JPS615560A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、電力半導体モジュールなどに使用する半導
体装置の改良に関するものである。

〔従来技術〕〜 近年、電子機器の発達は著しく、その小形軽量化が急速
に進んでいる。これらの基をなすものは、半導体装置の
小形化および信頼性の向上によるものである。このなか
でも特にトランジスタの大電流容量化に伴って、かかる
半導体装置の中容量の電力用半導体装置への応用が活発
になっており、小形軽量化を図ったパワーモジュールの
分野への適用も多（なってきている。

このようなパワーモジュールのｉ長は軽量化と低価格で
あるが、このためには装置は樹脂封止形となる。パワー
モジュールでは、複数個の半導体チップを組込んでおり
、半導体チップ自体も大電流容量化に伴い大きくなるた
め、外形寸法は従来の樹脂封止形半導体装置に比べ、か
なり大きなものとなる。最近では、６素子入りのパワー
モジ、エールも実用化されている。

このようなことから、パワーモジュールの樹脂封止には
、従来のものとは異なった構造が必要となってくる。な
かでも最も問題となるのは、外形寸法が大きくなること
により、容器内に充てんされる樹脂の体積が大きくなり
、半導体チップの発熱による温度上昇により、封止樹脂
の膨張や温度低下時における収縮によるひずみがチップ
やアルミニウム線に加わり、チップの割れやアルミニウ
ム線の断□線の原因となることである。

これらを防止するため、最近では、容器内部の下層には
絶縁材としてのゲル状軟質樹脂で封止してチップやアル
ミニウム線部を囲み、上層には充てん後硬化することに
より強度の方が高くなる封止樹脂で封止し、引出された
外部端子の保持とモジュールの機械的保護とを行う二重
の樹脂封止構造のものが増えてきた。

この種の従来の半導体装置を第１図に示す。第２図は第
１図の平面図であり、第３図は第２図の要部を拡大して
示す断面図である。これらの図はパワーモジュールに使
用するトランジスタの場合を示し、図において、■はア
ルミニウム放熱板であり、１上面にアルミナ材等からな
る絶縁基板２が固着されている。この絶縁基板２上には
内部端子としてのペース電極３Ｂ、コレクタ電極３Ｃ，
エミッタ電極３Ｅが纏着されている。コレクタ電極３Ｃ
上には、トランジスタチップ４１．フライホイールダイ
オードチップ４０が、ペース電極３Ｂ上には、スピード
アンプダイオードチップ４２が固着されている。また、
ベース電極３Ｂは、外部端子１４に、エミッタ電極３Ｅ
は外部端子１５に引出されている。トランジスタチップ
４１上面のペースポンディングパッドがスピードアンプ
ダイオードチップ４２上面のパッドとアルミニウム線２
０Ｂにより、フライホイールダイオードチップ４０上面
のエミッタポンディングパッドが対応するエミッタ電極
３Ｅとアルミニウム線２０Ｂにより、さらにトランジス
タ干ツブ４１上面のエミッタボンケイングパッドが対応
するエミッタ電極１（図示せず）とアルミニウム線２１
Ｅによりそれぞれボンディング接続されでいる。

次に、上記従来装置の組立て方法につしζて説明する。

　　　　　　　　　・ まず、絶縁基板２の両面の所要ハンダ付＋ｉ箇所にメタ
ライズ層を施す、放熱板１上にハンダ扉片２／ｌ−介し
て絶縁基板２を形成し、その上にそれぞれハンダ薄片３
Ａ″を介してベース電株３Ｂ″、□コレクタ電極３Ｃ，
エミッタ電極３Ｅを載せる。さらにベース電極３Ｂ上に
ハンダ薄片４Ａを介してスピードアップダイオードチッ
プ４２を、コレクタ電極３Ｃ上にハンダ薄片４Ａを介し
てトランジスタチップ４１．フライホイールダイ・オー
ドチップ４０を配置する。

このように、各部品が載せられた放熱板１を組立設備の
図示しない熱板上に載せ、加熱し′を各部品をハンダ融
着する。次にトランジスタチップ４１上面のエミッタポ
ンディングパッドとエミッタ電極（図示せず）とをアル
ミニウム線２１Ｂにより、フライホイールダイオードチ
ップ４０上面のエミッタポンディングパッドとエミッタ
電極３Ｅとをアルミニウム線２０Ｈにより、さらにミ　
トランジスタチップ４１上面のペースポンディングパッ
ドとベース電極３Ｂ上のスピードアップダイオードチッ
プ４２の上面のパッドとをアルミニウム線２０Ｂにより
ライ十ボンドする。各電極３Ｂ。

