック粉末のうち、一つ若しくは複数が適度に混入されている。金属層42を構成する材料には銅やアルミニウムが用いられる。このような構成を有する絶縁層38は、樹脂層40が内側(金属ブロック側)、金属層42が外側に配置される。
The insulating
モールド樹脂14は、電気的に絶縁性の樹脂材料からなり、上下の絶縁層38を露出させ、主電極端子8、10と信号端子12を突出させた状態で、金属ブロック4の周囲に成型される。このとき、外部に突出する主電極端子8、10と信号端子12は上下の金型(図示せず)によって保持される。
The
このように構成されたパワー半導体装置2に対し、図2に示すように、上下の絶縁層38の上に放熱器(放熱フィン)44が設定される。これにより、パワー半導体素子6で発生した熱は、その一部が金属ブロック4に吸収される。金属ブロック4に吸収された熱は、金属ブロック4の中を伝わり、下部絶縁層38を介して下部放熱器44から大気中に放出されると共に上部絶縁層38を介して上部放熱器44から大気に放出される。また、パワー半導体素子6で発生した熱の残りの一部は、パワー半導体素子6に支持された第1の主電極端子8から上部絶縁層38を介して上部放熱器44より大気に放出される。このとき、上下の絶縁層38を構成している樹脂層40は高い熱伝導性を有することから、放熱経路を形成している他の部材(金属ブロック4、主電極端子8、10及び金属層42)と同様に良好に熱を伝達するので、パワー半導体素子6で発生した熱の流れを妨げることがない。
For the
したがって、実施の形態1に係るパワー半導体装置2によれば、パワー半導体素子6で発生した熱が上下の放熱面から効率良く大気に放出できるので、結果的に信頼性の高いパワー半導体装置を得ることができる。また、パワー半導体素子6には大きな電流を流すことができる。さらに、放熱効率が高いことから、金属ブロック4の小型化、さらには半導体装置の小型化が可能となる。
Therefore, according to the
なお、上述したパワー半導体装置2では、第1の主電極端子8とパワー半導体素子6ははんだ28で接続しているが、ワイヤ36と同様のワイヤで両者を電気的に接続してもよい。また、図1に示す実施の形態1に係る半導体装置2は一つの半導体素子6のみを有するが、複数の半導体素子を備えた半導体装置にも本発明は適用可能である。この場合、複数の半導体素子は、金属ブロック上面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロック下面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロックの上面と下面に形成した凹部にそれぞれ配置してもよい。
In the
さらに、図3に示すように、複数の金属ブロック4a、4bを一つの樹脂でモールドして一体化するとともに、一方の金属ブロック4aから引き出された主電極端子8aと別の金属ブロック4bから引き出された別の主電極端子8bを、モールド樹脂14内に配置された結線端子46で電気的に接続してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the plurality of
[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の形態2に係る電力用のパワー半導体装置の横断面〔図4(A)〕、縦断面〔図4(B)〕及びその一部を切除した平面〔図4(C)〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック4、パワー半導体素子6、第1の主電極端子8、第2の主電極端子10、信号端子12、及びモールド樹脂(被覆部材)14から構成されている。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a cross-sectional view (FIG. 4A), a vertical cross-section [FIG. 4B] of a power semiconductor device for electric power according to
実施の形態2に係るパワー半導体装置2は、実施の形態1に係るパワー半導体装置2と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。
The
図1により説明した実施の形態1に係る半導体装置2の金属ブロック4では、第2の凹部22と第3の凹部24が、第1の凹部20の両側に配置されている。図4に示される実施の形態2に係る半導体装置2を構成する金属ブロック4では、第3の凹部24が、第2の凹部を兼ねるように形成され、第2の凹部は単独では形成されていない。更に第3の凹部24は、第1の凹部20よりも深さを大きくされている(図4(B)参照)。
In the
第1の主電極端子8は、第1の平坦部30、第2の平坦部32、及び連続部(屈曲部)34とから構成されるが、図4(C)に示すように、第1の平坦部30と第2の平坦部32は平行にされ連続部(屈曲部)34はそれぞれの平坦部に直交して2つの平坦部を繋ぐ。また、第1の主電極端子8は、第1の平坦部30と連続部34の境線、及び連続部34と第2の平坦部32の境線にて折り曲げられ、第2の平坦部32が第1の平坦部30より低くなるようにされている。
The first
第3の凹部24において、第1の主電極端子8の第1の平坦部30と、信号端子12及び導電ワイヤ36とは、図4(B)に示すように上下で配置されている。第1の主電極端子8と半導体素子6は、実施の形態1と同様にはんだ28を介して接合される。第1の主電極端子8の第2の平坦部32は、実施の形態1の半導体装置の場合とは位置を異ならせて、外方に突出している。第1の主電極端子8の上面部分は、実施の形態1と同様に絶縁層38と接触している。
In the
信号端子12は一端側を第3の凹部24に位置させた状態で、他端側が外方に突出するように配置されており、第3の凹部24に配置された一端側がパワー半導体素子6の対応する信号電極(図示せず。)と導電ワイヤ36で接続する。
