(57)【要約】【課題】  金属ベース回路基板を用いた半導体装置において、金属ベースを変形させることにより得られる金属の突起を利用して絶縁層上に設けられる回路パターンと金属ベースとを接続しながら、その特性を向上させる。【解決手段】  絶縁層３を介して金属ベース２の上面に回路パターン４ａ〜４ｃが形成される。半導体素子５は、回路パターン４ａ及び４ｄに接続され、電極６、７は、それぞれ回路パターン４ｂ、４ｃに接続される。金属ベース２の一部を突出変形させることにより形成されるアースポイント８ａ〜８ｃが、対応する回路パターン４ａ、４ｃと接続している。電極６から回路パターン４ｂ、半導体素子９及び回路パターン４ｄを介して半導体素子５へ流れる電流、及び半導体素子５から回路パターン４ａ、金属ベース２及び回路パターン４ｃを介して電極７へ流れる電流が、互いに平行に且つ逆方向に流れるように、各部品の配置及び回路パターンが設計される。【選択図】      図１
2006216798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁層を介して金属ベースの上面に回路パターンが形成されて成る金属ベース回路基板と、
上記回路パターンに各々実装される半導体素子、及び、第１、第２の電極とを有し、
上記金属ベースと上記回路パターンとの間は、当該金属ベースの一部を上記絶縁層を貫通するように突出させて成る突起により接続され、
上記第１の電極は、少なくとも上記回路パターンを介して上記半導体素子に接続され、
上記第２の電極は、少なくとも上記突起、上記金属ベース及び上記回路パターンを介して上記半導体素子に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記半導体素子、第１の電極、第２の電極は、上記第１の電極と上記半導体素子との間の電流と、上記第２の電極と上記半導体素子との間の電流とが、少なくとも一部区間において互いに平行に且つ逆方向に流れるように配置される
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】
上記回路は、チョッパ回路であり、
上記半導体素子は、上記チョッパ回路の入力側から出力側に伝達される電力を制御するためのスイッチング素子であり、
上記第１の電極は、上記チョッパ回路の出力プラス電極であり、
上記第２の電極は、上記チョッパ回路の出力マイナス電極である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
絶縁層を介して金属ベースの上面に回路パターンが形成されて成る金属ベース回路基板と、上記回路パターンにて接続される半導体スイッチング素子を含むスイッチ回路と、
上記スイッチ回路に接続されたコイルと、
上記金属ベース回路基板の上面に設けられる出力プラス電極および出力マイナス電極、を有し、
上記金属ベースと上記スイッチ回路を構成している回路パターンとの間は、その金属ベースの一部を突出させることにより得られる突起を利用して接続され、
上記出力プラス電極は、少なくとも上記絶縁層上に形成される回路パターンを介して上記半導体スイッチング素子に接続され、
上記出力マイナス電極は、少なくとも上記突起、上記金属ベース及び上記回路パターンを介して上記半導体スイッチング素子に接続される
ことを特徴とするチョッパ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属ベース回路基板を用いた半導体装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、金属ベース回路基板を用いた半導体装置が広く実用化されている。この種の半導体装置では、一般に、金属ベース上に絶縁層が設けられ、その絶縁層の上面に半導体素子等が搭載されて様々な回路が構成される。そして、金属ベースは、その絶縁層上に設けられる半導体素子等から発生する熱を放出すると共に、しばしば回路のアース部と同電位で使用される。この場合、絶縁層上に設けられる回路と金属ベースとを電気的に接続する必要がある。
【０００３】
絶縁層上に設けられる回路パターンと金属ベースとを電気的に接続する従来技術の１つとして、金属ベース回路基板の裏面（金属ベース側）からプレスを行うことにより、その表面（回路パターン）側に突出する金属の突起を形成し、その突起を、回路パターン側から押し潰して絶縁層上に設けられる回路パターンの所定点に接触させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
この構成によれば、ワイヤボンディング或いはアース用電極等の半田付けが不要であり、組立て作業の効率が向上すると共に、コストの低減ができる。また、多層の金属ベース回路基板のようにバイアホール等を利用する構成と比べて、大電流を流すことが出来ると共に、放熱性も向上する。
