(57)【要約】【課題】より高出力化が可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０は、一表面２ａａ側に複数個の電子部品１を実装した回路基板２と、電子部品１の駆動時における発熱量よりも駆動時の発熱量が大きい半導体素子３を実装した実装基体４と、回路基板２の他表面２ａｂ側に対向して配置された実装基体４上の半導体素子３の少なくとも一部を覆う被覆樹脂部５とを備える。回路基板２は、電子部品１の一部を実装する第１の温度領域２ａと、第１の温度領域２ａに実装された電子部品１よりも耐熱温度が低い電子部品１を実装する第２の温度領域２ｂとに分けており、第１の温度領域２ａの他表面２ａｂ側に樹脂被膜６を有し、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側にあって被覆樹脂部５との間の空隙１０ａに露出する金属膜７を有している。【選択図】図１
2014146688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面側に複数個の電子部品を実装した回路基板と、前記回路基板の前記電子部品により駆動が制御され前記電子部品の駆動時における発熱量よりも駆動時の発熱量が大きい半導体素子を実装した実装基体と、前記回路基板の他表面側に対向して配置された前記実装基体上の前記半導体素子の少なくとも一部を覆う被覆樹脂部とを備えた半導体装置であって、
前記回路基板は、前記電子部品を実装する領域を、複数個の前記電子部品のうち、前記電子部品の一部を実装する第１の温度領域と、該第１の温度領域に実装された前記電子部品よりも耐熱温度が低い前記電子部品を実装する第２の温度領域とに分けて備えており、
前記第１の温度領域の前記他表面側に樹脂被膜を有し、
前記第２の温度領域における前記他表面側にあって前記被覆樹脂部との間の空隙に露出する金属膜を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記金属膜は、前記金属膜の表面が金属光沢を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
複数個の前記電子部品は、前記第１の温度領域および前記第２の温度領域それぞれにおいて、前記第１の温度領域から前記第２の温度領域にかけて、前記電子部品の耐熱温度がより高い耐熱温度の電子部品からより低い耐熱温度の電子部品の順に配置していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記回路基板は、前記樹脂被膜と比較して放熱性が高く前記電子部品を封止する封止樹脂部を前記一表面側に有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図５に示す、半導体素子たるパワー素子１０２を搭載した素子基板１０３と、パワー素子１０２を制御するための制御回路基板１１１とを分離して配置させた半導体装置１００が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の半導体装置１００は、接着剤１０６により、ケース１０１に放熱板１０５を保持している。半導体装置１００は、はんだ１０４により、パワー素子１０２、素子基板１０３や放熱板１０５を組付けている。半導体装置１００は、シリコンゲル１１５をケース１０１内に充填して、ボンディングワイヤ１１３とパワー素子１０２とを埋めている。半導体装置１００は、ネジ１１７により、ケース１０１にカバー１１６を固定している。
【０００４】
特許文献１の半導体装置１００は、ボンディングワイヤ１０８、配線部品１０９、リード端子１１０を介して、パワー素子１０２のゲート端子およびエミッタ端子を、制御回路基板１１１と電気的に接続している。半導体装置１００は、パワー素子１０２のコレクタ端子と、素子基板１０３の導体パターン１０７とを電気的に接続している。半導体装置１００は、ボンディングワイヤ１１３を介して、パワー素子１０２の主エミッタをバスバー１１４と電気的に接続している。バスバー１１４は、半導体装置１００の外部端子も兼ねている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２２３６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体装置１００は、パワー素子１０２の高出力化に伴いパワー素子１０２の発熱量が大きくなる傾向にある。半導体装置１００は、制御回路基板１１１に耐熱温度の低い電子部品を実装している場合、パワー素子１０２の駆動に伴う発熱が電子部品の劣化や破壊につながり、半導体装置１００の信頼性を低下させる、恐れがある。
【０００７】
特許文献１の半導体装置１００は、素子基板１０３と、制御回路基板１１１とを分離し、シリコンゲル１１５にてパワー素子１０２を埋めることで、パワー素子１０２からの熱が制御回路基板１１１側に熱伝導することを抑制している、と考えられる。
【０００８】
