JPH11220074A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば交流電源に
よって電動機を駆動、制御するために用いられる電力用
の半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device used for driving and controlling an electric motor by, for example, an AC power supply.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より知られているように、パワーエ
レクトロニクス分野で使用される電力用の半導体装置の
うち、３相交流電源によって電動機を駆動、制御するた
めの半導体装置の電気回路構成は、一般的には図８に示
すように大電流、高電圧を制御することができる複数の
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌ
ａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；バイポーラ型ＭＯＳＦＥ
Ｔ）Ｔｒ、ダイオードＤ1 ，Ｄ2 等を用い、コンバー
タ、インバータを構成して図示しないが端子Ｒ，Ｓ，Ｔ
を電源に接続し、端子Ｕ，Ｖ，Ｗに負荷の電動機を接続
するようなものとなっている。そして、これらＩＧＢＴ
Ｔｒ、ダイオードＤをモジュール化してＰＩＭ（ｐｏｗ
ｅｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｕｌｅ）とし、機
器に組み込み使用される。こうしたＰＩＭのうち、例え
ば６００Ｖ／１０Ａ〜２０ＡクラスのＰＩＭは、図９の
平面図および図１０の断面図で示すようにパッケージが
トランスファーモールド法によって形成されたものとな
っている。また、６００Ｖ／３０Ａ〜５０ＡクラスのＰ
ＩＭは、図１１の斜視図および図１２の断面図で示すよ
うにパッケージがＤＢＣ法（ｄｉｒｅｃｔ ｂｏｎｄｉ
ｎｇ ｃｏｐｐｅｒ法）によって形成されたものとなっ
ている。2. Description of the Related Art As is conventionally known, among electric power semiconductor devices used in the field of power electronics, an electric circuit configuration of a semiconductor device for driving and controlling an electric motor by a three-phase AC power supply is as follows. Generally, as shown in FIG. 8, a plurality of IGBTs (Insulated Gate Bipols) capable of controlling a large current and a high voltage.
ar Transistor; bipolar MOSFE
T) A converter and an inverter are constructed using Tr, diodes D 1 and D 2 and the like, and terminals R, S, T
Are connected to a power supply, and a motor of a load is connected to terminals U, V, and W. And these IGBTs
Tr and diode D are modularized and PIM (pow
er integrated module) and used by being incorporated into a device. Among such PIMs, for example, PIMs of the 600V / 10A to 20A class have a package formed by a transfer molding method as shown in the plan view of FIG. 9 and the cross-sectional view of FIG. In addition, P of 600V / 30A-50A class
As shown in the perspective view of FIG. 11 and the cross-sectional view of FIG.
ng copper method).
【０００３】そして、トランスファーモールド法によっ
て形成されたＰＩＭは、次のようにして形成される。図
９および図１０において、先ず、ＰＩＭ１は、リードフ
レーム２上にパワー素子３等を搭載し、パワー素子３等
とリードフレーム２の対応部位とをボンディングワイヤ
４で接続してからインナー樹脂ケース５に内蔵させる。
その後、パワー素子３等を内蔵するインナー樹脂ケース
５と金属製の放熱板６とをモールド型にセットし、放熱
板６の放熱面が外面に出るようにしてアウター樹脂ケー
ス７をトランスファーモールド法により成形することに
より構成される。なお、８は入出力用の外部端子であ
り、９はＰＩＭ１を取り付けるための取付孔である。こ
れによりリードフレーム２上に搭載されたパワー素子３
が動作した際に発生する熱は、アウター樹脂ケース７の
薄い樹脂層１０を間に介して放熱板６に伝えられ、放熱
板６の外面から外部に放熱する。[0003] The PIM formed by the transfer molding method is formed as follows. 9 and 10, first, the PIM 1 mounts the power element 3 and the like on the lead frame 2, connects the power element 3 and the corresponding part of the lead frame 2 with the bonding wire 4, and then sets the inner resin case 5. Built-in.
Thereafter, the inner resin case 5 containing the power element 3 and the like and the metal heat radiating plate 6 are set in a mold, and the outer resin case 7 is transferred by the transfer molding method so that the heat radiating surface of the heat radiating plate 6 is exposed. It is formed by molding. Reference numeral 8 denotes an external input / output terminal, and reference numeral 9 denotes a mounting hole for mounting the PIM 1. Thus, the power element 3 mounted on the lead frame 2
The heat generated when the device operates is transmitted to the heat radiating plate 6 through the thin resin layer 10 of the outer resin case 7, and radiates heat from the outer surface of the heat radiating plate 6 to the outside.
【０００４】一方、ＤＢＣ法によって形成されたＰＩＭ
１１は、次のようにして形成される。図１１および図１
２において、先ず、熱伝導性の良い絶縁セラミック板１
２の片面に設けられパターニングされた図示しない導電
層にパワー素子１３等を搭載し、また他面に設けられた
同じく図示しない導電層を金属製の放熱板１４の上面に
固着する。そして、リードインサート樹脂ケース１５の
底部となるように放熱板１４を設け、樹脂ケース１５に
インサートされ入出力用の外部端子となるリード１６と
パワー素子１３等とをボンディングワイヤ１７で接続
し、その後、樹脂ケース１５内にキャスティング樹脂１
８を充填し封止してから蓋１９を取り付けるようにして
構成される。なお、２０はＰＩＭ１１を取り付けるため
の取付孔である。これによりパワー素子１３が動作した
際に発生する熱は、絶縁セラミック板１２から放熱板１
４に熱抵抗の低い状態で伝えられ、放熱板１４の外面か
ら外部に放熱する。On the other hand, a PIM formed by the DBC method
11 is formed as follows. FIG. 11 and FIG.
