JP2016012709A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂封止体と放熱基板の反りを低減し、パッケージ全体の密着性と放熱性を向上した半導体装置を提供すること。

【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体チップと、半導体チップを載置するダイパッドと、ダイパッドのもう一方の主面に接合する放熱基板と、放熱基板の下面を露出させて樹脂封止する樹脂封止体と、樹脂封止体をビス止め固定させるビス穴が設けられ、ビス頭部と樹脂封止体との間に配置されたワッシャーと、放熱基板の長手方向端部とが、投影面の重なり挟持されている。

【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップが樹脂封止体中に封止され、半導体チップの放熱をおこなう放熱基板が樹脂封止体の下面に露出した構成を具備する半導体装置に関する。

近年、取り扱いに優れ、高放熱性且つ高信頼性の樹脂封止型電力用半導体装置が求められている。リードフレームに連接するダイパッドの上面に半導体チップを載置し、絶縁性樹脂シートを介してダイパッドの下面と放熱基板の上面を接着し、放熱基板の下面が露出するように、半導体チップ、ダイパッド、絶縁性樹脂シートおよび放熱基板を樹脂封止するモールド樹脂とを備えている。

また、半導体装置では、半導体装置を放熱フィンに固定するためのビス取り付け穴が設けられている。この穴にビスを締めつけることにより、外部の放熱フィン、あるいは回路基板に半導体装置の放熱基板を密着させて取り付けられる。これによって半導体チップにて発生した熱を、放熱基板から半導体装置の外部へと放熱することができる。（特許文献１参照）

特開２００５−１０９１００号公報

一般的に、放熱基板は、樹脂封止されるとわずかに湾曲している。また、半導体チップの動作発熱でも、放熱基板と樹脂封止体との熱膨張差により、湾曲してしまう。

従来技術によれば、樹脂封止体であるパッケージの長手方向の長さが、短手方向よりも相対的に長い、即ちアスペクト比が高い形状である場合、ビス穴近傍では、ビス止めによる押さえ効果があるが、パッケージ中央部の押さえ効果が低下する課題がある。

従って、本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、樹脂封止体と放熱基板の反りを低減し、パッケージ全体の密着性と放熱性を向上した半導体装置を提供することを目的とする。

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、半導体チップと、半導体チップを載置するダイパッドと、ダイパッドのもう一方の主面に接合する放熱基板と、放熱基板の下面を露出させて樹脂封止する樹脂封止体と、樹脂封止体をビス止め固定させるビス穴が設けられ、ビス頭部と樹脂封止体との間に配置されたワッシャーと、放熱基板の長手方向端部とが、投影面の重なりで挟持されることを特徴とする。
また、ビス穴の周囲に、ワッシャーが入る凹部が設けられていることを特徴とする。

本発明は、以上のように構成されているので、樹脂封止体と放熱基板の反りを低減し、パッケージ全体の密着性と放熱性を向上した半導体装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る半導体装置の平面概念図（ａ）と断面概念図（ｂ）である。 本発明の実施例１に係る半導体装置のビス止め部の断面概念図である。

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。

以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る半導体装置１００を説明する。図１は、本発明の実施例１に係る半導体装置の平面概念図（ａ）と断面概念図（ｂ）である。

図１に示すように、半導体装置１００は、半導体チップ１、ダイパッド２、放熱基板３、樹脂封止体４から成っている。

半導体チップ１は、ダイパッド２の一方の主面に載置され固定される。例えば、発熱の大きいパワー素子である。ここでは、簡略的に１個のみ図示し、接合材を略している。

ダイパッド２は、一般的な半導体リードフレームの一部である。ここでは、簡略的にダイパッド２のみ図示し、端子等配線を略している。

放熱基板３は、金属板から成り、ダイパッド２とは電気的に絶縁され、絶縁材で接合されている。半導体チップ１で発生する熱を、樹脂封止体４の外部に効率良く放熱するために伝熱性に優れていることが望ましい。例えば、アルミや銅の金属が使用される。さらに、放熱基板３は樹脂封止体４の下面に露出している。

