(57)【要約】【課題】小面積の化合物半導体素子を複数個を分散して配列することにより、大容量化を実現する半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、第１のダイパッドと、第１のダイパッドと一体的に形成された第２のダイパッドと、第１のダイパッドの主面に接合された第1の電力用半導体素子と、第２のダイパッドの主面に接合された第２の電力用半導体素子と、放熱性を有する絶縁膜を介して、第２のダイパッドの他方の主面と放熱板の主面を接着された放熱板と、放熱板の他方の主面が露出するように、第1のダイパッド、第２のダイパッド、第1の電力用半導体素子、第２の電力用半導体素子、絶縁膜、放熱板が樹脂封止体に封止された構成を具備し、第１の電力用半導体素子の動作温度は、第２の電力用半導体素子の動作温度の上限よりも高く、第１の電力用半導体素子は複数個を分散して配列していることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本発明の半導体装置は、第１のダイパッドと、
前記第１のダイパッドと一体的に形成された第２のダイパッドと、
前記第１のダイパッドの主面に接合された第1の電力用半導体素子と、
前記第２のダイパッドの主面に接合された第２の電力用半導体素子と、
放熱性を有する絶縁膜を介して、
前記第２のダイパッドの他方の主面に固着された主面を有する放熱板と、
前記放熱板の他方の主面が露出するように、前記第1のダイパッド、前記第２のダイパッド、前記第1の電力用半導体素子、前記第２の電力用半導体素子、前記絶縁膜、前記放熱板が樹脂封止体に封止された構成を具備し、
前記第１の電力用半導体素子の動作温度は、前記第２の電力用半導体素子の動作温度の上限よりも高く、
前記第１の電力用半導体素子は、複数個を分散して配列していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の電力用半導体素子は化合物半導体素子であ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】
前記第１の電力用半導体素子はＳｉＣ半導体またはＧａＮ半導体であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電力用半導体素子は、素子内に存在する結晶欠陥を少なくするために面積を小さく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５】
前記第２の電力用半導体素子はＳｉ半導体であることを特徴とする請求項１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、半導体装置に関し、特に複数の半導体素子を配列した構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や資源枯渇などの様々な環境問題に直面し、低炭素社会や省資源化社会構築の声は益々高くなっている。電気機器においては、例えばエアコン、冷蔵庫、洗濯機といったモータを用いる家庭用電気機器の省エネルギ―化が重要な技術であり、モータ駆動を高効率で制御できる小型で高性能なモータ駆動用の半導体装置が強く求められている。
半導体装置におけるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などの電力用半導体素子は、大電力を取り扱う半導体素子であって、それを制御する制御用半導体素子よりも電力損失が大きいために実使用時の発熱量が大きく、これらの電力用半導体素子の動作温度を所定の温度以下に抑えるために、放熱性の高い構造が必要である。
【０００３】
放熱性の高い構造としては、リードフレームの裏面に、放熱性を有する絶縁膜を介して放熱板を接着する構造がよく知られており、コスト低減のために、動作温度の低い電力用半導体素子を上面に載置したダイパッドには放熱板を接合し、動作温度の高い電力用半導体素子を上面に載置したダイパッドには放熱板を接合しない構造が従来技術として知られている。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１００８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な半導体装置では、シリコン（Ｓｉ）を用いた半導体素子が使われている。しかしＳｉ半導体は高温状態での動作に問題がある。このため近年では、Ｓｉ半導体に比べてスイッチング速度が速く、低損失である化合物半導体、例えばシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等を用いた電力用半導体素子が注目されている。
【０００６】
しかしながら、現在の技術で製造されたＳｉＣ半導体には、リーク要因である結晶欠陥等の欠陥が多く含まれており、化合物半導体素子の大容量化のために素子面積を大きくすると、結晶欠陥が素子内に存在する確率が高まり、電気特性が著しく低下する。このため従来の技術を用いたとしても大面積の化合物半導体素子を用いた場合、大容量の半導体装置の実現ができないという課題があった。
【０００７】
