(57)【要約】【課題】複数のパワー素子とその上に配置された駆動素子を、モールド樹脂により封止してなる半導体装置において、半導体装置の小型化、高放熱化、および低コスト化するのに最適な構成を実現する。【解決手段】半導体装置は、第１のパワー素子（１）と第２のパワー素子（２）と駆動素子（４）を有し、第１のパワー素子（１）の一面に、第２のパワー素子（２）の一面が導電性接着部材（１０）で接続され、第２のパワー素子（２）の第１のパワー素子（１）が接続された反対の一面に、断熱接着部材（３）を介して駆動素子（４）の一面が接続されており、第１のパワー素子（１）、第２のパワー素子（２）、および駆動素子（４）は、モールド樹脂（７）により封止され、第１のパワー素子（１）の第２のパワー素子（２）が接続された反対の一面がモールド樹脂（７）、およびリード（８）と同一面上に外部に露出されている。【選択図】図１
2014187250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のパワー素子の一面に、第２のパワー素子の一面が導電性接着部材で接続され、前記第２のパワー素子の前記第１のパワー素子が接続された反対の一面に、断熱接着部材を介して駆動素子の一面が接続されており、前記第１のパワー素子、前記第２のパワー素子、および前記駆動素子は、モールド樹脂により封止され、前記第１のパワー素子の前記第２のパワー素子が接続された反対の一面が前記モールド樹脂、およびリードと同一面上に外部に露出されている半導体装置。
【請求項２】
前記導電性接着部材は、はんだもしくは導電性接着材である請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記断熱接着部材は、絶縁材料である請求項１および２のいずれか１項の半導体装置。
【請求項４】
前記駆動素子の前記第２のパワー素子が接続された反対の一面に、制御素子が導電性バンプによって電気的に接続され、前記制御素子の前記駆動素子が接続された反対の一面が前記モールド樹脂と同一面上に外部に露出されている請求項１から３のいずれか１項の半導体装置。
【請求項５】
前記導電性バンプは、金属もしくは導電性接着材である請求項４の半導体装置。
【請求項６】
半導体装置は、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴと、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴと、ドライバＩＣと、複数のリードと、を具備し、
前記第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴのソース端子に、前記第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が、それぞれ導電性接着部材で接続され、
前記第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴのソース端子がある面に、断熱接着部材を介して前記ドライバＩＣの一面が接続され、
前記第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴのソース端子のそれぞれは、前記複数のリードのいずれかにボンディングワイヤによって接続され、
前記第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴのソース端子のそれぞれは、前記複数のリードのいずれかにボンディングワイヤによって接続され、
前記ドライバＩＣは前記複数のリードのいずれかにボンディングワイヤによって接続され、
前記第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴと、前記第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴと、前記ドライバＩＣとは、モールド樹脂により封止され、
前記第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴのドレイン端子が前記モールド樹脂、および前記複数のリードと同一面上に外部に露出されている。
【請求項７】
請求項６の半導体装置は、さらに制御用ＩＣを具備し、
前記ドライバＩＣの前記第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴが接続された反対の一面に、前記制御用ＩＣが導電性バンプによって電気的に接続され、
前記制御用ＩＣの前記ドライバＩＣが接続された反対の一面が前記モールド樹脂と同一面上に外部に露出されている。
【請求項８】
請求項６の半導体装置において、
前記導電性接着部材は、はんだもしくは導電性接着材である。
【請求項９】
