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公開番号2021057373
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019176914
出願日20190927
発明の名称電子装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 23/29 20060101AFI20210312BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】筐体側への放熱量が向上された放熱性の高い電子装置を提供する。
【解決手段】電子装置10は、半導体素子101と、半導体素子と電気的に接続された導電部材102,103と、前記半導体素子を封止する樹脂モールド105と、を備える半導体装置100と、前記半導体装置が設置される配線部112と、前記配線部の周囲に設けられたレジスト部113とを含む配線基板110と、前記半導体装置の少なくとも1つの面に接する放熱部材130と、前記放熱部材を介して前記半導体装置と接する筐体140と、を備え、前記樹脂モールドおよび前記放熱部材は、前記レジスト部よりも熱伝導率が高い。
【選択図】 図2
特許請求の範囲【請求項1】
半導体素子(101)と、半導体素子と電気的に接続された導電部材(102,103)と、前記半導体素子を封止する樹脂モールド(105,205,305,405,505,605)と、を備える半導体装置(100,200,300,400,500,600)と、
前記半導体装置が設置される配線部(112,512)と、前記配線部の周囲に設けられたレジスト部(113.513)とを含む配線基板(110,510)と、
前記半導体装置の少なくとも1つの面に接する放熱部材(130,230,330,430,530,630)と、
前記放熱部材を介して前記半導体装置と接する筐体(140,240,340,440,540,640)と、を備え、
前記樹脂モールドおよび前記放熱部材は、前記レジスト部よりも熱伝導率が高い電子装置(10,20,30,40,50,60)。
続きを表示(約 970 文字)【請求項2】
前記樹脂モールド(205)の少なくとも一部は、前記筐体(240)に接している請求項1に記載の電子装置。
【請求項3】
前記筐体は、前記半導体装置の上面または下面に対向する位置に設けられた平面部(141,241,341,441,541,641)と、前記上面および下面と非平行な側面のうちの少なくとも1つに対向する位置に設けられた側面部(142,242,243,342,343,442,443,542,543,642,643)とを含んでいる請求項1または2に記載の電子装置。
【請求項4】
前記筐体の前記平面部から突出する前記側面部の高さは、前記半導体装置の下面(100b)に対する上面(100a)の高さよりも高い請求項3に記載の電子装置。
【請求項5】
前記放熱部材は、前記筐体の側面部と前記配線基板との間に設けられている請求項1〜4のいずれかに記載の電子装置。
【請求項6】
前記導電部材(102)の少なくとも一部は、前記樹脂モールドから露出している請求項1〜5のいずれかに記載の電子装置。
【請求項7】
前記導電部材の前記樹脂モールドから露出する面は絶縁めっきにより絶縁されている請求項6に記載の電子装置。
【請求項8】
半導体素子(101)と、半導体素子と電気的に接続された導電部材(102,103)と、前記半導体素子を封止する樹脂モールド(105)と、を備える半導体装置(100)と、
基材部(711,811,911)と、前記基材部を貫通する貫通部(714,814,914)と、前記貫通部の上面に設けられ、前記半導体装置が設置される配線部(712,812,912)と、前記配線部の周囲に設けられたレジスト部(713,813,814)と、を含む配線基板(710,810,910)と、
前記貫通部の前記配線部と対向する側で前記配線基板に接する放熱部材(750,850,950)と、
前記放熱部材を介して前記半導体装置と接する筐体(740,840,940)と、を備え、
前記貫通部および前記放熱部材は、前記レジスト部よりも熱伝導率が高い電子装置(10,20,30,40,50,60)。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子を樹脂モールドにより封止した半導体装置と、配線基板と、筐体とを含む電子装置に関する。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1のように、半導体素子を樹脂モールドにより封止した半導体装置と、配線基板と、筐体とを含む電子装置が知られている。特許文献1の電子装置では、配線基板上に配置された半導体装置は、熱伝導部材によって覆われ、筐体は、放熱部材の上面(配線基板と対向する側の面)に接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許第6201966号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、半導体素子において発生した熱は、筐体側または配線基板側に放熱される。筐体側には、半導体素子を覆う樹脂モールドと、放熱部材とを介して放熱されるが、筐体側への放熱量は十分ではなく、配線基板側への放熱量を十分に確保する必要があった。