半導体装置は、より高出力化が可能なものが求められており、特許文献１の半導体装置１００の構成だけでは十分ではなく、更なる改良が求められている。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高出力化が可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、一表面側に複数個の電子部品を実装した回路基板と、上記回路基板の上記電子部品により駆動が制御され上記電子部品の駆動時における発熱量よりも駆動時の発熱量が大きい半導体素子を実装した実装基体と、上記回路基板の他表面側に対向して配置された上記実装基体上の上記半導体素子の少なくとも一部を覆う被覆樹脂部とを備えた半導体装置であって、上記回路基板は、上記電子部品を実装する領域を、複数個の上記電子部品のうち、上記電子部品の一部を実装する第１の温度領域と、該第１の温度領域に実装された上記電子部品よりも耐熱温度が低い上記電子部品を実装する第２の温度領域とに分けて備えており、上記第１の温度領域の上記他表面側に樹脂被膜を有し、上記第２の温度領域における上記他表面側にあって上記被覆樹脂部との間の空隙に露出する金属膜を有することを特徴とする。
【００１１】
この半導体装置において、上記金属膜は、上記金属膜の表面が金属光沢を有することが好ましい。
【００１２】
この半導体装置において、複数個の上記電子部品は、上記第１の温度領域および上記第２の温度領域それぞれにおいて、上記第１の温度領域から上記第２の温度領域にかけて、上記電子部品の耐熱温度がより高い耐熱温度の電子部品からより低い耐熱温度の電子部品の順に配置していることが好ましい。
【００１３】
この半導体装置において、上記回路基板は、上記樹脂被膜と比較して放熱性が高く上記電子部品を封止する封止樹脂部を上記一表面側に有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体装置は、電子部品を実装する領域を、複数個の電子部品のうち、電子部品の一部を実装する第１の温度領域と、第１の温度領域に実装された電子部品よりも耐熱温度が低い電子部品を実装する第２の温度領域とに分けており、第１の温度領域の他表面側に樹脂被膜を有し、第２の温度領域における他表面側にあって被覆樹脂部との間の空隙に露出する金属膜を有する回路基板を備えた構成により、より高出力化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の半導体装置を示す略断面図である。
【図２】実施形態１の半導体装置の要部を示す略平面図である。
【図３】実施形態１の半導体装置における熱伝導経路を説明する説明図である。
【図４】実施形態２の半導体装置を示す略断面図である。
【図５】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態の半導体装置１０を図１ないし図３に基づいて説明する。なお、図中において同じ部材に対しては、同じ番号を付している。
【００１７】
本実施形態の半導体装置１０は、図１および図２に示すように、一表面２ａａ側に複数個（ここでは、５個）の電子部品１を実装した回路基板２を備えている。半導体装置１０は、回路基板２の電子部品１により駆動が制御され電子部品１の駆動時における発熱量よりも駆動時の発熱量が大きい半導体素子３を実装した実装基体４を備えている。半導体装置１０は、回路基板２の他表面２ａｂ側に対向して配置された実装基体４上の半導体素子３の少なくとも一部を覆う被覆樹脂部５を備えている。
【００１８】
回路基板２は、電子部品１を実装する領域を、複数個の電子部品１のうち、電子部品１の一部を実装する第１の温度領域２ａと、第１の温度領域２ａに実装された電子部品１よりも耐熱温度が低い電子部品１を実装する第２の温度領域２ｂとに分けて備えている。回路基板２は、第１の温度領域２ａの他表面２ａｂ側に樹脂被膜６を有し、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側にあって被覆樹脂部５との間の空隙１０ａに露出する金属膜７を有している。なお、図１は、図２のＸＸ断面に沿って図示している。また、図２は、図１における半導体装置１０の蓋体１６を除いて図示している。
【００１９】
これにより本実施形態の半導体装置１０は、より高出力化が可能となる。
【００２０】
より具体的には、電力用に用いられるパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor）の半導体素子３を、スイッチに使用するソリッドステートリレー（ＳＳＲ：Solid State Relay)の半導体装置１０について説明する。
【００２１】
ソリッドステートリレーは、メカニカルリレーの可動接点の部分がない無接点リレーであり、たとえば、太陽光発電システム、蓄電池システム、ヒータやＤＣモータの各種の制御などに利用することができる。半導体装置１０は、半導体素子３たるパワーＭＯＳＦＥＴがメカニカルリレーにおける可動接点および固定接点の機能を果たす。
【００２２】
本実施形態の半導体装置１０は、半導体素子３の駆動を制御するため、受光素子たるフォトダイオードや発光素子たる発光ダイオードなどの複数個の電子部品１を矩形平板状の回路基板２に実装している。回路基板２は、矩形平板状のガラスエポキシ基板により構成している。回路基板２は、一表面２ａａ側にダイオード、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、バリスタ、発光ダイオード、フォトダイオード、フォトカプラやＩＣなどの複数個の電子部品１を実装することができる。半導体装置１０は、たとえば、複数個の電子部品１を適宜に組み合わせて、半導体素子３の駆動を制御する制御回路部を構成している。本実施形態の半導体装置１０は、矩形平板状の実装基体４に実装した半導体素子３側と、回路基板２側とを半導体素子３のリード端子３ｂ２を介して電気的に接続している。半導体装置１０は、半導体素子３のリード端子３ｂ２を、回路基板２のスルーホールに挿通している。半導体装置１０は、半田９により、スルーホール周りの回路基板２の配線２ｄのランドと、半導体素子３のリード端子３ｂ２とを電気的に接続している。
