JPH04106962A - 樹脂封止型半導体装置 - Google Patents
樹脂封止型半導体装置Info
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- JPH04106962A JPH04106962A JP2224694A JP22469490A JPH04106962A JP H04106962 A JPH04106962 A JP H04106962A JP 2224694 A JP2224694 A JP 2224694A JP 22469490 A JP22469490 A JP 22469490A JP H04106962 A JPH04106962 A JP H04106962A
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Classifications
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- H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/181—Encapsulation
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は樹脂封止型半導体装置に係わり、特に、樹脂製
外囲器の内部に設置する半導体能動素子と外部電流端子
以外の樹脂製外囲器表面とが電気的に絶縁されている樹
脂封止型半導体装置に好適なものである。
外囲器の内部に設置する半導体能動素子と外部電流端子
以外の樹脂製外囲器表面とが電気的に絶縁されている樹
脂封止型半導体装置に好適なものである。
(従来の技術)
樹脂製外囲器により半導体能動素子を封止して使用する
型の樹脂封止型半導体装置は多品種が開発市販されてお
り、封入する半導体能動素子の種類によって外囲器の形
状や種類も多岐にわたっている。ところで、樹脂封止型
半導体装置では樹脂製外囲器の内部に設置する半導体能
動素子と外部電流端子以外の樹脂製外囲器表面とか絶縁
された型のものがあり、これを第1図により説明すると
、いわゆるリードフレーム(LeadFr−ame)の
ベツド(Bed)部1に半導体能動素子3が半田層2を
介してマウント(Mount)され、半導体能動素子3
に設置した電極(図示せず)に例えば超音波ボンディン
グ(Bondi−ng)法により固着した金属細線例え
ばAQやAu細線4をリードフレームのリード端子5に
同じ方法で圧着して封止樹脂層6外に導出する。この外
部に導出したリード端子を通常アウターリードと呼称し
ている。半導体能動素子3とは例えばシリコン(SiQ
icon)から成る半導体基板にモノリシック(Mon
oQ y t h i c)に例えばトランジスタ(T
ransister)を造り込んだペレット(PeQQ
et)である。図から明らかなように封止樹脂層6によ
り内部の半導体素子と外部端子以外の樹脂製外囲器表面
とか電気的に絶縁されているので、ユーザー(User
)か購入後この装置を使用する時、この装置と別個の放
熱板に取付けるのにマイカ(Mika)なとの絶縁物を
使わずに電気的絶縁ができる。このような機種には第1
図の他に第2図に明らかにしたものが使われており、こ
れは封止樹脂層6の代わりに実装基板の一部として使わ
れているセラミック(Ceramic)により半導体能
動素子3が絶縁されている。第1図の樹脂封止型半導体
装置かモールドタイプ(MoQd Type)第2図
のそれがモジュール(ModuQe)タイプと記載する
。モジュールタイプではセラミック板7の両面に金属製
薄膜即ち回路パターン(Patt−ern)を形成した
例えば銅薄膜8.8′を形成して実装基板を構成し、こ
こに設置する半田層9により半導体能動素子2を固着し
たものである。
型の樹脂封止型半導体装置は多品種が開発市販されてお
り、封入する半導体能動素子の種類によって外囲器の形
状や種類も多岐にわたっている。ところで、樹脂封止型
半導体装置では樹脂製外囲器の内部に設置する半導体能
動素子と外部電流端子以外の樹脂製外囲器表面とか絶縁
された型のものがあり、これを第1図により説明すると
、いわゆるリードフレーム(LeadFr−ame)の
