JPH11220074A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH11220074A JPH11220074A JP10018860A JP1886098A JPH11220074A JP H11220074 A JPH11220074 A JP H11220074A JP 10018860 A JP10018860 A JP 10018860A JP 1886098 A JP1886098 A JP 1886098A JP H11220074 A JPH11220074 A JP H11220074A
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- resin case
- semiconductor device
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10W72/50—Bond wires
- H10W72/541—Dispositions of bond wires
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-
- H—ELECTRICITY
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-
- H—ELECTRICITY
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- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/753—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between laterally-adjacent chips
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
頼性が高く、容易に製造できて高出力用でも安価なもの
とすることができる半導体装置を提供する。 【解決手段】 複数のIGBTTr、ダイオードD1 ,
D2 をそれぞれヒートスプレッタ基板31a,31bに
搭載してヒートスプレッタ体23a,23bを個々に形
成し、形成されたヒートスプレッタ体23a,23bを
それぞれ放熱板24上に搭載すると共に、接続ワイヤ2
6により対応するパワートランジスタTr、ダイオード
D1 ,D2 にインナーリード32が接続されたリードフ
レーム25を該接続ワイヤ26によってIGBTTr、
ダイオードD1 ,D2 の上方に所定間隔を設けて3次元
的に支持配置した後、放熱板24の下面が外部に露出す
るようにトランスファーモールド法によって樹脂ケース
27を成形し、IGBTTr、ダイオードD1 ,D2 等
を封止しする。
Description
よって電動機を駆動、制御するために用いられる電力用
の半導体装置に関する。
レクトロニクス分野で使用される電力用の半導体装置の
うち、3相交流電源によって電動機を駆動、制御するた
めの半導体装置の電気回路構成は、一般的には図8に示
すように大電流、高電圧を制御することができる複数の
IGBT(Insulated Gate Bipol
ar Transistor;バイポーラ型MOSFE
T)Tr、ダイオードD1 ,D2 等を用い、コンバー
タ、インバータを構成して図示しないが端子R,S,T
を電源に接続し、端子U,V,Wに負荷の電動機を接続
するようなものとなっている。そして、これらIGBT
Tr、ダイオードDをモジュール化してPIM(pow
er integrated module)とし、機
器に組み込み使用される。こうしたPIMのうち、例え
ば600V/10A〜20AクラスのPIMは、図9の
平面図および図10の断面図で示すようにパッケージが
トランスファーモールド法によって形成されたものとな
っている。また、600V/30A〜50AクラスのP
IMは、図11の斜視図および図12の断面図で示すよ
うにパッケージがDBC法(direct bondi
ng copper法)によって形成されたものとなっ
ている。
て形成されたPIMは、次のようにして形成される。図
9および図10において、先ず、PIM1は、リードフ
レーム2上にパワー素子3等を搭載し、パワー素子3等
とリードフレーム2の対応部位とをボンディングワイヤ
4で接続してからインナー樹脂ケース5に内蔵させる。
その後、パワー素子3等を内蔵するインナー樹脂ケース
5と金属製の放熱板6とをモールド型にセットし、放熱
板6の放熱面が外面に出るようにしてアウター樹脂ケー
ス7をトランスファーモールド法により成形することに
より構成される。なお、8は入出力用の外部端子であ
り、9はPIM1を取り付けるための取付孔である。こ
