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発明の名称 半導体装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−37217
公開日 平成6年(1994)2月10日
出願番号 特願平4−187861
出願日 平成4年(1992)7月15日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 樋口 顕 / 武藤 晃 / 船津 勝彦 / 小笠原 純也
要約 目的
放熱性能を高める。

構成
ペレット11の第1主面にヒートシンク15を絶縁層14を介して接合し、ヒートシンク15のペレット11の反対側の主面を樹脂封止パッケージ17の端面から露出させる。また、ヒートシンク15にワイヤ13を逃げる凹部16を設ける。
特許請求の範囲
【請求項1】 第1主面側に電子回路が作り込まれている半導体ペレットと、この半導体ペレットがボンディングされている金属部材と、この半導体ペレットに対向するように配線されている複数本のインナリードと、インナリードと半導体ペレットとの間に橋絡されているワイヤと、前記半導体ペレット、前記金属部材の一部、インナリード群およびワイヤ群を樹脂封止する樹脂封止パッケージとを備えている半導体装置において、前記半導体ペレットの第1主面にヒートシンクが絶縁層を介して接合されているとともに、このヒートシンクは前記樹脂封止パッケージにその一部を露出されて植設されており、さらに、このヒートシンクには前記ワイヤとの接触を逃げるための凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】 前記ヒートシンクが、その平面形状が前記半導体ペレットの平面形状と略等しい角柱形状に一体成形されており、このヒートシンクが前記半導体ペレットの第1主面に絶縁層を介して接合されていることを特徴とする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】 前記ヒートシンクが、その平面形状が前記半導体ペレットの平面形状に対して大きめの相似形の角柱形状に一体成形されているとともに、その一端面に半導体ペレット収容穴が没設されており、このヒートシンクの半導体ペレット収容穴が前記ペレットの第1主面に絶縁層を介して被せられて接合されていることを特徴とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】 前記金属部材に半導体ペレット収容穴が没設され、この半導体ペレット収容穴の底面に前記半導体ペレットがボンディングされており、前記ヒートシンクが、その平面形状が前記半導体ペレットの平面形状に対して大きめの相似形の角柱形状に一体成形されており、このヒートシンクが前記半導体ペレット収容穴の半導体ペレットの上に絶縁層を介して被せられて接合さ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。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造技術、特に、半導体ペレット(以下、ペレットという。)の放熱性能を向上するための技術に関し、例えば、樹脂封止型のパッケージを備えているパワートランジスタに利用して有効なものに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、消費電力が大きいパワートランジスタにおいては、ペレットがヘッダにボンディングされ、このヘッダの一主面が樹脂封止パッケージの一主面から露出されることによって、その放熱性能が高められている。
【0003】なお、ペレットがボンディングされたタブにヒートシンクを直接的に接触させるように構成されている半導体装置として、特開昭54−128278号公報に記載されているように、樹脂封止パッケージの一端面に凹部がタブを露出させるように没設されているものがある。
【0004】また、コンピュータに使用される高密度、高速型の半導体集積回路装置においては、高い放熱性能が要求されるため、例えば、特開昭53−110371号公報に記載されているように、半導体ペレットをボンディングされた金属板にヒートシンクが外付けされているセラミックパッケージが使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のパワートランジスタにおいては、ペレットの放熱はトランジスタ回路が形成されている第1主面とは反対側の第2主面から行われることになるため、出力が増大した場合には、放熱性能が充分に確保されない場合が発生するという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。
