JPH0831548B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH0831548B2
JPH0831548B2 JP62083193A JP8319387A JPH0831548B2 JP H0831548 B2 JPH0831548 B2 JP H0831548B2 JP 62083193 A JP62083193 A JP 62083193A JP 8319387 A JP8319387 A JP 8319387A JP H0831548 B2 JPH0831548 B2 JP H0831548B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、更に詳細には、混成集積
回路,半導体パワー素子等を備えた半導体装置の実装構
造に関するものである。
〔従来の技術〕 第2図は、この種半導体装置の従来例を示すもので、
同図に基づき従来の半導体装置の構造例を説明する。第
2図の半導体装置は内燃機関の点火装置(半導体式点火
装置)として使用されるもので、図中、1はヒートシン
ク(銅ベース)で、ヒートシンク1上に混成集積回路部
(点火制御電子回路)2と、半導体パワートランジスタ
部3とが配設されている。混成集積回路部2は、機関の
点火制御を行うためにパワートランジスタ部3を駆動す
るもので、接着剤4を介してヒートシンク1上に配置さ
れる絶縁材製の厚膜回路基板5と、厚膜回路基板5上に
形成される導体6,抵抗7等の薄膜要素と、導体6にはん
だ11を介して接続されるボンデイングパツド8,半導体チ
ツプ9,チツプコンデンサ10等で構成される。
一方、半導体パワートランジスタ部3は、混成集積回
路部2と分離して形成されている。この半導体パワート
ランジスタ部3は、ヒートシンク1上に、薄膜状のセラ
ミツクス絶縁板12,モリブデン材13及びパワートランジ
スタチツプ14を夫々はんだ11を介して積層してなる。15
は混成集積回路2で生じた点火駆動信号をパワートラン
ジスタ部3側に送るリード線で、リード線15を介してボ
ンデイングパツド8とトランジスタチツプ14の電極が接
続される。
半導体パワートランジスタ部3を混成集積回路部2と
分離して形成するのは次の理由による。すなわち、混成
集積回路部2に用いられる厚膜回路基板5は、一般に電
気的絶縁性の良いアルミナ焼結体(Al2O3)が使用され
ているが、このAl2O3厚膜回路基板5は構造上の関係か
ら厚みを1mm以上確保するため熱抵抗が増大し、このよ
うな厚膜回路基板5にパワートランジスタチツプ14を搭
載した場合には、パワートランジスタチツプ14の熱を充
分に放散させることができないので、厚膜回路基板5よ
りも薄くして熱抵抗を下げたAl2O3の薄膜絶縁材12を用
いてトランジスタチツプ14を絶縁させ、且つ熱放散を良
好にするものである。具体的には、パワートランジスタ
チツプ14のヒートシンク構造は、熱抵抗管理値をほぼ4.
5℃/W以下にする必要があるが、Al2O3の厚膜回路基板5
では、上記のような熱抵抗管理値を確保することが困難
であり、薄膜のAl2O3絶縁材12を用いた時に熱抵抗を4.5
℃/W以下にできる。また、Al2O3絶縁材12をトランジス
タチツプ14とヒートシンク1との間に介在させた場合に
は、トランジスタチツプ14の方がAl2O3絶縁材12よりも
熱膨張率が約2倍高いので、両者間に熱膨張差(歪)に
よる熱ストレスが生じ易く、この熱ストレスを緩和する
ためにパワートランジスタ部3に中間部材としてモリブ
デン材13が介在される。
なお、この種半導体装置に関連する従来技術として
は、例えば時開昭57−181356号公報に開示されるように
半導体パワー素子単独の実装構造を示すものがある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述した如き半導体装置は、例えば自動車分野におい
ては、エンジン制御の電子化に伴い、機関点火制御用の
パワートランジスタを駆動する半導体式点火装置として
広く使用されている。ところで、近年、車体のFF化やエ
アロダイナミクス化が進み、エンジンルーム内の空冷効
果が低下しており、更に居住性向上を目的としてエンジ
ンルームは狭くなる傾向にあり、エンジンルームの温度
環境が増々高温化する傾向にある。その結果、エンジン