2, first, an insulating ceramic plate 1 having good thermal conductivity
2, a power element 13 and the like are mounted on a patterned conductive layer (not shown) provided on one surface, and a conductive layer (not shown) provided on the other surface is fixed to the upper surface of a metal heat sink 14. Then, a heat radiating plate 14 is provided so as to be at the bottom of the lead insert resin case 15, and the lead 16 which is inserted into the resin case 15 and serves as an external terminal for input / output and the power element 13 and the like are connected by bonding wires 17, and thereafter Casting resin 1 in resin case 15
8 is filled and sealed, and then the lid 19 is attached. Reference numeral 20 denotes a mounting hole for mounting the PIM 11. As a result, the heat generated when the power element 13 operates is transferred from the insulating ceramic plate 12 to the radiator plate 1.
4 is transmitted in a state of low thermal resistance, and radiates heat from the outer surface of the heat sink 14 to the outside.
【０００５】上記のように構成されたトランスファーモ
ールド法によるＰＩＭ１とＤＢＣ法によるＰＩＭ１１
は、次のような特徴をそれぞれ有するものであった。す
なわち、トランスファーモールド法によるＰＩＭ１は、
構成および製造方法も簡単なために安価であるがパワー
素子３で発生した熱を外部に放散する時の放熱効率が低
く、またパワー素子３等のサイズが大きく全体に大寸法
となる高出力用には適用することが困難なものであり、
高い信頼性を得ることが難しいものとなっていた。ま
た、ＤＢＣ法によるＰＩＭ１１は、パワー素子１３で発
生した熱を外部に放散する時の放熱効率が高く、全体が
大寸法となる高出力用に適していて、信頼性も高いもの
であるものの製造方法が手間の掛かるもので高価であっ
た。[0005] The PIM1 formed by the transfer molding method and the PIM11 formed by the DBC method configured as described above.
Had the following features, respectively. That is, PIM1 by the transfer molding method is
Although it is inexpensive due to its simple configuration and manufacturing method, it has low heat dissipation efficiency when dissipating the heat generated by the power element 3 to the outside, and has a large size of the power element 3 and the like, and has a large overall size for high output. Is difficult to apply to
It was difficult to obtain high reliability. In addition, the PIM 11 manufactured by the DBC method has high heat radiation efficiency when dissipating the heat generated in the power element 13 to the outside, is suitable for high output in which the whole is large in size, and has high reliability. The method was laborious and expensive.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のような状況に鑑
みて本発明はなされたもので、パワー素子での発生熱を
効率良く放熱でき、信頼性が高く、また容易に製造する
ことができて高出力用のものでも安価に実現することが
できる半導体装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and can efficiently radiate heat generated in a power element, have high reliability, and can be easily manufactured. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device which can be realized at a low cost even for a high output.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
放熱板上に絶縁層を介して複数のパワー素子を搭載し、
かつ放熱板の下面が外部に露出するように樹脂ケースを
成形してパワー素子を封止すると共に、パワー素子に電
気的に接続されたリードが樹脂ケースから延出するよう
形成された半導体装置において、複数のパワー素子が、
放熱板上に固着された複数のヒートスプレッタ基板上面
にそれぞれ分割して搭載されていることを特徴とするも
のであり、さらに、リードが、樹脂ケースの成形に際し
該リードとパワー素子とを接続する接続ワイヤにより、
パワー素子の上方に所定間隔を設けて３次元的に支持配
置されていることを特徴とするものであり、さらに、放
熱板とリードとが一体に形成されていて、該放熱板とリ
ードの分離が樹脂ケースの成形後に行われることを特徴
とするものであり、さらに、放熱板上に、ヒートスプレ
ッタ基板に隣接してパワー素子以外の素子を搭載する配
線基板が固着されていることを特徴とするものであり、
さらに、樹脂ケースの成形が、トランスファーモールド
法によって行われることを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
Mount multiple power elements on the heat sink via an insulating layer,
In addition, in a semiconductor device in which a resin case is molded so that a lower surface of a heat sink is exposed to the outside, a power element is sealed, and leads electrically connected to the power element extend from the resin case. , Multiple power elements,
A plurality of heat spreader substrates fixed to a heat sink are separately mounted on the upper surface, and furthermore, a lead is connected to connect the lead and the power element when molding the resin case. By wire
The device is characterized in that it is three-dimensionally supported and arranged at a predetermined interval above the power element. Further, the heat sink and the lead are integrally formed, and the heat sink and the lead are separated. Is performed after the molding of the resin case, and further, on the heat sink, a wiring board for mounting an element other than the power element adjacent to the heat spreader substrate is fixed. Things,
Further, the molding of the resin case is performed by a transfer molding method.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【０００９】先ず第１の実施形態を図１乃至図６により
説明する。本実施形態は、複数のＩＧＢＴ、ダイオード
等を用いてコンバータ、インバータを構成するようにし
た図８に電気回路図を示すような電力用半導体装置で、
図１は平面図であり、図２は断面図であり、図３は樹脂
ケース内構造を示す平面図であり、図４は樹脂ケース内
構造を示す斜視図であり、図５はヒートスプレッタ体を
例示する図で、図５（ａ）は第１の例の斜視図で、図５
（ｂ）は第２の例の斜視図であり、図６はリードフレー
ムの平面図である。First, a first embodiment will be described with reference to FIGS. The present embodiment is a power semiconductor device as shown in an electric circuit diagram in FIG. 8 in which a converter and an inverter are configured using a plurality of IGBTs, diodes, and the like.
