JPH0434827B2 - - Google Patents

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JPH0434827B2
JPH0434827B2 JP58135150A JP13515083A JPH0434827B2 JP H0434827 B2 JPH0434827 B2 JP H0434827B2 JP 58135150 A JP58135150 A JP 58135150A JP 13515083 A JP13515083 A JP 13515083A JP H0434827 B2 JPH0434827 B2 JP H0434827B2
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heat dissipation
resin layer
heat
semiconductor device
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Takao Emoto
Hiroshi Matsumoto
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は放熱基板付の樹脂封止半導体装置の
絶縁及び放熱に関するもので、特に電力用の絶縁
形樹脂封止半導体装置に使用せられる。
［発明の技術的背景とその問題点］ 電力用半導体装置は、半導体素子（以下「素
子」という）の支持基板が放熱板を兼ねる放熱基
板を形成し、かつ樹脂封止されたとき該放熱基板
の片面は外気に露出する構造となつている。これ
は半導体素子から外囲器にいたる熱抵抗をできる
だけ減少し、半導体装置の動作時、素子内に発生
する熱をすみやかに外部に放熱させ、安定した動
作を得るためである。しかし電力用半導体装置で
は一般にこの放熱基板による放熱だけでは不足で
更に放熱性のよい別の放熱器や放熱板或は放熱板
を兼ねる筺体等に取り付けて使用される。この放
熱器等には電気の良導体である金属が熱の良導体
でもあるために使用される。一般の半導体装置で
は素子と放熱基板とが半田付け等で固着され絶縁
されていないので、放熱基板は素子のいずれか一
つの電極（バイポーラトランジスタの場合にはコ
レクタ電極）と同電位となり、実用上安全の面や
回路構成に制限を受け不都合な場合が多い。
このため、半導体装置は雲母板等の絶縁物を介
して外部放熱板に取り付けられる。第１図は従来
例の半導体装置を示す。同図ａは平面図、同図ｂ
はＡ−A′線断面図である。素子２は放熱基板５
に半田付け等で固着され、モールド樹脂１で封止
され、絶縁シート３、絶縁管７を介して外部放熱
板４に小ねじ６にて取り付けられる。該半導体装
置と放熱板４とは互に絶縁され、安全の面でも回
路構成の自由度の点でも改善される。しかし絶縁
シート３の熱抵抗と放熱基板５、外部放熱板４相
互の接触熱抵抗が加わり、放熱特性も低下すると
ともにそのバラツキも大きくなる。また絶縁シー
ト等所要部品数が増加し、取付けにも細心の注意
を必要とし作業性も悪くなる。
電力用途の半導体装置では素子とアース間に印
加される電圧も高く、素子より発生する熱量も多
く前記の技術では絶縁耐圧と熱特性の面ではまだ
不足で、第２図に示す方法が使用される。第２図
は電力用途の半導体装置の縦断面図である。なお
以下の図面で同一部分には同一符号を使用する。
素子２は素子取付板フレーム８に半田付け等によ
つて固着され、更にセラミツク板９を介して放熱
板１０に半田付けされ、モールド樹脂１によつて
封止される。セラミツクスは絶縁耐圧特性は勿
論、熱伝導率も樹脂類に比較してはるかに高く、
第２図に示す構造のものは良好な放熱特性や耐圧
特性等が得られる。しかしセラミツク板が高価な
ため、製造原価を下げられない原因となつてい
る。
近年のIC技術の進歩は著しく、モールド樹脂
材料の分野でも熱伝導特性及び熱膨張特性の改良
がおこなわれ、たとえば熱伝導率が従来より数倍
高いモールド樹脂材料も開発され、これにより新
しい構造の半導体装置が提案されている。第３図
は該装置の縦断面図である。素子２は放熱基板５
に半田付け等で固着されている。電極端子１３の
