(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子が搭載された導電性を有する導電部材と、
放熱性を有する放熱部材と、
前記導電部材及び前記放熱部材の間に設けられて前記導電部材及び前記放熱部材の間に間隙を形成し且つ絶縁性を有する絶縁部材とを備え、
前記絶縁部材は、第一樹脂材料からなる第一樹脂部と、第二樹脂材料からなる第二樹脂部とを有し、
前記第一樹脂部は前記導電部材と接触し、前記第二樹脂部は前記導電部材と接触せず、
前記第一樹脂部の前記第一樹脂材料は、前記第二樹脂部の前記第二樹脂材料が有する融点より低い融点を有し、
前記半導体素子、前記導電部材及び前記絶縁部材は、前記第一樹脂材料からなる封止用樹脂で樹脂封止される放熱部材付き半導体装置。
【請求項２】
前記第一樹脂部は、前記導電部材と前記第二樹脂部との間に介在する請求項１に記載の放熱部材付き半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱部材付き半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放熱部材付きの半導体装置として、例えば特許文献１に、電圧印加を受ける半導体チップをダイパッド部に搭載した導電性を有するリードフレーム（導電部材）と、リードフレームのダイパッド部に向かって突出する凸部を有した接地側となるヒートシンク（放熱部材）とを備え、各部材の周域を成形樹脂で封止した樹脂封止型半導体装置が記載されている。この樹脂封止型半導体装置では、リードフレーム及びヒートシンクの間における凸部より外周側の位置に絶縁スペーサを設けて、リードフレーム及びヒートシンクの間の間隔を確保し、リードフレーム、ヒートシンク及び絶縁スペーサを組み立てた状態で、成形樹脂を成形している。このとき、リードフレーム及びヒートシンクの間に成形樹脂を充填させて、電圧印加を受けるリードフレームと接地側のヒートシンクとの間を絶縁している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２４３１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の樹脂封止型半導体装置では、絶縁スペーサと成形樹脂とが同じ樹脂材料によって形成される場合、成形樹脂の成形時に絶縁スペーサが溶解し、それにより、リードフレームが移動してリードフレームのダイパッド部及びヒートシンクが接触し、これらの間の絶縁が確保できなくなるという問題がある。また、絶縁スペーサと成形樹脂とが異なる樹脂材料によって形成される場合、リードフレームは、凸部より外周側の互いの間隔が広くなった部位で、膨張係数が異なる樹脂材料からなる絶縁スペーサ及び成形樹脂、すなわち２種類の樹脂材と接していることとなる。このため、膨張係数の違いによって絶縁スペーサと成形樹脂との界面にクラックが生じると、該クラックが封止対象の半導体装置に至ってしまう。
【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、封止する樹脂における半導体装置に至るクラックの発生を防止するとともに導電部材及び放熱部材の間の絶縁を確実に行うことを可能にする放熱部材付き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】
【０００６】
この発明に係る放熱部材付き半導体装置は、半導体素子と、半導体素子が搭載された導電性を有する導電部材と、放熱性を有する放熱部材と、導電部材及び放熱部材の間に設けられて導電部材及び放熱部材の間に間隙を形成し且つ絶縁性を有する絶縁部材とを備え、絶縁部材は、第一樹脂材料からなる第一樹脂部と、第二樹脂材料からなる第二樹脂部とを有し、第一樹脂部は導電部材と接触し、第二樹脂部は導電部材と接触せず、第一樹脂部の第一樹脂材料は、第二樹脂部の第二樹脂材料が有する融点より低い融点を有し、半導体素子、導電部材及び絶縁部材は、第一樹脂材料からなる封止用樹脂で樹脂封止される。
【０００７】
また、第一樹脂部は、導電部材と第二樹脂部との間に介在してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、放熱部材付き半導体装置は、封止する樹脂における半導体素子及び導電部材に至るクラックの発生を防止するとともに導電部材及び放熱部材の間の絶縁を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態に係る放熱部材付き半導体装置における放熱部材付き半導体装置構成体の組立時の構成を示す断面側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る放熱部材付き半導体装置の構成を示すものであり、図１の放熱部材付き半導体装置構成体を封止用樹脂で封止した構成を示す断面側面図である。
【図３】本発明の実施の形態の変形例における放熱部材付き半導体装置の放熱部材付き半導体装置構成体の組立時の構成を示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態
図１及び２を用いて、この発明の実施の形態に係る放熱部材付き半導体装置１０１の構成を示す。
【００１１】
図２を参照すると、放熱部材付き半導体装置１０１は、樹脂封止型半導体装置であり、半導体チップ１とリードフレーム２とからなる半導体装置５０、第一樹脂ブロック１０、第二樹脂ブロック２０、ヒートシンク３及び封止用樹脂４からなる。
図１を参照すると、リードフレーム２は、上面２ａａに半導体チップ１が搭載されるダイパッド部２ａと、ダイパッド部２ａと分離して配置され且つ外方に向かって延びる図示しない外部リード部とからなる。ダイパッド部２ａは、導電性を有するＣｕ（銅）ブロックのような金属のブロックから形成されており、その上面２ａａに、Ａｇ（銀）入りのエポキシ樹脂等の接着剤を使用して、半導体チップ１が接着されている。外部リード部は、ワイヤボンディング等によって半導体チップ１の電極と電気的に接続されている。
ここで、半導体チップ１は半導体素子を構成し、リードフレーム２及びそのダイパッド部２ａは導電部材を構成している。
【００１２】
第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、絶縁性をもつ樹脂からなり、半導体装置５０のダイパッド部２ａの両側面２ａｂ及び２ａｃに組み付けられている。第一樹脂ブロック１０は、ダイパッド部２ａの上面２ａａ、側面２ａｂ及び底面２ａｄにわたる外形に整合するコの字状の断面形状を有し、第二樹脂ブロック２０は、上面２ａａ、側面２ａｃ及び底面２ａｄにわたる外形に整合するコの字状の断面形状を有している。そして、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、同様の形状を有し、互いに対向するようにして紙面上の奥行き方向に延びている。
ここで、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、絶縁部材を構成している。
【００１３】
そして、第一樹脂ブロック１０は、ダイパッド部２ａの上面２ａａ、側面２ａｂ及び底面２ａｄをコの字状断面の凹んだ内側面１０ａの内側に嵌め込むようにして、ダイパッド部２ａに組み付けられている。また、第二樹脂ブロック２０も、ダイパッド部２ａの上面２ａａ、側面２ａｃ及び底面２ａｄをコの字状断面の凹んだ内側面２０ａの内側に嵌め込むようにして、ダイパッド部２ａに組み付けられている。
【００１４】
また、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０はそれぞれ、複数の樹脂材料から形成されており、各樹脂材料は、ダイパッド部２ａの外形に沿うようにして層状に形成されて積層されている。
【００１５】
第一樹脂ブロック１０は、ダイパッド部２ａの上面２ａａ、側面２ａｂ及び底面２ａｄに沿って延びてこれらに接触している第一樹脂層１１、第一樹脂層１１のダイパッド部２ａと接する面と反対側の面を覆うように設けられる第二樹脂層１２、並びに、第二樹脂層１２とヒートシンク３との間に設けられる第三樹脂層１３によって形成されている。第一樹脂層１１及び第三樹脂層１３はそれぞれ、第一樹脂材料によって形成され、第二樹脂層１２は、第一樹脂材料と異なる第二樹脂材料によって形成されている。さらに、第一樹脂材料は、第二樹脂材料が有する融点より低い融点を有している。
【００１６】
また、第二樹脂ブロック２０も、第一樹脂ブロック１０と同様にして形成されており、ダイパッド部２ａの上面２ａａ、側面２ａｃ及び底面２ａｄに沿って延びこれらに接触している第四樹脂層２４、第四樹脂層２４のダイパッド部２ａと接する面と反対側の面を覆うように設けられる第五樹脂層２５、並びに、第五樹脂層２５とヒートシンク３との間に設けられる第六樹脂層２６によって形成されている。第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６はそれぞれ、第一樹脂材料によって形成され、第五樹脂層２５は、第二樹脂材料によって形成されている。
ここで、第一樹脂層１１及び第四樹脂層２４は第一樹脂部を構成し、第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５は第二樹脂部を構成している。
【００１７】
ヒートシンク３は、アルミニウム等の金属の熱伝導性の高い材料によって板状に形成され、高い放熱性を有している。そして、ヒートシンク３の上面３ａには、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０が組み付けられたダイパッド部２ａが載置されている。このとき、第一樹脂ブロック１０は、第三樹脂層１３の底面１３ａをヒートシンク３の上面３ａに接触させ、第二樹脂ブロック２０は、第六樹脂層２６の底面２６ａをヒートシンク３の上面３ａに接触させている。そして、ダイパッド部２ａの底面２ａｄは、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０の厚さである厚さｔ１の間隙ｇ１をあけてヒートシンク３の上面３ａと対向している。
ここで、ヒートシンク３は、放熱部材を構成している。
上述のようにして、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、第一樹脂ブロック１０、第二樹脂ブロック２０及びヒートシンク３を組み立てた放熱部材付き半導体装置構成体１００が形成される。
【００１８】
図２を参照すると、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、第一樹脂ブロック１０、第二樹脂ブロック２０、並びに、ヒートシンク３の上面３ａ、側面３ｂ及び側面３ｃは、封止用樹脂４により樹脂封止されている。封止用樹脂４は、放熱部材付き半導体装置構成体１００を金型の中に配置してそこへ樹脂を流し込むことによって樹脂封止するインサート成形等の成形方法によって形成される。これによって、封止用樹脂４は、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、第一樹脂ブロック１０、第二樹脂ブロック２０及びヒートシンク３を囲い且つ間隙ｇ１に充填し、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、第一樹脂ブロック１０、第二樹脂ブロック２０及びヒートシンク３を一体にし、且つこれらを封止して外部環境から保護する。
【００１９】
また、封止用樹脂４は第一樹脂材料から形成されている。このため、樹脂封止時、封止用樹脂４と同じ材料で形成された第一樹脂ブロック１０の第一樹脂層１１及び第三樹脂層１３は、溶解し、溶解しない第二樹脂層１２及びダイパッド部２ａ、並びに、第二樹脂層１２及びヒートシンク３を結合する。同時に、封止用樹脂４と同じ材料で形成された第二樹脂ブロック２０の第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６も、樹脂封止時に溶解し、溶解しない第五樹脂層２５及びダイパッド部２ａ、並びに、第五樹脂層２５及びとヒートシンク３を結合する。
【００２０】
また、第一樹脂層１１、第三樹脂層１３、第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６が溶解して流動することによってダイパッド部２ａが大きく傾くことを抑制するために、第一樹脂層１１、第三樹脂層１３、第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６は、第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５に比べて、その厚さが小さい方が好ましい。
【００２１】
上述のようにして、ヒートシンク３を備える放熱部材付き半導体装置１０１が形成される。そして、放熱部材付き半導体装置１０１では、通電時に半導体チップ１が発生する熱は、ダイパッド部２ａから、第一樹脂ブロック１０、第二樹脂ブロック２０及び封止用樹脂４を介してヒートシンク３に伝達され、ヒートシンク３から放熱される。
【００２２】
このように、実施の形態に係る放熱部材付き半導体装置１０１は、半導体チップ１と、半導体チップ１が搭載された導電性を有するリードフレーム２のダイパッド部２ａと、放熱性を有するヒートシンク３と、ダイパッド部２ａ及びヒートシンク３の間に設けられてダイパッド部２ａ及びヒートシンク３の間に間隙ｇ１を形成し且つ絶縁性を有する第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０と、封止用樹脂４とを備える。第一樹脂ブロック１０は、第一樹脂材料からなる第一樹脂層１１、第三樹脂層１３と、第二樹脂材料からなる第二樹脂層１２とを有し、第二樹脂ブロック２０は、第一樹脂材料からなる第四樹脂層２４、第六樹脂層２６と、第二樹脂材料からなる第五樹脂層２５とを有する。第一樹脂層１１及び第三樹脂層１３は、第二樹脂層１２を挟むようにして設けられ、第一樹脂層１１がダイパッド部２ａと接触し且つ第三樹脂層１３がヒートシンク３と接触し、第二樹脂層１２はダイパッド部２ａと接触しない。第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６は、第五樹脂層２５を挟むようにして設けられ、第四樹脂層２４がダイパッド部２ａと接触し且つ第六樹脂層２６がヒートシンク３と接触し、第五樹脂層２５はダイパッド部２ａと接触しない。第一樹脂層１１、第四樹脂層２４、第三樹脂層１３及び第六樹脂層２６の第一樹脂材料は、第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５の第二樹脂材料が有する融点より低い融点を有する。さらに、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、第一樹脂材料からなる封止用樹脂４で樹脂封止される。
【００２３】
これによって、樹脂封止時、封止用樹脂４と同じ材料の第一樹脂層１１、第三樹脂層１３、第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６が溶解して再固化するので、ダイパッド部２ａと第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５とを強固に結合すると共に第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５とヒートシンク３とを強固に結合することができる。また、樹脂封止時でも第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５が溶解しないため、ダイパッド部２ａ及びヒートシンク３の間の絶縁を確実に行うことが可能となる。さらに、半導体チップ１及びダイパッド部２ａに接する樹脂材が第一樹脂材料のみとなるため、樹脂材料の膨張係数の違いによってクラックが発生しても該クラックが半導体装置５０に至ることはない。