The
第3の凹部24に第1の主電源端子8と信号端子12を収容することにより、図4(C)に示すように、金属ブロック4の第1の主面16から凹部(第1の凹部20、第3の凹部24)を除いた面をより拡大することができる。従って、第1の主面16側からの放熱量を更に上げられる。
By accommodating the first main
図4に示す実施の形態2に係るパワー半導体装置2において、信号端子12をパワー半導体素子6に接続するワイヤボンドの配線作業のために、第1の主電極端子8の第1の平坦部30に貫通孔が開けられているのが好ましい。このようにすれば、固定治具やワイヤボンドツールを使い易くなる。
In the
[実施の形態3]
図5は、本発明の実施の形態3に係る電力用のパワー半導体装置の縦断面〔図5(A)〕及びその一部を切除した平面〔図5(B)〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック4、パワー半導体素子6、第1の主電極端子8、第2の主電極端子10、信号端子12、制御回路基板48、及びモールド樹脂(被覆部材)14から構成されている。
[Embodiment 3]
FIG. 5 shows a longitudinal section [FIG. 5A] of a power semiconductor device for electric power according to Embodiment 3 of the present invention and a plane [FIG. 5B] with a part thereof cut away. The power semiconductor device generally includes a
実施の形態3に係るパワー半導体装置2は、実施の形態1に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。
The
図5に示すパワー半導体装置2では、実施の形態1に係るパワー半導体装置と同様に、金属ブロック4の片方の主面には溝19が形成されている。金属ブロック4の第2の凹部22の一部に制御回路基板48が搭載される。
In the
制御回路基板48の裏面は接着材(図示せず。)により金属ブロック4の第2の凹部22の底面に接合される。制御回路基板48と半導体素子6の信号電極との間、及び信号端子12と制御回路基板48との間は、導電ワイヤ36で結線されている。結線のための金属細線の材料は、アルミニウムに限定されず、その他の導電金属(例えば、金)であってもよい。
The back surface of the
制御回路基板48が搭載されることにより、パワー半導体装置2に制御機能が盛り込まれ、パワー半導体装置2の高機能化が図れる。
By mounting the
[実施の形態4]
図6は、本発明の実施の形態4に係る電力用のパワー半導体装置の樹脂封止前の状態での横断面〔図6(A)〕及び樹脂封止後の状態での横断面〔図6(B)〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック4、パワー半導体素子6、第1の主電極端子8、第2の主電極端子10、信号端子12、及びモールド樹脂(被覆部材)14から構成されている。
[Embodiment 4]
FIG. 6 is a cross section of a power semiconductor device for electric power according to
実施の形態4に係るパワー半導体装置2は、実施の形態1乃至実施の形態3に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。
The
図6(A)に示すように、実施の形態4に係る半導体装置2において、第1の主電極端子8は、第1の平坦部の代わりに、薄板(薄金属板)を2つのロール状に曲げて形成される第1の巻板部50で構成される。第1の巻板部50の2つのロールの一部は、半導体素子6へはんだ28により接合する。この第1の巻板部50は一つのロールで構成されてもよい。
As shown in FIG. 6A, in the
第1の巻板部50が半導体素子6に接合された時点では、第1の巻板部50の平坦な上面部分は、金属ブロック4の第1の主面16より僅かに(図6(A)では、“h”だけ)上方に出るようにされている。このあと、モールド樹脂14による封止時、第1の巻板部50は絶縁層38を介して金型で加圧される。そうすると、元来可撓性を備えるロール構造の巻板部は適宜撓み、第1の巻板部50の平坦な外面(上面)部分が絶縁層38に押力を与えつつ接触する。その後モールド樹脂14が硬化すると、第1の巻板部50の平坦な部分が第1の主面16と面一の状態を保持する。したがって、第1の巻板部50の平坦な部分が絶縁層38に押力をもって接しそれが保持されることにより、高い放熱特性をより安定したものとすることができる。
At the time when the first winding
[実施の形態5]
図7は、本発明の実施の形態5に係る電力用のパワー半導体装置の横断面〔図7(A)〕、縦断面〔図7(B)〕及びその一部を切除した平面〔図7(C)〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック4、パワー半導体素子6、第1の主電極端子8、第2の主電極端子10、信号端子12、及びモールド樹脂(被覆部材)14から構成されている。
[Embodiment 5]
7 is a cross-sectional view (FIG. 7A), a vertical cross-section [FIG. 7B] of a power semiconductor device for electric power according to
実施の形態5に係るパワー半導体装置2は、実施の形態1に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略し、差異を中心に説明する。
