JP5062189B2

JP5062189B2 - 半導体装置の実装構造

Info

Publication number: JP5062189B2
Application number: JP2009010646A
Authority: JP
Inventors: 康弘清水
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-01-21
Also published as: JP2010171104A

Description

本発明は、放熱板の表面上に半導体素子を搭載し、放熱板の裏面を露出させた状態で放熱板および半導体素子をモールド樹脂にて包み込むように封止してなる半導体装置を、放熱板の裏面側にて放熱器上に搭載した半導体装置の実装構造に関する。

従来より、表面、表面と反対側の裏面および表面と裏面との間に配置される側面を有し、Ｃｕ等を用いて構成された放熱板と、この放熱板の表面上に搭載される半導体素子と、放熱板の裏面および側面の一部が露出するように放熱板および半導体素子を包み込むモールド樹脂とを有する半導体装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような半導体装置は、例えば、フィン形状を有する放熱器上に絶縁膜を介して放熱板の裏面と放熱器とが対向するようにして搭載され、半導体装置と放熱器とが絶縁された状態とされている。すなわち、例えば、一つの放熱器上に複数の半導体装置を搭載する場合に、放熱器を介して各半導体装置が電気的に接続されることを防止するためである。また、例えば、放熱器を介して半導体装置からリーク電流が流れ出ることを防止するためである。

そして、上記のように半導体装置を放熱器上に搭載した場合には、半導体素子に発生する熱は放熱板および絶縁膜を介して放熱器に伝わり、熱が放熱器から外部へ放熱される。

特開２００５−３２７７９１号公報

しかしながら、このような半導体装置は、樹脂から露出している側面に突起が形成される場合がある。例えば、半導体装置が搬送中に何らかの物体に衝突すると、放熱板のうちモールド樹脂から露出している側面が変形して突起が形成される。そして、この突起が放熱板の裏面側から突出していると、半導体装置を放熱器に実装した際に、突起が絶縁膜を貫通して放熱器に接触する可能性があり、突起が放熱器に接触する場合には放熱板と放熱器との絶縁を確保することができないという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、半導体装置と放熱器との絶縁を確実に行うことができる半導体装置の実装構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面と、表面と反対側の裏面と、表面と裏面との間に配置される側面と、を有する放熱板（１１）と、放熱板（１１）の表面上に搭載された半導体素子（１２）と、放熱板（１１）のうち裏面および側面の一部が露出するように、放熱板（１１）および半導体素子（１２）を包み込んで封止するモールド樹脂（１３）と、を備える半導体装置（１０）と、半導体装置（１０）を搭載する放熱器（３０）と、放熱器（３０）上に配置される絶縁層（２０）と、を有し、絶縁層（２０）側に放熱板（１１）の裏面側を向けた状態で、半導体装置（１０）を放熱器（３０）上に搭載する半導体装置の実装構造であって、放熱器（３０）のうち半導体装置（１０）を搭載する一面には、放熱板（１１）のうちモールド樹脂（１３）から露出している側面と対向する位置において、所定深さの溝（３１）が形成されていることを特徴とする。

このような半導体装置の実装構造では、放熱器（３０）のうち半導体装置（１０）が搭載される一面に、放熱板（１１）のうちモールド樹脂（１３）から露出している側面と対向する位置において、所定深さの溝（３１）が形成されている。したがって、放熱板（１１）のうちモールド樹脂（１３）から露出している側面に突起が形成され、かつこの突起が放熱板（１１）の裏面側に突出している半導体装置（１０）を放熱器（３０）上に搭載し、この突起が絶縁層（２０）を貫通した場合でも、突起は放熱器（３０）に形成された溝（３１）内に収容されることになる。すなわち、放熱板（１１）のうちモールド樹脂（１３）から露出している側面に、放熱板（１１）の裏面側に突出する突起が形成されたとしも、放熱板（１１）と放熱器（３０）とが接触することを防止することができ、半導体装置（１０）と放熱器（３０）との絶縁を確保することができる。

