JP5257229B2 - 半導体装置およびヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、制御素子などの第１の電子素子と、第１の電子素子よりも大電流が流れ且つ大きい発熱を行うパワー素子などの第２の電子素子とを備える半導体装置、および、当該第１、２の電子素子が搭載されるヒートシンクに関し、たとえばモータなどのアクチュエータを駆動するために適用される。

従来より、第１の電子素子と第１の電子素子よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子とを備える半導体装置としては、たとえば、第１の電子素子としてマイコンなどの制御素子、第２の電子素子として制御素子により制御されるパワーＭＯＳ素子やＩＧＢＴなどのパワー素子を備える半導体装置がある。

このような制御素子およびパワー素子を備える半導体装置は、たとえば、モータなどのアクチュエータを駆動するために適用される。

特開平７−６７２９３号公報 特開平７−１１３３７６号公報 特開平７−７６９７３号公報

ところで、上記した従来の半導体装置の場合、本発明者らの検討によれば、次に述べるような問題が生じることがわかった。

図５は、自動車のパワーウィンドウの駆動モータを駆動するＨＩＣとしての半導体装置の一般的な回路構成を示す回路ブロック図である。

図５において、第１の電子素子としての制御素子１０は、マイコン１１、制御回路１３、駆動回路１４、コンパレータ１５などから構成されており、第２の電子素子としてのパワー素子は、パワーＭＯＳ素子２０により構成されている。また、これら制御素子１０およびパワーＭＯＳ素子２０は、１つの共通した配線基板上に実装されている。

ここで、パワーＭＯＳ素子２０は、Ｈブリッジ構成を採用した４個のパワーＭＯＳ素子２１、２２、２３、２４から構成されている。また、本半導体装置は、窓ガラスを駆動させるためのモータ８０や装置の電源８１の周辺部に設けられている。

このような半導体装置においては、図示しないマイコンから通信（例えばＬＩＮ）によってマイコン１１に信号を伝え、その指示に従い、マイコン１１は制御回路１３と駆動回路１４を介して、各パワーＭＯＳ素子２１〜２４を制御する。駆動回路１４の出力は、各パワーＭＯＳ素子２１〜２４のゲートに入力される。

ここで、図６には、モータ８０の作動状態における各パワーＭＯＳ素子２１〜２４のゲート入力のＯＮ・ＯＦＦ状態を示している。上述したように、車の窓ガラスを上昇・下降するのがモータ８０であり、モータ停止時、窓ガラスの上昇時、窓ガラスの下降時のゲート入力の状態は、図６に示されるようになる。

モータ停止時では、４個のパワーＭＯＳ素子２１〜２４のすべてがＯＦＦ状態であり、上昇時（下降時）では、２個のパワーＭＯＳ素子２１、２３がＯＮ状態（下降時ではＯＦＦ状態）、２個のパワーＭＯＳ素子２２、２４がＯＦＦ状態（下降時ではＯＮ状態）となる。

ここで、上述した従来の半導体装置においては、制御素子１０に対して、それよりも電流量および発熱量の大きいパワー素子２０から、熱を伝えやすい配線基板を介して大きな熱が伝わり、制御素子１０はその熱の影響を受けやすい。

制御素子１０は、使用温度に制約があり、パワー素子２０に比べて微細な構成を有するため動作温度が低いのが通常であることから、上述したようなパワー素子２０からの熱の影響を抑制することは重要である。

ちなみに、単純には、制御素子１０およびパワー素子２０が実装される配線基板上において、制御素子１０とパワー素子２０との距離を離してやればよいが、そのような場合、装置の大型化を招くことになり、好ましくない。

そして、上記した問題は、第１の電子素子と第１の電子素子よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子とを備える半導体装置においては、共通したものと考えられる。つまり、このような半導体装置においては、第２の電子素子からの熱が第１の電子素子へ伝達するのを抑制することは、重要な問題となりうる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、第１の電子素子とそれよりも比較的大電流が流れ且つ発熱の大きい第２の電子素子とを備える半導体装置において、適切な放熱特性を実現することを第１の目的とする。また、第１の電子素子とそれよりも比較的大電流が流れ且つ発熱の大きい第２の電子素子とが搭載されるヒートシンクにおいて、適切な放熱特性を実現することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するため、第１の発明では、第１の電子素子（１０）と第１の電子素子（１０）よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子（２０）とを備える半導体装置において、ヒートシンク（３０）と、ヒートシンク（３０）の一面上に搭載され、それぞれ分離された第１の配線基板（４１）、第２の配線基板（４２）とを備え、第１の電子素子（１０）は、第１の配線基板（４１）の上に実装され、第２の電子素子（２０）は、第２の配線基板（４２）の上に実装されていることを特徴としている。

それによれば、第１の電子素子（１０）と第２の電子素子（２０）とを、分離されたそれぞれの配線基板（４１、４２）上に実装して、さらにヒートシンク（３０）上に搭載しているため、第１の電子素子（１０）と第２の電子素子（２０）との距離をさほど大きくしなくても、第２の電子素子（２０）の熱を第１の電子素子（１０）へ伝えにくくすることができる。

よって、本発明によれば、第１の電子素子（１０）と第２の電子素子（２０）とを備える半導体装置において、適切な放熱特性を実現することができる。

さらに、請求項１に記載の発明では、ヒートシンク（３０）はＦｅからなり、第２の電子素子からの一時的な発熱を蓄熱して第１の電子素子（１０）への熱伝導を抑制するものであることを特徴としている。

それによれば、ヒートシンク（３０）をＣｕなどの通常のヒートシンク材料に比べて熱伝導性が低く熱容量が大きい鉄系金属としているため、ヒートシンク（３０）の蓄熱性が向上し、第２の電子素子（２０）の熱が第１の電子素子（１０）へより伝わりにくくなる。また、上記第２の目的を達成するため、第２の発明では、第１の電子素子（１０）と、第１の電子素子（１０）よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子（２０）とが搭載されるヒートシンクにおいて、Ｆｅからなり、第２の電子素子（２０）からの一時的な発熱を蓄熱して第１の電子素子（１０）への熱伝導を抑制するものであることを特徴としている。

また、ヒートシンク（３０）は、第１の配線基板（４１）と第２の配線基板（４２）との間に位置する部位が、切り欠き部（３２）となっているものであっても良い。

それによれば、ヒートシンク（３０）のうち第１の配線基板（４１）と第２の配線基板（４２）との間に位置する部位の熱抵抗を大きくすることができ、両配線基板（４１、４２）間の熱伝導性を低くできるため、第２の電子素子（２０）の熱が第１の電子素子（１０）へより伝わりにくくなる。

また、第１の電子素子（１０）、第２の電子素子（２０）、第１の配線基板（４１）、第２の配線基板（４２）およびヒートシンク（３０）は、樹脂（７０）によってモールドされており、ヒートシンク（３０）の他面は、樹脂（７０）から露出していても良い。

それによれば、ヒートシンク（３０）のうち両電子素子（１０、２０）および両配線基板（４１、４２）が搭載されている一面とは反対側の他面を、樹脂（７０）から露出させているため、ヒートシンク（３０）に伝わった熱を外部へ適切に放熱してやることができる。