【特許文献１】特開平８−２２８０５６号公報（図１、明細書の段落００１２〜００１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、特許文献１に記載の構成の利点を生かしつつ、半導体装置の特性をさらに向上させることを目的とする。すなわち、本発明は、金属ベース回路基板を用いた半導体装置において、その金属ベースを変形させることにより得られる金属の突起を利用して絶縁層上に設けられる回路パターンと金属ベースとを接続しながら、その半導体装置としての特性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、絶縁層を介して金属ベースの上面に回路パターンが形成されて成る金属ベース回路基板および上記回路パターンにより構成される半導体素子を含む回路と、上記回路パターン上に設けられる第１及び第２の電極、を有する。そして、上記金属ベースと上記回路パターンとの間は、その金属ベースの一部を突出させることにより得られる突起を利用して接続される。上記第１の電極は、少なくとも、上記絶縁層上に形成される回路パターンを介して上記半導体素子に接続される。上記第２の電極は、少なくとも、上記突起、上記金属ベース及び上記回路パターンを介して上記半導体素子に接続される。
【０００７】
上記半導体装置においては、第１の電極と半導体素子との間は、絶縁層上に形成される回路パターンを介して電流が流れる。一方、第２の電極と半導体素子との間は、主に金属ベースを介して電流が流れる。すなわち、金属ベースが電流経路の一部となる。これにより、半導体装置の小型化、部品点数の削減等が図れる。また、上記回路パターンと上記金属ベースとの間は、その金属ベースの一部を突出させることにより得られる金属の突起を利用して接続される。よって、大電流を流すことが容易であり、さらに放熱性も良好である。
【０００８】
上記半導体装置において、上記半導体素子、第１の電極、第２の電極は、上記第１の電極と上記半導体素子との間の電流と、上記第２の電極と上記半導体素子との間の電流とが少なくとも一部区間において互いに平行に且つ逆方向に流れるように配置されるようにするとよい。このような構成とすれば、寄生インダクタンス値が低減される。
【０００９】
また、上記半導体装置において、上記回路がチョッパ回路であり、上記半導体素子が上記チョッパ回路の入力側から出力側に伝達される電力を制御するためのスイッチング素子であり、上記第１の電極が上記チョッパ回路の出力プラス電極であり、上記第２の電極が上記チョッパ回路の出力マイナス電極であるようにするとよい。このような構成とすれば、特性のよいチョッパ回路が実現される。
【００１０】
本発明に係るチョッパ回路は、絶縁層を介して上記金属ベースの上面に回路パターンが形成されて成る金属ベース回路基板および上記回路パターンにより構成される半導体スイッチング素子を含むスイッチ回路と、上記スイッチ回路に接続されたコイルと、上記回路パターン上に設けられる出力プラス電極および出力マイナス電極、を有する。そして、上記金属ベースと上記回路パターンとの間は、その金属ベースの一部を突出させることにより得られる突起を利用して接続される。上記出力プラス電極は、少なくとも、上記絶縁層上に形成される回路パターンを介して上記半導体スイッチング素子に接続される。上記出力マイナス電極は、少なくとも、上記突起、上記金属ベース及び上記回路パターンを介して上記半導体スイッチング素子に接続される。
【００１１】
この構成によれば、チョッパ回路の電流経路の一部が金属ベースにより構成される。また、上記回路パターンと金属ベースとの間は、その金属ベースの一部を突出させることにより得られる金属の突起を利用して接続される。よって、大電流を流すことが容易であり、さらに放熱性も良好である。すなわち、上記構成は、大電流を流すことが多く、発熱量の大きなチョッパ回路に好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、金属ベース回路基板を用いた半導体装置において、その金属ベースを変形させることにより得られる金属の突起を利用して絶縁層上に設けられる回路と金属ベースとを接続しながら、その特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の半導体装置の構成を示す図である。半導体装置１は、金属ベース回路基板１０を用いて構成される。
