JP7484770B2 - 半導体パッケージ - Google Patents

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Description

本開示は、半導体パッケージに関する。
半導体チップが設けられたダイパッドがパッケージ下面で露出した非絶縁型表面実装モジュールが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１－１０３００３号公報
従来のパッケージでは、リード端子とダイパッド間の絶縁距離を確保するため、リード端子の内端部はパッケージ下面から露出していなかった。従って、リード端子は放熱シートに接しておらず、電流を流した際にリード端子で発生した熱を大気中に放熱していた。このため、電流を上げていくとリード端子の温度が許容値を超え、モジュールの電流密度増加の阻害になっていた。また、隣り合う複数のリード端子をパッケージ下面で露出させると、露出したリード端子間の絶縁距離を確保できない。また、複数のダイパッドを有する６ｉｎ１パッケージでは、露出したダイパッド間の絶縁距離を確保できない。このため、必要な絶縁耐量を確保できないという問題があった。
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は放熱性を向上させつつ絶縁耐量を確保することができる半導体パッケージを得るものである。
本開示に係る半導体パッケージは、複数のダイパッドと、前記複数のダイパッドの上にそれぞれ設けられた複数の半導体チップと、前記複数の半導体チップにそれぞれ接続された複数のリード端子と、前記複数のダイパッド、前記複数の半導体チップ、及び前記複数のリード端子を封止したパッケージとを備え、前記複数のダイパッドと前記複数のリード端子は前記パッケージの下面から露出し、前記複数のダイパッドは、第１のダイパッドと第２のダイパッドを有し、前記複数の半導体チップは、前記第１のダイパッドの上に設けられ前記第１のダイパッドに下面電極が接続された第１の半導体チップと、前記第２のダイパッドの上に設けられ前記第２のダイパッドに下面電極が接続された第２の半導体チップとを有し、前記複数のリード端子は、前記第１のダイパッドと一体形成された第１のリード端子と、前記第２のダイパッドと一体形成された第２のリード端子と、前記第１の半導体チップの上面電極とワイヤ接続された第３のリード端子とを有し、前記パッケージの前記下面には、隣接する前記第１のダイパッド及び前記第１のリード端子の組と前記第２のダイパッド及び前記第２のリード端子の組との間、及び、隣接する前記第１のダイパッド及び前記第１のリード端子の組と前記第３のリード端子との間に溝が設けられていることを特徴とする。
本開示では、複数のダイパッドだけでなく複数のリード端子もパッケージの下面から露出している。このため、放熱性を向上させることができる。また、パッケージの下面には、隣接するダイパッドの間及び隣接するリード端子の間に溝が設けられている。このため、露出したダイパッドの間の沿面距離と露出したリード端子の間の沿面距離を確保することができる。これにより、必要な絶縁耐量を確保することができる。
実施の形態１に係る半導体パッケージの内部を示す上面図である。 実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態１に係る半導体パッケージを示す下面図である。 実施の形態２に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態２に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態３に係る半導体パッケージの内部を示す上面図である。 実施の形態３に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態４に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態５に係る半導体パッケージを示す下面図である。 実施の形態６に係る半導体パッケージを示す断面図である。 実施の形態６に係る半導体パッケージを示す下面図である。
実施の形態に係る半導体パッケージについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体パッケージの内部を示す上面図である。図２，３は、実施の形態１に係る半導体パッケージを示す断面図である。図４は、実施の形態１に係る半導体パッケージを示す下面図である。図２は図１のＩ－ＩＩに沿った断面図である。図３は図１のＩＩＩ－ＩＶに沿った断面図である。この半導体パッケージは６ｉｎ１のＩＰＭ（Intelligent Power Module）である。
半導体チップ１ａ～１ｆは、主電流のオンオフスイッチングを行うＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。半導体チップ２ａ～２ｆは、スイッチング遮断時の還流電流を流すＦＷＤ（Free Wheeling Diode）である。
