JPS6028252A - 樹脂封止半導体装置 - Google Patents
樹脂封止半導体装置Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
この発明は放熱基板材の樹脂封止半導体装置の絶縁及び
放熱に関するもので、特に電力用の絶縁形樹脂封止半導
体装置に使用せられる。
放熱に関するもので、特に電力用の絶縁形樹脂封止半導
体装置に使用せられる。
［発明の技術的背景とその問題点〕
電力用半導体装置は、半導体素子（以下「索子」という
）の支持基板が放熱板を兼ねる放熱基板を形成し、かつ
樹脂封止されたとき該放熱基板の片面は外気に露出する
構造となっている。 これは半導体素子から外囲器にい
たる熱抵抗をできるだけ減少し、半導体装置の動作時、
素子内に発生する熱を寸みやかに外部に放熱させ、安定
した動作を得るためである。 しかし電力用半導体装置
では一般にこの放熱基板による放熱だけでは不足で更に
放熱性のよい別の放熱器や放熱板或は放熱板を兼ねる筐
体等に取り付けて使用される。 この放熱器等には電気
の良導体である金属が熱の良導体でもあるために使用さ
れる。 一般の半導体装置では素子と放熱基板とが半田
付は等で固着され絶縁されていないので、放熱基板は素
子のいずれか一つの電極（バイポーラトランジスタの場
合にはコレクタ電極）と同電位となり、実用上安全の面
や回路構成に制限を受け不都合な場合が多い。
）の支持基板が放熱板を兼ねる放熱基板を形成し、かつ
樹脂封止されたとき該放熱基板の片面は外気に露出する
構造となっている。 これは半導体素子から外囲器にい
たる熱抵抗をできるだけ減少し、半導体装置の動作時、
素子内に発生する熱を寸みやかに外部に放熱させ、安定
した動作を得るためである。 しかし電力用半導体装置
では一般にこの放熱基板による放熱だけでは不足で更に
放熱性のよい別の放熱器や放熱板或は放熱板を兼ねる筐
体等に取り付けて使用される。 この放熱器等には電気
の良導体である金属が熱の良導体でもあるために使用さ
れる。 一般の半導体装置では素子と放熱基板とが半田
付は等で固着され絶縁されていないので、放熱基板は素
子のいずれか一つの電極（バイポーラトランジスタの場
合にはコレクタ電極）と同電位となり、実用上安全の面
や回路構成に制限を受け不都合な場合が多い。
このため、半導体装置は雲母板等の絶縁物を介して外部
放熱板に取り付けられる。 第１図は従来例の半導体装
置を示す。 同図（ａ ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−
／Ｍ線断面図である。 素子２は放熱基板５に半田伺は
等で固着され、モールド樹脂１で封止され、絶縁シート
３、絶縁管７を介して外部放熱板４に小ねじ６にて取り
付けられる。
放熱板に取り付けられる。 第１図は従来例の半導体装
置を示す。 同図（ａ ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−
／Ｍ線断面図である。 素子２は放熱基板５に半田伺は
等で固着され、モールド樹脂１で封止され、絶縁シート
３、絶縁管７を介して外部放熱板４に小ねじ６にて取り
付けられる。
該半導体装置と放熱板４とは互に絶縁され、安全の面で
も回路構成の自由度の点でも数台される。
も回路構成の自由度の点でも数台される。
しかし絶縁シート３の熱抵抗と放熱基板５．外部放熱板
４相互の接触熱抵抗が加わり、放熱特性も低下するとと
もにそのバラツキも大きくなる。
４相互の接触熱抵抗が加わり、放熱特性も低下するとと
もにそのバラツキも大きくなる。
また絶縁シート等所要部品数が増加し、取付けにも細心
の注意を必要とし作業性も悪くなる。
の注意を必要とし作業性も悪くなる。
電力用途の半導体装置では素子とアース間に印加される
電圧も高く、素子より発生する熱量も多く前記の技術で
は絶縁耐圧と熱特性の面ではまだ不足で、第２図に示す
方法が使用される。 第２図は電力用途の半導体装置の
縦断面図である。
電圧も高く、素子より発生する熱量も多く前記の技術で
は絶縁耐圧と熱特性の面ではまだ不足で、第２図に示す
方法が使用される。 第２図は電力用途の半導体装置の
縦断面図である。
なお以下の図面で同一部分には同一符号を使用する。
素子２は素子取付板フレーム８に半田付は等によって固
着され、更にセラミック板９を介して放熱板１０に半田
付番プされ、モールド樹脂１によって封止される。 セ
ラミックスは絶縁耐圧特性は勿論、熱伝導率も樹脂類に
