JPH07335811A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH07335811A
JPH07335811A JP12932494A JP12932494A JPH07335811A JP H07335811 A JPH07335811 A JP H07335811A JP 12932494 A JP12932494 A JP 12932494A JP 12932494 A JP12932494 A JP 12932494A JP H07335811 A JPH07335811 A JP H07335811A
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JP
Japan
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semiconductor chip
semiconductor device
heat dissipation
semiconductor
lead frame
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JP12932494A
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English (en)
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Fumio Obara
文雄 小原
Shinji Yoshihara
晋二 吉原
Seiji Fujino
誠二 藤野
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 SOI(Silicon On Insulator)構造を有す
る半導体チップを採用した半導体装置にあって、そのパ
ッケージサイズの増大やパッケージングコストの高揚を
招くことなく、その放熱効率の向上を図る。 【構成】 SOI構造を有する半導体チップ1の半導体
基板11裏面を基準電位に設定し、該半導体基板11裏
面とリードフレーム(ダイパッド)2との電気的な導通
を維持した状態で同チップ1をダイパッド2に接着す
る。一方、半導体チップ1の表面には、その内部の絶縁
膜12上において基準電位に設定される部位(バッファ
領域16)との電気的な導通が維持される放熱パッド4
を設ける。そしてこの放熱パッド4とリードフレーム
(外部接続リード部)2とを放熱リード線5によって電
気的に接続し、絶縁膜12上に発生した熱がこれら放熱
パッド4及び放熱リード線5を介してリードフレーム2
に放熱されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、いわゆるSOI(Si
licon On Insulator)構造を有する半導体チップがリー
ドフレームに装着されて構成される半導体装置に関し、
特に同半導体装置の放熱性を向上させるための装置構造
の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】SOI構造とは周知のように、半導体基
板上に絶縁膜が形成され、該形成された絶縁膜上に単位
機能回路であるセルが配設される半導体装置構造であ
る。
【0003】こうしたSOI構造を有する半導体チッ
プ、或いは同SOI構造を一部に含む半導体チップは一
般に、高耐圧化・大電流化に伴って発生するノイズの対
策が採り易い、更には耐熱性が高い、等々の利点がある
ことから、パワーデバイスとして用いられることが多
い。
【0004】ただし、同SOI構造を有する半導体チッ
プ、或いは同SOI構造を一部に含む半導体チップ(以
下、これらを含めてSOI構造を有する半導体チップと
いう)では、セル間の絶縁分離のために、熱伝導性の低
い絶縁層(SiO2層)が半導体基板内に存在すること
から、自ずとチップ裏面からの放熱性が低下し、セルが
形成されているチップ表面での発熱が大きくなる。した
がって、こうした発熱に対する対策が、該SOI構造を
有する半導体チップのパッケージングにおいて必要とな
る。
【0005】そこで従来、こうしたSOI構造を有する
半導体チップをパワーデバイス等、消費電力の大きなデ
バイスに応用する場合には、パッケージ表面に大きな放
熱板を取り付けるなどの工夫が講じられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、パッケー
ジ表面に放熱板を取り付ける構造によれば、確かにある
程度の放熱効果は期待できる。
【0007】しかしこの場合、パッケージサイズが必要
以上に大きくなり、同半導体装置の設置空間としても大
きな空間が必要になるなど、近年の小型化・高密度化の
流れには添わないものとなる。そしてこの場合、パッケ
ージングコストも高価なものとなる。
【0008】また、このようにパッケージ表面に放熱板
を取り付けたとしても、半導体基板表面からの放熱効率
となると、その改善度は然程大きくはない。なお従来
は、例えば特開平5−55409号公報記載の装置のよ
うに、・半導体チップの素子搭載側を樹脂封止し、同半
導体チップの搭載部の裏面を外部に露出させる。といっ
た構成によって、半導体装置としての放熱性の向上を図
ったものもある。しかし、熱伝導性の低い絶縁層が半導
体基板内に存在する上記SOI構造を有する半導体チッ
プの場合には、そもそもチップ裏面からの放熱性が悪い
ため、たとえこうした構成を採用したとしても、その放
熱効率は然程改善されない。
【0009】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、特に上記SOI構造を有する半導体チッ
プを採用したものにあって、そのパッケージサイズの増
大やパッケージングコストの高揚を招くことなく、その
放熱性を向上することのできる半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】こうした目的を達成する
ため、請求項1記載の発明では、半導体チップ搭載部と
外部接続リード部とが一体形成されたリードフレーム
と、半導体基板上に絶縁膜が形成され、該形成された絶
縁膜上に単位機能回路であるセルが配設される構造(S
OI構造)を有するとともに、前記半導体基板の裏面が
