JPH09186269A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH09186269A JPH09186269A JP8000309A JP30996A JPH09186269A JP H09186269 A JPH09186269 A JP H09186269A JP 8000309 A JP8000309 A JP 8000309A JP 30996 A JP30996 A JP 30996A JP H09186269 A JPH09186269 A JP H09186269A
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- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型、高密度のパワー半導体装置を低価格で
提供すること。 【解決手段】 半導体素子１１が接合されたリードフレ
ーム１３を、セラミック板１４を介してヒートシンク１
５に結合させ、外装樹脂モールド１７により封止成形し
た半導体装置において、セラミック板１４の大きさを半
導体素子１１とほぼ同じ大きさにしたもの。 【効果】 セラミック板１４の寸法が小さくて済み、反
り、もしくは曲がりを生じにくいという効果があり、こ
の結果、セラミック板１４の厚さを最大でも０.５ｍｍ
の薄いものとすることができるので、熱抵抗を充分に低
くできるという効果がある。
提供すること。 【解決手段】 半導体素子１１が接合されたリードフレ
ーム１３を、セラミック板１４を介してヒートシンク１
５に結合させ、外装樹脂モールド１７により封止成形し
た半導体装置において、セラミック板１４の大きさを半
導体素子１１とほぼ同じ大きさにしたもの。 【効果】 セラミック板１４の寸法が小さくて済み、反
り、もしくは曲がりを生じにくいという効果があり、こ
の結果、セラミック板１４の厚さを最大でも０.５ｍｍ
の薄いものとすることができるので、熱抵抗を充分に低
くできるという効果がある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一方の面に半導体
素子が接合された回路導体板を電気的に隔離した状態で
ほぼ平板状のヒートシンクの一方の面に積層させ、該ヒ
ートシンクの他方の面が外部に露出した状態で電気絶縁
性外装モールド材により封止成形した半導体装置に係
り、特に電力機器に好適な半導体装置に関する。
素子が接合された回路導体板を電気的に隔離した状態で
ほぼ平板状のヒートシンクの一方の面に積層させ、該ヒ
ートシンクの他方の面が外部に露出した状態で電気絶縁
性外装モールド材により封止成形した半導体装置に係
り、特に電力機器に好適な半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ装置などの電力機器に使用す
る半導体装置では、特に半導体素子からの発熱をいかに
効率的に放散するかが大きな命題となつている。そこ
で、例えば、特公平５−２２６５７５号公報では、ヒー
トシンク上もしくはリードフレーム上にパワー半導体素
子を直接搭載し、外装を一体樹脂成形した半導体装置に
ついて提案している。そして、この半導体装置によれ
ば、パワー半導体素子がヒートシンクに直接固着されて
いるので熱抵抗が低く、かつ部品点数が少なくできるの
で高信頼性化に優れているという利点がある。
る半導体装置では、特に半導体素子からの発熱をいかに
効率的に放散するかが大きな命題となつている。そこ
で、例えば、特公平５−２２６５７５号公報では、ヒー
トシンク上もしくはリードフレーム上にパワー半導体素
子を直接搭載し、外装を一体樹脂成形した半導体装置に
ついて提案している。そして、この半導体装置によれ
ば、パワー半導体素子がヒートシンクに直接固着されて
いるので熱抵抗が低く、かつ部品点数が少なくできるの
で高信頼性化に優れているという利点がある。
【０００３】次に、例えば、特公平３−６３８２２号公
報及び特公平６−８０７４８号公報では、金属のヒート
シンク上に、予め所定間隔の隙間を設けてパワー半導体
素子をセットし、この隙間を含む外装部全体を、一体の
モールドとして樹脂を流し込んで封止成形した半導体装
置について提案している。この構造によれば、半導体素
子を固着した導体層とヒートシンクとの間に樹脂層が介
在するので、前記非絶縁型パワー半導体素子の複数の搭
載が容易に可能であり、部品点数も少ないことから高い
信頼性が得られるという利点がある。
報及び特公平６−８０７４８号公報では、金属のヒート
シンク上に、予め所定間隔の隙間を設けてパワー半導体
素子をセットし、この隙間を含む外装部全体を、一体の
モールドとして樹脂を流し込んで封止成形した半導体装
置について提案している。この構造によれば、半導体素
子を固着した導体層とヒートシンクとの間に樹脂層が介
在するので、前記非絶縁型パワー半導体素子の複数の搭