比較してはるかに高く、第２図に示す構造のものは良好
な放熱特性や耐圧特性等が得られる。 しかしセラミッ
ク板が高価なため、製造原価を下げられない原因となっ
ている。
素子２は素子取付板フレーム８に半田付は等によって固
着され、更にセラミック板９を介して放熱板１０に半田
付番プされ、モールド樹脂１によって封止される。 セ
ラミックスは絶縁耐圧特性は勿論、熱伝導率も樹脂類に
比較してはるかに高く、第２図に示す構造のものは良好
な放熱特性や耐圧特性等が得られる。 しかしセラミッ
ク板が高価なため、製造原価を下げられない原因となっ
ている。
近年のＩＣ技術の進歩は著しく、モールド樹脂材料の分
野でも熱伝導特性及び熱膨張特性等の改良がおこなわれ
、たとえば熱伝導率が従来より数倍高いモールド樹脂材
料も開発され、これにより新しい構造の半導体装置が提
案されている。 第３図は該装置の縦断面図である。
素子２は放熱基板５に半田付は等で固着されている。
電極端子１３のみを残して、放熱基板５の放熱面を含む
ほぼ全面を覆ってモールド樹脂で封止される。
野でも熱伝導特性及び熱膨張特性等の改良がおこなわれ
、たとえば熱伝導率が従来より数倍高いモールド樹脂材
料も開発され、これにより新しい構造の半導体装置が提
案されている。 第３図は該装置の縦断面図である。
素子２は放熱基板５に半田付は等で固着されている。
電極端子１３のみを残して、放熱基板５の放熱面を含む
ほぼ全面を覆ってモールド樹脂で封止される。
素子２で発生した熱は放熱基板５．放熱部樹脂層１２を
流れ、その表面１１〈以下放熱樹脂面という）より外部
に放散される。 この構造により、安価な取扱いも容易
な絶縁された樹脂封止形半導体装置が提供される。 該
半導体装置では放熱樹脂面１１と放熱部樹脂層１２の電
気的、熱的及び機械的等の諸特性について未解決の問題
が残っている。
流れ、その表面１１〈以下放熱樹脂面という）より外部
に放散される。 この構造により、安価な取扱いも容易
な絶縁された樹脂封止形半導体装置が提供される。 該
半導体装置では放熱樹脂面１１と放熱部樹脂層１２の電
気的、熱的及び機械的等の諸特性について未解決の問題
が残っている。
［発明の目的］
本発明の目的は放熱基板を含むほぼ全面を樹脂封止され
た絶縁形半導体装置において、放熱樹脂面等における前
記問題点を解決し、放熱特性が良好で取扱い容易な絶縁
形樹脂封止半尋体装買を提供するものである。
た絶縁形半導体装置において、放熱樹脂面等における前
記問題点を解決し、放熱特性が良好で取扱い容易な絶縁
形樹脂封止半尋体装買を提供するものである。
［発明の概要］
はぼ全面を覆って樹脂封止された半導体素子の放熱特性
を良くすることは、放熱基板５より放熱部樹脂層１２を
経由し外部の放熱板等にいたる熱抵抗を下げることであ
る。 これは放熱基板５と放熱部樹脂層１２の界面及び
放熱部樹脂層１２と外部放熱板の取付面との界面おける
接触熱抵抗。
を良くすることは、放熱基板５より放熱部樹脂層１２を
経由し外部の放熱板等にいたる熱抵抗を下げることであ
る。 これは放熱基板５と放熱部樹脂層１２の界面及び
放熱部樹脂層１２と外部放熱板の取付面との界面おける
接触熱抵抗。
並びに放熱部樹脂層１２の樹脂の熱伝導率とその厚さ等
で決定される放熱部樹脂層１２の熱抵抗を下げることで
ある。
で決定される放熱部樹脂層１２の熱抵抗を下げることで
ある。
本発明は、樹脂封止された半導体素子の放熱樹脂面に２
０〜２００μｍ厚のゴム状樹脂層を被覆したことを特徴
とする樹脂封止半導体装置である。
０〜２００μｍ厚のゴム状樹脂層を被覆したことを特徴
とする樹脂封止半導体装置である。
放熱部樹脂層１２の熱抵抗を下げるためその厚さを減少
する場合に生ずる該樹脂層の機械的強度の低下、弯曲及
び放熱板との密着度の劣化等の防止を計り、併せて該半
導体装置の取付作業を容易にする等を目的とし、放熱特
性を損なわない程度の厚さのゴム状樹脂を被覆する。
する場合に生ずる該樹脂層の機械的強度の低下、弯曲及
び放熱板との密着度の劣化等の防止を計り、併せて該半
導体装置の取付作業を容易にする等を目的とし、放熱特
性を損なわない程度の厚さのゴム状樹脂を被覆する。
放熱樹脂層１２の厚さは薄ければ薄いほど熱抵捷を下げ
放熱特性は良くなるが、放熱基板と樹脂との熱膨張係数
の差や、樹脂１１止の際の成形収縮等により境界に歪が
発生し、放熱部樹脂層が弯曲し、その表面である放熱樹
脂面と外部放熱板の取付面との密着度を損う。 また外
部放熱板に取イ」けの際、強い圧力で押さえると、その
