JP6315108B2 - パワー半導体のパッケージ素子 - Google Patents

Description

本発明は、パワー半導体を樹脂モールドによって覆う形状からなるパワー半導体のパッケージ素子に関する。

特許文献１には、パワー半導体が樹脂モールドで覆われた構造のパワー半導体モジュールが記載されている。パワー半導体は、リードフレーム上に搭載されている。樹脂モールド内には、絶縁性基板が備えられている。絶縁性基板の表面には回路導体が形成されている。リードフレームは、はんだ等によって回路導体に接合されている。絶縁性基板の裏面には、略全面に放熱用導体が形成されている。絶縁性基板は、エポキシ樹脂等からなり、回路導体および放熱用導体と線膨張率は近い。

特許文献２のパワー半導体モジュールは、基本的な構造が特許文献１と同じであるが、絶縁性基板はセラミック材からなる。セラミック材は、熱伝導率が高い。

特許第０３４２９９２１号明細書 特開２００６−３３２５７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、絶縁性基板がエポキシ樹脂等の熱伝導率は低い材質からなる。例えば、エポキシ樹脂の熱伝導率は、１〜５［Ｗ／ｍＫ］しかない。したがって、パワー半導体が発生した熱を効果的に放熱することができない。

また、特許文献２に記載の構成では、回路導体および放熱用導体と絶縁性基板との線膨張率が大きく異なる。例えば、リードフレームに利用される銅材の線膨張率は、１６．８×１０^−６［／℃］であり、セラミック材の線膨張係数は、２．６×１０^−６［／℃］である。すなわち、絶縁性基板とリードフレームの線膨張係数は、６倍程度異なっている。このため、パワー半導体モジュールのパッケージを成形する過程に受ける熱履歴と線膨張係数の差とによって、絶縁性基板が反ってしまい、パッケージが反ってしまう。

したがって、本発明の目的は、パワー半導体の発生する熱を効果的に放熱でき、且つ外形形状の反りを抑制したパワー半導体のパッケージ素子を提供することにある。

この発明のパワー半導体のパッケージ素子は、パワー半導体と、パワー半導体が実装されるベース部材と、ベース部材に接合されるリードフレームと、パワー半導体、ベース部材、およびリードフレームの一部を覆うパッケージ樹脂と、を備える。

ベース部材は、熱伝導性を有する絶縁性基板、回路導体、および放熱用導体を備える。回路導体は、絶縁性基板の表面に形成され、リードフレームが電気的に接続する。放熱用導体は、絶縁性基板の裏面に形成され、パッケージ樹脂の外面に露出する。リードフレームが導電性接合材によってベース部材の回路導体に接合される接合領域は、ベース部材の表面の幾何学的な中心を含む。接合領域の面積は、ベース部材の表面の面積の２０％以下である。

この構成では、ベース部材を平面視した周辺上の各位置と接合領域との距離が局所的に長くなることが抑制され、この距離が全体として略均一に短くなる。さらに、接合領域の面積が小さいことにより、絶縁性基板とリードフレームとの線膨張係数の差の影響を受け難い。したがって、パッケージ樹脂の成型時の熱履歴による反りが抑制される。

また、この発明のパワー半導体のパッケージ素子は、パワー半導体と、パワー半導体が実装されるベース部材と、ベース部材に接合されるリードフレームと、パワー半導体、ベース部材、およびリードフレームの一部を覆うパッケージ樹脂と、を備える。

ベース部材は、熱伝導性を有する絶縁性基板、回路導体、ダミー導体、および放熱用導体を備える。回路導体は、絶縁性基板の表面に形成され、リードフレームが電気的に接続する。ダミー導体は、表面に形成され、回路導体と離間し前記リードフレームが接合されない。放熱用導体は、絶縁性基板の裏面に形成され、パッケージ樹脂の外面に露出する。リードフレームが導電性接合材によってベース部材の回路導体に接合される接合領域は、ベース部材の表面の幾何学的な中心を含む。放熱用導体の面積に対する回路導体およびダミー導体の合計面積の割合は６０％以上である。

