(57)【要約】【課題】  半導体装置内の半導体素子を周辺の熱環境から保護する。【解決手段】  放熱性及び導電性を有する支持板(1)と、支持板(1)の一方の主面に絶縁部材(3)を介して固着された主半導体素子(2)とを半導体装置に設ける。絶縁部材(3)は、支持板(1)に固着された絶縁層(3a)と、絶縁層(3a)と主半導体素子(2)との間に固着された断熱層(3b)とを備え、主半導体素子(2)を周辺の熱環境から十分に保護する。【選択図】  図１
2006005203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱性及び導電性を有する支持板と、該支持板の一方の主面に固着された主半導体素子及び従半導体素子とを備え、
前記主半導体素子と前記従半導体素子の少なくとも一方は、前記支持板の一方の主面に絶縁部材を介して固着され、
前記絶縁部材は、前記支持板に固着された絶縁層と、該絶縁層と前記主半導体素子又は前記従半導体素子との間に固着された断熱層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
放熱性及び導電性を有する支持板と、該支持板の一方の主面に固着された従半導体素子と、該従半導体素子の一方の主面に絶縁部材を介して固着された主半導体素子とを備え、
前記絶縁部材は、前記従半導体素子の一方の主面に固着された絶縁層と、該絶縁層と前記主半導体素子との間に固着された断熱層とを備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、気泡の含有率が相対的に少ない誘電体膜から成り、前記断熱層は、相対的に気泡の多い誘電体膜から成る請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記主半導体素子と従半導体素子との間に形成された上方空間を通じてワイヤボンディングされたリード細線により前記主半導体素子と従半導体素子とを接続し、前記主半導体素子の駆動信号により前記従半導体素子の動作を制御する請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記主半導体素子は制御ＩＣであり、前記従半導体素子はパワ−半導体素子である請求項１乃至４の何れか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、特にパワー半導体素子と制御ＩＣとを熱的、電気的に良好に分離することができる半導体装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子とその制御ICとを一体にパッケージした半導体装置は公知である。図示しないが、この種の半導体装置は、支持板上に固着されたパワー半導体素子の上に制御ＩＣを固着する積層型構造と、支持板上にパワー半導体素子と制御ＩＣとを並置して固着する隣接型構造とがある。例えば、積層型構造の半導体デバイスは、下記特許文献１に示される。
【０００３】
【特許文献１】特許第２,５６６,２０７号公報、第４図
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パワー半導体素子は制御ＩＣに比較して発熱量が大きいため、パワー半導体素子の発熱が制御ＩＣに伝わり、制御ＩＣが加熱されることがある。このため、制御ＩＣの機能によっては、パワー半導体素子と制御ＩＣとを熱的に分離することが望ましい場合がある。また、パワー半導体素子又はパワー半導体素子が固着された支持板から制御ＩＣを良好に電気的に絶縁したい場合がある。
本発明は、パワー半導体素子と制御ＩＣとを熱的、電気的に良好に分離することができる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】
【０００５】
本発明の半導体装置は、放熱性及び導電性を有する支持板(1)と、支持板(1)の一方の主面に固着された主半導体素子(2)及び従半導体素子(4)とを備えている。主半導体素子(2)と従半導体素子(4)の少なくとも一方は、支持板(1)の一方の主面に絶縁部材(3)を介して固着され、絶縁部材(3)は、支持板(1)に固着された絶縁層(3a)と、絶縁層(3a)と主半導体素子(2)又は従半導体素子(4)との間に固着された断熱層(3b)とを備える。絶縁部材(3)により主半導体素子(2) と従半導体素子(4)とを熱的に分離できると共に、電気的に良好に絶縁することができる。
【発明の効果】
【０００６】
