JP6186142B2 - Terminal heat dissipation structure and semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、端子の放熱構造及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a terminal heat dissipation structure and a semiconductor device.
従来、通電により発熱する電子部品(発熱部品)の熱を逃がす放熱構造としては、例えば特許文献1のように、ヒートシンク上に発熱部品を搭載すると共に、発熱部品とリードフレームとをボンディングワイヤにより結線した上で、ヒートシンクの下面が露出するように、発熱部品、リードフレーム、ボンディングワイヤ及びヒートシンクを樹脂で封止した構造がある。このような放熱構造では、発熱部品の熱をヒートシンクから外部に逃がすことができる。 Conventionally, as a heat dissipation structure that releases heat of an electronic component (heat generating component) that generates heat by energization, for example, as disclosed in Patent Document 1, a heat generating component is mounted on a heat sink, and the heat generating component and a lead frame are connected by a bonding wire. In addition, there is a structure in which a heat generating component, a lead frame, a bonding wire, and a heat sink are sealed with a resin so that the lower surface of the heat sink is exposed. In such a heat dissipation structure, the heat of the heat generating component can be released from the heat sink to the outside.
ところで、上記のような従来の構造では、発熱部品だけではなく、リードフレーム等の接続部材も通電により発熱する。特に、このような接続部材の中でも、電源電流が流れるような端子(電力端子)においては、大電流が流れるため、発熱が大きい。また、発熱部品や外部(配線)の熱が電力端子に伝わることもある。
しかしながら、上記従来のような構造では、他の部材と絶縁させるように、電力端子や、リードフレームや端子等の接続端子は熱伝導性の低い絶縁樹脂によって覆われているため、これら電力端子等の熱(ジュール熱)を効率よくヒートシンクに逃がすことができない欠点がある。その結果、電力端子等の温度が上昇して電流容量を十分に確保できない、という問題が生じる。
By the way, in the conventional structure as described above, not only the heat-generating parts but also the connection members such as the lead frame generate heat when energized. In particular, among such connection members, a large current flows in a terminal (power terminal) through which a power supply current flows, and thus heat generation is large. In addition, heat from heat-generating components and external (wiring) may be transmitted to the power terminal.
However, in the conventional structure, the power terminals and the connection terminals such as the lead frame and the terminals are covered with an insulating resin having low thermal conductivity so as to be insulated from other members. The heat (joule heat) cannot be efficiently released to the heat sink. As a result, there arises a problem that the temperature of the power terminal or the like rises and current capacity cannot be sufficiently secured.
本発明は、上述した事情に鑑みたものであって、端子において発生した熱に対する放熱効果を向上させることにより、電流容量を十分に確保することが可能な端子の放熱構造、及び当該放熱構造を備えた半導体装置を提供することを目的とする。
なお、本明細書における「端子」は、電源電流が流れるような端子(電力端子)、リードフレーム、接続端子等を包含するものである。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and by improving the heat dissipation effect for the heat generated in the terminal, a terminal heat dissipation structure capable of sufficiently securing a current capacity, and the heat dissipation structure are provided. An object of the present invention is to provide a provided semiconductor device.
The “terminal” in this specification includes a terminal (power terminal) through which a power supply current flows, a lead frame, a connection terminal, and the like.
本発明の要旨は以下の通りである。
上記課題を解決するために、本発明の端子の放熱構造は、電子部品が搭載された導電性基板と、前記導電性基板上に絶縁層を介して配置されるとともに、前記電子部品と電気的に接続され、外部配線部材を接続可能な第一の接続部位を有し、通電により発熱する端子と、前記絶縁層内に配置され、前記端子の前記導電性基板側の面と接するように設けられた放熱用金属部材と、前記端子において前記第一の接続部位とは異なる第二の接続部位に電気的に接続されたワイヤボンドと、を備え、前記第一の接続部位から前記放熱用金属部材までの距離は、前記第一の接続部位から前記第二の接続部位までの距離よりも短く、前記導電性基板と前記放熱用金属部材とは、前記絶縁層により電気的に絶縁されており、前記放熱用金属部材の前記端子側表面には凹部が設けられ、当該凹部内には、前記端子の前記導電性基板側の面との間に放熱材を挟んで配置されたナットが配され、前記端子のうち当該ナットと対向する位置にボルトを貫通させる貫通孔が形成されていることを特徴とする。
The gist of the present invention is as follows.
