(57)【要約】【課題】パワー系素子とこのパワー系素子を制御する制御系素子とを備えたパッケージ型半導体装置において、パワー系素子の放熱性の向上を図る。【解決手段】パワー系素子２の配線基板として、メタルベース基板５を採用し、制御系素子３の配線基板として、セラミック基板６を採用した。そして、セラミック基板６をヒートシンク７上に接着し、メタルベース基板５をセラミック基板６から離して配置し、メタルベース基板５のパワー系素子２の実装面とは反対側の面が外部に露出するようにして樹脂４により封止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー系素子と、このパワー系素子を制御する制御系素子とを樹脂によりモールドするパッケージ型半導体装置において、
ヒートシンクと、
このヒートシンク上に搭載された制御系回路基板と、
メタルベース基板からなり、前記ヒートシンクから離して配置されたパワー系回路基板と
を備え、
前記制御系素子は前記制御系回路基板に実装されている共に、前記パワー系素子は前記パワー系回路基板に実装され、
且つ、前記ヒートシンク、前記制御系回路基板、前記制御系素子、前記パワー系回路基板、前記パワー系素子は、前記パワー系回路基板の両面のうち前記パワー系素子が実装された面とは反対側の面が外部に露出するように、樹脂によってモールドされていることを特徴とするパッケージ型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を樹脂によってモールドしてなるパッケージ型半導体装置に係り、特に半導体素子としてパワー系素子とこのパワー系素子を制御する制御系素子とを備えたパッケージ型半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のパッケージ型半導体装置としては、モータなどのアクチュエータを制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）が代表的な例として挙げられる。
例えば自動車は、近年、高機能化、高級化の傾向にあり、その進展に伴ってアクチュエータを駆動するシステムが盛んに取り入れられている。そのようなアクチュエータの駆動システムでは、制御が複雑化している関係で、制御系をマイコンで構成している。
一方、この種のアクチュエータ駆動システムでは、小型化の要請が強く、そのために、マイコンを構成するＩＣなどの制御系素子と、パワーＭＯＳ・ＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー系素子とを一体モジュール化することを必要としている。
【０００３】
しかしながら、制御系素子とパワー系素子との一体モジュール化を実現するには、高い放熱性と高密度パッケージという相反する特徴を備えたパッケージ技術が必要となってきている。この要請に応えるパッケージ技術として、例えば特許文献１がある。
この特許文献１に記載されたパッケージ型半導体装置は、ヒートシンクの一面に、２つのセラミック基板からなる配線基板を搭載し、これら配線基板のうち、一方の配線基板の上に制御系素子を実装すると共に、他方の配線基板の上にパワー系素子を実装し、それらヒートシンク、２つの配線基板、制御系素子およびパワー系素子を樹脂により一括にモールドするというものである。
【特許文献１】特開２００５−３２８０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のものでは、ヒートシンクの素子の実装面とは反対側の面が樹脂から外部に露出するようにしてモールドされているため、ヒートシンクの放熱性という点では改善が見られる。しかしながら、パワー系素子は、制御系素子に比べて発熱量が多いが、ヒートシンクへは、制御系素子と同様に、セラミック基板からなる配線基板を介して伝熱される。このため、制御系素子の放熱性はまだしも、パワー系素子の放熱性の点では、未だ満足のゆくものではない。
【０００５】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、パワー系素子の放熱性にも優れたパッケージ型半導体装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、制御系素子とパワー系素子とを実装する配線基板を分け、パワー系素子の配線基板として熱伝導性に優れたメタルベース基板を採用した。そして、メタルベース基板のパワー系素子が実装された面とは反対側の面を樹脂から外部に露出させるようにモールドした。