1 is a plan view, FIG. 2 is a cross-sectional view, FIG. 3 is a plan view showing the internal structure of the resin case, FIG. 4 is a perspective view showing the internal structure of the resin case, and FIG. FIG. 5A is a perspective view of a first example, and FIG.
(B) is a perspective view of the second example, and FIG. 6 is a plan view of the lead frame.
【００１０】図１乃至図６において、ＰＩＭ（ｐｏｗｅ
ｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｕｌｅ）２１は、パ
ワー素子であるＩＧＢＴＴｒおよびダイオードＤ1 ，Ｄ
2 を絶縁セラミック板２２ａ，２２ｂに搭載したヒート
スプレッタ体２３ａ，２３ｂを放熱板２４の上面に固着
し、さらにヒートスプレッタ体２３ａ，２３ｂと、ヒー
トスプレッタ体２３ａ，２３ｂの上方に設けられたリー
ドフレーム２５とをボンディングワイヤ２６で接続した
後、放熱板２４の下面が外部に露出するよう樹脂ケース
２７をトランスファーモールド法により成形し、封止す
ることにより構成されている。In FIGS. 1 to 6, PIM (power
r integrated module) 21 includes an IGBT Tr as a power element and diodes D 1 and D 1
2 is fixed to the upper surface of the heat radiating plate 24 with the heat spreaders 23a and 23b mounted on the insulating ceramic plates 22a and 22b. After the connection with the bonding wires 26, the resin case 27 is formed by transfer molding so as to expose the lower surface of the heat sink 24 to the outside, and is sealed.
【００１１】このような構成のもので放熱板２４は、熱
伝導性が良好な例えば銅（Ｃｕ）等の金属によって方形
平板状に形成されたものであり、片方の長辺部分の両隅
部に取り付けねじ孔２８が形成されている。また、パワ
ー素子等を放熱板２４の上面に取り付けるために構成さ
れたヒートスプレッタ体２３ａ，２３ｂは、例えば窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは酸化アルミニウム（Ａ
ｌ2 Ｏ3 ）等の良熱伝導性絶縁材料でなる所定外形寸法
を有する絶縁セラミック板２２ａ，２２ｂの両面に、そ
れぞれメタライズ処理により設けられた薄板状の銅層２
９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂを被着してなるヒートス
プレッタ基板３１ａ，３１ｂを備えて構成されている。With such a structure, the heat radiating plate 24 is made of a metal having good thermal conductivity, such as copper (Cu), and is formed in a rectangular flat plate shape. Is formed with a mounting screw hole 28. The heat spreaders 23a and 23b configured to attach a power element or the like to the upper surface of the heat sink 24 are made of, for example, aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (A
l 2 O 3 ) or the like, and a thin copper layer 2 provided on both surfaces of insulating ceramic plates 22 a and 22 b having a predetermined external dimension and made of a good heat conductive insulating material by metallization.
9a, 29b, 30a, and 30b are provided with heat spreader substrates 31a and 31b.
【００１２】そして、ヒートスプレッタ基板３１ａ，３
１ｂの上面側に設けられた銅層２９ａ，３０ａは所定パ
ターンとなるようパターニングされていて、１つ又は複
数のＩＧＢＴＴｒおよびダイオードＤ1 ，Ｄ2 等のパワ
ー素子が、それぞれ所定部分の上面にはんだ付けにより
取着されている。なお、一方の６個でインバータを構成
するヒートスプレッタ構造体２３ａは、絶縁セラミック
板２２ａ上の銅層２９ａは１つで、その１つの銅層２９
ａ上面にＩＧＢＴＴｒとダイオードＤ1 の２つの素子が
搭載されており、他方の２個でコンバータを構成するヒ
ートスプレッタ体２３ｂは、絶縁セラミック板２２ｂ上
の銅層２９ｂが３分割され、その分割された１つ１つに
ダイオードＤ2 が搭載されており、１つのヒートスプレ
ッタ体２３ｂとして３つのダイオードＤ2 が搭載された
ものとなっている。Then, the heat spreader substrates 31a, 3
Copper layer 29a provided on the upper surface of the 1b, 30a is being patterned to a predetermined pattern, one or more IGBTTr and diodes D 1, D 2, etc. of the power device are each solder on the top surface of a predetermined portion It is attached by attaching. In addition, the heat spreader structure 23a that forms the inverter with one of the six pieces has one copper layer 29a on the insulating ceramic plate 22a, and the one copper layer 29
a top surface and two elements of IGBTTr and the diode D 1 is mounted on, the heat spreader body 23b constituting the converter in the two other, the copper layer 29b on the insulating ceramic plate 22b is divided into three parts, being the division one by one and diode D 2 are mounted on, three diodes D 2 is turned to that mounted as a single heat spreader body 23b.