In order to solve the above-described problems, a terminal heat dissipation structure according to the present invention includes a conductive substrate on which an electronic component is mounted, an insulating layer disposed on the conductive substrate, and an electrical connection with the electronic component. A first connection part to which an external wiring member can be connected, a terminal that generates heat when energized, and a terminal that is disposed in the insulating layer and that is in contact with the surface of the terminal on the conductive substrate side A heat-dissipating metal member, and a wire bond electrically connected to a second connecting part different from the first connecting part in the terminal, and the heat-dissipating metal from the first connecting part the distance to the members is shorter than a distance from the first connecting portion to said second connecting portion, wherein said conductive substrate and the radiating metal member are electrically insulated by the insulating layer The terminal side of the metal member for heat dissipation A concave portion is provided on the surface, and a nut arranged with a heat dissipation material interposed between the terminal and the surface of the terminal on the conductive substrate side is disposed, and the nut is opposed to the nut among the terminals. A through-hole through which the bolt passes is formed at a position.
本発明によれば、端子において発生した熱に対する放熱効果を向上させることにより、電流容量を十分に確保することが可能な端子の放熱構造、及び当該放熱構造を備えた半導体装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat dissipation effect with respect to the heat which generate | occur | produced in the terminal is improved, and the semiconductor device provided with the heat dissipation structure of the terminal which can ensure sufficient current capacity, and the said heat dissipation structure is provided. it can.
以下、本発明の端子の放熱構造及びそれを備えた半導体装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴を分かりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a terminal heat dissipation structure and a semiconductor device including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the characteristics easy to understand, there are cases where the characteristic portions are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent. In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not necessarily limited thereto, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention. .
本発明の一実施形態である端子の放熱構造100について説明する。
図1に示すように、本実施形態の端子の放熱構造100は、電子部品(不図示)が搭載された導電性基板(ベース金属)11と、導電性基板11上に絶縁層12を介して配置されるとともに、前記電子部品と電気的に接続され、通電により発熱する端子13と、絶縁層12内に配置され、端子13の導電性基板11側の面13aと接するように設けられた放熱用金属部材14と、を備え、導電性基板11と放熱用金属部材14とは、絶縁層12により電気的に絶縁されていることを特徴とする。
なお、本実施形態においては、端子の一例として、電源電流が流れるような端子(電力端子)を例に挙げ説明するが、本発明の端子はこれに限らず、例えば、外部配線との接続端子、発熱部品との接続端子等にも適用できる。
A terminal
As shown in FIG. 1, the terminal
In the present embodiment, as an example of the terminal, a terminal (power terminal) through which a power supply current flows is described as an example. However, the terminal of the present invention is not limited to this, for example, a connection terminal with external wiring It can also be applied to connection terminals with heat-generating components.
導電性基板11上には、絶縁層12が設けられた領域とはほかの領域に設けられた絶縁層31を介して配線パターン30が形成されており、この配線パターン30に電子部品(不図示)が電気接続されることで回路が形成されている。本実施形態では、導電性基板11の上面11a側に配線パターン30が形成されている。また、本実施形態では、配線パターン30と端子13とがワイヤボンド32により接続されている。
A
端子13は、導電性基板11上に絶縁層12を介して配置されるとともに、ワイヤボンド32及び配線パターン30を介して前記電子部品と電気的に接続される。
The
導電性基板11と端子13との間に配置された絶縁層12内には、端子13の導電性基板11側の面13aと接するように放熱用金属部材14が設けられている。なお図1においては、放熱用金属部材14は、端子13のうち外部配線部材側13Aに設けられているが、これに限らず、端子13の配線パターン側13Bに設けてもよい。