【００２３】
半導体装置１０は、たとえば、上記制御回路部により、半導体装置１０の入力の端子１４ａに電流が流れると電子部品１の発光ダイオードが発光するように構成している。半導体装置１０は、上記制御回路部により、発光ダイオードからの光を受光したフォトダイオードが光起電力の電圧を、パワーＭＯＳＦＥＴのゲート電圧としてパワーＭＯＳＦＥＴに印加するように構成している。半導体装置１０は、上記制御回路部により、パワーＭＯＳＦＥＴにゲート電圧が印加されると、パワーＭＯＳＦＥＴをオン状態にさせる。半導体装置１０は、パワーＭＯＳＦＥＴがオン状態になると、パワーＭＯＳＦＥＴのソース端子と、ドレイン端子間に印加されている電力を半導体装置１０の出力の端子１４ｂから負荷（図示していない）側に供給する。また、半導体装置１０は、半導体装置１０の入力の端子１４ａへの電流が所定値よりも小さければ、パワーＭＯＳＦＥＴがオフ状態となる。半導体装置１０は、半導体装置１０の入力の端子１４ａへの電流により半導体素子３たるパワーＭＯＳＦＥＴのオン状態とオフ状態とを制御することができる。
【００２４】
なお、本実施形態の半導体装置１０では、半導体素子３として、１個のパワーＭＯＳＦＥＴを用いたＤＣ用のリレーを構成している。半導体装置１０は、半導体素子３を１つだけ備えたものに限られず、たとえば、半導体素子３として、２個以上のパワーＭＯＳＦＥＴをソースコモンで接続することで、ＡＣ負荷の制御を行うリレーを構成してもよい。
【００２５】
半導体装置１０は、半導体素子３への投入電流に応じて半導体素子３に電圧降下が生じ、半導体素子３の発熱量が大きくなる。そのため、半導体装置１０は、半導体素子３の駆動を制御する電子部品１と比較して、電力用などに用いられる半導体素子３の発熱量が大きくなる傾向にある。
【００２６】
本実施形態の半導体装置１０では、回路基板２は、電子部品１を実装する領域を、複数個の電子部品１のうち、一部の電子部品１を実装する第１の温度領域２ａと、耐熱温度がより低い電子部品１を実装する第２の温度領域２ｂとに分けている。ここで、電子部品１の耐熱温度は、各電子部品１の温度についての最大定格で決定することができる。各電子部品１の温度についての最大定格は、それぞれの電子部品１で規定されており、各電子部品１の動作が保証されている温度の値をいう。電子部品１は、耐熱温度を超える温度での電子部品１の使用が電子部品１の劣化や破壊につながり、電子部品１の信頼性の低下が生じる。電子部品１は、一般に、抵抗や発光ダイオードなどの電子部品１の耐熱温度と比較して、コンデンサなどの電子部品１の耐熱温度が低い。電子部品１は、たとえば、８５℃以下の動作でしか保証されてない場合、耐熱温度の低い電子部品１とすればよい。
【００２７】
回路基板２は、回路基板２の厚み方向に貫通する複数個（ここでは、３個）の貫通孔部２ｃを、第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとの間に備えている。回路基板２は、貫通孔部２ｃを介して、第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとを分けることができる。回路基板２は、第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとを分けるため、必ずしも複数個の貫通孔部２ｃを設ける場合だけに限られない。回路基板２は、第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとを分けるため、１個の貫通孔部２ｃを設けるものでもよい。回路基板２は、ガラスエポキシ基板の熱伝導率よりも熱伝導率がより低い樹脂を貫通孔部２ｃに充填などするものでもよい。半導体装置１０は、回路基板２の他表面２ａｂ側に対向して配置し電子部品１よりも発熱量の大きい半導体素子３としてパワーＭＯＳＦＥＴを実装する実装基体４を備えている。半導体装置１０は、複数個の電子部品１の少なくとも１つが、半導体素子３たるパワーＭＯＳＦＥＴの駆動を制御する上記制御回路部を構成している。パワーＭＯＳＦＥＴは、たとえば、銅製のフレーム３ｂを備えている。フレーム３ｂは、矩形平板状の外形をしており、矩形平板状の一端辺の中央部から延出する１本のリード端子３ｂ１を備えている。パワーＭＯＳＦＥＴは、フレーム３ｂから延出するリード端子３ｂ１の両側にフレーム３ｂから機械的に独立した２本のリード端子３ｂ２、３ｂ２を備えている（図２を参照）。パワーＭＯＳＦＥＴは、半導体チップ３ａをフレーム３ｂに実装している。パワーＭＯＳＦＥＴは、３本のリード端子３ｂ１、３ｂ２、３ｂ２のうち、フレーム３ｂから機械的に独立した一対のリード端子３ｂ２、３ｂ２と、半導体チップ３ａの電極（図示していない）とを金属ワイヤ３ｃで各別に電気的に接続させている。リード端子３ｂ１、３ｂ２は、たとえば、コバールやインバーなどの材料を用いることができる。金属ワイヤ３ｃは、金属ワイヤ３ｃの材料として、たとえば、金やアルミニウムを用いることができる。半導体素子３は、半導体チップ３ａが実装されたフレーム３ｂ、金属ワイヤ３ｃおよびリード端子３ｂ１、３ｂ２の一部を樹脂で覆った封止部３ｄを備えている。