半導体チップ１ａ，２ａがダイパッド３ａの上に設けられている。半導体チップ１ｂ，２ｂがダイパッド３ｂの上に設けられている。半導体チップ１ｃ，２ｃがダイパッド３ｃの上に設けられている。半導体チップ１ｄ～１ｆ，２ｄ～２ｆがダイパッド３ｄの上に設けられている。
半導体チップ１ａ～１ｆの上面電極はそれぞれ半導体チップ２ａ～２ｆの上面電極にワイヤ接続されている。半導体チップ１ａ，２ａの下面電極はダイパッド３ａに接続されている。半導体チップ１ｂ，２ｂの下面電極はダイパッド３ｂに接続されている。半導体チップ１ｃ，２ｃの下面電極はダイパッド３ｃに接続されている。半導体チップ１ｄ～１ｆ，２ｄ～２ｆの下面電極はダイパッド３ｄに接続されている。半導体チップ１ａ～１ｆ，２ａ～２ｆの下面電極とダイパッド３ａ～３ｄの接続には半田等の接合材が用いられている。
制御チップ４ａ，４ｂがリードフレーム５の上に設けられている。半導体チップ１ａ～１ｃの制御電極は制御チップ４ａにワイヤ接続されている。半導体チップ１ｄ～１ｆの制御電極は制御チップ４ｂにワイヤ接続されている。制御チップ４ａは半導体チップ１ａ～１ｃを制御する。制御チップ４ｂは半導体チップ１ｄ～１ｆを制御する。
複数のリード端子６ａ～６ｆが複数の半導体チップ２ａ～２ｆの上面電極にそれぞれワイヤ接続されている。リード端子６ｄ～６ｆはそれぞれダイパッド３ａ～３ｃに連結されている。ダイパッド３ａ～３ｄ、リードフレーム５及びリード端子６ａ～６ｆは、一枚の金属製の薄板を配線状に加工したものである。
エポキシ樹脂などのパッケージ７が半導体チップ１ａ～１ｆ，２ａ～２ｆ、ダイパッド３ａ～３ｄ、リードフレーム５、リード端子６ａ～６ｆ及びワイヤ等を封止している。ダイパッド３ａ～３ｄ、リードフレーム５、リード端子６ａ～６ｆの下面は、パッケージ７の下面から露出し、熱を放熱する放熱面として機能する。パッケージ７の下面には、隣接するダイパッド３ａ～３ｄの間及び隣接するリード端子６ａ～６ｆの間に溝８が設けられている。
上記の構成を有する半導体パッケージは基板９に実装される。この際に、パッケージ７のサイドから突出したリードフレーム５及びリード端子６ａ～６ｆは、それぞれ下方に折り曲げられ、基板９の電極に接続される。
本実施の形態では、ダイパッド３ａ～３ｄだけでなくリード端子６ａ～６ｆもパッケージ７の下面から露出している。このため、放熱性を向上させることができる。また、パッケージ７の下面には、隣接するダイパッド３ａ～３ｄの間及び隣接するリード端子６ａ～６ｆの間に溝８が設けられている。このため、露出したダイパッド３ａ～３ｄの間の沿面距離と露出したリード端子６ａ～６ｆの間の沿面距離を確保することができる。これにより、必要な絶縁耐量を確保することができる。
実施の形態２．
図５，６は、実施の形態２に係る半導体パッケージを示す断面図である。図５，６の断面はそれぞれ実施の形態１の図２，３の断面に対応する。本実施の形態では、絶縁材１０がパッケージ７の下面に密着し、溝８に入り込んでいる。絶縁材１０は、パッケージ７の材質よりも高い熱伝導率を持ち、例えばヤング率５００［ＭＰａ］以下のウレタン等である。
絶縁材１０がダイパッド３ａ～３ｄ間及びリード端子６ａ～６ｆ間の溝８に入り込むことにより空間距離を確保することができるため、絶縁耐量を更に向上させることができる。また、ダイパッド３ａ～３ｄ及びリード端子６ａ～６ｆの熱は大気中のみでなく、絶縁材１０を介して基板９に放熱されるため、放熱性が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に係る半導体パッケージの内部を示す上面図である。図８は、実施の形態３に係る半導体パッケージを示す断面図である。図８は図７のＩ－ＩＩに沿った断面図である。本実施の形態では、シャント抵抗１１がリード端子６ａ～６ｃの上に設けられている。シャント抵抗１１の一端はリード端子６ａ～６ｃに接続され、他端はエミッタ端子（不図示）を介して接地されている。シャント抵抗１１は、短絡保護のために電流を検出するのに用いられる。
シャント抵抗１１をパッケージ７に内蔵することで、シャント抵抗１１の基板実装工程と基板実装コストを削減することができる。また、シャント抵抗１１が設けられたリード端子６ａ～６ｃがパッケージ７の下面から露出して絶縁材１０と密着するため、シャント抵抗１１の放熱性が向上する。
実施の形態４．
図９，１０は、実施の形態４に係る半導体パッケージを示す断面図である。図９，１０の断面はそれぞれ実施の形態１の図２，３の断面に対応する。本実施の形態では、銅などからなる金属パターン１２が絶縁材１０の下面に設けられている。このように外装した金属パターン１２からの放熱が可能になるため、ダイパッド３ａ～３ｄ及びリード端子６ａ～６ｆの放熱性が更に向上する。その他の構成及び効果は実施の形態３と同様である。
実施の形態５．
図１１，１２は、実施の形態５に係る半導体パッケージを示す断面図である。図１３は、実施の形態５に係る半導体パッケージを示す下面図である。図１１，１２の断面はそれぞれ実施の形態１の図２，３の断面に対応する。本実施の形態では、エポキシ樹脂などの樹脂１３により絶縁材１０を封止している。金属パターン１２の下面は樹脂１３から露出している。その他の構成は実施の形態４と同様である。