れによりリードフレーム2上に搭載されたパワー素子3
が動作した際に発生する熱は、アウター樹脂ケース7の
薄い樹脂層10を間に介して放熱板6に伝えられ、放熱
板6の外面から外部に放熱する。
11は、次のようにして形成される。図11および図1
2において、先ず、熱伝導性の良い絶縁セラミック板1
2の片面に設けられパターニングされた図示しない導電
層にパワー素子13等を搭載し、また他面に設けられた
同じく図示しない導電層を金属製の放熱板14の上面に
固着する。そして、リードインサート樹脂ケース15の
底部となるように放熱板14を設け、樹脂ケース15に
インサートされ入出力用の外部端子となるリード16と
パワー素子13等とをボンディングワイヤ17で接続
し、その後、樹脂ケース15内にキャスティング樹脂1
8を充填し封止してから蓋19を取り付けるようにして
構成される。なお、20はPIM11を取り付けるため
の取付孔である。これによりパワー素子13が動作した
際に発生する熱は、絶縁セラミック板12から放熱板1
4に熱抵抗の低い状態で伝えられ、放熱板14の外面か
ら外部に放熱する。
ールド法によるPIM1とDBC法によるPIM11
は、次のような特徴をそれぞれ有するものであった。す
なわち、トランスファーモールド法によるPIM1は、
構成および製造方法も簡単なために安価であるがパワー
素子3で発生した熱を外部に放散する時の放熱効率が低
く、またパワー素子3等のサイズが大きく全体に大寸法
となる高出力用には適用することが困難なものであり、
高い信頼性を得ることが難しいものとなっていた。ま
た、DBC法によるPIM11は、パワー素子13で発
生した熱を外部に放散する時の放熱効率が高く、全体が
大寸法となる高出力用に適していて、信頼性も高いもの
であるものの製造方法が手間の掛かるもので高価であっ
た。
みて本発明はなされたもので、パワー素子での発生熱を
効率良く放熱でき、信頼性が高く、また容易に製造する
ことができて高出力用のものでも安価に実現することが
できる半導体装置を提供することを目的とする。
放熱板上に絶縁層を介して複数のパワー素子を搭載し、
かつ放熱板の下面が外部に露出するように樹脂ケースを
成形してパワー素子を封止すると共に、パワー素子に電
気的に接続されたリードが樹脂ケースから延出するよう
形成された半導体装置において、複数のパワー素子が、
放熱板上に固着された複数のヒートスプレッタ基板上面
にそれぞれ分割して搭載されていることを特徴とするも
のであり、さらに、リードが、樹脂ケースの成形に際し
該リードとパワー素子とを接続する接続ワイヤにより、
パワー素子の上方に所定間隔を設けて3次元的に支持配
置されていることを特徴とするものであり、さらに、放
熱板とリードとが一体に形成されていて、該放熱板とリ
ードの分離が樹脂ケースの成形後に行われることを特徴
とするものであり、さらに、放熱板上に、ヒートスプレ
ッタ基板に隣接してパワー素子以外の素子を搭載する配
線基板が固着されていることを特徴とするものであり、
さらに、樹脂ケースの成形が、トランスファーモールド
法によって行われることを特徴とするものである。
を参照して説明する。
説明する。本実施形態は、複数のIGBT、ダイオード
等を用いてコンバータ、インバータを構成するようにし
た図8に電気回路図を示すような電力用半導体装置で、
図1は平面図であり、図2は断面図であり、図3は樹脂
ケース内構造を示す平面図であり、図4は樹脂ケース内
構造を示す斜視図であり、図5はヒートスプレッタ体を
例示する図で、図5(a)は第1の例の斜視図で、図5
(b)は第2の例の斜視図であり、図6はリードフレー
ムの平面図である。
r integrated module)21は、パ
ワー素子であるIGBTTrおよびダイオードD1 ,D
2 を絶縁セラミック板22a,22bに搭載したヒート
スプレッタ体23a,23bを放熱板24の上面に固着
し、さらにヒートスプレッタ体23a,23bと、ヒー
トスプレッタ体23a,23bの上方に設けられたリー
ドフレーム25とをボンディングワイヤ26で接続した
後、放熱板24の下面が外部に露出するよう樹脂ケース
27をトランスファーモールド法により成形し、封止す
ることにより構成されている。
伝導性が良好な例えば銅(Cu)等の金属によって方形
平板状に形成されたものであり、片方の長辺部分の両隅
部に取り付けねじ孔28が形成されている。また、パワ
ー素子等を放熱板24の上面に取り付けるために構成さ
れたヒートスプレッタ体23a,23bは、例えば窒化
アルミニウム(AlN)あるいは酸化アルミニウム(A
l2 O3 )等の良熱伝導性絶縁材料でなる所定外形寸法
を有する絶縁セラミック板22a,22bの両面に、そ
れぞれメタライズ処理により設けられた薄板状の銅層2
9a,29b,30a,30bを被着してなるヒートス