また、ヒートシンク（３０）における一面と他面との間の側面に、突起部（３１）が形成されており、突起部（３１）が樹脂（７０）に食い込んでいても良い。

それによれば、ヒートシンク（３０）における両配線基板（４１、４２）が搭載されている側の一面と樹脂（７０）からの露出面である他面との間の側面に、突起部（３１）を形成し、この突起部（３１）が樹脂（７０）に食い込んだ形となっているため、ヒートシンク（３０）と樹脂（７０）との剥離を防止するためには好ましい。

また、第２の電子素子は、パワー素子（２０）であり、第１の電子素子は、パワー素子（２０）を制御するための制御素子（１０）であっても良い。

このような場合、第１の電子素子である制御素子（１０）は、パワー素子（２０）に比べて動作温度が低いのが通常である。そして、本発明によれば、パワー素子（２０）に比べて高温側の動作保証温度が低い制御素子（１０）を、パワー素子（２０）の大きな発熱から保護することができる。

また、第２の電子素子がパワー素子（２０）であり、第１の電子素子がパワー素子（２０）を制御するための制御素子（１０）である場合、樹脂（７０）のガラス転移温度は、パワー素子（２０）の動作可能な最高温度よりも高くても良い。

樹脂固有の特性として、ガラス転移温度を超えると樹脂の熱膨張係数が急激に変化する。このように樹脂（７０）の熱膨張係数が大きく変化した場合、樹脂（７０）とヒートシンク（３０）との間の熱膨張係数の不一致が大きくなり、熱応力が大きくなって、樹脂（７０）とヒートシンク（３０）とが剥離しやすくなる。

その点、本発明のように、樹脂（７０）のガラス転移温度を、パワー素子（２０）の動作可能な最高温度すなわち半導体装置の動作可能な最高温度よりも高いものとすれば、半導体装置の動作時において、樹脂（７０）の熱膨張係数の大幅な変化を防止することができる。

よって、本発明によれば、ヒートシンク（３０）と樹脂（７０）との剥離を防止する点で、好ましい構成を実現することができる。

また、第１の配線基板（４１）および第２の配線基板（４２）は、セラミックからなるセラミック基板であっても良い。

それによれば、第１の配線基板（４１）および第２の配線基板（４２）の熱膨脹率を、シリコンからなる第１の電子素子（１０）及び第２の電子素子（２０）や鉄系金属からなるヒートシンク（３０）の熱膨脹率に近づけることができるため、各部材間を接着している接着材などの信頼性を向上することができる。

また、複数の第２の電子素子（２０）を備え、複数の第２の電子素子（２０）には半導体化されたリレー素子が含まれていても良い。

従来は、プリント基板等にディスクリート素子であるリレー素子を搭載していたため、装置全体として非常に体格の大きいものであった。ところが、本発明のように、リレー素子を半導体化することにより、プリント基板等に搭載せずに、第１の素子（１０）と１つのパッケージ内に収めることができようになるため、装置全体として小型化を図ることができる。また、リレー素子を半導体化することにより、発熱温度が上昇してしまうという課題を誘発してしまう。しかしながら、請求項１に記載のような構造を採用することにより、適切な放熱特性を実現することができるようなるため、半導体化したリレー素子を第１の素子（１０）と１つのパッケージ内に収めるという構造を実現することができる。

また、第２の電子素子（２０）と第２の配線基板（４２）とを接合する接合部材の厚みを１００μｍ以下にしても良い。

それによれば、半導体化されたリレー素子の発熱を、適切に放熱することができる。

また、第１の電子素子（１０）、第２の電子素子（２０）、第１の配線基板（４１）、第２の配線基板（４２）およびヒートシンク（３０）は樹脂（７０）によってモールドされ、ヒートシンク（３０）の他面は樹脂（７０）から露出しており、ヒートシンク（３０）の周囲に設けられた信号端子（５１、５２）と、ヒートシンク（３０）と接合された信号端子（５１、５２）の吊りリード（２３２）とを備え、樹脂（７０）の端部のうち吊りリード（２３２）の周囲に位置する部位では、吊りリード（２３２）の直上に位置する部分が、吊りリード（２３２）の直下に位置する部分よりも引っ込んでいても良い。

それによれば、本発明の半導体装置は、金型（２００）の上型（２２０）によって吊りリード（２３２）のみを押さえることにより、ヒートシンク（１０）の下面を金型（２００）の下型（２１０）に押しつけるようにして樹脂（７０）の封止工程が行われることとなる。従って、本発明によれば、ヒートシンク（３０）または第１の配線基板（４１）、第２の配線基板（４２）には、デッドスペースが生じない。また、本発明によれば、樹脂封止を行うワークを金型（２００）内に固定するために、吸引装置などの特別な装置が不要であるため、コストアップはほとんど生じることはない。よって、本発明によれば、ヒートシンク（３０）の下面をモールド樹脂（４０）から適切に露出させつつ、ヒートシンク（３０）または第１の配線基板（４１）、第２の配線基板（４２）の上面におけるデッドスペースを小さくすることができる。

また、ヒートシンク（３０）の周囲に設けられた信号端子（５１、５２）と検査端子（５３、５４）とを備え、信号端子（５１、５２）はヒートシンク（３０）の搭載面（３０ｃ）と平行な方向に延びるように配置されているとともに、検査端子（５３、５４）は信号端子（５１、５２）の延在方向に対して直交する方向に延びるように配置されていても良い。

通常、信号端子（５１、５２）は高い電圧（１２Ｖ）を扱う端子であり、検査端子（５３、５４）は低い電圧（５Ｖ）を扱う端子であり、検査端子（５３、５４）は外部からの電気ノイズに弱い端子である。そこで、本発明よれば、検査端子（５３、５４）を信号端子（５１、５２）の延在方向と直交する方向に延びるように配置しているため、装置の形状の変更及び拡大をしなくとも、検査端子（５３、５４）を信号端子（５１、５２）から遠ざけることができるので、検査端子（５３、５４）に対する電気ノイズの影響を防止することができる。

また、樹脂（７０）のうち検査端子（５３、５４）が配置され部位には凹部（３０ｄ）が形成されており、検査端子（５３、５４）は奥まって配置されていても良い。

それによれば、検査端子（５３、５４）の周囲を樹脂（７０）にて覆うことができるため、製品使用時には不要になる検査端子（５３、５４）を、外部からの電気ノイズ等から保護することができる。

ここで、樹脂（７０）のうち互いに対向する端部の一方に第１の信号端子（５１）が配置され、当該端部の他方に第２の信号端子（５２）が配置され、第１および第２の信号端子（５１、５２）の突出方向が１方向にそろっているものであっても良い。

ここで、樹脂（７０）のうち互いに対向する端部の一方に第１の検査端子（５３）が配置され、当該端部の他方に第２の検査端子（５４）が配置され、第１および第２の検査端子（５３、５４）の突出方向が１方向にそろっているものであっても良い。

また、第１の電子素子（１０）及び第２の電子素子（２０）により駆動される駆動体及びコネクターと電気的に接続されるとともに、コネクターと第１の電子素子（１０）及び第２の電子素子（２０）との間に接続され外部からのノイズを除去するコンデンサは、樹脂（７０）の表面に直接搭載されても良い。

従来、半導体装置は、プリント基板上にディスクリート素子であるリレー素子やコンデンサ素子とともに搭載されており、このプリント基板とモーター等の駆動体及びコネクターとが接続されていた。ところが、本発明によれば、リレー素子（２０）を半導体化することにより半導体装置内に収めるとともに、コンデンサ（４２０）は樹脂（７０）の表面に直接搭載されるため、装置全体としての小型化を図ることができるようになる。