The
実施の形態5に係る半導体装置2にも、実施の形態1と同様に、第1の凹部20、第2の凹部22及び第3の凹部24から構成される溝19と、第4の凹部26とが形成され、パワー半導体素子6、信号端子12、第1の主電極端子8、及び第2の主電極端子10が接合する。ここで、第1の主電極端子8の第1の平坦部30は実施の形態1と同様に半導体素子6の主電極部(図示せず。)と接合するが、第1の平坦部30の上面は金属ブロック4の第1の主面16よりも低い高さに位置しており、このような関係が得られるように溝19(第1の凹部20)の深さが決められている。第1の凹部20、第2の凹部22及び第3の凹部24にモールド樹脂14が封入されると、第1の主電極端子8の上面はモールド樹脂14で完全に覆われる。
Similarly to the first embodiment, the
実施の形態5に係るパワー半導体装置2には、図1に示されるような絶縁層が備わらない。従って、図8に示すように、放熱器(放熱フィン)44を取り付ける際には、放熱器44とパワー半導体装置2との間に、層状の絶縁材52が挟み込まれる。金属ブロック上面16に接して配置される第1の絶縁材52は、金属ブロック上面16の全周縁から所定長さ突出している。金属ブロック下面18に接して配置される第2の絶縁材52は、周縁部が金属ブロック下面18から所定長さ突出している。絶縁材52を構成する材料は、セラミックでもよく、高熱伝導性のセラミック粉末が適宜混入されたシリコン樹脂でもよい。
The
実施の形態5に係るパワー半導体装置は、絶縁層(図1参照)を備えない規格の製品に対応するものである。従って、絶縁材52が挟まれて放熱器(放熱フィン)44が設定されると実施の形態5に係るパワー半導体装置は、実施の形態1に係るパワー半導体装置の備える効果を同様に実現する。
The power semiconductor device according to the fifth embodiment corresponds to a standard product that does not include an insulating layer (see FIG. 1). Therefore, when the
放熱器(放熱フィン)44は、図8に示すようにパワー半導体装置2に対し上下に設定される。これにより、パワー半導体素子6で発生した熱は、その一部が金属ブロック4に吸収される。金属ブロック4に吸収された熱は、金属ブロック4の中を伝わり、下部絶縁材52を介して下部放熱器44から大気中に放出されると共に上部絶縁材52を介して上部放熱器44から大気に放出される。このとき、上下の絶縁材52は高い熱伝導性を有することから、放熱経路を形成している他の部材(金属ブロック4、主電極端子8、10及び金属層42)と同様に良好に熱を伝達するので、パワー半導体素子6で発生した熱の流れを妨げることがない。
The radiator (radiating fin) 44 is set up and down with respect to the
したがって、実施の形態5に係るパワー半導体装置2によれば、パワー半導体素子6で発生した熱が上下の放熱面から効率良く大気に放出できるので、結果的に信頼性の高いパワー半導体装置を得ることができる。また、パワー半導体素子6には大きな電流を流すことができる。さらに、放熱効率が高いことから、金属ブロック4の小型化、さらには半導体装置の小型化が可能となる。
Therefore, according to the
また、図7に示す実施の形態5に係る半導体装置2は一つの半導体素子6のみを有するが、複数の半導体素子を備えた半導体装置にも本発明は適用可能である。この場合、複数の半導体素子は、金属ブロック上面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロック下面に形成した複数の凹部にそれぞれ配置してもよいし、金属ブロックの上面と下面に形成した凹部にそれぞれ配置してもよい。
Further, the
さらに、図9に示すように、複数の金属ブロック4a、4bを一つの樹脂でモールドして一体化するとともに、一方の金属ブロック4aから引き出された主電極端子10aと別の金属ブロック4bから引き出された別の主電極端子8bを、モールド樹脂14内に配置された結線端子46で電気的に接続してもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 9, a plurality of
[実施の形態6]
図10は、本発明の実施の形態6に係る電力用のパワー半導体装置の一部を切除した平面〔図10(A)〕及び縦断面〔図10(B)〕を示しており、図示するパワー半導体装置は、概略、金属ブロック4、パワー半導体素子6、第1の主電極端子8、第2の主電極端子10、信号端子12、及びモールド樹脂(被覆部材)14から構成されている。
[Embodiment 6]
FIG. 10 shows a plan view (FIG. 10A) and a longitudinal section [FIG. 10B] in which a part of a power semiconductor device for electric power according to a sixth embodiment of the present invention is cut away. The power semiconductor device generally includes a
実施の形態6に係るパワー半導体装置2は、実施の形態5に係るパワー半導体装置と略同一のものである。従って、同一の部位には同一の符号を付して説明を省略する。
The
図7により説明した実施の形態5に係る半導体装置2の金属ブロック4では、第2の凹部22と第3の凹部24が、第1の凹部20の両側に配置されている。図10に示される実施の形態6に係る半導体装置に含まれる金属ブロック4では、第3の凹部24が第2の凹部を兼ねるように形成され、第2の凹部は単独では形成されていない。更に第3の凹部24は第1の凹部20よりも深さを大きくされている(図10(B)参照)。