【００１３】また、ヒートスプレッタ基板３１ａ，３１
ｂにパワー素子等が設けられたヒートスプレッタ体２３
ａ，２３ｂは、放熱板２４の所定位置に下面側の銅層２
９ｂ，３０ｂをはんだ付けすることによって固着されて
いる。またさらに、放熱板２４に固着されたヒートスプ
レッタ体２３ａ，２３ｂの上方に、所定の絶縁距離を確
保するようにして３次元的に配置されるリードフレーム
２５は、例えば長方形状で所定板厚の銅板を図６に示す
ような所定形状のインナーリード３２、アウターリード
３３が形成されるように加工してなるものである。The heat spreader substrates 31a, 31
b heat spreader body 23 provided with a power element and the like
a and 23b are the copper layers 2 on the lower surface side at predetermined positions of the heat sink 24.
9b and 30b are fixed by soldering. Further, the lead frame 25, which is three-dimensionally arranged above the heat spreader members 23a and 23b fixed to the heat radiating plate 24 so as to secure a predetermined insulating distance, is, for example, a rectangular copper plate having a predetermined thickness. Are processed so that an inner lead 32 and an outer lead 33 having a predetermined shape as shown in FIG. 6 are formed.
【００１４】また、リードフレーム２５をヒートスプレ
ッタ体２３ａ，２３ｂの上方の所定の高さ位置に設ける
にあたっては、図示しないが、先ずリードフレーム２５
を保持治具によりヒートスプレッタ体２３ａ，２３ｂの
上方の所定高さ位置に保持する。次に、この保持した状
態でヒートスプレッタ体２３ａ，２３ｂのＩＧＢＴＴｒ
やダイオードＤ1 ，Ｄ2 、ヒートスプレッタ基板３１
ａ，３１ｂの銅層２９ａ，３０ａの対応する部位同士
を、またこれらと対応するインナーリード３２の先端部
とを、例えば直径２５０μｍあるいは直径４００μｍと
いった比較的太いアルミニウム（Ａｌ）製のボンディン
グワイヤ２６を用い、超音波ボンディングにより接続す
ることによって結線する。その後、トランスファーモー
ルド前にリードフレーム２５を保持していた保持治具を
取り外しモールド金型にセットするが、モールド金型に
はリードフレーム２５とヒートスプレッタ体２３ａ，２
３ｂの位置、高さ関係が同定されるようなガイドが付加
されている。これによりモールド後にもヒートスプレッ
タ体２３ａ，２３ｂとリードフレーム２５は、所定の高
さ位置に所定の絶縁距離を設けるようにして保持され
る。When the lead frame 25 is provided at a predetermined height above the heat spreaders 23a and 23b, first, although not shown, the lead frame 25
Is held at a predetermined height position above the heat spreader bodies 23a and 23b by a holding jig. Next, the IGBTTr of the heat spreader bodies 23a and 23b is
And diodes D 1 and D 2 , heat spreader substrate 31
A relatively thick aluminum (Al) bonding wire 26 having a diameter of, for example, 250 μm or 400 μm is connected between the corresponding portions of the copper layers 29a and 30a of the a and 31b, and the corresponding tip portions of the inner leads 32. Used and connected by ultrasonic bonding. Thereafter, the holding jig holding the lead frame 25 before the transfer molding is removed and set in the mold. The mold includes the lead frame 25 and the heat spreader members 23a and 23a.
A guide for identifying the position and height relationship of 3b is added. Thus, even after molding, the heat spreader bodies 23a and 23b and the lead frame 25 are held so as to provide a predetermined insulating distance at a predetermined height position.
【００１５】そして、放熱板２４に固着されたヒートス
プレッタ体２３ａ，２３ｂと、これの上方にボンディン
グワイヤ２６によりリードフレーム２５を支持し一体化
したものを図示しないモールド型にセットし、トランス
ファーモールド法による成形を行い直方体状の樹脂ケー
ス２７を形成し、パワー素子等を封止する。なお、リー
ドフレーム２５は、樹脂ケース２７の成形前、成形後の
プレス加工によって不要箇所の切り落とし除去が行わ
れ、樹脂ケース２７が形成された状態では図６に斜線で
示す部位が除去された状態となっている。また成形され
た樹脂ケース２７は、放熱板２４の下面が放熱面として
平坦な外面の一部として露出するように形成されてお
り、さらにリードフレーム２５のアウターリード３３部
分が延出する側と逆の長辺部分の両隅部に、放熱板２４
の取り付けねじ孔２８に重なるよう同中心軸に取付孔３
４が形成されている。The heat spreader members 23a and 23b fixed to the heat radiating plate 24 and the lead frame 25 supported and integrated by bonding wires 26 above the heat spreader members 23a and 23b are set in a mold (not shown) by a transfer molding method. The resin case 27 having a rectangular parallelepiped shape is formed by molding, and the power element and the like are sealed. In the lead frame 25, unnecessary portions are cut off and removed by press working before and after the molding of the resin case 27. In a state where the resin case 27 is formed, a portion shown by hatching in FIG. 6 is removed. It has become. Further, the molded resin case 27 is formed so that the lower surface of the heat radiating plate 24 is exposed as a part of a flat outer surface as a heat radiating surface, and is further opposite to the side where the outer leads 33 of the lead frame 25 extend. Radiating plates 24 at both corners of the long side
Mounting holes 3 on the same central axis so as to overlap mounting screw holes 28
4 are formed.