ルーム内に装備される半導体点火装置等の各種電装部品
も小形にして厳しい環境条件に耐え得るものが要求され
ている。
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、半導体パワー素子,混成集積回
路等を備える半導体装置の高密度実装化を図り小形にし
て、高信頼性の半導体装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達成するために、ヒートシンク
ベース上に回路基板が接合され、この回路基板上に半導
体パワー素子を駆動するための混成集積回路を設けてな
る半導体装置において、 前記回路基板が窒化アルミニウム焼結体で、この回路
基板上に前記半導体パワー素子が前記混成集積回路の薄
膜電極とはんだ接合して搭載され、且つ前記ヒートシン
クの下面に前記半導体パワー素子に近い箇所に位置して
凹部を形成した。
〔作用〕
上記構成によれば、構造的には、回路基板上に半導体
パワー素子を駆動するための混成集積回路と共に半導体
パワー素子が搭載されるが、回路基板を厚膜にしても、
この回路基板が半導体パワー素子と線膨張係数が同程度
で高熱伝導性を有する窒化アルミニウム焼結体で構成さ
れるので、半導体パワー素子を回路基板上の薄膜電極に
はんだ等の接合を介して直接搭載しても、半導体パワー
素子と回路基板間の熱歪を小さくし、ひいては温度変化
による熱ストレスを充分に小さくできるので、半導体パ
ワー素子と混成集積回路との電気的,機械的接続の信頼
性を高める。また、半導体パワー素子で発生した熱を回
路基板を介してヒートシンクベースに良好に伝え、しか
も、ヒートシンクベース下面のうち半導体パワー素子
(発熱源)に近い箇所に位置して凹部が形成してあるの
で、この凹部が半導体パワー素子の放熱面積を広げるの
で、放熱性を向上させて半導体パワー素子及び混成集積
回路の健全性を維持できる。
そして、従来の如く半導体パワー素子と混成集積回路
部を分離形成することなく、回路基板上に一体に搭載す
るので、実装構造的には混成集積回路中に半導体パワー
素子が組み込まれたことになり、この種半導体装置の部
品の高密度実装化ひいては小形化を図ることができる。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図に基づき説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す断面図であり、本実
施例における半導体装置は、自動車エンジンの点火制御
に用いる半導体式点火装置を表わしており、また既述し
た第2図の従来例の符号と同一のものは同一或いは共通
する要素を示すものである。
すなわち、1はヒートシンク(銅ベース)で、ヒート
シンク1上に接着剤4を介して厚膜の回路基板5′(以
下、厚膜回路基板5′とする)が積層状に接合される。
本実施例における厚膜回路基板5′は、半導体パワー
トランジスタチツプ14と線膨張係数が略同程度で高熱伝
導性を有する耐熱性絶縁部材で形成されるもので、例え
ば、近年開発された高熱伝導性窒化アルミニウム焼結体
(AlN材)が最適な素材として使用される。この種の高
熱伝導性AlN材は、例えば特開昭57−181356号公報等に
開示されているが、その特性は、半導体の素材となるシ
リコンの線膨張係数(8×10-6/℃)に近い膨張係数
(4〜5×10-6/℃)を有し、且つ熱伝導率も従来使用
されたAl2O3絶縁材と較べると約5倍程度高い。この厚
膜回路基板5′上には、ボンデイングパツド8,半導体チ
ツプ9,チツプコンデンサ10等の電子回路部品を接合する
電極用の導体6や抵抗7,絶縁ガラス体16が薄膜形成され
る他に、パワートランジスタチツプ14の設置スペースを
確保して、このスペースにパワートランジスタチツプ接
続用の電極6′をも薄膜形成している。そして、厚膜回
路基板5′上の所定の電極位置にボンデイングパツド8,
半導体チツプ9,チツプコンデンサ10及びパワートランジ
スタチツプ14等をはんだ11を介して接続することによ
り、パワートランジスタチツプ14を含む混成集積回路が
構成される。また、ボンデイングパツド8とパワートラ
ンジスタチツプ14はリード線15により接続される。
17はヒートシンク1の上面に設けた突起、18はヒート
シンク1の下面に設けた凹部で、突起17及び凹部18は、
パワートランジスタチツプ14の真下に位置するよう設け
