JPH06310628A

JPH06310628A - 混成集積回路

Info

Publication number: JPH06310628A
Application number: JP9767093A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ota; 晋太田; Katsumi Okawa; 克実大川; Noriaki Sakamoto; 則明坂本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒートシンク上にスイッチング素子を固着
し、放熱特性およびヒートサイクル時の信頼性を向上さ
せる。【構成】金属基板（１）上に絶縁層（２）を介して形
成された導電路（３）上にインバータ回路が形成される
混成集積回路であって、インバータ回路を構成するソー
ス側あるいはシンク側のスイッチング手段は複数のスイ
ッチング素子（５）が並列接続されており、スイッチン
グ手段を構成する各スイッチング素子（５）はそれぞれ
個別のヒートシンク（４）上に固着され、ヒートシンク
（４）はその表面領域がソルダーレジスト等の絶縁樹脂
（３Ｂ）で複数の領域に分割された各分割領域毎に固着
され、且つ、その上面にスイッチング素子（５）を被覆
保護する被覆樹脂（６）が設けられていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は混成集積回路に関し、特
に複数のパワー半導体素子をヒートシンク上に実装する
実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】パワー半導体素子が実装される一般的な
従来構造の混成集積回路を以下に説明する（図５参
照）。例えば、図６に示す如き、インバータ回路を図５
の基板（１０）上に形成する場合、セラミックスあるい
は表面を陽極酸化したアルミニウム等の絶縁基板（１
０）上にインバータ回路用の導電路（１１）を形成し、
その導電路（１１）の所望位置にインバータ回路を動作
させるために必要なスイッチング素子（１２）が固着さ
れたヒートシンク（１３）を固着し、そのヒートシンク
（１３）上にエポキシ系の封止樹脂（１４）を塗布し、
スイッチング素子（１２）を封止樹脂（１４）で被覆保
護する構造であった。

【０００３】そして、パワートランジスタ（１２）が固
着されるヒートシンク（１３）上面には溝（１５）が形
成されており、封止樹脂層（１４）をヒートシンク（１
３）上に塗布した際、封止樹脂層（１４）の一部が溝
（１５）内に充填され、接着強度を向上させている。上
記のような従来構造の混成集積回路では、ヒートシンク
（１３）に溝（１５）を設けることによって、ヒートサ
イクルによる封止樹脂層（１４）とヒートシンク（１
３）との界面の剥離を防止することができる。その結
果、パワー半導体素子（１２）とヒートシンク（１３）
とを固着する半田層の半田酸化を抑制し信頼性を向上さ
せていた。

【０００４】上記のような技術は特開昭６０−６５５５
３号公報に記載されている。また、パワートランジスタ
等のパワー半導体素子を封止樹脂で被覆保護する同様の
技術は特開昭５８−４０８４８号公報、実開昭５６−４
３１６６号公報および実開昭５９−２６２５３号公報に
記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の混成集
積回路では、１つのヒートシンク上に１つのパワー半導
体素子を固着する構造であるため、例えば、上記した図
５のようなインバータ回路を絶縁基板上に実装する場合
に有効である。しかしながら、インバータ回路に流れる
電流量が５０〜３００Ａ程度の大電流となる場合には、
図７に示す如く、インバータ回路のスイッチング手段
（スイッチング素子）は複数個が並列接続される。並列
接続された各スイッチング素子を図８に示す如く１つの
ヒートシンク（２０）上に搭載し、エポキシ等の封止樹
脂（２１）で被覆した場合には、ヒートシンク（２０）
とエポキシ樹脂（２１）との接触界面距離が長くなるた
めにヒートサイクル時にヒートシンク（２０）とエポキ
シ樹脂（２１）との界面にクラックが生じスイッチング
素子（２２）とヒートシンク（２０）を固着している半
田層が酸化する。その酸化によって半田層の熱抵抗が高
くなり経時変化と供にスイッチング素子が破壊するとい
う問題があった。