この構成では、ベース部材を平面視した周辺上の各位置と接合領域との距離が局所的に長くなることが抑制され、この距離が全体として略均一に短くなる。さらに、絶縁性基板の表面における導体の面積と裏面における導体の面積が近いことにより、熱履歴によって表面側の導体（回路導体およびダミー導体）が絶縁性基板に加える応力の大きさと、裏面側の導体（放熱用導体）が絶縁性基板に加える応力の大きさとが近くなる。したがって、パッケージ樹脂の成型時の熱履歴による反りが抑制される。

また、この発明のパワー半導体のパッケージ素子では、次の構成であることが好ましい。接合領域の面積は、ベース部材の表面の面積の２０％以下である。ベース部材は、回路導体から離間しリードフレームが接合されないダミー導体を表面に備える。放熱用導体の面積に対する回路導体およびダミー導体の合計面積の割合は６０％以上である。

この構成では、ベース部材を平面視した周辺上の各位置と接合領域との距離が局所的に長くなることが抑制され、この距離が全体として略均一に短くなる。さらに、接合領域の面積が小さいことにより、絶縁性基板とリードフレームとの線膨張係数の差の影響を受け難い。さらに、絶縁性基板の表面における導体の面積と裏面における導体の面積が近いことにより、熱履歴によって表面側の導体（回路導体およびダミー導体）が絶縁性基板に加える応力の大きさと、裏面側の導体（放熱用導体）が絶縁性基板に加える応力の大きさとが近くなる。したがって、パッケージ樹脂の成型時の熱履歴による反りがさらに抑制される。

また、この発明のパワー半導体のパッケージ素子では、パワー半導体は、回路導体に直接実装されていてもよい。

この構成では、リードフレームとベース部材との接合領域の面積がさらに小さくすることができる。これにより、反りをさらに抑制することが可能になる。

また、この発明のパワー半導体のパッケージ素子では、次の構成であってもよい。リードフレームは、回路導体に接合される側の端部にリードフレームの伸長方向が変化した屈曲部を備える。ベース部材は、少なくとも回路導体に形成された屈曲部が挿入される孔と、該孔を囲む導体を備える。リードフレームは、屈曲部と孔を囲む導体において導電性接合材によって接合されている。

この構成では、リードフレームが回路導体（孔を囲む導体）に接合する面積をさらに小さくすることができる。これにより、反りをさらに抑制することが可能になる。

また、この発明のパワー半導体のパッケージ素子では、放熱用導体は、放熱用導体を平面視して、幾何学的な中心を基準とした円状の導体非形成部を備えていてもよい。

この構成では、絶縁性基板の表面側における導体の面積と、裏面側における導体の面積との比を適宜調整することができる。これにより、パッケージ樹脂の成型時の熱履歴による反りがさらに抑制される。

この発明によれば、パワー半導体の発生する熱を効果的に放熱でき、且つ外形形状の反りを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の接合領域の拡大図である。 本発明の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子における絶縁性基板の表面面積に対する接合面積の割合と、パッケージ素子の反り量との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子における裏面の導体の面積に対する表面の導体の面積の割合と、パッケージ素子の反り量との関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の接合領域の拡大図である。 本発明の第３の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示す側面断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の裏面側の平面図である。 絶縁性基板の裏面における導体の被覆率と反り量の関係を示す図である。

本発明の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、「パッケージ素子」は、「パワー半導体のパッケージ素子」を意味する。本実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源回路、特に大電流が流れる電源回路に利用される。しかしながら、放熱が必要なパワー半導体を有するパッケージ素子であれば、本願の構成を適用することができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の構成を示す図である。図１（Ａ）は、第１実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示すベース部材の表面側の平面断面図である。図１（Ｂ）は、第１実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示す側面断面図である。図１（Ｃ）は、第１実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示すベース部材の裏面側の平面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の接合領域の拡大図である。

