(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子モールド部に導電性を有する板状部材が設けられた半導体素子と、放熱部材とを接合してなる半導体装置であって、
前記放熱部材は前記半導体素子モールド部を位置決めして配置するための位置決め部と、
前記板状部材と前記放熱部材との間に隙間を形成する前記半導体素子モールド部に形成された突起からなる隙間形成部と、を備え、
前記隙間に配設された絶縁性材料を介して前記板状部材と前記放熱部材とが絶縁状態で接合されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記位置決め部は、半導体素子モールド部の側面と位置決め部の側面とが係合可能となるように、前記半導体素子モールド部に形成された突起の高さを調整することを特徴とする請求項１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、半導体装置に係り、特に、放熱部材を備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置のように、構成部材に発熱体を有する回路部品として、例えば、特許文献１に示されるものがある。特許文献１に記載の回路部品は、増幅素子等の発熱体の放熱を行うヒートシンクを備えている。発熱体を放熱用ヒートシンク上に実装するときは、伝熱用ペースト材を介して実装している。
上記構成より、発熱体の温度が上昇したときに、伝熱用ペーストを介して発熱体の熱を良好に放出することができる。
【特許文献１】特開２００４−１５８８１４号公報（第４頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の回路部品では、放熱用ヒートシンクと発熱体間で絶縁を図る場合には、伝熱用ペーストを絶縁物としているが、このように、単に伝熱用ペーストを介在させただけでは良好な絶縁状態を保つことができないという問題があった。
特許文献１には、放熱用ヒートシンクと発熱体間でアース接続が電気的特性に影響がある場合には、伝熱用ペースト材を薄く塗布することにより絶縁効果を低減することが可能であると記載されており、このことからも、伝熱用ペースト材の厚さによって絶縁効果が左右されるものであり、確実に絶縁を図るためには不十分であった。
或いは、回路部品を放熱部材に取り付ける際に、回路部品に予め設けられた孔にネジを挿通することにより放熱部材に固定することも行われていた。この場合は、回路部品と放熱部材の絶縁は樹脂シート等を用いて行われていた。
上記構成によれば、回路部品と放熱部材との絶縁を確実に図ることができるが、回路部品の取り付けにおいて、ドライバなどの工具を用いて行うため手間がかかるとともに、ネジを使用するために部品点数が増加し、またネジ孔のタップ処理が必要であり、コストが上昇するという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、半導体素子の放熱を行う構造を備えているとともに、半導体素子と放熱部材との絶縁を簡単且つ確実に図ることが可能な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題は、本発明によれば、半導体素子モールド部に導電性を有する板状部材が設けられた半導体素子と、放熱部材とを接合してなる半導体装置であって、前記放熱部材は前記半導体素子モールド部を位置決めして配置するための位置決め部と、前記板状部材と前記放熱部材との間に隙間を形成する前記半導体素子モールド部に形成された突起からなる隙間形成部と、を備え、前記隙間に配設された絶縁性材料を介して前記板状部材と前記放熱部材とが絶縁状態で接合されること、により解決される。
【０００６】
このように本発明の半導体装置によれば、半導体素子モールド部と、外部配線に電気的に接続するための端子となる導電性を有する板状部材と、放熱部材とを備え、前記板状部材を介して半導体素子モールド部に発生する熱が放熱部材へと放出される。
本発明では、放熱部材に半導体素子モールド部の位置決め部が形成されており、半導体素子モールド部は位置決め部に配設されて、適正位置に設けられる。
また、放熱部材は板状部材と前記放熱部材との間に隙間を形成する隙間形成部を有し、板状部材と放熱部材との間に隙間が形成されるように構成されている。
したがって、隙間に接着剤を配することにより、板状部材と放熱部材との間で絶縁状態を保つことが可能となる。
本発明の構成によれば、導電性を有する板状部材は放熱部材に直接接することなく、段差部との間に隙間を有して配設されるので、この隙間に常に一定量の接着剤を所定厚さで配することができ、板状部材と放熱部材との絶縁を確実に図ることが可能となる。
本発明では、板状部材と段差部との間の隙間に接着剤を充填するので、製品によってばらつくことなく、所定厚さの接着剤を配することが可能となる。
また、半導体素子を放熱部材に取り付ける際に、ネジ等を用いずに、接着剤を用いて簡単に取り付けることができるので、生産性を向上させ、また部品点数や加工工数を抑えてコストを低減することが可能となる。
【０００７】
また、上記隙間形成部により、板状部材が放熱部材から離間して配設され、放熱部材との間に一定の隙間を確保することができる。
【０００８】
また前記位置決め部は、半導体素子モールド部の側面と位置決め部の側面とが係合可能となるように、前記半導体素子モールド部に形成された突起の高さを調整するように構成すると好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の放熱部材を備えた半導体装置は、半導体素子モールド部に導電性を有する板状部材が設けられており、この板状部材を介して放熱を効果的に行うことが可能である。さらに半導体素子モールド部及び板状部材が放熱部材上に設けられており、半導体素子モールド部が発する熱を好適に放出することが可能である。
このとき、放熱部材に半導体素子モールド部の位置決め部と、板状部材と放熱部材との間に隙間を形成する隙間形成部が設けられており、この隙間に非導電性接着剤等の接着性材料が配設される。
以上の構成により、半導体素子を放熱部材上の適切な位置に配設することが可能となる。また、板状部材と段差部との間の隙間に、常に所定量の接着剤が配設されることとなり、板状部材と段差部との絶縁を確実に図ることが可能となる。
また、半導体素子を放熱部材に取り付ける際に、ネジ等を用いずに、接着剤を用いて簡単に取り付けることができるので、生産性の向上、さらにコスト低減を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する構成、手順等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１及び図２は本発明の一実施形態に係るものであり、図１は放熱部材を備えた半導体装置を示す断面図、図２は放熱部材を備えた半導体装置を示す分解斜視図である。
以下に本発明の放熱部材を備えた半導体装置の一実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る放熱部材を備えた半導体装置１は、例えば乗用自動車や電気自動車に搭載されるものであり、図１及び図２に示すように、半導体素子１０と、放熱部材としてのヒートシンク２０と、を主要構成要素としている。
【００１１】
本例の半導体素子１０は、半導体素子モールド部１１と、端子１２とを備えており、さらに、導電性を有する板状部材として、金属板からなる活電部１３を備えて構成されている。
半導体素子モールド部１１は、半導体チップ等が絶縁性モールド樹脂により封止されたパッケージであり、端子１２は半導体素子モールド部１１から起立して設けられている。
活電部１３は、半導体素子モールド部１１の裏面側に設けられている。
活電部１３は、半導体素子モールド部１１を外部配線に電気的に接続するための端子としての機能と、半導体素子モールド部１１が発する熱を放熱する機能とを有しており、例えば銅、鉄、ニッケル、アルミニウム等から形成されている。
なお、活電部１３としては金属板に限らず、導電性を有する部材であれば良く、他に導電性セラミック板や導電性樹脂板等を用いることが可能である。
上記構成において、半導体素子モールド部１１を駆動・制御する信号が端子１２に入力される。そして、出力信号が活電部１３を通ってモータ等の機器に送られる。
活電部１３は放熱板を兼用しており、半導体素子モールド部１１で発生した熱は、活電部１３を通って、ヒートシンク２０で放熱される。
【００１２】
ヒートシンク２０は、熱伝導性に優れたアルミニウムからなり、ダイカスト成形により形成されている。ヒートシンク２０は、半導体素子１０から発生した熱を、外部へ放熱するように構成されている。
ヒートシンク２０は、半導体素子１０から発生した熱を空気中へ拡散させて空冷するものである。
ヒートシンク２０は多数のフィン２１を備えており、これにより表面積が大きく確保されている。
図２は、半導体素子１０とヒートシンク２０とが組み付けられていない状態を示すものである。半導体素子１０とヒートシンク２０の組み付け時には、ヒートシンク２０の載置部２３に、半導体素子１０が配設されて組み付けられる。
【００１３】
ヒートシンク２０には、半導体装置１の載置部２３として、半導体素子モールド部１１の位置決め部２４と、この位置決め部２４よりも低く形成された段差部２５が設けられている。
位置決め部２４は、ヒートシンク２０の上面２２を基準面としたときに、上面２２よりも低い凹部として形成されている。
位置決め部２４は、半導体素子モールド部１１の載置面２４ａと、この載置面２４ａとヒートシンク２０の上面２２との間に位置する側面２４ｂとを備えている。
半導体素子モールド部１１を位置決め部２４に配設するときは、半導体素子モールド部１１の側面１１ａを、位置決め部２４の側面２４ｂに係合させて配設させる。
