(57)【要約】【課題】耐熱性が優れ、かつ高信頼性で小型化された半導体装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体素子と、基板と、ケースと、封止体と、蓋と、を備え、半導体素子は、電力用半導体素子である第１の半導体素子と、第1の半導体素子を制御する制御用半導体素子である第２の半導体素子であり、基板は、第１の基板と、第２の基板であり、封止体は、第1の樹脂層と、第2の樹脂層であり、第１の基板は、第１の半導体素子を一方の主面に載置し、第２の基板は、第２の半導体素子を一方の主面に載置し、第1の半導体素子が載置された第1の基板上面を、第1の樹脂層が被覆し、第２の半導体素子が載置された第２の基板上面を、第1の樹脂層が被覆し、第１の基板と、第２の基板が、離間して配置され、リードが、第１の基板に直立して当接する積層構造である。【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、前記半導体素子が、一方の主面に搭載された基板と、前記基板が、一方の主面に配置されたケースと、前記ケースによって包囲された前記基板を被覆する封止体と、前記ケースの他方の主面に当接する蓋と、を備えた半導体装置において、前記半導体素子は、電力用半導体素子である第１の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する制御用半導体素子である第２の半導体素子であり、前記基板は、第１の基板と、第２の基板であり、前記封止体は、第1の樹脂層と、第2の樹脂層であり、前記第１の基板は、前記第１の半導体素子を一方の主面に載置し、前記第２の基板は、前記第２の半導体素子を一方の主面に載置し、前記第1の半導体素子が載置された前記第1の基板上面を、前記第1の樹脂層が被覆し、前記第２の半導体素子が載置された前記第２の基板上面を、前記第1の樹脂層が被覆し、前記第１の基板と、前記第２の基板が、離間して配置され、リードが、前記第１の基板に直立して当接する積層構造であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１の樹脂層は、前記第２の樹脂層よりも、相対的にフィラー含有率が多い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】
前記リードは、凸部を有し、前記凸部は、前記第２の基板に当接してい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、ケース内を樹脂で封止する高温領域で動作可能な半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金型を使用したトランスファーモールドに代えて、樹脂ケースを使用した半導体装置がある。この半導体装置は、半導体素子としてＳｉＣなどの化合物半導体を用いたものがあり、従来のＳｉ半導体を用いたものに比べて、高温領域での動作が可能であり、小型化や高効率化が期待されている。
【０００３】
樹脂ケースを使用した半導体装置では、高温領域での高い動作信頼性を得るために、ケースと、ケースに取り付けられた銅ベース基板と、銅ベース基板上に固着された半導体チップと、半導体チップ上に固着されたリードフレームとを備える半導体装置において、半導体チップおよびリードフレームは夫々半田層で銅ベース基板上および半導体チップ上に固着されており、銅ベース基板、半導体チップおよびリードフレームが、銅ベース基板の熱膨張係数付近の所定の値の熱膨張係数を有する封止材層により被覆されている構成とする従来技術は公知である。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１９４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術では、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）のように、同一のパッケージ内に複数の半導体チップや、電子部品等を納めた場合は、平面視した実装面積が増大してしまい、半導体装置の小型化には向かない。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑み、耐熱性が優れ、かつ高信頼性で小型化された半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するために、本発明は以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子が、一方の主面に搭載された基板と、前記基板が、一方の主面に配置されたケースと、前記ケースによって包囲された前記基板を被覆する封止体と、前記ケースの他方の主面に当接する蓋と、を備えた半導体装置において、前記半導体素子は、電力用半導体素子である第１の半導体素子と、前記第1の半導体素子を制御する制御用半導体素子である第２の半導体素子であり、前記基板は、第１の基板と、第２の基板であり、前記封止体は、第1の樹脂層と、第2の樹脂層であり、前記第１の基板