(57)【要約】【課題】信頼性を向上することができる半導体パッケージを得る。【解決手段】ヒートスプレッダ１ａ上に半導体素子２ａが実装されている。ヒートスプレッダ１ｂ上に半導体素子２ｂが実装されている。リード端子５ｂの一端は、ヒートスプレッダ１ａに接合されている。リード端子５ｂの他端は、半導体素子２ｂに接合されている。ヒートスプレッダ１ａの一部と半導体素子２ａをモールド樹脂４ａが封止する。ヒートスプレッダ１ｂの一部と半導体素子２ｂをモールド樹脂４ｂが封止する。モールド樹脂４ｂはモールド樹脂４ａとは分離されている。【選択図】図３
2012222291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のヒートスプレッダと、
前記第１のヒートスプレッダ上に実装された第１の半導体素子と、
第２のヒートスプレッダと、
前記第２のヒートスプレッダ上に実装された第２の半導体素子と、
一端が前記第１のヒートスプレッダ又は前記第１の半導体素子に接合され、他端が前記第２のヒートスプレッダ又は前記第２の半導体素子に接合されたリード端子と、
前記第１のヒートスプレッダの一部と前記第１の半導体素子を封止する第１のモールド樹脂と、
前記第１のモールド樹脂とは分離され、前記第２のヒートスプレッダの一部と前記第２の半導体素子を封止する第２のモールド樹脂とを備える半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂封止型の半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車や電車等のモータを制御するインバータや回生用のコンバータとして、樹脂封止型の半導体パッケージが用いられる。この半導体パッケージにおいて、複数の半導体素子がそれぞれ個別のヒートスプレッダ上に実装され、モールド樹脂により封止されて１つのパッケージとなる。このように複数の半導体素子を１つのパッケージ内に収め、パッケージ内で配線することにより、配線抵抗やインダクタンスを低減することができる。
【０００３】
パッケージ内において、半導体素子の上面にリード端子の一端が接合される。リード端子の他端は、隣接するヒートスプレッダに接合される（例えば、特許文献１の図４２参照）。半導体素子の動作時に発生する熱を放熱するため、放熱グリスを介してヒートスプレッダを冷却器に密着させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５９９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モールド樹脂の硬化収縮により、隣り合うヒートスプレッダの境界部分でパッケージに折れ曲がりが発生する。このため、パッケージと冷却器との間の放熱グリスの厚みが大きくなり、熱抵抗が増大して、放熱性が悪くなる。折れ曲がった半導体パッケージを冷却器に密着させるには、折れ曲がりを矯正するように加圧する必要がある。しかし、この加圧により、半導体素子とリード端子との接合部やヒートスプレッダとリード端子との接合部にストレスが発生する。このため、冷熱サイクル、高温雰囲気、又は高温での動作時の信頼性が低下する場合がある。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は信頼性を向上することができる半導体パッケージを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体パッケージは、第１のヒートスプレッダと、前記第１のヒートスプレッダ上に実装された第１の半導体素子と、第２のヒートスプレッダと、前記第２のヒートスプレッダ上に実装された第２の半導体素子と、一端が前記第１のヒートスプレッダ又は前記第１の半導体素子に接合され、他端が前記第２のヒートスプレッダ又は前記第２の半導体素子に接合されたリード端子と、前記第１のヒートスプレッダの一部と前記第１の半導体素子を封止する第１のモールド樹脂と、前記第１のモールド樹脂とは分離され、前記第２のヒートスプレッダの一部と前記第２の半導体素子を封止する第２のモールド樹脂とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】３相ハーフブリッジ回路を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体パッケージを示す上面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ´に沿った断面図である。
【図４】比較例に係る半導体パッケージを冷却器に弱い加圧で実装した状態を示す断面図である。
【図５】比較例に係る半導体パッケージを冷却器に強い加圧で実装した状態を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る半導体パッケージを示す上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ´に沿った断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る半導体パッケージを示す上面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ´に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体パッケージについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、３相ハーフブリッジ回路を示す図である。３相ハーフブリッジ回路は、モータ等の負荷のインバータ制御などに用いられる。トランジスタとダイオードを一組として上下に二組が接続されている。上側の組合せは電源のＰ側に接続され、下側の組合せは電源のＮ側に接続される。この上下の組み合わせが３つ（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）設けられている。上下の組み合わせの接続点がそれぞれ負荷のＵ端子、Ｖ端子、Ｗ端子に接続される。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体パッケージを示す上面図である。図３は図２のＡ−Ａ´に沿った断面図である。実施の形態１の半導体パッケージは、図１のＵ相（ＵＰ及びＵＮ）、Ｖ相（ＶＰ及びＶＮ）、Ｗ相（ＷＰ及びＷＮ）の何れかのトランジスタとダイオードの組み合わせに相当する。従って、実施の形態１の半導体パッケージを３個組み合わせることによって、図１の３相ハーフブリッジ回路を構成することができる。