請求項６の半導体装置において、
前記断熱接着部材は、絶縁材料である。
【請求項１０】
請求項７の半導体装置において、
前記導電性バンプは、金属もしくは導電性接着材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置に関し、例えば三相直流モータを駆動する半導体装置に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１０−１０３２３１号公報（特許文献１）では、「第１の基板１０と、第１の基板１０の一面に搭載されたパワー素子３０と、一面を第１の基板１０の一面およびパワー素子３０に対向させて配置された第２の基板２０とを備え、第２の基板２０の一面とパワー素子３０とは、導電性を有する導電性接着部材６０を介して直接接着されて電気的に接続されており、第１の基板１０、パワー素子３０、および第２の基板２０は、モールド樹脂５０により封止されている。」と記載されている（要約参照）。
【０００３】
また、特開２００６−３０３００６号公報（特許文献２）では、「本発明のパワーモジュールは、複数のパワー半導体素子と、この複数のパワー半導体素子を駆動するパワー回路２２と、複数のパワー半導体素子を制御する複数の制御素子からなるドライブ回路２１とを備え、ドライブ回路を構成する制御基板６にリードフレーム８を貼り合わせたものである。また、リードフレームの形状は、パワー半導体素子の電極が当接する部分を凸状に加工してもよい。」と記載されている（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３２３１号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、第１の基板や第２の基板が存在し、特に、第２の基板を挟んでパワー素子と電子部品が積層された構造のため、装置の厚さが大きくなり、大幅な小型化は望めない。また、第１の基板や第２の基板、さらにヒートシンクを備えているため、コストの面でも不利である。さらに特許文献２でも、セラミック基板、金属ベースおよび制御基板を備えた構造のため、装置の厚さが大きくなり、大幅な小型化が望めず、コストの面でも不利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、半導体装置は、第１のパワー素子の一面に、第２のパワー素子の一面が導電性接着部材で接続され、第２のパワー素子の第１のパワー素子が接続された反対の一面に、断熱接着部材を介して駆動素子の一面が接続されており、第１のパワー素子、第２のパワー素子、および駆動素子は、モールド樹脂により封止され、第１のパワー素子の前記第２のパワー素子が接続された反対の一面がモールド樹脂、およびリードと同一面上に外部に露出されている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、半導体装置の小型化、高放熱化、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る半導体装置の概略断面構成図である。
【図２】実施例１に係る半導体装置の上面概略図である。
【図３】実施例１に係る半導体装置の下面概略図である。
【図４】実施例２に係る半導体装置の概略断面構成図である。
【図５】実施例２に係る半導体装置の上面概略図である。
【図６】実施例２に係る半導体装置の下面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態および実施例について図に基づいて説明する。なお、以下の実施形態および実施例相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中に同一符号で記してある。
【００１０】
実施の形態に係る半導体装置は、第１のパワー素子（１）の一面に、第２のパワー素子（２）の一面が導電性接着部材（１０）で接続され、第２のパワー素子（２）の第１のパワー素子（１）が接続された反対の一面に、断熱接着部材（３）を介して駆動素子（４）の一面が接続されており、第１のパワー素子（１）、第２のパワー素子（２）、および駆動素子（４）は、モールド樹脂（７）により封止され、第１のパワー素子の第２のパワー素子（２）が接続された反対の一面がモールド樹脂（７）、およびリード（８）と同一面上に外部に露出されている。
これにより、第１のパワー素子と第２のパワー素子、および駆動素子が直接接続されていることから、半導体装置の厚さを大幅に小さくすることができる。また、第２のパワー素子と駆動素子が断熱接着部材によって熱分離されていることから、半導体装置の熱抵抗を小さく抑え、高放熱を実現することができる。さらに、基板やヒートシンクを備える必要がないため、半導体装置の材料コストや製造コストを劇的に抑えることができる。つまり、本実施の形態は、半導体装置の小型化、高放熱化、および低コスト化を一気に実現できることが特徴である。
