JP2007048991A - 電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】個別に冷却機能を調整可能で信頼性の高い電子デバイスを提供する。
【解決手段】電子デバイスＡは、電気素子が形成されたチップ１１と、はんだ層１３と、ダイパッド１２と、リード１５と、ボンディングワイヤ１６と、絶縁板１７と、熱伝達部材１４とを備えている。伝達部材１４は、円板部１４ａと、円板部１４ａの裏面から下方に延びる複数の柱状部材１４ｂとからなる。柱状部材１４ｂの下端面は、冷却管３０に接触しており、電気素子内で発生した熱を外部に放出して、電気素子の温度上昇を抑制するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トランジスタ等の電気素子が形成されたチップを効率よく冷却させるための実装構造を有する電子デバイスに関する。

一般に、トランジスタなどの半導体素子が形成された半導体チップは、図１１に示すような構造によって実装されている。同図に示すように、半導体チップ１０１はダイパッド１０２の上に接着剤１０３により固着されており、半導体チップ１０１のパッド電極（図示せず）は、ボンディングワイヤ１０６（金属細線）により、リード１０５に接続されている。リード１０５は、半導体チップ１０１と外部部材との間で、制御信号や電源電圧，接地電圧を授受するための信号配線である。また、ダイパッド１０２とリード１０５とは、典型的には１枚の導電板（たとえば銅合金板）を打ち抜き加工やエッチング加工して、形成されたものである。そして、半導体チップ１０１， ダイパッド１０２，接着剤１０３，リード１０５の一部（インナーリード），ボンディングワイヤ１０６は、たとえばエポキシ等の樹脂１０８により、封止されている。このような構造によって、半導体チップ１０１への異物や湿気，水分などの侵入を防いでいる。

ところで、大電力用のパワーデバイスなど、大電流や高周波電流が流れる半導体素子は、発熱量が大きいことから、熱放出のために図１１に示す実装構造とは異なる構造についての提案もなされている。

たとえば特許文献１には、半導体チップの両面を封止樹脂から露出させて、放熱フィンを半導体チップの両面に取り付けた構造が開示されている。特許文献２には、半導体チップを搭載しているダイパッドの裏面を封止樹脂から露出させて裏面に放熱フィンを取り付けた構造が開示されている。特許文献３には、半導体モジュールにおいて、複数の半導体チップを搭載している窒化アルミニウム基板に、開口を有するフィン付き銅ベースを直接取り付けた構造が開示されている。

特開２００１−１５６２２５号公報

特開２００３−２９７９９４号公報

特開２００４−２５９７９１号公報

しかしながら、上記特許文献１，２の構造では、半導体チップを冷却する能力に限界があり、パワーデバイスに必要な放熱性を確保することが困難である。

一方、特許文献３の半導体モジュールでは、水冷方式を採用しているために冷却能力は大きいが、大がかりな構造となり、しかも、半導体モジュール内の各種の半導体チップを画一的に冷却するために、必ずしも各半導体チップ個別に適した冷却機能を果たすことができないという不具合があった。

本発明の目的は、気密性を保持しつつ、各チップに設けられている電気素子の種類に応じた適正な冷却を行うための電子デバイスを提供することにある。

本願請求項１記載の電子デバイスは、電気素子が形成されたチップと、前記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、前記チップと、前記熱伝達部材の一部とを封止する封止部材とを備えており、前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材から露出している１又は２以上の柱状部材が設けられている。

本願請求項２記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の基端部が連結される平板部を設けたものである。

本願請求項３記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の先端部が連結される平板部を設けたものである。

本願請求項４記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の柱状部材の先端部を、他の部分よりも広いパッド状に形成したものである。

本願請求項５記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の先端部が連結されるフィン部を設けたものである。

本願請求項６記載の電子デバイスは、請求項１〜５のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の中間部が連結される平板部を設けたものである。