【００１３】
ヒートスプレッダ１ａ上に半導体素子２ａとダイオード３ａが半田により実装されている。ヒートスプレッダ１ｂ上に半導体素子２ｂとダイオード３ｂが半田により実装されている。ヒートスプレッダ１ａ，１ｂは、放熱を目的とするため、厚み２ｍｍ以上の銅などの剛性の高い金属からなる。例えば半導体素子２ａ，２ｂはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。
【００１４】
ヒートスプレッダ１ａと半導体素子２ａをモールド樹脂４ａが封止している。ヒートスプレッダ１ｂと半導体素子２ｂをモールド樹脂４ｂが封止している。モールド樹脂４ｂはモールド樹脂４ａとは分離されている。
【００１５】
リード端子５ａは半導体素子２ａとダイオード３ａの上面に半田６ａにより接合されている。リード端子５ｂの一端はモールド樹脂４ａ内のヒートスプレッダ１ａに半田により接合され、リード端子５ｂの一部はモールド樹脂４ａ，４ｂの外部を通り、リード端子５ｂの他端はモールド樹脂４ｂ内の半導体素子２ｂの上面に半田６ｂにより接合されている。リード端子５ｃの一部はモールド樹脂４ａ内を通り、更にモールド樹脂４ａ，４ｂの外部を通り、リード端子５ｃの一端はモールド樹脂４ｂ内でヒートスプレッダ１ｂに半田により接合されている。半導体素子２ａ，２ｂの制御端子には、素子の動作を制御するための制御信号が入力される信号用リード端子７ａ，７ｂがそれぞれワイヤにより接続されている。
【００１６】
リード端子５ａ，５ｂ，５ｃはモールド樹脂４ａ，４ｂの外部に導出され、ねじ止め等によりバスバー等（図示しない）に接続される。ヒートスプレッダ１ａ，１ｂは、下面に樹脂やセラミック等の絶縁物８ａ，８ｂがそれぞれ貼付され、放熱グリス９を介して冷却器１０に実装されている。
【００１７】
続いて本実施の形態の効果について比較例と比較して説明する。図４は、比較例に係る半導体パッケージを冷却器に弱い加圧で実装した状態を示す断面図である。比較例では、１つのモールド樹脂４内に、剛性の高いヒートスプレッダ１ａ，１ｂの両方が存在する。このため、モールド樹脂４の硬化収縮により、隣り合うヒートスプレッダ１ａ，１ｂの境界部分でパッケージが折れ曲がる。弱い加圧では折れ曲がりを矯正できないため、パッケージと冷却器１０との間の放熱グリス９の厚みが大きくなり、放熱性が悪くなる。図５は、比較例に係る半導体パッケージを冷却器に強い加圧で実装した状態を示す断面図である。強い加圧により半導体パッケージの折れ曲がりは矯正されるが、リード端子５ｂとヒートスプレッダ１ａや半導体素子２ｂとの接合部にストレスが発生し、信頼性が低下する。
【００１８】
一方、本実施の形態では、モールド樹脂４ａ，４ｂ内に、剛性の高いヒートスプレッダ１ａ，１ｂがそれぞれ１つだけ存在する。このため、モールド樹脂４ａ，４ｂが硬化収縮してもパッケージは折れ曲がらない。従って、パッケージと冷却器１０との間の放熱グリス９の厚みが小さくなり、放熱性が向上する。
【００１９】
また、パッケージを冷却器１０に密着させる荷重を低減できるので、リード端子５ｂとヒートスプレッダ１ａや半導体素子２ｂとの接合部へのストレスを低減できる。また、ヒートスプレッダ１ａ，１ｂ間でモールド樹脂４ａ，４ｂが無い部分ができるので、モールド樹脂４ａ，４ｂの収縮による接合部へのストレスを低減できる。このため、信頼性を向上することができる。
【００２０】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体パッケージを示す上面図である。図７は図６のＢ−Ｂ´に沿った断面図である。実施の形態２の半導体パッケージは、図１のＮ側（ＵＮ，ＶＮ，ＷＮ）のトランジスタとダイオードの組み合わせに相当する。従って、実施の形態２の半導体パッケージによって、図１の３層ハーフブリッジ回路のＮ側の回路を構成することができる。
【００２１】
ヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃ上にそれぞれ半導体素子２ａ，２ｂ，２ｃとダイオード３ａ，３ｂ，３ｃが半田により実装されている。ヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃの一部と半導体素子２ａ，２ｂ，２ｃをそれぞれモールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃが封止している。モールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃは互いに分離されている。半導体素子２ａ，２ｂ，２ｃの制御端子には、信号用リード端子７ａ，７ｂ，７ｃがそれぞれワイヤにより接続されている。ヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃは、下面に樹脂やセラミック等の絶縁物８ａ，８ｂ，８ｃがそれぞれ貼付され、放熱グリス９を介して冷却器１０に実装されている。
【００２２】
１枚のリード端子５ｄが、半導体素子２ａ，２ｂ，２ｃの上面に半田６ａ，６ｂ，６ｃにより接合されている。リード端子５ｅ，５ｆ，５ｇはヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃに半田により接合されている。リード端子５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇはモールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃの外部に導出され、ねじ止め等によりバスバー等（図示しない）に接続される。