【０００６】また、図８で示すような構造では、ヒート
シンク上に複数のスイッチング素子が固着されるため
に、ヒートシンクと各スイッチング素子とを固着する半
田層の１つにポイドが発生した場合には不良品扱いとな
り歩留りが低下する問題があった。また、図７で示すよ
うなスイッチング素子のコレクタあるいはソース電極が
共通で且つ、基板上に形成されたパッドが共通使用され
る場合には、図８で示した他に、各スイッチング素子を
個別のヒートシンク上に固着し、ヒートシンクをパッド
上に半田固着することが考えられる。この際、各ヒート
シンクとパッドを接続する半田が溶融すると隣接する半
田同志がぬれ性により結合し、その結果各ヒートシンク
が密接して配置されることになる。各ヒートシンクが密
接配置された場合であっても電気的問題は何ら生じな
い。

【０００７】しかしながら、各ヒートシンクが密接配置
されると１つのヒートシンク上にのみ被覆樹脂を塗布し
ようとしても機械的等の問題により隣接したヒートシン
ク上にも連続状で塗布されることになる。隣接したヒー
トシンクと連続状で被覆樹脂が塗布されると、前述した
ヒートサイクルの問題が生じる。この発明は、上述した
課題に鑑みて為されたものであり、この発明の目的は、
電気的に共通使用されるパッド上にパワー半導体素子が
固着された複数のヒートシンクを固着し、且つ、そのヒ
ートシンク上に被覆樹脂が被覆される構造の混成集積回
路のヒートサイクルによる信頼性を向上させることであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するため、この発明に係わる第１の混成集積
回路は、絶縁基板上に形成された所望形状の導電路のパ
ッド領域上にパワー半導体素子が固着された複数のヒー
トシンクを固着した混成集積回路であって、パッド領域
はソルダーレジスト等の絶縁樹脂膜で複数領域に分割さ
れ、その分割された各領域毎にヒートシンクが隣接され
る状態で固着されていることを特徴としている。

【０００９】また、この発明に係わる第２の混成集積回
路は、金属基板上に絶縁層を介して形成された導電路上
にインバータ回路が形成される混成集積回路であって、
インバータ回路を構成するソース側あるいはシンク側の
スイッチング手段は複数のスイッチング素子が並列接続
されており、スイッチング手段を構成する各スイッチン
グ素子はそれぞれ個別のヒートシンク上に固着され、そ
のヒートシンクはその表面領域がソルダーレジスト等の
絶縁樹脂で複数の領域に分割された各分割領域毎に固着
され、且つ、その上面にスイッチング素子を被覆保護す
る被覆樹脂が設けられていることを特徴としている。

【００１０】

【作用】以上のように構成される混成集積回路において
は、複数のヒートシンクが固着されるパッド領域をソル
ダーレジスト等の絶縁樹脂膜で複数領域に分割し、その
分割された領域毎にヒートシンクを固着することによ
り、各ヒートシンクを半田固着する場合、半田が溶融し
てもレジストインクによって溶融半田がせき止められて
いるために隣接する溶融半田と結合することを防止する
ことができる。

【００１１】その結果、隣接するヒートシンクが密接す
ることがなく、確実に一定距離のスペースを確保するこ
とができ、１つのヒートシンク上にのみ被覆樹脂を塗布
することが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下に図１〜図４に示した実施例に基づいて
本発明の混成集積回路を説明する。図１および図２に示
す如く、本発明の混成集積回路は、絶縁基板（１）と、
この基板（１）上に形成された所望形状の導電路（３）
と、この導電路（３）の所定位置のパッド（３Ａ）領域
上に固着された複数のヒートシンク（４）と、パッド
（３Ａ）領域を分割する絶縁樹脂膜（３Ｂ）と、この各
ヒートシンク（４）上に固着されたパワー半導体素子
（５）と、パワー半導体素子（５）を被覆保護する被覆
樹脂（６）とから構成される。

【００１３】絶縁基板（１）としてはセラミックスある
いは絶縁処理が施された金属基板が用いられ、この実施
例では、放熱特性および加工性を考慮して約２〜５ｍｍ
厚のアルミニウム基板あるいは銅基板が使用される。そ
の基板（１）は所定サイズで矩形状に形成され、混成集
積回路が完成する前あるいは後に所望サイズに分割プレ
スされる。アルミニウム基板を用いる場合には、そのア
ルミニウム基板の表面を薄膜の酸化アルミニウムで被覆
してもよい。また、銅基板を用いる場合には、その銅基
板の表面はニッケルあるいはクロムメッキが行われ表面
保護が行われている。

【００１４】アルミニウム基板（１）の一主面上には、
エポキシあるいはポリイミド樹脂等の接着性を有する熱
硬化性絶縁樹脂と約３５〜１０５μｍ厚の銅箔とのクラ
ッド材が温度１５０〜１８０℃、１平方センチメートル
当り５０〜１００Ｋｇの圧力でホットプレスされる。前
記クラッド材を基板（１）上にホットプレスすることに
より前記熱硬化性絶縁樹脂が絶縁層（２）となり、その
絶縁層（２）上の銅箔をホトエッチング等して所望形状
の導電路（３）が形成される。

【００１５】基板（１）上に形成される導電路（３）
は、例えば図７に示したインバータ回路が形成される。
導電路（３）の所定位置、即ち、上記インバータ回路の
スイッチング手段（スイッチング素子）を固着したヒー
トシンク（４）を固着するためのパッド（３Ａ）領域上
には、図３に示す如く、スクリーン印刷により印刷した
ソルダーペーストがスクリーン印刷等により付着されて
半田層（８）が形成される。半田層（８）は図３に示す
如く、パッド（３Ａ）の領域内に所定の間隔を設けて複
数カ所に形成される。そして、パッド（３Ａ）領域は十
字状に設けられたソルダレジスト等の絶縁樹脂膜（３
Ｂ）によって複数に分割される。上記した半田層（８）
は樹脂膜（３Ｂ）によって分割された分割領域内に配置
されることになり、隣接する各半田層（８）は樹脂膜
（３Ｂ）で区画されることになる。樹脂膜（３Ｂ）は熱
抵抗を考慮してその巾は約０．５〜１ｍｍ程度となるよ
うに形成される。また、本実施例では樹脂膜（３Ｂ）は
十字状に形成されているが、樹脂膜（３Ｂ）の形状はこ
れに限られるものではない。

【００１６】ところで、図７に示したインバータ回路の
第１電源ライン（例えばＶ_CCライン）、第２電源ライン
（例えばアースライン）および電流を供給する出力ライ
ンは約５０〜３００Ａの大電流に対応できるようにする
必要から銅箔の厚みを約３５〜１０５μ程度の肉厚を有
する。その厚みで不十分な場合には、その銅箔上に約１
〜５ｍｍ程度の肉厚を有した銅板を固着することも考え
られる。

【００１７】本発明の混成集積回路では約１００Ａ以上
の電流に対応できるものとするために各スイッチング素
子は、例えば図７に示す如く、４並列接続されている。
並列接続された各スイッチング素子は、銅、インバ−銅
−インバ−の合金あるいはＤＢＣ等の金属あるいは合金
材よりなる、ヒートシンク（４）毎に半田（９）を介し
て半田固着される。

【００１８】スイッチング素子（５）が固着された各ヒ
ートシンク（４）は図４に示す如く、パッド（３Ａ）領
域上に設けられた各半田層（８）上に載置され、半田リ
フロー工程により半田層（８）を溶融させ、パッド（３
Ａ）上に各ヒートシンク（４）が半田固着される。各半
田層（８）を溶融した際、パッド（３Ａ）領域は絶縁樹
脂膜（３Ｂ）で分割されているために、各半田層（８）
の溶融半田は樹脂膜（３Ｂ）によってせき止められるこ
とになり、隣接する溶融半田同志が結合することはな
い。そのため、各ヒートシンク（４）が密接した状態で
パッド（３Ａ）上に半田固着されるおそれを防止するこ
とができる。