ベツド(Bed)部1に半導体能動素子3が半田層2を
介してマウント(Mount)され、半導体能動素子3
に設置した電極(図示せず)に例えば超音波ボンディン
グ(Bondi−ng)法により固着した金属細線例え
ばAQやAu細線4をリードフレームのリード端子5に
同じ方法で圧着して封止樹脂層6外に導出する。この外
部に導出したリード端子を通常アウターリードと呼称し
ている。半導体能動素子3とは例えばシリコン(SiQ
icon)から成る半導体基板にモノリシック(Mon
oQ y t h i c)に例えばトランジスタ(T
ransister)を造り込んだペレット(PeQQ
et)である。図から明らかなように封止樹脂層6によ
り内部の半導体素子と外部端子以外の樹脂製外囲器表面
とか電気的に絶縁されているので、ユーザー(User
)か購入後この装置を使用する時、この装置と別個の放
熱板に取付けるのにマイカ(Mika)なとの絶縁物を
使わずに電気的絶縁ができる。このような機種には第1
図の他に第2図に明らかにしたものが使われており、こ
れは封止樹脂層6の代わりに実装基板の一部として使わ
れているセラミック(Ceramic)により半導体能
動素子3が絶縁されている。第1図の樹脂封止型半導体
装置かモールドタイプ(MoQd Type)第2図
のそれがモジュール(ModuQe)タイプと記載する
。モジュールタイプではセラミック板7の両面に金属製
薄膜即ち回路パターン(Patt−ern)を形成した
例えば銅薄膜8.8′を形成して実装基板を構成し、こ
こに設置する半田層9により半導体能動素子2を固着し
たものである。
金属製薄膜8に形成した回路パターン夫々を他の部分1
1と今後記載する。
1と今後記載する。
なお半導体能動素子3に形成した電極(図示せず)には
モールドタイプと同しく金属細線例えばAQやAu細線
10を例えば超音波ボンディング法により圧着後、いわ
ゆる2’nd超音波ボンデイングにより細線10の他端
を金属製薄膜8の他の部分11に固着する。ところでモ
ジュールタイプと他の機器との電気的導通を図るために
金属製薄膜8の他の部分11にリード12を設置するの
には金属製リードホルダー(HoQder)12′を利
用するが詳細は後述する。一方セセラミック基板7の他
面に設置された金属製薄膜8′には低融点の半田層13
により銅製の放熱板14を固着する。
モールドタイプと同しく金属細線例えばAQやAu細線
10を例えば超音波ボンディング法により圧着後、いわ
ゆる2’nd超音波ボンデイングにより細線10の他端
を金属製薄膜8の他の部分11に固着する。ところでモ
ジュールタイプと他の機器との電気的導通を図るために
金属製薄膜8の他の部分11にリード12を設置するの
には金属製リードホルダー(HoQder)12′を利
用するが詳細は後述する。一方セセラミック基板7の他
面に設置された金属製薄膜8′には低融点の半田層13
により銅製の放熱板14を固着する。
ところで、図示するように金属製リード12は樹脂製外
囲器15を突抜けて設置されているのは予め樹脂製ホル
ダー12′及び金属製リード12を一体に成型しておい
てから金属製薄膜8の他の部分11と金属製リード12
間に配置した低融点の半田層13を介して固着する方式
を採っている。
囲器15を突抜けて設置されているのは予め樹脂製ホル
ダー12′及び金属製リード12を一体に成型しておい
てから金属製薄膜8の他の部分11と金属製リード12
間に配置した低融点の半田層13を介して固着する方式
を採っている。
これによりモジュール構体か得られるか樹脂製外囲器1
5との関係を説明する。
5との関係を説明する。
第2図に明らかなように樹脂製外囲器15は側面部分A
と蓋部分Bとで構成されており、蓋部分Bの金属製リー
ド12を一体化した樹脂製ホルダー12′が金属製薄膜
8の他の部分11に半田層13を介して固着され、その
後銅製の放熱板14と側面部分Aを接着剤層16によっ
て固着し、最後に側面部分Aと樹脂製ホルダー12’
とを熱硬化製樹脂15′により封止してモジュールタイ
プを完成する。この結果モジュールタイプでは銅製の放
熱板14が露出した構造となっており、酸化を防止の観
点からNiメツキ層を被覆している。
と蓋部分Bとで構成されており、蓋部分Bの金属製リー