なお、上記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一例である。

本発明の実施形態に係る半導体装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。 図１に示される半導体装置における熱抵抗モデルを示す図である。 上記実施形態におけるヒートシンクの種々の変形例を示す概略断面図である。 上記実施形態の半導体装置において、平面配置構成を変形した例を示す概略平面図である。 パワーウィンドウの駆動モータを駆動するための半導体装置の一般的な回路構成を示す回路ブロック図である。 図５中のモータの作動状態における各パワーＭＯＳ素子のゲート入力のＯＮ・ＯＦＦ状態を示す図である。 上記実施形態の半導体装置において、構成を変形した例を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は本実施形態の半導体装置装置の製造方法におけるモールド樹脂の封止工程を説明するための図である。 上記実施形態の半導体装置において、平面配置構成を変形した例を示す概略平面図である。 従来の実装構造の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＣ−Ｃ断面図である。 接着剤の厚みと熱抵抗との関係を示すグラフである。 本実施形態の実装構造の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＤ−Ｄ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

図１は、本発明の実施形態に係る第１の電子素子１０と第２の電子素子２０とを備える半導体装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

限定するものではないが、本実施形態では、半導体装置１００は、上記図５に示したものと同様に、自動車のパワーウィンドウの駆動モータを駆動するＨＩＣに適用されるものとして説明する。
［装置構成等］
本例では、第１の電子素子１０は、制御素子としてのマイコン１１および制御ＩＣ１２からなる。これらは、シリコン半導体などの半導体基板（半導体チップ）に対して半導体プロセスを用いて、トランジスタなどの素子を形成してなるものである。

また、第２の電子素子２０は、第１の電子素子よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行うものであり、パワーＭＯＳ素子やＩＧＢＴ素子などのパワー素子からなる。

本例では、第２の電子素子２０は、パワー素子としての４個のパワーＭＯＳ素子２０（２１、２２、２３、２４）から構成されている。このパワーＭＯＳ素子２０は、上記制御素子１０によって制御されるものであるとともに上記モータを駆動する駆動素子として構成されている。

また、この半導体装置１００は、ヒートシンク３０を備えている。このヒートシンク３０は矩形板状のもので、本例では、図１においてヒートシンク３０の平面サイズは、たとえば５０ｍｍ□程度であり、ヒートシンク３０の厚さｔｈ（図１（ｂ）参照）は、１．５ｍｍ程度である。

本実施形態では、このヒートシンク３０は、全体が鉄系金属からなるものであり、本例では、純鉄（Ｆｅ）からなるものである。また、図１（ｂ）に示されるように、ヒートシンク３０の上面と下面との間の側面には、いわゆるコイニングといわれる突起部３１が設けられている。

そして、ヒートシンク３０の上面には、それぞれ分離された第１の配線基板４１、第２の配線基板４２が搭載されている。これら第１および第２の配線基板４１、４２は、たとえば、図示しないが、電気絶縁性を有し且つ熱伝導性に優れた樹脂などからなる接着剤により、ヒートシンク３０の上面に固定されている。

ここで、第１の配線基板４１としては、２層以上の配線が施されたセラミック層を積層したセラミック積層基板またはプリント配線基板などを採用することができる。一方、第２の配線基板４２としては、単層または２層程度の厚膜配線からなる厚膜配線基板などを採用することができる。

具体的には、両配線基板４１、４２は、アルミナからなるアルミナ基板であることが好ましい。本例では、第１の配線基板４１は、アルミナからなる積層配線基板、第２の配線基板４２としては、アルミナの単層配線基板を採用することができる。

そして、第１の電子素子としての制御素子１０は、第１の配線基板４１の上に実装され、第２の電子素子としてのパワーＭＯＳ素子２０は、第２の配線基板４２の上に実装されている。ここで、各制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０は、各配線基板４１、４２の上に、たとえば図示しないはんだなどを介して固定されている。

また、図１に示されるように、ヒートシンク３０の外周において制御素子１０の周囲には、複数本の信号端子５１が設けられており、パワーＭＯＳ素子２０の周囲には、複数本の電流端子５２が設けられている。これらリード部材５１、５２すなわち信号端子５１および電流端子５２は、たとえばＣｕや４２アロイなどのリードフレームを用いて形成することができる。

信号端子５１は、制御素子１０であるマイコン１１や制御ＩＣ１２と電気的に接続されるものであり、電流端子５２は、パワー素子である各パワーＭＯＳ素子２０と電気的に接続されるものである。

そして、これら端子５１、５２と各素子１０、２０とは、図１（ｂ）に示されるように、ボンディングワイヤ６０により結線され、電気的に接続されている。なお、このボンディングワイヤ６０は、図１（ａ）では、省略してある。

そして、制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０、第１の配線基板４１、第２の配線基板４２、ボンディングワイヤ６０、各端子５１、５２におけるボンディングワイヤ６０との接続部、および、ヒートシンク３０は、樹脂７０によってモールドされている。

この樹脂７０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されるものである。

ここで、図１（ｂ）に示されるように、ヒートシンク３０のうち両電子素子１０、２０および両配線基板４１、４２が搭載されている上面とは反対側の下面は、樹脂７０から露出している。そして、上記したヒートシンク３０の突起部３１は、樹脂７０に食い込んだ形となっている。

また、この半導体装置１００は、図１（ｂ）に示されるように、ケース２００に搭載されている。このケース２００は、上記したパワーウィンドウを駆動するためのモータ８０（図５参照）が収納された金属などからなるモータ筐体として構成されている。

たとえば、半導体装置１００は、ヒートシンク３０の下面とケース２００との間に、電気絶縁性を有し且つ熱伝導性に優れたグリスなどを介在させて、ケース２００に接している。そして、半導体装置１００の熱は、ヒートシンク３０を介してケース２００に放熱されるようになっている。

このような半導体装置１００は、たとえば、制御素子１０が実装された第１の配線基板４１およびパワー素子２０が実装された第２の配線基板４２を、ヒートシンク３０上に搭載し、その周囲にリード部材５１、５２を配置してワイヤボンディングを行った後、これを樹脂モールドすることにより、製造することができる。
［回路構成および作動等］
また、本実施形態の半導体装置１００回路構成は、上記図５に示されるものと同様である。多少繰り返しになるが、本実施形態の半導体装置１００の回路構成等について、上記 図５および上記図６を参照して簡単に述べておく。

図５に示されるように、本半導体装置１００において、第１の電子素子としての制御素子１０は、マイコン１１と、制御回路１３、駆動回路１４、コンパレータ１５を含む制御ＩＣ１２から構成されており、第２の電子素子としてのパワー素子は、４個のパワーＭＯＳ素子２０（２１〜２４）により構成されている。

ここで、４個のパワーＭＯＳ素子２１、２２、２３、２４は、Ｈブリッジ回路を構成している。また、本半導体装置１００において、窓ガラスを駆動させるための上記モータ８０や装置の電源８１が設けられている。

このような半導体装置１００においては、図示しないマイコンから通信（たとえばＬＩＮ）によってマイコン１１に信号を伝え、その指示に従い、マイコン１１は制御回路１３と駆動回路１４を介して、各パワーＭＯＳ素子２１〜２４を制御する。駆動回路１４の出力は、各パワーＭＯＳ素子２１〜２４のゲートに入力される。

ここで、車の窓ガラスを上昇・下降するのがモータ８０であり、モータ停止時、窓ガラスの上昇時、窓ガラスの下降時の各時におけるゲート入力の状態は、図６に示されるようなものになる。