【００１９】パッド（３Ａ）上に各ヒートシンク（４）
を固着した後、各ヒートシンク（４）上に固着されたパ
ワースイッチング素子（５）はエポキシ系の被覆樹脂
（６）で被覆保護される。各ヒートシンク（４）上に被
覆樹脂（６）を塗布する場合、上述したように各ヒート
シンク（４）同志は所定の間隔が確保されるために確実
に１つのヒートシンク（４）上に塗布することが可能と
なる。したがって、１つのヒートシンク（４）上に樹脂
（６）を塗布する場合であっても隣接するヒートシンク
（４）上に連続状態で樹脂（６）が塗布されるのを防止
することができ、ヒートサイクルによって樹脂（６）と
ヒートシンク（４）との界面領域でクラックが生じるお
それがない。尚、ヒートシンク（４）上には樹脂（６）
との接着力を向上させるための逆テーパー面を有した溝
が設けられている。

【００２０】ところで、各ヒートシンク（４）上に固着
されたスイッチング素子（５）は被覆樹脂（６）が塗布
される前に、各ヒートシンク（４）の周辺に延在形成さ
れた導電路（３）とアルミニウム線によってボンディン
グ接続されている。かかる本発明の混成集積回路では、
１つのパッド（３Ａ）領域を樹脂膜（３Ｂ）で分割し、
その分割された各領域に並列接続されたスイッチング素
子（５）が固着された各ヒートシンク（４）を固着搭載
することにより、各ヒートシンク（４）を密接すること
なくパッド上に固着することができ、各ヒートシンク
（４）上に確実に被覆樹脂を塗布することができる。そ
の結果、スイッチング素子（５）が並列接続される大電
流タイプの混成集積回路であってもヒートサイクルにお
ける信頼性を向上させることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上に詳述した如く、本発明に依れば、
ヒートシンクが固着される１つのパッド領域をソルダー
レジスト等の絶縁樹脂膜で複数領域に分割し、その分割
された領域毎に各ヒートシンクを固着することにより、
各ヒートシンクを半田固着する場合、半田が溶融しても
レジストインクによって溶融半田がせき止められるため
に隣接する溶融半田と結合することを防止することがで
きる。

【００２２】したがって、隣接するヒートシンクが密接
することがなく、確実に一定距離のスペースを確保する
ことができ、１つのヒートシンク上にのみ確実に被覆樹
脂を塗布することが可能となる。その結果、大電流タイ
プの混成集積回路であってもヒートサイクルによる信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の混成集積回路を示す断面図であ
る。

【図２】図２は本発明の混成集積回路を示す平面図であ
る。

【図３】図３は本発明を説明するための要部平面図およ
び断面図である。

【図４】図４は本発明を説明するための要部平面図およ
び断面図である。

【図５】図５は従来の混成集積回路を示す断面図であ
る。

【図６】図６はインバータ回路の回路図である。

【図７】図７はインバータ回路の回路図である。

【図８】図８は従来の混成集積回路を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

（１）絶縁基板（２）絶縁層（３）導電路（３Ａ）パッド（３Ｂ）絶縁樹脂膜（４）ヒートシンク（５）スイッチング素子（パワー半導体素子）（６）被覆樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に形成された所望形状の導電
路のパッド領域上にパワー半導体素子が固着された複数
のヒートシンクを固着した混成集積回路であって、前記パッド領域はソルダーレジスト等の絶縁樹脂膜で複
数領域に分割され、その分割された各領域毎に前記ヒー
トシンクが隣接される状態で固着されていることを特徴
とする混成集積回路。
【請求項２】金属基板上に絶縁層を介して形成された
導電路上にインバータ回路が形成される混成集積回路で
あって、前記インバータ回路を構成するソース側あるい
はシンク側のスイッチング手段は複数のスイッチング素
子が並列接続されており、前記スイッチング手段を構成
する各スイッチング素子はそれぞれ個別のヒートシンク
上に固着され、前記ヒートシンクはその表面領域がソル
ダーレジスト等の絶縁樹脂で複数の領域に分割された各
分割領域毎に固着され、且つ、その上面に前記スイッチ
ング素子を被覆保護する被覆樹脂が設けられていること
を特徴とする混成集積回路。