ド12を一体化した樹脂製ホルダー12′が金属製薄膜
8の他の部分11に半田層13を介して固着され、その
後銅製の放熱板14と側面部分Aを接着剤層16によっ
て固着し、最後に側面部分Aと樹脂製ホルダー12’
とを熱硬化製樹脂15′により封止してモジュールタイ
プを完成する。この結果モジュールタイプでは銅製の放
熱板14が露出した構造となっており、酸化を防止の観
点からNiメツキ層を被覆している。
なお、モールドタイプ及びモジュールタイプのような外
囲器の内部と表面の電気的絶縁がなされていない型の樹
脂封止型半導体装置として第3図のタイプが知られてお
り、ベツド部1を露出した点が異なっている。
囲器の内部と表面の電気的絶縁がなされていない型の樹
脂封止型半導体装置として第3図のタイプが知られてお
り、ベツド部1を露出した点が異なっている。
(発明が解決しようとする課題)
樹脂封止型半導体装置に相当するモールドタイプ及びモ
ジュールタイプの問題点としては第3図に示したように
能動素子をマウントしたベツド部が絶縁されていない機
種に比べて、外囲器の飽和熱抵抗値Rth(j−c)か
大きいので、同じ能動素子を搭載した場合、半導体装置
として許容できるパワー損失値Pcか小さくなる点か上
げられる。即ち、モールドタイプではベツド部の裏側を
被覆する封止樹脂層の厚さがどうしても薄くなるために
絶縁耐圧が弱くなり、その上薄い封止樹脂層内には巣か
発生し易くて信頼性が悪化して歩留りが低下する。従っ
て熱抵抗上薄い封止樹脂層が望ましくても限界がある。
ジュールタイプの問題点としては第3図に示したように
能動素子をマウントしたベツド部が絶縁されていない機
種に比べて、外囲器の飽和熱抵抗値Rth(j−c)か
大きいので、同じ能動素子を搭載した場合、半導体装置
として許容できるパワー損失値Pcか小さくなる点か上
げられる。即ち、モールドタイプではベツド部の裏側を
被覆する封止樹脂層の厚さがどうしても薄くなるために
絶縁耐圧が弱くなり、その上薄い封止樹脂層内には巣か
発生し易くて信頼性が悪化して歩留りが低下する。従っ
て熱抵抗上薄い封止樹脂層が望ましくても限界がある。
また同しくモジュールタイプに使用するセラミックの熱
伝導率は金属や半田のそれよりも小さ(、しかもセラミ
ック層の厚さは製造技術上の制約から金属などと同等の
熱伝導率が得られるだけ薄くできないのが原因である。
伝導率は金属や半田のそれよりも小さ(、しかもセラミ
ック層の厚さは製造技術上の制約から金属などと同等の
熱伝導率が得られるだけ薄くできないのが原因である。
例えば現在使われている厚さ0.5mmの銅製リードフ
レームと同等な熱伝導率を保持するには使用するセラミ
ックの厚さを0.02mm以下にしなければならないが
、現状では0.6mmQが限界である。
レームと同等な熱伝導率を保持するには使用するセラミ
ックの厚さを0.02mm以下にしなければならないが
、現状では0.6mmQが限界である。
本発明はこのような事情により成されたもので、特に、
飽和熱抵抗抵抗を改善することを目的とするものである
。
飽和熱抵抗抵抗を改善することを目的とするものである
。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
樹脂製外囲器に取付けるシリコンから構成する板体の主
表面に半導体能動素子を取付け、前記シリコン板体主表
面に対向する他の表面を外部に露出すると共に両表面間
を構成する厚さ方向に前記主表面に対応して設置する電
気的分離層に本発明に係わる樹脂封止型半導体装置の特
徴がある。
表面に半導体能動素子を取付け、前記シリコン板体主表
面に対向する他の表面を外部に露出すると共に両表面間
を構成する厚さ方向に前記主表面に対応して設置する電
気的分離層に本発明に係わる樹脂封止型半導体装置の特
徴がある。
(作用)
本発明に適用する半導体能動素子には直流または交流を
長時間印加することが多く、動作時に150℃程度に発
熱するので、過渡熱抵抗でなく飽和熱抵抗値を制御する
ことが不可欠であるために、熱伝導率の良いシリコンを
選定して効果的な放熱を実施するものである。しかも、
放熱板を構成するシリコン板の厚さ方向に主表面に対応
する電気的分離層を形成して要求される耐圧DC250
0V%AC3500Vを保障しており、しかも銅に比較