すなわち、図６に示されるように、モータ停止時では、４個のパワーＭＯＳ素子２１〜２４のすべてがＯＦＦ状態であり、上昇時では、Ｈブリッジにおける一方の対角線上に位置する２個のパワーＭＯＳ素子２１、２３がＯＮ状態、他方の対角線上に位置する２個のパワーＭＯＳ素子２２、２４がＯＦＦ状態となる。

また、下降時では、Ｈブリッジにおける一方の対角線上に位置する２個のパワーＭＯＳ素子２１、２３がＯＦＦ状態、他方の対角線上に位置する２個のパワーＭＯＳ素子２２、２４がＯＮ状態となる。つまり、上昇時と下降時とでは、Ｈブリッジ回路によってモータ８０へ流れる電流が逆転し、モータ８０の回転も逆転する。
［効果等］
このように、本半導体装置１００においては、制御素子１０に対して、それよりも電流量および発熱量の大きいパワー素子２０から、大きな熱が伝わる。

制御素子１０としてのマイコン１１等を構成するＬＳＩは、ロジックの駆動電流が微小であることから、高温環境において少ないリーク電流によって誤動作を起こしやすく、複雑な動作保証が困難である。

そのことから、制御素子１０は、パワー素子２０に比較して高温での動作保証温度が低い設定となる。そのため、上述したようなパワー素子２０からの制御素子１０への熱の影響を抑制することは重要である。

このようなパワー素子２０からの制御素子１０への熱の影響を抑制し、適切な放熱特性を実現するために、本実施形態では、上述したように、制御素子１０とそれによって制御されるパワー素子２０とを備える半導体装置１００において、ヒートシンク３０と、ヒートシンク３０の一面上に搭載され、それぞれ分離された第１の配線基板４１、第２の配線基板４２とを備え、制御素子１０は第１の配線基板４１の上に実装され、パワー素子２０は第２の配線基板４２の上に実装されていることを特徴とする半導体装置１００を提供している。

それによれば、制御素子１０とパワー素子２０とを、離間配置されたそれぞれの配線基板４１、４２上に実装して、さらにヒートシンク３０上に搭載しているため、制御素子１０とパワー素子２０との距離Ｌ（図１（ｂ）参照）をさほど大きくしなくても、パワー素子２０の熱を制御素子１０へ伝えにくくできる。

よって、本実施形態によれば、制御素子１０とそれよりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行うパワー素子２０とを備える半導体装置１００において、装置の大型化を極力抑えつつ適切な放熱特性を実現することができる。

特に、本実施形態では、第２の電子素子としてパワー素子２０を採用し、第１の電子素子としてパワー素子２０を制御するための制御素子１０を採用している。

そのため、上述したように、本実施形態によれば、パワー素子２０に比べて高温側の動作保証温度が低い制御素子１０を、パワー素子２０の過渡的な大きな発熱から、保護することができる。

また、本実施形態では、ヒートシンク３０を鉄系金属から構成することにより、パワー素子２０の熱が制御素子１０へ伝わることを、より適切に抑制している。鉄系金属の採用は、上述したパワー素子２０からの過渡的な発熱に対応すべくヒートシンク３０において熱伝導よりも熱容量を重視すること、および、大規模回路化に対応することを考慮したものである。

鉄系金属は、Ｃｕなどの通常のヒートシンク材料に比べて熱伝導性が低く且つ熱容量が大きいため、ヒートシンク３０の蓄熱性が向上し、パワー素子２０の熱が制御素子１０へより伝わりにくくなる。

ここで、ＣｕとＦｅとの具体的な特性をみてみると、たとえば、Ｃｕについては、密度：０．００８８９ｇ／ｍｍ³、モル比熱：２４．５Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ、比熱：０．３８Ｊ／ｇ・Ｋ、密度＊比熱（すなわち熱容量）：０．００３４Ｊ／ｍｍ³・Ｋ、熱伝導率：０．３９１Ｗ／ｍｍ・Ｋ、熱膨張係数α：１７×１０^-6／℃である。

また、Ｆｅについては、密度：０．００７８５ｇ／ｍｍ³、モル比熱：２５．２Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ、比熱：０．４６Ｊ／ｇ・Ｋ、密度＊比熱（すなわち熱容量）：０．００３６Ｊ／ｍｍ³・Ｋ、熱伝導率：０．０７１Ｗ／ｍｍ・Ｋ、熱膨張係数α：１２×１０^-6／℃である。

このように、ＦｅはＣｕに比べて、熱伝導性が低く且つ熱容量が大きいため、Ｆｅからなるヒートシンク３０とすれば、蓄熱性が向上する。

つまり、本実施形態の半導体装置１００においては、配線基板４１、４２を分離し且つＦｅからなるヒートシンク３０とすることによって、ヒートシンク３０を、熱伝導を抑えた上で熱容量を持たせた構造とすることができ、パワー素子２０の熱が制御素子１０に伝わりにくい構成としている。

ここで、図２は、本実施形態の半導体装置１００における熱抵抗モデルを示す図である。上述したように、ＦｅはＣｕに比べて熱伝導は劣るが、密度＊比熱（すなわち熱容量）は同等以上の物性を持つ。

発熱体であるパワー素子２０からの熱は、第２の配線基板４２、ヒートシンク３０を介して、さらに第１の配線基板４１を介して制御素子１０に伝わろうとする。

このとき、パワー素子２０を実装するアルミナ基板４２と制御素子１０を実装するアルミナ基板４１とは、分離した構造としているため、アルミナ基板４１、４２を介した熱伝導は少ない。

また、図２に示される熱抵抗モデルにおいて、各部の間の熱抵抗同士を相対的に比較したとき、樹脂７０の熱抵抗Ｒｊは十分大きく、ヒートシンク３０の熱抵抗Ｒｈは比較的大きく、ヒートシンク３０のケース２００に対する熱容量Ｃも比較的大きい。

そのため、パワー素子２０の熱は、制御素子１０へ伝わりにくく、主として、ヒートシンク３０に蓄熱されてケース２００へ放熱される。このように、本実施形態では、発熱源であるパワー素子２０からの一時的な発熱を、直下のアルミナ基板４２とヒートシンク３０とで蓄熱することにより、制御素子１０への熱伝達を防止している。

よって、このような熱抵抗モデルに鑑みて、Ｃｕよりも蓄熱効果でやや優れ且つ熱伝導で１／５程度とかなり劣っている物性を持つＦｅを、ヒートシンク３０の構成材料としたことは、適切な処置である。

さらに、上述したように、ヒートシンク３０の平面サイズがたとえば５０ｍｍ□であるのに対して、ヒートシンク３０の厚さｔｈ（図１（ｂ）参照）は、たかだか１．５ｍｍである。そのため、ヒートシンク３０の下のケース（モータ筐体）２００へ熱を伝える際の熱抵抗の寄与は、十分に小さいものである。

しかし、制御素子１０とパワー素子２０との距離Ｌ（図１（ｂ）参照）は、ボンディングワイヤ６０の接続等のために、たとえば１０ｍｍ以上要する。

熱抵抗の寄与についていうならば、パワー素子２０からケース２００への熱伝導に対して、制御素子１０への熱伝導は約１０倍の寄与率がある。よって、ヒートシンク３０をＦｅにして、ヒートシンク３０の熱伝導をＣｕの１／５にしても、その効果の大半は、制御素子１０への熱伝導を低減することになる。