基準電位に設定されて、該半導体基板裏面と前記リード
フレームとの電気的な導通が維持された状態で同リード
フレームの半導体チップ搭載部に接着される半導体チッ
プとを有する半導体装置にあって、前記半導体チップ
の、前記絶縁膜上において基準電位に設定される部位と
の電気的な導通が維持されて、同半導体チップの表面に
配設された1乃至複数の放熱パッドと、該放熱パッドと
前記リードフレームの外部接続リード部とを電気的に接
続する放熱リード線とを具える構成とする。
【0011】また、請求項2記載の発明では、この請求
項1記載の発明の構成において、前記放熱パッドとの電
気的導通が維持される前記半導体チップの前記絶縁膜上
において基準電位に設定される部位を、前記セルの分離
とともにそれらセル間の干渉を低減するために設けられ
たバッファ領域とする。
【0012】また、請求項3記載の発明では、同請求項
1記載の発明の構成において、前記放熱パッドとの電気
的導通が維持される前記半導体チップの前記絶縁膜上に
おいて基準電位に設定される部位を、前記セルを分離す
るために設けられたトレンチ溝領域とする。
【0013】また、請求項4記載の発明では、同請求項
1記載の発明の構成において、前記放熱パッドとの電気
的導通が維持される前記半導体チップの前記絶縁膜上に
おいて基準電位に設定される部位を、前記各セル自身の
基準電位電極部とする。
【0014】また、請求項5記載の発明では、これらの
各構成において、前記放熱パッドは、前記半導体チップ
の前記絶縁膜上において基準電位に設定される部位の複
数と電気的に共通接続される構成とする。
【0015】また、請求項6記載の発明では、更に上記
の各構成において、前記放熱パッドは、前記半導体チッ
プのデッドスペースに複数配設され、それら放熱パッド
間が更に放熱リード線によって電気的に接続される構成
とする。
【0016】また、請求項7記載の発明では、前記リー
ドフレームは、前記半導体チップ搭載部とは別体として
形成された別体外部接続リード部を更に有し、前記半導
体チップは、前記セルの各電極部との電気的な導通が維
持されてその表面に配設された複数の電極パッドを更に
有し、前記半導体装置は、それら各電極パッドと前記リ
ードフレームの別体外部接続リード部とを電気的に接続
するリード線を更に有するとするときに、前記放熱パッ
ドは、前記電極パッドよりも広い面積を有して形成され
るものとする。
【0017】また、請求項8記載の発明では、上記同
様、前記リードフレームは、前記半導体チップ搭載部と
は別体として形成された別体外部接続リード部を更に有
し、前記半導体チップは、前記セルの各電極部との電気
的な導通が維持されてその表面に配設された複数の電極
パッドを更に有し、前記半導体装置は、それら各電極パ
ッドと前記リードフレームの別体外部接続リード部とを
電気的に接続するリード線を更に有するとするときに、
前記放熱リード線は、前記リード線よりも太い線径を有
する線材からなるものとする。
【0018】そして、請求項9記載の発明では、半導体
チップ搭載部と外部接続リード部とが一体形成されたリ
ードフレームと、半導体基板上の少なくとも一部に絶縁
膜が形成され、該形成された絶縁膜上に単位機能回路で
あるセルが配設される構造を有するとともに、半導体基
板裏面と前記リードフレームとの電気的な導通が維持さ
れた状態で同リードフレームの半導体チップ搭載部に接
着される半導体チップとを有する半導体装置にあって、
前記半導体チップ内の共通電位に設定される複数の部位
との電気的な導通が維持されて同半導体チップの表面に
配設された放熱パッドを具える構成とする。
【0019】
【作用】上記リードフレームの外部接続リード部は通
常、半導体装置パッケージを実装する際にプリント配線
基板上のプリント配線にハンダ付けされるなどして、そ
の放熱路が確保される。
【0020】また、上記半導体チップの半導体基板裏面
が基準電位(通常、接地電位)に設定されるため、これ
が電気的な導通が維持された状態で接着される上記リー
ドフレーム(正確にはその半導体チップ搭載部)は、上
記外部接続リード部も含めて基準電位に維持される。
【0021】そこで、上記請求項1記載の発明によるよ
うに、半導体チップ内の上記絶縁膜上において基準電位
に設定される部位を、上記放熱パッド及び放熱リード線
を介して上記リードフレームの外部接続リード部に電気
的に接続するようにすれば、同部位についても放熱路が
形成、確保されるようになる。
【0022】すなわちこうした構成により、半導体基板
表面から直接、リードフレーム外部接続リード部への放
熱が図られるようになり、その放熱効率も大幅に改善さ
れることとなる。
【0023】またこうした構成によれば、半導体チップ
内の上記絶縁膜上において基準電位に設定される部位の
電位固定も確実に行われることとなり、同半導体装置と
しての動作特性もより安定したものとなる。
【0024】なお、上記放熱パッドとの電気的導通が維
持される半導体チップ内の上記絶縁膜上において基準電
位に設定される部位が、例えば上記請求項2記載の発明
によるように、 ・前記セルの分離とともにそれらセル間の干渉を低減す
るために設けられたバッファ領域。 或いは上記請求項3記載の発明によるように、 ・前記セルを分離するために設けられたトレンチ溝領
域。 であるとすれば、上記絶縁膜上に発生する熱がこれらバ
ッファ領域やトレンチ溝領域から直接、上記リードフレ
ームの外部接続リード部に逃がされることとなり、半導
体基板表面からの放熱が極めて効率的に実現されるよう
になる。
【0025】また、同放熱パッドとの電気的導通が維持
される半導体チップ内の上記絶縁膜上において基準電位
に設定される部位が、例えば上記請求項4記載の発明に
よるように、 ・前記各セル自身の基準電位電極部。 であるとすれば、セル自身の発生する熱がそれらセル自
身から直接、上記リードフレームの外部接続リード部に
逃がされることとなる。因みに、半導体チップに発生す
る熱とはそれらセルの駆動に伴うものがほとんどであ
る。したがってこうした構成によれば、半導体基板表面
からの放熱が更に効率的に実現されることとなる。
【0026】また、バッファ領域にしろ、トレンチ溝領
域にしろ、或いは各セル自身の基準電位電極部にしろ、
これら部位は通常、上記絶縁膜上に複数存在するもので
あることから、上記請求項5記載の発明によるように、 ・前記放熱パッドは、前記半導体チップの前記絶縁膜上