みを残して、放熱基板５の放熱面を含むほぼ全面
を覆つてモールド樹脂で封止される。素子２で発
生した熱は放熱基板５、放熱部樹脂層１２を流
れ、その表面１１（以下放熱樹脂面という）より
外部に放散される。この構造により、安価な取扱
いも容易な絶縁された樹脂封止形半導体装置が提
供される。該半導体装置では放熱樹脂面１１と放
熱部樹脂層１２の電気的、熱的及び機械的等の諸
特性について未解決の問題が残つている。
［発明の目的］ 本発明の目的は放熱基板を含むほぼ全面を樹脂
封止された絶縁形半導体装置において、放熱樹脂
面等における前記問題点を解決し、放熱特性が良
好で取扱い容易な絶縁形樹脂封止半導体装置を提
供するものである。
［発明の概要］ ほぼ全面を覆つて樹脂封止された半導体素子の
放熱特性を良くすることは、放熱基板５より放熱
部樹脂層１２を経由し外部の放熱板等にいたる熱
抵抗を下げることである。これは放熱基板５と放
熱部樹脂層１２の界面及び放熱部樹脂層１２と外
部放熱板の取付面との界面おける接触熱抵抗、並
びに放熱部樹脂層１２の樹脂の熱伝導率とその厚
さ等で決定される放熱部樹脂層１２の熱抵抗を下
げることである。
本発明は、樹脂封止された半導体素子の放熱樹
脂面に20〜200μｍ厚のゴム状樹脂層を被覆した
ことを特徴とする樹脂封止半導体装置である。放
熱部樹脂層１２の熱抵抗を下げるためその厚さを
減少する場合に生ずる該樹脂層の機械的強度の低
下、弯曲及び放熱板と密着度の劣化等の防止を計
り、併せて該半導体装置の取付作業を容易にする
等を目的とし、放熱特性を損なわない程度の厚さ
のゴム状樹脂を被覆する。
放熱樹脂層１２の厚さは薄ければ薄いほど熱抵
抗を下げ放熱特性は良くなるが、放熱基板と樹脂
との熱膨脹係数の差や、樹脂封止の際の成形収縮
等により境界に歪が発生し、放熱部樹脂層が弯曲
し、その表面である放熱樹脂面と外部放熱板の取
付面との密着度を損う。また外部放熱板に取付け
の際、強い圧力で押さえると、その圧力に樹脂層
が耐えられず破損し、耐電圧特性の劣化をもたら
すことがある。したがつて放熱部樹脂層の厚さは
限定され、われわれの研究によれば現在の技術条
件では0.4〜0.5mm位が良い。しかしこの程度の厚
さでは、外部放熱板に取付けの際、無理に強い圧
力を加えると樹脂層が破損することがある。そこ
で放熱樹脂面にゴム状樹脂層の薄い均一な被覆を
形成すれば、放熱特性を損なわずに、機械的スト
レスを和らげ、外部放熱板の取付け面との密着度
も改善される。
ゴム状樹脂層の厚さは、使用するゴム状樹脂層
の材質の特性や放熱面の大きさによつて変化はあ
るが20μｍ〜200μｍとするが、それは20μｍ未満
では取付けストレスの緩和及び密着向上に効果な
く、一方200μｍを超えてはその層熱抵抗が無視
できなくなるからである。
［発明の実施例］ 本発明の一実施例として電力用トランジスタに
ついて以下説明する。第４図は本発明による電力
用トランジスタで同図ａは平面透視図、同図ｂは
Ｂ−B′線断面図である。
第４図ａ、ｂのように素子２は放熱基板５に半
田１５を介して接着されコレクタ端子１３につな
がる。エミツタ端子１６、ベース端子１７は金又
はアルミニウム等の細線１８，１９を圧着して素
子２の電極と接続される。次に熱的に構造的に設
計された放熱部樹脂層１２を含み、素子２及び細
線１８，１９を保護するためにモールド樹脂１に
て封止、成形される。放熱部樹脂層１２は前記の
通り放熱特性を左右する重要な因子で、樹脂材は
破壊強度の強いエポキシ樹脂が選ばれ、熱伝導特
性は、５×10-3cal／cm．s.℃と普通の樹脂1.3×
10-3cal／cm．s.℃に比べ約４倍に改良されたもの
が使用される。樹脂層１２の厚さは一般には0.4
〜0.5mm位に成形される。
次に熱伝導特性が改良された例えばXE13−213
（東芝シリコーン社商品名）等を例えばスクリー
ン印刷等により放熱樹脂面１１にゴム状樹脂層１
４を形成する。
ゴム状樹脂層１４の厚さは放熱面の大きさによ
つて又ゴム状樹脂の特性によつて変るが20〜
200μｍの範囲に形成される。ゴム状樹脂層のゴ
ム材料としては充填剤を含有させた常温加硫形シ
リコーンゴム、加熱硬化形ウレタンゴム又は天然
若しくは合成ゴムラテツクス等を使用することが