して軽量である。
長時間印加することが多く、動作時に150℃程度に発
熱するので、過渡熱抵抗でなく飽和熱抵抗値を制御する
ことが不可欠であるために、熱伝導率の良いシリコンを
選定して効果的な放熱を実施するものである。しかも、
放熱板を構成するシリコン板の厚さ方向に主表面に対応
する電気的分離層を形成して要求される耐圧DC250
0V%AC3500Vを保障しており、しかも銅に比較
して軽量である。
更に電気的分離層の設置により互いに隔てられたシリコ
ン板の中外部に露出する部分を放熱板として機能させ、
他方には半導体能動素子の外に電子回路構成に必要な各
種の回路部品を設置することができる利点もある。
ン板の中外部に露出する部分を放熱板として機能させ、
他方には半導体能動素子の外に電子回路構成に必要な各
種の回路部品を設置することができる利点もある。
(実施例)
本発明に係わる実施例を第4図及び第5図を参照して説
明するが、理解を助けるために従来技術と同じ部品にも
新しい番号を付ける。両図に示すようにリードフレーム
20のアウターリード(Outer Lead)21
は水平方向に延長して樹脂封止型半導体装置の高さ方向
を縮小してコンパクト(Compac t)にして他の
機器への取付けに便利なように配慮している。
明するが、理解を助けるために従来技術と同じ部品にも
新しい番号を付ける。両図に示すようにリードフレーム
20のアウターリード(Outer Lead)21
は水平方向に延長して樹脂封止型半導体装置の高さ方向
を縮小してコンパクト(Compac t)にして他の
機器への取付けに便利なように配慮している。
本発明の基本的な構造を明らかにした第4図にあるよう
に、鉄、鉄ニツケル合金またはクラッド層を備えた鉄や
鉄ニツケル合金などの材料で構成するリードフレーム2
0には常法通りにベツド部22やインナーリード(In
ner Lead)23を設け、ベツド部22には半
導体能動素子24例えばパワー(Power))ランジ
スタを半田層25を介してマウント(Mount)固着
する。更にシリコン製放熱板を用意するが、その厚さの
中程には表面に対応して珪素酸化物から成る電気的分離
層26を厚さ5〜6μmに設置するので、いわゆるIP
D (I n t eQ i gen −t Pow
er Device)も形成可能になる。即ち、シリ
コン製放熱板を構成する上側27−Aに半導体能動素子
24などを形成し、下側の27−Bが放熱板として機能
することになる。これらの形成にはシリコン板と、シリ
コン板に被覆した酸化物層を密着させていわゆる接着工
程により形成することもできる。この接着とは清浄な被
接着面を密着させることによりもとの組織と多少違った
ものが形成され、しかも、一体化したものの機械的強度
は十分てかっ、電気的な障害は全くないものである。
に、鉄、鉄ニツケル合金またはクラッド層を備えた鉄や
鉄ニツケル合金などの材料で構成するリードフレーム2
0には常法通りにベツド部22やインナーリード(In
ner Lead)23を設け、ベツド部22には半
導体能動素子24例えばパワー(Power))ランジ
スタを半田層25を介してマウント(Mount)固着
する。更にシリコン製放熱板を用意するが、その厚さの
中程には表面に対応して珪素酸化物から成る電気的分離
層26を厚さ5〜6μmに設置するので、いわゆるIP
D (I n t eQ i gen −t Pow
er Device)も形成可能になる。即ち、シリ
コン製放熱板を構成する上側27−Aに半導体能動素子
24などを形成し、下側の27−Bが放熱板として機能
することになる。これらの形成にはシリコン板と、シリ
コン板に被覆した酸化物層を密着させていわゆる接着工
程により形成することもできる。この接着とは清浄な被
接着面を密着させることによりもとの組織と多少違った
ものが形成され、しかも、一体化したものの機械的強度
は十分てかっ、電気的な障害は全くないものである。
更に、半導体能動素子24例えばジャイアントランジス
タの電極(図示せず)とインナーリード23を金属細線
例えばAQやAu28の一端と超音波ボンディングによ
り固着するが、通常前記電極との超音波ボンディングが
いわゆるl’stボンディングで、インナーリード23