において基準電位に設定される部位の複数と電気的に共
通接続される。 構成とすることもできる。この場合、それらバッファ領
域、トレンチ溝領域、或いは各セル自身の基準電位電極
部の配線面積がそれだけ広くなり、ひいては放熱路の面
積もそれだけ広くなる。したがってこうした構成によれ
ば、上述した放熱効率や電位の固定化が更に促進される
こととなり、その放熱効果並びに電位固定効果も更に助
長されるようになる。なおこうした構成において、 (イ)バッファ領域、トレンチ溝領域、或いは各セル自
身の基準電位電極部の別に、それらの複数を各別の放熱
パッドに共通接続する構成。 (ロ)バッファ領域、トレンチ溝領域、及び各セル自身
の基準電位電極部を区別することなく、それら絶縁膜上
の配置に応じて、最寄りの放熱パッドにランダムに共通
接続する構成。 等々、の選択は任意である。
【0027】また、上記放熱パッドは、半導体チップの
デッドスペースに複数配設することができ、その数もよ
り多いことが望ましい。そしてその場合には、上記請求
項6記載の発明によるように、 ・それら放熱パッド間が更に放熱リード線によって電気
的に接続される。 構成とすれば、この場合も配線面積、ひいては放熱路面
積の拡大が図られることとなり、その放熱効果並びに電
位固定効果が更に助長される。
【0028】また通常、こうした半導体装置にあって
は、リードフレームは、半導体チップ搭載部とは別体と
して形成された別体外部接続リード部を更に有し、半導
体チップは、上記セルの各電極部との電気的な導通が維
持されてその表面に配設された複数の電極パッドを更に
有し、そして半導体装置自身は、それら各電極パッドと
上記リードフレームの別体外部接続リード部とを電気的
に接続するリード線を更に有して構成される。
【0029】そこで、上記請求項7記載の発明によるよ
うに、 ・前記放熱パッドは、前記電極パッドよりも広い面積を
有して形成される。 或いは上記請求項8記載の発明によるように、 ・前記放熱リード線は、前記リード線よりも太い線径を
有する線材からなる。 ものとすれば、これによっても上述した放熱効果の更な
る向上が図られるようになる。
【0030】また、上記請求項9記載の発明によるよう
に、 ・半導体チップ搭載部と外部接続リード部とが一体形成
されたリードフレームと、半導体基板上の少なくとも一
部に絶縁膜が形成され、該形成された絶縁膜上に単位機
能回路であるセルが配設される構造を有するとともに、
半導体基板裏面と前記リードフレームとの電気的な導通
が維持された状態で同リードフレームの半導体チップ搭
載部に接着される半導体チップとを有する半導体装置、
すなわち少なくとも部分SOI構造を有して且つ、半導
体基板の裏面が基準電位(接地電位)に設定されるとは
限らないもの。 であっても、前記半導体チップ内の共通電位に設定され
る複数の部位との電気的な導通が維持されて同半導体チ
ップの表面に配設された放熱パッドを具える構成とする
ことで、その放熱性は確実に改善されるようになる。
【0031】
【実施例】
(第1実施例)図1に、この発明にかかる半導体装置の
第1の実施例についてその装置構造を示す。
【0032】この実施例の半導体装置は、基本的なSO
I構造を有する半導体チップを対象として、そのチップ
表面からの放熱性を改善し得るパッケージ構造を有する
装置として構成されている。
【0033】こうしたSOI構造を有する半導体チップ
が、 ・高耐圧化・大電流化に伴って発生するノイズの対策が
採り易い。 ・耐熱性も高い。 等々の利点はあるものの、セル間の絶縁分離のための絶
縁層(SiO2層)が存在するために、チップ裏面から
の放熱性に難があることは前述した通りである。そして
このことが、パワーデバイスへの応用上、懸念される点
となっている。
【0034】そこで同実施例の装置では、図1に示され
るように、 (1)上記半導体チップ1の半導体(Si)基板11を
基準電位(接地電位)に設定するとともに、その裏面と
リードフレーム(正確にはその半導体チップ搭載部、す
なわちダイパッド)2とを導電性を有していて且つ、熱
伝導性にも優れた接着剤3にて接着する。なお、こうし
た導電性接着剤3としては例えば、銀入りエポキシ樹脂
接着剤や金−シリコン(Si)共晶接着剤などがある。 (2)絶縁膜(SiO2膜)12上においてセルを分離
し、且つそれらセル間のノイズや熱等の干渉を低減する
ために設けられたバッファ領域16についても、これを
基準電位(接地電位)に設定する。 (3)同半導体チップ1の表面には放熱パッド4を設
け、上記基準電位に設定したバッファ領域16とこの放
熱パッド4とを適宜の内部配線17によって電気的且つ
物理的に接続する。 (4)このバッファ領域16に電気的且つ物理的に接続
された放熱パッド4と同チップ1の裏面が導電性を保っ
て接着されている上記リードフレーム(正確にはその外
部接続リード部、すなわちアウタリード)2とを更に、
放熱リード線5によって電気的且つ物理的に接続する。 といった構造を採用することによって、当該チップ1の
表面(セル搭載面)から直接、上記リードフレーム2へ
の放熱が図られるようにしている。
【0035】ここで、リードフレームは、例えば図2に
平面図として示されるように、そのダイパッド2とアウ
タリード2a、2bとが一体形成されている。そして、
当該半導体装置パッケージPKGが図示しないプリント
配線基板上に実装される際に、上記アウタリード2a、
2bが同基板のプリント配線にハンダ付けされるなどし
て、その放熱路が確保される。図3は、図2に平面図を
示した同実施例の装置の側面構造を示したものである。
【0036】なお、上記アウタリード2a、2bがハン
ダ付け等によって電気的且つ物理的に接続されるプリン
ト配線部も含めて、この確保された放熱路は全て基準電
位に維持される。
【0037】一方、図1に示したSOI構造を有する半
導体チップ1において、膜13は、セル分離用誘電体層
(SiO2)を示している。また同チップ1において、
領域14はセル形成領域、領域15はトレンチ溝領域で
ある。セル形成領域14及び上記バッファ領域16は通
常、シリコン(Si)によって形成されており、トレン
チ溝領域15は通常、多結晶シリコン(Poly−S
i)が埋め込まれて形成されている。
【0038】また、上記放熱パッド4は、図2に併せ示
される通常の電極パッド9と同様、LSI製造工程にお