載が容易に可能であり、部品点数も少ないことから高い
信頼性が得られるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、以下の
問題があった。まず、特公平５−２２６５７５号公報に
記載の半導体装置では、パワー半導体素子がヒートシン
クから電気的に隔離されていないので、ＩＧＢＴ(Insur
atedGate Bipolar Transistor)など、コレクタ側にも通
電する必要がある非絶縁型パワー半導体素子には適用が
難しい。
問題があった。まず、特公平５−２２６５７５号公報に
記載の半導体装置では、パワー半導体素子がヒートシン
クから電気的に隔離されていないので、ＩＧＢＴ(Insur
atedGate Bipolar Transistor)など、コレクタ側にも通
電する必要がある非絶縁型パワー半導体素子には適用が
難しい。
【０００５】ここで、ヒートシンク表面もしくは内部に
絶縁層を配置する案も示されているが、この場合には、
個別に動作する複数のパワー半導体素子の搭載に難があ
り、例えばインバータ装置の主回路など複雑な回路の形
成には不向きであるという問題がある。
絶縁層を配置する案も示されているが、この場合には、
個別に動作する複数のパワー半導体素子の搭載に難があ
り、例えばインバータ装置の主回路など複雑な回路の形
成には不向きであるという問題がある。
【０００６】次に、特公平３−６３８２２号公報及び特
公平６−８０７４８号公報に記載の半導体装置は、前述
したように予め素子をセットした空間に樹脂を流し込む
方法であり、従って、成型時にボイドの巻き込みの虞れ
があると共に樹脂層の厚さが不安定になりやすい。
公平６−８０７４８号公報に記載の半導体装置は、前述
したように予め素子をセットした空間に樹脂を流し込む
方法であり、従って、成型時にボイドの巻き込みの虞れ
があると共に樹脂層の厚さが不安定になりやすい。
【０００７】通常、この種樹脂層の熱伝導率は極めて低
く、僅かな層厚の誤差が熱抵抗としては大きなばらつき
として現われる。従って、この従来技術では、量産工場
での安定した品質の半導体装置を得るのが難しい。ま
た、同様の理由から、この従来技術では、絶縁層の層厚
を例えば０.１ｍｍ以下と大幅に薄くして熱抵抗を下げ
ることも難しい。
く、僅かな層厚の誤差が熱抵抗としては大きなばらつき
として現われる。従って、この従来技術では、量産工場
での安定した品質の半導体装置を得るのが難しい。ま
た、同様の理由から、この従来技術では、絶縁層の層厚
を例えば０.１ｍｍ以下と大幅に薄くして熱抵抗を下げ
ることも難しい。
【０００８】本発明の目的は、実用的なパワー半導体装
置で要求される、高い熱放散に充分に対応でき、低熱抵
抗性で安定した熱抵抗を有し、高信頼性で小型のパワー
半導体装置を低価格で提供することにある。
置で要求される、高い熱放散に充分に対応でき、低熱抵
抗性で安定した熱抵抗を有し、高信頼性で小型のパワー
半導体装置を低価格で提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、一方の面に
半導体素子が接合された回路導体板を電気的に隔離した
状態でほぼ平板状のヒートシンクの一方の面に積層さ
せ、該ヒートシンクの他方の面が外部に露出した状態で
電気絶縁性外装モールド材により封止成形した半導体装
置において、前記回路導体板の前記半導体素子が接合さ
れている部分の反対側の面に、前記半導体素子とほぼ同
じ平面形状のセラミック板を設け、前記回路導体板がこ
のセラミック板を介して前記ヒートシンクに積層させる
ことにより達成される。
半導体素子が接合された回路導体板を電気的に隔離した
状態でほぼ平板状のヒートシンクの一方の面に積層さ
せ、該ヒートシンクの他方の面が外部に露出した状態で
電気絶縁性外装モールド材により封止成形した半導体装
置において、前記回路導体板の前記半導体素子が接合さ
れている部分の反対側の面に、前記半導体素子とほぼ同
じ平面形状のセラミック板を設け、前記回路導体板がこ
のセラミック板を介して前記ヒートシンクに積層させる
ことにより達成される。
【００１０】回路導体板、つまりリードフレーム上に固
着された半導体素子など及びもしくは受動素子と、それ
を電気的に接続する導体及び外部との入出力用端子とを
有し、これら回路系が樹脂系モールドによって保護され
た構造のパワー半導体装置において、該リードフレーム
下面に、セラミック電気絶縁層を挟持してヒートシンク
が配置され、かつ該樹脂系モールドが一体的に構成さ
れ、該モールドが実質的に単一の樹脂層、いわゆる硬質
樹脂によって構成されるので、金属板表面に均質で平坦
な絶縁層を配置でき、底部にコレクタ電極を有した非絶
縁型パワー半導体素子を、ヒートシンクなどの導体層を
介して直接固着することができ、導体配線を配置すると
きの設計自由度が高く、高密度化もしくは小型化に有効
である。
着された半導体素子など及びもしくは受動素子と、それ
