(57)【要約】【課題】半導体素子が搭載されたリードフレームがヒートシンクに接合された半導体装置において、放熱性を向上すること。【解決手段】本発明では、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面には、接合剤４ｂが塗布される領域を囲むような溝部７ａを設けたことを特徴としている。このような構成にしたことにより、ヒートシンク７とリードフレーム２との接合は、ヒートシンク７に設けられた溝部７ａ内部に充填された接着剤４ｂにより確保しつつ、ヒートシンク７における溝部７ａが設けられた領域を除く領域は、接着剤４ｂが介在せず、リードフレーム２と直接接触させることができる。その結果、パワーチップ１ａにて発生した熱を、ヒートシンク７を介して効率的に外部に放熱することができるようになる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
一面側に前記半導体素子が搭載されたリードフレームと、
前記リードフレームにおける前記半導体素子が搭載された面とは反対側の面に接合部材を介して接合される放熱用ヒートシンクとを備えた半導体装置において、
前記ヒートシンクにおける前記リードフレームが接合される面には、前記接合部材が配設される領域を囲むような溝部を設けられており、該溝部が設けられた領域を除く領域の前記ヒートシンクは前記リードフレームと直接接触していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記溝部の内部には、前記溝部の底部から前記リードフレームに向かって延在する突起が設けられてい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】
半導体素子と、
一面側に前記半導体素子が搭載されたリードフレームと、
前記リードフレームにおける前記半導体素子が搭載された面とは反対側の面に接合部材を介して接合される放熱用ヒートシンクとを備えた半導体装置において、
前記ヒートシンクにおける前記リードフレームが接合される面には、前記接合部材が配設されるテーパー部を設けられており、該テーパー部が設けられた領域を除く領域の前記ヒートシンクは前記リードフレームと直接接触しているたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
前記溝部または前記テーパー部は、前記半導体素子が搭載された領域と対応する領域を除く領域に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子と前記リードフレームとの間には回路基板が介在されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の半導体装置は、前記半導体素子及び前記リードフレームがモールド樹脂にて封止してなる封止樹脂型半導体装置であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子が搭載されたリードフレームがヒートシンクに接合された半導体装置に関し、特にその放熱性を向上した構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
この種の半導体装置としては、図４に示されるように、熱拡散板１９を半田１２などにより固着したＩＧＢＴなどのパワー半導体素子１１が、さらに、第２の半田層１２を介して銅製リードフレーム１３上に固着されている。
【０００３】
そして、このリードフレーム１３は、予め樹脂絶縁層１８によって銅製ヒートシンク１５に固着されており、パワー半導体素子１１は、アルミニウムのボンディングワイヤ１６により配線層に電気的に接合され、系全体が外装樹脂モールド１７により一体成型された構造である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−９３０１５号公報（第４頁右欄１０行−３３行、図１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、上記特許文献では、パワー半導体素子１１にて発生した熱は、半田１２、熱拡散板１９、第２の半田層１２、銅製リードフレーム１３、樹脂絶縁層１８、銅製ヒートシンク１５を介して外部に放熱されることとなるが、銅製リードフレーム１３と銅製ヒートシンク１５との間には、樹脂絶縁層１８が全面塗布されているため、パワー半導体素子１１にて発生した熱を、銅製ヒートシンク１５を介して効率的に外部に放熱できないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導体素子が搭載されたリードフレームがヒートシンクに接合された半導体装置において、放熱性を向上することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の半導体装置は、半導体素子と、一面側に前記半導体素子が搭載されたリードフレームと、前記リードフレームにおける前記半導体素子が搭載された面とは反対側の面に接合部材を介して接合される放熱用ヒートシンクとを備えた半導体装置において、前記ヒートシンクにおける前記リードフレームが接合される面には、前記接合部材が配設される領域を囲むような溝部を設けられており、該溝部が設けられた領域を除く領域の前記ヒートシンクは前記リードフレームと直接接触していることを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ヒートシンクにおけるリードフレームが接合される面に、接合部材が配設される領域を囲むような溝部を設けたことにより、溝部が設けられた領域を除く領域のヒートシンクをリードフレームと直接接触させることができるようになる。
【０００９】
従って、半導体素子にて発生した熱を、接合部材を介さずにヒートシンクに伝播させることができるため、効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００１０】
請求項２に記載の半導体装置は、前記溝部の内部には、前記溝部の底部から前記リードフレームに向かって延在する突起が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、ヒートシンク７の溝部に接合部材を充填し、ヒートシンクにリードフレームを接合する際に、余分な接合部材を溝部内部における突起の外周部に溜めることができるため、接合部材が溝部からはみだすことを防止することができる。それとともに、突起により接合部材の厚みを確保し、ヒートシンクとリードフレームとの密着力を確保することができる。
【００１２】