けるコンタクトホール形成手法を用いて、当該半導体チ
ップ1のデッドスペースに形成され、またその際、上記
内部配線17も、同チップ1内でのスペースの許す限
り、その内部に極力広い配線幅にて形成されている。
【0039】そして、上記絶縁膜12上で基準電位に設
定されているバッファ領域16が、これら内部配線1
7、放熱パッド4及び上記放熱リード線5を介して、当
該パッケージPKGの装着時その放熱路が確保される上
述したリードフレーム(アウタリード2a、2b)に電
気的且つ物理的に接続される構成となる。
【0040】このため、該実施例の半導体装置によれ
ば、前記SOI構造にあって、絶縁膜12上に発生した
熱の同チップ1裏面への放熱が該絶縁膜12の存在によ
って妨げられる状況にあっても、その発生した熱は、上
記バッファ領域16から直接的に、高い効率でアウタリ
ード2a、2bに放熱されるようになる。
【0041】そして、絶縁膜12上に発生した熱に対す
るこうした放熱路の確保によって、この類の半導体装置
をより大きな消費電力が必要とされるパワーデバイスに
応用することも可能となる。
【0042】また、同実施例の半導体装置の上記構成に
よれば、絶縁膜12上において基準電位に設定されるバ
ッファ領域16が半導体基板11に電気的に接続される
ことともなるため、該バッファ領域16の電位固定が確
実に行われ、同半導体装置としての動作特性もより安定
したものとなる。
【0043】なお、同実施例の半導体装置において、上
記放熱パッド4は、図2に併せ示されるように、当該半
導体チップ1のデッドスペース(例えばチップ1の四
隅)に、通常の電極パッド9よりも大きな面積を有して
形成されることが望ましい。こうした配慮により、上述
した放熱効率も更に向上されることとなる。
【0044】また、同図2において、放熱パッド6とし
て示されるように、こうしたパッドは、半導体チップ1
のレイアウトの都合により同チップ1の中寄りに配設さ
れる場合もある。そのような場合には、放熱リード線7
によって、各放熱パッド間を中継する構成とすることも
できる。そしてこのような中継によれば、配線面積、し
たがって放熱面積が拡大されることともなり、放熱効率
の点では更なる向上が期待される。
【0045】また、同実施例の半導体装置において、上
記内部配線17には、アルミニウムや多結晶シリコン等
が用いられ、上記放熱リード線5及び7には、アルミニ
ウムや銅、金等のワイヤ(線材)が用いられる。特に、
放熱リード線5及び7としては、導電性、並びに熱伝導
性に優れたワイヤが望まれ、その線径も、上記ダイパッ
ド2とは別体として形成される外部接続リード(別体外
部接続リード)8(図2)と通常の電極パッド9(図
2)とを接続する通常のリード線よりも太いことが望ま
しい。例えば、通常のリード線の線径が20〜40μm
であるとすれば、該放熱リード線5及び7としては、1
00〜200μm程度、或いはそれ以上の線径を有する
ワイヤを用いることが、上述した放熱効率を更に向上す
る上で望ましい。
【0046】また、図1では便宜上、バッファ領域16
として1つの領域のみを代表して図示したが、SOI構
造を有する半導体チップ1において、同バッファ領域1
6は通常、絶縁膜12上に複数存在する。そしてその場
合には、それら複数のバッファ領域を上記放熱パッド4
に共通接続することもできる。むしろ、複数のバッファ
領域をこうして共通接続することが、その配線面積を広
げ、ひいては放熱面積を広げる上で望ましく、この場合
も、放熱効率の更なる向上が図られるようになる。
【0047】また、上記パッケージPKGの材料として
は通常、樹脂モールドが用いられるが、こうしたパッケ
ージPKGの材料は任意である。他に例えば、同パッケ
ージPKGの材料としてセラミック等が用いられる場合
であっても、上記同様に、該実施例の装置の構造を適用
することができる。
【0048】また、リードフレームの形状も、図2及び
図3に例示したものに限られることなく任意である。他
に例えば、内部接続リード部(インナリード)がチップ
1の上にせり出す構造となるいわゆるLOC(Lead On
Chip)タイプのリードフレームが用いられる場合であっ
ても、上記に準じた態様で、該実施例の装置の構造を適
用することができる。
【0049】また、放熱用リードとして利用される上記
アウタリード2a、2bの配置も、図2に例示した配置
に限られることなく任意である。これらアウタリード2
a、2bは、ダイパッド2と一体に形成されるものであ
ればよく、その配置等は何ら問われない。もっとも、こ
れらアウタリード2a、2bの数は、パッケージの大き
さにもよるとはいえ、可能な限り多いことが、放熱効率
の向上を図る上で望ましい。
【0050】(第2実施例)図4に、この発明にかかる
半導体装置の第2の実施例を示す。この第2の実施例の
半導体装置も、基本的には先の第1の実施例の半導体装
置と同様、SOI構造を有する半導体チップを対象とし
て、そのチップ表面からの放熱性を改善し得るパッケー
ジ構造を有する装置として構成されている。
【0051】また、図4においても、先の図1と同一若
しくは対応する要素には、それぞれ同一若しくは対応す
る符号を付して示している。すなわち、先の第1の実施
例の半導体装置では、基準電位に設定したバッファ領域
16を半導体チップ1の内部配線17によって放熱パッ
ド4に接続したのに対し、この第2の実施例の半導体装
置では、基準電位に設定したトレンチ溝領域25を当該
半導体チップ1の内部配線27によって放熱パッド4に
接続するようにしている。
【0052】ここで、上記トレンチ溝領域25は、セル
形成領域24を分離するための設けられた領域であり、
同領域25には、同図4に示されるように、セル分離用
誘電体層23の分離された部分を通じて電位(基準電
位)固定用の電極が設けられている。
【0053】その他の構造、すなわち ・半導体チップ1の半導体(Si)基板21が基準電位
に設定されるとともに、その裏面とリードフレーム(ダ
イパッド)2とが導電性接着剤3によって接着されるこ
と。 及び ・同半導体チップ1の表面に設けられた放熱パッド4と
リードフレーム(アウタリード)2とが放熱リード線5
によって電気的且つ物理的に接続されること。等は、こ
の第2の実施例の半導体装置においても同様である。
【0054】また、その平面構造及び側面構造も、先の