【0006】本発明の目的は、高い放熱性能を有する半導体装置を提供することにある。
【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。すなわち、第1主面側に電子回路が作り込まれている半導体ペレットと、この半導体ペレットがボンディングされている金属部材と、この半導体ペレットに対向するように配線されている複数本のインナリードと、インナリードと半導体ペレットとの間に橋絡されているワイヤと、前記半導体ペレット、前記金属部材の一部、インナリード群およびワイヤ群を樹脂封止する樹脂封止パッケージとを備えている半導体装置において、前記半導体ペレットの第1主面にヒートシンクが絶縁層を介して接合されているとともに、このヒートシンクは前記樹脂封止パッケージにその一部を露出されて植設されており、さらに、このヒートシンクには前記ワイヤとの接触を逃げるための凹部が形成されていることを特徴とする。
【0009】
【作用】前記した手段によれば、半導体ペレットの電子回路が作り込まれた第1主面側にヒートシンクが直接的に接触されているため、半導体ペレットの電子回路からの発熱はこのヒートシンクを経て外部に直接的に放出されることになり、充分な放熱性能が確保される。
【0010】また、半導体ペレット、インナリード、およびヒートシンクは樹脂封止パッケージにより樹脂封止されているため、この半導体装置がプリント配線基板に実装される時や、実装された後において、移送中の振動等による外力がこの半導体装置に加わった場合においても、リード曲がり等のような事故が起きるのを防止することができ、その結果、短絡不良や、断線不良の発生のを未然に回避することができる。
【0011】
【実施例】図1(a)、(b)、(c)は本発明の一実施例であるパワートランジスタを示す正面断面図、平面断面図および要部を樹脂封止パッケージを除いた状態で示す斜視図である。
【0012】本実施例において、本発明に係る半導体装置は、樹脂封止パッケージを備えているパワートランジスタ1として構成されている。
【0013】すなわち、このパワートランジスタ1は、第1主面に電子回路としてのトランジスタ回路が作り込まれている半導体ペレット(以下、ペレットという。)11と、このペレット11がボンディングされている金属部材としてのヘッダ2と、このペレット11に対向するように配線されている3本のインナリード3と、各インナリード3にそれぞれ一体的に連結されているアウタリード4と、インナリード3とペレット11との間に橋絡されているワイヤ13と、前記ペレット11、前記ヘッダ2の一部、インナリード3群およびワイヤ13群を樹脂封止する樹脂封止パッケージ17とを備えている。
【0014】そして、前記ペレット11の第1主面にはヒートシンク15が絶縁層14を介して接合されているとともに、このヒートシンク15は前記樹脂封止パッケージ17にその一部を露出された状態で植設されている。さらに、このヒートシンク15には一対のワイヤ13との接触を逃げるための逃げ凹部16が一対、それぞれ形成されている。
【0015】前記ヒートシンク15は、その平面形状が前記ペレット11の平面形状と略等しい角柱形状に一体成形されており、このヒートシンク15が前記ペレット11の第1主面に絶縁層14を介して接合されている。
【0016】次に、前記構成に係るパワートランジスタ1の構成各部について、組立工程順に説明する。この説明により、前記パワートランジスタ1の構成の詳細が明らかにされる。
【0017】ペレットボンディング以前において、インナリード3群およびヘッダ2はリードフレーム(図示せず)として一体的に構成されている。リードフレームは、鉄−ニッケル合金や燐青銅等のような比較的に大きい機械的強度を有するばね材料から成る薄板が用いられて、打ち抜きプレス加工またはエッチング加工等のような適当な手段により一体成形されている。
【0018】このリードフレームの表面には銀(Ag)等を用いためっき処理が適宜部分的に施され、このめっき被膜(図示せず)によって、ペレットボンディングおよびワイヤボンディングが適正に実施されるようになっている。
【0019】このリードフレームの状態で、ヘッダ2の第1主面の略中央部にペレット11が銀ペースト等から成るボンディング層12によりボンディングされる。
【0020】次いで、両端に位置するインナリード3、3と、ペレット11との間にワイヤ13、13が超音波熱圧着式等の適当なワイヤボンディング装置(図示せず)によってそれぞれボンディングされる。
【0021】本実施例においては、ワイヤボンディング作業が終了した後、ペレット11のトランジスタ回路が作り込まれた第1主面側に絶縁層14を介して、ヒートシンク15が接合される。
【0022】すなわち、ペレット11の第1主面には絶縁層14が保護膜の上に重ねて被着されている。絶縁層14は、電気的絶縁性および熱伝導性が良好で、かつ、ペレット11の保護膜およびヒートシンク15のいずれの材料にも接合性の良好な材料、例えば、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等が用いられて、ペレット11の保護膜上に均一に形成されている。
【0023】この絶縁層14はペレット11が製造される所謂前工程において、予め形成しておいてもよいし、ワイヤボンディング作業後に形成してもよい。但し、絶縁層14がワイヤボンディング作業後に形成される場合には、ワイヤ13との干渉を避け、ワイヤ13、13相互間の絶縁性についての配慮が必要である。したがって、この場合、絶縁層14はヒートシンク15側に形成しておいてもよい。
【0024】他方、ヒートシンク15は銅等のような熱伝導性の良好な材料が用いられて、図1(c)に示されているように、ペレット11と略等しい正方形の角柱形状に形成されている。
【0025】そして、ヒートシンク15におけるペレット11の両ボンディングパッドとの対向面には、ボンディングワイヤを逃げるための逃げ凹部16が一対、それぞれ一体的に没設されている。この逃げ凹部16は、その平面形状が略二等辺三角形の角柱穴形状に形成されており、そのインナリード3側の端面が開放されている。また、この逃げ凹部16の間口、奥行きおよび高さは、ペレット11とインナリード3との間に張設されたワイヤ13との干渉を回避し得るように形成されている。
【0026】このように構成されたヒートシンク15はその逃げ凹部16側の端面においてペレット11の第1主面に接合される。このとき、絶縁層14によりヒートシンク15とペレット11との接合が実行される。接合手段としては、ヒートシンク15を加熱して絶縁層14を溶融させることにより溶着する方法等を適用することができる。この状態において、絶縁層14によりヒートシンク15とペレット11との間は電気的に絶縁される。
【0027】このようにしてペレットの第1主面にヒートシンクが接合された組立体には、樹脂封止パッケージ17がトランスファ成形装置(図示せず)を使用されて成形される。この樹脂封止パッケージ17により、ペレット11、ヘッダ2、インナリード3、絶縁層14およびヒートシンク15が樹脂封止される。
【0028】この状態において、ヘッダ2およびヒートシンク15のペレット11と反対側の主面は樹脂封止パッケージ17の両端面からそれぞれ露出された状態になっている。また、3本のアウタリード4が樹脂封止パッケージ17の一側面から突出された状態になっている。
【0029】その後、樹脂封止パッケージが成形されたリードフレームは、リード切断成形工程において、リード切断成形装置(図示せず)によってアウタリード4を図1(a)および(b)に示されているように、ガル・ウィング形状等に適宜屈曲成形される。
【0030】以上のようにして構成されたパワートランジスタ1はプリント配線基板(図示せず)に表面実装される。すなわち、ヘッダ2の露出面およびアウタリード4群の実装面がプリント配線基板に当接された状態で、パワートランジスタ1はプリントに電気的かつ機械的に接続される。
【0031】そして、必要に応じて、このパワートランジスタ1はヒートシンク15に押さえ具(図示せず)が当てられて、その押さえ具により、プリント配線基板に押さえられて固定されたりする。
【0032】この実装状態で、パワートランジスタ1が稼働されてペレット11が発熱した場合、その熱はペレット11の第1主面からヒートシンク15に直接的に熱伝導されるとともに、ヒートシンク15の広い表面から外気に放熱されるため、相対的にペレット11は充分に冷却される。
【0033】また、ヒートシンク15に放熱フィンや、押さえ具等が連設されている場合には、ヒートシンク15の熱が放熱フィンや、押さえ具等を通じてさらに広い範囲に熱伝導されるため、放熱効果はより一層高くなる。
【0034】前記実施例によれば次の効果が得られる。
■ ペレット11の第1主面にヒートシンク15を絶縁層14を介して直接的に接合することにより、ペレット11における第1主面の発熱をヒートシンク15に直接的に伝えて樹脂封止パッケージ17の外部に効果的に放出させることができるため、高い放熱性能を確保することができる。
【0035】■ 電気的接続用のインナリード3とは別に、熱伝導性の良好な材料が用いられて形成されたヒートシンク15にペレット11をボンディングすることにより、前記■の放熱性能をより一層高めることができる。
