JP6409879B2 - パッケージ型パワー半導体、および、パッケージ型パワー半導体の実装構造 - Google Patents

Description

本発明は、筐体や放熱部材に実装して使用されるパッケージ型パワー半導体、および、パッケージ型パワー半導体の実装構造に関する。

現在、各種のパッケージ型パワー半導体が利用されている。パワー半導体は、発熱量が大きいので、パッケージ型パワー半導体は、パワー半導体の放熱構造を要する。

例えば、特許文献１に記載の半導体パワーモジュールは、パワー半導体の裏面に熱拡散板が半田によって接合されている。熱拡散板は、半田によって配線導体に接合されている。熱拡散板および配線導体は、例えばＣｕからなり、熱伝導率の高い金属である。配線導体は、樹脂絶縁層を挟んで放熱基板の表面に配置されている。放熱基板は、例えばＡｌ、カーボンからなり、熱伝導率の高い材料からなる。樹脂絶縁層は、配線導体と放熱基板との間の絶縁性を高く維持するために用いられている。

特開２００５−５６８７３号公報

特許文献１に記載の半導体パワーモジュールでは、配線導体と放熱基板とが対向する全面に樹脂絶縁層が配置されている。したがって、絶縁性能は、樹脂絶縁層の厚みによって決定される。

一般的に、樹脂絶縁層は、配線導体および放熱基板との密着性を向上させるため、当接面に直交する方向から押圧力をかけた状態で、配線導体と放熱基板との間に配置される。そして、樹脂絶縁層の厚みは、押圧力によって決まる。

このため、押圧力を安定させなければ、所望とする絶縁性能を得られない。また、半導体パワーモジュール毎に、絶縁性能が異なってしまう。このため、特許文献１に記載の構成では、絶縁性能が安定した信頼性の高い半導体パワーモジュールを実現することが容易ではない。

したがって、本発明の目的は、絶縁性能に関する信頼性が高いパッケージ型パワー半導体を安定して製造できるパッケージ型パワー半導体の構造、および、パッケージ型パワー半導体の実装構造を提供することにある。

この発明のパッケージ型パワー半導体は、パワー半導体チップ、パワー半導体チップが表面に実装されるリードフレーム、リードフレームの裏面に当接する放熱基板、および、絶縁性モールド樹脂を備える。絶縁性モールド樹脂は、放熱基板が裏面に露出し、パワー半導体チップおよびパワー半導体チップがリードフレームに接続する部分を覆う形状からなる。さらに、絶縁性モールド樹脂は、絶縁性モールド樹脂の裏面に直交し、放熱基板の裏面よりも外方に突起する突起部を備える。

この構成では、パッケージ型パワー半導体を放熱する放熱部材に突起部を当接させた状態で実装することによって、パッケージ型パワー半導体と放熱部材との間の絶縁性樹脂層を安定した厚みに制御することができる。

また、この発明のパッケージ型パワー半導体では、次の構成であることが好ましい。絶縁性モールド樹脂は、絶縁性モールド樹脂の裏面に壁を備える。壁に囲まれる凹部の底面に放熱基板の裏面が露出している。

この構成では、絶縁性モールド樹脂の裏面に露出する放熱基板と放熱部材との距離を離間できる。これにより、絶縁性に関する沿面距離を長くでき、絶縁性能が向上する。

また、この発明のパッケージ型パワー半導体では、突起部は、壁の裏面に、それぞれに離間して複数備えられている。

この構成では、パッケージ型パワー半導体を放熱部材に安定した姿勢で接着しながら、パッケージ型パワー半導体と放熱部材との間に配する絶縁性接着部材の流動性を阻害しない。これにより、パッケージ型パワー半導体の裏面の全面（突起部を除く）に確実に絶縁性接着部材をいきわたらせることができる。

また、この発明のパッケージ型パワー半導体では、絶縁性モールド樹脂の裏面に直交する方向に絶縁性モールド樹脂の裏面を視て、突起部は、凹部よりも外周に近い位置に配置されていることが好ましい。

この構成では、放熱基板と放熱部材との沿面距離を、さらに長くすることができ、絶縁性能が向上する。

また、この発明のパッケージ型パワー半導体では、絶縁性モールド樹脂の裏面に直交する方向に絶縁性モールド樹脂の裏面を視て、壁は、突起部が形成している位置の近傍において、凹部の角部が面取りされた形状を備えることが好ましい。