図2及び図3に準じた構造になっているものとする。し
たがって、同第2の実施例の半導体装置によっても、S
OI構造にあって、絶縁膜22上に発生した熱の同チッ
プ1裏面への放熱が該絶縁膜22の存在によって妨げら
れる状況にあれ、その発生した熱は、この場合トレンチ
溝領域25から直接、高い効率でアウタリード2a、2
bに放熱されるようになる。
【0055】そして、同第2の実施例の半導体装置の上
記構成にあっても、絶縁膜22上において基準電位に設
定されるトレンチ溝領域25が半導体基板21に電気的
に接続されることともなるため、該トレンチ溝領域25
の電位固定が確実に行われ、同半導体装置としての動作
特性の更なる安定化が図られるようになる。
【0056】同第2の実施例の半導体装置における放熱
パッド4や放熱リード線5、内部配線27、更にはパッ
ケージPKGの材料やリードフレーム2の形状等に関す
るその他の留意事項、或いは変更可能事項は、先の第1
の実施例の半導体装置に準ずるものであり、ここでの改
めての列挙は割愛する。
【0057】(第3実施例)図5に、この発明にかかる
半導体装置の第3の実施例を示す。この第3の実施例の
半導体装置は、SOI構造を有する半導体チップとして
同SOI構造を有するMOSデバイスを対象とし、その
チップ表面からの放熱性を改善し得るパッケージ構造を
有する装置として構成されている。
【0058】一般にSOI構造を有する半導体チップに
あっては、その絶縁膜上のセル形成領域に形成されるセ
ル自身にも、基準電位に固定される電極がある。これら
セルは、当該半導体チップの発熱源となるものであるこ
とから、このセル自身の基準電位に固定される電極を通
じて同セル形成領域部分の放熱効率を高めることは、当
該チップの放熱性を改善する上でより効果的である。
【0059】以下、同第3の実施例の半導体装置につい
て、その装置構造を詳述する。図5に例示する半導体チ
ップ1は、3ステート電源(−V,GND,+V)に対
応したLDMOS(Lateral Double diffused MOS)構
造を有するCMOS構成のパワー素子である。
【0060】同図5に示されるように、この半導体チッ
プ1は、半導体基板31上に絶縁膜32が形成され、更
にこの絶縁膜32上に、セル形成領域34a、34b、
34c、及び34dと、これらセル形成領域を分離する
トレンチ溝領域35及び誘電体層33とがそれぞれ形成
される構成となっている。そして、セル形成領域34a
にはドレイン電極Dが−V電源に接続されたNチャネル
トランジスタ(NchTr)が、セル形成領域34b及
び34cにはそれぞれソース電極SがGNDに接続され
たPチャネルトランジスタ(PchTr)とNチャネル
トランジスタ(NchTr)とが、またセル形成領域3
4dにはソース電極Sが+V電源に接続されたPチャネ
ルトランジスタ(PchTr)が、それぞれ形成されて
いる。
【0061】なお、同半導体チップ1において、電極3
8a、38b、及び38cは、上記セル形成領域34c
に形成されているNチャネルトランジスタのそれぞれソ
ース電極、ドレイン電極、及びゲート電極であり、電極
39a、39b、及び39cは、上記セル形成領域34
bに形成されているPチャネルトランジスタのそれぞれ
ソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極である。こ
れら電極のうち、セル形成領域34cに形成されている
Nチャネルトランジスタのソース電極38aとセル形成
領域34bに形成されているPチャネルトランジスタの
ソース電極39aとが、上記GND電位に保たれて共通
接続されている。
【0062】こうした構成を有する半導体チップ1に対
し、同第3の実施例の装置では、 (1)半導体チップ1の上記半導体基板31を基準電位
(接地電位)に設定するとともに、その裏面とリードフ
レーム(ダイパッド)2とを導電性接着剤3にて接着す
る。 (2)同半導体チップ1の表面には放熱パッド4を設
け、上記基準電位(GND電位)に設定されて共通接続
されているNチャネルトランジスタ及びPチャネルトラ
ンジスタの各ソース電極38a及び39aとこの放熱パ
ッド4とを、適宜の内部配線37によって電気的且つ物
理的に接続する。 (3)これらソース電極38a及び39aに電気的且つ
物理的に接続された放熱パッド4と同チップ1の裏面が
導電性を保って接着されている上記リードフレーム(ア
ウタリード)2とを更に、放熱リード線5によって電気
的且つ物理的に接続する。 といった構造を採用することによって、セル形成領域の
基準電位電極から直接、上記リードフレーム2への放熱
が図られるようにしている。
【0063】また、この第3の実施例の半導体装置にあ
っても、その平面構造及び側面構造は、先の図2及び図
3に準じた構造になっているものとする。したがって、
同第3の実施例の半導体装置によれば、SOI構造にあ
って、絶縁膜32上に発生した熱の同チップ1裏面への
放熱が該絶縁膜32の存在によって妨げられる状況にあ
っても、その発生した熱は、上記セル形成領域から直
接、高い効率でアウタリード2a、2b(図2)に放熱
されるようになる。このセル形成領域が当該半導体チッ
プ1の発熱源となっていることは上述した通りであり、
こうして発熱源から直接、放熱路(アウタリード2a、
2b)への放熱が図られることにより、その放熱効率
は、先の第1或いは第2の実施例の半導体装置にも増し
て、大幅に向上されるようになる。
【0064】そして、この類の半導体装置の、更に大き
な消費電力が必要とされるパワーデバイスへの応用も可
能ともなる。また、同第3の実施例の半導体装置の上記
構成によれば、絶縁膜32上に形成されるセルの基準電
位電極が半導体基板31に電気的に接続されることとも
なるため、該基準電位電極の電位固定が確実に行われ、
この場合も、同半導体装置としての動作特性の更なる安
定化が図られるようになる。
【0065】なお、同第3の実施例の半導体装置におい
ても、放熱パッド4や放熱リード線5、内部配線37、
更にはパッケージPKGの材料やリードフレーム2の形
状等に関するその他の留意事項、或いは変更可能事項
は、先の第1の実施例の半導体装置に準ずるものであ
り、ここでの改めての列挙は割愛する。
【0066】また、同第3の実施例の半導体装置におい
て、上記各セル形成領域を分離するトレンチ溝領域35