圧力に樹脂層が耐えられず破損し、耐電圧特性の劣化を
もたらすことがある。 したがって放熱部樹脂層の厚さ
は限定され、われわれの研究によれば現在の技術条件で
は０．４〜０．５ｍｍ位が良い。 しかしこの程度の厚
さでは、外部放熱板に取イ］りの際、無理に強い圧力を
加えると樹脂層が破損することがある。 そこで放熱樹
脂面にゴム状樹脂層の薄い均一な被覆を形成すれば、放
熱特性を損なわずに、機械的ストレスを和らげ、外部放
熱板の取付は面との密着度も改善される。
放熱特性は良くなるが、放熱基板と樹脂との熱膨張係数
の差や、樹脂１１止の際の成形収縮等により境界に歪が
発生し、放熱部樹脂層が弯曲し、その表面である放熱樹
脂面と外部放熱板の取付面との密着度を損う。 また外
部放熱板に取イ」けの際、強い圧力で押さえると、その
圧力に樹脂層が耐えられず破損し、耐電圧特性の劣化を
もたらすことがある。 したがって放熱部樹脂層の厚さ
は限定され、われわれの研究によれば現在の技術条件で
は０．４〜０．５ｍｍ位が良い。 しかしこの程度の厚
さでは、外部放熱板に取イ］りの際、無理に強い圧力を
加えると樹脂層が破損することがある。 そこで放熱樹
脂面にゴム状樹脂層の薄い均一な被覆を形成すれば、放
熱特性を損なわずに、機械的ストレスを和らげ、外部放
熱板の取付は面との密着度も改善される。
ゴム状樹脂層の厚さは、使用づるゴム状樹脂層の材質の
特性や放熱面の大ぎさによって変化はあるが２０μｍ〜
２００μｍとするが、それは２０μｍ未満では取付はス
トレスの緩和及び密着向上に効果なく、一方２００μｍ
を超えてはその層熱抵抗が無視できなくなるからである
。
特性や放熱面の大ぎさによって変化はあるが２０μｍ〜
２００μｍとするが、それは２０μｍ未満では取付はス
トレスの緩和及び密着向上に効果なく、一方２００μｍ
を超えてはその層熱抵抗が無視できなくなるからである
。
［発明の実施例］
本発明の一実施例として電力用トランジスタについて以
下説明づる。 第４図は本発明による電力用トランジス
タで同図（ａ ＞は平面透視図、同図（ｂ）はＢ−８−
線断面図である。
下説明づる。 第４図は本発明による電力用トランジス
タで同図（ａ ＞は平面透視図、同図（ｂ）はＢ−８−
線断面図である。
第４図（ａ）、（ｂ）のように素子２は放熱基板５に半
田１５を介して接着されコレクタ端子１３につながる。
田１５を介して接着されコレクタ端子１３につながる。
エミッタ端子１６、ベース端子１７は金又はアルミニ
ウム等の細線１８．１つを圧着して素子２の電極と接続
される。 次に熱的に構造的に設計された放熱部樹脂層
１２を含み、素子２及び細線１８．１９を保護するため
にモールド樹脂１にて封止、成形される。 放熱部樹脂
層１２は前記の通り放熱特性を左右ヅる重要な因子で、
樹脂材は破壊強度の強いエポキシ樹脂が選ばれ、熱伝導
特性は、５Ｘ １Ｏ−３Ｃａｊ！ ７０ｍ、Ｓ、 ℃と
普通の樹脂１．３ｘ １０’ Ｃａ、ｇ ７ｃｍ、ｓ、
℃に比べ約４倍に改良されたものが使用される。 樹
脂層１２の厚さは一般には０．４〜０．５ｍｍ位に成形
される。
ウム等の細線１８．１つを圧着して素子２の電極と接続
される。 次に熱的に構造的に設計された放熱部樹脂層
１２を含み、素子２及び細線１８．１９を保護するため
にモールド樹脂１にて封止、成形される。 放熱部樹脂
層１２は前記の通り放熱特性を左右ヅる重要な因子で、
樹脂材は破壊強度の強いエポキシ樹脂が選ばれ、熱伝導
特性は、５Ｘ １Ｏ−３Ｃａｊ！ ７０ｍ、Ｓ、 ℃と
普通の樹脂１．３ｘ １０’ Ｃａ、ｇ ７ｃｍ、ｓ、
℃に比べ約４倍に改良されたものが使用される。 樹
脂層１２の厚さは一般には０．４〜０．５ｍｍ位に成形
される。
次に熱伝導特性が改良された例えばＸＥ１３−２１３（
東芝シリコーン社商品名）等を例えばスクリーン印刷等
にＪ：り放熱樹脂面１１にゴム状樹脂層１４を形成する
。
東芝シリコーン社商品名）等を例えばスクリーン印刷等
にＪ：り放熱樹脂面１１にゴム状樹脂層１４を形成する
。
ゴム状樹脂層１４の厚さは放熱面の大きさによって又ゴ
ム状樹脂の特性によって変るが２０〜２００μｍの範囲
に形成される。 ゴム状樹脂層のゴム材料としては充填
剤を含有させた常温加硫形シリコーンゴム、加熱硬化形
ウレタンゴム又は天然若しくは合成ゴムラテックス等を
使用することが出来る。 またゴム状樹脂層を放熱樹脂
面に被覆覆る方法としてスクリーン印刷では絹、ナイロ
ン又はステレス等のスクリーンを用いることかできる。