を電気的に接続する導体及び外部との入出力用端子とを
有し、これら回路系が樹脂系モールドによって保護され
た構造のパワー半導体装置において、該リードフレーム
下面に、セラミック電気絶縁層を挟持してヒートシンク
が配置され、かつ該樹脂系モールドが一体的に構成さ
れ、該モールドが実質的に単一の樹脂層、いわゆる硬質
樹脂によって構成されるので、金属板表面に均質で平坦
な絶縁層を配置でき、底部にコレクタ電極を有した非絶
縁型パワー半導体素子を、ヒートシンクなどの導体層を
介して直接固着することができ、導体配線を配置すると
きの設計自由度が高く、高密度化もしくは小型化に有効
である。
【００１１】さらに、パワー半導体素子を含む回路全体
が単一のモールド樹脂層によって覆われているために、
該絶縁層が補強され、絶縁層への応力集中を緩和でき
る。通常、この種絶縁層に要求される材料特性として、
十分な電気絶縁性に加えて良好な熱伝導性があり、これ
を実現するため、樹脂系材料では一般には内部に多量の
フィラーを含有させており、このため、応力によりクラ
ックを発生しやすいが、この絶縁層を外装モールドによ
って補強する作用が得られる。
が単一のモールド樹脂層によって覆われているために、
該絶縁層が補強され、絶縁層への応力集中を緩和でき
る。通常、この種絶縁層に要求される材料特性として、
十分な電気絶縁性に加えて良好な熱伝導性があり、これ
を実現するため、樹脂系材料では一般には内部に多量の
フィラーを含有させており、このため、応力によりクラ
ックを発生しやすいが、この絶縁層を外装モールドによ
って補強する作用が得られる。
【００１２】一方、モールド用樹脂については、その材
質の熱伝導性について特に配慮する必要は無いので、材
料選定の自由度が高い。従って、耐応力性の材料を選定
できる。そして、このモールド材料によって絶縁層が補
強されるので、シリコンとの線膨張率の差に起因する絶
縁層のクラックの発生などを抑制できる。
質の熱伝導性について特に配慮する必要は無いので、材
料選定の自由度が高い。従って、耐応力性の材料を選定
できる。そして、このモールド材料によって絶縁層が補
強されるので、シリコンとの線膨張率の差に起因する絶
縁層のクラックの発生などを抑制できる。
【００１３】また、外装モールドとは別個に絶縁層が形
成されるので、均一で薄い絶縁層の形成が可能で、熱抵
抗が低くかつ安定した特性を得ることができる。つぎ
に、非絶縁型パワー半導体素子が適用出来るので、例え
ばＩＧＢＴ素子を用いた複雑な構造の半導体装置でも容
易に実現出来る。さらに、樹脂系モールド材の線膨張率
を最大でも２０ppm／℃にすることにより、半導体素子
を搭載したリードフレーム及びヒートシンクなどからな
る構造体の反りを最小限に抑制できる。
成されるので、均一で薄い絶縁層の形成が可能で、熱抵
抗が低くかつ安定した特性を得ることができる。つぎ
に、非絶縁型パワー半導体素子が適用出来るので、例え
ばＩＧＢＴ素子を用いた複雑な構造の半導体装置でも容
易に実現出来る。さらに、樹脂系モールド材の線膨張率
を最大でも２０ppm／℃にすることにより、半導体素子
を搭載したリードフレーム及びヒートシンクなどからな
る構造体の反りを最小限に抑制できる。
【００１４】また、樹脂系モールド材として、エポキシ
系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリア
ミド系樹脂、三酸化アンチモン、エポキシシラン、エポ
キシ変性シロキサン、酸化アルミニウム、酸化けい素の
うちの少なくとも２種を有効成分として含む構成とする
ことにより線膨張率を最適化でき、リードフレームとヒ
ートシンクの間に介在させた絶縁層を、より効果的に補
強する作用がある。
系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリア
ミド系樹脂、三酸化アンチモン、エポキシシラン、エポ
キシ変性シロキサン、酸化アルミニウム、酸化けい素の
うちの少なくとも２種を有効成分として含む構成とする
ことにより線膨張率を最適化でき、リードフレームとヒ
ートシンクの間に介在させた絶縁層を、より効果的に補
強する作用がある。
【００１５】さらに、パワー半導体素子に加えて、保護
系回路部品を併せ配置することにより、例えば過電流、
過温度などの異常時に迅速かつ適切に対応することがで
きるようにした自立型半導体装置を構成することができ
る。
系回路部品を併せ配置することにより、例えば過電流、
過温度などの異常時に迅速かつ適切に対応することがで
きるようにした自立型半導体装置を構成することができ
る。
【００１６】また、電気絶縁層がセラミック系材料によ
って構成されるので、リードフレームとヒートシンク間
との十分な電気絶縁性が得られると共に、熱抵抗を低く
保つことができる。
って構成されるので、リードフレームとヒートシンク間
との十分な電気絶縁性が得られると共に、熱抵抗を低く
保つことができる。