主半導体素子の発熱によって従半導体素子の電気的特性が劣化することを防止し、且つ主半導体素子と従半導体素子との電気的絶縁を良好に達成できる信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
スイッチングレギュレータに使用されるパワー半導体装置に適用した本発明による半導体装置の実施の形態を図１〜図３について以下説明する。
【０００８】
図１に示す本発明の実施の形態では、本発明の半導体装置は、放熱性及び導電性を有する支持板(1)と、支持板(1)の一方の主面に絶縁部材(3)を介して固着された主半導体素子としての制御ＩＣ(2)と、支持板(1)の一方の主面に導電性の接着剤又は半田(5)により絶縁部材(3)から離間して固着された従半導体素子としてのパワースイッチング半導体素子、例えばＭＯＳＦＥＴ(4)と、制御ＩＣ(2)とＭＯＳＦＥＴ(4)とを電気的に接続するリード細線(6)とを備えている。支持板(1)は、ニッケルメッキされた銅又はアルミニウム等の放熱性及び導電性を有する金属により形成され、ＭＯＳＦＥＴ(4)の主電極、即ちドレイン電極が支持板(1)に電気的に接続される。
【０００９】
絶縁部材(3)は、支持板(1)に固着された絶縁層としての誘電体層(3a)と、誘電体層(3a)と制御ＩＣ(2)との間で誘電体層(3a)に固着されて制御ＩＣ(2)を支持する高伝熱抵抗性の断熱層(3b)との二層構造を有する。誘電体層(3a)は、気泡の含有率が相対的に少ないか又は気泡又はピンホールのないポリイミド樹脂（カプトンフィルム）等の誘電体膜から成り、それ自体の接着性で支持板(1)に接着される。気泡を含まないか殆ど含まない誘電体層(3a)は、良好な絶縁特性を有する。誘電体層(3a)の下側に接着テープを設け、接着テープを介して支持板(1)に誘電体層(3a)を接着する構造にしても良い。何れにしても、制御ＩＣ(2)は、断熱層(3b)と制御ＩＣ(2)との間に配置された接着剤(13)により断熱層(3b)に固着される。断熱層(3b)自体に接着性を持たせて、接着剤(13)を省略することもできる。
【００１０】
断熱層(3b)は、相対的に気泡の多い誘電体膜又はポリイミド発泡体等の発泡樹脂により形成される。誘電体層(3a)に固着された気泡を含むテープ剤を使用して断熱層(3b)を形成してもよく、誘電体層(3a)と同一のポリイミド樹脂又は異なる材料で断熱層(3b)を形成してもよい。上面と下面とに粘着面を形成するテープ部材により誘電体層(3a)と断熱層(3b)とを構成すれば、誘電体層(3a)と断熱層(3b)とを介して支持板(1)に制御ＩＣを容易に、強固に且つ迅速に固着することができる。別法として、誘電体層(3a)と断熱層(3b)とを張り合わせて、チップ状に絶縁部材(3)を形成してもよい。
【００１１】
気泡を含む断熱層(3b)の伝熱抵抗は、気泡を実質的に含まない誘電体層(3a)の伝熱抵抗より大きいため、誘電体層(3a)によってＭＯＳＦＥＴ(4)の発熱の制御ＩＣ(2)への伝達を防止できる。断熱層(3b)と同様に、誘電体層(3a)も気泡(3c)を含む樹脂材料で形成すれば、被覆体(7)の伝熱抵抗は更に増加するが、同時に絶縁部材(3)全体の電気絶縁性が低下し、支持板(1)と制御ＩＣ(2)との電気的分離を良好に達成できない。従って、断熱層(3b)の熱抵抗は誘電体層(3a)の熱抵抗よりも大きいことが重要である。
【００１２】
図２は、誘電体層(3a)となる接着性の樹脂テープ(11)上に断熱層(3b)となる波状の樹脂(12)を圧接して、樹脂(12)と樹脂テープ(11)との間に気泡(3c)となるボイドを一定間隔で形成する絶縁部材(3)の第１の製法を示す。図３は、誘電体層(3a)となる発泡剤を含有しない樹脂(11)に対して断熱層(3b)となる発泡剤を含有する樹脂(12)とを加熱接合して形成する絶縁部材(3)の第２の製法を示す。樹脂(12)中の発泡剤は、加熱により膨張して気泡(3c)を形成する。
【００１３】