パッケージ７と樹脂１３が１つのパッケージとなる。このように絶縁材１０をパッケージに内蔵することで、半導体パッケージを基板９に実装する基板実装工程と基板実装コストを削減することができる。その他の効果は実施の形態４と同様である。なお、絶縁材１０を樹脂１３で封止した場合でも、ダイパッド３ａ～３ｄ間及びリード端子６ａ～６ｆ間の空間距離を確保するために、溝８を設け、溝８に絶縁材１０を入り込ませる必要がある。
実施の形態６．
図１４は、実施の形態６に係る半導体パッケージを示す断面図である。図１５は、実施の形態６に係る半導体パッケージを示す下面図である。本実施の形態では、発熱量が小さい制御チップ４ａ，４ｂが設けられたリードフレーム５はパッケージ７の下面から露出していない。即ち、主な発熱源となる半導体チップ１ａ～１ｆ，２ａ～２ｆが設けられたダイパッド３ａ～３ｄと複数のリード端子６ａ～６ｆのみをパッケージ７の下面から露出させている。その他の構成は実施の形態２と同様である。この場合でも実施の形態２と同様に放熱性を向上させることができる。
なお、半導体チップ１ａ～１ｆ，２ａ～２ｆは、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体チップは、耐電圧性及び許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された半導体チップを用いることで、この半導体チップを組み込んだ半導体パッケージも小型化・高集積化できる。また、半導体チップの耐熱性が高いため、ヒートシンクの放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体パッケージを更に小型化できる。また、半導体チップの電力損失が低く高効率であるため、半導体パッケージを高効率化できる。
１ａ～１ｆ，２ａ～２ｆ 半導体チップ、３ａ～３ｄ ダイパッド、４ａ，４ｂ 制御チップ、５ リードフレーム、６ａ～６ｆ リード端子、７ パッケージ、８ 溝、１０ 絶縁材、１１ シャント抵抗、１２ 金属パターン、１３ 樹脂

Claims (8)

  1. 複数のダイパッドと、
    前記複数のダイパッドの上にそれぞれ設けられた複数の半導体チップと、
    前記複数の半導体チップにそれぞれ接続された複数のリード端子と、
    前記複数のダイパッド、前記複数の半導体チップ、及び前記複数のリード端子を封止したパッケージとを備え、
    前記複数のダイパッドと前記複数のリード端子は前記パッケージの下面から露出し、
    前記複数のダイパッドは、第１のダイパッドと第２のダイパッドを有し、
    前記複数の半導体チップは、前記第１のダイパッドの上に設けられ前記第１のダイパッドに下面電極が接続された第１の半導体チップと、前記第２のダイパッドの上に設けられ前記第２のダイパッドに下面電極が接続された第２の半導体チップとを有し、
    前記複数のリード端子は、前記第１のダイパッドと一体形成された第１のリード端子と、前記第２のダイパッドと一体形成された第２のリード端子と、前記第１の半導体チップの上面電極とワイヤ接続された第３のリード端子とを有し、
    前記パッケージの前記下面には、隣接する前記第１のダイパッド及び前記第１のリード端子の組と前記第２のダイパッド及び前記第２のリード端子の組との間、及び、隣接する前記第１のダイパッド及び前記第１のリード端子の組と前記第３のリード端子との間に溝が設けられていることを特徴とする半導体パッケージ。
  2. 前記複数のダイパッドと前記複数のリード端子は前記パッケージの下面において面一になっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージ。
  3. 前記パッケージの前記下面に密着し、前記溝に入り込み、前記パッケージよりも高い熱伝導率を持つ絶縁材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体パッケージ。
  4. 前記複数のリード端子は、前記第２の半導体チップの上面電極とワイヤ接続された第４のリード端子を更に有し、
    隣接する前記第３のリード端子及び前記第４のリード端子に一端が接続され、他端が接地されたシャント抵抗を更に備えることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の半導体パッケージ。
  5. 前記絶縁材の下面に設けられた金属パターンを更に備えることを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージ。
  6. 前記絶縁材を封止する樹脂を更に備えることを特徴とする請求項３又は５に記載の半導体パッケージ。
  7. リードフレームと、
    前記リードフレームの上に設けられ、前記複数の半導体チップを制御する制御チップとを更に備え、
    前記リードフレームは前記パッケージの下面から露出していないことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の半導体パッケージ。
  8. 前記複数の半導体チップはワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の半導体パッケージ。
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