ム状樹脂の特性によって変るが２０〜２００μｍの範囲
に形成される。 ゴム状樹脂層のゴム材料としては充填
剤を含有させた常温加硫形シリコーンゴム、加熱硬化形
ウレタンゴム又は天然若しくは合成ゴムラテックス等を
使用することが出来る。 またゴム状樹脂層を放熱樹脂
面に被覆覆る方法としてスクリーン印刷では絹、ナイロ
ン又はステレス等のスクリーンを用いることかできる。
スクリーン印刷に代えてローラ塗布法によってもよい。
［発明の効果コ
本発明による２０〜２００μｍ厚のゴム状樹脂層は、放
熱部樹脂層を薄くするため発生する表面の弯曲や凹凸を
補正し、放熱樹脂面と外部放熱板との密着度を良好に保
ち、放熱基板から外部放熱板までの熱抵抗値の変動を小
さくできる。 第５図は従来の半導体装置と本発明によ
るものとを比較したものである。 Ｔｏ−３Ｐ形Ｐｃ＝
５０Ｗの電力用トランジスタについて得られたもので、
第５図の縦軸は素子の接合部より放熱板までの飽和熱抵
抗値Ｒｔｈ ｓを示す。
熱部樹脂層を薄くするため発生する表面の弯曲や凹凸を
補正し、放熱樹脂面と外部放熱板との密着度を良好に保
ち、放熱基板から外部放熱板までの熱抵抗値の変動を小
さくできる。 第５図は従来の半導体装置と本発明によ
るものとを比較したものである。 Ｔｏ−３Ｐ形Ｐｃ＝
５０Ｗの電力用トランジスタについて得られたもので、
第５図の縦軸は素子の接合部より放熱板までの飽和熱抵
抗値Ｒｔｈ ｓを示す。
Ａは従来品をマイカを介して取り付けた場合［第１図（
ｂ）］、Ｂは従来の絶縁形樹脂封止トランジスタ［第３
図〕でゴム状樹脂層の無いもの、Ｃは本発明によるゴム
状樹脂層を有する絶縁形樹脂封止トランジスタ［第４図
（ｂ）］のそれぞれの飽和熱抵抗値の分布値を示す。
第５図より本発明によるＣは従来の已に比較してバラツ
キも少なくその平均値もＢの平均値より低〈従来のＡと
同等である。
ｂ）］、Ｂは従来の絶縁形樹脂封止トランジスタ［第３
図〕でゴム状樹脂層の無いもの、Ｃは本発明によるゴム
状樹脂層を有する絶縁形樹脂封止トランジスタ［第４図
（ｂ）］のそれぞれの飽和熱抵抗値の分布値を示す。
第５図より本発明によるＣは従来の已に比較してバラツ
キも少なくその平均値もＢの平均値より低〈従来のＡと
同等である。
また本発明によるゴム状樹脂層は、外部放熱板との間に
介在するゴミや異物に対する保護の役目もはたし又放熱
部樹脂層に無理なノ〕が加わるのを防ぐため取付時にお
いて放熱部樹脂層を破損づ−ることがない。
介在するゴミや異物に対する保護の役目もはたし又放熱
部樹脂層に無理なノ〕が加わるのを防ぐため取付時にお
いて放熱部樹脂層を破損づ−ることがない。
さらに本発明による絶縁形樹脂封止半導体装置では外部
放熱板等に取イ」ける際に絶縁シート、絶縁管或は放熱
用グリース等を使用しないので取付工数節減の利点も生
ずる。
放熱板等に取イ」ける際に絶縁シート、絶縁管或は放熱
用グリース等を使用しないので取付工数節減の利点も生
ずる。
第１図（ａ）、＜ｂ）はそれぞれ従来の半導体装置の平
面図、Ａ−Ａ−線断面図、第２図と第３図とは従来の半
導体装置の断面図、第４図は本発明による樹脂封止半導
体装置で同図（ａ）、（ｂ）は平面透視図、Ｂ−Ｂ′線
断面図、第５図は第１図、第３図及び第４図に示す半導
体装置の飽和熱抵抗値の比較図である。 １・・・樹脂、 ２・・・半導体素子、 ４・・・外部
放熱板等、 ５・・・放熱基板、 １１・・・放熱樹脂
面、１２・・・放熱部樹脂層、 １３・・・コレクタ端
子、１４・・・ゴム状樹脂層、 １５・・・半田付、
１６・・・エミッタ端子、 １７・・・ベース端子。 第１図 （ａ） 第２図 （ａ、）
面図、Ａ−Ａ−線断面図、第２図と第３図とは従来の半
導体装置の断面図、第４図は本発明による樹脂封止半導
体装置で同図（ａ）、（ｂ）は平面透視図、Ｂ−Ｂ′線
断面図、第５図は第１図、第３図及び第４図に示す半導
体装置の飽和熱抵抗値の比較図である。 １・・・樹脂、 ２・・・半導体素子、 ４・・・外部
放熱板等、 ５・・・放熱基板、 １１・・・放熱樹脂
面、１２・・・放熱部樹脂層、 １３・・・コレクタ端
子、１４・・・ゴム状樹脂層、 １５・・・半田付、
１６・・・エミッタ端子、 １７・・・ベース端子。 第１図 （ａ） 第２図 （ａ、）
Claims (1)
- １ 樹脂封止された半導体素子の放熱樹脂面に２０〜２
００μｍ厚のゴム状樹脂層を被覆したことを特徴とする