なお、放熱性金属部材14の寸法は端子13の寸法、特に端子13の導電性基板11側の面13aの表面積に応じて適宜決定してよいが、端子13において生じた熱を導電性基板11側へ効率よく放熱させる観点から、端子13と放熱性金属部材14の接触面積を十分に確保するよう、放熱性金属部材の14の寸法を設計することが好ましい。
In the
The size of the heat radiating
放熱性金属部材14は断面視略U字状の形状を有し、放熱用金属部材14の端子13側表面14aには凹部20が設けられており、この凹部20内にナット21が配されている。そして、端子13のうちナット21と対向する位置にボルト22を貫通させる貫通孔13cが形成されている。
また、本実施形態においては、端子13上に、例えば、外部電源(不図示)から配線パターン30へ電流を供給するための外部配線部材18を配されている。そして、貫通孔13cに挿入されるボルト22と凹部20内に配されたナット21によって、外部配線部材18と端子13が固定される。このようにして、導電性基板11に搭載された配線パターン30へは、外部電源(不図示)より、外部配線部材18、端子13及びワイヤボンド32を介して電流が流れる。
The heat dissipating
In the present embodiment, for example, an
本実施形態に係る放熱用金属部材14は、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましく、特に、Cu、Al、またはその合金からなることがさらに好ましい。
端子13では、外部配線部材18から伝わる熱や、配線パターン30への電源電流供給時における端子13とワイヤボンド32との接続部分での抵抗熱が生じる。そのため、端子13において生じた熱を導電性基板11側へ放熱させることが非常に重要である。そのため、放熱金属部材14は熱伝導率が高い放熱性に優れた材料を用いることが好ましい。
The heat radiating
In the
また、前述したように、端子13では、外部配線部材18からの熱や、抵抗熱が生じるため、このような熱を放熱させることが非常に重要である。このような観点から、放熱用金属部材14と端子13とを同じ材料とすることが好ましい。
放熱用金属部材14と端子13とを同じ材料とすることで、放熱用金属部材14と端子13の界面において電気抵抗の差をなくし、また、端子13を熱伝導率が高い放熱用金属部材14と同材料とすることで、さらに効率よく放熱効果を向上させることができる。
Further, as described above, since the
By using the same material for the heat dissipating
ここで、端子13において生じた熱を効率良く放熱させるためには、端子13から放熱金属部材14への放熱に加え、さらに導電性基板11側へ熱を逃がすことが好ましい。しかしながら、放熱用金属部材14と導電性基板11との間には絶縁層12が介在しているため、通常、放熱用金属部材14から導電性基板11側へ放熱させることは困難である。
一般的に、導電性基板11と放熱用金属部材14の間に介在する絶縁層12の厚み(導電性基板11と放熱用金属部材14の間隔)は、要求される絶縁耐圧で決定される。
しかしながら、本実施形態においては、導電性基板11と放熱用金属部材14の間に介在する絶縁層12の厚みを設計する際、前記絶縁耐圧を考慮するのは勿論であるが、放熱用金属部材14から導電性基板11側へ放熱させる観点から、絶縁層12の厚みを極力小さく設定することが好ましい。
すなわち、放熱性金属部材14から導電性基板11への放熱性を向上させるためには、導電性基板11と放熱用金属部材14の間に介在する絶縁層12の厚みを、放熱用金属部材14の熱を導電性基板11に伝えることが可能な厚みに設定されていることが好ましい。
また、放熱用金属部材14から導電性基板11側へ放熱させる観点から、絶縁層12の材料は、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。
Here, in order to efficiently dissipate the heat generated in the
Generally, the thickness of the insulating layer 12 (interval between the
However, in the present embodiment, when designing the thickness of the insulating
That is, in order to improve the heat dissipation from the heat-dissipating
In addition, from the viewpoint of radiating heat from the heat radiating
なお、本実施形態においては、端子13とナット21との間に、放熱材40が介在していることが好ましい。
前述したように、貫通孔13cに挿入されるボルト22と凹部20内に配されたナット21によって、外部配線部材18と端子13が固定されるため、ナット21と端子13の導電性基板側の面13aとは接触することとなる。そのため、端子13にて生じた熱を放熱用金属部材14側へ効率良く逃がすために、ナット21と端子13の接触面に放熱材40を介在させることが好ましい。
放熱材40としては、例えば放熱シートや放熱グリスを採用できる。
In the present embodiment, it is preferable that the
As described above, the
As the
また、ボルト22とナット21により外部配線部材18と端子13を固定する際、端子13とナット21との間に座金(ワッシャー)を介して固定してもよい。
このような場合、端子13において生じた熱の放熱経路は、ワッシャー、ナット、放熱用金属部材14の順となる。そのため、放熱性の観点から、ワッシャーの材料としては、熱伝導率がナットの熱伝導率と同等な材料を用いることが好ましい。
Further, when the
In such a case, the heat radiation path of the heat generated in the terminal 13 is in the order of the washer, the nut, and the heat radiating
また、本実施形態に係る半導体装置においては、上述してきたような端子の放熱構造を少なくとも1つ備えてもよい。
図2Aに、本実施形態である端子の放熱構造を複数備えた半導体装置を示す上面模式図を、そして図2Bにその側断面模式図を示す。なお、図1に示した部材と同一の部材については同一の符号を付して示している。
図2Aに示すように、本実施形態に係る半導体装置は、配線パターンの配列方向と平行に複数の放熱構造を配置してもよい。なお、この場合は、隣合う放熱構造(例えば、図2A中の放熱構造100と放熱構造101)は、絶縁耐圧を保持する間隔を維持するように配置する。
なお、絶縁層50は、配線パターン30,130や端子13,113の一部を封止する役割を担っており、図2A,B中では絶縁層12や絶縁層31とは別部材として示しているが、本実施形態では当該構成に限らず、絶縁層50が、絶縁層12または絶縁層31の少なくとも一方と連結されて同一部材とされていてもよい。
また、図2Bに示すように配線パターン30,130や端子13,113の一部を封止するに絶縁層50を設けた場合(絶縁層50が、絶縁層12または絶縁層31の少なくとも一方と連結されている場合も含む)、従来の構造では端子等で生じた熱の放熱効率が低くなるという問題があった。しかしながら、本実施形態に係る放熱構造100、101では、端子13の導電性基板11側の面13aと接するように放熱用金属部材14を設けているため、絶縁層50を設けた場合においても端子13において生じた熱を導電性基板11側へ効率よく逃がすことができる。
Further, the semiconductor device according to the present embodiment may include at least one terminal heat dissipation structure as described above.