プレッタ基板31a,31bを備えて構成されている。
1bの上面側に設けられた銅層29a,30aは所定パ
ターンとなるようパターニングされていて、1つ又は複
数のIGBTTrおよびダイオードD1 ,D2 等のパワ
ー素子が、それぞれ所定部分の上面にはんだ付けにより
取着されている。なお、一方の6個でインバータを構成
するヒートスプレッタ構造体23aは、絶縁セラミック
板22a上の銅層29aは1つで、その1つの銅層29
a上面にIGBTTrとダイオードD1 の2つの素子が
搭載されており、他方の2個でコンバータを構成するヒ
ートスプレッタ体23bは、絶縁セラミック板22b上
の銅層29bが3分割され、その分割された1つ1つに
ダイオードD2 が搭載されており、1つのヒートスプレ
ッタ体23bとして3つのダイオードD2 が搭載された
ものとなっている。
bにパワー素子等が設けられたヒートスプレッタ体23
a,23bは、放熱板24の所定位置に下面側の銅層2
9b,30bをはんだ付けすることによって固着されて
いる。またさらに、放熱板24に固着されたヒートスプ
レッタ体23a,23bの上方に、所定の絶縁距離を確
保するようにして3次元的に配置されるリードフレーム
25は、例えば長方形状で所定板厚の銅板を図6に示す
ような所定形状のインナーリード32、アウターリード
33が形成されるように加工してなるものである。
ッタ体23a,23bの上方の所定の高さ位置に設ける
にあたっては、図示しないが、先ずリードフレーム25
を保持治具によりヒートスプレッタ体23a,23bの
上方の所定高さ位置に保持する。次に、この保持した状
態でヒートスプレッタ体23a,23bのIGBTTr
やダイオードD1 ,D2 、ヒートスプレッタ基板31
a,31bの銅層29a,30aの対応する部位同士
を、またこれらと対応するインナーリード32の先端部
とを、例えば直径250μmあるいは直径400μmと
いった比較的太いアルミニウム(Al)製のボンディン
グワイヤ26を用い、超音波ボンディングにより接続す
ることによって結線する。その後、トランスファーモー
ルド前にリードフレーム25を保持していた保持治具を
取り外しモールド金型にセットするが、モールド金型に
はリードフレーム25とヒートスプレッタ体23a,2
3bの位置、高さ関係が同定されるようなガイドが付加
されている。これによりモールド後にもヒートスプレッ
タ体23a,23bとリードフレーム25は、所定の高
さ位置に所定の絶縁距離を設けるようにして保持され
る。
プレッタ体23a,23bと、これの上方にボンディン
グワイヤ26によりリードフレーム25を支持し一体化
したものを図示しないモールド型にセットし、トランス
ファーモールド法による成形を行い直方体状の樹脂ケー
ス27を形成し、パワー素子等を封止する。なお、リー
ドフレーム25は、樹脂ケース27の成形前、成形後の
プレス加工によって不要箇所の切り落とし除去が行わ
れ、樹脂ケース27が形成された状態では図6に斜線で
示す部位が除去された状態となっている。また成形され
た樹脂ケース27は、放熱板24の下面が放熱面として
平坦な外面の一部として露出するように形成されてお
り、さらにリードフレーム25のアウターリード33部
分が延出する側と逆の長辺部分の両隅部に、放熱板24
の取り付けねじ孔28に重なるよう同中心軸に取付孔3
4が形成されている。
子のIGBTTrやダイオードD1,D2 が動作するこ
とによって発生した熱は、先ず各素子からはんだ付けさ
れているヒートスプレッタ基板31a,31bの銅層2
9a,29bに流れ、続いて銅層29a,29bから絶
縁セラミック板22a,22b、さらに各々の下面に設
けられた銅層30a,30bに流れ、銅層30a,30
bがはんだ付けされている放熱板24へと流れて放熱さ
れる。この放熱経路は、途中に熱抵抗の大きい材料や構
造がなく、すべて良熱伝導性絶縁材料で構成されると共
に比較的大きな平坦面同士の固着による構造であるた
め、熱抵抗が非常に小さく放熱効率が高く、PIM21
が高出力形であっても放熱が効率よく行われるためコン
パクトな形態とすることができる。
2 等とインナーリード32との間の接続を、比較的太い
ボンディングワイヤ26を用いて行っているので、ボン
ディングワイヤ26によってリードフレーム25をヒー
トスプレッタ体23a,23bの上方の所定高さ位置に
3次元的に配置することができる。このため、リードフ
レーム25をIGBTTrやダイオードD1 ,D2 等と
同じ平面上に配置する場合に比較して平面形状が小さな
ものとなり、PIM21を実装基板に実装する場合に占
有する面積が小さくてすみ、実装効率を向上させること
ができる。
D2 等は、放熱板24に取り付けるに際して機能的に小
単位に分割し、予めインバータを構成する各1つのIG
BTTrとダイオードD1 の同じ組み合わせをヒートス