パッケージ素子１０は、ベース部材２０、パワー半導体３１１，３１２、リードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２，４２１，４２２、および、パッケージ樹脂６０を備える。

パワー半導体３１１，３１２は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴであり、ベアチップの形態である。

ベース部材２０は、絶縁性基板２１を備える。絶縁性基板２１は、セラミック材等の熱伝導率が高い材質からなる。例えば、セラミック材であれば、熱伝導率は、２０〜２５０［Ｗ／ｍＫ］であり、熱伝導率が高い材質に相当する。なお、熱伝導率が高い材質としては、当該セラミック材の熱伝導率よりも高いものが好ましいが、従来技術に示したエポキシ樹脂よりも熱伝導率が高いものであれば、本願の絶縁性基板２１に利用することが可能である。

回路導体２３およびダミー導体２４は、絶縁性基板２１の表面に形成されている。回路導体２３およびダミー導体２４は、銅等の熱伝導率と導電率が高い材質からなる。回路導体２３は、絶縁性基板２１の表面の幾何学的な中心Ｏを含む形状である。ダミー導体２４は、絶縁性基板２１の表面を平面視して、回路導体２３を囲むように形成されている。回路導体２３とダミー導体２４は、物理的に分離している。

放熱用導体２２は、絶縁性基板２１の裏面に形成されている。放熱用導体２２は、銅等の熱伝導率が高い材質からなる。放熱用導体２２は、回路導体２３およびダミー導体２４と同じ材質であることが好ましい。放熱用導体２２は、絶縁性基板２１の裏面の略全面に形成されている。なお、放熱用導体２２は、回路導体２３およびダミー導体２４よりも厚くてもよい。

リードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２，４２１，４２２は、ベース部材２０を平面視した所定の辺から外側に延びる形状で配置されている。リードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２，４２１，４２２は、パッケージ素子１０の仕様に応じた個数および形状によって形成されている。リードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２，４２１，４２２は、銅等の導電率の高い金属からなる。

リードフレーム４０１の表面には、パワー半導体３１１が実装されている。リードフレーム４１１は、導電性のワイヤ４１によってパワー半導体３１１に接続されている。

リードフレーム４０２の表面には、パワー半導体３１２が実装されている。リードフレーム４１２は、導電性のワイヤ４１によってパワー半導体３１２に接続されている。

図２に示すように、リードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２は、半田５１によって回路導体２３に接合されている。この接合されている領域が、本発明の接合領域に相当する（図２の半田５１の領域に相当する。）。接合領域は、ベース部材２０（絶縁性基板２１）の平面視した幾何学的中心Ｏを含むように配置されている。

パッケージ樹脂６０は、パワー半導体３１１，３１２、ベース部材２０の全体、リードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２，４２１，４２２におけるパワー半導体３１１，３１２およびベース部材２０に接続する側の一部を覆うようにモールドしている。この際、放熱用導体２２の裏面は、パッケージ樹脂６０の裏面６０１から露出している。

パッケージ樹脂６０は、熱硬化性樹脂からなる。したがって、パッケージ樹脂６０は、液状の樹脂を、ベース部材２０の表面を覆うように塗布し、これを熱硬化させることによって実現される。このような製造工程を経るため、ベース部材２０およびリードフレーム４０１，４０２，４１１，４１２，４２１，４２２は、所定の熱履歴を受けることになる。

このような構成からなるパッケージ素子１０を駆動させると、パワー半導体３１１，３１２が発熱する。この熱は、リードフレーム４０１，４０２、回路導体２３、絶縁性基板２１を介して放熱用導体２２に伝導される。放熱用導体２２は、パッケージ樹脂６０の裏面６０１から外部に露出しているので、放熱用導体２２に伝導した熱は、この露出した部分から外部に拡散（放熱）される。