【００１７】さらに、セラミック板の寸法が小さいの
で、異種材料間に挟持された構造であっても、半導体素
子を含むこれら材料間の線膨張率差に起因する、温度変
化時の内部応力を抑制する作用をえることができる。ま
た、セラミック板の寸法が小さいので、薄いセラミック
板を用いても反り、曲がりなどの不具合を生じにくいと
いう作用が得られる。この結果、セラミック板の厚さが
最大でも０.５ｍｍにすることができ、熱抵抗を充分に
低くすることができる。
で、異種材料間に挟持された構造であっても、半導体素
子を含むこれら材料間の線膨張率差に起因する、温度変
化時の内部応力を抑制する作用をえることができる。ま
た、セラミック板の寸法が小さいので、薄いセラミック
板を用いても反り、曲がりなどの不具合を生じにくいと
いう作用が得られる。この結果、セラミック板の厚さが
最大でも０.５ｍｍにすることができ、熱抵抗を充分に
低くすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体装置に
ついて、図示の実施例を用いて詳細に説明する。しか
し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ 図１は、本発明の実施例１を示したもので、例えばＩＧ
ＢＴなどのパワー半導体素子１１が半田層１２を介して
リードフレーム１３上に固着されている。そして、この
半導体素子１１の直下に当たる、リードフレーム１３の
他方の面には、表面が金属化されたセラミック板１４が
半田層１２により接着され、同時にヒートシンク１５に
も接着されることにより、両者間に介在されている。さ
らに、この半導体素子１１はアルミニウムのワイヤボン
デング部１６により電気的に接合され、全体が外装樹脂
モールド１７により封止成型され、一体化される。
ついて、図示の実施例を用いて詳細に説明する。しか
し、本発明は、これらの実施例に限定されるものではな
い。 実施例１ 図１は、本発明の実施例１を示したもので、例えばＩＧ
ＢＴなどのパワー半導体素子１１が半田層１２を介して
リードフレーム１３上に固着されている。そして、この
半導体素子１１の直下に当たる、リードフレーム１３の
他方の面には、表面が金属化されたセラミック板１４が
半田層１２により接着され、同時にヒートシンク１５に
も接着されることにより、両者間に介在されている。さ
らに、この半導体素子１１はアルミニウムのワイヤボン
デング部１６により電気的に接合され、全体が外装樹脂
モールド１７により封止成型され、一体化される。
【００１９】この図１の実施例によるパワー半導体装置
は、図２に示すように、以下の工程によって作成され
る。
は、図２に示すように、以下の工程によって作成され
る。
【００２０】まず、リードフレーム１３上の所定位置に
７ｍｍ×７ｍｍのＩＧＢＴ素子１１を半田接合１２し、
ついで、この素子１１とリードフレーム１３とをワイヤ
ボンデング１６により電気的に接合する。一方、両面を
金属化したアルミナを主成分とする８ｍｍ×８ｍｍ×
０．３ｍｍのセラミック板１４をリードフレーム１３及
びヒートシンク１５間の所定位置にセットし、半田接合
１２する。
７ｍｍ×７ｍｍのＩＧＢＴ素子１１を半田接合１２し、
ついで、この素子１１とリードフレーム１３とをワイヤ
ボンデング１６により電気的に接合する。一方、両面を
金属化したアルミナを主成分とする８ｍｍ×８ｍｍ×
０．３ｍｍのセラミック板１４をリードフレーム１３及
びヒートシンク１５間の所定位置にセットし、半田接合
１２する。
【００２１】ついで、上記工程で準備された一連の回路
を所定の金型中にセットし、所定温度で、射出法によっ
て外装樹脂モールド１７により封止成形し、パワー半導
体装置を得るのである。この実施例では、外装樹脂モー
ルド１７として、表１に示す材料を用いた。なお、この
表１の配合割合は重量比を示す。
を所定の金型中にセットし、所定温度で、射出法によっ
て外装樹脂モールド１７により封止成形し、パワー半導
体装置を得るのである。この実施例では、外装樹脂モー
ルド１７として、表１に示す材料を用いた。なお、この
表１の配合割合は重量比を示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１から明らかなように、この実施例の外
装樹脂モールド１７には、フィラーとして酸化珪素を多
く含むので、ヤング率が１８００ｋｇｆ／ｍｍ2と高
く、内部を保護するために必要な剛性を充分に具備して
いる。
装樹脂モールド１７には、フィラーとして酸化珪素を多
く含むので、ヤング率が１８００ｋｇｆ／ｍｍ2と高
く、内部を保護するために必要な剛性を充分に具備して
いる。
【００２４】また、この結果、線膨張率は１５ｐｐｍ／
℃と低いので、成形、硬化後のヒートシンク１５の反り
は約４０μｍと小さく、実用上問題のない水準に抑える
ことができる。
℃と低いので、成形、硬化後のヒートシンク１５の反り
は約４０μｍと小さく、実用上問題のない水準に抑える