とのそれが2’ndボンデイングとして行われる。
タの電極(図示せず)とインナーリード23を金属細線
例えばAQやAu28の一端と超音波ボンディングによ
り固着するが、通常前記電極との超音波ボンディングが
いわゆるl’stボンディングで、インナーリード23
とのそれが2’ndボンデイングとして行われる。
話が前後するがシリコン製放熱板の上側27−Aの半導
体能動素子24搭載面は半田付けが可能になるようにラ
ッピング(Lapping)処理とNiメツキ処理を行
ってがら半導体能動素子24の半田付は工程を行う。
体能動素子24搭載面は半田付けが可能になるようにラ
ッピング(Lapping)処理とNiメツキ処理を行
ってがら半導体能動素子24の半田付は工程を行う。
前記のようなボンディング工程を終えたリードフレーム
マウント構体と、電気的分離層26を形成したシリコン
製放熱板27−A、27−Bは低融点半田層29により
両者を一体としてがら、樹脂製外囲器31の側面Bをシ
リコン製放熱板27−A、27−Bに接着剤層3oによ
り接着する。
マウント構体と、電気的分離層26を形成したシリコン
製放熱板27−A、27−Bは低融点半田層29により
両者を一体としてがら、樹脂製外囲器31の側面Bをシ
リコン製放熱板27−A、27−Bに接着剤層3oによ
り接着する。
更にまた、樹脂製外囲器28の蓋部Cを側面Bに保護材
31例えばケル(G e Q )状高分子樹脂と共に封
止して樹脂封止型半導体装置が完成される。
31例えばケル(G e Q )状高分子樹脂と共に封
止して樹脂封止型半導体装置が完成される。
第5図には他の実施例用に提出したもので、第4図に使
用した番号はそのまま付けているが、違う点はシリコン
製放熱板の上側27−Aの厚さ方向にも電気的分離層2
6を形成していわゆる島領域り、E、Fが形成されてい
る点である。
用した番号はそのまま付けているが、違う点はシリコン
製放熱板の上側27−Aの厚さ方向にも電気的分離層2
6を形成していわゆる島領域り、E、Fが形成されてい
る点である。
即ち、島領域りにはモノリシックに例えばパワートラン
ジシスタ(図示せず)を形成し、電気的分離層26によ
り区分された領域Gを中継点とし、ここにリードフレー
ム20のインナーリード23を低融点半田層29により
固着する。そしてパワートランジシスタの電極(図示せ
ず)とインナーリード23間にはAQまたはAuなどの
金属細線28を例えば超音波ボンディング法により固着
する。
ジシスタ(図示せず)を形成し、電気的分離層26によ
り区分された領域Gを中継点とし、ここにリードフレー
ム20のインナーリード23を低融点半田層29により
固着する。そしてパワートランジシスタの電極(図示せ
ず)とインナーリード23間にはAQまたはAuなどの
金属細線28を例えば超音波ボンディング法により固着
する。
パワートランジシスタに代えて例えば集積回路素子を造
り込み、領域Gにいわゆる個別半導体素子を取付けてい
わゆるIPD素子とすることも可能である。更にシリコ
ン製放熱板の上側27−Aを上から見て中心付近から周
縁に向けて複数の電気的分離層26を形成して、区分さ
れたシリコン製放熱板の上側27−A部分に各種の回路
成分を形成することも可能になる。この場合シリコン製
放熱板の下側27−Bは当然放熱作用を受持つことにな
る。
り込み、領域Gにいわゆる個別半導体素子を取付けてい
わゆるIPD素子とすることも可能である。更にシリコ
ン製放熱板の上側27−Aを上から見て中心付近から周
縁に向けて複数の電気的分離層26を形成して、区分さ
れたシリコン製放熱板の上側27−A部分に各種の回路
成分を形成することも可能になる。この場合シリコン製
放熱板の下側27−Bは当然放熱作用を受持つことにな
る。
[発明の効果つ
このように本発明に係わる樹脂封止型半導体装置は絶縁
がされていない半導体装置と同等な低い飽和熱抵抗特性
が得られる。と言うのは、電気的分離層を構成する酸化
物層の厚さが5〜6μmと薄く形成できるので従来製品
に比べて飽和熱抵抗特性が得られる。従って、半導体能
動素子としてパワートランジスタ素子を搭載したモータ
の連続運転においてシリコン製放熱板の機能により低い
飽和熱抵抗特性が得られるとためにパワー素子本来の実
力を引出すと共にモータその物の信頼性と寿命も延ばす