本実施形態の構成では、絶縁性基板２１に熱伝導率の高い材質を用いているので、効果的な放熱を実現することができる。

また、本実施形態の構成では、接合領域がベース部材２０の幾何学的な中心Ｏを含むように設定されてことによって、ベース部材２０を平面視して、接合領域からベース部材２０のそれぞれの辺上の各点までの距離が局所的に長くなることを抑制できる。例えば、接合領域がベース部材２０の一つの角部（第１の角部）に近接するように配置された場合における当該第１の角部と対角を成す第２の角部と接合領域との距離に対して、接合領域を幾何学的な中心Ｏを含む位置に配置した場合における各角部と接合領域との距離は短くなる。反り量は、接合領域からの距離が長くなるほど大きくなる。したがって、本実施形態の構成を用いて、接合領域からベース部材２０における最も遠い位置（この場合は角部）までの距離を短くできることによって、ベース部材２０の反りを小さくすることができる。これにより、パッケージ素子１０の反りを抑制することができる。

また、本実施形態の構成では、次の条件を満たすことによって、パッケージ素子１０の反りをさらに抑制することができる。

図３は、本発明の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子における絶縁性基板の表面面積に対する接合面積の割合と、パッケージ素子の反り量との関係を示す図である。図３において、各線は、リードフレームの厚み毎の特性を示す。また、図３は、表面の導体の面積（回路導体２３とダミー導体２４の合計面積）が、裏面の導体の面積（放熱用導体２２の面積）に対して、約９０％の場合を示している。なお、他の割合の場合でも同様の傾向を有する。

図３に示すように、表面面積に対する接合面積の割合を２０％以下とすることによって、反り量を一定の小さな範囲内（例えば、±１００μｍ以下）に収めることができる。この傾向は、リードフレームの厚みによることなく同じである。したがって、表面面積に対する接合面積の割合を２０％以下とすることによって、リードフレームの厚みによることなく、反り量を抑制することができる。

さらに、具体的な結果は記載していないが、絶縁性基板２１の厚みを変化させても、この傾向は得られる。したがって、表面面積に対する接合面積の割合を２０％以下とすることによって、ベース部材２０の絶縁性基板２１の厚みによることなく、反り量を抑制することができる。

また、本実施形態では、次の構成を備えることによって、パッケージ樹脂６０、すなわち、パッケージ素子１０の反りを抑制することができる。

図４は、本発明の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子における裏面の導体の面積に対する表面の導体の面積の割合と、パッケージ素子の反り量との関係を示す図である。なお、図４は、接合面積が絶縁性基板の表面面積の約２０％の場合を示している。絶縁性基板の表面面積に対する接合面積の割合が他の割合であっても同様の傾向を有する。

図４に示すように、裏面の導体の面積に対する表面の導体の面積の割合を６０％以上にすることによって、６０％未満の場合を比較して、反りを急激に小さくすることができる。さらに、裏面の導体の面積に対する表面の導体の面積の割合を８０％以上にすることによって、反りをより一層小さくすることができる。

これは、絶縁性基板２１における表面の導体の面積と裏面における導体の面積が近くなることで、熱履歴によって表面側の導体（回路導体２３およびダミー導体２４）が絶縁性基板２１に加える応力の大きさと、裏面側の導体（放熱用導体２２）が絶縁性基板２１に加える応力の大きさとが近くなるからである。そして、表面側から絶縁性基板２１に係る応力と裏面側から絶縁性基板２１に係る応力が逆方向になるからである。

このような表面側の導体の面積と裏面の導体の面積との関係を得るため、本実施形態のパッケージ素子１０では、上述のように、表面側に、回路導体２３と分離されたダミー導体２４を備えている。

このように、本実施形態の構成を備えることによって、放熱効率が高く反りの小さなパッケージ素子１０を安定して実現することができる。なお、表面面積に対する接合面積の割合を２０％以下にする条件と、裏面の導体の面積に対する表面の導体の面積の割合を８０％以上にする条件は、いずれか一方を満たしていればよい。ただし、両方の条件を満たすことによって、パッケージ素子１０の反りをより一層抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の構成を示す図である。図５（Ａ）は、第２の実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示すベース部材の表面側の平面断面図である。図５（Ｂ）は、第２の実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示す側面断面図である。図６は、本発明の第２の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の接合領域の拡大図である。

本実施形態に係るパッケージ素子１０Ａは、接合領域の構成が第１の実施形態に係るパッケージ素子１０と異なる。他の構成は、第１の実施形態に係るパッケージ素子１０と同じである。

ベース部材２０Ａの表面には、回路導体２３１，２３２が形成されている。回路導体２３１，２３２の面積は、第１の実施形態に係る回路導体２３の面積よりも小さい。

パワー半導体３１１は、回路導体２３１上に実装されている。パワー半導体３１１は、導電性のワイヤ４１によってリードフレーム４０１Ａに接続されている。リードフレーム４０１Ａ，４１１Ａの先端部は、回路導体２３１に重なっている。リードフレーム４０１Ａ，４１１Ａの先端部は、半田５１１Ａによって回路導体２３１に接合されている。

この際、リードフレーム４０１Ａ上にパワー半導体３１１を配置しない構成であるので、リードフレーム４０１Ａと回路導体２３１とが重なる領域の面積を、パワー半導体３１１の面積よりも小さくすることができる。これにより、リードフレーム４０１Ａと回路導体２３１との接合領域の面積（図６における半田５１１Ａの領域に相当する。）を小さくすることができる。なお、リードフレーム４１１Ａと回路導体２３１との接合面積はできる限り小さく設定されている。

また、図６に示すように、リードフレーム４０１Ａ，４１１Ａと回路導体２３１との接合領域は、ベース部材２０Ａの幾何学的な中心Ｏを含むように設定されている。

パワー半導体３１２は、回路導体２３２上に実装されている。パワー半導体３１２は、導電性のワイヤ４１によってリードフレーム４０２Ａ，４１２Ａに接続されている。リードフレーム４０２Ａ，４１２Ａの先端部は、回路導体２３２に重なっている。リードフレーム４０２Ａ，４１２Ａの先端部は、半田５１２Ａによって回路導体２３２に接合されている。

この際、リードフレーム４０２Ａ上にパワー半導体３１２を配置しない構成であるので、リードフレーム４０２Ａと回路導体２３２とが重なる領域の面積を、パワー半導体３１２の面積よりも小さくすることができる。これにより、リードフレーム４０２Ａと回路導体２３２との接合領域の面積（図６における半田５１２Ａの領域に相当する。）を小さくすることができる。なお、リードフレーム４１２Ａと回路導体２３２との接合面積はできる限り小さく設定されている。

このような構成とすることによって、リードフレーム４０１Ａ，４１１Ａと回路導体２３１との接合面積と、リードフレーム４０２Ａ，４１２Ａと回路導体２３２との接合面積との合計の接合面積を、第１の実施形態の構成よりも小さくすることができる。これにより、パッケージ素子１０Ａの反りをさらに抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子について、図を参照して説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の構成を示す図である。図７（Ａ）は、第３の実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示すベース部材の表面側の平面断面図である。図７（Ｂ）は、第３の実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示す側面断面図である。

本実施形態に係るパッケージ素子１０Ｂは、回路導体２３１Ｂ，２３２Ｂの形状、および、リードフレーム４０１Ｂ，４０２Ｂの形状、リードフレーム４０１Ｂ，４０２Ｂが回路導体２３１Ｂ，２３２Ｂに接合する形状が第２の実施形態に係るパッケージ素子１０Ａと異なる。他の構成は、第２の実施形態に係るパッケージ素子１０Ａと略同じである。

リードフレーム４０１Ｂは、凹部４０１ｄＢを備える。凹部４０１ｄＢ内には、パワー半導体３１１が実装されている。凹部４０１ｄＢの裏面は、絶縁性基板２１の表面に当接している。