【0005】
上記に鑑み、本発明は、筐体側への放熱量が向上された放熱性の高い電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る第1の電子装置は、半導体素子と、前記半導体素子を封止する樹脂モールドと、を備える半導体装置と、前記半導体装置が設置される配線部と、前記配線部の周囲に設けられたレジスト部とを含む配線基板と、前記半導体装置の少なくとも1つの面に接する放熱部材と、前記放熱部材を介して前記半導体装置と接する筐体と、を備え、前記樹脂モールドおよび前記放熱部材は、前記レジスト部よりも熱伝導率が高い。
【0007】
本発明係る第1の電子装置によれば、樹脂モールドおよび放熱部材は、レジスト部よりも熱伝導率が高いため、半導体素子から、樹脂モールドや放熱部材を介して筐体に至る放熱経路における熱伝導率が、半導体素子からレジスト部を介して配線基板側に至る放熱経路における熱伝導率よりも高くなる。このため、筐体側への放熱量が向上された放熱性の高い電子装置を提供することができる。
【0008】
本発明に係る第2の電子装置は、半導体素子と、半導体素子と電気的に接続された導電部材と、前記半導体素子を封止する樹脂モールドと、を備える半導体装置と、基材部と、前記基材部を貫通する貫通部と、前記貫通部の上面に設けられ、前記半導体装置が設置される配線部と、前記配線部の周囲に設けられたレジスト部と、を含む配線基板と、前記貫通部の前記配線部と対向する側で前記配線基板に接する放熱部材と、前記放熱部材を介して前記半導体装置と接する筐体と、を備え、前記貫通部および前記放熱部材は、前記レジスト部よりも熱伝導率が高い。
【0009】
本発明に係る第2の電子装置によれば、貫通部および放熱部材は、レジスト部よりも熱伝導率が高いため、半導体素子から、貫通部および放熱部材を介して筐体に至る放熱経路における熱伝導率が、半導体素子からレジスト部を介して基材部に至る放熱経路における熱伝導率よりも高くなる。このため、筐体側への放熱量が向上された放熱性の高い電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
第1実施形態に係る電子装置を上面視した平面図。
図1のII−II線断面図。
第2実施形態に係る電子装置の断面図。
第3実施形態に係る電子装置の断面図。
第4実施形態電子装置の断面図。
変形例に係る電子装置の断面図。
変形例に係る電子装置の断面図。
第5実施形態に係る電子装置の断面図。
変形例に係る電子装置の断面図。
変形例に係る電子装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
(第1実施形態)
図1および図2に示すように、第1実施形態に係る電子装置10は、半導体装置100と、配線基板110と、放熱部材130と、筐体140とを備えている。図1,2に示すx軸方向およびy軸方向は、電子装置10および電子装置10に含まれる半導体装置100等の各構成の側方(横方向)である。xy平面方向は、電子装置10および電子装置10に含まれる半導体装置100等の各構成の平面方向である。z軸方向は、平面方向に直交する上下方向である。
【0012】
半導体装置100は、半導体素子101と、半導体素子101の上面に接する第1導電部材102と、半導体素子101の下面に接する第2導電部材103と、接続部材104と、半導体素子101を封止する樹脂モールド105と、を備える。
【0013】
半導体装置100は、図1に示すように、上面視したときの形状が略長方形状の樹脂モールド105から、y方向に対向して4つずつ外部端子が突出した外観を有している。半導体素子101には、縦型のトレンチゲート型のパワーMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor:MOSFET)が形成されている。
【0014】
半導体素子101の上面側の第1導電部材102は、半導体素子101のソース電極および外部端子に電気的に接続している。下面側の第2導電部材103は、半導体素子101のドレイン電極に電気的に接続するとともに、接続部材104を介して配線基板110に電気的に接続されている。第1導電部材102は、外部端子に接続するクリップであるが、クリップの他、ワイヤボンディングやワイヤリボン等を用いて外部端子と接続されていてもよい。なお、半導体基板の材料としては、特に限定されないが、シリコン(Si)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)等を例示することができる。
【0015】
配線基板110は、基材部111と、半導体装置100が設置される配線部112と、配線部112の周囲に設けられたレジスト部113とを含む。基材部111の上面に、配線部112およびレジスト部113が設けられており、配線パターンが形成されている。導電性の配線部112の上面に接して接続部材104が設けられており、接続部材104の表面に第2導電部材103が設けられている。接続部材104は、例えば、はんだ材料によって構成されており、接続部材104を介して半導体装置100は配線部112の上面に固定されている。レジスト部113は、例えば、エポキシ樹脂等のレジスト用樹脂材料によって構成されている。
【0016】
放熱部材130は、配線基板110およびこれに配置された半導体装置100と、筐体140との間に設けられたゲル状の絶縁性材料である。放熱部材130は、平面部134において半導体装置100の上面100aに接しており、側面部133において半導体装置100の側面100bに接している。側面部133の下端は、配線基板110の上面に達している。放熱部材130の高さは、半導体装置100の高さよりも高くなっており、半導体装置100の上面100aと、側面全体と、下面の一部を覆うとともに、接続部材104の側面および配線基板110の上面の一部を覆っている。なお、半導体装置100の高さとは、上面100aと、上面100aに対向する下面100cとの距離であり、下面に対する上面100aの高さである。また、放熱部材130の高さとは、平面部134の上面131と、側面部133の下端面との距離であり、側面部133の下端面に対する上面131の高さである。
【0017】
筐体140は、放熱部材130を介して半導体装置100と接する。筐体140は、アルミニウム等の金属を材料として形成されている。筐体140は、平面部141と、側面部142とを備えている。側面部142は、平面部141から下方(配線基板側)に突出しており、側面部142の高さは、半導体装置100の下面に対する上面100aの高さよりも高い。平面部141は、半導体装置100の上面100aに対向する位置に設けられている。側面部142は、半導体装置100の上面100aおよび下面と非平行な側面100bに対向する位置に設けられている。平面部141は、放熱部材130の平面部134の上面131に接しており、側面部142は、放熱部材130の側面部133の外側面(図2に示すx軸の負方向の面)に接している。側面部133は、側面部142の下面側にまで延在しており、側面部142は、側面部133を介して配線基板110の上面(より具体的にはレジスト部113の上面)と接している。
【0018】
樹脂モールド105は、エポキシ樹脂等の樹脂材料に、放熱性を向上させるためのフィラー等を混合した高放熱樹脂材料によって構成されている。放熱部材130は、樹脂材料やシリコン材料等に、放熱性を向上させるためのフィラー等を混合したゲル状の高放熱材料によって構成されている。高放熱樹脂材料、ゲル状高放熱材料に用いるフィラーとしては、例えば、アルミナ等の熱伝導率が高い複合酸化物材料が選定される。フィラーの種類や充填率を調整することにより、樹脂モールド105および放熱部材130の熱伝導率を調整できる。樹脂モールド105および放熱部材130の熱伝導率がレジスト部113よりも熱伝導率が高くなるように、高放熱樹脂材料、ゲル状高放熱材料が選定される。樹脂モールド105の熱伝導率をkm、放熱部材130の熱伝導率をkg、レジスト部113の熱伝導率をkrとすると、本実施形態では、kr≦1W/(m・K)であるのに対し、km>1W/(m・K)であり、kg≧3W/(m・K)である。なお、アルミニウム製の筐体140の熱伝導率は、100〜300W/(m・K)程度であり、km,kg,krに対して著しく高い。
【0019】
上記のとおり、第1実施形態に係る電子装置10によれば、kr≦1W/(m・K)、km>1W/(m・K)、kg≧3W/(m・K)であり、樹脂モールド105および放熱部材130は、レジスト部113よりも熱伝導率が高い。このため、半導体素子101から、樹脂モールド105や放熱部材130を介して筐体140に至る放熱経路における熱伝導率が、半導体素子101からレジスト部113を介して配線基板110側に至る放熱経路における熱伝導率よりも高くなる。このため、筐体140側への放熱量が向上された放熱性の高い電子装置10を提供することができる。
【0020】