【００１６】このように構成されたものでは、パワー素
子のＩＧＢＴＴｒやダイオードＤ1，Ｄ2 が動作するこ
とによって発生した熱は、先ず各素子からはんだ付けさ
れているヒートスプレッタ基板３１ａ，３１ｂの銅層２
９ａ，２９ｂに流れ、続いて銅層２９ａ，２９ｂから絶
縁セラミック板２２ａ，２２ｂ、さらに各々の下面に設
けられた銅層３０ａ，３０ｂに流れ、銅層３０ａ，３０
ｂがはんだ付けされている放熱板２４へと流れて放熱さ
れる。この放熱経路は、途中に熱抵抗の大きい材料や構
造がなく、すべて良熱伝導性絶縁材料で構成されると共
に比較的大きな平坦面同士の固着による構造であるた
め、熱抵抗が非常に小さく放熱効率が高く、ＰＩＭ２１
が高出力形であっても放熱が効率よく行われるためコン
パクトな形態とすることができる。In such a configuration, the heat generated by the operation of the IGBT Tr of the power element and the diodes D 1 and D 2 is first transferred to the copper layer of the heat spreader boards 31 a and 31 b soldered from each element. 2
9a, 29b, and subsequently from the copper layers 29a, 29b to the insulating ceramic plates 22a, 22b, and further to the copper layers 30a, 30b provided on the lower surfaces thereof, and the copper layers 30a, 30b.
b flows to the heat radiating plate 24 to which the solder is applied and is radiated. This heat dissipation path has no heat-resistant material or structure in the middle, and is composed entirely of a good heat-conductive insulating material and has a structure in which relatively large flat surfaces are fixed to each other. High efficiency, PIM21
However, even if it is a high-output type, it can be made compact because heat is radiated efficiently.
【００１７】また、ＩＧＢＴＴｒやダイオードＤ1 ，Ｄ
2 等とインナーリード３２との間の接続を、比較的太い
ボンディングワイヤ２６を用いて行っているので、ボン
ディングワイヤ２６によってリードフレーム２５をヒー
トスプレッタ体２３ａ，２３ｂの上方の所定高さ位置に
３次元的に配置することができる。このため、リードフ
レーム２５をＩＧＢＴＴｒやダイオードＤ1 ，Ｄ2 等と
同じ平面上に配置する場合に比較して平面形状が小さな
ものとなり、ＰＩＭ２１を実装基板に実装する場合に占
有する面積が小さくてすみ、実装効率を向上させること
ができる。IGBTTr and diodes D 1 , D
Since the connection between the second lead and the inner lead 32 is made using a relatively thick bonding wire 26, the lead frame 25 is three-dimensionally positioned at a predetermined height above the heat spreader bodies 23a and 23b by the bonding wire 26. It can be arranged in a way. For this reason, the planar shape is smaller than when the lead frame 25 is arranged on the same plane as the IGBTTr, the diodes D 1 and D 2, and the area occupied when the PIM 21 is mounted on the mounting board is small. As a result, mounting efficiency can be improved.
【００１８】さらに、ＩＧＢＴＴｒやダイオードＤ1 ，
Ｄ2 等は、放熱板２４に取り付けるに際して機能的に小
単位に分割し、予めインバータを構成する各１つのＩＧ
ＢＴＴｒとダイオードＤ1 の同じ組み合わせをヒートス
プレッタ体２３ａとして分離して構成し、またコンバー
タについても同様に、予め３個のダイオードＤ2 をヒー
トスプレッタ体２３ｂとして分離して構成しておくこと
ができ、効率的な製作を行うことができる。そして、放
熱板２４上での全体の組み立て時に各所要数のヒートス
プレッタ体２３ａ，２３ｂを集合させて取り付け組み上
げるものであるから、放熱板２４上の部品配置が効率的
な配置とすることが可能であり、また個々のユニット的
な生産が可能であるので生産性や製造歩留を向上させる
ことができる。Further, IGBTTr, diodes D 1 ,
D 2 and the like are functionally divided into small units when attached to the heat sink 24, and each one IG
The same combination of BTTr and the diode D 1 constructed by separated as heat spreader body 23a, also similarly applies to the converter, it is possible to keep configured to separate in advance three diodes D 2 as heat spreader body 23b, efficiency Production can be performed. Since the required number of heat spreader bodies 23a and 23b are assembled and assembled when assembling the entire unit on the heat radiating plate 24, the parts on the heat radiating plate 24 can be arranged efficiently. In addition, since individual unit production is possible, productivity and manufacturing yield can be improved.