従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、小面積の化合物半導体素子を複数個を分散して配列することにより、大容量化を実現した半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、第１のダイパッドと、前記第１のダイパッドと一体的に形成された第２のダイパッドと、前記第１のダイパッドの主面に接合された第1の電力用半導体素子と、前記第２のダイパッドの主面に接合された第２の電力用半導体素子と、放熱性を有する絶縁膜を介して、前記第２のダイパッドの他方の主面と放熱板の主面を接着された放熱板と、前記放熱板の他方の主面が露出するように、前記第1のダイパッド、前記第２のダイパッド、前記第1の電力用半導体素子、前記第２の電力用半導体素子、前記絶縁膜、前記放熱板が樹脂封止体に封止された構成を具備し、前記第１の電力用半導体素子の動作温度は、前記第２の電力用半導体素子の動作温度の上限よりも高く、前記第１の電力用半導体素子は複数個配列し分散することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第１の電力用半導体素子は化合物半導体素子であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第１の電力用半導体素子はＳｉＣ半導体またはＧａＮ半導体であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第１の電力用半導体素子は、素子内に存在する結晶欠陥を少なくするために面積を小さくすることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第２の電力用半導体素子はＳｉ半導体であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、第１のダイパッドと、前記第１のダイパッドと一体的に形成された第２のダイパッドと、前記第１のダイパッドの主面に接合された第1の電力用半導体素子と、前記第２のダイパッドの主面に接合された第２の電力用半導体素子と、放熱性を有する絶縁膜を介して、前記第２のダイパッドの他方の主面に固着された主面を有する放熱板と、前記放熱板の他方の主面が露出するように、前記第1のダイパッド、前記第２のダイパッド、前記第1の電力用半導体素子、前記第２の電力用半導体素子、前記絶縁膜、前記放熱板が樹脂封止体に封止された構成を具備し、前記第１の電力用半導体素子の動作温度は、前記第２の電力用半導体素子の動作温度の上限よりも高く、前記第１の電力用半導体素子は、複数個を分散して配列していることを特徴とする。ここで動作温度とは正常に動作すべき限界温度のことである。
本発明の半導体装置は、前記第１の電力用半導体素子は化合物半導体素子であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第１の電力用半導体素子はＳｉＣ半導体またはＧａＮ半導体であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第１の電力用半導体素子は、素子内に存在する結晶欠陥を少なくするために面積を小さくすることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第２の電力用半導体素子はＳｉ半導体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上のように構成されているので、大容量の電力用半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の拡大断面図である。
【図２】本発明の従来例１に係る半導体装置の内部を示す拡大上面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体装置の内部を示す拡大上面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る半導体装置の内部を示す拡大上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。なお以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【実施例１】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る半導体装置１を説明する。
図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置の拡大断面図である。ここでは半導体装置のうち、電力用半導体素子の付近を拡大した断面状態を示す。また図では制御用半導体素子と基板、電気的な接続のための金属ワイヤーを省略している。
【００１３】
図１に示すように、半導体装置１は、リードフレーム２、第１のダイパッド３、第２のダイパッド４、第１の接着剤５、第２の接着剤６、第1の電力用半導体素子７、第２の電力用半導体素子８、絶縁膜９、放熱板１０、樹脂封止体１１から成っている。
【００１４】
リードフレーム２は、第１のダイパッド３と第２のダイパッド４とで構成される。例えば、０．５ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅または銅合金が多く使用され、表面は銀めっき等を施すことができる。
【００１５】
第１のダイパッド３は、第１の接着剤５を介して主面に第1の電力用半導体素子７を載置する。例えば、０．５ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅または銅合金が多く使用され、表面は銀めっき等を施すことができる。
【００１６】
第２のダイパッド４は、第２の接着剤６を介して主面に第２の電力用半導体素子８を載置する。例えば、０．５ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工が適用され、材質は銅または銅合金が多く使用され、表面は銀めっき等を施すことができる。
なお第２のダイパッド４は、放熱性を有する絶縁膜を介して、第２のダイパッドの他方の主面と放熱板の主面が接着されている。
【００１７】