また、本実施形態では、上記図１に示したように、第１の電子素子である制御素子１０、第２の電子素子であるパワー素子２０、第１の配線基板４１、第２の配線基板４２およびヒートシンク３０は、樹脂７０によってモールドされており、ヒートシンク３０の下面（他面）が、樹脂７０から露出していることも特徴点である。

それによれば、ヒートシンク３０のうち両電子素子１０、２０および両配線基板４１、４２が搭載されている上面とは反対側の下面を、樹脂７０から露出させているため、ヒートシンク３０に伝わった熱を外部のケース２００へ適切に放熱することができる。
［耐ヒートサイクル性の向上などについて］
ここで、本実施形態の半導体装置１００のように、制御素子１０とパワー素子２０とを内蔵した大規模トランスファーモールドにおいては、耐ヒートサイクル性に関連する熱応力が課題となる。

つまり、本実施形態のような半導体装置１００においては、大規模な回路となり、また、パッケージが大きくなるため、耐ヒートサイクル性向上のために熱ひずみを改善する必要が生じる。

そこで、本実施形態では、この耐ヒートサイクル性（耐冷熱サイクル性）に関連する熱応力への対策として、次に述べるような種々の構成を採用している。

上述したように、本実施形態では、好ましい例としてヒートシンク３０をＦｅから構成している。ここで、制御素子１０やパワー素子２０を構成するＳｉの熱膨張係数α（×１０^-6／℃）は、４程度である。このとき、上述したように、熱膨張係数α（×１０^-6／℃）は、Ｃｕが１７、Ｆｅが１２であり、Ｆｅの方がＳｉに熱膨張係数が近い。

そして、本実施形態では、樹脂７０の熱膨張係数α（×１０^-6／℃）を、Ｆｅに近い１１程度とすることが好ましい。ここで、樹脂７０の硬化収縮と硬化温度などを考慮し、樹脂７０の熱膨張係数αをＦｅと同等もしくはやや小さくすることが好ましい。

このように半導体装置１００の各部の熱膨張係数を互いに近いものにすることにより、樹脂７０とヒートシンク３０との間など各部の間における熱膨張の差を小さくすることができ、ヒートサイクルによる樹脂７０の剥離防止の対策となる。

ちなみに、本実施形態の樹脂７０としては、エポキシ系樹脂にシリカフィラーを含有させたものを採用することができる。このような樹脂７０においては、フィラーの量を制御することなどにより熱膨張係数αを制御することが可能である。具体的には、樹脂７０として、熱伝導率：０．０００６Ｗ／ｍｍ・Ｋ、熱膨張係数α：１１×１０^-6／℃程度のものを採用できる。

また、上述したように、本実施形態では、第１の配線基板４１および第２の配線基板４２は、アルミナからなるアルミナ基板であることが好ましいとしている。

これは、アルミナは、熱膨張係数αがＳｉとＦｅの間の大きさであることから、ヒートシンク３０、配線基板４１、４２および各素子１０、２０間の熱膨張バランスをととのえ、樹脂７０の剥離防止に対して効果的であるためである。また、アルミナは、比較的熱伝導性が良好であることも利点である。

たとえば、両配線基板４１、４２に採用されるアルミナ基板としては、密度：０．００３５ｇ／ｍｍ³、モル比熱：７９Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ、比熱：０．７７Ｊ／ｇ・Ｋ、密度＊比熱（すなわち熱容量）：０．００２７Ｊ／ｍｍ³・Ｋ、熱伝導率：０．０２１Ｗ／ｍｍ・Ｋ、熱膨張係数α：７×１０^-6／℃のものを使用できる。

また、本実施形態においては、樹脂７０のガラス転移温度すなわちガラス転移点（Ｔｇ点）を、パワー素子２０の動作可能な最高温度Ｔｊｍａｘよりも高いものにすることが好ましい。

この温度Ｔｊｍａｘは、Ｓｉジャンクション温度であり、半導体装置１００の実動作の最高温度に相当する。たとえば、本実施形態において、Ｔｇ点は１６５℃程度、Ｔｊｍａｘは１５０℃程度にできる。

一般に、樹脂においては、Ｔｇ点以上の高温域は弾性率が急激に低下する領域であって、熱膨張係数αが急激に大きくなる領域である。つまり、樹脂の弾性率または熱膨張係数の温度特性において、変曲点がＴｇ点である。

そのＴｇ点の温度が、半導体装置１００の動作可能最高温度Ｔｊｍａｘよりも小さいと、高温時に樹脂７０の熱膨張係数αが極端に大きくなる。すると、熱歪の影響が大きくなり、Ｆｅからなるヒートシンク３０と樹脂７０との熱膨張係数のミスマッチが大きくなり、結果として、これが樹脂７０の剥離の原因となり、装置の信頼性が低下する。

たとえば、本実施形態に用いる樹脂７０では、Ｔｇ点以下（たとえば１６５℃以下）では、熱膨張係数α（×１０^-6／℃）は１１であったのが、Ｔｇ点以上では熱膨張係数α（×１０^-6／℃）は４８となり、約４倍となってしまう。

パワー素子２０の周囲温度がＴｇ点を超えると、その周辺の樹脂７０の熱膨張係数αが大きくなり、ヒートシンク３０との間で熱膨張係数αのアンバランスが大きくなり、熱応力が大きくなる。

これを避けるため、本実施形態では、Ｔｇ＞Ｔｊｍａｘの関係を保持することが望ましい。なお、Ｔｊｍａｘの保証は過電流制限と温度検出機能が担保する。

そして、Ｔｇ＞Ｔｊｍａｘの関係を保持することにより、半導体装置１００の動作時において、樹脂７０の熱膨張係数αが大幅に変化するのを防止することができる。このことは、ヒートシンク３０と樹脂７０との剥離を防止する点で、好ましい
また、本実施形態では、上記図１（ｂ）に示したように、ヒートシンク３０における一面と他面との間の側面に、突起部３１が形成されており、突起部３１が樹脂７０に食い込んでいる。そして、このことも、耐ヒートサイクル性に関連する熱応力に対する対策の１つである。

それによれば、ヒートシンク３０における突起部３１が樹脂７０に食い込んだ形となっているため、樹脂７０とヒートシンク３０との食いつきを良くし、湿気の進入や樹脂７０の剥離を防止し、耐ヒートサイクル性を向上することができる。

樹脂７０中には、Ｓｉなどからなる各素子１０、２０やアルミナ基板などからなる各配線基板４１、４２といった熱膨張係数αが異なる材料が含まれている。そのため、上述したように樹脂７０とヒートシンク３０とで熱膨張係数αを整合させても、ヒートサイクルによる樹脂７０の剥離防止の対策としては十分とは言えない可能性がある。

そこで、このようにヒートシンク３０に突起部３１を設けた構成を採用することにより、樹脂７０の剥離防止を図ることは好ましい。

また、本実施形態においては、上記図１（ｂ）に示されるように、電子素子１０、２０、両配線基板４１、４２およびヒートシンク３０の積層方向すなわち半導体装置１００の厚さ方向における両電子素子１０、２０よりも上側の樹脂７０の厚さｔｊと、ヒートシンク３０の厚さｔｈとが、実質的に同じであることが好ましい。