リードフレーム４０１Ｂにおける凹部４０１ｄＢが形成される側の端部には、屈曲部４０１ｅＢが形成されている。屈曲部４０１ｅＢは、リードフレーム４０１Ｂの延びる方向の一端を屈曲させることによって形成されている。屈曲部４０１ｅＢの延びる方向は、リードフレーム４０１Ｂが凹部４０１ｄＢによって凹む方向と略平行である。屈曲部４０１ｅＢは、回路導体２３１Ｂ、絶縁性基板２１を貫通し、放熱用導体２２に達している。屈曲部４０１ｅＢは、回路導体２３１Ｂに対して半田５１によって接合されている。屈曲部４０１ｅＢは、放熱用導体２２に対して半田５２によって接合されている。

ここで、回路導体２３１Ｂは、屈曲部４０１ｅＢが挿通する孔を囲むように所定幅で形成されている。すなわち、回路導体２３１Ｂが本発明の「孔を囲む導体」に相当する。具体的には、屈曲部４０１ｅＢが孔内に挿通された状態で、半田５１によって所望の強度で固定されるように半田フィレットができる程度の幅で形成されている。これにより、回路導体２３１Ｂとリードフレーム４０１Ｂとの接合面積を大幅に小さくすることができる。

リードフレーム４０２Ｂは、凹部４０２ｄＢを備える。凹部４０２ｄＢ内には、パワー半導体３１２が実装されている。凹部４０２ｄＢの裏面は、絶縁性基板２１の表面に当接している。

リードフレーム４０２Ｂにおける凹部４０２ｄＢが形成される側の端部には、屈曲部４０２ｅＢが形成されている。屈曲部４０２ｅＢは、リードフレーム４０２Ｂの延びる方向の一端を屈曲させることによって形成されている。屈曲部４０２ｅＢの延びる方向は、リードフレーム４０２Ｂが凹部４０２ｄＢによって凹む方向と略平行である。屈曲部４０２ｅＢは、回路導体２３２Ｂ、絶縁性基板２１を貫通し、放熱用導体２２に達している。屈曲部４０２ｅＢは、回路導体２３２Ｂに対して半田５１によって接合されている。屈曲部４０２ｅＢは、放熱用導体２２に対して半田５２によって接合されている。

ここで、回路導体２３２Ｂは、屈曲部４０２ｅＢが挿通する孔を囲むように所定幅で形成されている。すなわち、回路導体２３２Ｂが本発明の「孔を囲む導体」に相当する。具体的には、屈曲部４０２ｅＢが孔内に挿通された状態で、半田５１によって所望の強度で固定されるように半田フィレットができる程度の幅で形成されている。これにより、回路導体２３２Ｂとリードフレーム４０２Ｂとの接合面積を大幅に小さくすることができる。

また、回路導体２３２Ｂとリードフレーム４０２Ｂとの接合領域は、ベース部材２０Ｂ（絶縁性基板２１）の表面の幾何学的な中心Ｏを含むように配置されている。

このような構成とすることによって、リードフレーム４０１Ｂと回路導体２３１Ｂとの接合面積と、リードフレーム４０２Ｂと回路導体２３２Ｂとの接合面積との合計の接合面積を、第１、第２の実施形態の構成よりもさらに小さくすることができる。これにより、パッケージ素子１０Ａの反りをより一層抑制することができる。

また、この構成を用いることによって、パワー半導体３１１をリードフレーム４０１Ｂに実装し、パワー半導体３１２をリードフレーム４０２Ｂに実装した状態で、リードフレーム４０１Ｂと回路導体２３１Ｂとの接合面積と、リードフレーム４０２Ｂと回路導体２３２Ｂとの接合面積との合計の接合面積を小さくしつつ、パワー半導体３１１の発熱は、リードフレーム４０１Ｂの凹部４０１ｄＢの裏面と絶縁性基板２１の表面との当接箇所を介し、またパワー半導体３１２の発熱は、リードフレーム４０２Ｂの凹部４０２ｄＢの裏面と絶縁性基板２１の表面との当接箇所を介して、効率良く放熱することができる。