樹脂封止体４は、樹脂成形金型とプレス装置を使用して、トランスファーモールドとして、樹脂成形されたものである。例えば、樹脂封止体４には熱硬化性エポキシ樹脂が使用される。

また、樹脂封止体４は、平面が長方形をしており、長手方向の対向する端部にビス穴４１が貫通している。ここにビスにより、図示していない放熱フィン等に半導体装置１００の下面を固定することができる。下面は、放熱面であり、樹脂封止体４から放熱基板３が露出している面である。ビスは、例えばＭ４ネジが使用できる。

ワッシャー５は、ビス頭部と樹脂封止体４の間に挿入する。例えば、ＩＳＯ規格（新ＪＩＳ）でみがき丸（大ワッシャー）であり、呼び径Ｘ内径×外径×厚みの寸法は、Ｍ４Ｘ４．３Ｘ９Ｘ０．８（ｍｍ）である。

半導体装置１００において、放熱基板３の長手方向端部とワッシャー５の位置関係は、投影面で重なっている。すなわち、ワッシャー５と図示していない放熱フィン等に挟持されている状態である。例えば、重なり部Ｌ１は０．６ｍｍである。（図２参照）

次に、上述の実施例１に係る半導体装置の効果を説明する。

放熱基板は、平坦性が要求されるが、樹脂封止されると僅かに湾曲してしまう。また、半導体チップの発熱により樹脂封止体の温度が上昇し、放熱基板と樹脂封止体の熱膨張係数が異なるため、半導体装置が変形を生じる。熱膨張係数は、放熱基板より樹脂封止体の方が大きい関係があり、本半導体装置１００は、お椀状に反る現象が発生する。すなわち、中央部を基準にパッケージの長手方向の端部が持ちあがってしまうことであり、スマイル反りとも言われる。

本発明の実施例１に係る半導体装置は、ビス止めの際に、ワッシャー直下に放熱基板を位置させ、ビス締め付け力を利用することによって、放熱基板の反りを矯正することができる。これにより、放熱基板と樹脂封止体の平坦度が改善され、放熱フィンとパッケージのビス締め付け後の密着性も改善され、放熱性懸念を解消することができる。よって、樹脂封止体と放熱基板の反りを低減し、パッケージ全体の密着性と放熱性を向上した半導体装置とすることができる。

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が明らかになるはずである。

実施例２としては、樹脂封止体４とワッシャー５の接する部分の樹脂にザグリを入れた凹部を形成することができる。この樹脂封止体４の凹部は、ビス穴４１の位置と同様に、パッケージの両端に設置する。これにより、反り影響が大きい樹脂体積を削減することができ、その領域における熱膨張係数のミスマッチによる反りを低減することができる。さらにパッケージ全体の密着性と放熱性を向上することができる。

また、半導体装置１００は、同一のパッケージ内にパワー素子、コントロール素子、保護素子等を納めたＩＰＭ（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）としてもよい。ＩＰＭでは、モータ駆動制御において大電流が流れるため、発熱対策が重要であり、本発明によって放熱性の向上が可能である。

また、半導体チップは、一般的にＳｉ半導体が用いられるが、従来の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、低損失である化合物半導体、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こともできる。

１、半導体チップ
２、ダイパッド
３、放熱基板
４、樹脂封止体
４１、ビス穴
５、ワッシャー
１００、半導体装置

Claims (2)

1. 半導体チップと、前記半導体チップを載置するダイパッドと、前記ダイパッドのもう一方の主面に接合する放熱基板と、前記放熱基板の下面を露出させて樹脂封止する樹脂封止体と、前記樹脂封止体をビス止め固定させるビス穴が設けられた構成を具備する半導体装置であって、ビス頭部と前記樹脂封止体との間に配置されたワッシャーと、前記放熱基板の長手方向端部とが、投影面の重なりで挟持されることを特徴とする半導体装置。
   
2. 前記ビス穴の周囲に、前記ワッシャーが入る凹部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

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