それによれば、上記積層方向における樹脂７０とヒートシンク３０との熱膨張のバランスを良くし、耐冷熱サイクル性を向上させることができる。具体的には、装置の各部における熱応力の均等化、ヒートサイクルでの伸び縮みによるそりの防止などが図られ、結果として、ヒートシンク３０と樹脂７０との間等の異種材料間での歪を低減することができる。

これらの耐ヒートサイクル性に関連する熱応力への対策は、マイコンを内蔵してインテリジェント化しモータ（アクチュエータ）と一体化する本半導体装置１００のようなものにおいては、温度環境が厳しくなる方向のニーズに対し、重要である。

また、本実施形態のように、動作保証がなされる温度環境が低い（つまり、厳しい）制御素子１０と比較的温度環境が高いパワー素子２０とを、同一パッケージとする構成においては、熱設計に係る構造設計もまた重要となる。

半導体装置１００を小型化する例として、半導体装置１００の総厚さを５ｍｍとしたとき、ｔｊ＝ｔｈ≒１．５ｍｍ程度とすることが目安である。また、製品に合せて、熱容量が必要なものについては、さらに厚みを大きくし、さらに小型化が要求されるものについては、さらに薄くすることができる。

また、上述したように、本実施形態の半導体装置１００においては、モータ停止時では、Ｈブリッジ構成となっている４個のパワーＭＯＳ素子２１〜２４のすべてがＯＦＦ状態であり、上昇時（下降時）では、２個のパワーＭＯＳ素子２１、２３がＯＮ状態（下降時ではＯＦＦ状態）、２個のパワーＭＯＳ素子２２、２４がＯＦＦ状態（下降時ではＯＮ状態）となる。

このような作動状態を鑑みて、本半導体装置１００においては、図１（ａ）に示されるように、４個のパワーＭＯＳ素子２１〜２４は、隣り合うパワー素子同士が同時にＯＮ状態とならないように配置されている。

つまり、図１（ａ）に示されるように、上昇時および下降時において、ＯＮ状態となるパワーＭＯＳ素子とＯＦＦ状態となるパワーＭＯＳ素子とが、交互に配置された形となっている。

この配置形態について、さらに言うならば、本実施形態では、４個のパワー素子２１〜２４の少なくとも１つの素子をＯＮさせるときにおいて、同時期に隣り合うパワー素子同士の一方がＯＮ状態、他方がＯＦＦ状態となるように、４個のパワー素子２１〜２４の配置がなされている。

それによれば、４個のパワーＭＯＳ素子２１〜２４において隣り合うパワーＭＯＳ素子同士が同時にＯＮ状態とならないため、局所的に熱がこもるのを極力防止することができる。そして、パワーＭＯＳ素子２１〜２４の熱を第２の配線基板４２に広く分散させ、ヒートシンク３０に放熱可能な構成を実現することができ、好ましい。
［変形例等］
ここで、本実施形態の種々の変形例について述べておく。図３は、上記図１に示したヒートシンク３０以外に、本実施形態に適用可能なヒートシンク３０の種々の例を示す概略断面図である。

この図３に示される各ヒートシンク３０は、上記図１に示したヒートシンク３０と同様に、制御素子１０とパワー素子２０との熱的分離、およびケース２００への熱伝導を考慮したものである。

上記図１に示されるヒートシンク３０は、全体がＦｅからなる矩形板状のものであったが、本実施形態のヒートシンク３０としては、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、少なくとも第１の配線基板４１と第２の配線基板４２との間に位置する部位が鉄系金属からなるものであればよい。

図３（ａ）に示されるヒートシンク３０では、当該ヒートシンク３０のうち第２の配線基板４２の下すなわちパワー素子２０の下に位置する部位を、ＦｅからなるＦｅ構成部３０ａとＣｕからなるＣｕ構成部３０ｂの２層としている。

このようなヒートシンク３０は、ＦｅとＣｕのクラッド材を用いることなどにより形成することができる。そして、このヒートシンク３０においては、下層のＣｕ構成部３０ｂはケース２００への熱伝導を良好としつつ、樹脂７０と接触しないものにすることで、熱膨張のアンバランスによる剥離に対し、考慮がなされている。

図３（ｂ）に示されるヒートシンク３０では、当該ヒートシンク３０のうちパワー素子２０の下に位置する部位において、Ｆｅ構成部３０ａにＣｕ構成部３０ｂを埋め込んだ構成としており、ヒートシンク３０においてパワー素子２０の下部における縦方向の熱伝導性を向上したものである。

図３（ｃ）に示されるヒートシンク３０では、上記図３（ｂ）に示されるヒートシンク３０において、さらに、制御素子１０の下に位置する部位においても、Ｆｅ構成部３０ａにＣｕ構成部３０ｂを埋め込んだ構成としたものである。

これら図３に示されるヒートシンク３０では、ヒートシンク３０のうち第１の配線基板４１と第２の配線基板４２との間に位置する部位が、Ｃｕなどの通常のヒートシンク材料に比べて熱伝導性が低く熱容量が大きい鉄系金属となっている。

そのため、これらのヒートシンク３０においては、当該部位におけるヒートシンク３０の蓄熱性が向上し、上記図１に示したヒートシンク３０と同様に、パワー素子２０の熱が制御素子１０へより伝わりにくくなる。

図３（ｄ）に示されるヒートシンク３０では、第１の配線基板４１と第２の配線基板４２との間に位置する部位が、切り欠き部３２となっている。それにより、ヒートシンク３０のうち両配線基板４１、４２の間に位置する部位は、ヒートシンク３０のその他の部位に比べて薄肉部となっている。

このヒートシンク３０によれば、ヒートシンク３０のうち第１の配線基板４１と第２の配線基板４２との間に位置する部位、すなわち、切り欠き部３２の熱抵抗を大きくすることができ、両配線基板４１、４２間の熱伝導性を低くできるため、パワー素子２０の熱が制御素子１０へより伝わりにくくなる。

そのため、この図３（ｄ）に示されるヒートシンク３０は、Ｃｕからなるものとすることができる。しかしながら、本ヒートシンク３０もＦｅからなるものとしてもよいことは、もちろんである。

また、図４は、本実施形態の半導体装置において、平面配置構成を変形した例を示す概略平面図である。この図４に示される半導体装置においては、装置の平面方向すなわちヒートシンク３０の平面方向の熱応力バランスを考慮した平面構成を採用している。

図４では、第１の配線基板４１と第２の配線基板４２とで平面サイズを同等としており、さらに、信号端子５１、電流端子５２といったリード部材を、矩形板状のヒートシンク３０における４辺のそれぞれに設けた構成としている。それにより、半導体装置における構成の対称性が良くなり、熱応力バランスに優れたものになる。

また、図１（ａ）に示す本実施形態の半導体装置において、複数のパワーＭＯＳ素子２０を備え、複数のパワーＭＯＳ素子２０には半導体化されたリレー素子２０が含まれるように構成すると好ましい。なお、このような構成を採用した場合、半導体化されたリレー素子は、少なくとも４つ搭載されることとなる。

従来は、プリント基板等にディスクリート素子であるリレー素子を搭載していたため、装置全体として非常に体格の大きいものであった。ところが、本実施形態のように、リレー素子を半導体化することにより、プリント基板等に搭載せずに、制御素子１０と１つの半導体装置１００内に収めることができようになるため、装置全体として小型化を図ることができる。また、リレー素子を半導体化することにより、発熱温度が上昇してしまうという課題を誘発してしまう。しかしながら、上記実施形態のような構造を採用することにより、適切な放熱特性を実現することができるようなるため、半導体化したリレー素子２０を制御素子１０と１つの半導体装置１００内に収めるという構造を実現することができる。