この構成によれば、パワー系素子を実装したメタルベース基板そのものをヒートシンクとするので、パワー系素子が発する熱は、メタルベース基板に直接的に伝えられ、大気中へと放出される。また、パワー系素子を実装したメタルベース基板とは別の回路基板に制御系素子を実装するので、パワー系素子が発する熱による制御系素子への悪影響を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、パッケージ型半導体装置１の全体構成を示す断面図である。このパッケージ型半導体装置１は、半導体素子として、パワー系素子２と、このパワー系素子２を制御する制御系素子３とを備え、これらを樹脂、例えばエポキシ系の樹脂４によりモールドして構成されている。このようなパッケージ型半導体装置は、電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）として構成され、モータなどのアクチュエータを制御する。
【０００８】
パワー系素子２としては、パワーＭＯＳ・ＦＥＴやＩＧＢＴなどが用いられ、そのスイッチング作用によってモータなどのアクチュエータを通断電制御する。制御系素子３としては、例えばマイコンを構成する各種のＩＣやコンデンサなどの電気部品が用いられ、外部からの信号および予め定められたプログラムなどに基づいてパワー系素子２のスイッチングを制御する。
【０００９】
さて、図１に示すように、パワー系素子２と制御系素子３とは、夫々パワー系回路基板５および制御系回路基板６にベアチップ実装され、図２にも示すように、所定の素子は回路基板にワイヤボンディングされている。パワー系回路基板５としては、メタルベース基板が用いられ、制御系回路基板６としては、例えばセラミック基板が用いられている。ここで、以下では、パワー系回路基板５をメタルベース基板５と称し、制御系回路基板６をセラミック基板６と称することとする。
【００１０】
さて、両基板５，６のうち、メタルベース基板５は、ベースが鉄、アルミ、銅などの熱伝導性に優れた金属で構成されており、自身がヒートシンクとして機能可能である。セラミック基板６は、メタルベース基板５に比べて熱伝導性が低いので、板状のヒートシンク７上に伝熱性接着剤８により固着されている。
【００１１】
パワー系素子２を実装したメタルベース基板５と、ヒートシンク７およびこのヒートシンク７上に接着されたセラミック基板６とは、若干の離間間隔をもって左右に並べるように配置されている。そして、図２にも示すように、メタルベース基板５とセラミック基板６とは、ワイヤボンディングによって互いに接続されている。また、メタルベース基板５上のパワー系素子２、メタルベース基板５およびセラミック基板６は、周囲のリード９にワイヤボンディングされている。
【００１２】
以上のようなメタルベース基板５、このメタルベース基板５、ヒートシンク７、このヒートシンク７上に接着されたセラミック基板６は、メタルベース基板５上のパワー系素子２およびセラミック基板６上の制御系素子３と共に、前記樹脂４により一体モールドされてパッケージ化されている。この場合、メタルベース基板５は、パワー系素子２を実装した面（一面）とは反対側の面（他面）が樹脂４から外部に露出するようにモールドされている。
【００１３】
次に、上記パッケージ型半導体装置１の製造方法を図３および図４により説明する。例えば銅の薄板から、図３（ａ）に示す形態のリードフレーム１０をプレスの打ち抜きによって形成する。このリードフレーム１０は、多数のリード９の他に、ヒートシンク７として用いられるアイランドと称される板状部分を一体に有すると共に、小孔１１ａを有した一対の保持片１１を一体に有している。
【００１４】
一方、メタルベース基板５およびセラミック基板６に、夫々パワー系素子２および制御系素子３をベアチップ実装しておく。そして、メタルベース基板５を、図３（ｂ−１）に示すように、リードフレーム１０の下側に配置し、メタルベース基板５の長手方向両側に突設された一対の突起５ａを、図３（ｂ−２）に示すようにリードフレーム１０の一対の保持片１１の小孔１１ａにその下側から挿通させる。そして、突起５ａの先端部を図３（ｂ−１）に破線で示すようにかしめることにより、メタルベース基板５をリードフレーム１０に固定する。次いで、図３（ｃ）に示すように、セラミック基板６をアイランド（ヒートシンク７）上に搭載し、接着剤８（図３（ｃ）には図示せず）により接着する。