【００２８】
半導体素子３は、封止部３ｄから露出するフレーム３ｂの放熱部３ｂ３がヒートシンクとして機能する。また、半導体素子３は、フレーム３ｂと、半導体チップ３ａとを電気的に接続している。半導体素子３たるパワーＭＯＳＦＥＴは、フレーム３ｂがドレイン端子としても機能する。放熱部３ｂ３は、貫通孔３ｂ４を備えている。半導体装置１０は、封止部３ｄから露出した放熱部３ｂ３に設けられた貫通孔３ｂ４に挿通する螺子（図示していない）により、半導体素子３を実装基体４上に固定している。半導体素子３は、放熱部３ｂ３と実装基体４とを固定する場合、半導体チップ３ａで生じた熱を半導体素子３の外部に放熱せることができる。半導体素子３は、半導体素子３で生じた熱が、リード端子３ｂ２から回路基板２側へ熱伝導することを抑制することが可能となる。実装基体４は、たとえば、外形が矩形平板状であって、銅製の放熱板を用いることができる。半導体装置１０は、平面視において、実装基体４と略同一形状の放熱シート１３を備えている。半導体装置１０は、電気絶縁性および熱伝導性を有する放熱シート１３を介して、実装基体４を放熱基体１２に固定している。放熱基体１２は、リレーパッケージたる筐体１１の底部を構成する。放熱シート１３は、たとえば、ゲル状で架橋密度が低く軟質で弾性を有するゲル状エラストマー材料からなるシリコーン樹脂を用いたシリコーンゲルシートを用いることができる。放熱シート１３は、熱伝導性アクリル層と熱伝導性低硬度アクリルとの積層シートを用いてもよい。半導体装置１０は、実装基体４上で半導体素子３の少なくとも一部を覆う被覆樹脂部５を備えている。半導体装置１０は、矩形枠状の筐体本体部１１ａと放熱基体１２とで囲まれる筐体１１の内部に被覆樹脂部５を充填している。半導体素子３を覆う被覆樹脂部５は、たとえば、シリコーン樹脂を用いることができる。
【００２９】
回路基板２は、電子部品１が実装された一表面２ａａと反対側の他表面２ａｂ側において、回路基板２における回路パターンを構成する配線２ｄと間隔を空けて、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側の略全面に金属膜７を形成している。金属膜７は、たとえば、銅箔により形成することができる。金属膜７は、回路パターンの配線２ｄと同じ材料を用いて形成してもよいし、別体の材料を用いて形成してもよい。回路基板２は、金属膜７と配線２ｄとを同じ材料を用いて形成する場合、金属膜７と配線２ｄとを同時に形成することができる。回路基板２は、たとえば、表面に銅箔を有するガラスエポキシ基板の銅箔をエッチングすることにより、回路パターンの配線２ｄおよび金属膜７を形成することができる。回路基板２は、回路パターンの配線２ｄうち電子部品１のリード端子３ｂ２を挿通して半田付けするランドや、金属膜７などを除いて樹脂材料からなるマスクを形成する。回路基板２は、マスクから露出するランドと金属膜７との表面に半田のめっき処理を施す。
【００３０】
金属膜７は、金属膜７の表面に半田のめっき処理を施すことにより、金属光沢を有している。回路基板２は、少なくとも第１の温度領域２ａにおける他表面２ａｂ側に樹脂被膜６を備えている。また、回路基板２は、空隙１０ａを介して、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側に金属光沢を有する金属膜７と、被覆樹脂部５とを離間して配置している。
【００３１】
樹脂被膜６は、回路基板２の一表面２ａａおよび他表面２ａｂにコーティングしたソルダレジストを用いて形成することができる。樹脂被膜６は、たとえば、真空圧着器でソルダレジストフィルムをガラスエポキシ基板に貼り付けて形成するフィルム状のソルダレジストを用いることができる。樹脂被膜６は、液状のソルダレジストをガラスエポキシ基板に塗布して形成するものでもよい。回路基板２は、液状のソルダレジストをガラスエポキシ基板に塗布して形成する場合、スクリーン印刷法、スプレー法やカーテンコート法を用いることができる。回路基板２は、ガラスエポキシ基板の全面に形成したソルダレジスト上に、ソルダレジストを所定の形状に除去するパターンが形成されたマスクを配置する。回路基板２は、マスクを介して、紫外線をソルダレジストに照射しソルダレジストを露光する。回路基板２では、紫外線の照射されなかったランドや金属膜７などに対応するソルダレジストが硬化せず、紫外線の照射されたソルダレジストの部分が硬化する。回路基板２は、アルカリ性水溶液などを用いて、硬化しなかったソルダレジストを除去することで、ランドや金属膜７の形状に沿った銅箔が露出する。本実施形態の半導体装置１０では、回路基板２は、銅箔が露出した部分に半田のめっき処理を施している。本実施形態の半導体装置１０は、硬化して残ったソルダレジストが樹脂被膜６を構成している。
【００３２】
金属膜７は、金属光沢を有するために、金属膜７の表面が平滑であることが好ましい。金属膜７は、金属光沢を有するために金属膜７の表面の粗さを、たとえば、算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下とすればよいが、この数値のみに限られるものではない。金属膜７の表面の粗さは、JIS B0601-2001に準拠して測定することができる。