また、図１（ａ）に示す本実施形態の半導体装置において、第２の電子素子（２０）と第２の配線基板（４２）とは、接着剤（本発明言う、接合部材）により接合されるが、この接着剤の厚みを１００μｍ以下にすると好ましい。それによれば、図１０に示されるように、半導体化されたリレー素子２０の発熱を、適切に放熱することができる。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本実施形態の半導体装置において、構成を変形した例を示す概略図である。図７（ｃ）は、本実施形態の半導体装置装置の製造方法におけるモールド樹脂の封止工程を説明するための図である。

図７（ａ）に示されるように、ヒートシンク３０と吊りリード２３２とが、接合部２３３にて接合されている。ここでは、ヒートシンク３０の上面にて吊りリード２３２をかしめることにより接合部２３３が形成されている。具体的には、ヒートシンク３０の上面に形成された突起に吊りリード２３２の穴を嵌合させ、上記突起をかしめて潰すなどの方法により、かしめ固定が行われる。

そして、図７（ｂ）に示されるように、モールド樹脂７０の端部のうち吊りリード２３２の周囲に位置する部位では、吊りリード２３２の直上に位置する部分が、吊りリード２３２の直下に位置する部分よりも引っ込んだ引っ込み部２３４として構成されている。なお、この引っ込み部２３４の引っ込み寸法ｄは、限定するものではないが、たとえば、吊りリード２３２の板厚（たとえば０．数ｍｍ程度）と同程度もしくはそれ以上であり、好ましくは、１ｍｍ程度以内とすることができる。

次に、この半導体装置１００の製造方法について、図７（ｃ）を用いて述べる。

まず、ヒートシンク３０の上面に第１の配線基板４１、第２の配線基板４２、制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０を搭載し、制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０の周囲に各端子５１、５２を設けるとともにヒートシンク３０と吊りリード２３２とをかしめなどにより接合する。また、制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０と各端子５１、５２とをボンディングワイヤ６０などにより電気的に接続する。

こうして、ヒートシンク３０、制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０および各端子５１、５２が一体化した一体化部材１０１を、金型２００に設置する。なお、金型２００は、下型２１０と上型２２０とを合致させることにより、その内部に、モールド樹脂７０の形状に対応したキャビティ２３０が形成されるものである。具体的には、上記一体化部材１０１を金型２００の下型２１０に設置し、上型２２０を合致させる。それにより、上記一体化部材１０１が金型２００のキャビティ２３０内に設置される。

次に、モールド樹脂７０の封止工程では、金型２００の上型２１０によって吊りリード２３２のみを押さえることにより、ヒートシンク３０を金型２００の下型２１０に押しつけるようにする。

ここで、本実施形態では、上型２２０により吊りリード２３２を押さえる部分すなわち押さえ部２２１は、上型２２０の一部が下型２１０よりもキャビティ２３０内へ突出した突出部２２１として構成されている。

このような突出部２２１の突出寸法ｄ（図７（ｂ）参照）は、上記図７（ａ）に示される引っ込み部２３４の引っ込み寸法ｄに相当するものであり、たとえば、吊りリード２３２の板厚（たとえば０．数ｍｍ程度）と同程度もしくはそれ以上であり、好ましくは、１ｍｍ程度以内とすることができる。

そして、一体化部材１０１を金型２００内に設置した状態では、この突出部２２１が上方から吊りリード２３２を押さえるが、このとき、吊りリード２３２の下部は支えが無いため、吊りリード２３２は若干たわみ、吊りリード２３２ひいては一体化部材１０１は下方に押さえつけられる。

そのため、一体化部材１０１におけるヒートシンク３０の下面は、金型２００の下型２１０に押しつけられて密着する。そして、この状態で、キャビティ２３０内に溶融状態にあるモールド樹脂７０を注入して充填することにより、ヒートシンク３０の下面が露出するように、一体化部材１０１がモールド樹脂７０によって封止される。

その後は、モールド樹脂７０を冷却して固化させ、モールド樹脂７０によって封止された一体化部材１０１を金型２００から取り出す。こうして、上記半導体装置１００ができあがる。

以上のように、このような製造方法によれば樹脂封止を行うワークを金型２００内に固定するために、吸引装置などの特別な装置が不要であるため、コストアップはほとんど生じることはない。よって、本実施形態によれば、ヒートシンク３０の下面をモールド樹脂７０から適切に露出させつつ、ヒートシンク３０または第１の配線基板４１、第２の配線基板４２の上面におけるデッドスペースを小さくすることができる。

また、図８は、本実施形態の半導体装置において、平面配置構成を変形した例を示す概略平面図である。

図８に示されるように、ヒートシンク３０の搭載面３０ａには、複数の検査端子５３、５４が設けられている。この検査端子５３、５４は、制御素子１０、パワーＭＯＳ素子２０の初期不良を検査するための端子であり、製品使用時に不要となる端子であるため、検査終了後には、製品を実装する際に邪魔にならない程度にカットされるものである。なお、図８に示す検査端子５３、５４は、カットした状態を示すものである。

ここで、本実施形態では、信号端子５１、５２はヒートシンク３０の搭載面３０ｃと平行な方向に延びるように配置されているとともに、検査端子５３、５４は信号端子５１、５２の延在方向に対して直交する方向に延びるように配置されている。

通常、信号端子５１、５２は高い電圧（１２Ｖ）を扱う端子であり、検査端子５３、５４は低い電圧（５Ｖ）を扱う端子であり、検査端子５３、５４は外部からの電気ノイズに弱い端子である。

そこで、本実施形態よれば、検査端子５３、５４を信号端子５１、５２の延在方向と直交する方向に延びるように配置しているため、装置の形状の変更及び拡大をしなくとも、検査端子５３、５４を信号端子５１、５２から遠ざけることができるので、検査端子５３、５４に対する電気ノイズの影響を防止することができる。

また、本実施形態では、樹脂７０のうち検査端子５３、５４が配置され部位には凹部３０ｄが形成されており、検査端子（５３、５４）はこの凹部３０ｄに奥まって配置されている。それによれば、検査端子５３、５４の周囲を樹脂７０にて覆うことができるため、製品使用時には不要になる検査端子５３、５４を、外部からの電気ノイズ等から保護することができる。

また、本実施形態においては、樹脂７０のうち互いに対向する端部の一方に第１の信号端子５１が配置され、当該端部の他方に第２の信号端子５２が配置され、第１および第２の信号端子５１、５２の突出方向が１方向にそろっているものにできる。

また、本実施形態においては、樹脂７０のうち互いに対向する端部の一方に第１の検査端子５３が配置され、当該端部の他方に第２の検査端子５４が配置され、第１および第２の検査端子５３、５４の突出方向が１方向にそろっているものにできる。

また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、本実施形態の実装構造示す概略図である。この図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示されるように、上述の半導体装置１００は、半導体装置１００のコネクター側端子１５１を介して、外部と接続するコネクター４００に設けられた端子１５３と溶接などにより電気的に接続されている。また、半導体装置１００は、半導体装置１００のモータ側端子１５２を介して、第１の電子素子１０及び第２の電子素子２０により駆動されるモーター駆動体４１０に設けられた端子１５４と溶接などにより電気的に接続されている。