ここで、導電性接着部材（１０）としては、はんだもしくは導電性接着材を採用するのが好ましい。
さらに、断熱接着部材（３）は絶縁性の材料を使用することで、第２のパワー素子（２）と駆動素子（４）を電気的に分離し、駆動素子（４）を安定して動作させることが可能である。
また、実施に係る半導体装置は、駆動素子（４）の第２のパワー素子（２）が接続された反対の一面に、制御素子（６）が導電性バンプ（５）によって電気的に接続され、制御素子（６）の駆動素子（４）が接続された反対の一面がモールド樹脂（７）と同一面上に外部に露出されている。これにより、制御素子を内蔵することで半導体装置の高機能化を小型で実現し、かつ制御素子の発熱を第１のパワー素子や第２のパワー素子とは異なる面に放熱することが可能となり、半導体装置の高放熱化を実現することができる。
ここで、導電性バンプ（５）としては、はんだなどの金属もしくは導電性接着材を採用するのが好ましい。
【００１１】
別の実施の形態に係る半導体装置は、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴ（１）と、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）と、ドライバＩＣ（４）と、複数のリード（８）と、を具備し、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴ（１）のソース端子に、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）のドレイン端子が、それぞれ導電性接着部材（１０）で接続され、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）のソース端子がある面に、断熱接着部材（３）を介してドライバＩＣ（４）の一面が接続され、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴ（１）のソース端子のそれぞれは、複数のリード（８）のいずれかにボンディングワイヤ（９）によって接続され、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）のソース端子のそれぞれは、複数のリード（８）のいずれかにボンディングワイヤ（９）によって接続され、ドライバＩＣ（４）は複数のリードのいずれかにボンディングワイヤ（９）によって接続され、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴ（１）と、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）と、ドライバＩＣ（４）とは、モールド樹脂（７）により封止され、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴ（１）のドレイン端子がモールド樹脂（７）、および複数のリード（８）と同一面上に外部に露出されている。
これにより、第１、第２および第３の上アームＭＯＳＦＥＴと第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）、およびドライバＩＣ（４）が直接接続されていることから、半導体装置の厚さを大幅に小さくすることができる。また、第１、第２および第３の下アームＭＯＳＦＥＴ（２）とドライバＩＣ（４）が断熱接着部材（３）によって熱分離されていることから、半導体装置の熱抵抗を小さく抑え、高放熱を実現することができる。さらに、基板やヒートシンクを備える必要がないため、半導体装置の材料コストや製造コストを劇的に抑えることができる。
【実施例１】
【００１２】
図１は、実施例１に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。図２は、実施例１に係る半導体装置の上面概略図である。図３は、実施例１に係る半導体装置の下面概略図である。
【００１３】
半導体装置１００は、例えば家庭用エアコンの室内外機に搭載される、ファンモータ駆動用として、モータに内蔵される半導体装置として用いられる。
【００１４】
半導体装置１００は、大きくは第１のパワー素子１の一面に、第２のパワー素子２の一面が導電性接着部材１０で接続され、第２のパワー素子２の第１のパワー素子１が接続された反対の一面に、断熱接着部材３を介して駆動素子４の一面が接続されており、第１のパワー素子１、第２のパワー素子２、および駆動素子４は、モールド樹脂７により封止され、第１のパワー素子の第２のパワー素子２が接続された反対の一面がモールド樹脂７、およびリード８と同一面上に外部に露出した構成を備えている。