なお、第1実施形態では、kr≦1W/(m・K)であるのに対し、km>1W/(m・K)であり、kg≧3W/(m・K)である場合を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、kr≦1W/(m・K)であるのに対し、km≧3W/(m・K)かつkg>1W/(m・K)としてもよい。または、kr≦1W/(m・K)であるのに対し、km≧3W/(m・K)かつkg≧3W/(m・K)としてもよい。また、kr≦1W/(m・K)であるのに対し、km>1W/(m・K)かつkg>1W/(m・K)としてもよい。筐体側への放熱量を向上させ、放熱性の高い電子装置を得るためには、km>krかつkg>krであればよく、kmとkgとの少なくともいずれか一方がkrの3倍以上であることが好ましい。すなわち、km≧3krと、kg≧3krとのうちの一方または双方を満たしていることが好ましい。
【0021】
また、筐体140は、放熱部材130を介して半導体装置100と接する。より具体的には、筐体140は、半導体装置100の上面100aに対向する平面部141において、放熱部材130の平面部134を介して半導体装置100の上面100aに接している。このため、半導体装置100の上面100aから、レジスト部113よりも熱伝導率の高い放熱部材130の平面部134を介して、筐体140の平面部141に効果的に放熱される。
【0022】
また、筐体140は、半導体装置100の側面100bに対向する側面部142において、放熱部材130の側面部133を介して半導体装置100の側面100bに接している。このため、半導体装置100の側面100bから、レジスト部113よりも熱伝導率の高い放熱部材130の側面部133を介して、筐体140の側面部142に効果的に放熱される。平面部141および平面部134を介する放熱経路に加え、側面部142および側面部133を介する放熱経路を備えるため、筐体140側への放熱量をより向上させることができる。
【0023】
また、側面部142を備えることにより、放熱部材130の位置を横方向(より具体的にはx方向)に規制することができ、放熱部材130の横方向の位置ずれを抑制する効果も得ることができる。
【0024】
また、放熱部材130の側面部133は、筐体140の側面部142と配線基板110との間にも設けられている。このため、半導体装置100の配線基板110側に近い領域においても、筐体140側への放熱経路における熱伝導率を改善することができ、電子装置10の放熱性の向上に寄与することができる。
【0025】
(第2実施形態)
以下の各実施形態においては、既に説明した実施形態と相違する事項について説明する。第2実施形態に係る電子装置20は、図3に示すように、半導体装置200と、配線基板110と、放熱部材230と、筐体240とを備えている。配線基板110と、半導体装置200における半導体素子101、第1導電部材102、第2導電部材103、接続部材104、とは、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。各構成の材料は、第1実施形態と同様である。
【0026】
半導体装置200は、樹脂モールド105に替えて樹脂モールド205を備えている。樹脂モールド205の上面の一部には凹部206が形成されている。なお、凹部206は、レーザー印字などにより形成されるものであってもよい。
【0027】
放熱部材230は、側面部233,235と、嵌入部236とを備えている。放熱部材230は、凹部206を除く半導体装置200の上面となる位置には設けられていない。嵌入部236は、樹脂モールド205の凹部206に嵌入している。
【0028】
筐体240は、平面部241と、側面部242,243とを備えている。側面部242,243は、x軸方向に対向しており、半導体装置200および放熱部材230をx軸の正方向および負方向から挟み込むように延在している。放熱部材230の外側面232は側面部242と接している。側面部243側の放熱部材230の外側面も同様に、側面部243と接している。
【0029】
筐体240の平面部241は、半導体装置200の上面、すなわち、樹脂モールド205の上面と接している。平面部241は、側面部233,235の上端面および嵌入部236の上面と接している。側面部233,235は、それぞれ、側面部242,243の下面側にまで延在している。筐体240の側面部242,243は、それぞれ、放熱部材230の側面部233、235を介して、半導体装置200の側面および配線基板110の一部に接している。
【0030】
上記のとおり、第2実施形態によれば、筐体240の平面部241は、樹脂モールド205の上面の一部と直接、接しているため、樹脂モールド205を介して、半導体装置200の上面から筐体240の平面部241への放熱をより促進することができる。
(【0031】以降は省略されています)

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