本願請求項７記載の電子デバイスは、請求項１記載の電子デバイスにおいて、前記チップの電気素子を縦型半導体素子を含むものとし、前記チップの裏面に前記縦型半導体素子の裏面電極を設け、前記熱伝達部材を前記縦型半導体素子の裏面電極に導通可能としたものである。

本願請求項８記載の電子デバイスは、請求項１〜７のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の一部を水冷したものである。

本願請求項９記載の電子デバイスは、請求項１〜８のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記チップの前記熱伝達部材に近接する面に対向する面に熱伝達可能に配置され、前記封止部材の表面に向かって延びる柱状部材を有する副熱伝達部材をさらに設けたものである。

本願請求項１０記載の電子デバイスは、電気素子が形成されたチップと、上記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、前記チップと、前記熱伝達部材の少なくとも一部とを封止する封止部材とを備えており、前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材の端面との距離が所定値以下の位置にある１又は２以上の柱状部材が設けられている。

本願請求項１１記載の電子デバイスは、請求項１０記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の基端部が連結される平板部を設けたものである。

本願請求項１２記載の電子デバイスは、請求項１０記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の先端部が連結される平板部を設けたものである。

本願請求項１３記載の電子デバイスは、請求項１０記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の柱状部材の先端部を、他の部分よりも広いパッド状に形成したものである。

本願請求項１４記載の電子デバイスは、請求項１０〜１３のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材に、柱状部材の中間部が連結される平板部を設けたものである。

本願請求項１５記載の電子デバイスは、請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子デバイスにおいて、前記熱伝達部材の先端部を、封止部材を挟んで水冷したものである。

本願請求項１記載の電子デバイスによると、熱伝達部材の柱状部材の面積や個数の調整によって、放熱性を電子デバイス個別に調整することが可能である。したがって、たとえばモジュール内に配置された場合であっても、モジュール内の各種電子デバイスを一律に冷却するのではなく、電子デバイス個別の冷却を行うことができる。たとえば、シリコン基板に形成されたデバイスと、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板に形成されたデバイスなど、動作効率のよい温度条件が異なる場合にも、冷却機能をチップ内に配置される電気素子の種類に応じて、個々に最適範囲に調整することができる。しかも、ダイパッドの上下に封止部材が存在していることにより、高い信頼性が得られる。

本願請求項２記載の電子デバイスによると、チップに近接する大面積の平坦部から柱状部材に熱伝達が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項３記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、大面積の平坦部で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項４記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、パッド状に形成された広い領域で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項５記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、広い表面積を有するフィン部で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項６記載の電子デバイスによると、柱状部材の中間部において平板部にモールド時の収縮力が作用するので、たとえば柱状部材の基端部における接着剤が不要になるなど、工程の簡素化を図ることができる。

本願請求項７記載の電子デバイスによると、縦型半導体素子の裏面電極と外部機器とが熱伝達部材を経て導通可能になるので、大面積の柱状部材を利用して大量の電流を縦型半導体素子に供給することが可能になる。

本願請求項８記載の電子デバイスによると、熱伝達部材の一部が水冷されていることにより、冷却機能が向上する。

本願請求項９記載の電子デバイスによると、熱伝達部材及び副熱伝達部材により、チップの両面が効率よく冷却されるので、冷却機能が向上する。

本願請求項１０記載の電子デバイスによると、請求項１の電子デバイスとほぼ同等の冷却機能を確保しつつ、水分，湿気，異物の侵入を防止することができ、よって、高い信頼性が得られる。

本願請求項１１記載の電子デバイスによると、チップに近接する大面積の平坦部から柱状部材に熱伝達が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項１２記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、大面積の平坦部で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項１３記載の電子デバイスによると、柱状部材の先端部において、パッド状に形成された広い領域で熱交換が行われるので、冷却機能が向上する。

本願請求項１４記載の電子デバイスによると、柱状部材の中間部において平板部にモールド時の収縮力が作用するので、たとえば柱状部材の基端部における接着剤が不要になるなど、工程の簡素化を図ることができる。

