(57)【要約】【課題】放熱性とネジ取り付け穴周囲の強度とを改善した半導体装置を提供する。【解決手段】パワーチップへの入出力用リード端子２１とＩＣチップへの入出力用リード端子とを対向する辺に有する金属からなるフレーム、フレームのパワーチップ搭載部の第１面に搭載されたパワーチップ、フレームのＩＣチップ搭載部の第１面に搭載されたＩＣチップ、パワーチップ搭載部の第１面と対向する第２面側に設置された矩形状で絶縁性の絶縁シート、リード端子を突出させ、絶縁シートの一面を外表面に露出させ、かつ、少なくともＩＣチップ及びパワーチップを封止し、絶縁シートよりも熱伝導率の小さなモールド樹脂６、モールド樹脂６をネジ止めするために、長辺方向端部近くに設けられたネジ止め部９とを含み、絶縁シートに、ネジ止め部９を二方から包むように切り欠き部を形成し、絶縁シートの長辺の長さがネジ止め部９の間の距離より長くなるようにした。【選択図】図２
2007165426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーチップへの入出力用リード端子とＩＣチップへの入出力用リード端子とを対向する辺に有する金属からなるフレームと、
上記フレームのパワーチップ搭載部の第１面に搭載されたパワーチップと、
上記フレームのＩＣチップ搭載部の第１面に搭載されたＩＣチップと、
上記パワーチップ搭載部の第１面と対向する第２面側に設置され、上記入出力用リード端子が並ぶ方向に長辺を有する矩形状で絶縁性の絶縁シートと、
上記リード端子を突出させ、上記絶縁シートの一面を外表面に露出させ、かつ、少なくとも上記ＩＣチップ及びパワーチップを封止し、上記絶縁シートよりも熱伝導率の小さな封止樹脂と、
上記封止樹脂をネジ止め固定するために、上記パワーチップへの入出力用リード端子とＩＣチップへの入出力用リード端子とが対向する方向と直交する方向の上記封止樹脂の両端部近傍に設けられたネジ止め部とを含む半導体装置において、
上記絶縁シートに、上記ネジ止め部を二方または三方から包むように切り欠き部が形成され、上記絶縁シートの長辺の長さが上記ネジ止め部の間の距離より長くなっていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記切り欠き部が、二方から上記ネジ止め部を包むように、上記ＩＣチップへの入出力用リード端子側の長辺の両端に形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記切り欠き部は三方から上記ネジ止め部を包むように長辺方向の両端に形成されていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項４】
上記絶縁シートは、上記切り欠き部の中心間を結ぶ線に対して対称形になっていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
上記パワーチップへの入出力用リード端子と上記ＩＣチップへの入出力用リード端子とが対向する方向と直交する方向において、上記ネジ止め部の間よりも外側の範囲に、上記パワーチップ搭載部を設置したことを特徴とする請求項１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、半導体装置に関し、特に、パワーチップを含む電力用等の半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力用等の半導体装置では、高い絶縁性を確保しながら、パワーチップで発生した熱を効率よく外部に放熱することが非常に重要である。放熱性能を高めるには、パワーチップ下の絶縁層を薄くすることが望ましいが、絶縁層を薄くすると絶縁特性が劣化することが懸念される。
【０００３】
また、全体を１種の樹脂でフルモールドする構造では、絶縁層を薄くするほど、絶縁層形成部への樹脂の回り込みが悪くなり、モールド性が極端に劣化するため、絶縁層を薄くすることは極めて困難である。従って、絶縁層はある程度厚くせざるを得ず、そのために放熱性が低下する。
【０００４】
絶縁層をある程度厚くして、放熱性を高めるためには、絶縁層に熱伝導率の良好な樹脂を用いる。熱伝導性の良好な樹脂は高価であり、不必要な部位にまで高価な高性能樹脂を用いるとコストが高くなる。
【０００５】