例えば、請求項２に記載の発明のように、溝（３１）を、放熱板（１１）のうちモールド樹脂（１３）から露出している側面と対応する形状とすることができる。

また、請求項３に記載の発明のように、放熱器（３０）のうち半導体装置（１０）を搭載する一面を相対する二辺を有した構成とし、半導体装置（１０）を、放熱板（１１）の側面の一部が露出するように一方向に突出してモールド樹脂（１３）に包み込むと共に、放熱板（１１）の突出方向と相対する２辺とが平行になるように放熱器（３０）上に搭載し、溝（３１）を、放熱板（１１）のうちモールド樹脂（１３）から露出している側面と対向する部分を含み、相対する二辺のうち一方の一辺から反対側の一辺まで形成することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における半導体装置の実装構造の断面構成を示す図である。図１に示す半導体装置の実装構造の上面図である。（ａ）は図１に示す半導体装置の上面レイアウト図であり、（ｂ）は図１に示す半導体装置の裏面図である。図１に示す放熱器の上面図である。本発明の第２実施形態における半導体装置の実装構造の断面構成を示す図である。図５に示す半導体装置の実装構造の上面図である。図５に示す放熱器に樹脂ケースを備えた際の断面構成を示す図である。図５に示す放熱器に樹脂ケースを備えた際の上面図である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態が適用された半導体装置の実装構造について説明する。図１は本実施形態にかかる半導体装置の実装構造の断面構成を示す図、図２は図１に示す半導体装置の実装構造の上面図を示しており、図１は図２中のＡ−Ａ断面に相当している。これら図１および図２に基づいて、本実施形態にかかる半導体装置の実装構造について説明する。

図１および図２に示されるように、半導体装置１０が本発明の絶縁層に相当する絶縁シート２０を介して放熱器３０上に搭載されている。この絶縁シート２０は、例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の熱伝導率の高いセラミックス微粉フィラーを混錬した材料で構成されている。まず、本実施形態にかかる半導体装置１０の構成について説明する。図３（ａ）は本実施形態にかかる半導体装置１０の上面レイアウト図、図３（ｂ）は本実施形態にかかる半導体装置１０の裏面図である。

図１、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、本実施形態の半導体装置１０は、表面、表面と反対側の裏面および表面と裏面との間に配置される側面を有する放熱板１１と、放熱板１１の表面上に搭載された半導体素子１２と、放熱板１１のうち裏面および側面の一部が露出するように、放熱板１１および半導体素子１２を包み込んで封止するモールド樹脂１３と、を備えた構成とされている。

放熱板１１は、例えば、Ｃｕ等を用いて構成され、矩形板状とされている。そして、放熱板１１には、ネジ締めのためのネジ孔１４が形成されていると共に、一端部に端子部１５が備えられている。

半導体素子１２は、例えば、半導体製造プロセス等により製造されたトランジスタ等であり、例えば、Ａｇペーストやはんだ等の導電性接続部材（図示せず）を介して放熱板１１の表面上に搭載されている。

また、放熱板１１の周囲には、Ｃｕや４２アロイ等の導電性材料等から成るリードフレームを用いて構成されたリード部材１６が備えられている。そして、半導体素子１２とリード部材１６とは、ＡｕやＡｌ等から成るワイヤ１７によって結線されることにより電気的に接続されている。

そして、放熱板１１の裏面および側面の一部、端子部１５、リード部材１６におけるワイヤ１７の接続部と反対側の端部がモールド樹脂１３から露出するように、放熱板１１、半導体素子１２、リード部材１６およびワイヤ１７がモールド樹脂１３によって包み込まれるように封止されている。本実施形態では、放熱板１１は、側面の一部が露出するように、一方向に突出した状態でモールド樹脂１３に包み込まれている。以上のようにして本実施形態の半導体装置１０が構成されている。

なお、モールド樹脂１３は、通常の半導体パッケージに用いられるエポキシ系樹脂などのモールド樹脂材料からなるものであり、成形型を用いたトランスファーモールド法などにより成形することができる。また、モールド樹脂１３から突出している放熱板１１の端子部１５およびリード部材１６には、図示しない外部回路が接続される。

かかる半導体装置１０は、例えば、半導体素子１２を放熱板１１に上記導電性接続部材を介して搭載するとともに、リード部材１６と半導体素子１２との間でワイヤボンディングを行い、ワイヤ１７で結線したものを、成形型に投入し、モールド樹脂１３による成形を行うことによって製造される。