【００３３】
なお、回路基板２は、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側に金属光沢を備えた金属膜７を形成させるため、銅箔に半田のめっき処理を施すものだけに限られず、銀めっきや金めっきなどを施してもよい。また、回路基板２は、電子部品１として表面実装型電子部品を実装させる場合、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側の全面に金属光沢を有する金属膜７を形成させることができる。回路基板２は、第１温度領域２ａにおける他表面２ａｂ側だけに限られず、第２温度領域２ｂにおける金属膜７を除く、他表面２ａｂ側に樹脂被膜６を形成することができる。すなわち、回路基板２は、回路基板２の他表面２ａｂ側と樹脂被膜６（以下、第１樹脂被膜６ａともいう）を備えている。回路基板２は、他表面２ａｂ側だけでなく電子部品１を実装する側にも樹脂被膜６（以下、第２樹脂被膜６ｂともいう）を形成している。
【００３４】
半導体装置１０は、エポキシ系樹脂で形成された導電性ペーストやＳｎ系のＰｂフリー半田、Ｓｎ−Ｐｂ系共晶半田、Ａｕ−ＳｎやＡｕ−Ｓｉなどのその他の共晶半田を用いて、回路基板２の一表面２ａａ上に電子部品１を実装することができる。
【００３５】
半導体装置１０は、第１の温度領域２ａ側に半導体素子３からのリード端子３ｂ２を挿入するスルーホールを備えている。スルーホールは、第１の温度領域２ａにおける第２の温度領域２ｂ側とは反対側に設けている。
【００３６】
以下、本実施形態の半導体装置１０において、図３を用いて、熱伝導経路について説明する。
【００３７】
半導体装置１０は、半導体素子３の駆動時に半導体素子３が発熱する。本実施形態の半導体装置１０は、主な発熱源となる半導体素子３の少なくとも一部を被覆樹脂部５で覆うことにより、半導体素子３から実装基体４側に熱を伝導させやすくすることが可能となる。また、半導体装置１０は、空壁１０ａを介して、半導体素子３を覆う被覆樹脂部５と、回路基板２とを離間して配置することにより、被覆樹脂部５内を伝熱した熱が回路基板２に到達しやすくなることを抑制することが可能となる。これにより本実施形態の半導体装置１０は、被覆樹脂部５を介して、回路基板２の温度が上昇することを抑制することができる。
【００３８】
本実施形態の半導体装置１０は、回路基板２の他表面２ａｂに、金属光沢を有する表面が外部に露出する金属膜７を備えている。半導体装置１０は、回路基板２の他表面２ａｂ側に金属膜７を備えることにより、半導体素子３側からの輻射熱（図３の一点鎖線の矢印を参照）を金属膜７で反射させる。金属膜７は、金属膜７の表面が、光と同様、熱を反射させる特性を備えており、半導体素子３側からの熱を回路基板２が吸熱することを抑制することができる。半導体装置１０は、金属膜７が輻射熱を反射することで、第２の温度領域２ｂに実装された耐熱温度の低い電子部品１に半導体素子３からの熱が伝熱しにくくなっていると考えられる。半導体装置１０は、特に、金属膜７の表面が光沢面であれば更に反射効果が向上する傾向にある。
【００３９】
特に、本実施形態の半導体装置１０は、回路基板２に実装する電子部品１を、耐熱温度の高い電子部品１を実装する第１の温度領域２ａと、より耐熱温度の低い電子部品１を実装する第２の温度領域２ｂとに分けて配置している。なお、図３では、図３の左側から右側にかけて、回路基板２の一表面２ａａ上に並んでいる耐熱温度の異なる電子部品１に対し、１Ａないし１Ｅの図番を付している。第２の温度領域２ｂは、回路基板２の他表面２ａｂ側から半導体素子３の熱が伝熱しにくくするように、回路基板２の他表面２ａｂに金属光沢を有する金属膜７を外部に露出させている。
【００４０】
半導体装置１０は、特に、金属膜７の表面が光沢面であれば更に反射効果が向上する傾向にある。金属膜７は、金属膜７の表面が半田のめっき処理により金属光沢を有していることで、半導体素子３からの輻射熱を効率よく反射などさせることにより第２の温度領域２ｂの昇温を抑制することができる。また、金属膜７は、金属膜７を構成する銅箔に半田のめっき処理を施すことにより、銅箔の表面が酸化され金属光沢を失うことを抑制することも可能となる。
【００４１】
ところで、半導体装置１０は、配線２ｄや金属膜７などがあると、回路基板２の内部の熱が外部（空気層）へ放出しにくく、回路基板２の内部に熱がこもりやすくなる傾向にある。本実施形態の半導体装置１０は、比較的に耐熱温度の高い電子部品１が実装された回路基板２の第１の温度領域２ａの他表面２ａｂをソルダレジストなどで樹脂コーティングして第１樹脂被膜６ａを形成している。半導体装置１０は、金属膜７と同じ材料からなる配線２ｄの表面を第１樹脂被膜６ａで覆うことで、半導体素子３側からの熱を吸熱する効果が向上させることが可能となる。半導体装置１０は、第１樹脂被膜６ａにより、半導体素子３からの熱（図３の白抜きの矢印を参照）を回路基板２の一表面２ａａ側へ熱伝導（図３の黒矢印を参照）させやすくしている。また、半導体装置１０は、回路基板２の内部の熱を外部へ放出させやすくなり、回路基板２の内部に熱がこもりにくくなる傾向にある。すなわち、半導体装置１０は、回路基板２の一表面２ａａ側を第２樹脂被膜６ｂでコーティングすることで、半導体素子３から回路基板２へ伝熱してきた熱などを回路基板２の一表面２ａａ側から外部の空気へ放熱しやすくすることも可能となる（図３の破線の波矢印を参照）。