【００１９】またさらに、パワー素子はヒートスプレッ
タ体２３ａ，２３ｂとして分割され小寸法のものを単位
として放熱板２４にはんだ付けされている。このため、
熱、機械的なストレスに対し、１枚の基板にパワー素子
を取り付けるようにしたものに比べ、各ヒートスプレッ
タ体２３ａ，２３ｂのヒートスプレッタ基板３１ａ，３
１ｂに生じる応力が非常に小さく、基板の割れやはんだ
付け部分の脆化に対する耐量が大きく、信頼性が高いも
のとなる。また、トランスファーモールド法による成形
で樹脂ケース２７の形成とパワー素子等の封止を行って
いるので、組み立てが簡単でコストを低減することがで
き、さらに、組み立ての自動化も容易で、これにより組
み立てに手間が掛からなくなって、さらなるコストの低
減が可能となる。Further, the power elements are divided into heat spreader bodies 23a and 23b and are soldered to the heat radiating plate 24 in units of small dimensions. For this reason,
The heat spreader substrates 31a, 31b of the heat spreader bodies 23a, 23b are different from those in which a power element is attached to one substrate against heat and mechanical stress.
The stress generated in 1b is very small, the resistance to cracking of the substrate and embrittlement of the soldered portion is large, and the reliability is high. In addition, since the resin case 27 and the sealing of the power element and the like are performed by the transfer molding method, the assembly is easy and the cost can be reduced. And the cost can be further reduced.
【００２０】次に、第２の実施形態を図７により説明す
る。本実施形態は、複数のＩＧＢＴ、ダイオード等を用
いてコンバータ、インバータを構成し、さらに制御部を
も組み込むようにした電力用半導体装置で、図７は樹脂
ケース内構造を示す斜視図である。なお、第１の実施形
態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第１
の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明す
る。Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is a power semiconductor device in which a converter and an inverter are configured by using a plurality of IGBTs, diodes, and the like, and a control unit is further incorporated. FIG. 7 is a perspective view showing a structure inside a resin case. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
A configuration of the present embodiment that is different from the above embodiment will be described.
【００２１】図７において、ＰＩＭ４１は、銅板を加工
してなるリードフレーム４２が放熱板部４３とリード部
４４を備えて形成されたもので、放熱板部４３とリード
部４４とは上面が同一平坦面となっており、下面側に肉
厚が厚くなるよう形成された放熱板部４３の上面に、パ
ワー素子であるＩＧＢＴＴｒおよびダイオードＤ1 ，Ｄ
2 を絶縁セラミック板２２ａ，２２ｂに搭載したヒート
スプレッタ体２３ａ，２３ｂが固着されている。さらに
放熱板部４３の上面には、ヒートスプレッタ体２３ａ，
２３ｂに隣接してプリント配線基板４５が接着されてお
り、このプリント配線基板４５には、ＩＧＢＴＴｒおよ
びダイオードＤ1 ，Ｄ2 で構成されたコンバータ、イン
バータを制御するＩＣ４６、チップ部品４７を備えたド
ライバ部４８が設けられている。In FIG. 7, a PIM 41 has a lead frame 42 formed by processing a copper plate and having a heat radiating portion 43 and a lead portion 44. The heat radiating portion 43 and the lead portion 44 have the same upper surface. An IGBTTr as a power element and diodes D 1 and D are provided on the upper surface of the heat radiating plate portion 43 which has a flat surface and is formed so as to be thicker on the lower surface side.
Heat spreader bodies 23a and 23b, each having 2 mounted on insulating ceramic plates 22a and 22b, are fixed. Further, on the upper surface of the heat sink 43, the heat spreader body 23a,
A printed wiring board 45 is bonded adjacent to 23b. The printed wiring board 45 has a converter including an IGBT Tr and diodes D 1 and D 2 , an IC 46 for controlling an inverter, and a driver including a chip component 47. A part 48 is provided.
【００２２】そしてＰＩＭ４１は、ヒートスプレッタ体
２３ａ，２３ｂと、プリント配線基板４５と、リード部
４４のインナーリード４８とを、それぞれ対応するもの
同士をボンディングワイヤ２６で接続した後、放熱板部
４３の下面が外部に露出するよう樹脂ケース４９をトラ
ンスファーモールド法により成形し、封止することによ
り構成されている。なお、５０はアウターリードであ
り、５１は放熱板部４３をリードフレーム４２の連結部
５２に接続する架橋部である。またリードフレーム４２
は樹脂ケース４９が形成された後、所定長さのアウター
リード５０が残るよう、また架橋部５１を放熱板部４３
から切り離すようにして樹脂ケース２７の外方に延出し
た部分が切断、除去される。The PIM 41 connects the heat spreader members 23a, 23b, the printed wiring board 45, and the inner leads 48 of the lead portions 44 to the corresponding ones with the bonding wires 26, and then connects the lower surface of the heat sink plate portion 43. The resin case 49 is formed by a transfer molding method so as to be exposed to the outside, and is sealed. Reference numeral 50 denotes an outer lead, and reference numeral 51 denotes a bridging portion that connects the heat sink 43 to the connecting portion 52 of the lead frame 42. The lead frame 42
After the resin case 49 is formed, the outer lead 50 having a predetermined length is left.
The portion extending outward from the resin case 27 is cut off and removed.