本願請求項１５記載の電子デバイスによると、熱伝達部材の一部が比熱の大きい水によって冷却されていることにより、冷却機能が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ），（ｂ）は、実施の形態１における電子デバイスＡの構造を示す縦断面図、及びIb-Ib 線断面における横断面図である。図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態の電子デバイスＡは、パワーデバイスなどの電気素子が形成されたチップ１１と、はんだ層１３を介してチップ１１が搭載されたダイパッド１２と、チップ１１内の電気素子と外部部材との間で、制御信号や電源電圧，接地電圧を授受するためのリード１５と、リード１５とチップ１１のボンディングパッド（後述）又はダイパッド１２とを接続するボンディングワイヤ１６（金属細線）と、ダイパッド１２の裏面に絶縁板１７を挟んで接着剤により取り付けられた熱伝達部材１４とを備えている。熱伝達部材１４は、ダイパッド１２とほど同じ大きさの円板部１４ａと、円板部１４ａの裏面から下方に延びる複数の柱状部材１４ｂ（本実施形態では、ロッド状部材）とからなる。

本実施の形態においては、ダイパッド１２とリード１５とは、銅合金板を打ち抜き又はエッチング加工して形成されたものであり、熱伝達部材１４は、銅合金をダイキャストして一体的に形成されたものである。そして、チップ１１，ダイパッド１２，熱伝達部材１４のうち柱状部材１４ｂの下面を除く部分，はんだ層１３，リード１５の一部（インナーリード），ボンディングワイヤ１６は、たとえばトランスファモールド工程を行ない、エポキシ樹脂等の樹脂１８により、封止されている。

熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの下端面は、水冷式の冷却管３０に接触しており、電気素子内で発生した熱を外部に放出して、電気素子の温度上昇を抑制するように構成されている。冷却管３０との接触部には、グリスやはんだを用いてもよい。

図１（ａ）には、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの下端面が樹脂１８の裏面とほぼ同一平面上に位置している状態が示されているが、柱状部材１４ｂの下端部が樹脂１８の裏面から外方に突出していてもよい。

図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、本実施の形態におけるチップ１１の平面図、及び要部の縦断面図である。図２（ｂ）において層間絶縁膜や配線層の図示は省略されている。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態における電子デバイスＡにおいて、シリコン基板５１を用いて形成されたチップ１１には、電気素子として、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０（縦型パワー素子）と、制御回路部６１内のＰＭＯＳＦＥＴ及びＮＭＯＳＦＥＴとが形成されている。そして、チップ１１の上面上には、制御回路部６１のボンディングパッド６４と、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のソース電極パッド６２とが設けられている。

図２（ｂ）に示すように、制御回路部６１には、横型ＭＯＳＦＥＴである，ｐＭＯＳＦＥＴ及びｎＭＯＳＦＥＴが形成されており、各ＭＯＳＦＥＴのソース電極６６，ゲート引き出し電極６７，ドレイン電極６８が上記各ボンディングパッド６４に個別につながっている。また、各ＭＯＳＦＥＴは、シリコン基板５１の表面領域において互いに離間して形成された１対のソース・ドレイン拡散層５６と、ソース・ドレイン拡散層５６間に位置し、シリコン基板５１上に形成されたゲート酸化膜７１と、ゲート酸化膜７１の上に形成されたポリシリコンゲート７２とを備えている。シリコン基板５１内には、裏面側から順に、ｎ^＋ 領域５２と、ｎ領域５３と、ｎ領域５３に囲まれるｐウエル５４とが形成されており、ｐＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン拡散層５６はｐウエル５４に囲まれている。また、ｐウエル５４に囲まれるｎウエル領域５５が形成されていて、ｎＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン拡散層５６はｎウエル５５に囲まれている。そして、各ＭＯＳＦＥＴの動作時には、電流はポリシリコンゲート７２下方の基板領域（チャネル領域）を経てソース・ドレイン拡散層５６同士の間を流れることになる。

縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０は、シリコン基板５１内においては、ｎ^＋ 領域５２はドレイン領域とし、ｎ領域５３はドリフト層として機能し、ｐウエル５４の表面領域がチャネル領域として機能する。さらに、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０には、ｎ^＋ 型のソース領域５８と、ソース電極７０と、ゲート引き出し電極７５と、基板裏面側に形成されたドレイン電極７３とが設けられている。ゲート絶縁膜７１と及びポリシリコンゲート７２は、制御回路部６１のＭＯＳＦＥＴと共通のポリシリコンによって形成されている。縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０の１つのセルは、ｎ^＋ 領域５２，ｎ領域５３，及びｐウエル５４におけるゲート絶縁膜７１下方の領域を経て、ソース領域５８に電流が流れる縦型ＭＯＳＦＥＴ構造となっている。縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０は、多数のセルが並列に接続されて、大電力のＯＮ・オフを制御するパワースイッチングデバイスでもある。

なお、チップ１１内にショットキーダイオードが設けられているタイプもあり、その場合には、ｎ領域５９上にショットキー電極が設けられている。

そして、電子デバイスＡのボンディングワイヤ１６は、図２（ａ）に示すボンディングパッド６４，６２やダイパッド１２（図１参照）に接続されている。

図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、電子デバイスが配置される電子モジュール４０の一例を示す平面図、およびその一部を拡大した平面図である。なお、同図において、配線構造の図示は省略されている。

図３（ａ）に示すように、電子モジュールは、銅合金製の枠体４０内に各種電子デバイス４１を配置して構成される。電子モジュールの電子デバイスに供給される電力の３相電流成分に対応して、３つの領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃに分かれている。そして、各領域４２ａ，４２ｂ，４２ｃには、それぞれ合計６つの電子デバイス７１が並列的に配置されていて、図３（ｂ）に示すように、各電子デバイスには、制御回路，縦型ＭＯＳＦＥＴ，及びショットキーダイオードが設けられている。そして、枠体４０の下方には、冷却水が流れる冷却管が設けられており、図１（ａ）に示すように、柱状部材１４ｂの下端が水冷式の冷却管３０に接触する構造となっている。水冷方式に代えて空冷方式であってもよい。

本実施形態の電子デバイスＡによると、モジュール内に多数の電子デバイスを配置して共通の冷却管３０で冷却する場合にも、機能的には電子デバイス個別に水冷することが可能な構造（又は空冷方式）となっている。特許文献３のような構造の場合には、パワー半導体モジュール内の各種デバイスを一律に冷却することしかできず、デバイス個別の冷却を行うことができない。パワー半導体モジュール内には、本実施の形態のようなシリコン基板を用いた電気素子だけでなく、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板などの基板を用いた電気素子も配置されることがあるが、シリコン基板を用いたトランジスタと、ＳｉＣ基板を用いたトランジスタとでは、効率のよい動作温度が異なる。たとえば、シリコン基板を用いたトランジスタでは、室温程度の温度が動作効率もよく、高温では故障を生じやすい。ところが、ＳｉＣ基板，ＧａＮ基板などを用いたトランジスタでは、室温よりも高い温度状態にある方が動作効率が高いことがわかっている。したがって、特許文献３の方式では、かえって冷却しすぎてＳｉＣデバイスなどの効率が低下するおそれがある。反面、冷却液の温度や種類によって冷却機能を低下させると、シリコン基板を用いたデバイスの温度が高すぎて故障を生じるおそれがある。

それに対して、本発明の電子デバイスでは、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの太さや本数の調整によって、チップ内に配置される電気素子の種類に応じて冷却機能（放熱性）を電気素子の種類に応じ、個々に最適範囲に調整することができる。