請求項３に記載の半導体装置は、半導体素子と、一面側に前記半導体素子が搭載されたリードフレームと、前記リードフレームにおける前記半導体素子が搭載された面とは反対側の面に接合部材を介して接合される放熱用ヒートシンクとを備えた半導体装置において、前記ヒートシンクにおける前記リードフレームが接合される面には、前記接合部材が配設されるテーパー部を設けられており、該テーパー部が設けられた領域を除く領域の前記ヒートシンクは前記リードフレームと直接接触しているたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、ヒートシンクにおけるリードフレームが接合される面に、接合部材が配設されるテーパー部を設けたことにより、テーパー部が設けられた領域を除く領域のヒートシンクをリードフレームと直接接触させることができるようになる。
【００１４】
従って、半導体素子にて発生した熱を、接合部材を介さずにヒートシンクに伝播させることができるため、効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００１５】
請求項４に記載の半導体装置は、前記溝部または前記テーパー部は、前記半導体素子が搭載された領域と対応する領域を除く領域に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、半導体素子にて発生した熱を、最短経路にてヒートシンクに伝播することができるため、ヒートシンクを介してより効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００１７】
また、請求項１乃至４に記載の発明は、請求項５に記載のように、前記半導体素子と前記リードフレームとの間には回路基板が介在される構造にも適用でき、請求項６に記載のように、前記半導体素子及び前記リードフレームがモールド樹脂にて封止してなる封止樹脂型半導体装置にも適用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体化した各実施形態を図面に従って説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置１０の断面構造を示す。
【００２０】
まず、図１に示されるように、回路基板である一枚のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）基板１上には、ＩＧＢＴあるいはダイオードチップ等のパワーチップ１ａが複数搭載されている。なお、図示しないが、アルミナ基板１上には、パワーチップ１ａの他に、ロジックＩＣやメモリＩＣからなる制御回路が搭載されている。
【００２１】
このパワーチップ１ａは、アルミナ基板１上に形成された電極パッド（図示せず）と、ワイヤボンディングによるワイヤ５ａにて電気的に接続されている。なお、このワイヤ５ａとしては、例えば、直径が３０μｍ程度の細いワイヤを用いている。
【００２２】
そして、パワーチップ１ａが搭載されたアルミナ基板１は、銅（Ｃｕ）からなるリードフレーム２に、シリコーンゴム等からなる熱硬化性接着剤４ａを介して接合されている。
【００２３】
また、アルミナ基板１におけるパワーチップ１ａが搭載された面には電極パッド（図示せず）が形成されており、この電極パッドとリードピン３とは、ワイヤボンディングによるワイヤ５ｂにて電気的に接続されている。なお、このワイヤ５ｂとしては、例えば、直径が３００μｍ程度の太いワイヤを用いている。
【００２４】
さらに、リードフレーム２におけるアルミナ基板１が接合された面とは反対側の面は、シリコーンゴム等からなる熱硬化性接着剤４ｂ（本発明で言う、接着部材）を介して、銅または銅合金などからなる放熱部材としてのヒートシンク７に接合されている。
【００２５】
そして、リードフレーム２及びアルミナ基板１の全体は、ヒートシンク７の下面を露出した状態で、エポキシ系樹脂等からなる硬質の封止樹脂６によりモールド封止されている。
【００２６】
このような構成にしたことにより、パワーチップ１ａにて発生した熱は、ヒートシンク７を介して外部に放熱することができるようになる。
【００２７】
ここで、本発明では、図１に示されるように、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面には、接合剤４ｂが塗布される領域を囲むような溝部７ａを設けたことを特徴としている。なお、この溝部７ａは、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面の外周部に環状に設けられており、例えば、プレス加工等により、リードフレーム２と接合される前に予め形成されている。
【００２８】
このような構成にしたことにより、ヒートシンク７とリードフレーム２との接合は、ヒートシンク７に設けられた溝部７ａ内部に充填された接着剤４ｂにより確保しつつ、ヒートシンク７における溝部７ａが設けられた領域を除く領域は、接着剤４ｂが介在せず、リードフレーム２と直接接触させることができる。
【００２９】
その結果、パワーチップ１ａにて発生した熱を、ヒートシンク７を介して効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００３０】
さらに、本発明では、ヒートシンク７に設けられた溝部７ａの内部に、溝部７ａの底部からリードフレーム２に向かって延在する突起７ｂが設けられている。なお、この突起７ｂは、上記溝部７ａと同様に、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面の外周部に環状に設けられており、例えば、プレス加工等により、リードフレーム２と接合される前に予め形成されている。
【００３１】
このような構成にしたことにより、ヒートシンク７の溝部７ａに接着剤４ｂを充填し、ヒートシンク７にリードフレーム２を接合する際に、余分な接着剤４ｂを溝部７ａ内部における突起７ｂの外周部に溜めることができるため、接着剤４が溝部７ａからはみだすことを防止することができる。それとともに、突起７ｂにより接着剤４ｂの厚みを確保し、ヒートシンク７とリードフレーム２との密着力を確保することができる。
【００３２】
さらに、本発明では、溝部７ａは、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面において、アルミナ基板１におけるパワーチップ１ａが搭載された領域と対応する領域を除く領域に形成されている。即ち、パワーチップ１ａの直下には、溝部７ａが存在しないような構成になっている。
【００３３】
このような構成にしたことにより、パワーチップ１ａにて発生した熱を、最短経路にてヒートシンク７に伝播することができるため、ヒートシンク７を介してより効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００３４】
（第２実施形態）
図２に本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置１０の断面構造を示す。
【００３５】