ことができる。
【００２５】次に、この実施例１による半導体装置の特
性について説明する。まず、図２で説明した方法によっ
てサンプルとなる半導体装置を作製し、素子１１とヒー
トシンク１５との間の熱抵抗を測定した。このとき、セ
ラミック板１４の寸法を変え、６種類の寸法のものにつ
いて、それぞれ評価した。すなわち、素子１１の平面寸
法７ｍｍ×７ｍｍを基準として、セラミック板１４の平
面寸法を、これより大きくする方向で変え、最大１３ｍ
ｍ×１３ｍｍ、つまり、素子１１との寸法差が片側で３
ｍｍになるまで実験した。
性について説明する。まず、図２で説明した方法によっ
てサンプルとなる半導体装置を作製し、素子１１とヒー
トシンク１５との間の熱抵抗を測定した。このとき、セ
ラミック板１４の寸法を変え、６種類の寸法のものにつ
いて、それぞれ評価した。すなわち、素子１１の平面寸
法７ｍｍ×７ｍｍを基準として、セラミック板１４の平
面寸法を、これより大きくする方向で変え、最大１３ｍ
ｍ×１３ｍｍ、つまり、素子１１との寸法差が片側で３
ｍｍになるまで実験した。
【００２６】その結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
【００２８】この表２から明らかなように、セラミック
板１４の寸法が大きくなるにつれて熱抵抗は低下する傾
向があるが、しかし、素子１１に対する片側の寸法差
が、セラミック板１４の厚さの３倍でほぼ上限に達する
ため、さらに大きくしても熱的には余り意味が無いこと
が判る。
板１４の寸法が大きくなるにつれて熱抵抗は低下する傾
向があるが、しかし、素子１１に対する片側の寸法差
が、セラミック板１４の厚さの３倍でほぼ上限に達する
ため、さらに大きくしても熱的には余り意味が無いこと
が判る。
【００２９】一方、セラミック板１４の寸法を大きくし
てゆくと、厚さが薄いため、それ自体の反り、もしくは
曲がりなどが生じやすくなり、異種材料間の線膨張率の
差による温度変化時の熱応力も大きくなる傾向があり、
不利になる。反対に、セラミック板１４が素子１１より
小さい場合には、熱抵抗が大きくなってしまうので当然
好ましくない。
てゆくと、厚さが薄いため、それ自体の反り、もしくは
曲がりなどが生じやすくなり、異種材料間の線膨張率の
差による温度変化時の熱応力も大きくなる傾向があり、
不利になる。反対に、セラミック板１４が素子１１より
小さい場合には、熱抵抗が大きくなってしまうので当然
好ましくない。
【００３０】従って、セラミック板１４の寸法として
は、組立工程での位置合わせ精度最大±１ｍｍを考慮す
ると、素子１１より大きく、その寸法差がセラミック板
１４自体の厚さの３倍（表２中の寸法差比３）もしくは
２ｍｍのいずれか一方の大きい値を超えない範囲が望ま
しいことが判った。
は、組立工程での位置合わせ精度最大±１ｍｍを考慮す
ると、素子１１より大きく、その寸法差がセラミック板
１４自体の厚さの３倍（表２中の寸法差比３）もしくは
２ｍｍのいずれか一方の大きい値を超えない範囲が望ま
しいことが判った。
【００３１】この実施例によれば、半導体素子１１とヒ
ートシンク１５の間での電気的な隔離をセラミック板１
４で得るようにしたので、高い信頼性と低い熱抵抗性と
を同時に得ることができるという効果がある。また、半
導体素子１１の直下を含む近傍にだけセラミック板１４
が介在されるようにしたので、セラミック板１４の寸法
が小さくて済み、反りもしくは曲がりを生じにくいとい
う効果がある。更に、この結果、セラミック板１４の厚
を最大でも０.５ｍｍの薄いものとすることができるの
で、熱抵抗を充分に低くできるという効果がある。
ートシンク１５の間での電気的な隔離をセラミック板１
４で得るようにしたので、高い信頼性と低い熱抵抗性と
を同時に得ることができるという効果がある。また、半
導体素子１１の直下を含む近傍にだけセラミック板１４
が介在されるようにしたので、セラミック板１４の寸法
が小さくて済み、反りもしくは曲がりを生じにくいとい
う効果がある。更に、この結果、セラミック板１４の厚
を最大でも０.５ｍｍの薄いものとすることができるの
で、熱抵抗を充分に低くできるという効果がある。
【００３２】なお、この実施例１では、半導体素子１１
としてＩＧＢＴ素子を用いた例について示したが、例え
ばＭＯＳ系トランジスタなど、他の発熱性半導体素子で
あって良い。また、セラミック板１４の材質としては、
アルミナを例にして示したが、例えばベリリヤ、ジルコ
ニヤ、窒化珪素、窒化アルミニウムなど他のセラミック
材料を用いるようにしてもよい。
としてＩＧＢＴ素子を用いた例について示したが、例え
ばＭＯＳ系トランジスタなど、他の発熱性半導体素子で
あって良い。また、セラミック板１４の材質としては、
アルミナを例にして示したが、例えばベリリヤ、ジルコ
ニヤ、窒化珪素、窒化アルミニウムなど他のセラミック
材料を用いるようにしてもよい。
【００３３】また、本実施例では樹脂モールド１７に含