られている。突起17及び凹部18は後述するようにパワー
トランジスタチツプ14の熱放散を助長させるために設け
たものである。
しかして、本実施例における半導体式点火装置は、抵
抗7,半導体チツプ9,チツプコンデンサ10等の電子回路部
品の動作により発生する点火駆動用信号に基づき、パワ
ートランジスタチツプ14を駆動させて機関の点火制御を
行うものであり、パワートランジスタチツプ14で発生す
る熱は、はんだ11,厚膜回路基板5′を介してヒートシ
ンク1側に伝達され、熱放散される。
ここで、本実施例のパワートランジスタチツプ14とAl
N厚膜回路基板5′との線膨張係数はほぼ同等値である
ので、両者間には熱歪差がほとんどなく、両者の接合部
に温度変化によつて繰返し生じる熱ストレスを極力小さ
くできる。従つて、接合部にクラツク等が生じるのを有
効に防止する。また従来のように熱ストレス緩和策とし
てモリブデン材を用いる必要性がなくなり、パワートラ
ンジスタチツプ14を厚膜回路基板5′の導体6′に直接
はんだ接合が可能となること及び、厚膜回路基板5′と
して高熱伝導性AlN材を使用することから、厚膜回路基
板5′の厚みを1mm程度に設定しても熱抵抗が管理値以
上に高くなることを防止する。逆に本実施例では、モリ
ブデン材を介在させないことに加えて、突起17が接着剤
4に食込んで厚膜回路基板5′とヒートシンク1間を狭
め、凹部18がヒートシンク1の厚みを部分的に減らし且
つ放熱面積を広げるので、パワートランジスタチツプ14
に対するヒートシンク全体構造の熱抵抗を充分に低減さ
せて、パワートランジスタチツプ14の熱放散を一層促進
させてトランジスタチツプ14の健全性を保持できる。
また、本実施例における半導体装置の実装構造は、パ
ワートランジスタチツプ14を混成集積回路の一要素とし
て、ボンデイングパツド8,半導体チツプ9,チツプコンデ
ンサ10等の電子回路部品と共に厚膜回路基板上の混成集
積回路中に組込めるので、従来の如く混成集積回路部2
とパワートランジスタ3とを分離形成することなく、パ
ワートランジスタとその他の半導体部品の集積化を図
り、高密度の実装構造を実現でき、装置全体の小形化及
びコスト化を図ることができる。
なお、本実施例は、ヒートシンク1上に厚膜回路基板
5′を接着剤4を介して接合するが、この接着剤4中に
絶縁性を有する高熱伝導性部材(粒体)を混在させる
と、更にヒートシンク構造全体の熱抵抗を下げ、パワー
トランジスタ14の放熱性を良好にすることができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、半導体パワー素子を混
成集積回路中に一体的に組込む構造としたので、半導体
装置の高密度実装化を図り、ひいては半導体装置の小形
化を可能にすると共に、半導体パワー素子の放熱性,接
合状態の健全性を良好に保持するので信頼性の高い半導
体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は半導
体装置の従来例を示す断面図である。 1……ヒートシンク、4……接着剤、5′……厚膜回路
基板、6,6′……混成集積回路の薄膜導体(電極)、7,
8,9,10……混成集積回路構成素子(抵抗,ボンデイング
パツド,半導体チツプ,チツプコンデンサ)、11……は
んだ、14……半導体パワー素子(パワートランジスタチ
ツプ)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヒートシンクベース上に回路基板が接合さ
    れ、この回路基板上に半導体パワー素子を駆動するため
    の混成集積回路を設けてなる半導体装置において、 前記回路基板が窒化アルミニウム焼結体で、この回路基
    板上に前記半導体パワー素子が前記混成集積回路の薄膜
    電極とはんだ接合して搭載され、且つ前記ヒートシンク
    の下面のうち前記半導体パワー素子に近い箇所に位置し
    て凹部が形成してあることを特徴とする半導体装置。
JP62083193A 1987-04-04 1987-04-04 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0831548B2 (ja)

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