(57)【要約】【課題】放熱性能を損なうことなく絶縁性能を向上させることができる放熱部材付き半導体デバイスを提供する。【解決手段】半導体デバイス１の作動による発熱時には、樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂから放熱部材２の受熱面２Ａに熱伝導されると共に、樹脂パッケージ１Ａより熱伝導性が高い窒化アルミニウムで構成された絶縁性伝熱片３，３の受熱面３Ａ，３Ａにも樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂの周縁部から熱伝導されるため、放熱性能が十分に確保される。そして、放熱部材２より絶縁性が高い窒化アルミニウムで構成された絶縁性伝熱片３，３が放熱部材２の肩部に一体に設けられているため、リード１Ｃから放熱部材２の肩部を除く露出面２Ｃまでの空間距離が増大し、絶縁性能が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードを有する半導体デバイスのパッケージの放熱面に放熱部材の受熱面が接触する構造の放熱部材付き半導体デバイスであって、
前記放熱部材は、前記リードに対面する部分から前記パッケージの放熱面の周縁部に対面する部分にわたる肩部に一体に設けられた絶縁性伝熱部材を有し、
前記絶縁性伝熱部材は、前記放熱部材より絶縁性が高く、かつ、前記パッケージより熱伝導性が高い材料で構成されており、
前記絶縁性伝熱部材には、前記パッケージの放熱面の周縁部に接触する受熱面が設けられていることを特徴とする放熱部材付き半導体デバイス。
【請求項２】
前記パッケージの放熱面が平坦面で構成されており、前記放熱部材は、その肩部の絶縁性伝熱部材と同一面をなす突部を有し、この突部には、絶縁性伝熱部材の受熱面と連続した平坦面をなす受熱面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放熱部材付き半導体デバイス。
【請求項３】
前記絶縁性伝熱部材は、前記放熱部材の肩部の側面をリードから離間する方向にわたって覆うＬ字状の断面形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の放熱部材付き半導体デバイス。
【請求項４】
前記絶縁性伝熱部材の材料が窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の放熱部材付き半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リードを有する半導体デバイスのパッケージの放熱面に放熱部材の受熱面が接触する構造の放熱部材付き半導体デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＤＩＰ−ＩＰＭ(Dual  Inline  Package  Intelligent  Power  Module）などの大電力を扱う高電圧用の半導体デバイスは、樹脂によりパッケージ化されている。そして、このような半導体デバイスは、その作動に伴い発熱するため、その樹脂パッケージには、冷却フィンやヒートシンクなどと呼称される金属製の放熱部材が付設される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種の放熱部材付き半導体デバイスは、一般に、生産性およびコストの都合から、用途の別に拘わらず樹脂パッケージが同一サイズとされている。このため、用途によっては、樹脂パッケージに外部接続端子として突設されているリードから接地された放熱部材に高電圧がリークする経路である空間距離や沿面距離が不足することがある。この場合、温度や湿度などの使用環境条件によっては、リードから放熱部材に高電圧がリークして放熱部材付き半導体デバイスに絶縁劣化が発生する虞がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、外部端子(リード)と冷却フィン(放熱部材)との間の沿面距離を長くするための突出部を電力用半導体装置の本体部(樹脂パッケージ)に設けることにより、絶縁性を向上させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１９３４６７号公報（要約書、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された従来技術においては、電力用半導体装置の本体部(樹脂パッケージ)の放熱面に接触する冷却フィン(放熱部材)の受熱面の幅が放熱面の幅に較べて小さく設定されているため、電力用半導体装置の本体部(樹脂パッケージ)から冷却フィン(放熱部材)への放熱性能が低下するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、放熱性能を損なうことなく絶縁性能を向上させることができる放熱部材付き半導体デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る放熱部材付き半導体デバイスは、リードを有する半導体デバイスのパッケージの放熱面に放熱部材の受熱面が接触する構造の放熱部材付き半導体デバイスであって、放熱部材は、リードに対面する部分からパッケージの放熱面の周縁部に対面する部分にわたる肩部に一体に設けられた絶縁性伝熱部材を有し、絶縁性伝熱部材は、放熱部材より絶縁性が高く、かつ、パッケージより熱伝導性が高い材料で構成されており、この絶縁性伝熱部材には、パッケージの放熱面の周縁部に接触する受熱面が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る放熱部材付き半導体デバイスでは、半導体デバイスの作動による発熱時に、パッケージの放熱面から放熱部材の受熱面に熱伝導されると共に、パッケージより熱伝導性が高い材料で構成された絶縁性伝熱部材の受熱面にもパッケージの放熱面周縁部から熱伝導されるため、放熱性能が十分に確保される。そして、放熱部材より絶縁性が高い材料で構成された絶縁性伝熱部材がリードに対面する放熱部材の肩部に一体に設けられており、この絶縁性伝熱部材により、リードから放熱部材の肩部を除く露出面までの空間距離が増大するため、高電圧のリークに対する絶縁性能が十分に確保される。
【０００９】
本発明の放熱部材付き半導体デバイスにおいては、パッケージの放熱面が平坦面で構成されており、放熱部材は、その肩部の絶縁性伝熱部材と同一面をなす突部を有し、この突部には、絶縁性伝熱部材の受熱面と連続した平坦面をなす受熱面が形成されているのが好ましい。この場合、パッケージの放熱面が平坦面で構成された汎用性の高い半導体デバイスを対象として、放熱性能および絶縁性能の高い放熱部材付き半導体デバイスを構成することができる。
【００１０】
そして、この場合、放熱部材の突部の幅を小さく設定することにより、リードから突部までの沿面距離を増大して絶縁性能を一層向上させることが可能となる。また、放熱部材の突部の突出長を長く設定し、これに合わせて絶縁性伝熱部材の厚みを増大することにより、リードから放熱部材の肩部を除く露出面までの空間距離を増大して絶縁性能を一層向上させることが可能となる。
【００１１】
本発明の放熱部材付き半導体デバイスにおいて、絶縁性伝熱部材は、放熱部材の肩部の側面をリードから離間する方向にわたって覆うＬ字状の断面形状に形成されているのが好ましい。この場合、リードから放熱部材の肩部を除く露出面までの空間距離を大きく増大して絶縁性能を大幅に向上させることが可能となる。
【００１２】
ここで、本発明の放熱部材付き半導体デバイスにおける絶縁性伝熱部材の材料としては、放熱部材より絶縁性が高く、かつ、パッケージより熱伝導性が高い特性を有する限り、セラミックスや、カーボンナノチューブと樹脂材料との複合材料など、適宜の材料が使用できるが、体積抵抗率が１０〜１２Ωｍ以上、熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。この点で、絶縁性伝熱部材の材料としては、窒化アルミニウムが好適である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る放熱部材付き半導体デバイスによれば、その作動による発熱時の放熱性能を十分に確保することができ、同時に、その作動による高電圧のリークに対する絶縁性能を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る放熱部材付き半導体デバイスの最良の実施形態を説明する。この説明において、同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略することがある。ここで、参照する図面において、図１は一実施形態に係る放熱部材付き半導体デバイスの断面図、図２は図１に示した放熱部材付き半導体デバイスの要部の拡大断面図である。
【００１５】
図１に示すように、一実施形態に係る放熱部材付き半導体デバイスは、半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａが平坦な放熱面１Ｂを有している。そして、この放熱面１Ｂと、これに対面する放熱部材２の受熱面２Ａおよび一対の絶縁性伝熱片３，３の受熱面３Ａ，３Ａとが熱抵抗の小さい薄いシリコングリース層４を介して密着している。
【００１６】
半導体デバイス１は、例えばＤＩＰ−ＩＰＭなどの大電力を扱う高電圧用の半導体デバイスであって、その作動に伴い発熱する。この半導体デバイス１は、樹脂パッケージ１Ａの両側面から突出する複数のリード１Ｃ，１Ｃを有し、各リード１Ｃ，１Ｃは、それぞれハンダ５Ａによりプリント基板５の導電層５Ｂに接続されている。
【００１７】
放熱部材２は、熱伝導率の高いアルミニウム合金や銅合金により、半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａより幅の広いブロック状に形成されており、その図示しない部分には複数の放熱フィンが形成されている。この放熱部材２は、図２に示すように、半導体デバイス１のリード１Ｃ，１Ｃに対面する部分から樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂの周縁部に対面する部分にわたる両肩部がそれぞれＬ字状に薄く切り欠かれることで、その両肩部の間に受熱面２Ａを有する突部２Ｂが形成されている。
【００１８】
絶縁性伝熱片３，３は、本発明の絶縁性伝熱部材に相当するものであり、放熱部材２より絶縁性が高く、かつ、樹脂パッケージ１Ａより熱伝導性が高い材料、すなわち、体積抵抗率が１０〜１２Ωｍ以上で熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の特性を有する窒化アルミニウムを材料として、Ｌ字状の断面形状に形成されている。
【００１９】
この絶縁性伝熱片３，３は、放熱部材２の両肩部のＬ字状に薄く切り欠かれた部分に埋め込んで一体に接合されており、その一片３Ｂ，３Ｂは、放熱部材２の突部２Ｂと同一面をなして突部２Ｂに連続することで放熱部材２の肩部の上面を覆っている。そして、この絶縁性伝熱片３，３の一片３Ｂ，３Ｂに形成された受熱面３Ｂ，３Ｂが樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂの周縁部にシリコングリース層４を介して密着している。