３Ｇ、３Ｅの先端を上方に曲げ起こし、これを各電極の
外部端子９〜１５にはんだ付は等により接続する。次い
で、放熱板１上に外装容′ＩＳ５を接着剤等で接着し、
外装容器５内部の下層には絶縁材としてのゲル状封止樹
脂で封止し、外装容器５の上層には各外部端子９〜１５
固定のための硬化封止樹脂７で封止して製品が完成する
。

ところで、上記従来の半導体装置は、放熱板１上にハン
ダ薄片２Ａを介して絶縁基板２を、さらにこの上にそれ
ぞれハンダ薄片３Ａを介してベース電極３Ｂ、コレクタ
電極３Ｃ，エミッタ電極３Ｅを載せなければならず、ま
た、各トランジスタＴｒＬ　Ｔｒ２．Ｔｒ３のコレクタ
電極３Ｃの先端を外部端子９に銅の電極１６を介してハ
ンダ接続しなければならず、そして、各トランジスタＴ
ｒ４．　Ｔｒ５＋　Ｔ−ｒ６のエミッター極３Ｅの先端
、を銅の電極１７を介して外部端子１０にハンダ接続し
なければならず、トランジスタＴｒｉのエミッタ電極３
ＥとトランジスタＴｒ４のコレクタ電極３Ｃとを外部端
子１）に、トランジスタＴｒ２のエミッタ電極３Ｅとト
ランジスタＴｒ５のコレクタ電極３Ｃとを外部端子１２
に、トランジスタＴｒ３のエミッタ電極３Ｅとトランジ
スタＴｒ６のコレクタ電極３Ｃとを外部端子１３に、そ
れぞれ立体的にハンダ接続し、トランジスタＴｒｉ〜Ｔ
ｒ６のベース電極３Ｂとエミッタ電極３Ｅとは外部端子
１４．１５に、それぞれハンダ付けをしなければならず
、ハンダ付けに非常に多くの組立工数を必要とし、外部
端子９〜１５の位置決めが非常に困難であり、位置決め
のための外部端子９〜１５の位置儒正に多くの作業時間
がかかる等の欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は、上記のような従来のものの欠点を解消する
ためになされたもので、アルミニウム放熱板上全面に絶
縁層を直接焼結等により形成し、その上に全面に銅薄及
びアルミニウム薄を形成したのち、パターンニング及び
エツチングにより所望部分のみに銅薄、アルミニウム薄
を残し、これらの上に半導体チップ及びその外部電極端
子を直接載せ、直接ボンディングを行なうようにするこ
とにより、内部電極端子をな（してハンダ付は箇所を大
幅に減らすことができる半導体装置を提供することを目
的としている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第４〜第６図はこの発明の一実施例による半導体装置を
示すもので、第４図はぞのパワートランジスタモジュー
ルの斜視図であり、第５図は第４図の平面図、第６図は
第５図の要部を拡大して示す断面図である。これらの図
において、第１図〜第３図と同一符号は同−又は相当部
分を示し、第６図において、２２は軽量なアルミニウム
放熱板　　　　　　　　（１上の全面に形成された絶縁
層、６Ｃは該絶縁層２２上に形成された銅薄、４はこの
銅薄６Ｃ上にハンダ３Ａにより固着された、銅又はＭｏ
板８等にハンダ付け（４Ａ）した半導体チップ、６Ｂ。

６Ｅはそれぞれ絶縁層２２上に形成された銅薄、７Ｂ、
７Ｂは該各銅薄６Ｂ、６Ｅ上に形成されたアルミニウム
薄である。一方第５図において、絶縁層２２上に銅薄Ｅ
ｉＢ、’６Ｅが形成され、銅薄６Ｂ上にベース電極１４
．スピードアップダイオードチップ４３が固着され、か
つアルミニウムＩ！７Ｂが形成されており、一方、銅薄
６Ｅ上にエミッタ電極１５が固着され、かつアルミニウ
ム薄７Ｅが形成されている。チップ４のエミッタ電極は
銅薄上に形成されたアルミニウム薄１９の配線により外
部端子１０に接続されている。

次に、上記半導体装置の組立て方法について説明する。

第４．　５．　６図に示すごとく、アルミニウム放熱板
ｌ上の片面全面に絶縁層２２を直接焼結によ′り形成し
、その上の全面に銅薄を、該銅薄上全面にア）レミニウ
ム薄を形成し、それら銅薄及びアルミニウム薄をパター
ンニングしたのち、エツチングによりそれらの不必要部
分を取り除いて、チップ４．４３及びその端子１４．１
５のハンダ付けすべき部分に銅薄６Ｂ、６Ｇ、６Ｅを残
し、かつ残りの端子９〜１３のハンダ付は部及びアルミ
ニウム薄１８．１９により配線を行うべき部分にも銅薄
を残し、アルミニウムボンディングを行うべき部分にア
ルミニウム薄７Ｂ、７Ｅを、配線を行うべき部分にアル
ミニウム薄１８．１９を残す。