また、本実施形態の構成を用いることによって、回路導体２３１Ｂ，２３２Ｂの面積を小さくできる。これにより、回路導体２３１Ｂ，２３２Ｂからダミー導体２４１，２４２までの距離を長くすること可能になり、さらにその距離を適宜調整し易い。したがって、パワー半導体３１１，３１２に対する沿面距離を、所望の耐圧に応じて適宜設定でき、反りを抑制しながら、耐圧特性を向上させることができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子について、図を参照して説明する。図８は、本発明の第４の実施形態におけるパッケージ素子内の部品配置を示す側面断面図である。

本実施形態に係るパッケージ素子１０Ｃは、第３の実施形態に係るパッケージ素子１０Ｂに対して、屈曲部４０１ｅＣ，４０２ｅＣの形状が異なる。他の構成は、第３の実施形態に係るパッケージ素子１０Ｂと同じである。

屈曲部４０１ｅＣ，４０２ｅＣは、ベース部材２０Ｃにおける回路導体２３１Ｃ，２３２Ｃのみを貫通する形状である。このような構成であっても、第３の実施形態に係るパッケージ素子１０Ｂと同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第５の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子について、図を参照して説明する。図９は、本発明の第５の実施形態に係るパワー半導体のパッケージ素子の裏面側の平面図である。

本実施形態に係るパッケージ素子１０Ｄは、ベース部材２０Ｄの放熱用導体２２Ｄの形状が第１の実施形態に係るパッケージ素子１０と異なる。他の構成は、第１の実施形態に係るパッケージ素子１０と同じである。

放熱用導体２２Ｄには、同心円の導体非形成部２２０Ｄが複数設けられている。複数の導体非形成部２２０Ｄの中心は、ベース部材２０Ｄ（絶縁性基板２１）の幾何学的な中心Ｏである。

このような構成を用い、導体非形成部２２０Ｄの個数および幅を調整することによって、絶縁性基板２１の表面の導体の面積と絶縁性基板２１の裏面の導体の面積との比を適切に調整することができる。

図１０は、絶縁性基板の裏面における導体の被覆率と反り量の関係を示す図である。図１０では、表面の導体の被覆率が８６％の場合を示している。

図１０に示すように、導体非形成部２２０Ｄの個数および幅を調整して、裏面の導体の被覆率を調整することによって、反りを略０に抑制することができる。なお、図１０では、表面の導体の被覆率が８６％の場合を示しているが、他の被覆率であっても同様の傾向を得ることができる。

これは、表面の導体の被覆率と裏面の導体の被覆率を調整することによって、絶縁性基板の表面の導体の面積に対する裏面の導体の面積の比を適宜調整でき、絶縁性基板が表面の導体から受ける応力と裏面の導体から受ける応力を略一致するように調整できるからである。そして、このような調整が可能なことによって、これらの応力を緩和でき、反りを抑制することができる。このように、放熱用導体２２Ｄに設ける導体非形成部２２０Ｄを適宜設定することによって、パッケージ素子１０Ｄの反りをさらに抑制することができる。

また、図９に示すように、ベース部材２０Ｄ（絶縁性基板２１）の幾何学的な中心Ｏを基準にした同心円の形状で、導体非形成部２２０Ｄを設けることによって、接合領域を中心とした絶縁性基板２１の平面内での各方向の剛性が略一致する。これにより、各方向に対する反りが均一に抑制され、反りが殆ど生じないようにすることができる。