第１の電力用半導体素子７ａは、第1の接着剤５を介してダイパッド３の主面に載置され固定される。第１の電力用半導体素子７ａは大電力を取り扱う半導体素子であって、それを制御する半導体素子よりも電力損失が大きいために高温となる。
第１の電力用半導体素子７ａの動作温度は、第２の電力用半導体素子８の動作温度の上限よりも高いため、動作温度が高い化合物半導体とすることが望ましく、また熱損失が少ないために発熱が少ないことから化合物半導体が好ましい。例えばＳｉＣ半導体で構成される。
【００１８】
第２の電力用半導体素子８は、第２の接着剤を介して第２のダイパッド４の主面に載置され固定される。第２の電力用半導体素子８は大電力を取り扱う半導体素子であって、それを制御する半導体素子よりも電力損失が大きいために高温となる。第２の電力用半導体素子８は第１の電力用半導体素子７よりも動作温度が低くく、例えばＳｉ半導体で構成される。
【００１９】
第１の接着剤と第２の接着剤は、導電性に優れるはんだ、あるいはAgペーストなどが望ましい。なお第１の電力用半導体素子の動作温度は、第２の電力用半導体素子よりも高いため、第１の接着剤は第２の接着剤よりも高い温度でもある程度の接着力を有することが望ましい。
また接着剤にはんだを用いる場合は、環境を考慮してPbを含まない方が好ましい。
【００２０】
絶縁膜９は、第２の電力用半導体素子から発生する熱を放熱板１０に効率良く伝えるために導電性にすぐれていることが望ましい。
【００２１】
放熱板１０は、第２の電力用半導体素子から発生する熱を絶縁膜９を介して樹脂封止体１１の外部に効率良く放熱するために伝熱性に優れていることが望ましい。
【００２２】
樹脂封止体１１は、樹脂成形金型とプレス装置を使用して、トランスファーモールドとして、樹脂成形されたものである。例えば、樹脂封止体１１には熱硬化性エポキシ樹脂が使用される。以上により、半導体装置１が完成する。
【００２３】
次に、図２、図３を参照して、第1の電力用半導体素子の配置を示して説明する。図２は、本発明の従来例１に係る半導体装置の内部を示す拡大上面図である。図３は、本発明の実施例１に係る半導体装置１の内部を示す拡大上面図である。
【００２４】
図２に示す従来では第1の電力用半導体素子７は1個であり、大面積である。
これに対し図３に示す本発明の実施例１では、第1の電力用半導体素子７ａは2個以上であり、素子1個あたりの面積は従来例１の素子よりも小さい。
【００２５】
次に、上述の実施例１に係る半導体装置の効果を説明する。
【００２６】
本発明の実施例１に係る半導体装置は、
請求項１によれば、第１の電力用半導体素子は、複数個を分散して配列することにより、熱分散が可能である。
請求項２によれば、第１の電力用半導体素子を化合物半導体素子とすることにより、熱損失が少なくて発熱を少なくすることが可能である。
請求項３によれば、第１の電力用半導体素子をＳｉＣ半導体またはＧａＮ半導体とすることが可能である
請求項４によれば、第１の電力用半導体素子は、素子内に存在する結晶欠陥を少なくするために面積を小さくすることにより、リーク電流が少なくなり、電気特性が向上する。
請求項５によれば、第２の電力用半導体素子をＳｉ半導体とすることにより、化合物半導体に比べて安価であるため、コスト削減が可能である。
【００２７】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
【００２８】
実施例２に係る電力用半導体装置について、実施例１と異なる点を説明する。図４は、実施例２に係る電力用半導体装置の内部を示す拡大上面図である。第１の電力用半導体素子の載置領域の幅ｄ３は、接続部２ａよりも広く、ｄ３＞ｄ４である。
また、第２の電力用半導体素子と第１の電力用半導体素子との距離ｄ１と、第１の電力用半導体素子とダイパッドの縁部３ａとの距離ｄ２との関係は、ｄ１＞ｄ２である。第１の電力用半導体素子を分散して配置することにより、熱分散が可能であり、放熱性が向上する。
また、第１の電力用半導体素子の面積を更に小さくすることによって、素子内の結晶欠陥が少なくなり、リーク電流が少なくなることによって電気特性が向上する。
【００２９】
上述の例では、第１の電力用半導体素子７ａはＳｉＣ半導体が用いられるとしたが、同様に大電力で動作する他の材料で構成された半導体素子を用いた場合であっても、上記の構成が有効であることは明らかである。例えば、半導体素子をガリウムナイトライド（ＧａＮ）等で構成することもできる。
【００３０】
また、半導体装置１は、同一のパッケージ内に電力用半導体素子、制御用半導体素子、保護素子等を納めたＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）としてもよい。ＩＰＭでは、モータ駆動制御において大電流が流れるため、発熱対策が重要であり、本発明によって半導体素子間の熱干渉を低減することが可能である。
【００３１】
また、図では省略している電気的な接続のための金属ワイヤーは、クリップリードとしてもよく、これによって大電流を流すことが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１、半導体装置（実施例１）
２、リードフレーム
２ａ、連結部
３、第１のダイパッド
３ａ、縁部
４、第２のダイパッド
５、第１の接着剤
６、第２の接着剤
７、第1の電力用半導体素子（従来例１）
７ａ、第1の電力用半導体素子（実施例１）
７ｂ、第1の電力用半導体素子（実施例２）
８、第２の電力用半導体素子
９、絶縁膜
１０、放熱板
１１、樹脂封止体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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