In the
第1の主電極端子8は、第1の平坦部30、第2の平坦部32、及び連続部(屈曲部)34とから構成されるが、図10(A)に示すように、第1の平坦部30と第2の平坦部32は平行にされ、連続部(屈曲部)34はそれぞれの平坦部に直交して2つの平坦部を繋ぐ。また、第1の主電極端子8は、第1の平坦部30と連続部34の境線、及び連続部34と第2の平坦部32の境線にて折り曲げられ、第2の平坦部32が第1の平坦部30より低くなるようにされている。
The first
第3の凹部24において、第1の主電極端子8の第1の平坦部30と、信号端子12及び導電ワイヤ36は、図10(B)に示すように上下に配置されている。第1の主電極端子8と半導体素子6は、実施の形態5と同様にはんだ28を介して接合される。第1の主電極端子8の第2の平坦部32は、実施の形態5に係る半導体装置の場合とは位置を異ならせて、外方に突出する。
In the
信号端子12は一端側を第3の凹部24に位置させた状態で、他端側が外方に突出するように配置されており、第3の凹部24に配置された一端側がパワー半導体素子6の対応する信号電極(図示せず。)と導電ワイヤ36で接続する。
The
第3の凹部24に第1の主電極端子8と信号端子12とを収容させることにより、図10(A)に示すように、金属ブロック4の第1の主面16から凹部(第1の凹部20、第3の凹部24)を除いた面をより拡大することが可能になる。従って、第1の主面16側からの放熱量を更に上げられる。
By accommodating the first
図10に示す実施の形態6に係る半導体装置において、信号端子12をパワー半導体素子6に接続するワイヤボンドの配線作業のために、第1の主電極端子8の第1の平坦部30に貫通孔が開けられているのが好ましい。このようにすれば、固定治具やワイヤボンドツールを使い易くなる。
In the semiconductor device according to the sixth embodiment shown in FIG. 10, the first
2 パワー半導体装置、 4 金属ブロック、 6 パワー半導体素子、 8 第1の主電極端子、 10 第2の主電極端子、 12 信号端子、 14 モールド樹脂、 19 溝、 20 第1の凹部、 22 第2の凹部、 24 第3の凹部、 26 第4の凹部、 28 はんだ、 36 導電ワイヤ、 38 絶縁層、 44 外部放熱器(放熱フィン)、 48 制御回路基板、 50 第1の巻板部、 52 絶縁材。 2 power semiconductor device, 4 metal block, 6 power semiconductor element, 8 first main electrode terminal, 10 second main electrode terminal, 12 signal terminal, 14 mold resin, 19 groove, 20 first recess, 22 second Recess, 24 third recess, 26 fourth recess, 28 solder, 36 conductive wire, 38 insulating layer, 44 external radiator (radiating fin), 48 control circuit board, 50 first winding plate portion, 52 insulation Wood.
Claims (3)
前記第1の主面に形成された溝と、
前記溝に収容され、前記溝の底面において前記金属ブロックに固定された半導体素子と、
前記溝に収容され、前記半導体素子に電気的に接続された主電極端子と、
前記溝に収容され、前記半導体素子に電気的に接続された信号端子と、
前記第1の主面に接して前記第1の主面を覆う第1の絶縁層と、
前記第2の主面に接して前記第2の主面を覆う第2の絶縁層と、
前記第1及び第2の絶縁層を露出させ、前記信号端子を保持するように前記金属ブロックの周囲に成型されたモールド樹脂と
を備えた半導体装置。 A metal block having a first main surface and a second main surface;
A groove formed in the first main surface;
A semiconductor element housed in the groove and fixed to the metal block at the bottom of the groove;
A main electrode terminal housed in the groove and electrically connected to the semiconductor element;
A signal terminal housed in the groove and electrically connected to the semiconductor element;
A first insulating layer in contact with the first main surface and covering the first main surface;
A second insulating layer in contact with the second main surface and covering the second main surface;
A semiconductor device comprising: a mold resin molded around the metal block so as to expose the first and second insulating layers and hold the signal terminal.
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