まれるフィラーとして、表１に示したように、酸化珪素
を用いた例について示したが、他の材料、例えばベリリ
ヤ、ジルコニヤ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪
素などをフィラーとして用いてもよい。セラミック板１
４を絶縁層として用いた実施例１の特徴は、熱抵抗が低
く、一般に電流容量の大きい素子への適用が効果的であ
る。
まれるフィラーとして、表１に示したように、酸化珪素
を用いた例について示したが、他の材料、例えばベリリ
ヤ、ジルコニヤ、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪
素などをフィラーとして用いてもよい。セラミック板１
４を絶縁層として用いた実施例１の特徴は、熱抵抗が低
く、一般に電流容量の大きい素子への適用が効果的であ
る。
【００３４】図３は、この実施例１の変形例で、リード
フレーム１３の端子部を上向きに取り出して半導体装置
を構成したものである。
フレーム１３の端子部を上向きに取り出して半導体装置
を構成したものである。
【００３５】実施例２ 次に、本発明の実施例２について図４、図５により説明
する。パワー半導体装置は、インバータ装置に用いられ
ることが多い。そこで、この実施例２は、本発明による
パワー半導体装置をインバータ装置として構成したもの
で、図４は断面構成図で、図５は回路ブロック図であ
る。
する。パワー半導体装置は、インバータ装置に用いられ
ることが多い。そこで、この実施例２は、本発明による
パワー半導体装置をインバータ装置として構成したもの
で、図４は断面構成図で、図５は回路ブロック図であ
る。
【００３６】この実施例２では、図１の実施例と同じ構
成の半導体素子１１からなるスイッチング回路の他に、
ゲート駆動用ＩＣ３１、平滑コンデンサ３２、及び整流
回路用ダイオードブリッジ３３などを加え、制御用のマ
イコンと電源回路３４を付加してインバータモジュール
を構成したものである。なお、この図４では、リードフ
レーム１３とヒートシンク１５との間にあるセラミック
板は省略して描いてある。
成の半導体素子１１からなるスイッチング回路の他に、
ゲート駆動用ＩＣ３１、平滑コンデンサ３２、及び整流
回路用ダイオードブリッジ３３などを加え、制御用のマ
イコンと電源回路３４を付加してインバータモジュール
を構成したものである。なお、この図４では、リードフ
レーム１３とヒートシンク１５との間にあるセラミック
板は省略して描いてある。
【００３７】そして、このとき、図４から明らかなよう
に、ゲート駆動用ＩＣ３１とダイオードブリッジ３３
は、半導体素子１１と一緒に外装樹脂モールド１７によ
り封止し、その上にプリント配線基板３６に搭載した平
滑コンデンサ３２とマイコン及び電源回路３４を取付け
て一体化したもので、さらにヒートシンク１５には放熱
フィン３５を設けてモジュールを構成している。
に、ゲート駆動用ＩＣ３１とダイオードブリッジ３３
は、半導体素子１１と一緒に外装樹脂モールド１７によ
り封止し、その上にプリント配線基板３６に搭載した平
滑コンデンサ３２とマイコン及び電源回路３４を取付け
て一体化したもので、さらにヒートシンク１５には放熱
フィン３５を設けてモジュールを構成している。
【００３８】この実施例２によるインバータモジュール
により三相インダクションモータに接続して運転してみ
た結果、良好な特性を得ることが確認でき、温度変化を
伴う繰り返し使用による信頼性も充分に得られることが
判った。
により三相インダクションモータに接続して運転してみ
た結果、良好な特性を得ることが確認でき、温度変化を
伴う繰り返し使用による信頼性も充分に得られることが
判った。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、低熱抵抗性で安定した
熱抵抗を有し、高信頼性で小型のパワー半導体装置を低
価格で容易に提供することができる。
熱抵抗を有し、高信頼性で小型のパワー半導体装置を低
価格で容易に提供することができる。
【図１】本発明による半導体装置の第一の実施例を示す
断面構成図である。
断面構成図である。
【図２】本発明による半導体装置の第一の実施例の製造
工程を示すフローチャートである。
工程を示すフローチャートである。
【図３】本発明による半導体装置の第一の実施例の変形
例を示す断面構成図である。
例を示す断面構成図である。
【図４】本発明による半導体装置の第二の実施例を示す
断面構成図である。
断面構成図である。
【図５】本発明による半導体装置の第二の実施例を示す
回路ブロック図である。
回路ブロック図である。
１１ 半導体素子 １２ 半田 １３ リードフレーム １４ セラミック板 １５ ヒートシンク １６ ワイヤボンデング部 １７ 外装樹脂モールド １８ 樹脂絶縁層 １９ 熱拡散板 ３１ ゲート駆動用ＩＣ ３２ 平滑コンデンサ ３３ 整流回路用ダイオードブリッジ ３４ 制御用マイコンと電源回路 ３５ 放熱フィン ３６ プリント配線板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合田 正広 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 梶原 良一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山田 一二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 江口 州志 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 羽根井 博幸 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内
Claims (7)
- 【請求項１】 一方の面に半導体素子が接合された回路
導体板を電気的に隔離した状態でほぼ平板状のヒートシ
ンクの一方の面に積層させ、該ヒートシンクの他方の面
が外部に露出した状態で電気絶縁性外装モールド材によ
り封止成形した半導体装置において、 前記回路導体板の前記半導体素子が接合されている部分
の反対側の面に、前記半導体素子とほぼ同じ平面形状の
セラミック板を設け、 前記回路導体板がこのセラミック板を介して前記ヒート
シンクに積層されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 請求項１の発明において、 前記セラミック板の平面寸法と前記半導体素子の平面寸
法の差が、片側で２ｍｍもしくは該セラミック板の厚さ
の３倍の内、いずれか大きいほうを超えない範囲になる
ように構成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１の発明において、前記セラミッ
ク板の厚さが最大でも０．５ｍｍであることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１の発明において、 前記半導体素子が、非絶縁型パワー半導体素子であるこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 請求項１の発明において、 前記電気絶縁性外装モールド材が、最大でも２０ppm／
℃の線膨張率を有する樹脂系モールド材であることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項６】 請求項５の発明において、 前記樹脂系モールド材が、エポキシ系樹脂、フェノール
系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、三酸化
アンチモン、エポキシシラン、エポキシ変性シロキサ
ン、酸化アルミニウム、酸化けい素のうちの少なくとも
２種を有効成分として含むように構成されていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項７】 請求項１の発明において、 前記半導体素子を駆動する制御系回路用チップ部品及び
保護系回路用チップ部品の少なくとも一方が前記回路導
体板上に搭載されていることを特徴とする半導体装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8000309A JPH09186269A (ja) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8000309A JPH09186269A (ja) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09186269A true JPH09186269A (ja) | 1997-07-15 |
Family
ID=11470317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8000309A Pending JPH09186269A (ja) | 1996-01-05 | 1996-01-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09186269A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233712A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Hitachi Ltd | 半導体装置及びその製法とそれを使った電気機器 |
| JP2000245170A (ja) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Hitachi Ltd | 半導体モジュールとそれを用いた電力変換装置及びその製法 |