樹脂封止半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13515083A JPS6028252A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 樹脂封止半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13515083A JPS6028252A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 樹脂封止半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028252A true JPS6028252A (ja) | 1985-02-13 |
| JPH0434827B2 JPH0434827B2 (ja) | 1992-06-09 |
Family
ID=15144978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13515083A Granted JPS6028252A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 樹脂封止半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028252A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2632119A1 (ja) * | 1988-05-26 | 1989-12-01 | Bergquist Co | |
| JPH0411833A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-16 | Toa Koeki Kk | 魚頭切除方法 |
| US5165219A (en) * | 1990-11-29 | 1992-11-24 | House Food Industrial Co., Ltd. | Packing device for articles that have directionality |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5521175A (en) * | 1978-08-02 | 1980-02-15 | Nec Home Electronics Ltd | Semiconductor device |
| JPS57211761A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | Nec Corp | Semiconductor device |
-
1983
- 1983-07-26 JP JP13515083A patent/JPS6028252A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5521175A (en) * | 1978-08-02 | 1980-02-15 | Nec Home Electronics Ltd | Semiconductor device |
| JPS57211761A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | Nec Corp | Semiconductor device |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2632119A1 (ja) * | 1988-05-26 | 1989-12-01 | Bergquist Co | |
| JPH0411833A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-16 | Toa Koeki Kk | 魚頭切除方法 |
| US5165219A (en) * | 1990-11-29 | 1992-11-24 | House Food Industrial Co., Ltd. | Packing device for articles that have directionality |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0434827B2 (ja) | 1992-06-09 |
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