も、先の第2の実施例の半導体装置同様、これを基準電
位に設定することができる。
【0067】したがって、同第3の実施例の半導体装置
としての上記構成に併せて、それらトレンチ溝領域35
に対し先の第2の実施例の半導体装置の構成を適用する
ようにすれば、その放熱効率もより一層向上されること
となる。
【0068】(第4実施例)図6に、この発明にかかる
半導体装置の第4の実施例を示す。この第4の実施例の
半導体装置も、先の第3の実施例の半導体装置と同様、
SOI構造を有するMOSデバイスを対象として、その
チップ表面からの放熱性を改善し得るパッケージ構造を
有する装置として構成されている。
【0069】以下、同第4の実施例の半導体装置につい
て、その装置構造を詳述する。図6に例示する半導体チ
ップ1は、SOI構造を有するCMOS構成のインバー
タ回路素子である。
【0070】同図6に示されるように、この半導体チッ
プ1は、半導体基板41上に絶縁膜42が形成され、更
にこの絶縁膜42上にセル形成領域44a及び44bが
形成される構成となっている。そして、セル形成領域4
4aにはNチャネルトランジスタ(NchTr)が形成
され、セル形成領域44bにはPチャネルトランジスタ
(PchTr)が形成されている。
【0071】また、同半導体チップ1において、電極4
8a、48b、及び48cは、上記セル形成領域44a
に形成されているNチャネルトランジスタのそれぞれソ
ース電極、ドレイン電極、及びゲート電極であり、また
符号49はpウェルを示す。そして、このpウェル49
とNチャネルトランジスタのソース電極48aとは、G
ND電位に保たれて共通接続されている。
【0072】こうした構成を有する半導体チップ1に対
し、同第4の実施例の装置では、 (1)半導体チップ1の上記半導体基板41を基準電位
(接地電位)に設定するとともに、その裏面とリードフ
レーム(ダイパッド)2とを導電性接着剤3にて接着す
る。 (2)同半導体チップ1の表面には放熱パッド4を設
け、上記基準電位(GND電位)に設定されて共通接続
されているpウェル49及びNチャネルトランジスタの
ソース電極48aとこの放熱パッド4とを、適宜の内部
配線47によって電気的且つ物理的に接続する。 (3)これらpウェル49及びソース電極48aに電気
的且つ物理的に接続された放熱パッド4と同チップ1の
裏面が導電性を保って接着されている上記リードフレー
ム(アウタリード)2とを更に、放熱リード線5によっ
て電気的且つ物理的に接続する。といった構造を採用す
ることによって、この場合もセル形成領域の基準電位電
極から直接、上記リードフレーム2への放熱が図られる
ようにしている。
【0073】そして、同第4の実施例の半導体装置にあ
っても、その平面構造及び側面構造は、先の図2及び図
3に準じた構造になっているものとする。したがって、
同第4の実施例の半導体装置によっても、SOI構造に
あって、絶縁膜42上に発生した熱の同チップ1裏面へ
の放熱が該絶縁膜42の存在によって妨げられる状況に
あれ、その発生した熱は、上記セル形成領域から直接、
高い効率でアウタリード2a、2b(図2)に放熱され
るようになる。
【0074】そしてこの場合も、発熱源から直接、放熱
路(アウタリード2a、2b)への放熱が図られること
により、その放熱効率は、先の第1或いは第2の実施例
の半導体装置にも増して、大幅に向上されるようにな
る。
【0075】また、同第4の実施例の半導体装置の上記
構成によっても、絶縁膜42上に形成されるセルの基準
電位電極が半導体基板41に電気的に接続されて、その
電位固定化が確実に行われ、同半導体装置としての動作
特性の更なる安定化が図られるようになる。
【0076】また、同第4の実施例の半導体装置におい
ても、放熱パッド4や放熱リード線5、内部配線47、
更にはパッケージPKGの材料やリードフレーム2の形
状等に関するその他の留意事項、或いは変更可能事項
は、先の第1の実施例の半導体装置に準ずる。
【0077】(第5実施例)図7に、この発明にかかる
半導体装置の第5の実施例を示す。この第5の実施例の
半導体装置は、部分SOI構造を有するMOSデバイス
を対象として、そのチップ表面からの放熱性を改善し得
るパッケージ構造を有する装置として構成されている。
【0078】以下、同第5の実施例の半導体装置につい
て、その装置構造を詳述する。図7に例示する半導体チ
ップ1は、部分SOI構造を有するインテリジェントパ
ワーICである。
【0079】同図7に示されるように、この半導体チッ
プ1は、上述したLDMOS構造を有するパワー素子部
とSOI構造を有する制御用素子部との大きくは2つの
部分からなっている。
【0080】このうち、パワー素子部には、絶縁膜52
及びトレンチ溝領域55によって素子分離された2つの
パワートランジスタが半導体基板51上に形成されてい
る。電極58a、58b、及び58cは、第1のパワー
トランジスタのそれぞれソース電極、ドレイン電極、及
びゲート電極である。また、電極58d、58e、及び
58fは、第2のパワートランジスタのそれぞれソース
電極、ドレイン電極、及びゲート電極である。そして、
これらトランジスタのソース電極58a及び58dは、
何れもGND電位に設定されている。
【0081】他方、SOI構造を有する制御用素子部
は、半導体基板51上に絶縁膜52が形成され、更にこ
の絶縁膜52上に、トレンチ溝領域55によって分離さ
れたセル形成領域54a及び54bが形成される構成と
なっている。そして、セル形成領域54aにはPチャネ
ルトランジスタが形成され、セル形成領域54bにはN
チャネルトランジスタが形成されている。また、同制御
用素子部において、電極59a、59b、及び59c
は、上記セル形成領域54bに形成されているNチャネ
ルトランジスタのそれぞれソース電極、ドレイン電極、
及びゲート電極であり、また符号60はpウェルを示
す。そして、これらpウェル60とNチャネルトランジ
スタのソース電極59aとが、GND電位に設定されて
共通接続されている。
【0082】こうした構成を有する半導体チップ1に対
し、同第5の実施例の装置では、 (1)半導体チップ1の上記半導体基板51を基準電位
(接地電位)に設定するとともに、その裏面とリードフ
レーム(ダイパッド)2とを導電性接着剤3にて接着す
る。 (2)同半導体チップ1の表面には放熱パッド4を設け