出来る。またゴム状樹脂層を放熱樹脂面に被覆す
る方法としてスクリーン印刷では絹、ナイロン又
はステレス等のスクリーンを用いることができ
る。スクリーン印刷に代えてローラ塗布法によつ
てもよい。
［発明の効果］ 本発明による20〜200μｍ厚のゴム状樹脂層は、
放熱部樹脂層を薄くするため発生する表面の弯曲
や凹凸を補正し、放熱樹脂面と外部放熱板との密
着度を良好に保ち、放熱基板から外部放熱板まで
の熱抵抗値の変動を小さくできる。第５図は従来
の半導体装置と本発明によるものとを比較したも
のである。TO−3P形Pc＝50Wの電力用トランジ
スタについて得られたもので、第５図の縦軸は素
子の接合部より放熱板までの飽和熱抵抗値Rthsを
示す。
Ａは従来品をマイカを介して取り付けた場合
［第１図ｂ］、Ｂは従来の絶縁形樹脂封止トランジ
スタ［第３図］でゴム状樹脂層の無いもの、Ｃは
本発明によるゴム状樹脂層を有する絶縁形樹脂封
止トランジスタ［第４図ｂ］のそれぞれの飽和熱
抵抗値の分布値を示す。第５図より本発明による
Ｃは従来のＢに比較してバラツキも少なくその平
均値もＢの平均値より低く従来のＡと同等であ
る。
また本発明によるゴム状樹脂層は、外部放熱板
との間に介在するゴミや異物に対する保護の役目
もはたし又放熱部樹脂層に無理な力が加わるのを
防ぐため取付時において放熱部樹脂層を破損する
ことがない。
さらに本発明による絶縁形樹脂封止半導体装置
では外部放熱板等に取付ける際に絶縁シート、絶
縁管或は放熱用グリース等を使用しないので取付
工数節減の利点も生ずる。
【図面の簡単な説明】
第１図ａ，ｂはそれぞれ従来の半導体装置の平
面図、Ａ−A′線断面図、第２図と第３図とは従
来の半導体装置の断面図、第４図は本発明による
樹脂封止半導体装置で同図ａ，ｂは平面透視図、
Ｂ−B′線断面図、第５図は第１図、第３図及び
第４図に示す半導体装置の飽和熱抵抗値の比較図
である。 １……樹脂、２……半導体素子、４……外部放
熱板等、５……放熱基板、１１……放熱樹脂面、
１２……放熱部樹脂層、１３……コレクタ端子、
１４……ゴム状樹脂層、１５……半田付、１６…
…エミツタ端子、１７……ベース端子。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 樹脂封止された半導体素子の放熱樹脂面に20
    〜200μｍ厚のゴム状樹脂層を被覆したことを特
    徴とする樹脂封止半導体装置。
JP13515083A 1983-07-26 1983-07-26 樹脂封止半導体装置 Granted JPS6028252A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13515083A JPS6028252A (ja) 1983-07-26 1983-07-26 樹脂封止半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

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JP13515083A JPS6028252A (ja) 1983-07-26 1983-07-26 樹脂封止半導体装置

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Publication Number Publication Date
JPS6028252A JPS6028252A (ja) 1985-02-13
JPH0434827B2 true JPH0434827B2 (ja) 1992-06-09

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ID=15144978

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JP13515083A Granted JPS6028252A (ja) 1983-07-26 1983-07-26 樹脂封止半導体装置

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