プレッタ体23aとして分離して構成し、またコンバー
タについても同様に、予め3個のダイオードD2 をヒー
トスプレッタ体23bとして分離して構成しておくこと
ができ、効率的な製作を行うことができる。そして、放
熱板24上での全体の組み立て時に各所要数のヒートス
プレッタ体23a,23bを集合させて取り付け組み上
げるものであるから、放熱板24上の部品配置が効率的
な配置とすることが可能であり、また個々のユニット的
な生産が可能であるので生産性や製造歩留を向上させる
ことができる。
タ体23a,23bとして分割され小寸法のものを単位
として放熱板24にはんだ付けされている。このため、
熱、機械的なストレスに対し、1枚の基板にパワー素子
を取り付けるようにしたものに比べ、各ヒートスプレッ
タ体23a,23bのヒートスプレッタ基板31a,3
1bに生じる応力が非常に小さく、基板の割れやはんだ
付け部分の脆化に対する耐量が大きく、信頼性が高いも
のとなる。また、トランスファーモールド法による成形
で樹脂ケース27の形成とパワー素子等の封止を行って
いるので、組み立てが簡単でコストを低減することがで
き、さらに、組み立ての自動化も容易で、これにより組
み立てに手間が掛からなくなって、さらなるコストの低
減が可能となる。
る。本実施形態は、複数のIGBT、ダイオード等を用
いてコンバータ、インバータを構成し、さらに制御部を
も組み込むようにした電力用半導体装置で、図7は樹脂
ケース内構造を示す斜視図である。なお、第1の実施形
態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、第1
の実施形態と異なる本実施形態の構成について説明す
る。
してなるリードフレーム42が放熱板部43とリード部
44を備えて形成されたもので、放熱板部43とリード
部44とは上面が同一平坦面となっており、下面側に肉
厚が厚くなるよう形成された放熱板部43の上面に、パ
ワー素子であるIGBTTrおよびダイオードD1 ,D
2 を絶縁セラミック板22a,22bに搭載したヒート
スプレッタ体23a,23bが固着されている。さらに
放熱板部43の上面には、ヒートスプレッタ体23a,
23bに隣接してプリント配線基板45が接着されてお
り、このプリント配線基板45には、IGBTTrおよ
びダイオードD1 ,D2 で構成されたコンバータ、イン
バータを制御するIC46、チップ部品47を備えたド
ライバ部48が設けられている。
23a,23bと、プリント配線基板45と、リード部
44のインナーリード48とを、それぞれ対応するもの
同士をボンディングワイヤ26で接続した後、放熱板部
43の下面が外部に露出するよう樹脂ケース49をトラ
ンスファーモールド法により成形し、封止することによ
り構成されている。なお、50はアウターリードであ
り、51は放熱板部43をリードフレーム42の連結部
52に接続する架橋部である。またリードフレーム42
は樹脂ケース49が形成された後、所定長さのアウター
リード50が残るよう、また架橋部51を放熱板部43
から切り離すようにして樹脂ケース27の外方に延出し
た部分が切断、除去される。
らの熱を放熱する放熱板部43が、リード部44と共に
リードフレーム42を形成するものであり、放熱板部4
3に搭載された各素子とインナーリード48の先端部と
をボンディングワイヤ26で接続したものをトランスフ
ァーモールド法により樹脂ケース49を成形し封止する
ため、成形時にボンディングワイヤ26で接続した部位
間の離間距離が変化せず信頼性が高いものなる。また同
時に放熱板部43の厚さが下面側に厚くなるようにした
ものであるため、樹脂ケース49を成形した状態でも放
熱板部43の下面が外部に露出し放熱が確実に行え、か
つリード部44が樹脂ケース49の側面の厚さ方向中間
部分から延出した状態になって十分な沿面距離を確保す
ることができる。
線基板45を設けて配線を行うものであるので配線の自
由度が向上し、配線密度が向上したものとなり、このプ
リント配線基板45にコンバータ、インバータと共に、
これらを制御するドライバ部48を設けることができ
る。
ワー素子のIGBTTrやダイオードD1 ,D2 が動作
することによって発生した熱は、ヒートスプレッタ基板
31a,31bから放熱板部43へと流れて放熱される
が、この放熱経路には途中に熱抵抗の大きい材料や構造
がなく、すべて良熱伝導性絶縁材料で構成されると共に
比較的大きな平坦面同士の固着による構造であるため、
熱抵抗が非常に小さく放熱効率が高く、PIM41が高
出力形であっても放熱が効率よく行われることになって
コンパクトな形態とすることができる。
2 等は、機能的に小単位に分割して、予めインバータを
構成する各1つのIGBTTrとダイオードD1 の同じ