なお、本発明の上述の構成は、リードフレームの線膨張係数と絶縁性基板の線膨張係数が異なる構成において作用効果が得られるが、リードフレームの線膨張係数と絶縁性基板の線膨張係数が大きく異なる場合に、より有効に作用する。ここで、リードフレームの線膨張係数と絶縁性基板の線膨張係数が大きく異なる場合とは、リードフレームの線膨張係数が絶縁性基板の線膨張係数の倍以上である場合を示す。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：パッケージ素子
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ：ベース部材
２１：絶縁性基板
２２，２２Ｄ：放熱用導体
２３，２３１，２３２，２３１Ｂ，２３２Ｂ，２３１Ｃ，２３２Ｃ：回路導体
２４，２４１，２４２：ダミー導体
４１：ワイヤ
５１，５２，５１１Ａ，５１２Ａ：半田
６０：パッケージ樹脂
２２０Ｄ：導体非形成部
３１１，３１２：パワー半導体
４０１，４０２，４０１Ａ，４０２Ａ，４０１Ｂ，４０２Ｂ，４１１，４１２，４１１Ａ，４１２Ａ，４２１，４２２：リードフレーム
４０１ｄＢ，４０２ｄＢ：凹部
４０１ｅＢ，４０２ｅＢ，４０１ｅＣ，４０２ｅＣ：屈曲部
６０１：裏面

Claims (6)

1. パワー半導体と、
   前記パワー半導体が実装されるベース部材と、
   前記ベース部材に接合されるリードフレームと、
   前記パワー半導体、前記ベース部材、および前記リードフレームの一部を覆うパッケージ樹脂と、
   を備え、
   前記ベース部材は、
   熱伝導性を有する絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の表面に形成され、前記リードフレームが電気的に接続する回路導体と、
   前記絶縁性基板の裏面に形成され、パッケージ樹脂の外面に露出する放熱用導体と、を備え、
   前記リードフレームが導電性接合材によって前記回路導体に接合される接合領域は、前記ベース部材の表面の幾何学的な中心を含み、
   前記接合領域の面積は、前記表面の面積の２０％以下である、
   パワー半導体のパッケージ素子。
2. パワー半導体と、
   前記パワー半導体が実装されるベース部材と、
   前記ベース部材に接合されるリードフレームと、
   前記パワー半導体、前記ベース部材、および前記リードフレームの一部を覆うパッケージ樹脂と、
   を備え、
   前記ベース部材は、
   熱伝導性を有する絶縁性基板と、
   前記絶縁性基板の表面に形成され、前記リードフレームが電気的に接続する回路導体と、
   前記表面に形成され、前記回路導体と離間し前記リードフレームが接合されないダミー導体と、
   前記絶縁性基板の裏面に形成され、パッケージ樹脂の外面に露出する放熱用導体と、を備え、
   前記リードフレームが前記ベース部材に導電性接合材によって前記回路導体に接合される接合領域は、前記ベース部材の表面の幾何学的な中心を含み、
   前記放熱用導体の面積に対する前記回路導体および前記ダミー導体の合計面積の割合は、６０％以上である、
   パワー半導体のパッケージ素子。
3. 前記ベース部材は、前記回路導体から離間し前記リードフレームが接合されないダミー導体を前記表面に備え、
   前記放熱用導体の面積に対する前記回路導体および前記ダミー導体の合計面積の割合は、６０％以上である、
   請求項１に記載のパワー半導体のパッケージ素子。
4. 前記パワー半導体は、前記回路導体に直接実装されている、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパワー半導体のパッケージ素子。
5. 前記リードフレームは、前記回路導体に接合される側の端部に前記リードフレームの伸長方向が変化した屈曲部を備え、
   前記ベース部材は、
   少なくとも前記回路導体に形成された前記屈曲部が挿入される孔と、
   該孔を囲む導体を備え、
   前記リードフレームは、前記屈曲部と前記孔を囲む導体において前記導電性接合材によって接合されている、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパワー半導体のパッケージ素子。
6. 前記放熱用導体は、
   前記放熱用導体を平面視して、前記幾何学的な中心を基準とした円状の導体非形成部を備える、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のパワー半導体のパッケージ素子。

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