る。そして、上記基準電位(GND電位)に設定されて
いるパワートランジスタの各ソース電極58a及び58
dとこの放熱パッド4とを、また同基準電位(GND電
位)に設定されて共通接続されているpウェル60及び
Nチャネルトランジスタのソース電極59aとこの放熱
パッド4とを、適宜の内部配線57によってそれぞれ電
気的且つ物理的に接続する。 (3)これら基準電位電極部に電気的且つ物理的に接続
された放熱パッド4と同チップ1の裏面が導電性を保っ
て接着されている上記リードフレーム(アウタリード)
2とを更に、放熱リード線5によって電気的且つ物理的
に接続する。 といった構造を採用する。
【0083】そして、同第5の実施例の半導体装置にあ
っても、その平面構造及び側面構造は、先の図2及び図
3に準じた構造になっているものとする。上記パワー素
子部の場合、SOI構造とはなっていないことから、当
該半導体チップ1裏面からの放熱も可能ではあるが、こ
うして放熱パッド4及び放熱リード線5を通じて同チッ
プ表面からの放熱を図ることにより、その放熱効率も更
に高まることとなる。
【0084】また、上記制御用素子部の場合には、先の
第3或いは第4の実施例の半導体装置の場合と同様、S
OI構造にあって、絶縁膜52上に発生した熱の同チッ
プ1裏面への放熱が該絶縁膜52の存在によって妨げら
れる状況にあれ、その発生した熱は、上記セル形成領域
から直接、高い効率でリードフレーム(アウタリード)
2に放熱されるようになる。
【0085】一方、同第5の実施例の半導体装置の上記
構成によっても、各セルの基準電位電極は半導体基板5
1に電気的に接続され、その電位固定化が確実に行われ
るようになる。したがってこの場合も、同半導体装置と
しての動作特性の更なる安定化が図られるようになる。
【0086】なお、同第5の実施例の半導体装置におい
ても、放熱パッド4や放熱リード線5、内部配線57、
更にはパッケージPKGの材料やリードフレーム2の形
状等に関するその他の留意事項、或いは変更可能事項
は、先の第1の実施例の半導体装置に準ずるものであ
り、それら事項についての重複する説明は割愛する。
【0087】また、この第5の実施例の半導体装置にお
いても、上記各トレンチ溝領域55は、先の第2の実施
例の半導体装置同様、これを基準電位に設定することが
できる。
【0088】したがってこの場合も、同第5の実施例の
半導体装置としての上記構成に併せて、それらトレンチ
溝領域55に対し先の第2の実施例の半導体装置の構成
を適用するようにすれば、その放熱効率もより一層向上
されることとなる。
【0089】ところで、先の第1の実施例では絶縁膜上
のバッファ領域を、また第2の実施例ではトレンチ溝領
域を、そして第3〜第5の実施例ではセル自身の基準電
位電極部を、それぞれ放熱パッド4に接続する構成とし
たが、これら部位は、半導体チップ内の上記絶縁膜上に
おいて基準電位に設定される部位でさえあればよく、こ
れら例示した部位には限られない。
【0090】また、特に第5の実施例として例示したよ
うな部分SOI構造を有するMOSデバイスでは、例え
ば図8に示されるように、半導体基板51を基準電位
(接地電位)ではなく、基板バイアス用電源61等によ
ってある所定の電位に固定して使用することがある。そ
してこのような場合には、上述したように放熱パッド4
とリードフレーム(アウタリード)2とを放熱リード線
5によって電気的に接続することができないため、上述
した態様で放熱路を確保することはできない。
【0091】しかしこの場合であれ、同図8に縦型のパ
ワーデバイスとして示されるトランジスタの電極(ソー
ス電極またはドレイン電極)68や69、或いは制御用
素子部にあるトランジスタの電極(ドレイン電極または
ソース電極)70のように、共通の電位として用いられ
る電極は存在する。したがってこれらの電極について
は、それぞれ内部配線57’によってチップ1の表面に
電気的に引き出し、先の図2に例示した放熱パッド6に
対応するかたちで放熱パッド6’を形成することはでき
る。そして、こうした放熱パッド6’の形成によって、
半導体チップ1の表面に発生した熱を低減させることが
可能となる。また、共通電位にある放熱パッド6’、
6’…については、更にこれら放熱パッド間を放熱リー
ド線7’によって電気的且つ物理的に接続することもで
き、その放熱効率の更なる向上を図ることもできる。
【0092】このような構造は特に、パッケージが樹脂
モールドからなる場合、その熱抵抗の低減に効果的であ
る。なおこの場合も、上記各放熱パッド6’については
これをスペースの許す限り広い面積に形成し、上記放熱
リード線7’としても極力線径の太い線材を用いること
が、放熱効率を更に向上させる上で望ましい。
【0093】またこの場合、上記放熱パッド6’は、前
述した半導体チップ搭載部(ダイパッド)2とは一体に
形成されない別体アウタリード8に電気的且つ物理的に
接続されることとなるため、放熱効率の点では上述した
各実施例に及ばないものの、放熱効率を高める簡便な手
法としては極めて有効である。
【0094】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、半
導体チップ内の絶縁膜上において基準電位に設定される
部位を、放熱パッド及び放熱リード線を介してリードフ
レームの外部接続リード部に電気的に接続して、同部位
についての放熱路を形成、確保するようにしている。
【0095】したがってこの発明によれば、SOI構造
を有する半導体チップを用いた半導体装置であれ、その
パッケージサイズの増大やパッケージングコストの高揚
を何ら招くことなく、その放熱効率の大幅な向上を図る
ことができるようになる。
【0096】またこの発明によれば、上記半導体チップ
内の絶縁膜上において基準電位に設定される部位の電位
固定も確実に行われることとなり、同半導体装置として
の動作特性もより安定したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる半導体装置の第1の実施例に
ついてその装置構造を模式的に示す断面図である。
【図2】同実施例の半導体装置の平面構造を示す平面図
である。
【図3】同実施例の半導体装置の側面構造を示す側面図
である。
【図4】この発明にかかる半導体装置の第2の実施例に
ついてその装置構造を模式的に示す断面図である。