従って、放熱部材付き半導体装置１０１は、封止する樹脂における半導体チップ１及びダイパッド部２ａに至るクラックの発生を防止するとともにダイパッド部２ａ及びヒートシンク３の間の絶縁を確実に行うことを可能にする。
【００２４】
また、実施の形態に係る放熱部材付き半導体装置１０１における封止用樹脂４は、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、ヒートシンク３、並びに第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０を組み立てた放熱部材付き半導体装置構成体１００に対して、樹脂封止することによって形成される。これによって、樹脂封止時に、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０の第一樹脂層１１、第三樹脂層１３、第四樹脂層２４及び第六樹脂層２６を溶解させて、第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５とダイパッド部２ａ及びヒートシンク３とを強固に結合させ、さらに、封止用樹脂４により、ダイパッド部２ａ及びヒートシンク３の間の間隙ｇ１を充填して間隙ｇ１での絶縁を確保すると共に、半導体チップ１、ダイパッド部２ａ、第一樹脂ブロック１０、及び第二樹脂ブロック２０を封止することが可能になる。
【００２５】
なお、実施の形態の放熱部材付き半導体装置１０１では、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０において、第三樹脂層１３及び第六樹脂層２６はそれぞれ、第二樹脂層１２及びヒートシンク３の間、並びに、第五樹脂層２５及びヒートシンク３の間に形成されていたが、これに限定されるものでない。図３に示すように、第三樹脂層２１３が、第二樹脂層１２の第一樹脂層１１と接する面と反対側の面を覆うように設けられ、第六樹脂層２２６が、第五樹脂層２５の第四樹脂層２４と接する面と反対側の面を覆うように設けられてもよい。これによって、第三樹脂層２１３及び第六樹脂層２２６がそれぞれ、第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５と封止用樹脂４とを強固に結合することができる。
【００２６】
また、実施の形態の放熱部材付き半導体装置１０１の第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０において、第三樹脂層１３及び第六樹脂層２６が形成されていなくともよい。この場合、樹脂封止時、封止用樹脂４と同じ材料の第一樹脂層１１及び第四樹脂層２４が溶解して再固化し、樹脂封止時でも溶解しない第二樹脂層１２及び第五樹脂層２５とダイパッド部２ａとを強固に結合することができる。よって、ダイパッド部２ａ及びヒートシンク３の間の絶縁を確実に行うことができる。
【００２７】
また、実施の形態の放熱部材付き半導体装置１０１では、リードフレーム２のダイパッド部２ａの両側面２ａｂ及び２ａｃのそれぞれに、コの字状断面を有する第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０を設けていたが、これに限定されるものではない。第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、ダイパッド部２ａの側面２ａｂ又は側面２ａｃと底面２ａｄとにわたって延びるＬ字状の断面を有するものであってもよく、又は、ダイパッド部２ａの底面２ａｄにのみ延びるものであってもよい。また、第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、間隙ｇ１において一体となっていてもよい。このとき、一体となった第一樹脂ブロック１０及び第二樹脂ブロック２０は、ダイパッド部２ａの側面２ａｂ、底面２ａｄ及び側面２ａｃにわたる上向きに開いたコ字状の断面を有するもの、ダイパッド部２ａの周囲を囲むもの、又は、ダイパッド部２ａの底面２ａｄのみに延びるものであってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１  半導体チップ（半導体素子）、２  リードフレーム（導電部材）、２ａ  ダイパッド部（導電部材）、３  ヒートシンク（放熱部材）、４  封止用樹脂、１０  第一樹脂ブロック（絶縁部材）、１１  第一樹脂層（第一樹脂部）、１２  第二樹脂層（第二樹脂部）、２０  第二樹脂ブロック（絶縁部材）、２４  第四樹脂層（第一樹脂部）、２５  第五樹脂層（第二樹脂部）、５０  半導体装置、１０１  放熱部材付き半導体装置、ｇ１  間隙。
【図１】
0005333368.tif 000002
【図２】
0005333368.tif 000003
【図３】
0005333368.tif 000004