そして、このような半導体装置１０は、図１に示されるように、絶縁シート２０側に放熱板１１の裏面側を向けた状態で放熱器３０上に搭載されている。

放熱器３０は、例えば、フィン形状を有し、ＡｌやＣｕ等で構成されている。また、本実施形態では、放熱器３０のうち半導体装置１０が搭載される一面は、表面形状が長方形状とされている。そして、放熱器３０のうち半導体装置１０が搭載される一面には、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面と対向する位置において、所定深さの溝３１が形成されている。図４は、図１に示す放熱器３０の上面図である。

図４に示されるように、放熱器３０に形成されている溝３１は、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面と対応する形状とされている。なお、溝３１の深さは、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面に突起が形成され、この突起が放熱板１１の裏面側に突出している場合に、半導体装置１０を放熱器３０上に搭載しても突起の先端が溝３１の底面と接触しない深さであればよい。したがって、半導体装置１０の搬送状態、放熱板１１を構成する材料、絶縁シート２０の厚さ等により適宜変更可能である。そして、このような溝３１は、例えば、放熱器３０をダイキャスト法等により製造することで形成される。

さらに、放熱器３０には、半導体装置１０をネジ締めするためのネジ孔３２が形成されている。すなわち、本実施形態では、図１に示されるように、半導体装置１０は放熱器３０に対してネジ部材４０を用いてネジ締めされることにより放熱器３０上に搭載されている。

上記のように半導体装置１０を放熱器３０に実装した場合には、半導体素子１２から発生した熱が放熱板１１および絶縁シート２０を介して放熱器３０へ伝わる。そして、放熱器３０は外部と熱交換することにより冷却されるため、半導体装置１０の熱は、外部へ適切に放熱され、過度の温度上昇を抑制することができるようになっている。

以上説明したように、本実施形態の半導体装置の実装構造では、放熱器３０のうち半導体装置１０が搭載される一面に、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面と対向する位置において、この側面と対応する形状の溝３１が形成されている。したがって、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面に突起が形成され、かつこの突起が放熱板１１の裏面側に突出している半導体装置１０を放熱器３０上に搭載し、この突起が絶縁シート２０を貫通した場合でも、突起は放熱器３０に形成された溝３１内に収容されることになる。すなわち、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面に、放熱板１１の裏面側に突出する突起が形成されたとしも、放熱板１１と放熱器３０とが接触することを防止することができ、半導体装置１０と放熱器３０との絶縁を確保することができる。

また、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面に形成された突起が放熱器３０に接触することを防止するために絶縁シート２０の厚さを厚くし、放熱板１１と放熱器３０との間に所定の距離を確保することも考えられるが、このような構成では、絶縁シート２０を厚くすることにより放熱性が低下することになる。しかしながら、本実施形態の半導体装置の実装構造では、放熱器３０に溝３１を形成することにより放熱板１１と放熱器３０との接触を防止しており、従来の半導体装置の実装構造と比較して絶縁シート２０を厚くする必要はない。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の半導体装置の実装構造は、第１実施形態に対して溝３１の形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。図５は本実施形態にかかる半導体装置の実装構造の断面構成を示す図であり、図６は図５に示す半導体装置の実装構造の上面図を示している。なお、図５は図６中のＢ−Ｂ断面に相当している。

図５および図６に示されるように、本実施形態では、上記第１実施形態と同様に、放熱板１１が一方向に突出した状態でモールド樹脂１３に包み込まれている。そして、半導体装置１０は、放熱板１１の突出方向と、放熱器３０における半導体装置１０を搭載する一面のうち相対する長辺とが平行になるように放熱器３０上に搭載されている。

また、放熱器３０には、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面と対向する部分を含み、相対する長辺のうちの一辺から反対側の一辺まで溝３１が形成されている。なお、本実施形態では、放熱器３０における半導体装置１０を搭載する一面のうち長辺が本発明の相対する二辺に相当している。なお、このような溝３１を有する放熱器３０は、例えば、押し出し成形法等により製造される。