【００４２】
すなわち、本実施形態の半導体装置１０は、回路基板２の他表面２ａｂ側から熱伝導した半導体素子３の熱が回路基板２の一表面２ａａ側へ伝熱しやすいように、配線２ｄなどの有無に関わらず、他表面２ａｂに第１樹脂被膜６ａを形成している。また、本実施形態の半導体装置１０は、第１の温度領域２ａ、第２の温度領域２ｂに関わらず、回路基板２の一表面２ａａ側に第２樹脂被膜６ｂを形成しておき、回路基板２の熱を外部へ放熱しやすくしている。
【００４３】
本実施形態の半導体装置１０では、耐熱温度の比較的に高い電子部品１と耐熱温度の比較的に低い電子部品１とを回路基板２に混載している。本実施形態の半導体装置１０は、複数個の電子部品１のうち、少なくとも耐熱温度の最も低い電子部品１を第２の温度領域２ｂに実装している。すなわち、半導体装置１０は、回路基板２を複数個の電子部品１のうち、電子部品１の一部を実装する第１の温度領域２ａと、第１の温度領域２ａに実装された電子部品１よりも耐熱温度が低い電子部品１を実装する第２の温度領域２ｂとに分けている。
【００４４】
回路基板２は、一般に、回路基板２の厚みや材質などにより、回路基板２の厚み方向の熱伝導速度と比較して、回路基板２の面内方向への熱伝導速度が速い傾向にある。そのため、回路基板２は、耐熱温度のより高い電子部品１が実装された第１温度領域２ａの温度上昇に比べ、耐熱温度のより低い電子部品１が実装された第２の温度領域２ｂの温度上昇を低く抑えることが可能となる。
【００４５】
特に、本実施形態の半導体装置１０は、回路基板２を第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとに分けて、貫通孔部２ｃにより第１の温度領域２ａ側から第２の温度領域２ｂへの熱伝導を抑制している。また、半導体装置１０は、貫通孔部２ｃにより回路基板２の一表面２ａａ側と他表面２ａｂ側とで半導体素子３側からの熱の対流を促進させることもできる。
【００４６】
半導体装置１０は、第１の温度領域２ａにおける第２の温度領域２ｂ側とは反対側にリード端子３ｂ２を配置している。半導体装置１０は、半導体素子３からの熱がリード端子３ｂ２を介して回路基板２に熱伝導しても、リード端子３ｂ２から第２の温度領域２ｂ側への熱伝導を抑制することができる。
【００４７】
本実施形態の半導体装置１０は、放熱板１３とリード端子３ｂ２とを離して形成することにより、半導体素子３で発生した熱が主としてフレーム３ｂへ向かう放熱経路をとることになる。半導体装置１０は、半導体素子３からの熱がリード端子３ｂ２へ伝熱することを抑制することが可能となる。半導体素子３は、半導体チップ３ａをフレーム３ｂ上に搭載する場合、フレーム３ｂとリード端子３ｂ２とが直接接触していない。半導体装置１０は、リード端子３ｂ２を介して、半導体素子３からの熱が回路基板２側に伝熱することを抑制することができる。そのため、半導体装置１０は、半導体素子３の発熱によってリード端子３ｂ２を介して回路基板２側が高温になることを抑制することが可能となる。
【００４８】
また、半導体装置１０は、半導体素子３に対向して、回路基板２の第１の温度領域２ａを配置することが好ましい。これにより、半導体装置１０は、回路基板１の第１の温度領域２ａと比較して、第２の温度領域２ｂが半導体素子３からの熱の影響を受けることを抑制することが可能となる。
【００４９】
本実施形態の半導体装置１０は、半導体素子３の駆動時の発熱で回路基板２全体が一定の高温度となり、耐熱温度の低い電子部品１に悪影響が生ずることを抑制することができる。言い換えれば、本実施形態の半導体装置１０は、耐熱温度の低い電子部品１に合わせて半導体装置１０の駆動限界の温度が決まり、半導体素子３への投入電力が制限されることを抑制し、より高出力化することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態の半導体装置１０は、電子部品１を第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとに分けて実装することに加え、第１の温度領域２ａから第２の温度領域２ｂにかけて、耐熱温度の順に電子部品１を配置することが、より好ましい。すなわち、複数個の電子部品１は、第１の温度領域２ａおよび第２の温度領域２ｂそれぞれにおいて、第１の温度領域２ａから第２の温度領域２ｂにかけて、電子部品１の耐熱温度がより高い耐熱温度の電子部品１からより低い耐熱温度の電子部品１の順に配置する。
【００５１】
電子部品１は、図３において、最も耐熱温度が高い電子部品１を１Ａとし、最も耐熱温度の低い電子部品１を１Ｅとしている。本実施形態の半導体装置１０は、電子部品１を最も耐熱温度が高い電子部品１Ａから最も耐熱温度の低い電子部品１Ｅの順としている。すなわち、本実施形態の半導体装置１０は、「１Ａ＞１Ｂ＞１Ｃ＞１Ｄ＞１Ｅ」の耐熱温度の順に複数個の電子部品１を配置すればよい。なお、本実施形態の半導体装置１０は、回路基板２の一表面２ａａ上の電子部品１が第１の温度領域２ａおよび第２の温度領域２ｂそれぞれにおいて、各電子部品１それぞれの耐熱温度の順に並ぶように配置してもよい。また、半導体装置１０は、第１の温度領域２ａおよび第２の温度領域２ｂに関わらず、全体として、耐熱温度毎に電子部品１が順に並ぶよう配置するものでもよい。したがって、本実施形態の半導体装置１０は、電子部品１の配置を、必ずしも「１Ａ＞１Ｂ＞１Ｃ＞１Ｄ＞１Ｅ」の順に配置するものだけに限られない。半導体装置１０は、たとえば、電子部品１の配置を「１Ａ＞１Ｂ＞１Ｃ＞１Ｅ＞１Ｄ」のように、全体として順々に並んで配置するものでもよい。