【0036】■ 他方、電気的接続用のインナリード3はヒートシンク15とは別に機械的強度の高い材料を用いて形成することにより、リード群の曲がりや破損等を防止することができるとともに、前記■および■により、高い放熱性能を確保することができる。
【0037】■ ペレット11、インナリード3群およびヒートシンク15の一部を樹脂封止パッケージ17によって樹脂封止することにより、リード曲がり等のような事故が起きるのを防止することができるため、短絡不良や、断線不良の発生を未然に回避することができる。
【0038】図2(a)、(b)は本発明の実施例2であるパワートランジスタを示す正面断面図および平面断面図である。
【0039】本実施例2が前記実施例1と異なる点は、パワートランジスタ1Aにおけるヒートシンク15Aが、その平面形状がペレット11の平面形状に対して大きめの相似形の角柱形状に一体成形されているとともに、その一端面にペレット収容穴15aが没設されており、このヒートシンク15Aがペレット11の第1主面に絶縁層14を介して被せられて接合されている点にある。
【0040】すなわち、ペレット11はヘッダ2上にボンディング層12を介してボンディングされており、このペレット11には絶縁層14がペレット11を被覆するように形成されている。ヒートシンク15Aはそのペレット収容穴15aにペレット11が収容されるように配されて、ペレット11に被せられ、絶縁層14によって接着される。
【0041】本実施例2によれば、ペレット11の第1主面側にヒートシンク15Aが被着されているので、前記実施例1と同様の作用および効果が得られる。そして、本実施例2によれば、ペレット11の第1主面側がヒートシンク15Aによって全体的に包囲されているため、その放熱効果はより一層高い。
【0042】図3(a)、(b)は本発明の実施例3であるパワートランジスタを示す正面断面図および平面断面図である。
【0043】本実施例3が前記実施例1と異なる点は、パワートランジスタ1Bにおけるヘッダ2Bにペレット収容穴2bが没設され、このペレット収容穴2b内の底面にペレット11がボンディングされており、他方、ヒートシンク15Bが、その平面形状がペレット11の平面形状に対して大きめの相似形の角柱形状に一体成形されており、このヒートシンク15Bがヘッダ2Bのペレット11の上に絶縁層14を介して被せられて接合されている点、にある。
【0044】本実施例3によれば、ペレット11の第1主面側にヒートシンク15Bが被着されているので、前記実施例1と同様の作用および効果が得られる。そして、本実施例3によれば、ペレット11がヘッダ2Bに没設された凹部2b内に収容されているため、ヘッダ2B側からの放熱性能も高い。
【0045】以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0046】例えば、ヒートシンクの形状、大きさ、構造等は、要求される放熱性能、実装形態(例えば、押さえ具や締結ボルトの使用の有無等)、ペレットの性能、大きさ、形状、構造等々の諸条件に対応して選定することが望ましく、必要に応じて、放熱フィンやボルト挿通孔、雌ねじ等々を設けることができる。
【0047】また、ヒートシンクを形成する材料としては銅系材料を使用するに限らず、アルミニューム系等のような熱伝導性の良好な他の金属材料を使用することができる。特に、炭化シリコン(Sic)等のように熱伝導性に優れ、かつ、熱膨張率がペレットの材料であるシリコンのそれと略等しい材料を使用することが望ましい。
【0048】以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である樹脂封止パッケージを備えたパワートランジスタに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、樹脂封止パッケージを備えている通常のトランジスタや、樹脂封止パッケージを備えている半導体集積回路装置等の半導体装置全般に適用することができる。特に、高い放熱性能が要求される半導体装置に利用して優れた効果が得られる。
【0049】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【0050】ペレットの第1主面にヒートシンクを付設することにより、ペレットの熱をヒートシンクに直接的に熱伝導させることができるため、放熱性能を高めることができ、出力の高いパワートランジスタ等においても低熱抵抗化を実現させることができる。




 

 


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