組み合わせをヒートスプレッタ体23aとして分離して
構成し、またコンバータについても同様に、予め3個の
ダイオードD2 をヒートスプレッタ体23bとして分離
して構成しておくことができ、効率的な製作を行うこと
ができる。そして、放熱板部43上での全体の組み立て
時に各所要数のヒートスプレッタ体23a,23bを集
合させて取り付け組み上げるものであるから、放熱板部
43上の部品配置が効率的な配置とすることが可能であ
り、また個々のユニット的な生産が可能であるので生産
性や製造歩留を向上させることができる。
23a,23bとして分割され小寸法のものを単位とし
て放熱板部43にはんだ付けされている。このため、
熱、機械的なストレスに対し、1枚の基板にパワー素子
を取り付けるようにしたものに比べ、各ヒートスプレッ
タ体23a,23bのヒートスプレッタ基板31a,3
1bに生じる応力が非常に小さく、基板の割れやはんだ
付け部分の脆化に対する耐量が大きく、信頼性が高いも
のとなる。また、トランスファーモールド法による成形
で樹脂ケース49の形成とパワー素子等の封止を行って
いるので、組み立てが簡単でコストを低減することがで
き、さらに、組み立ての自動化も容易で、これにより組
み立てに手間が掛からなくなって、さらなるコストの低
減が可能となる。
によれば、パワー素子での発生熱を熱抵抗の小さい放熱
経路を介して効率良く放熱させることができ、基板の割
れ等の虞がなくて信頼性が高く、また容易に製造するこ
とができることから高出力用のものであっても低コスト
となるなどの効果を奏する。
示す平面図である。
示す斜視図である。
ッタ体を例示する図で、図5(a)は第1の例の斜視
図、図5(b)は第2の例の斜視図である。
ムの平面図である。
示す斜視図である。
明するための回路図である。
Mの平面図である。
IMの斜視図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 放熱板上に絶縁層を介して複数のパワー
素子を搭載し、かつ前記放熱板の下面が外部に露出する
ように樹脂ケースを成形して前記パワー素子を封止する
と共に、前記パワー素子に電気的に接続されたリードが
前記樹脂ケースから延出するよう形成された半導体装置
において、複数の前記パワー素子が、前記放熱板上に固
着された複数のヒートスプレッタ基板上面にそれぞれ分
割して搭載されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 リードが、樹脂ケースの成形に際し該リ
ードとパワー素子とを接続する接続ワイヤにより、前記
パワー素子の上方に所定間隔を設けて3次元的に支持配
置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項3】 放熱板とリードとが一体に形成されてい
て、該放熱板とリードの分離が樹脂ケースの成形後に行
われることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項4】 放熱板上に、ヒートスプレッタ基板に隣
接してパワー素子以外の素子を搭載する配線基板が固着
されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。 - 【請求項5】 樹脂ケースの成形が、トランスファーモ
ールド法によって行われることを特徴とする請求項1、
請求項2、請求項3記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10018860A JPH11220074A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10018860A JPH11220074A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220074A true JPH11220074A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=11983305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10018860A Abandoned JPH11220074A (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11220074A (ja) |
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1998
- 1998-01-30 JP JP10018860A patent/JPH11220074A/ja not_active Abandoned
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