位置決め部２４が設けられていることにより、半導体素子モールド部１１の位置を速やかに決定することが可能となる。
段差部２５は、位置決め部２４よりも一段低く形成されている。また、段差部２５は、活電部１３がヒートシンク２０に接触しないように、活電部１３よりも大きい面積が確保されている。
活電部１３は半導体素子モールド部１１の裏面に面一に設けられているので、段差部２５が存在することにより、図１に示すように、半導体素子１０の活電部１３とヒートシンク２０との間に、隙間２６が形成される。すなわち、本例では段差部２５が隙間形成部に相当する。
隙間２６には非導電性接着剤２７或いは樹脂が充填される。このようにして、活電部１３はヒートシンク２０に直接接することなく、隙間２６に充填された非導電性接着材２７により、ヒートシンク２０と電気的に絶縁される。
【００１４】
なお、半導体素子モールド部１１の位置決め部２４の載置面２４ａにも、非導電性接着剤２７を塗布し、半導体素子モールド部１１が載置面２４ａに固定されるようにしても良い。しかし、半導体素子モールド部１１は、絶縁性樹脂でパッケージされており、既に絶縁されているので、載置面２４ａの非導電性接着剤２７については塗布しても、塗布しなくても、どちらでもよい。
半導体素子１０とヒートシンク２０との組み付け状態を図１において説明する。図示されているように、半導体素子モールド部１１はヒートシンク２０の載置面２４ａに配設される。このとき、半導体素子モールド部１１の側面１１ａは、位置決め部２４の側面２４ｂに係合されて位置決めされる。
活電部１３は段差部２５に位置し、活電部１３と段差部２５との間には隙間２６が形成され、この隙間２６に非導電性接着剤２７が介在している。
以上のようにして、確実にヒートシンク２０と半導体素子１０を絶縁し、かつ、ヒートシンク２０に対して半導体素子１０の位置決めを簡単に行うことが可能となる。
半導体素子モールド部１１から発せられた熱は、活電部１３及び非導電性接着剤２７を介して、ヒートシンク２０に放熱される。
なお、本例では、活電部１３が半導体素子モールド部１１の裏面に面一に設けられた例を示したが、これに限らず、活電部１３が半導体素子モールド部１１の底面よりも上方に位置する構成であっても、或いは、活電部１３が半導体素子モールド部１１の底面よりも下方に位置する構成であっても良い。
活電部１３が半導体素子モールド部１１の底面よりも下方に位置する場合は、段差部２５と活電部１３との間の隙間２６が確保されるように、段差部２５の深さを調整する。
【００１５】
図３乃至図７は、他の実施例に係る半導体装置１の構成を示す説明図である。各実施例において、前記実施例と同一部材には、同一符号を付してその説明を省略する。
図３は他の実施例に係るヒートシンク２０を示すものである。図３では半導体素子１０の図示は省略している。
本例のヒートシンク２０には、半導体素子モールド部１１を位置決めするための、位置決め用凸部２８が設けられている。この位置決め用凸部２８に囲まれた領域が、半導体素子モールド部１１の位置決め部２４とされる。
位置決め用凸部２８は、ヒートシンク２０の上面２２から突出して設けられている。
位置決め用凸部２８は、側面２８ａを備えており、この側面２８ａが半導体素子モールド部１１の側面１１ａに係合する。
本例の位置決め用凸部２８は、半導体素子モールド部１１の側面１１ａに連続して当接する凸条部として形成されている。
本例では、半導体素子モールド部１１の位置決め部２４はヒートシンク２０の上面２２に面一に形成されている。
【００１６】
ヒートシンク２０には、位置決め部２４よりも低く形成された段差部２５が設けられている。
段差部２５には活電部１３が位置する。段差部２５は、活電部１３との間に隙間２６が生ずるように形成される。本例では、この段差部２５が隙間形成部に相当する。
隙間２６には非導電性接着剤２７或いは樹脂が充填され、活電部１３とヒートシンク２０とが電気的に絶縁される。
【００１７】
図４はさらに他の実施例に係るヒートシンク２０を示すものである。
本例のヒートシンク２０には、半導体素子モールド部１１を位置決めするための、位置決め用突起２９が設けられている。この位置決め用突起２９に囲まれた領域が、すなわち図中鎖線で囲んだ領域が、半導体素子モールド部１１の位置決め部２４とされる。
位置決め用突起２９は、断面円形の円柱形であり、ヒートシンク２０の上面２２から突出して設けられている。
本例では４つの位置決め用突起２９が設けられており、この４つの位置決め用突起２９に、半導体素子モールド部１１の側面１１ａが係合する。
半導体素子モールド部１１は四点で位置決め用突起２９に係合し、位置決め用突起２９により適正位置に位置決めされる。
なお、本例では位置決め用突起２９が４つ設けられた構成を示したが、４つに限らず、半導体素子モールド部１１の位置決めが可能であれば、位置決め用突起２９の数はいくつであっても良い。