そして、このような実装構造において、コネクター４００と第１の電子素子（１０）及び第２の電子素子２０との間に接続され外部からのノイズを除去するコンデンサ４２０は、半導体装置１００における樹脂７０の表面に直接搭載すると好ましい。また、コンデンサ４２０以外にも、コイル４３０などの素子を、半導体装置１００における樹脂７０の表面に直接搭載してもよい。

従来の実装構造の概略構造を示す図である図９（ａ）および図９（ｂ）に示されるように、従来の制御素子３１０、パワーＭＯＳ素子３２０は、プリント基板３００上に、ディスクリート素子であるリレー素子３３０、電解コンデンサ素子３４０、コンデンサ素子３５０、コイル３６０、チップ抵抗３８０とともに搭載されていた。そして、このプリント基板３００上の一部にコネクター３７０が配置され、このコネクター３７０とモーター等の駆動体（図示せず）とが、ワイヤーハーネスなどにより電気的に接続されていた。

このような実装構造に対して、本実施形態のような実装構造によれば、リレー素子２０を半導体化することにより半導体装置１００内に収めるとともに、コンデンサ４２０やコイル４３０は半導体装置１００における樹脂７０の表面に直接搭載されるため、装置全体としての小型化を図ることができるようになる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、第１の電子素子が制御素子であり、第２の電子素子がパワー素子であったが、本発明における各電子素子としては、第２の電子素子が第１の電子素子よりも大電流が流れ且つ大きい発熱を行うものであればよく、制御素子やパワー素子などに限定されない。

また、上記実施形態に示される半導体装置では、樹脂３０にてモールドされた装置構成を採用しているが、樹脂モールドされない構成であってもよい。たとえば、上記図１に示される半導体装置１００において上記樹脂３０を省略した構成を採用してもよい。

要するに、本発明は、第１の電子素子と第１の電子素子よりも大電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子とを備える半導体装置において、第１の電子素子、第２の電子素子を分離されたそれぞれの配線基板上に実装し、さらに各配線基板を離間させてヒートシンク上に搭載した構成を採用することを要部とするものであり、その他の部分については、適宜設計変更が可能である。

１０…制御素子
２０、２１、２２、２３、２４…パワーＭＯＳ素子（リレー素子）、
３０…ヒートシンク
３０ｃ…ヒートシンクの搭載面
３０ｄ…ヒートシンクの凹部
３１…ヒートシンクの突起部
４１…第１の配線基板
４２…第２の配線基板
５３、５４…検査端子
７０…樹脂
２３２…吊りリード

Claims (16)

1. 第１の電子素子（１０）と前記第１の電子素子（１０）よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子（２０）とを備える半導体装置において、
   ヒートシンク（３０）と、
   前記ヒートシンク（３０）の一面上に搭載され、それぞれ分離された第１の配線基板（４１）、第２の配線基板（４２）とを備え、
   前記第１の電子素子（１０）は、前記第１の配線基板（４１）の上に実装され、前記第２の電子素子（２０）は、前記第２の配線基板（４２）の上に実装されており、
   前記ヒートシンク（３０）はＦｅからなり、前記第２の電子素子（２０）からの一時的な発熱を蓄熱して前記第１の電子素子（１０）への熱伝導を抑制するものであることを特徴とする半導体装置。
2. 前記ヒートシンク（３０）は、前記第１の配線基板（４１）と前記第２の配線基板（４２）との間に位置する部位が、切り欠き部（３２）となっているものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の電子素子（１０）、前記第２の電子素子（２０）、前記第１の配線基板（４１）、前記第２の配線基板（４２）および前記ヒートシンク（３０）は、樹脂（７０）によってモールドされており、
   前記ヒートシンク（３０）の他面は、前記樹脂（７０）から露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記ヒートシンク（３０）における前記一面と前記他面との間の側面に、突起部（３１）が形成されており、前記突起部（３１）が前記樹脂（７０）に食い込んでいることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第２の電子素子は、パワー素子（２０）であり、
   前記第１の電子素子は、前記パワー素子（２０）を制御するための制御素子（１０）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 前記第２の電子素子は、パワー素子（２０）であり、
   前記第１の電子素子は、前記パワー素子（２０）を制御するための制御素子（１０）であり、
   前記樹脂（７０）のガラス転移温度が、前記パワー素子（２０）の動作可能な最高温度よりも高いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置。
7. 前記第１の配線基板（４１）および前記第２の配線基板（４２）は、セラミックからなるセラミック基板であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の半導体装置。
8. 複数の前記第２の電子素子（２０）を備え、該複数の前記第２の電子素子（２０）には半導体化されたリレー素子が含まれていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の半導体装置。
9. 前記第２の電子素子（２０）と前記第２の配線基板（４２）とを接合する接合部材の厚みを１００μｍ以下にしたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体装置。
10. 前記第１の電子素子（１０）、前記第２の電子素子（２０）、前記第１の配線基板（４１）、前記第２の配線基板（４２）および前記ヒートシンク（３０）は樹脂（７０）によってモールドされ、前記ヒートシンク（３０）の他面は前記樹脂（７０）から露出しており、前記ヒートシンク（３０）の周囲に設けられた信号端子（５１、５２）と、前記ヒートシンク（３０）と接合された前記信号端子（５１、５２）の吊りリード（２３２）とを備え、前記樹脂（７０）の端部のうち前記吊りリード（２３２）の周囲に位置する部位では、前記吊りリード（２３２）の直上に位置する部分が、前記吊りリード（２３２）の直下に位置する部分よりも引っ込んでいることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の半導体装置。
11. 前記ヒートシンク（３０）の周囲に設けられた信号端子（５１、５２）と検査端子（５３、５４）とを備え、前記信号端子（５１、５２）は前記ヒートシンク（３０）の前記搭載面（３０ｃ）と平行な方向に延びるように配置されているとともに、前記検査端子（５３、５４）は前記信号端子（５１、５２）の延在方向に対して直交する方向に延びるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の半導体装置。
12. 前記樹脂（７０）のうち前記検査端子（５３、５４）が配置され部位には凹部（３０ｄ）が形成されており、前記検査端子（５３、５４）は奥まって配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置。
13. 前記樹脂（７０）のうち互いに対向する端部の一方に前記第１の信号端子（５１）が配置され、当該端部の他方に前記第２の信号端子（５２）が配置され、前記第１および第２の信号端子（５１、５２）の突出方向が１方向にそろっていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体装置。
14. 前記樹脂（７０）のうち互いに対向する端部の一方に前記第１の検査端子（５３）が配置され、当該端部の他方に前記第２の検査端子（５４）が配置され、前記第１および第２の検査端子（５３、５４）の突出方向が１方向にそろっていることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の半導体装置。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載の半導体装置は、前記第１の電子素子（１０）及び前記第２の電子素子（２０）により駆動される駆動体及びコネクター（３０１）と電気的に接続されるとともに、前記コネクターと前記第１の電子素子（１０）及び前記第２の電子素子（２０）との間に接続され外部からのノイズを除去するコンデンサ（４２０）は、前記樹脂（７０）の表面に直接搭載されることを特徴とする。
16. 第１の電子素子（１０）と、前記第１の電子素子（１０）よりも大きい電流が流れ且つ大きい発熱を行う第２の電子素子（２０）とが搭載されるヒートシンクにおいて、
    Ｆｅからなり、前記第２の電子素子（２０）からの一時的な発熱を蓄熱して前記第１の電子素子（１０）への熱伝導を抑制するものであることを特徴とするヒートシンク。

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