【００２３】
本実施の形態では、モールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃ内に、剛性の高いヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃがそれぞれ１つだけ存在する。このため、モールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃが硬化収縮してもパッケージは折れ曲がらない。従って、パッケージと冷却器１０との間の放熱グリス９の厚みが小さくなり、放熱性が向上する。
【００２４】
また、パッケージを冷却器１０に密着させる荷重を低減できるので、リード端子５ｄと半導体素子２ａ，２ｂ，２ｃとの接合部へのストレスを低減できる。また、ヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃ間でモールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃが無い部分ができるので、モールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃの収縮による接合部へのストレスを低減できる。このため、信頼性を向上することができる。
【００２５】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体パッケージを示す上面図である。図９は図８のＣ−Ｃ´に沿った断面図である。実施の形態３の半導体パッケージは、図１のＰ側（ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ）のトランジスタとダイオードの組み合わせに相当する。従って、実施の形態３の半導体パッケージによって、図１の３層ハーフブリッジ回路のＰ側の回路を構成することができる。
【００２６】
リード端子５ｈの一端がヒートスプレッダ１ａに半田により接合され、リード端子５ｈの他端がヒートスプレッダ１ｂに半田により接合されている。リード端子５ｉの一端がヒートスプレッダ１ｂに半田により接合され、リード端子５ｉの他端がヒートスプレッダ１ｃに半田により接合されている。リード端子５ｊ，５ｋはそれぞれヒートスプレッダ１ａ，１ｂに半田により接合されている。リード端子５ｌ，５ｍ，５ｎはそれぞれ半導体素子２ａ，２ｂ，２ｃとダイオード３ａ，３ｂ，３ｃに半田６ａ，６ｂ，６ｃにより接合されている。リード端子５ｊ，５ｋ，５ｌ，５ｍ，５ｎはモールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃの外部に導出され、ねじ止め等によりバスバー等（図示しない）に接続される。
【００２７】
本実施の形態では、１つのモールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃ内に、剛性の高いヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃが１つだけ存在する。このため、モールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃが硬化収縮してもパッケージは折れ曲がらない。従って、パッケージと冷却器１０との間の放熱グリス９の厚みが小さくなり、放熱性が向上する。
【００２８】
また、パッケージを冷却器１０に密着させる荷重を低減できるので、リード端子５ｈ，５ｉとヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃとの接合部へのストレスを低減できる。また、ヒートスプレッダ１ａ，１ｂ，１ｃの間でモールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃが無い部分ができるので、モールド樹脂４ａ，４ｂ，４ｃの収縮による接合部へのストレスを低減できる。このため、信頼性を向上することができる。
【００２９】
なお、実施の形態１〜３において、モールド樹脂４ａ，４ｂ間を接続するリード端子を２本以上にしてもよい。これにより、リード端子の変形を防止することができ、かつ組付けが容易になる。また、実施の形態２の半導体パッケージの外形と実施の形態３の半導体パッケージの外形を共通化すれば、両者を製造する際のモールド金型を共用化できる。
【００３０】
また、トランジスタやダイオードは、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたパワー半導体素子は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体モジュールも小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、冷却器の放熱フィンを小型化でき、水冷部を空冷化できるので、装置を更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。なお、トランジスタとダイオードの両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、何れか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体よって形成されていてもよく、本実施の形態に記載の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１ａ  ヒートスプレッダ（第１のヒートスプレッダ）
１ｂ  ヒートスプレッダ（第２のヒートスプレッダ）
２ａ  半導体素子（第１の半導体素子）
２ｂ  半導体素子（第２の半導体素子）
４ａ  モールド樹脂（第１のモールド樹脂）
４ｂ  モールド樹脂（第２のモールド樹脂）
５ｂ，５ｄ，５ｈ，５ｉ  リード端子
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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