【００１５】
第１のパワー素子１と第２のパワー素子２は、１つの半導体装置１００に複数備えることができるが、例えば三相直流モータを駆動する場合は、位相が異なる３つの第１および第２それぞれのパワー素子を備えることができる。この３組のパワー素子は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動に用いられる。もちろん、１つの半導体装置にそれぞれ１つずつ備えていても良い。
【００１６】
第１のパワー素子１、および第２のパワー素子２は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどであり、例えばＳｉ、ＳｉＣ、およびＧａＮなどの材料からなる。そして、第１のパワー素子１と第２のパワー素子２は、それぞれの一面を導電性接着部材１０で電気的に接続されるが、例えばパワーＭＯＳＦＥＴであれば、第１のパワー素子１のソース端子と第２のパワー素子２のドレイン端子とが接続される。また、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴを用いて三相直流モータを駆動する場合は、第１パワー素子１は上アームパワーＭＯＳＦＥＴ、第２のパワー素子２は下アームパワーＭＯＳＦＥＴという。
【００１７】
また、第１のパワー素子１の第２のパワー素子２が接続された反対の一面は、モールド樹脂７、およびリード８と同一面上に半導体装置１００の外部に露出され、リード８とともに、例えばモータの実装基板などにはんだなどの導電性材料で接続される。すなわち、例えばパワーＭＯＳＦＥＴであれば、外部に露出される第１のパワー素子１の一面（下面側）はドレイン端子になる。従って、第１のパワー素子１や第２のパワー素子２から発生した熱は、半導体装置１００の外部に露出された第１のパワー素子１の一面から外部に放熱される。
【００１８】
第１のパワー素子１の露出した一面には、はんだなどの導電性材料が接合しやすいように、例えばＮｉやＡｕなどのめっきを施すと接合安定性が向上する。
【００１９】
導電性接着部材１０は、例えばはんだや導電性接着材を使用し、はんだとしては、例えば一般的な共晶はんだ、鉛フリーはんだなどが採用され、導電性接着材としては、例えばＡｇやＣｕ、およびＮｉなどの金属フィラーが樹脂に含有されたものなどが採用される。
第２のパワー素子２の第１のパワー素子１が接続された反対の一面は、断熱接着部材３を介して駆動素子４の一面が接続されている。駆動素子４としては、例えば一般的なドライバＩＣなどであり、例えばＳｉなどの材料からなる。
【００２０】
第１のパワー素子１と第２のパワー素子２は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴの場合、それぞれのパワー素子の上面側に位置するゲート端子およびソース端子へは外部（リード８）または駆動素子４から電気的な接続が必要となるため、半導体装置１００の上下投影面では、駆動素子４に完全に隠れることはなく、ゲート端子およびソース端子は駆動素子４より外周に最小限に配置される。第１のパワー素子１のソース端子はリード８に電気的に接続され、モータを駆動する。第１のパワー素子１のドレイン端子は電源に接続される。第２のパワー素子２のソース端子はリード８に電気的に接続され、グラウンド電源に接続される。
【００２１】
断熱接着部材３は、例えばシート状の樹脂や液状樹脂を使用し、シート状の樹脂としては、例えばダイアタッチフィルムなどのウェハ状態で接着するものが採用され、液状樹脂であれば、例えばディスペンス塗布するものが採用される。断熱接着部材３は、断熱性に優れる材料を採用することで、できるだけ薄くすることが可能となり、半導体装置１００の小型化を実現することができる。
【００２２】
また、断熱接着部材３に、電気的な絶縁性も有する材料を採用することで、第２のパワー素子２と駆動素子４を電気的に分離してノイズを抑えることができ、駆動素子４を安定して動作させることができる。
【００２３】
リード８は、例えばＣｕやＣｕ系合金の材料からなるが、半導体装置１００の周辺外部端子として最小限に備えることで、材料使用量を抑えることができ、低コスト化を実現できる。なお、リード８は、後述する封止後に切断されるまでは、各リードが接続されたフレーム形状をしている。さらに、モールド樹脂７と同一面上に備えることで、半導体装置１００の外形を小さくし、小型化の実現が可能となる。リード８は、第１のパワー素子１や第２のパワー素子、および駆動素子４とワイヤ９で電気的に接続され、このワイヤ９は、例えばＡｕやＡｌ、Ｃｕ、およびＡｕなどの材料からなり、ボンディングワイヤともいう。
【００２４】