しかも、ダイパッド１２及び熱伝達部材材１４の平板部１４ａの下方及び上方には樹脂１８が存在しているので、特許文献１〜３のごとくチップの片面又は両面が封止樹脂から露出している構造とは異なり、チップ１１を樹脂１８により強固に保持することができ、水分・湿気や異物の侵入を防ぐことができる。つまり、高い信頼性を発揮することができる。

（実施の形態１の第１変形例）
図４は、実施の形態１の第１変形例における電子デバイスＢの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本変形例における電子デバイスＢの構造は、図１に示す電子デバイスＡの構造とほとんど同じであるので、同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本変形例では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの下端部が樹脂１８から露出せずに、樹脂１８内に埋められている。そして、柱状部材１４ｂの下端面と樹脂１８の表面との間隔は、１０μｍ程度である。

このように、柱状部材１４ｂの下端部が樹脂１８内に埋もれている場合にも、柱状部材１４ｂの下端面が電子デバイスＢの下方に設けられる水冷板に非常に近いので、必要な冷却機能は得られうる。柱状部材１４ｂと樹脂１８の表面との間隔は、エポキシ樹脂などの熱伝達特性を考慮すると、１ｍｍ以下であることが好ましい。そして、この変形例の電子デバイスＢのように、柱状部材１４ｂの下端部が露出していない場合には、実施の形態１の電子デバイスに比べ、柱状部材１４ａと樹脂１８との界面を伝わって湿気・水分や異物が侵入することが無くなるので、実施の形態１の構造よりも高い信頼性を得ることができる。

（実施の形態１の第２変形例）
図５は、実施の形態１の第２変形例における電子デバイスＣの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本変形例における電子デバイスＣの構造は、図１に示す電子デバイスＡの構造とほとんど同じであるので、同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本変形例では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａが上端ではなく、柱状部材１４ｂの中間部位に設けられている。そして、柱状部材１４ｂの上端面とダイパッド１２下方の絶縁板１７とは、接着剤を介さずに、樹脂１８のトランスファモールド時の収縮による締め付け力を利用して接触状態を保持する構造となっている。すなわち、本変形例の電子デバイスＣのトランスファモールド工程では、ダイキャビティの底部に熱伝達部材を設置した状態でチップを搭載したリードフレームを熱伝達部材の上方に設置して、樹脂１８を流し込むことになる。

この変形例においても、柱状部材１４ｂを介して電気素子の発熱を放出する冷却機能が得られる。そして、柱状部材１４ｂと絶縁板１７との間に接着剤が不要なことで、熱伝達率が向上する。また、接着工程が１つ減少することで、工程の簡素化を図ることができる。

（実施の形態１の第３変形例）
図６は、実施の形態１の第３変形例における電子デバイスＤの構造を示す縦断面図である。同図に示すように、本変形例における電子デバイスＤの構造は、図１に示す電子デバイスＡの構造とほとんど同じであるので、同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本変形例では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、ダイパッド１２と熱伝達部材１４の平板部１４ａとがはんだ等によって接合され、導通可能に接触している。そして、柱状部材１４ｂの下端部が、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２につながる外部端子として機能する。柱状部材１４ｂの下端部は、冷却管３０とは絶縁体３２を介在させて設けられた電極板３１に接続されている。したがって、本変形例では、ダイパッド１２に接続されるボンディングワイヤ１６は存在せず、すべてのボンディングワイヤ１６がチップ１１のボンディングパッド６４，６２（図２（ａ）参照）に接続されている。

本変形例の構造により、熱伝達部材１４が縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２と導通可能になっているので、ドレイン電極７２につながるボンディングワイヤが不要になり、電気的接続構造が単純化される。しかも、柱状部材１４ｂはボンディングワイヤに比べると断面積が大きく、本数も任意に設定できるので、冷却機能を維持しつつ、大電流を流すのに適した構造が得られることになる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２における電子デバイスＥの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａは、柱状部材１４ｂの最下部に設けられていて、平板部１４ａの下面全体が樹脂１８から露出している。そして、絶縁板１７には、柱状部材１４の数と同数の凹部が形成されており、各柱状部材１４ｂの上端部が絶縁板１７の凹部に嵌合した状態となっている。その他の構造は、図１に示すとおりである。