また、位置決め用突起２９の形状を断面円形のものとして示したが、形状についてもこれに限らず、断面楕円形、断面矩形、断面多角形など、他の形状であっても良い。
例えば、図５に示すように、断面矩形の位置決め用突起２９を２箇所に設けた構成であっても良い。このような構成でも、２つの位置決め用突起２９の両方に半導体素子モールド部１１が係合するように配設することで、半導体素子モールド部１１の位置決めをすることが可能である。
【００１８】
ヒートシンク２０には、位置決め部２４よりも低く形成された段差部２５が設けられている。
段差部２５には活電部１３が位置される。段差部２５は、活電部１３との間に隙間２６が生ずるように形成される。本例では、この段差部２５が隙間形成部に相当する。
隙間２６には非導電性接着剤２７或いは樹脂が充填され、活電部１３とヒートシンク２０とが電気的に絶縁される。
なお、図３乃至図５の実施例において、位置決め用凸部２８，位置決め用突起２９はヒートシンク２０に一体に形成されている構成であっても、別部材として形成された位置決め用凸部２８，位置決め用突起２９を後付けで取り付けた構成であっても良い。
【００１９】
図６及び図７はさらに他の実施例に係る半導体装置１を示すものである。
図６は本例の半導体装置１を構成する半導体素子１０を示すものである。
本例の半導体素子１０は、半導体素子モールド部１１と、端子１２と、活電部１３とを備えて構成されている。
そして、図６及び図７に示すように、本例の半導体素子モールド部１１の底面側には、複数の突起１４が形成されている。
この突起１４により、半導体素子モールド部１１をヒートシンク２０に配設したときに、半導体素子モールド部１１をヒートシンク２０から離間させ、結果として、活電部１３をヒートシンク２０から離間させることが可能となる。
半導体素子モールド部１１に複数の突起１４を設けることにより、図７に示すように、半導体素子１０をヒートシンク２０に配設したときに、半導体素子モールド部１１とヒートシンク２０との間、および活電部１３とヒートシンク２０との間に隙間２６が形成される。
すなわち、本例では、突起１４が、活電部１３とヒートシンク２０との間に隙間２６を形成する隙間形成部に相当する。
この隙間２６に非導電性接着剤２７を介在させて、活電部１３とヒートシンク２０とを電気的に絶縁させる。
図６及び図７に示す半導体素子モールド部１１の位置決めについては、図１乃至図５に示す位置決め部２４を設けることにより、同様に行うことができる。
なお、図６及び図７に示す半導体素子モールド部１１は、突起１４が設けられている分だけ高さがあるので、図１及び図２に示す位置決め部２４を形成する場合は、半導体素子モールド部１１の側面１１ａと、位置決め部２４の側面２４ｂが係合可能となるように、位置決め部２４の深さを調整すると良い。
また、図３乃至図５に示す位置決め用凸部２８または位置決め用突起２９を形成する場合は、半導体素子モールド部１１が係合可能となるように、位置決め用凸部２８，位置決め用突起２９の高さを調整すると良い。
【００２０】
いずれの位置決め部２４を設けた場合であっても、図６及び図７に示す半導体装置１によれば、活電部１３を位置させるための段差部２５を設けなくても、半導体素子モールド部１１に設けられた突起１４により、活電部１３とヒートシンク２０との間に隙間２６を形成することが可能となる。
したがって、隙間２６に非導電性接着剤２７を介在させることにより、活電部１３とヒートシンク２０とを電気的に絶縁させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体装置の分解斜視図である。
【図３】他の実施例に係る半導体装置を構成する放熱部材の説明図である。
【図４】他の実施例に係る半導体装置を構成する放熱部材の説明図である。
【図５】他の実施例に係る半導体装置を構成する放熱部材の説明図である。
【図６】他の実施例に係る半導体装置を構成する半導体素子の説明図である。
【図７】図６の半導体素子を備えた半導体装置の側面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１‥半導体装置、１０‥半導体素子、１１‥半導体素子モールド部、１１ａ‥側面、１２‥端子、１３‥活電部、１４‥突起、２０‥ヒートシンク、２１‥フィン、２２‥上面、２３‥載置部、２４‥位置決め部、２４ａ‥載置面、２４ｂ‥側面、２５‥段差部、２６‥隙間、２７‥非導電性接着剤、２８‥位置決め用凸部、２８ａ‥側面、２９‥位置決め用突起
【図１】
0004611845.tif 000002
【図２】
0004611845.tif 000003
【図３】
0004611845.tif 000004
【図４】
0004611845.tif 000005
【図５】
0004611845.tif 000006
【図６】
0004611845.tif 000007
【図７】
0004611845.tif 000008