そして、モールド樹脂７は上述した各部材を包み込むように封止している。このモールド樹脂７は、例えばエポキシ樹脂やビフェニール系の樹脂などの一般的なモールド材料からなり、例えば金型を用いたトランスファーモールド法になどにより形成すると、大量生産やコストの面で有利となる。本実施例では、素子を積層しているので、パッケージの平面積を小さくすることができる。したがって、１つのキャビティの中に複数の半導体装置が搭載されたリードフレームをモールドし、封止樹脂およびリードフレームを切断して個々の半導体装置を作製するＭＡＰ（Molded Array Process）方式を採用することができ、さらに、大量生産やコストの面で有利となる。なお、半導体装置１００は、ＱＦＮ(Quad Flat Non-Leaded Package)型のパッケージである。
【００２５】
これにより、第１のパワー素子１と第２のパワー素子２、および駆動素子４が直接接続されていることから、半導体装置１００の厚さを大幅に小さくすることができる。また、第２のパワー素子２と駆動素子４が断熱接着部材３によって熱分離されていることから、半導体装置１００の熱抵抗を小さく抑え、高放熱を実現することができる。さらに、基板やヒートシンクを備える必要がないため、半導体装置１００の材料コストや製造コストを劇的に抑えることが実現できる。つまり、本実施例は、半導体装置１００の小型化、高放熱化、および低コスト化を一気に実現できることができる。
【実施例２】
【００２６】
図４は、実施例２に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。図５は、実施例２に係る半導体装置の上面概略図である。図３は、実施例２に係る半導体装置の下面概略図である。本実施例では、実施例１との相違点を中心に述べることとする。
【００２７】
図４に示されるように、本実施例では、駆動素子４の第２のパワー素子２が接続された反対の一面に、制御素子６が導電性バンプ５によって電気的に接続され、制御素子６の駆動素子４が接続された反対の一面がモールド樹脂７と同一面上に外部に露出した構成を備えている。この制御素子６は、例えば一般的なマイコンなど構成される制御用ＩＣであり、例えばＳｉなどの材料からなり、半導体装置１０１に内蔵することで、高機能化と小型化を両立することが可能である。
【００２８】
導電性バンプ５は、例えばはんだ、金属、導電性接着材を使用し、はんだとしては、例えば一般的な共晶はんだ、鉛フリーはんだなどが採用され、金属としては、ＡｕやＡｕＳｎ合金が採用され、さらに導電性接着材としては、例えばＡｇやＣｕ、およびＮｉなどの金属フィラーが樹脂に含有されたものなどが採用される。
【００２９】
導電性バンプ５は、駆動素子４と制御素子６を電気的に接続するため、すなわち駆動素子５と制御素子６の回路面に備えることができる。
【００３０】
また、制御素子６の駆動素子４が接続された反対の一面は、モールド樹脂７と同一面上に半導体装置１０１の外部に露出され、例えばモータに搭載される場合には、モータの筺体に熱伝導の高い材料を介して接触させることで、制御素子６から発生した熱は、第１のパワー素子１や第２のパワー素子２から発生する熱とは異なる面に放熱することが可能となり、半導体装置１０１の高放熱化を実現する。
【００３１】
もちろん、モータ以外の機器に搭載された場合にも、露出された第１のパワー素子１の一面を機器の筺体に熱伝導の高い材料を介して接触させることで、同様に高放熱化を実現することができる。また、例えばＡｌなどからなり放熱フィンを備えることも可能である。この放熱フィンを備える場合には、第１のパワー素子１の露出した一面に、例えばＮｉやＡｕなどのめっきを施し、導電性の高い材料を介して接触させることで、放熱フィンとの接触安定性を向上させることが可能である。
【００３２】
これにより、制御素子６を内蔵することで半導体装置１０１の高機能化を小型で実現し、かつ制御素子６の発熱を第１のパワー素子１や第２のパワー素子とは異なる面に放熱することが可能となり、半導体装置１０１の高放熱化を実現できることが可能である。
上記で説明していない部分の半導体装置１０１は、半導体装置１００と同じである。
【００３３】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３４】
１  第１のパワー素子
２  第２のパワー素子
３  断熱接着部材
４  駆動素子
５  導電性バンプ
６  制御素子
７  モールド樹脂
８  リード
９  ワイヤ
１０  導電性接着部材
１００、１０１  半導体装置
【図１】
2014187250.tif 000003
【図２】
2014187250.tif 000004
【図３】
2014187250.tif 000005
【図４】
2014187250.tif 000006
【図５】
2014187250.tif 000007
【図６】
2014187250.tif 000008