この構成では、放熱基板と放熱部材との沿面距離を、さらに長くすることができ、さらに絶縁性能が向上する。

また、この発明のパッケージ型パワー半導体の実装構造は、上述のいずれかに記載のパッケージ型パワー半導体と、絶縁性モールド樹脂の裏面側に配置された放熱部材と、パッケージ型パワー半導体を放熱部材に接着する絶縁性接着部材と、を備える。放熱基板は、絶縁性接着部材を介して放熱部材に間接的に接する。突起部は、放熱部材に対して直接的に接している。

この構成では、パッケージ型パワー半導体を放熱部材に、高い絶縁性能を持って実装することができる。

この発明によれば、絶縁性能に関する信頼性が高い状態でパッケージ型パワー半導体を放熱部材に安定して実装することができる。

本発明の第１の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の実装構造を示す側面図、および、パッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の実装構造を示す側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。 本発明の第４の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。 本発明の第５の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。

本発明の第１の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体およびパッケージ型パワー半導体の実装構造について、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の実装構造を示す側面図である。図１（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。

図１に示すように、パッケージ型パワー半導体１０は、パワー半導体チップ２０、リードフレーム３１，３２、ワイヤ４０、放熱基板５０、絶縁性モールド樹脂６０を備える。

パワー半導体チップ２０は、リードフレーム３１の表面に実装されている。パワー半導体チップ２０は、ワイヤ４０によって、リードフレーム３２に接続されている。ワイヤ４０は、導電性ワイヤであり、Ａｌ、Ａｕ等を材料としている。

リードフレーム３１，３２は、導電性を有し、細い板状である。リードフレーム３１の延びる方向におけるパワー半導体チップ２０が実装されて端部と反対側の端部は、外部の導電部材７１によって固定されている。リードフレーム３２の延びる方向におけるは、ワイヤ４０に接続する端部と反対側の端部は、外部の導電部材７２によって固定されている。

放熱基板５０は、熱伝導性の高い板からなる。例えば、放熱基板５０は、Ｃｕ，Ａｌ等からなる。したがって、放熱基板５０は導電性を有する。放熱基板５０の表面は、リードフレーム３１の裏面、言い換えれば、リードフレーム３１におけるパワー半導体チップ２０の実装面の反対側の面に当接している。

絶縁性モールド樹脂６０は、パワー半導体チップ２０、リードフレーム３１，３２の一部、ワイヤ４０、放熱基板５０の一部を覆う形状からなる。パワー半導体チップ２０およびワイヤ４０は、全体が絶縁性モールド樹脂６０によって覆われている。リードフレーム３１は、パワー半導体チップ２０が実装される端部を含むように覆われている。リードフレーム３２は、ワイヤ４０が接続する端部を含むように覆われている。放熱基板５０は、放熱基板５０の裏面が絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１から外部に露出するように覆われている。絶縁性モールド樹脂６０は、平面視して略矩形である。放熱基板５０は、絶縁性モールド樹脂６０を平面視した、中央に配置されている。

絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１側には、壁６１が備えられている。壁６１は、絶縁性モールド樹脂６０を裏面側から視て、絶縁性モールド樹脂６０の外周に沿って連続的に延びる形状である。この壁６１によって、絶縁性モールド樹脂６０を平面視した中央に凹部６１０が形成される。放熱基板５０の裏面は、この凹部６１０の底面に露出している。なお、図では、壁６１は、全周に繋がる環状であるが、部分的に分断されていてもよい。

壁６１の先端には、複数の突起部６２が形成されている。突起部６２は、円柱状である。複数の突起部６２は、壁６１の先端の面に離間して配置されている。より具体的には、図１（Ｂ）に示すように、複数の突起部６２は、絶縁性モールド樹脂６０を平面視した４つの角部付近にそれぞれ配置されている。

壁６１および複数の突起部６２は、絶縁性モールド樹脂６０の本体部分（パワー半導体チップ２０、リードフレーム３１，３２の一部、ワイヤ４０、放熱基板５０の一部を覆う部分）と一体形成されている。したがって、壁６１および複数の突起部６２は、所定の剛性を有する。

図１（Ａ）に示すように、パッケージ型パワー半導体１０は、絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１側が放熱部材８０となるように、放熱部材８０に実装される。放熱部材８０は、パッケージ型パワー半導体１０が実装される電子機器の筐体、冷却機構部等である。

絶縁性モールド樹脂６０の突起部６２の先端は、放熱部材８０の表面に当接している。

絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１側における突起部６２が当接する領域を除く全面は、絶縁性接着部材９０によって充填されている。これにより、放熱基板５０の裏面は、絶縁性接着部材９０に当接し、絶縁性接着部材９０は放熱部材８０に当接する。

絶縁性接着部材９０は、熱伝導率が高い材料からなる。これにより、放熱基板５０は、絶縁性接着部材９０を介して、放熱部材８０に熱的に接続されている。したがって、放熱基板５０から放熱部材８０に効果的に放熱することができる。また、絶縁性接着部材９０を介することによって、放熱基板５０と放熱部材８０との間の絶縁性を保つことができる。

さらに、本実施形態の構成では、絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１の突起部６２が放熱部材８０の表面に当接した状態で、パッケージ型パワー半導体１０が放熱部材８０に実装される。突起部６２は、剛性を有するので、放熱部材８０への実装面に直交する方向から押圧力を加えた状態で、パッケージ型パワー半導体１０を放熱部材８０に実装しても、放熱基板５０と放熱部材８０との距離は一定となる。したがって、押圧力によることなく、安定した絶縁性能を実現することができる。

なお、本実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０は、次に示すように、放熱部材８０に実装される。

まず、放熱部材８０の表面におけるパッケージ型パワー半導体１０を実装する領域に絶縁性接着部材９０を塗布する。この時点では、絶縁性接着部材９０は、流動性を有する。

次に、放熱部材８０における絶縁性接着部材９０が塗布された領域に、所定の押圧力を掛けた状態で、パッケージ型パワー半導体１０を実装する。この際、突起部６２を放熱部材８０の表面に当接した状態を維持できる程度の押圧力とする。これにより、絶縁性モールド樹脂６０と放熱部材８０に挟まれた絶縁性接着部材９０は流動し、絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１の全面に亘って広がる。

この状態を保持したまま、リードフレーム３１，３２を外部の導電部材７１，７２に固定し、絶縁性接着部材９０を硬化させる。

本実施形態の構成では、突起部６２が壁６１に対して小さく、複数の突起部６２が離間して配置されている。この構成によって、絶縁性接着部材９０の流動を阻害せず、絶縁性接着部材９０は、確実に、絶縁性モールド樹脂６０の裏面６０１の全面に亘って広がる。

このように、本実施形態の構成を用いることによって、絶縁性能に関する信頼性および放熱性が高い状態でパッケージ型パワー半導体を放熱部材に安定して実装することができる。

なお、絶縁性モールド樹脂６０の壁６０１は、省略することも可能である。しかしながら、壁６０１を備えることによって、放熱基板５０と放熱部材８０との距離を離間でき、絶縁性能を向上することができる。

次に、第２の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体およびパッケージ型パワー半導体の実装構造について、図を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の実装構造を示す側面図である。

本実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０Ａは、突起部６２Ａを設置する位置が第１の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０と異なる。

突起部６２Ａは、絶縁性モールド樹脂６０Ａの壁６１を平面視して（絶縁性モールド樹脂６０Ａを裏面側から平面視して）、凹部６１０までの直線距離よりも外周辺までの直線距離の方が短くなる位置に配置されている。例えば、具体的に、図２の例であれば、突起部６２Ａの壁面は、壁６１の外面に面一である。

このような構成とすることによって、放熱基板５０と放熱部材８０との沿面距離（図２における位置Ｐ１と位置Ｐ２との距離）を長くすることができる。これにより、さらに絶縁性能を向上させることができる。また、この構成では、放熱基板５０と放熱部材８０とに直交する方向の距離が変化しないので、放熱性能が低下しない。したがって、放熱性能の低下を抑制し、且つ絶縁性能がさらに向上した実装構造を実現できる。

次に、本発明の第３の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体およびパッケージ型パワー半導体の実装構造について、図を参照して説明する。図３は、本発明の第３の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。

本実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０Ｂは、突起部６２Ｂの形状が第２の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０Ａと異なる。

突起部６２Ｂは、平面視して楕円形である。突起部６２Ｂは、絶縁性モールド樹脂６０Ｂの裏面６０１を平面視して、放熱基板５０が配置される中央から外方へ向かう放射方向を長軸方向としている。

このような構成とすることで、絶縁性接着部材９０の流動を、さらに阻害しにくい。したがって、さらに確実に、絶縁性接着部材９０を絶縁性モールド樹脂６０Ｂと放熱部材８０との間に充填することができる。これにより、さらに絶縁性能を向上させることができる。また、絶縁性能の高いパッケージ型パワー半導体１０Ｂの実装構造を、より確実に実現することができる。

次に、本発明の第４の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体およびパッケージ型パワー半導体の実装構造について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第４の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。

本実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０Ｃは、突起部６２Ｃの配置位置が、第１の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０と異なる。

複数の突起部６２Ｃは、絶縁性モールド樹脂６０Ｃの壁６１の先端面において、配置パターンが三角形となるようにされている。

このような構成であっても、絶縁性能の高いパッケージ型パワー半導体１０Ｃおよびその実装構造を実現することができる。また、絶縁性接着部材９０の流動性をさらに向上できる。

なお、上述の各実施形態における突起部の形状は、円柱、楕円柱以外に、平面視した形状が多角形の柱状であってもよい。但し、平面視した角部の角度は大きく、できれば円弧状であることが好ましい。これにより、絶縁性接着部材９０の突起部付近での回り込みをよくできる。

次に、本発明の第５の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体およびパッケージ型パワー半導体の実装構造について、図を参照して説明する。図５は、本発明の第５の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体の裏面の構成を視た平面図である。

本実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０Ｄは、壁６１Ｄの形状が、第３の実施形態に係るパッケージ型パワー半導体１０Ｂと異なる。

壁６１Ｄは、突起部６２Ｄが配置される角部において、幅が厚くなるように形成されている。言い換えれば、凹部６１０Ｄは、平面視して、角が面取りされた形状からなる。

このような形状とすることによって、放熱基板５０と放熱部材８０との沿面距離をさらに長くすることができる。これにより、さらに絶縁性能を向上することができる。

なお、上述の各実施形態は、適宜組み合わせることができ、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ：パッケージ型パワー半導体
２０：パワー半導体チップ
３１，３２：リードフレーム
４０：ワイヤ
５０：放熱基板
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ：絶縁性モールド樹脂
６１：壁
６２，６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃ，６２Ｄ：突起部
７１，７２：導電部材
８０：放熱部材
９０：絶縁性接着部材
６０１：絶縁性モールド樹脂の裏面
６１０：凹部

Claims (4)

1. パワー半導体チップと、
   前記パワー半導体チップが表面に実装されるリードフレームと、
   前記リードフレームの裏面に当接する放熱基板と、
   前記放熱基板が裏面に露出し、前記パワー半導体チップおよび前記パワー半導体チップが前記リードフレームに接続する部分を覆う形状からなる絶縁性モールド樹脂と、
   を備え、
   前記絶縁性モールド樹脂は、
   前記絶縁性モールド樹脂の裏面に形成された壁と、
   前記絶縁性モールド樹脂の裏面に直交し、前記放熱基板の裏面よりも外方に突起する突起部と、を備え、
   前記壁に囲まれる凹部の底面に前記放熱基板の裏面が露出しており、
   前記突起部は、前記壁の裏面に、それぞれに離間して複数備えられている、
   パッケージ型パワー半導体。
2. 前記絶縁性モールド樹脂の裏面に直交する方向に前記絶縁性モールド樹脂の裏面を視て、
   前記突起部は、前記凹部よりも外周に近い位置に配置されている、
   請求項１に記載のパッケージ型パワー半導体。
3. 前記絶縁性モールド樹脂の裏面に直交する方向に前記絶縁性モールド樹脂の裏面を視て、
   前記壁は、前記突起部が形成している位置の近傍において、前記凹部の角部が面取りされた形状を備える、
   請求項１または請求項２に記載のパッケージ型パワー半導体。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパッケージ型パワー半導体と、
   前記絶縁性モールド樹脂の裏面側に配置された放熱部材と、
   前記パッケージ型パワー半導体を前記放熱部材に接着する絶縁性接着部材と、を備え、
   前記放熱基板は、前記絶縁性接着部材を介して前記放熱部材に間接的に接し、
   前記突起部は、前記放熱部材に対して直接的に接している、
   パッケージ型パワー半導体の実装構造。

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