金属ベース２は、金属ベース回路基板１０のベース基板であり、特に限定されるものではないが、たとえば、アルミニウム等で形成される。金属ベース２の表面には、絶縁層３を介して回路パターン４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）が形成される。回路パターン４は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミニウム箔、銅箔等で形成される。ここで、回路パターン４は、電極および半導体素子を実装するためのランド、ワイヤボンディングエリア、各種信号検出用のパターンを含むものとする。なお、図１に示す回路パターン４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、互いに絶縁されている。
【００１４】
半導体素子５は、例えば、ＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子であり、入力端子、出力端子、制御端子を備える。半導体素子５の出力端子は、回路パターン４ａに接続されている。また、半導体素子５の入力端子は、回路パターン４ｄに接続されている。なお、制御端子は、図１には描かれていない他の回路パターンに接続されている。
【００１５】
半導体素子９は、例えば、ＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子あるいはダイオードであり、入力端子、出力端子、素子によっては制御端子を備える。半導体素子９の入力端子または出力端子の一方は、回路パターン４ｄに接続されている。また、半導体素子９の入力端子または出力端子の他方は、回路パターン４ｂに接続されている。
【００１６】
電極（第１の電極）６、電極（第２の電極）７は、半導体装置１を外部の回路あるいは電源等に接続するための端子である。電極６は、回路パターン４ｂに接続されている。また、電極７は、回路パターン４ｃに接続されている。なお、電極６、７は、互いに近接して設けられており、さらに、金属ベース回路基板２から垂直方向に立ち上がっている部分が互いに近接して平行になるように形成されている。
【００１７】
金属ベース回路基板１０は、アースポイント８（８ａ、８ｂ、８ｃ）を備える。アースポイント８は、金属ベース回路基板１０をその裏面側（金属ベース２側）からプレスすることによって表面側（回路パターン４側）に形成される金属の突起を、回路パターン４側から押し潰して絶縁層３上に設けられる回路パターン４の所定点に接触させることにより形成され、絶縁層３の上面に形成される回路パターン４と金属ベース２との間の電気的導通路として使用される。なお、アースポイント８は、例えば、金属ベース２の厚さの半分程度の深さで局部的にプレスを加えることにより形成可能であり、公知の技術（たとえば、上述した特許文献１）により形成される。また、アースポイント８の形状、個数、サイズ等は、機械的に形成可能な範囲で、半導体装置１の仕様または用途に応じて適宜決定するものとする。
【００１８】
各アースポイント８は、絶縁層３を貫通するようにしてその表面側に突出している。そして、各アースポイント８は、それぞれ、金属ベース回路基板１０の表面側において押しつぶされて、対応する回路パターン４に接触（すなわち、圧接）させられる。図１に示す例では、アースポイント８ａは回路パターン４ａと接触するようにプレスされ、アースポイント８ｂ、８ｃはいずれも回路パターン４ｃに接触するようにプレスされている。
【００１９】
上記構成において、半導体素子５を回路パターン４ａ、４ｄに接続すると、電極６から半導体素子５等を介して電極７へ至る電流経路が形成される。すなわち、電極６から電極７へ電流を流すものとすると、電極６から入力される電流は、回路パターン４ｂ、半導体素子９、回路パターン４ｄ、半導体素子５、回路パターン４ａ、アースポイント８ａ、金属ベース２、アースポイント８ｂおよび８ｃ、回路パターン４ｃを経由した後に電極７から出力される。
【００２０】
このように、実施形態の半導体装置１は、金属ベース２が電流経路として使用される構成である。すなわち、図１に示すように基板表面側のみに回路パターンが形成された金属ベース回路基板を利用した半導体装置であっても、部分的に両面基板として動作させることができる。よって、基板表面の回路パターン占有面積の削減、ジャンパ線等の実装部品の削減などにより、半導体装置の小型化および低コスト化を図ることができると共に、回路パターン設計の自由度も高くなる。また、従来の多層金属ベース回路基板と比較して、大幅に低コスト化を図ることができる。
【００２１】
回路パターン４と金属ベース２との間は、金属ベース２の一部を突出変形させることによって形成されるアースポイント８により接続されている。このため、半導体装置１は、大電流を流す構成に特に有用である。
【００２２】
半導体素子５で発生する熱は、熱伝導率の悪い絶縁層を介するだけでなく、回路パターン４、アースポイント８を介しても金属ベース２に伝達される。この結果、放熱性の向上が期待される。
【００２３】