【００５２】
以下、半導体装置１０に用いられる各構成について詳述する。
【００５３】
電子部品１は、半導体素子３の駆動の制御のために用いるものである。電子部品１は、半導体素子３が実装された実装基体４とは別体に形成された回路基板２に実装している。電子部品１は、半導体装置１０として、ソリッドステートリレーを構成する場合、たとえば、ダイオード、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、バリスタ、発光ダイオード、フォトダイオードやフォトカプラなどを用いることができる。電子部品１は、ダイオード、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、バリスタ、発光ダイオード、フォトダイオードやフォトカプラだけに限られず、ＩＣやＬＳＩなどであってもよい。
【００５４】
回路基板２は、複数個の電子部品１を少なくとも一表面２ａａ側に実装可能なものである。回路基板２は、電子部品１の実装する領域を、複数個の電子部品１のうち、電子部品１の一部を実装する第１の温度領域２ａと、第１の温度領域２ａに実装された電子部品１よりも耐熱温度が低い電子部品１を実装する第２の温度領域２ｂとに分けている。回路基板２は、たとえば、回路基板２の厚み方向に貫通する貫通孔部２ｃを、第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとの間に備えることにより、第１の温度領域２ａと第２の温度領域２ｂとを分けることができる。貫通孔部２ｃは、平面視において、円形、矩形や楕円形に形成することができる。
【００５５】
回路基板２は、ガラスエポキシ基板を用いることができる。回路基板２は、ガラスエポキシ基板だけに限られず、セラミック基板やフレキシブル基板を利用してもよい。回路基板２は、単層基板だけに限られず多層基板を用いて形成してもよい。回路基板２は、一表面２ａａおよび他表面２ａｂ側に回路パターンの配線２ｄを備えていることが好ましい。回路基板２は、一表面２ａａおよび他表面２ａｂ側の回路パターンを利用して、各電子部品１を電気的に接続させて半導体素子３の駆動を制御する上記制御回路部を構成することができる。回路基板２は、他表面２ａｂ側の回路パターンを利用して、半導体素子３からの熱が回路基板２側で吸収されることを抑制する金属膜７を構成することもできる。
【００５６】
半導体素子３は、電子部品１により駆動が制御され、各種の機能を果たすことが可能なものである。半導体素子３は、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴを用いることができる。半導体素子３は、パワーＭＯＳＦＥＴだけに限られない。半導体素子３は、パワートランジスタ、サイリスタやトライアックなどであってもよい。半導体素子３は、半導体チップ３ａを封止部３ｄで被覆したものでもよいし、半導体チップ３ａ単体であってもよい。半導体チップ３ａは、たとえば、シリコンのバンドギャップよりも大きなワイドバンドギャップの材料である窒化物半導体や炭化珪素半導体を用いたものを好適に用いることができる。また、半導体素子３は、シリコンパワーデバイスを用いてもよい。窒化物半導体や炭化珪素半導体を用いた半導体チップ３ａは、比較的大きな電力での動作を行うことが可能である。半導体チップ３ａは、たとえば、動作温度が１２５℃〜２００℃となる高温での動作が可能である。
【００５７】
半導体素子３は、放熱部３ｂ３とリード端子３ｂ１とを備えたフレーム３ｂにおいて、半導体チップ３ａをフレーム３ｂに実装している。また、半導体素子３は、封止部３ｄにより半導体チップ３ａの全体を覆っている。半導体素子３は、封止部３ｄにより半導体チップ３ａの全体を完全に覆う場合だけでなく、封止部３ｄの一部から半導体チップ３ａが露出していてもよい。
【００５８】
半導体素子３は、半導体チップ３ａの電極パッド（図示していない）とリード端子３ｂ１とを、金やアルミニウムなどの金属ワイヤ３ｃにより電気的に接続することができる。半導体装置１０は、接続材として金属ワイヤ３ｃだけに限られず、金属ワイヤ３ｃの代わりに金、アルミニウム、銅などの材料からなるリボンやクランプ材を用いても良い。
【００５９】
実装基体４は、半導体素子３を実装可能なものである。実装基体４は、たとえば、半導体素子３よりも大きな矩形平板状に形成することができる。実装基体４は、たとえば、銅製の金属板により構成することができる。実装基体４は、実装基体４の材料として、銅だけでなく、アルミニウム、鉄やステンレスなどの金属材料を好適に利用することができる。
【００６０】