は、前記第１の半導体素子を一方の主面に載置し、前記第２の基板は、前記第２の半導体素子を一方の主面に載置し、前記第1の半導体素子が載置された前記第1の基板上面を、前記第1の樹脂層が被覆し、前記第２の半導体素子が載置された前記第２の基板上面を、前記第1の樹脂層が被覆し、前記第１の基板と、前記第２の基板が、離間して配置され、リードが、前記第１の基板に直立して当接する積層構造であることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第１の樹脂層は、前記第２の樹脂層よりも、相対的にフィラー含有率が多いことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記リードは、凸部を有し、前記凸部は、前記第２の基板に当接していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、半導体素子を実装した基板を、基板に直立するリードが各々電気的に接続し、２層以上の樹脂層で被覆し積層することで、同一のパッケージ内に複数の半導体素子や、電子部品等を納める場合でも、平面視した実装面積の増大を防止し、小型化された半導体装置を提供することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置１００の断面概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について、図を参照して詳細に説明する。なお以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【実施例】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例に係る半導体装置１００を説明する。図１は、本発明の実施例に係る半導体装置１００の断面概念図である。
【００１２】
図１に示す半導体装置１００は、第１の半導体素子１、第２の半導体素子２、第１の基板３、第２の基板４、導体層５、放熱層６、第１のワイヤ７、第２のワイヤ８、リード９、凸部９１、ケース１０、蓋１１、第１の樹脂層１２１、第２の樹脂層１２２から成っている。
【００１３】
第１の半導体素子１は、第１の基板３上の電極５に接着材を介して載置され固定されている。例えばＳｉＣ半導体やＧａＮ半導体等の化合物半導体で構成する電力用半導体素子であり、Ｓｉ半導体に比べて高温状態での動作が可能であり、またスイッチング速度が速く、低損失である。
【００１４】
第２の半導体素子２は、第２の基板４上の電極５に接着材を介して載置され固定されている。電力用半導体素子を制御するための制御用半導体素子。電力用半導体素子よりも動作温度が低いため、例えばSi半導体で構成される。
【００１５】
第１の基板３は、Ａｌ基板と、Ａｌ基板の上面に形成された絶縁層と、絶縁層（図示せず）を介して、Ａｌ基板の上面に形成された導体層５（回路配線）と、Ａｌ基板の下面に放熱層６を有する。
第１の基板３の導体層５は、第１の半導体素子１を、一方の主面に導電性接着材を介して固着させている。
【００１６】
第２の基板４は、第１の基板３の上方に配置され、第１の基板３の上面から直立しているリード９の凸部９１に当接することで位置決めができる。
第２の基板４は、ガラスエポキシ基板と、ガラスエポキシ基板の上面に形成された絶縁層と、絶縁層（図示せず）を介して、ガラスエポキシ基板の上下面に形成された導体層５（回路配線）を有する。
第２の基板４の上面には、第２の半導体素子２を、導体層５の一方の主面に導電性接着材を介して固着させている。
第２の基板４の下面には、導体層５の一方の主面にリード９が当接し、電気的接続ができる。
【００１７】
導体層５は、ＣｕまたはＣｕ合金を基材とし、めっきが施されている。
第１の基板３の上面（一方の主面）と、第２の基板４の上下面（一方の主面と他方の主面）に形成されている。例えば厚さは０．２ｍｍである。
導電性接着材（図示せず）を介して、各半導体素子およびリード９を固着している。
【００１８】
放熱層６は、ＣｕまたはＣｕ合金を基材とし、めっきが施されている。第１の基板３の下面に配置され、放熱層６の一方の主面は、半導体装置１００の外表面に露出している。これにより、第１の半導体装置が載置された第１の基板３の放熱性を向上させる。例えば厚さは０．２ｍｍである。
【００１９】
第１のワイヤ７は、ＡｌまたはＡｌ合金の細線であり、第１の半導体素子１の電極（図示せず）と導体層５とを、電気的に接続している。電力用半導体素子では大電流が流れるため、例えば細線の直径は３００μｍ以上である。
【００２０】
第２のワイヤ８は、ＡｕまたはＡｕ合金の細線であり、第２の半導体素子２の電極（図示せず）と導体層５とを、電気的に接続している。制御用半導体素子では、相対的に電力用半導体よりも少ない電流が流れるため、例えば細線の直径は３８μｍである。
【００２１】
リード９は、凸部９１を有し、ＣｕまたはＣｕ合金に、ＮｉめっきあるいはＡｇめっきを施して成る。本実施例に係る半導体装置１００では、リード９は、第１の基板３の上面に直立して配置され、凸部９１を介して、第１の基板３および第２の基板４に形成された導体層５に電気的に接続されている。