制御ＩＣ(2)の図示しない電極及びＭＯＳＦＥＴ(4)の図示しないソース電極は、支持板(1)の周辺に設けられた図示しない複数のリード端子に接続される。支持板(1)に連結して形成されるリード端子は、支持板(1)に流れる電流、即ちＭＯＳＦＥＴ(4)の主電流（ドレイン電流）の通路となる。ワイヤボンディングにより、制御ＩＣ(2)上の図示しない電極にリード細線(6)の一端を固着し、ＭＯＳＦＥＴ(4)上の図示しないゲート電極にリード細線(6)の他端を固着して、上方空間(14)を通じてリード細線(6)を制御ＩＣ(2)とＭＯＳＦＥＴ(4)との間に橋絡させれば、動作の際に、リード細線(6)を通じて制御ＩＣ(2)の駆動パルスをＭＯＳＦＥＴ(4)のゲート電極に付与すると、ＭＯＳＦＥＴ(4)は、オン・オフ動作を反復して、制御ＩＣ(2)の駆動信号によりＭＯＳＦＥＴ(4)の動作を制御することができる。ＭＯＳＦＥＴ(4)のオン時に支持板(1)とリード端子とを通じてドレイン電流が流れて、ＭＯＳＦＥＴ(4)からの熱を半田(5)を介して支持板(1)から効率よく放出できるので、十分な放熱性を確保して、ＭＯＳＦＥＴ(4)に大きな電流を流すことができる。ＭＯＳＦＥＴ(4)の放熱量が増加しても、絶縁部材(3)は、ＭＯＳＦＥＴ(4)の熱を遮断して制御ＩＣ(2)には伝達させない。また、ＭＯＳＦＥＴ(4)と制御ＩＣ(2)とを誘電体層(3a)によって完全に電気的に絶縁するので、ＭＯＳＦＥＴ(4)と制御ＩＣ(2)との間での電気的短絡事故を防止できる。絶縁部材(3)は、支持板(1)と制御ＩＣ(2)とを固着する作用と、ＭＯＳＦＥＴ(4)と制御ＩＣ(2)とを熱的に分離する作用と、ＭＯＳＦＥＴ(4)と制御ＩＣ(2)とを電気的に分離する作用とを有する。本実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴ(4)からの発熱に対して制御ＩＣ(2)を絶縁部材(3)により十分に保護すると共に、制御ＩＣ(2)に加えられる外力を可撓性又はクッション性のある絶縁部材(3)により緩和して、制御ＩＣ(2)の損傷を回避することができる。
【００１４】
図１では、支持板(1)上にＭＯＳＦＥＴ(4)と制御ＩＣ(2)とを並置して固着する隣接型構造に本発明を適用する例を示したが、図４及び図５に示すように、支持板(1)上に固着したＭＯＳＦＥＴ(4)上に絶縁部材(3)を介して制御ＩＣ(2)を固着する積層型構造に適用して、半導体装置の高密度化を図り、平面占有面積を減少することもできる。この場合、導電性の接着剤又は半田(5)によりＭＯＳＦＥＴ(4)を支持板(1)の一方の主面に固着し、ＭＯＳＦＥＴ(4)の一方の主面に絶縁部材(3)を介して制御ＩＣ(2)を固着する。制御ＩＣ(2)の電極とＭＯＳＦＥＴ(4)の電極とはリード細線(6)により電気的に接続され、支持板(1)は、支持板(1)の周辺に設けられる外部リード(7)の一つ(7a)に接続され、支持板(1)と外部リード(7a)との間で電流が流れる。制御ＩＣ(2)の他の電極は、リード細線(8)により支持板(1)の周囲に配置された複数の外部リード(7b)に電気的に接続される。
【００１５】
絶縁部材(3)は、ＭＯＳＦＥＴ(4)の一方の主面に固着された絶縁層としての誘電体層(3a)と、誘電体層(3a)と制御ＩＣ(2)との間で誘電体層(3a)に固着されて制御ＩＣ(2)を支持する高伝熱抵抗性の断熱層(3b)との二層構造を有する。誘電体層(3a)は、気泡の含有率が相対的に少ないか又は気泡又はピンホールのないポリイミド樹脂（カプトンフィルム）等の誘電体膜から成り、それ自体の接着性で支持板(1)に接着される。気泡を含まないか殆ど含まない誘電体層(3a)は、良好な絶縁特性を有する。断熱層(3b)は、相対的に気泡の多い誘電体膜又はポリイミド発泡体等の発泡樹脂により形成され、ＭＯＳＦＥＴ(4)の熱を遮断して制御ＩＣ(2)に伝達させない。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、比較的な大きな電流が流れるパワー半導体素子と、パワー半導体素子を制御する制御素子とを備えた半導体装置への実施に適する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体装置の実施の形態を示す側面図
【図２】絶縁部材の製造法の実施の形態を示す断面図
【図３】絶縁部材の他の製造法の実施の形態を示す断面図
【図４】本発明の他の実施の形態による半導体装置の側面図
【図５】図４の平面図
【符号の説明】
【００１８】
(1)・・支持板、  (2)・・主半導体素子（制御ＩＣ）、  (3)・・絶縁部材、  (3a)・・誘電体層、  (3b)・・断熱層、  (4)・・従半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）、  (6)・・リード細線、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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