被覆樹脂部５は、回路基板２と実装基体４との間であって実装基体４上で半導体素子３の少なくとも一部を覆うものである。被覆樹脂部５は、半導体素子３を少なくとも一部を覆うことにより、半導体素子３で生じた熱を実装基体４側に熱伝導させ半導体素子３の昇温を抑制することが可能となる。被覆樹脂部５は、回路基板２の第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂの金属膜７の一部と接触していてもよいが、金属膜７と全く接触していない方がより好ましい。被覆樹脂部５は、回路基板２側との間の空隙１０ａを介して、半導体素子３の少なくとも一部を覆うことにより、半導体素子３で生じた熱を回路基板２側に熱伝導させることを抑制することが可能となる。本実施形態の半導体装置１０では、被覆樹脂部５は、第２の温度領域２ｂにおける他表面２ａｂ側の金属膜７との間に空隙１０ａを形成しており、被覆樹脂部５と金属膜７とが直接接触しないように配置している。被覆樹脂部５は、被覆樹脂部５の表面が平板状の回路基板２における他表面２ａｂと略平行となるように構成することができる。被覆樹脂部５は、被覆樹脂部５の表面が平板状の回路基板２における他表面２ａｂと平行とするものだけに限られない。被覆樹脂部５は、半導体装置１０の厚み方向において、半導体素子３に向かって窪むように凹状に形成することにより、半導体素子３と回路基板２との空隙１０ａの距離を大きくすることが可能となる。半導体装置１０は、半導体装置１０の厚み方向において、半導体素子３に向かって窪むように凹状に形成することにより、半導体素子３で生じた熱が回路基板２側に熱伝導することを抑制することが可能となる。なお、被覆樹脂部５は、半導体素子３を覆うことにより、半導体素子３を外部から機械的に保護することも可能となる。被覆樹脂部５は、被覆樹脂部５の材料として、たとえば、シリコーンゲルを用いることができる。被覆樹脂部５は、被覆樹脂部５中に熱伝導性フィラを含有させてもよい。熱伝導性フィラは、熱伝導性フィラの材料として、たとえば、窒化アルミニウムや酸化マグネシウムを用いることができる。
【００６１】
樹脂被膜６は、回路基板２の第１の温度領域２ａにおける他表面２ａｂ側に備えていることが好ましい。樹脂被膜６は、ガラスエポキシ基板のソルダレジストを利用して形成することができる。樹脂被膜６は、樹脂被膜６の材料として、たとえば、（メタ）アクリレート基を有する樹脂とラジカル重合開始剤からなる感光性樹脂とエポキシ樹脂との混合物を用いることができる。
【００６２】
金属膜７は、回路基板２の他表面２ａｂ側に形成している。金属膜７は、回路基板２にガラスエポキシ基板やセラミック基板を利用する場合、回路基板２の他表面２ａｂ側に形成する導体パターンなどを利用して形成することができる。金属膜７は、半田やその他金属により、めっき処理が施され表面が金属光沢を有していることとが好ましい。
【００６３】
筐体１１は、半導体素子３が実装された実装基体４や電子部品１が実装された回路基板２を内部に収納可能なものである。筐体１１は、たとえば、樹脂により角筒状に形成する筐体本体部１１ａと、筐体本体部１１ａにおける一方の開口を塞ぐ平板状の金属板からなる放熱基体１２とにより有底角筒状に形成することができる。なお、筐体１１は、筐体１１の形状を角筒状に形成する場合だけに限られず、円筒形など種々の形状に形成することができる。半導体装置１０は、放熱シート１３を介して、実装基体４を筐体１１の放熱基体１２上に配置している。半導体装置１０は、半導体素子３の駆動に伴う発熱を、銅などの金属放熱板からなる実装基体４、放熱シート１３および筐体１１の放熱基体１２を介して外部に放熱することが可能となる。筐体１１は、放熱基体１２とは反対側に、回路基板２と電気的に接続させる端子１４として、入力の端子１４ａや出力の端子１４ｂを設けている。また、筐体１１は、筐体本体部１１ａにおける他方の開口を塞ぐ平板状の金属板からなる蓋体１６を備えている。
【００６４】
（実施形態２）
図４に示す本実施形態の半導体装置１０は、図１に示す実施形態１と回路基板２の一表面２ａａ側に封止樹脂部８を備える点が主として相違する。なお、実施形態１と同様の構成には、同一の符号を付して説明は省略する。
【００６５】
本実施形態の半導体装置１０では、図４に示すように、回路基板２は、樹脂被膜６と比較して放熱性が高く電子部品１を封止する封止樹脂部８を一表面２ａａ側に有している。
【００６６】
封止樹脂部８は、たとえば、ＪＣＲ（ジャンクションコーティングレジン）である高放熱エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やポリイミド樹脂を用いることが可能となる。封止樹脂部８は、熱伝導性を高めるために熱伝導性フィラを含有させてもよい。熱伝導性フィラは、熱伝導性フィラの材料として、たとえば、窒化アルミニウムや酸化マグネシウムを用いることができる。
【００６７】
これにより、本実施形態の半導体装置１０は、更に高出力化が可能となる。
【符号の説明】
【００６８】
１  電子部品
２  回路基板
２ａ  第１の温度領域
２ｂ  第２の温度領域
２ａａ  一表面
２ａｂ  他表面
３  半導体素子
４  実装基体
５  被覆樹脂部
６  樹脂被膜
７  金属膜
８  封止樹脂部
１０  半導体装置
１０ａ  空隙
【図１】
2014146688.tif 000003
【図２】
2014146688.tif 000004
【図３】
2014146688.tif 000005
【図４】
2014146688.tif 000006
【図５】
2014146688.tif 000007