このような半導体装置１０の実装構造では、放熱器３０のうち半導体装置１０が搭載される一面に、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面と対向する部分を含み、相対する長辺のうちの一辺から反対側の一辺まで溝３１が形成されている。したがって、放熱板１１のうちモールド樹脂１３から露出している側面に突起が形成され、かつこの突起が放熱板１１の裏面側に突出している半導体装置１０を放熱器３０上に搭載し、この突起が絶縁シート２０を貫通した場合でも、突起は放熱器３０に形成された溝３１に収容されることになり、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、上記半導体装置の実装構造において、放熱器３０に対して、例えば、半導体装置１０を覆うように樹脂ケースを配置する場合には、次のように樹脂ケースを放熱器３０と接合することで放熱器３０と樹脂ケースとの接合強度を向上させることができる。図７は放熱器３０に樹脂ケースを備えた際の断面構成を示す図であり、図８は放熱器３０に樹脂ケースを備えた際の上面図である。なお、図７は、図８中のＣ−Ｃ断面に相当している。すなわち、図７および図８に示されるように、樹脂ケース５０のうち溝３１と対向する部分に凸部５１を備え、例えば、シリコーン系接着剤６０等を介して凸部５１を溝３１に嵌め込むように放熱器３０と樹脂ケース５０とを接合することにより、放熱器３０と樹脂ケース５０との接合強度を向上させることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、絶縁層として絶縁シート２０を用いた例を説明したが、例えば、放熱器３０がＡｌを用いて構成されている場合には、放熱器３０をアルマイト処理することにより絶縁層を形成することもできる。

また、上記各実施形態では、放熱器３０としてフィン形状のものを用いて説明したが、もちろんフィン形状でなくてもよい。

さらに、上記各実施形態では、半導体装置１０を放熱器３０に対してネジ締めすることにより固定する方法を説明したが、もちろん、接着剤等を用いて半導体装置１０を放熱器３０上に搭載することもできる。

また、上記第２実施形態では放熱器３０における半導体装置１０を搭載する一面のうち長辺を本発明の相対する二辺に相当する例として説明したが、もちろん短辺を本発明の相対する二辺とすることもできる。さらに、上記各実施形態では、放熱器３０のうち半導体装置１０が搭載される一面の表面形状が長方形状とされている例を説明したが、もちろんこれに限定されるものではなく、例えば、表面形状が正方形状であってもよい。

また、上記第２実施形態で説明した溝３１を、溝３１の底面に向かって径が大きくなっていくクサビ形状とすることもできる。溝３１をこのようなクサビ形状とした場合には、上記第２実施形態よりもさらに放熱器３０と樹脂ケース５０との接合強度を向上させることができる。

１０半導体装置
１１放熱板
１２半導体素子
１３モールド樹脂
１５端子部
１６リード部材
２０絶縁シート
３０放熱器
３１溝

Claims

表面と、前記表面と反対側の裏面と、前記表面と前記裏面との間に配置される側面と、を有する放熱板（１１）と、前記放熱板（１１）の前記表面上に搭載された半導体素子（１２）と、前記放熱板（１１）のうち前記裏面および前記側面の一部が露出するように、前記放熱板（１１）および前記半導体素子（１２）を包み込んで封止するモールド樹脂（１３）と、を備える半導体装置（１０）と、
前記半導体装置（１０）を搭載する放熱器（３０）と、
前記放熱器（３０）上に配置される絶縁層（２０）と、を有し、
前記絶縁層（２０）側に前記放熱板（１１）の裏面側を向けた状態で、前記半導体装置（１０）を前記放熱器（３０）上に搭載する半導体装置の実装構造であって、
前記放熱器（３０）のうち前記半導体装置（１０）を搭載する一面には、前記放熱板（１１）のうち前記モールド樹脂（１３）から露出している側面と対向する位置において、所定深さの溝（３１）が形成されていることを特徴とする半導体装置の実装構造。
前記溝（３１）は、前記放熱板（１１）のうち前記モールド樹脂（１３）から露出している側面と対応する形状とされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装構造。
前記放熱器（３０）の前記一面は、相対する二辺を有した構成とされ、
前記半導体装置（１０）は、前記放熱板（１１）の側面の一部が露出するように一方向に突出して前記モールド樹脂（１３）に包み込まれていると共に、前記放熱板（１１）の突出方向と前記相対する２辺とが平行になるように前記放熱器（３０）上に搭載されており、
前記溝（３１）は、前記放熱板（１１）のうち前記モールド樹脂（１３）から露出している側面と対向する部分を含み、前記相対する二辺のうち一方の一辺から反対側の一辺まで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の実装構造。