本実施の形態の電子デバイスＥによると、実施の形態１に比べ、熱伝達部材１４の平板部１４ａが最下部に設けられているので、水冷板との接触面積が広くなり、冷却機能が向上する。

また、本実施の形態においても、上記実施の形態１における第１変形例〜第３変形例の構造を採用することができる。

（実施の形態３）
図８は、実施の形態３における電子デバイスＦの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａが存在せず、各柱状部材１４ｂの最下部に柱状部材１４ｂよりも大面積のパッド部１４ｃが設けられていて、パッド部１４ｃの下面全体が樹脂１８から露出している。また、実施の形態２と同様に、絶縁板１７には、柱状部材１４の数と同数の凹部が形成されており、各柱状部材１４ｂの上端部が絶縁板１７の凹部に嵌合した状態となっている。その他の構造は、図１に示すとおりである。

本実施の形態の電子デバイスＦによると、実施の形態１に比べ、熱伝達部材１４の柱状部材１４ｂの最下部にパッド部１４ｃが設けられているので、水冷板との接触面積が広くなり、冷却機能が向上する。

また、本実施の形態においても、上記実施の形態１における第１変形例〜第３変形例の構造を採用することができる。

（実施の形態４）
図９は、実施の形態４における電子デバイスＧの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の電子デバイスＡとは異なり、熱伝達部材１４の平板部１４ａに代えて、柱状部材１４ｂの最下部にフィン部１４ｄが設けられていて、フィン部１４ｄの大部分が樹脂１８から露出している。また、実施の形態２と同様に、絶縁板１７には、柱状部材１４の数と同数の凹部が形成されており、各柱状部材１４ｂの上端部が絶縁板１７の凹部に嵌合した状態となっている。フィン部１４ｄは、冷却管３０の壁面と嵌合している。その他の構造は、図１に示すとおりである。

本実施の形態の電子デバイスＥによると、実施の形態１に比べ、熱伝達部材１４の最下部にフィン部１４ｄが設けられているので、実施の形態２よりもさらに冷却管３０との接触面積が広くなり、冷却機能が向上する。特に、本実施の形態の構造は、空冷方式にも適した構造である。

また、本実施形態においても、上記実施の形態１における第１変形例〜第３変形例の構造を採用することができる。

（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５における電子デバイスＨの構造を示す縦断面図である。本実施の形態においては、図１に示す電子デバイスＡと同じ部材については同じ符号を付して説明を省略し、異なる点のみ説明する。本実施の形態では、実施の形態１の変形例３と同様に、ダイパッド１２と熱伝達部材１４の平板部１４ａとが半田等によって接合され、導通可能に接触している。そして、柱状部材１４ｂの下端部が、縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２につながる外部端子として機能する。柱状部材１４ｂの下端部は、冷却管３０とは絶縁体３２を介在させて設けられた電極板３１に接続されている。

上記に加えて、本実施の形態では、チップ１１の上面に副熱伝達部材１９が取り付けられている。副熱伝達部材１９は、チップ１１の縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のボンディングパッド６２（図２（ａ）参照）に接触する平板部１９ａと平板部１９ａから上方に延びる複数の柱状部材１９ｂとを有している。熱伝達部材１４における電気的接続構造及び冷却構造と同様に、柱状部材１９ｂの先端面は樹脂１８から露出して、冷却管とは絶縁体を介して設けられた電極板に接続されている（図示せず）。

したがって、本実施の形態では、ダイパッド１２に接続されるボンディングワイヤ１６や縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のボンディングパッド６２に接続されるボンディングワイヤは存在せず、すべてのボンディングワイヤ１６がチップ１１の制御回路部６１のボンディングパッド６４（図２（ａ）参照）に接続されている。