【００２０】
一方、絶縁性伝熱片３，３の他片３Ｃ，３Ｃは、放熱部材２の肩部の側面をリード１Ｃ，１Ｃから離間する方向に長く覆っており、この他片３Ｃ，３Ｃは、放熱部材２の側面の露出面２Ｃと同一面をなしている。
【００２１】
以上のように構成された一実施形態の放熱部材付き半導体デバイスでは、半導体デバイス１の作動による発熱時に、樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂからシリコングリース層４を介して放熱部材２の突部２Ｂの受熱面２Ａに熱伝導されると共に、その両側に連続する絶縁性伝熱片３，３の一片３Ｂ，３Ｂの受熱面３Ａ，３Ａにも樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂの周縁部からシリコングリース層４を介して熱伝導されるため、放熱性能が十分に確保される。
【００２２】
ここで、絶縁性伝熱片３，３の一片３Ｂ，３Ｂが樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂの周縁部に対面する部分まで放熱部材２の肩部の上面を覆っており、しかも、絶縁性伝熱片３，３の他片３Ｃ，３Ｃが放熱部材２の肩部の側面をリード１Ｃ，１Ｃから離間する方向に長く覆っているため、リード１Ｃ，１Ｃから放熱部材２に向けて高電圧がリークする空間距離は、リード１Ｃ，１Ｃから放熱部材２の肩部を除く側面の露出面２Ｃまでの大きな距離となっている。また、リード１Ｃ，１Ｃから放熱部材２に向けて高電圧がリークする沿面距離も、放熱部材２の幅の狭い突部２Ｂまでの大きな距離となっている。このため、高電圧のリークに対する絶縁性能が十分に確保される。
【００２３】
従って、一実施形態の放熱部材付き半導体デバイスによれば、樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂが平坦面で構成された汎用性の高い半導体デバイスを対象として、その作動による発熱時の放熱性能を十分に確保することができ、同時に、その作動による高電圧のリークに対する絶縁性能を十分に確保することができる。
【００２４】
本発明に係る放熱部材付き半導体デバイスは、前述した一実施形態に限定されるものではなく、その要部の構造は、図３〜図５に示すような構造に変更することができる。
【００２５】
図３に示す第１変形例の要部構造では、図２に示した要部構造における絶縁性伝熱片３，３が一片３Ｂ，３Ｂのみの平板状に形成されている。そして、この一片３Ｂ，３Ｂの受熱面３Ａ，３Ａに対面する樹脂パッケージ１Ａの放熱面１Ｂの周縁部には、絶縁性伝熱片３，３と同様の材料からなる平板状の絶縁性伝熱片６，６が埋め込まれている。
【００２６】
図４に示す第２変形例の要部構造では、図３に示した要部構造における放熱部材２の上面が突部２Ｂをなくした平坦面に形成されている。そして、樹脂パッケージ１Ａの下面には、平板状の絶縁性伝熱片６，６の間に突出する突部１Ｄが形成されている。この変形例では、樹脂パッケージ１Ａの突部１Ｄの周面から絶縁性伝熱片６，６の側面にも熱伝導されるため、その分、放熱性能が向上する。
【００２７】
図５に示す第３変形例の要部構造では、半導体デバイス１の樹脂パッケージ１Ａより幅の広いブロック状の放熱部材２の両肩部を大きく切り欠くことで、放熱部材２には、突出長の長い突部２Ｂが形成されている。そして、放熱部材２の大きく切り欠かれた両肩部には、その上面から突部２Ｂの周面に沿うＬ字状の断面形状に形成された絶縁性伝熱片７，７が一体に接合されている。これに対応して、樹脂パッケージ１Ａの下面には、放熱部材２の突部２Ｂと共に絶縁性伝熱片７，７の一片７Ａ，７Ａが嵌まり込む凹部１Ｅが形成されている。
【００２８】
この第３変形例の要部構造では、樹脂パッケージ１Ａの凹部１Ｅの周面から絶縁性伝熱片７，７の一片７Ａ，７Ａの側面にも熱伝導されるため、その分、放熱性能が向上する。また、リード１Ｃ，１Ｃから放熱部材２の突部２Ｂに向けて高電圧がリークする沿面距離が樹脂パッケージ１Ａの凹部１Ｅに沿って増大するため、その分、絶縁性能が向上する。
【００２９】
また、本発明に係る放熱部材付き半導体デバイスにおいて、前述した絶縁性伝熱片３，３、６，６、７，７は、放熱部材２が水冷される場合、その結露を防止するために、通電により発熱するよう構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る放熱部材付き半導体デバイスの断面図である。
【図２】図１に示した放熱部材付き半導体デバイスの要部の拡大断面図である。
【図３】図２に示した要部の第１変形例を示す拡大断面図である。
【図４】図２に示した要部の第２変形例を示す拡大断面図である。
【図５】図２に示した要部の第３変形例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…半導体デバイス、１Ａ…樹脂パッケージ、１Ｂ…放熱面、１Ｃ…リード、１Ｄ…突部、１Ｅ…凹部、２…放熱部材、２Ａ…受熱面、２Ｂ…突部、２Ｃ…露出面、３…絶縁性伝熱片、３Ａ…受熱面、３Ｂ…一片、３Ｃ…他片、４…シリコングリース層、５…プリント基板、５Ａ…ハンダ、５Ｂ…導電層、６…絶縁性伝熱片、７…絶縁性伝熱片。
【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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