本実施形態の半導体装置の構成は、上記第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と同等な構成については同様の符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００３６】
上記第１実施形態では、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面には、接合剤４ｂが塗布される領域を囲むような溝部７ａを設けたことを特徴としているが、本実施形態では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されるように、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面に、テーパー部７ｃを設けたことを特徴としている。
【００３７】
なお、このテーパー部７ｃは、上記溝部７ａや突起７ｂと同様に、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面の外周部に環状に設けられており、例えば、プレス加工等により、リードフレーム２と接合される前に予め形成されている。
【００３８】
このような構成にしたことにより、ヒートシンク７とリードフレーム２との接合は、ヒートシンク７に設けられたテーパー部７ｃに充填された接着剤４ｂにより確保しつつ、ヒートシンク７におけるテーパー部７ｃが設けられた領域を除く領域は、接着剤４ｂが介在せず、リードフレーム２と直接接触させることができる。
【００３９】
その結果、パワーチップ１ａにて発生した熱を、ヒートシンク７を介して効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００４０】
さらに、本発明では、テーパー部７ｃは、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面において、アルミナ基板１におけるパワーチップ１ａが搭載された領域と対応する領域を除く領域に形成されている。即ち、パワーチップ１ａの直下には、溝部７ａが存在しないような構成になっている。
【００４１】
このような構成にしたことにより、パワーチップ１ａにて発生した熱を、最短経路にてヒートシンク７に伝播することができるため、ヒートシンク７を介してより効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００４２】
なお、図２に示されるように、ヒートシンク７に設けられたテーパー部７ｃは、図２（ａ）に示すようにヒートシンク７の内周部から外周部に傾斜する形状でもよいし、図２（ｂ）に示すようにヒートシンク７の外周部から内周部に傾斜する形状でもよい。
【００４３】
（第３実施形態）
図３（ａ）に本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置１０の断面構造を示し、図３（ｂ）に本発明の第３実施形態に係るリードフレームの平面図を示す。なお、この図３（ｂ）は、リードフレームの外周部をダイバーカットする前の状態を示す。
【００４４】
本実施形態の半導体装置の構成は、上記第１実施形態とほぼ同様であるため、第１実施形態と同等な構成については同様の符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
【００４５】
本実施形態では、図３（ｂ）に示されるように、開口部の面積が大きなリードフレーム２（所謂、バツ型リードフレーム）を用い、図３（ａ）に示されるように、このリードフレーム２の開口部にヒートシンク７を貫通させ、ヒートシンク７とリードフレーム２とを直接接触させたことを特徴としている。
【００４６】
その結果、パワーチップ１ａにて発生した熱を、ヒートシンク７を介してより効率的に外部に放熱することができるようになる。
【００４７】
尚、本発明は、上記各実施形態に限られるものではなく、様々な態様に適用可能である。
【００４８】
例えば、上記第１乃至３実施形態では、溝部７ａ及びテーパー部７ｃをヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面に環状に設けているが、これに限られるものではなく、例えば、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面の四隅や二辺に設けてもよい。
【００４９】
例えば、上記第１乃至３実施形態では、溝部７ａ及びテーパー部７ｃをヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面の外周部に設けているが、これに限られるものではなく、例えば、ヒートシンク７におけるリードフレーム２が接合される面の内周部に設けてもよい。
【００５０】
また、上記第１乃至３実施形態では、溝部７ａ及びテーパー部７ｃを個々に設けた構造について説明したが、これに限られるものではなく、溝部７ａ及びテーパー部７ｃを混同として設けてもよい。
【００５１】
また、上記第１乃至３実施形態では、アルミナ基板１上に複数のパワーチップ１ａが搭載された混成集積回路装置について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、アルミナ基板１上に１つの半導体素子が搭載された構造であってもよく、リードフレーム２上にアルミナ基板１を介さずにパワーチップ１ａ等の半導体素子が直接搭載された構造であってもよい。
【００５２】
また、上記第１乃至３実施形態では、リードフレーム２及びアルミナ基板１の全体が封止樹脂６によりモールド封止された樹脂封止型半導体装置について説明したが、これに限られるものではなく、封止樹脂によりモールド封止されていない半導体装置でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構造を示す図である。
【図２】（ａ）と（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構造を示す図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る樹脂封止型半導体装置の断面構造を示す図である。
【図４】従来の半導体装置の断面構造を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…アルミナ基板、
１ａ…パワーチップ、
２…リードフレーム、
３…リードピン、
４ａ、４ｂ…接着剤、
５ａ、５ｂ…ワイヤ、
６…封止樹脂、
７…ヒートシンク、
７ａ…溝部、
７ｂ…突起、
７ｃ…テーパー部、
１０…樹脂封止型半導体装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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