本実施の形態の構造により、熱伝達部材１４及び副熱伝達部材１９が縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のドレイン電極７２，ソース電極７０とそれぞれ導通可能になっているので、ドレイン電極７２，ソース電極７０につながるボンディングワイヤが不要になり、電気的接続構造が単純化される。しかも、柱状部材１４ｂ，１９ｂはボンディングワイヤに比べると断面積が大きく、本数も任意に設定できるので、冷却機能を維持しつつ大電流を流すのに適した構造が得られることになる。

なお、副熱伝達部材１９として、実施の形態２〜４（図７，図８，図９参照）に示すような熱伝達機能だけを発揮する構造を採用してもよく、副熱伝達部材１９が必ずしも縦型ＭＯＳＦＥＴ部６０のボンディングパッド６２に導通可能になっていなくてもよい。その場合にも、副熱伝達部材１９を設けたことにより、冷却機能の向上という効果を発揮することができる。

なお、本実施の形態に設けられているダイパッドやリードは、必ずしも存在している必要はない。まず、制御回路部６１のボンディングパッド６４に副熱伝達部材１９の柱状部材１９ｂが接続されていれば、リードは不要となる。その場合には平板部が絶縁体材料によって構成されているか、柱状部材と制御回路につながる柱状部材と平板部との間に絶縁体が介在している。また、ダイパッドが存在していなくても、言い換えるとリードフレームを用いなくても、ダイキャビティの底部に熱伝達部材，チップ，副熱伝達部材を重ねた状態でトランスファモールドを行うことにより、電子デバイスの動作に必要な電力や信号が供給される構造が実現する。

さらに、チップの上面側のみに熱伝達部材（本実施形態における副熱伝達部材）が取り付けられていてもよい。その場合にも、チップで発生する熱を外方に放出する効果が得られるからである。

（その他の構造）
上記各実施形態および変形例では、熱伝達部材とリードフレームとは個別に形成したが、リードフレームと熱伝達部材とをダイキャストにより一体成形することも可能である。

上記実施形態及び各変形例では、柱状部材としてロッド状部材を設けたが、本発明における柱状部材はこれに限定されるものではなく、板状部材であってもよい。また、ロッド状部材の場合でも、断面が円形である必要はなく、楕円形，多角形など任意の各種形状であってもよい。

上記実施形態及び各変形例では、樹脂を用いたトランスファモールドによりチップ等を封止しているが、樹脂封止に代えてガラスを用いたり、トランスファモールドに代えて樹脂やガラスを用いたポッティングによる封止構造を採用する、などの封止方法も可能である。

上記各実施形態においては、パワー半導体素子として縦型ＭＯＳＦＥＴを設けたが、横型ＭＯＳＦＥＴなどの横型半導体素子を設けたものについても、適用することができる。

本発明の電子デバイスにおいて、チップ内に配置される電気素子には、ＩＧＢＴ，ダイオード，サイリスタなどのいわゆる能動素子や、抵抗素子、容量素子（コンデンサ），誘導素子（インダクタ）等の受動素子が含まれる。

なお、上記各実施形態及び変形例では、チップ１１の裏面には必ず熱伝達部材１４が設けられている構造を示したが、本発明の構造は、かかる形態に限定されるものではなく、熱伝達部材がチップの上面にだけ設けられていてもよい。

上記開示された本発明の各実施の形態，変形例及びその他の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の電子バイスは、ＩＧＢＴ，ダイオード，サイリスタ，抵抗素子、容量素子（コンデンサ），誘導素子（インダクタ）等を搭載した各種機器に利用することができ、特に電子モジュールの要素として利用することができる。