そこで、特許文献１に開示されているように、絶縁層として、ある程度の厚さで熱伝導性がよい絶縁シートを用いることで、絶縁性確保と高放熱性とを容易に両立させる方法が提案されている。この方法は、必要な部位のみにしか、高性能な絶縁樹脂シートを用いないので、コスト的にも有利である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１０９１００号公報（第４頁−第８頁、図３−図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示された半導体装置では、通常、半導体装置を固定するためのネジ取り付け穴が設けられているため、ネジ取り付けに用いる穴によって、絶縁シートのシートサイズが制約されていた。
【０００８】
シートサイズが大きくなるほど、放熱性は改善されるが、シートサイズが制約されることにより、放熱性が低下し、ひいては半導体装置の小型化が阻まれるという問題があった。
【０００９】
一般に、半導体装置には反りがあるため、放熱性を確保するためには、ネジ固定する締め付け力を反りの矯正力とすることにより、ヒートシンクとの間に介在させるグリースを薄くする必要がある。しかしながら、ネジ取り付け穴周囲の強度に制約がある場合、半導体装置に許容される反り量にに制限が生じるという問題があった。この場合、反り量を小さくするために、半導体装置を構成する材料、主に、モールド樹脂の選択に制約が生じるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、放熱性とネジ取り付け穴周囲の強度とを改善した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】
【００１１】
本発明に係る半導体装置は、パワーチップへの入出力用リード端子とＩＣチップへの入出力用リード端子とを対向する辺に有する金属からなるフレームと、
上記フレームのパワーチップ搭載部の第１面に搭載されたパワーチップと、
上記フレームのＩＣチップ搭載部の第１面に搭載されたＩＣチップと、
上記パワーチップ搭載部の第１面と対向する第２面側に設置され、上記入出力用リード端子が並ぶ方向に長辺を有する矩形状で絶縁性の絶縁シートと、
上記リード端子を突出させ、上記絶縁シートの一面を外表面に露出させ、かつ、少なくとも上記ＩＣチップ及びパワーチップを封止し、上記絶縁シートよりも熱伝導率の小さな封止樹脂と、
上記封止樹脂をネジ止め固定するために、上記パワーチップへの入出力用リード端子とＩＣチップへの入出力用リード端子とが対向する方向と直交する方向の上記封止樹脂の両端部近傍に設けられたネジ止め部とを含む半導体装置において、
上記絶縁シートに、上記ネジ止め部を二方または三方から包むように切り欠き部が形成され、上記絶縁シートの長辺の長さが上記ネジ止め部の間の距離より長くなっているものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体装置によれば、放熱性とネジ取り付け穴周囲の強度とを改善した半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
本発明では、絶縁シートの長辺の長さを、ネジ止め部の間の距離よりも長くし、特に、放熱性向上の効果が大きいパワーチップへの入出力用リード端子側の絶縁シートの辺の長さを長くし、さらに、ネジ止め部の間よりも外側に、フレームのパワーチップ搭載部を設置し、放熱性の向上による小型化と、ネジ止め部の周囲の強度を増大するようにしたものであり、半導体装置の反りに対する矯正力も増大し、半導体装置をグリースを介してヒートシンクに取り付けた場合のグリースの薄膜化が可能となる。
【００１４】
さらには、従来、反りを低減するために制限されていた材料選択や設計自由度が向上するので、コスト低減も期待できる。
【００１５】
以下に、本実施の形態１の具体的な例を、図に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る半導体装置の実施の形態１を示す断面図であり、図２は、本発明に係る半導体装置の実施の形態１を示す平面図である。
【００１６】
本実施の形態１の半導体装置は、銅などの電導性のよい金属からなり、あらかじめ所定の電気回路が形成されたフレーム１と、フレーム１の一部を曲げることにより一段低くなった部位に形成されているダイパッド１ａにはんだ（図示せず）で固着された、ＩＧＢＴ、ＦＷＤｉといったパワーチップ２と、フレーム１の他の部位にはんだ（図示せず）で固着された、ＩＧＢＴやＦＷＤｉを制御するためのＩＣチップ３と、ダイパッド１ａの裏面に固着された、封止樹脂よりも熱伝導率が大きい絶縁シート７とを備えている。パワーチップ２の裏面電極とフレーム１とは、はんだによる固着により電気的に接続されている。
【００１７】
パワーチップ２の表面電極とフレーム１、パワーチップ２の表面電極同士、さらには、フレーム１内部の所定部位同士が、アルミワイヤ４により必要に応じ電気的に接続されている。
【００１８】
ＩＣチップの表面電極と、フレーム１とは、アルミワイヤ４よりも線径の小さい金ワイヤ５により接続されている。
【００１９】
フレーム１のダイパッド１ａと、ＩＣチップ３が搭載されたＩＣチップ搭載部とは略平行に形成されている。
【００２０】
絶縁シート７のサイズは、ダイパッド１ａよりも大きく、また、絶縁シート７がダイパッド１ａと固着された面と反対の面には、銅箔８が設置されており、銅箔８の一面は全体をモールドするモールド樹脂６の外部に露出している。
【００２１】
パワーチップ２及びＩＣチップ３を含む半導体装置１００は、リード端子２１をモールド樹脂６から突出させている。
【００２２】
リード端子２１の突出していない２辺に近い部分には、ネジ止め固定用のネジ止め部９が対向する形で２箇所存在する。
【００２３】
なお、絶縁シート７とダイパッド１ａは、直接固着されていることが望ましい。直接固着することができる絶縁シート７としては、例えば、Ｂステージ状態のエポキシ樹脂をベースとする樹脂に、熱伝導性の無機フィラー、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｓｉ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４等を含むものが挙げられる。
【００２４】
図３は、半導体装置１００をネジ止め部９を用いてネジ固定することで、放熱グリース２３を介して冷却用ヒートシンク２２に組みつけた状況を示す断面図である。
【００２５】
図３に示したように、フレーム１は曲げフレームであるので、薄い絶縁シートを用いても、リード端子２１と冷却用ヒートシンク２２との絶縁距離ｈの確保が容易であり、コスト的にも放熱的にも有利である。
【００２６】
このように、半導体装置１００は、パワーチップ直下の絶縁特性を確保しながら、パワーチップで発生する熱を効率よく外部に放出することができる構造となっている。
【００２７】
図２に示したように、この半導体装置１００において、パワーチップへの入出力リード端子２１とＩＣチップへの入出力リード端子とが対向する辺に設けられ、パワーチップへの入出力リード端子２１側において、絶縁シート（銅箔８と同一位置）のパワーチップへの入出力リード端子２１とＩＣチップへの入出力リード端子とが対向する方向と直交する方向の絶縁シートの辺（長辺）の長さＬは、パワーチップへの入出力リード端子２１とＩＣチップへの入出力リード端子とが対向する方向と直交する方向の端部近傍に設けられた２箇所のネジ止め部９の間の距離Ｄよりも大きい。
【００２８】
このような構成とすることにより、ネジ止め部９周囲にまで、放熱面積を広げることができるので、放熱性が向上する。
【００２９】
電力用半導体装置では、装置サイズを決定する上で放熱性は重要なファクターであるので、放熱性を向上させると装置の小型化にもつながる。
【００３０】
また、パワーチップへの入出力用のリード端子２１側において、絶縁シートの長辺長さＬをネジ止め部９の間の距離Ｄよりも大きくすることによって、特に、放熱性が向上する効果が大きくなる。
【００３１】
さらに、ネジ止め部９の間の外側にまで絶縁シートを設置することにより、絶縁シートを超えない範囲で、ダイパッドもネジ止め部９の間の外側にまで設置できる。
【００３２】
このように、ダイパッドもネジ止め部９の間の外側の範囲まで設置することによって、ネジ止め部９の周辺における封止樹脂６中に、フレーム部が存在する領域が増えるので、ネジ止め部９の周辺の強度が大幅に上昇する。
【００３３】
ネジ止め部９を用いてネジ締め固定する場合、ネジ締め力によりネジ止め部周囲のモールド樹脂６に応力がかかるが、面積の広いフレーム全体で応力を分散させながら受けることになるので、ネジ締め固定する場合の樹脂われに対する強度が大幅に向上する。
【００３４】
これは、本発明者らが行った実験によっても確かめられている。すなわち、本発明を適用することで、放熱性を向上させて装置を小型化することができるばかりではなく、さらに、ネジ締めによる樹脂われ耐量をも向上させることができることが分かった。
【００３５】
また、ネジ締め耐量を向上させたことにより、従来よりも強く締め付けることができるので、反り矯正に対する効果の向上が期待される。
【００３６】
図３に示したように、冷却用ヒートシンク２２と半導体装置１００の間には、放熱用グリ−ス２３を介在させるが、ネジ締め耐量を向上させたことにより、放熱用グリース２３の厚さを、半導体装置の反り強制して薄くすることができる。
【００３７】
一般に、放熱用グリースの熱伝導性は高くないので、薄くすることが放熱性を確保する上で非常に重要である。
【００３８】
さらに、視点を変えれば、本発明によれば、半導体装置の反りに対する許容度が増すことになるので、設計自由度や、材料選定の自由度が増し、結果として小型化や低コスト化も達成できるという効果もある。
【００３９】
実施の形態２．
図４は、本発明に係る半導体装置の実施の形態２を示す平面図である。
上記実施の形態１では、ネジ止め部９の二方を包むような切り欠きを、絶縁シートの短辺に設けたが、本実施の形態２では、図４に示したように、電力用半導体装置１０１のネジ止め部９の三方を包むような切り欠きを、絶縁シートの短辺に設けることにより、絶縁シートの長辺の長さＬを、ネジ止め部９の間の距離Ｄよりも大きくしたものである。
【００４０】
この場合、ネジ締め部９の三方を包むように、フレームを存在させることができるようになるので、さらに、ネジ止め部９の周辺の強度が向上する。
【００４１】
実施の形態３．
図５は、本発明に係る半導体装置の実施の形態３を示す平面図である。
図５に示したように、本実施の形態３では、電力用半導体装置１０２のネジ止め部８の三方を包むような切り欠きを、絶縁シートの短辺に設けることにより、絶縁シートの長辺長さＬを、ネジ止め部９の間の距離Ｄよりも大きくし、さらに、絶縁シートに設けた切り欠きを結ぶ線に対して絶縁シートを対称形にしたものである。
【００４２】
この場合、絶縁シートが切り欠きを結ぶ線に対して対称形であるので、半導体装置１０２の製造時において、絶縁シートの設置方向に対する方向性がなくなるため、製造が容易になるという効果がある。
【００４３】
なお、上記実施の形態１ないし３において、パワーチップ、ＩＣチップは、それぞれ１個でも複数個でもよい。
【００４４】
また、パワーチップ及びＩＣチップのフレームへの接合材は、はんだに限られるものではなく、銀ペーストでもよい。また、アルミワイヤや金ワイヤは、材料を特定するものではない。例えば、アルミニウムや金を主成分とする合金や、銅等のアルミニウムや金以外の金属からなるワイヤでも良い。
【００４５】
また、ワイヤボンディングに代えて、金属板を用いた電気的接続としてもよい。
ＩＣチップとパワーチップ間を、直接金属ワイヤや金属板で接続してもよい。
【００４６】
絶縁シートの絶縁材料としては、エポキシ樹脂に無機フィラーを混ぜたものを例示したが、これに限られるものではなく、モールド樹脂よりも熱伝導率が高く絶縁性を有する材料であって、機能を満足するものであればよい。例えば、絶縁シートの絶縁部が多層構造になっていても良い。具体的には、固着層と絶縁確保層との多層構造であって、固着層としては接着剤やＢステージ樹脂、絶縁確保層としてはＣステージ樹脂やセラミック板、あるいはそれらの組み合わせなどであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明に係る半導体装置は、電力用等に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る半導体装置の実施の形態１を示す断面図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の実施の形態１を示す平面図である。
【図３】半導体装置をネジ止め部を用いて冷却用ヒートシンクに組みつけた状況を示す断面図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の実施の形態２を示す平面図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の実施の形態３を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  フレーム、１ａ  ダイパッド、２  パワーチップ、３  ＩＣチップ、
４  アルミワイヤ、５  金ワイヤ、６  モールド樹脂、７  絶縁シート、８  銅箔、
９  ネジ止め部、２１  リード端子、２２  ヒートシンク、２３  放熱グリース、
１００，１０２，１０２  半導体装置。
【図１】
2007165426.tif 000003
【図２】
2007165426.tif 000004
【図３】
2007165426.tif 000005
【図４】
2007165426.tif 000006
【図５】
2007165426.tif 000007