さらに、図１において矢印１３で示す領域で、電極６から回路パターン４ｂ、半導体素子９、回路パターン４ｄを介して半導体素子５に至る経路を流れる電流と、半導体素子５から回路パターン４ａ、金属ベース２及び回路パターン４ｃを介して電極７に至る経路の電流とが、互いに概ね平行で且つ逆方向に流れるようにすれば、その領域での寄生インダクタンス値が低減し、半導体装置１の効率及び耐ノイズ性が向上する。なお、各部品（半導体素子５、半導体素子９、電極６、７）の配置、回路パターン４の引回し、アースポイント８の配置などは、上述の条件が満たされるように設計される。図１に示す半導体装置１においては、電極６、７は互いに近接して設けられているので、基本的に、上記条件を満たすことになる。このとき、回路パターン４ｂ、４ｄは、可能な範囲で、半導体素子５と電極６との間で太い回路パターンで直線的に形成されていることが望ましい。
【００２４】
本発明の半導体装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、下記の態様にも適用される。
１．半導体素子の個数、種類、実装形態、実装位置、形状、箇所数、最表層の回路パターンの形状、電極の個数、実装形態、実装位置、形状などは、半導体装置の仕様または用途に応じて適宜変更可能である。上述の実施例の半導体素子は、例えば、ＴＯ−２２０等の樹脂モールド品であるが、ワイヤボンディングを利用したベアチップ等の構成であってもよい。さらに、金属ベース及び回路パターンの材質は、特に限定されるものではない。
【００２５】
２．金属ベース回路基板は、上述の実施例の基板と同等の形状を形成できるものであれば、多層金属ベース回路基板（一部が多層になっている構成を含む）であってもよい。
３．アースポイントの形状、数、サイズ、形成位置等は、半導体装置の仕様または用途に応じて適宜変更することができる。なお、アースポイント数を増やすと、電流容量が大きくなり、高い導通信頼性が期待できる。
【００２６】
４．電極は、上述の実施例では、基板に直接的に半田付けされているが、インサート電極樹脂ケース等の電極に基板からワイヤボンディングを行ってもよい。即ち、電極は、基板上に設けられなくてもよい。
【００２７】
５．絶縁層の材質は、特に限定されるものではなく、通常の樹脂材等でなくてもよい。
次に、図２を参照しながら、本発明の半導体装置の適用例を説明する。ここでは、図１に示す半導体装置１が、入力側バッテリ１１の電力を出力側バッテリ１２に伝達するチョッパ回路に使用されるケースを説明する。
【００２８】
図２に示す昇圧チョッパ回路においては、入力バッテリ１１の正極は、コイルＬＤＲを介してＩＧＢＴのコレクタおよびダイオードＤのアノードに接続されている。ＩＧＢＴのゲートには、制御ＩＣからの信号が入力される。ダイオードＤのカソードは、出力側バッテリ１２の正極に接続されている。出力側バッテリ１２に並列に出力コンデンサＣが接続されている。そして、入力側バッテリ１１の負極、ＩＧＢＴのエミッタ、出力側バッテリ１２の負極は、接地されている。
【００２９】
上記昇圧チョッパ回路の接地レベルは、金属ベース２により実現される。ＩＧＢＴは、半導体素子５に、ダイオードＤは、半導体素子９に相当する。出力側バッテリ１２の正極が電極６に相当し、出力側バッテリ１２の負極が電極７に相当する。出力側バッテリ１２の正極とＩＧＢＴのコレクタとを接続するラインは、回路パターン４ｂ、ダイオードＤを介して、回路パターン４ｄに相当する。なお、コイルＬＤＲ、出力コンデンサＣ及びＩＣは、外付け部品として接続されるようにしてもよい。ＩＧＢＴのエミッタを接地するラインは、回路パターン４ａおよびアースポイント８ａに相当する。出力側バッテリ１２の負極を接地するラインは、電極７、回路パターン４ｃ、アースポイント８ｂ、８ｃに相当する。
【００３０】
なお、図２においては、本発明を昇圧チョッパ回路に適用した実施例を示したが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、反転チョッパ回路や降圧チョッパ回路等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態の半導体装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態の半導体装置の使用例である。
【符号の説明】
【００３２】
１      半導体装置
２      金属ベース
３      絶縁層
４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）  回路パターン
５、９  半導体素子
６、７  電極
８（８ａ、８ｂ、８ｃ）  アースポイント
１０    金属ベース回路基板
１１    入力側バッテリ
１２    出力側バッテリ
【図１】
2006216798.tif 000003
【図２】
2006216798.tif 000004