（ａ），（ｂ）は、順に、実施の形態１における電子デバイスの構造を示す縦断面図、及びIb-Ib 線断面における横断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、実施の形態１におけるチップの平面図、及び要部の縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、電子デバイスが配置される電子モジュールの一例を示す平面図、およびその一部を拡大した平面図である。 実施の形態１の第１変形例における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 実施の形態１の第２変形例における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 実施の形態１の第３変形例における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 実施の形態２における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 実施の形態３における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 実施の形態４における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 実施の形態５における電子デバイスの構造を示す縦断面図である。 一般的な樹脂封型半導体装置の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１１ チップ、１２ ダイパッド、１３ はんだ層、１４ 熱伝達部材、１４ａ 平板部、１４ｂ 柱状部材、１４ｃ パッド部、１４ｄ フィン部、１５ リード、１６ ボンディングワイヤ、１７ 絶縁板、１８ 樹脂、１９ 副熱伝達部材、１９ａ 平板部、１９ｂ 柱状部材、５１ シリコン基板，５２ ｎ^＋ 領域、５３ ｎ領域、５４ ｐウエル、５５ ｎウエル、５６ ソース・ドレイン拡散層、５８ソース領域、 ６０ 縦型ＭＯＳＦＥＴ部、６１ 制御回路部、６２ ボンディングパッド、６４ ボンディングパッド、６６ ソース電極、６７ ゲート引き出し電極、６８ ドレイン電極、７０ ソース電極、７１ ゲート絶縁膜、７２ ポリシリコンゲート、７３ ドレイン電極、７５ ゲート引き出し電極

Claims (15)

1. 電気素子が形成されたチップと、
   前記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、
   前記チップと、前記熱伝達部材の一部とを封止する封止部材とを備え、
   前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材から露出している１又は２以上の柱状部材が設けられている，電子デバイス。
2. 前記熱伝達部材は、柱状部材の基端部が連結される平板部を有している，請求項１記載の電子デバイス。
3. 前記熱伝達部材は、柱状部材の先端部が連結される平板部を有している，請求項１記載の電子デバイス。
4. 前記熱伝達部材の柱状部材の先端部は、他の部分よりも広いパッド状に形成されている，請求項１記載の電子デバイス。
5. 前記熱伝達部材は、柱状部材の先端部が連結されるフィン部を有している，請求項１記載の電子デバイス。
6. 前記熱伝達部材は、柱状部材の中間部が連結される平板部を有している，請求項１〜５のいずれかに記載の電子デバイス。
7. 前記チップの電気素子は、縦型半導体素子を含んでおり、
   前記チップの裏面には前記縦型半導体素子の裏面電極が設けられており、
   前記熱伝達部材は、前記縦型半導体素子の裏面電極に導通可能である，請求項１記載の電子デバイス。
8. 前記熱伝達部材の一部は水冷されている，請求項１〜７のいずれかに記載の電子デバイス。
9. 前記チップの前記熱伝達部材に近接する面に対向する面に熱伝達可能に配置され、前記封止部材の表面に向かって延びる柱状部材を有する副熱伝達部材をさらに備えている，請求項１〜８のいずれかに記載の電子デバイス。
10. 電気素子が形成されたチップと、
    上記チップに熱伝達可能に設けられた熱伝達部材と、
    前記チップと、前記熱伝達部材の少なくとも一部とを封止する封止部材とを備え、
    前記熱伝達部材には、チップに近接する部分から延びて、先端部が前記封止部材の端面との距離が所定値以下の位置にある１又は２以上の柱状部材が設けられている，電子デバイス。
11. 前記熱伝達部材は、柱状部材の基端部が連結される平板部を有している，請求項１０記載の電子デバイス。
12. 前記熱伝達部材は、柱状部材の先端部が連結される平板部を有している，請求項１０記載の電子デバイス。
13. 前記熱伝達部材の柱状部材の先端部は、他の部分よりも広いパッド状に形成されている，請求項１０記載の電子デバイス。
14. 前記熱伝達部材は、柱状部材の中間部が連結される平板部を有している，請求項１０〜１３のいずれかに記載の電子デバイス。
15. 前記熱伝達部材の先端部は、封止部材を挟んで水冷されている，請求項１０〜１４のいずれかに記載の電子デバイス。

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