リード９は、第２の基板および蓋を貫通して、基板半導体素子などの外部取り出し電極としても機能する。リード９は、例えば、１．０ｍｍ厚の平形状板材をプレス打ち抜き加工や化学的なエッチング加工で形成される。
【００２２】
凸部９１は、リード９に含まれ、第１の基板３および第２の基板４に形成される導体層５に、電気的に接続されている。
凸部９１は、第２の基板４に当接しており、第２の基板４の高さについて位置決め効果がある。
【００２３】
ケース１０は、第１の基板３の一方の主面に配置され、平面視において、半導体素子を囲むように設けられている。本実施例においては、ケース１０を基板２の外周縁に沿って配置し、基板２の側面の延長線上にケース５の外壁が位置するようにしている。このため、ケース１０は、半導体素子を保護するパッケージ（外囲体）の一部として機能するとともに、第２の基板４と協働して封止体６を構成する樹脂が注入される器として機能する。
ケース１０は、例えば、加工性がよく融点も２８０℃と高い、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）が望ましい。
【００２４】
蓋１１は、ケース１０の上面（一方の主面）に配置され、半導体装置１００の外側面となるケース１０と、半導体装置１００の底面となる第１の基板３と相まって、半導体装置１００の外表面を形成する。内蔵される半導体素子からの電気的引き出し線として、リード９が蓋１１を貫通して突出している。蓋１１は、例えば、加工性がよく融点も２８０℃と高い、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）が望ましい。
【００２５】
封止体１２は、第１の基板３の上面において、ケース１０で囲まれた領域に形成されている。
封止体１２は、本発明に基づいて、材質の異なる２つの樹脂層、すなわち、第１の樹脂層１２１と、第２の樹脂層１２２と、から成る。
【００２６】
第１の樹脂層１２１は、電力用半導体素子から発せられる熱を放熱するために、第２の樹脂層１２２よりも、相対的にフィラー含有率が多い。例えばエポキシ系樹脂が用いられ、流動性の高い樹脂を注入して形成されたものが望ましい。
【００２７】
第２の樹脂層１２２は、第１の樹脂層１２１よりも硬度が低く、第２の半導体素子にモールド歪を生じさせない効果がある。例えばシリコン系樹脂が用いられ、流動性の高い樹脂を注入して形成されたものである。
第２の樹脂層１２２は、第２の基板４の上面に成形され、パッケージ外部からの水分進入を防止するために、第１の樹脂層１２１よりも、相対的にファイラー含有率が少ないことが望ましい。
以上により、半導体装置１００が完成する。
【００２８】
次に、上述の実施例に係る半導体装置１００の効果を説明する。
【００２９】
本発明の実施例に係る半導体装置は、請求項１によれば、第１の基板と、第２の基板が、離間して配置され、リードが、第１の基板に直立して当接した積層構造とすることで、耐熱性が優れ、かつ高信頼性で小型化された半導体装置を実現できる。
請求項２によれば、第１の樹脂層のフィラー含有率を、第２の樹脂層よりも相対的に多くすることで、第1の半導体素子から発せられる熱を効果的に放熱することができる。また第２の樹脂層は、第１の樹脂層よりもファイラー含有率を相対的に少なくすることで、第２の半導体素子のモールド歪を防止することができる。
請求項３によれば、リードの凸部が第２の基板に当接することで、第２の基板の位置決めを効果的に行うことができる。
【００３０】
上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることは明らかである。
【００３１】
半導体素子等の集積度向上のために、半導体素子の機能に応じて、３層以上の基板で多層化した構造としてもよい。
【００３２】
ケース１０はＰＰＳ材を主材としたが、金属よりも軽くて絶縁性が保たれる材料が好ましく、塩化ビニール樹脂、ＡＢＳ樹脂などでもよい。
【００３３】
第１の基板３をアルミ基板としたが、ＡｌＮ基板あるいは、アルミナセラミックス基板に、銅回路をＤｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄ法にて接合したＤＢＣ基板を用いて、放熱用絶縁基板としてもよい。
【００３４】
第１のワイヤ７は、ＡｌまたはＡｌ合金の細線としたが、大電流を流す場合は、導電率の良い金属線が好ましく、例えばＣｕワイヤを使用してもよい。また同様に、大電流を流す場合にはクリップリードとしてもよい。導電性接着材を用いるため電気的に接続する工程が容易である。
【符号の説明】
【００３５】
１、第１の半導体素子
２、第２の半導体素子
３、第１の基板
４、第２の基板
５、導体層
６、放熱層
７、第１のワイヤ
８、第２のワイヤ
９、リード
９１、凸部
１０、ケース
１１、蓋
１２、封止体
１２１、第１の樹脂層
１２２、第２の樹脂層
１００、半導体装置
【図１】
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