【００２３】このような構成のものでは、パワー素子か
らの熱を放熱する放熱板部４３が、リード部４４と共に
リードフレーム４２を形成するものであり、放熱板部４
３に搭載された各素子とインナーリード４８の先端部と
をボンディングワイヤ２６で接続したものをトランスフ
ァーモールド法により樹脂ケース４９を成形し封止する
ため、成形時にボンディングワイヤ２６で接続した部位
間の離間距離が変化せず信頼性が高いものなる。また同
時に放熱板部４３の厚さが下面側に厚くなるようにした
ものであるため、樹脂ケース４９を成形した状態でも放
熱板部４３の下面が外部に露出し放熱が確実に行え、か
つリード部４４が樹脂ケース４９の側面の厚さ方向中間
部分から延出した状態になって十分な沿面距離を確保す
ることができる。In such a configuration, the radiator plate 43 for radiating heat from the power element forms the lead frame 42 together with the lead 44, and the radiator plate 4
The elements connected to the elements 3 and the tips of the inner leads 48 connected by the bonding wires 26 are formed by molding the resin case 49 by the transfer molding method and sealed. The separation distance does not change and the reliability is high. At the same time, since the thickness of the heat radiating plate portion 43 is made thicker on the lower surface side, even when the resin case 49 is molded, the lower surface of the heat radiating plate portion 43 is exposed to the outside and heat radiation can be reliably performed, and the lead The portion 44 extends from the middle portion of the side surface of the resin case 49 in the thickness direction, so that a sufficient creepage distance can be secured.
【００２４】さらに、放熱板部４３の上面にプリント配
線基板４５を設けて配線を行うものであるので配線の自
由度が向上し、配線密度が向上したものとなり、このプ
リント配線基板４５にコンバータ、インバータと共に、
これらを制御するドライバ部４８を設けることができ
る。Further, since the wiring is performed by providing the printed wiring board 45 on the upper surface of the heat radiating plate portion 43, the degree of freedom of wiring is improved and the wiring density is improved. Along with the inverter,
A driver section 48 for controlling these can be provided.
【００２５】そして同時に第１の実施形態と同様に、パ
ワー素子のＩＧＢＴＴｒやダイオードＤ1 ，Ｄ2 が動作
することによって発生した熱は、ヒートスプレッタ基板
３１ａ，３１ｂから放熱板部４３へと流れて放熱される
が、この放熱経路には途中に熱抵抗の大きい材料や構造
がなく、すべて良熱伝導性絶縁材料で構成されると共に
比較的大きな平坦面同士の固着による構造であるため、
熱抵抗が非常に小さく放熱効率が高く、ＰＩＭ４１が高
出力形であっても放熱が効率よく行われることになって
コンパクトな形態とすることができる。At the same time, similarly to the first embodiment, the heat generated by the operation of the IGBT Tr of the power element and the diodes D 1 and D 2 flows from the heat spreader substrates 31 a and 31 b to the heat radiating plate 43 to radiate heat. However, since this heat dissipation path has no material or structure with high thermal resistance in the middle, it is composed entirely of a good heat conductive insulating material and has a structure in which relatively large flat surfaces are fixed to each other.
The heat resistance is very small, the heat radiation efficiency is high, and even if the PIM 41 is of a high output type, heat is efficiently radiated, so that a compact form can be achieved.
【００２６】また、ＩＧＢＴＴｒやダイオードＤ1 ，Ｄ
2 等は、機能的に小単位に分割して、予めインバータを
構成する各１つのＩＧＢＴＴｒとダイオードＤ1 の同じ
組み合わせをヒートスプレッタ体２３ａとして分離して
構成し、またコンバータについても同様に、予め３個の
ダイオードＤ2 をヒートスプレッタ体２３ｂとして分離
して構成しておくことができ、効率的な製作を行うこと
ができる。そして、放熱板部４３上での全体の組み立て
時に各所要数のヒートスプレッタ体２３ａ，２３ｂを集
合させて取り付け組み上げるものであるから、放熱板部
４３上の部品配置が効率的な配置とすることが可能であ
り、また個々のユニット的な生産が可能であるので生産
性や製造歩留を向上させることができる。Also, IGBTTr and diodes D 1 , D
2, etc., it is divided functionally into small units, configured to separate each one and the same combination of IGBTTr and diode D 1 which constitute the pre-inverter as heat spreader body 23a, also converter Similarly for pre 3 the number of diodes D 2 can be left configured to separate a heat spreader body 23b, it is possible to perform efficient fabrication. Since the required number of heat spreader bodies 23a and 23b are assembled and mounted when assembling the whole on the heat radiating plate 43, the parts on the heat radiating plate 43 can be arranged efficiently. Since it is possible and individual unit production is possible, productivity and production yield can be improved.
【００２７】さらに、パワー素子はヒートスプレッタ体
２３ａ，２３ｂとして分割され小寸法のものを単位とし
て放熱板部４３にはんだ付けされている。このため、
熱、機械的なストレスに対し、１枚の基板にパワー素子
を取り付けるようにしたものに比べ、各ヒートスプレッ
タ体２３ａ，２３ｂのヒートスプレッタ基板３１ａ，３
１ｂに生じる応力が非常に小さく、基板の割れやはんだ
付け部分の脆化に対する耐量が大きく、信頼性が高いも
のとなる。また、トランスファーモールド法による成形
で樹脂ケース４９の形成とパワー素子等の封止を行って
いるので、組み立てが簡単でコストを低減することがで
き、さらに、組み立ての自動化も容易で、これにより組
み立てに手間が掛からなくなって、さらなるコストの低
減が可能となる。Further, the power element is divided into heat spreader bodies 23a and 23b and soldered to the heat radiating plate 43 in units of small size. For this reason,
The heat spreader substrates 31a, 31b of the heat spreader bodies 23a, 23b are different from those in which a power element is attached to one substrate against heat and mechanical stress.