このようにして形成された銅薄上のハンダ付けすべき所
に金属マスク等によりクリーム状のハンダ３Ａをハンダ
印刷する。続いて例えば銅薄６Ｃ上に、銅又はＭｏ板８
等をハンダ付けしたチップ４を載せ、一方他の銅薄上に
端子９〜１５を載せ、リフロー炉かホットプレート上で
ハンダ３Ａの融点以上に加熱し、チップ４を銅薄６Ｃに
、端子９〜１５を他の銅薄にそれぞれハンダ付けする。

その後、チップ４のベースおよびエミッタの各ポンディ
ングパッドと、対応するベース電極１４．工ミッタ電極
１５の先端のアルミニウム薄７Ｂ、７Ｅとをそれぞれア
ルミニウム線３０Ｂ、３０ｇでボンディング接続する。

次に各端子９〜１５をハンダ付けした根元より起こして
立てる。次にアルミニウム放熱板１上に外装容器５を接
着剤等で接着し、外装容器５内部の下層には絶縁材とし
てのゲル状封止樹脂で封止し、外装容器５の上層には。

各外部端子９〜１５を固定するための硬化封止樹脂７で
封止して製品が完成する。

このように本実施例の半導体装置では、アルミニウム放
熱板１上全面に形成された絶縁層２２上の所要部分のみ
に＃Ｉｉｌ薄を残し、その１部の銅薄上に直接外部端子
９〜１５をハンダ付けしているため、従来のように内部
の端子と外部端子をハンダ付けする必要はない。また、
アルミニウム放熱板１上の全面に絶縁層２２を形成した
ので、トランジスタＴｒｉ〜Ｔｒ６を絶縁するために個
々に絶縁基板２を放熱板１上にハンダ付けする必要はな
い。

また、外部端子９．１０はこれを絶縁層２２上の一部の
銅薄上に設け、それぞれコレクタ電極、エミッタ電極と
アルミニウム１）８．１９の配線により直接平面配線し
ているため、従来のように立体配線とならずハンダ付は
箇所が減少しており、これは外部端子１）〜１３につい
ても同様である。

さらに、外部端子９〜１５の位置決めも容易である等、
大幅に作業時間を短縮できる等の利点を有する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、アルミニウム放熱板
上全面に絶縁層を形成し、その上に全面に銅薄及びアル
ミ、ニウム薄を形成したのち、バターンニング及びエツ
チングにより所望部分のみに銅薄、アルミニウム薄を残
し、これらの上に半導体チップ、その外部電極端子を載
せ、あるいはポンディングを行うことにより、内部電極
端子をなくしてアルミニウム放熱板上に直接外部電極端
子を設げ、これを平面配線できるようにしたので、大幅
にハンダ付は箇所を減らし、作業時間を短縮できる効果
がある。

４、ＦＩ！Ｊカ。工４、　　　　　　　　　　　　（第
１図、第２図は従来の半導体装置を示す斜視図と平面図
、第３図はその装置の要部を拡大して示す断面図、第４
図、第５図はこの発明の一実施例による半導体装置の斜
視図及び平面図、第６図、は本実施例装置の要部を拡大
し王示す断面図であ１・・・アルミニウム放熱板、２ｉ
・・・絶縁層、４・・・半導体チップ、４３・・・スぐ
−ドアツブダイオードチップ、５・・・外装容器、６Ｂ
、もＣ，６Ｅ・・・銅薄、７Ｂ、７Ｅ、１８．１９・・
・アルミニウム薄、３０Ｂ、３０Ｅ・・・アルミニウム
線（ポンディングワイヤ）、７・・・硬化封止樹脂（外
部呻子固定のための樹脂）、９〜１５・・・外部端子。

なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウム放熱板上の片面全面に形成された絶
   縁層と、該絶縁層上の全面に銅薄を形成し該銅薄上の全
   面にアルミニウム薄を形成したのち、半導体チップ又は
   該チップの各電極の外部端子を固着する部分を形成する
   銅薄、アルミニウムボンディングを行う部分を形成する
   アルミニウム薄及び平面配線のためのアルミニウム薄が
   残るようにパターンニング及びエッチングにより上記銅
   薄、アルミニウム薄の不必要部分を取り除いて形成され
   た複数の銅薄及び複数のアルミニウム薄と、上記一部の
   銅薄上に固着された半導体チップと、上記他の一部の銅
   薄上に固着された上記チップの各電極の外部端子と、上
   記半導体チップと上記アルミニウム薄とを接続するボン
   ディングワイヤと、上記アルミニウム放熱板上の周縁部
   にその内部下層に絶縁材としての樹脂を、その上層に上
   記外部端子固定のための樹脂を封止して装着された絶縁
   材からなる外装容器とを備えたことを特徴とする半導体
   装置。