ことかできる。電気的分離層に利用する珪素酸化物例え
ば3μm厚の二酸化珪素の熱伝導性は0. 6μm厚の
A Q 203セラミツクの約20倍であることを付記
する。
がされていない半導体装置と同等な低い飽和熱抵抗特性
が得られる。と言うのは、電気的分離層を構成する酸化
物層の厚さが5〜6μmと薄く形成できるので従来製品
に比べて飽和熱抵抗特性が得られる。従って、半導体能
動素子としてパワートランジスタ素子を搭載したモータ
の連続運転においてシリコン製放熱板の機能により低い
飽和熱抵抗特性が得られるとためにパワー素子本来の実
力を引出すと共にモータその物の信頼性と寿命も延ばす
ことかできる。電気的分離層に利用する珪素酸化物例え
ば3μm厚の二酸化珪素の熱伝導性は0. 6μm厚の
A Q 203セラミツクの約20倍であることを付記
する。
第1図乃至第3図は従来の樹脂封止型半導体装置の断面
図、第4図及び第5図は本発明の実施例を示す断面図で
ある。 1.22:ベツド部、 2.9.13.25.29:半田層、 3.24:半導体能動素子、 4.10.28:金属細線、 7:セラミック板、 8.8′ 二金属製薄膜、14.
27〜A、27−B:放熱板、 12:リード、 12′ :リードホルダー、1
5.31、B、C:外囲器、 15′熱硬化製樹脂、16.3o:接着材層、26:電
気的分離層。 代理人 弁理士 大 胡 典 末 弟1図 第2図 第3図 第4図
図、第4図及び第5図は本発明の実施例を示す断面図で
ある。 1.22:ベツド部、 2.9.13.25.29:半田層、 3.24:半導体能動素子、 4.10.28:金属細線、 7:セラミック板、 8.8′ 二金属製薄膜、14.
27〜A、27−B:放熱板、 12:リード、 12′ :リードホルダー、1
5.31、B、C:外囲器、 15′熱硬化製樹脂、16.3o:接着材層、26:電
気的分離層。 代理人 弁理士 大 胡 典 末 弟1図 第2図 第3図 第4図
Claims (1)
- 樹脂製外囲器に取付けるシリコンから構成する板体の
主表面に少なくとも半導体能動素子を取付け、前記主表
面に対向するシリコン板体の他の表面を外部に露出する
と共に両表面間を構成する厚さ方向に前記主表面に対応
して設置する電気的分離層を具備することを特徴とする
樹脂封止型半導体装置
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2224694A JP2726555B2 (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 樹脂封止型半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2224694A JP2726555B2 (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 樹脂封止型半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04106962A true JPH04106962A (ja) | 1992-04-08 |
JP2726555B2 JP2726555B2 (ja) | 1998-03-11 |
Family
ID=16817778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2224694A Expired - Fee Related JP2726555B2 (ja) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | 樹脂封止型半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2726555B2 (ja) |
-
1990
- 1990-08-27 JP JP2224694A patent/JP2726555B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2726555B2 (ja) | 1998-03-11 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |