JPS58184745A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS58184745A
JPS58184745A JP6737882A JP6737882A JPS58184745A JP S58184745 A JPS58184745 A JP S58184745A JP 6737882 A JP6737882 A JP 6737882A JP 6737882 A JP6737882 A JP 6737882A JP S58184745 A JPS58184745 A JP S58184745A
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resin
amorphous silica
cooling fin
semiconductor
silica grains
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JP6737882A
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Isao Suzuki
功 鈴木
Masami Fujii
藤井 正己
Satoshi Mikami
三上 訓
Ryuichiro Sakai
酒井 隆一郎
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半導体装置に係り、冷却フィンを有するモー
ルド型自冷式半導体装置に関する。
熱伝導性の良好なアルミニウム等の冷却フィンの一面に
、絶縁板(セラミック板)を貼付け、その絶縁板の上に
半導体ベレットやリード線等を載せて、モールドレジン
で封止し念従来の構造の半導体装置で、大量生産を行な
う場合は、下記の欠点がある。
1、絶縁板に使用するセラミック板は非常に割れやすく
、作業条件の変動により、セラミック板が割れる。
2 半導体装a5c構成する部材の線膨張係数を比較す
るとリード線としてのレジン、アルミニウムはあまり大
差ない、しかしセラミック板は約3倍程度異なるため、
ヒートサイクルが加わった時に無理な力が加わって、セ
ラミック板が割れやすい。
本発明の目的は、冷却フィンの一面と半導体ペレット等
との間に、割れ易く、シかも他の構成部材と比較して、
線膨張係数が大巾に異なる絶縁板全介在させる事なくし
て、半導体ペレット等と冷却フィンの間の絶縁耐圧、熱
抵抗等の所定の性能ケ持たせた半導体装11ケ提供する
ことにある。
本発明の%徴とするところに冷却フィンと半導気 体ペレット等分一定距離隔てるように配置し、電、的枦
縁性樹脂でモールド封止するに当シ、樹脂に非晶雀シリ
カ粒?含有させたことにある。
特に、非晶質シリカ粒は表面に凹凸があシ、60〜80
重量%含有させていることが望ましい。
第1図は、本発明の一実施例で全波整流ブリッジの典型
例?示しており、半導体ペレット1.リード線2,3に
よシ全波整流ブリッジ回路を形成された半導体部品は、
熱伝導性の良好な冷却フイ/4の凹部に、電気的絶縁性
啼4脂(モールドレジン)5を注入した後に押込んで収
納される。
山、6は半導体(部品の位賃決、沿面長確保のための蓋
部材である。全波整流ブリッジにおいては、直流出力1
[如、によ!l1発生する熱損失は異なるが、例えば直
沖出力S、kが5Aの時の発生熱損失は、7〜IOWに
も達し、周囲温度が40Cの時に1子導体装置が正常に
長時間動作するための条件は、半導体ペレット1分、1
5′O1C以下に抑える必要かある。半導体ペレツ)I
Kよシ発生する熱は、レジン5にきまれ之非晶質シリカ
粒により確保された、レンン薄膜ケ介して、冷却フィン
4に流れ、冷却フィン表面よシ大気中に放熱される。こ
の時、モールドレジン5により成形された薄膜の熱伝導
性、厚み、及び半導体部品−レジン薄膜−冷却フィンの
三者間の密着具合によシ、本半導体装置の熱抵抗は大き
く左右される。
又、2本の入力側リード+@2(交流)と、2本の出力
側リード線3(直流)からなっておる外部端子の交流側
には例えば100〜400Vが印加して使用される。従
って、リード線2,3と冷却フィン4間の絶縁耐圧は、
1500VRMS以上要求される。レジン薄膜を厚くす
れば、絶縁耐圧は大きくなるが熱抵抗も大きくなる。冷
却フイ/4の外形寸法を同じくしても、熱抵抗を大きく
することなく絶縁耐圧の規定fiをもたせるために框、
モールドレジンの熱伝導率が良い事、絶縁耐圧が大きい
事が必要である。一方、本半導体装*は、通電時には約
150 C”になり、通電してない時は常温となるため
、常温から150Cまでのヒートサイクルを受ける拳を
考えると、半導体部品を構成するリード線2.3(材質
は例えば銅でその線膨張係数は18X10−’ /C)
、冷却フィン4(材質は例えばアルミニウムでその線膨
張係数は22X10”’/C1等と大差ない線膨張係数
を有するモールドレジンである事が望ましい。モールド
レジ/中の基本樹脂である例えばエポキシ樹脂の線膨張
係数が約60X 104/C) 、熱伝導率が約8X1
0−’ml/ s −cm−C絶縁耐圧が約15kV/
wである事を考えると、レン/物性+1t−上述の如く
、熱伝導率が良く、絶縁耐圧が大きく、他の半導体部品
と大差ない#jl#張係数を有するものにするためKF
s、、基本樹脂(エポキシ樹脂)中に、非晶質シリカを
含有させる事と、その含有率が重要である。
モールドレジ/中に含まれる非晶質シリカ粒の量が増加
すると、線膨張係数は小さくなシ、熱伝導率が増加して
モールドレジンの物性01は向上する。しかし、非晶質
シリカ粒の量がある限度を越えると、基本樹脂(エポキ
シ樹脂)が非晶質シリカ粒の全表面に行き渡らなくなり
、空洞が出来て、耐町圧が極端に吐くなる。この限度が
約80重量%である。一方モールドレジン中に含まれる
非晶質シリカ粒の量か、減少すると、線膨張係数、熱伝
導率、耐電圧共に基本樹脂(エポキシ樹脂)の物性@に
近づいて来る。即ち、モールドレジンの物性値に低下す
る。非晶質シリカ粒の含有量が約60重量%を切ったら
半導体封止用としては使用出来なくなる。
従って、非晶質シリカ粒はモールドレジ/VC60〜8
0重景%含有されていることが良い。
非晶質シリカを1重量で約70%を含有するモールドレ
ジンは、基本樹脂(エポキシ樹脂)そのものの物性値に
比較して、線膨張係数は約3倍。
熱伝導率は約2倍、絶縁耐圧に約1.5倍改善される事
になる。この理由について、以下に述べる。
押し込みモールド方法(冷却フィン4の凹部に先にレジ
ンを注入してから、半導体部品を押し込んでセットする
モールド方法)で製作した場合の半導体部品と冷却フィ
ン4間に成形されたレジン薄膜の状態は、第2図に示す
如く、非晶質シリカ粒7の上端は、半導□体部品ケ構成
するり一ド[3に接し、下端は冷却フィン4に接する状
態となっていも。即ち、程々の形状をし念無数の非晶質
シリカ粒7牙、冷却フィン4の凹部底全面に薄く敷きつ
め皮上に、半導体部品を載せた状態となっている。そし
て、基本樹脂(例えばエポキシ樹脂)が非晶質シリカ粒
7間の一間に充填されている。従ってこのレジン薄膜に
電圧が印加された場合、非晶質シリカ粒7の絶縁耐圧は
、基七樹脂(エポキシ樹脂)に比較して非常に優れてい
るために非晶質シリカ粒1m通して、導通する事にない
。又非晶質シリカ粒7が冷却フィン4の凹部の底全面に
、薄く敷きつめられた状態となっているためモールドレ
ジン5t−X通する事もない、従って、導通電流に、非
晶質シリカ粒7とモールドレジ15の沿面に沿って加れ
る事になる。第2図に示す如く非晶質シリカ粒7の外面
には、凹凸があル、沿面なレジン薄膜の厚みより長いた
めに1絶縁耐圧は約1.5倍増加する。又半導体々ンッ
ト1で発生した熱tユ、リード侍3を介して、基本樹脂
(エポキシ樹脂)に比較して非常に熱伝導率の良い非晶
質シリカ粒7内を通って冷却フィン4に流れるため、熱
伝導率に2倍向上する。線膨張係数については基本樹脂
(エポキシ樹脂)と、非晶質シリカの平均さt′またも
のとなるため、約3倍低減されることになる。この@は
いずれも実験にて確認している。この様なモールドレジ
ン5を使用して、半導体部品を押し込んだ時にレジン薄
膜の淳みが例えば0.3〜0.35mとなる様に非晶質
シリカ粒7の大きさを調節する。非晶質シリカ粒が大き
くなると、レジン?I11にの厚みは大きくなる。又逆
に非晶質シリカ粒が小さくなると、レジン薄膜の厚みは
小さくなるため、適正なるレジン薄膜を得るためには、
非晶質シリカ粒の大きさ全規定する必要がある。実験に
よって確撃の結果、0.3〜0.35簡のレジン薄@1
に得るためには非晶質シリカ粒の最大寸法が230μm
〜300μmのものが26%含有されており、その他の
非晶質シリカ粒に230μm以下でもよい事°臥わがっ
た。
この結果熱抵抗を大きくすることなく、絶縁耐圧を満足
させる事が出来るため、半導体部品と冷却フィン4間に
割れやすい、絶縁板を貼付ける事なくして、所定の性能
を有した信頼性の高い半導体装?11ヲ得る事が出来る
モールドレジン5の中へ含有させる物質は、非晶質シリ
カの他に、結晶質シリカも考えられるがJ1晶舊シリカ
と結晶質シリカとの物性@を比較すると、熱伝導率にお
いて、非晶質シリカは約33X 10−’ (nl/c
m−s −rに対して結晶質シリカは約22X 10−
’trJt/cm・s ・t、 線膨張係数において、
非晶質シリカは約0.8X10−”//C結晶−シリカ
は約8.6 X 10−’ j/C,絶縁耐圧において
、非晶質シリカに約30kV/all、結晶質シリカは
約20kV/wといずれの値も非晶質シリカの方が結晶
質シリカに比較してすぐれている。従って非晶質シリカ
粒?混入したモールドレジンに、結晶質シリカ粒を混入
したモールドレジ/VC比較して、線膨張係数において
約12%熱伝導率において約32%、絶縁耐圧において
約26%すぐれ念ものとなり、上述の如く、所期の性能
を持つ半導体装置が得られる。
以上の説明では全波整流ブリッジに適用した例について
説明したが、この他の半導体装置にも本発明は適用可能
である。
また、凹部分有する冷却フィンをもって示したが、平根
状の冷却フィンにケースを用いて、モールドレジン全注
入し硬化させたのち、このケースを取り去り、あるいは
その′1ま使用するような半導体装置であって本適用で
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全波整流ブリッジの部
分的断面図、第2図に第1図の要部拡大図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 冷却フィンの一面に一定距離を隔てて半導体ベレ
    ットとそのリードSt電気的絶縁性樹脂でモールド封止
    した半導体装置において、冷却フィンと半導体ペレット
    およびリード線との間の上記樹脂は非晶質シリカ粒を含
    有していることt−%徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、外表面に凹凸を有
    する非晶質シリカ粒?60〜80重量%含有する樹脂に
    半導体ベレットおよびそのリード線を押し込んで冷却フ
    ィンとの間に一定距離を保っていることを特徴とする半
    導体装置。
JP6737882A 1982-04-23 1982-04-23 半導体装置 Granted JPS58184745A (ja)

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