FIG. 2A is a schematic top view showing a semiconductor device having a plurality of terminal heat dissipation structures according to this embodiment, and FIG. 2B is a schematic side sectional view thereof. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and shown about the member same as the member shown in FIG.
As shown in FIG. 2A, in the semiconductor device according to the present embodiment, a plurality of heat dissipation structures may be arranged in parallel with the arrangement direction of the wiring patterns. In this case, the adjacent heat dissipation structures (for example, the
The insulating
2B, when the insulating
以上説明したような上記端子の放熱構造100によれば、端子13の導電性基板11側の面と接するように、放熱用金属部材14が設けられているため、端子13が通電により発熱しても、この熱を放熱用金属部材14に効率よく逃がすことができる。また、電子部品や外部(配線等)の熱が端子13に伝わった場合でも、同様に、端子13にて生じた熱を放熱用金属部材14に効率よく逃がすことが可能となる。そして、このように端子13にて生じた熱を放熱させることが可能となるため、端子13の温度上昇を抑制することができ、電流容量を十分に確保できる。
According to the terminal
また、上記端子の放熱構造100を備えた半導体装置によれば、端子13が通電により発熱しても、この熱を放熱用金属部材14に効率よく逃がすことができるため、電流容量を十分に確保できる。その結果、このような半導体装置において素子特性の劣化を抑制することが可能となる。
Further, according to the semiconductor device provided with the terminal
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。 Although the details of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
放熱用金属部材14と端子13との固定手段として、上記ではボルトとナットで固定する形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、端子13と放熱用金属部材14が同一材料からなる場合、端子13として、予め放熱用金属部材14と一体となった部品を端子13として用いることにより、放熱効率の向上効果を享受できるほか、放熱構造を構成する部品点数を削減することが可能となる。
As a fixing means for the heat radiating
11・・・導電性基板
11a・・・上面
12・・・絶縁層
13、113・・・端子
13a・・・導電性基板側表面
13c・・・貫通孔
14、114・・・放熱用金属部材
18、118・・・外部配線部材
20・・・凹部
21・・・ナット
22、122・・・ボルト
30、130・・・配線パターン
31・・・絶縁層
32、132・・・ワイヤボンド
40・・・放熱材
50・・・絶縁層
100、101・・・放熱構造
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記導電性基板上に絶縁層を介して配置されるとともに、前記電子部品と電気的に接続され、外部配線部材を接続可能な第一の接続部位を有し、通電により発熱する端子と、
前記絶縁層内に配置され、前記端子の前記導電性基板側の面と接するように設けられた放熱用金属部材と、
前記端子において前記第一の接続部位とは異なる第二の接続部位に電気的に接続されたワイヤボンドと、を備え、
前記第一の接続部位から前記放熱用金属部材までの距離は、前記第一の接続部位から前記第二の接続部位までの距離よりも短く、
前記導電性基板と前記放熱用金属部材とは、前記絶縁層により電気的に絶縁されており、
前記放熱用金属部材の前記端子側表面には凹部が設けられ、
当該凹部内には、前記端子の前記導電性基板側の面との間に放熱材を挟んで配置されたナットが配され、
前記端子のうち当該ナットと対向する位置にボルトを貫通させる貫通孔が形成されていること
を特徴とする端子の放熱構造。 A conductive substrate on which electronic components are mounted;
A terminal that is disposed on the conductive substrate via an insulating layer, has a first connection part that is electrically connected to the electronic component and can be connected to an external wiring member, and generates heat when energized;
A heat dissipating metal member disposed in the insulating layer and provided so as to be in contact with the surface of the terminal on the side of the conductive substrate;
A wire bond electrically connected to a second connection site different from the first connection site in the terminal, and
The distance from the first connection site to the metal member for heat dissipation is shorter than the distance from the first connection site to the second connection site,
The conductive substrate and the radiating metal member is electrically insulated by the insulating layer,
A recess is provided on the terminal side surface of the metal member for heat dissipation,
In the concave portion, a nut disposed with a heat dissipation material interposed between the surface of the terminal and the conductive substrate side is disposed,
A terminal heat dissipating structure, wherein a through hole through which a bolt passes is formed at a position facing the nut of the terminal.
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