| US6979909B2 (en) | 2001-02-09 | 2005-12-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing same |
| US7843700B2 (en) | 2004-04-14 | 2010-11-30 | Denso Corporation | Semiconductor device |
| US7982304B2 (en) | 2008-11-11 | 2011-07-19 | Cyntec Co., Ltd. | Chip package structure |
| JP2013069899A (ja) * | 2011-09-22 | 2013-04-18 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2014099547A (ja) * | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体モジュールおよびその製造方法 |
| JPWO2015132969A1 (ja) * | 2014-03-07 | 2017-04-06 | 三菱電機株式会社 | 絶縁基板及び半導体装置 |
-
1996
- 1996-01-05 JP JP8000309A patent/JPH09186269A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233712A (ja) * | 1998-02-12 | 1999-08-27 | Hitachi Ltd | 半導体装置及びその製法とそれを使った電気機器 |
| KR19990072605A (ko) * | 1998-02-12 | 1999-09-27 | 가나이 쓰도무 | 반도체장치및그제법과그것을사용한전기기기 |
| US6291880B1 (en) | 1998-02-12 | 2001-09-18 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device including an integrally molded lead frame |
| JP2000245170A (ja) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Hitachi Ltd | 半導体モジュールとそれを用いた電力変換装置及びその製法 |
| US6979909B2 (en) | 2001-02-09 | 2005-12-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing same |
| US7045907B2 (en) | 2001-02-09 | 2006-05-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device and method of manufacturing same |
| US7843700B2 (en) | 2004-04-14 | 2010-11-30 | Denso Corporation | Semiconductor device |
| US8179688B2 (en) | 2004-04-14 | 2012-05-15 | Denso Corporation | Semiconductor device |
| US7982304B2 (en) | 2008-11-11 | 2011-07-19 | Cyntec Co., Ltd. | Chip package structure |
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| JP2014099547A (ja) * | 2012-11-15 | 2014-05-29 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体モジュールおよびその製造方法 |
| US9171774B2 (en) | 2012-11-15 | 2015-10-27 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor module and method of manufacturing the same |
| US9252028B2 (en) | 2012-11-15 | 2016-02-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor module and method of manufacturing the same |
| JPWO2015132969A1 (ja) * | 2014-03-07 | 2017-04-06 | 三菱電機株式会社 | 絶縁基板及び半導体装置 |
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