【図5】この発明にかかる半導体装置の第3の実施例に
ついてその装置構造を模式的に示す断面図である。
【図6】この発明にかかる半導体装置の第4の実施例に
ついてその装置構造を模式的に示す断面図である。
【図7】この発明にかかる半導体装置の第5の実施例に
ついてその装置構造を模式的に示す断面図である。
【図8】同第5の実施例にかかる部分SOI構造を有す
る半導体装置に対する更に他の実施例についてその装置
構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
1…半導体チップ、2…リードフレーム(半導体チップ
搭載部若しくはダイパッド)、2a、2b…リードフレ
ーム(外部接続リード部若しくはアウタリード)、3…
導電性接着剤、4、6、6’…放熱パッド、5、7、
7’…放熱リード線、8…リードフレーム(別体外部接
続リード部若しくは別体アウタリード)、9…電極パッ
ド、11、21、31、41、51…半導体基板、1
2、22、32、42、52…絶縁膜(SiO2)、1
3、23、33…セル分離用誘電体層(SiO2)、1
4、24、34、44、54…セル形成領域、15、2
5、35、55…トレンチ溝領域、16…バッファ領
域、17、27、37、47、57、57’…放熱用内
部配線、38、39、48、58、59、68、69、
70…セル(トランジスタ)電極、49、60…Pウェ
ル(Pwell)、61…基板バイアス用電源、PKG…パ
ッケージ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップ搭載部と外部接続リード部と
    が一体形成されたリードフレームと、半導体基板上に絶
    縁膜が形成され、該形成された絶縁膜上に単位機能回路
    であるセルが配設される構造を有するとともに、前記半
    導体基板の裏面が基準電位に設定されて、該半導体基板
    裏面と前記リードフレームとの電気的な導通が維持され
    た状態で同リードフレームの半導体チップ搭載部に接着
    される半導体チップとを有する半導体装置であって、 前記半導体チップの、前記絶縁膜上において基準電位に
    設定される部位との電気的な導通が維持されて、同半導
    体チップの表面に配設された1乃至複数の放熱パッド
    と、 該放熱パッドと前記リードフレームの外部接続リード部
    とを電気的に接続する放熱リード線と、 を具えることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】前記放熱パッドとの電気的導通が維持され
    る前記半導体チップの前記絶縁膜上において基準電位に
    設定される部位は、前記セルの分離とともに、それらセ
    ル間の干渉を低減するために設けられたバッファ領域で
    ある請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】前記放熱パッドとの電気的導通が維持され
    る前記半導体チップの前記絶縁膜上において基準電位に
    設定される部位は、前記セルを分離するために設けられ
    たトレンチ溝領域である請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】前記放熱パッドとの電気的導通が維持され
    る前記半導体チップの前記絶縁膜上において基準電位に
    設定される部位は、前記各セル自身の基準電位電極部で
    ある請求項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】前記放熱パッドは、前記半導体チップの前
    記絶縁膜上において基準電位に設定される部位の複数と
    電気的に共通接続されるものである請求項1乃至4の何
    れかに記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】前記放熱パッドは、前記半導体チップのデ
    ッドスペースに複数配設され、それら放熱パッド間が更
    に放熱リード線によって電気的に接続される請求項1乃
    至5の何れかに記載の半導体装置。
  7. 【請求項7】前記リードフレームは、前記半導体チップ
    搭載部とは別体として形成された別体外部接続リード部
    を更に有し、 前記半導体チップは、前記セルの各電極部との電気的な
    導通が維持されてその表面に配設された複数の電極パッ
    ドを更に有し、 前記半導体装置は、それら各電極パッドと前記リードフ
    レームの別体外部接続リード部とを電気的に接続するリ
    ード線を更に有し、 前記放熱パッドは、前記電極パッドよりも広い面積を有
    して形成されることを特徴とする請求項1乃至6の何れ
    かに記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】前記リードフレームは、前記半導体チップ
    搭載部とは別体として形成された別体外部接続リード部
    を更に有し、 前記半導体チップは、前記セルの各電極部との電気的な
    導通が維持されてその表面に配設された複数の電極パッ
    ドを更に有し、 前記半導体装置は、それら各電極パッドと前記リードフ
    レームの別体外部接続リード部とを電気的に接続するリ
    ード線を更に有し、 前記放熱リード線は、前記リード線よりも太い線径を有
    する線材からなることを特徴とする請求項1乃至7の何
    れかに記載の半導体装置。
  9. 【請求項9】半導体チップ搭載部と外部接続リード部と
    が一体形成されたリードフレームと、半導体基板上の少
    なくとも一部に絶縁膜が形成され、該形成された絶縁膜
    上に単位機能回路であるセルが配設される構造を有する
    とともに、半導体基板裏面と前記リードフレームとの電
    気的な導通が維持された状態で同リードフレームの半導
    体チップ搭載部に接着される半導体チップとを有する半
    導体装置であって、 前記半導体チップ内の共通電位に設定される複数の部位
    との電気的な導通が維持されて同半導体チップの表面に
    配設された放熱パッドを具えることを特徴とする半導体
    装置。
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