【００１５】
その後、図４（ａ）に示すように、ワイヤボンディングする。このワイヤボンディングにより、パワー系素子２および制御系素子３のうちの所定の素子がメタルベース基板５またはセラミック基板６にワイヤ接続されると共に、メタルベース基板５とセラミック基板６との間、メタルベース基板５およびセラミック基板６とリードフレーム１０のリード９との間、パワー系素子２とリードフレーム１０のリード９との間が夫々ワイヤ接続される。
【００１６】
次に、メタルベース基板５およびセラミック基板６を搭載したリードフレーム１０を成形金型装置（図示せず）に移送し、図４（ｂ）に示すように樹脂封止を行う。この樹脂封止は、メタルベース基板５の他面が樹脂４から露出するようにして行う。これにより、メタルベース基板５、このメタルベース基板５上に実装されたパワー系素子２、ヒートシンク（アイランド）７、このヒートシンク７上に接着されたセラミック基板６、このセラミック基板６上に実装された制御系素子３が樹脂４により一体モールドされる。
その後、図４（ｃ）に示すように、リードフレーム１０のリードタイバーをプレスにより切断する。以上により、メタルベース基板５の他面が樹脂パッケージの表面に露出した形態のパッケージ型半導体装置１が形成される。
【００１７】
このように本実施形態によれば、パワー系素子２をメタルベース基板５の一面上に実装し、メタルベース基板５の他面を樹脂４から外部に露出させるようにして樹脂封止したので、パワー系素子２が発する熱を直接メタルベース基板５に拡散させて直接メタルベース基板５から大気中に放出することができる。このため、パワー系素子２の放熱性（冷却性）にきわめて優れたものとなる。
【００１８】
特に、パワー系素子２の熱を直接メタルベース基板５に伝導拡散できるので、パワー系素子２の急激な発熱に対しても、その熱をメタルベース基板５に拡散させることが可能となる。
更に、メタルベース基板５の他面は外部に露出されているので、放熱性に優れることは勿論であるが、パッケージ型半導体装置１をアルミなどの金属板に接触させるように配設することによって、メタルベース基板５の熱を空気ではなく、熱伝達性に優れる金属板に伝達できるので、より一層のパワー系素子２の放熱性の向上を図ることができる。
また、制御系素子３を実装したセラミック基板６のヒートシンク７は、メタルベース基板５とは別体のもので且つメタルベース基板５から離されているので、メタルベース基板６の熱が伝達されて制御系素子３に悪影響を及ぼすといった不具合を生ずることがない。
【００１９】
図５は、本発明の第２の実施例を示すもので、これは、メタルベース基板５を複数枚、例えば２枚にして互いに所定間隔だけ離して配置した構成のものである。このようにすれば、パワー系素子２の数を増加させ、或いは、メタルベース基板５やパワー系素子２によりアクチュエータに供給する電力を増加させることが可能となる。
【００２０】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態に限定されるものではなく、以下のような変更或いは拡張が可能である。
樹脂４は、エポキシ系に限られない。
制御系回路基板６は、セラミック基板に限られず、他にガラスエポキシ基板を使用することも考えられる。
メタルベース基板５の他面を外部に露出させる形態としては、メタルベース基板５の多面を樹脂４の外面と面一とする形態に限られず、メタルベース基板５の他面側を樹脂４かた突出させるようにする形態であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すパッケージ型半導体装置の縦断面図
【図２】同横断面図
【図３】パッケージ型半導体装置の製造工程を示す図（その１）
【図４】パッケージ型半導体装置の製造工程を示す図（その２）
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図２相当図
【符号の説明】
【００２２】
図中、１はパッケージ型半導体装置、２はパワー系素子、３は制御系素子、４は樹脂、５はメタルベース基板（パワー系回路基板）、６はセラミック基板（制御系回路基板）、７はヒートシンク、８は接着剤、９はリード、１０はリードフレーム、１１は保持片である。
【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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