The stress generated in 1b is very small, the resistance to cracking of the substrate and embrittlement of the soldered portion is large, and the reliability is high. Further, since the resin case 49 and the sealing of the power element and the like are formed by the transfer molding method, the assembly is easy and the cost can be reduced. And the cost can be further reduced.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、パワー素子での発生熱を熱抵抗の小さい放熱
経路を介して効率良く放熱させることができ、基板の割
れ等の虞がなくて信頼性が高く、また容易に製造するこ
とができることから高出力用のものであっても低コスト
となるなどの効果を奏する。As is apparent from the above description, according to the present invention, the heat generated in the power element can be efficiently radiated through the heat radiating path having a small thermal resistance, and the substrate may be broken. Since there is no high reliability, and since it can be easily manufactured, there is an effect that the cost can be reduced even for a high output power.
【図１】本発明の第１の実施形態を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施形態の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施形態の樹脂ケース内構造を
示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing the internal structure of the resin case according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第１の実施形態の樹脂ケース内構造を
示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a structure inside the resin case according to the first embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第１の実施形態におけるヒートスプレ
ッタ体を例示する図で、図５（ａ）は第１の例の斜視
図、図５（ｂ）は第２の例の斜視図である。5A and 5B are diagrams illustrating a heat spreader body according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5A is a perspective view of a first example, and FIG. 5B is a perspective view of a second example. .
【図６】本発明の第１の実施形態におけるリードフレー
ムの平面図である。FIG. 6 is a plan view of the lead frame according to the first embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第２の実施形態の樹脂ケース内構造を
示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an internal structure of a resin case according to a second embodiment of the present invention.
【図８】電力用半導体装置の一般的な電気回路構成を説
明するための回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram for explaining a general electric circuit configuration of the power semiconductor device.
【図９】従来の６００Ｖ／１０Ａ〜２０ＡクラスのＰＩ
Ｍの平面図である。FIG. 9: Conventional 600V / 10A to 20A class PI
It is a top view of M.
【図１０】図９に示すＰＩＭの断面図である。FIG. 10 is a sectional view of the PIM shown in FIG. 9;
【図１１】従来の６００Ｖ／３０Ａ〜５０ＡクラスのＰ
ＩＭの斜視図である。FIG. 11 shows a conventional 600 V / 30 A to 50 A class P
It is a perspective view of IM.
【図１２】図１１に示すＰＩＭの断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of the PIM shown in FIG.
２３ａ，２３ｂ…ヒートスプレッタ体 ２４…放熱板 ２５，４２…リードフレーム ２６…接続ワイヤ ２７，４９…樹脂ケース ３１ａ，３１ｂ…ヒートスプレッタ基板 ３２，４８…インナーリード ３３，５０…アウターリード ４３…放熱板部 ４４…リード部 ４５…配線基板 ４６…ＩＣ ４７…チップ部品 Ｄ1 ，Ｄ2 …ダイオード Ｔｒ…ＩＧＢＴ23a, 23b heat spreader body 24 heat sink 25, 42 lead frame 26 connection wires 27, 49 resin case 31a, 31b heat spreader board 32, 48 inner lead 33, 50 outer lead 43 heat sink 44 ... lead portion 45 ... wiring board 46 ... IC 47 ... chip component D 1, D 2 ... diode Tr ... IGBT
Claims (5)
素子を搭載し、かつ前記放熱板の下面が外部に露出する
ように樹脂ケースを成形して前記パワー素子を封止する
と共に、前記パワー素子に電気的に接続されたリードが
前記樹脂ケースから延出するよう形成された半導体装置
において、複数の前記パワー素子が、前記放熱板上に固
着された複数のヒートスプレッタ基板上面にそれぞれ分
割して搭載されていることを特徴とする半導体装置。1. A plurality of power elements are mounted on a heat sink via an insulating layer, and a resin case is molded so that a lower surface of the heat sink is exposed to the outside, and the power element is sealed. In a semiconductor device in which leads electrically connected to the power elements are formed to extend from the resin case, the plurality of power elements are divided into upper surfaces of a plurality of heat spreader substrates fixed on the heat sink. A semiconductor device characterized by being mounted as a semiconductor device.
ードとパワー素子とを接続する接続ワイヤにより、前記
パワー素子の上方に所定間隔を設けて３次元的に支持配
置されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。2. The lead is three-dimensionally supported and arranged at a predetermined interval above the power element by a connection wire connecting the lead and the power element when molding the resin case. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
て、該放熱板とリードの分離が樹脂ケースの成形後に行
われることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat radiating plate and the lead are formed integrally, and the heat radiating plate and the lead are separated after the resin case is molded.
接してパワー素子以外の素子を搭載する配線基板が固着
されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a wiring board for mounting an element other than the power element is fixed on the heat sink adjacent to the heat spreader substrate.
ールド法によって行われることを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３記載の半導体装置。5. The method according to claim 1, wherein the molding of the resin case is performed by a transfer molding method.
The semiconductor device according to claim 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10018860A JPH11220074A (en) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10018860A JPH11220074A (en) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220074A true JPH11220074A (en) | 1999-08-10 |
Family
ID=11983305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10018860A Abandoned JPH11220074A (en) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11220074A (en) |
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