電気的に分離したパワー半導体パッケージ
【課題】 本装置の金属裏側（３４）と端子（３８）との間に電圧分離を有するパッケージ化パワー半導体装置（２４）。本装置からヒートシンクへの電気的分離及び良好な伝熱を与えるために直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板（２８）を使用している。パワー半導体ダイ（２６）が半田又はその他の態様でＤＢＣ基板の第一金属層（３０）ヘ装着されている。第一金属層は該半導体ダイによって発生される熱を散逸させる。該リード及びダイは単一の操作でＤＢＣ基板へ半田付けさせることが可能である。１実施例においては、３，０００Ｖを超える分離が達成される。別の実施例においては、該パッケージ化パワー半導体装置はＴＯ−２４７アウトラインに適合している。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置に関するものであって、更に詳細には、装置の端子から電気的に分離されている金属バックプレーンを具備しているパッケージ化したパワー半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン制御整流器（ＳＲＣ）、パワートランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、パワー整流器、パワー調整器、又はそれらの組合わせ等の殆どのパワー半導体装置は、電気的に分離されていないパッケージ内に組立てられている。即ち、典型的にパッケージ化した装置のバックサイド即ち裏側を形成する金属タブがパッケージ化した装置内の半導体ダイへ電気的に結合されており、例えば半田付けされている。このことはパッケージのバックサイド即ち裏側を半導体ダイと同じ電位とさせる。
【０００３】
パワー半導体装置は、例えば論理装置又はメモリ装置等のその他の電子半導体装置と比較して、典型的に３０乃至１，０００Ｖ又はそれ以上の比較的高い電圧において動作するように設計されている。従来のパッケージ化したパワー半導体装置においては、パッケージのバックサイド即ち裏側は通常動作条件下又は装置欠陥が発生した場合にこれらの電圧に露呈される場合がある。更に、パワー半導体装置は動作期間中に意図した範囲外の電圧に露呈される場合があり、それはパッケージの裏側と電気的に結合する場合がある。
【０００４】
従来のパッケージ化したパワー半導体装置のバックサイド即ち裏側に存在する高電圧は他の回路コンポーネントを損傷するか、又はこれらの装置で構築されている機器で動作を行っているオペレータを危険にさらす場合がある。４０Ｖ程度に低い電圧はこのような機器で又はそれに関して作業を行っているオペレータに対して危険である場合がある。絶縁性パッド又はワッシャが、パワー半導体装置のバックサイド即ち裏側を回路の残部から電気的に分離するために典型的に使用される。典型的な適用例においては、該パワー半導体は接地電位にある電気的シャシーの一部であるヒートシンク上に装着されている。ヒートシンクを行うことは、動作期間中に幾つかの装置によって散逸されるパワーのために、又その装置が動作せねばならない環境のために、パワー半導体装置にとって重要である。パワー半導体装置は、しばしば、エンジンコンパートメントにおいて又は工場において等の比較的高温となる場合がある適用場面において使用される。従って、数ワット又は数キロワットの場合もあるパワーを発生する可能性のある能動装置と高温となる場合のある環境との間における熱抵抗を最小とさせることが特に重要である。
【０００５】
図１Ａはパッケージ化したパワー半導体装置１０と、絶縁性パッド１２と、ヒートシンク１４と、ネジ１６との簡単化した分解図である。該ネジは半導体装置及び絶縁性パッドをヒートシンクへ取付けるために使用される。半導体ダイ（不図示）は金属タブ２１へ取付けられ、リード１８は該ダイの端子へ電気的に結合され、且つその組立体は、次いで、封止物質２０で封止される。該封止物質は、典型的には、エポキシ、プラスチック、ゴム、シリコーン、又は同様の物質であり、且つ該ダイ及び関連する構造の上にモールド、鋳造又はその他の態様で形成される。
【０００６】
ヒートシンク１４は、通常、金属であり、且つ絶縁性パッド１２は、典型的に、シリコーンゴム、マイカ、又はセラミック等の絶縁性物質から構成されており、且つパッドの代わりにワッシャ又はその他の形状の形態とすることが可能である。絶縁性パッド１２が、ヒートシンクに対する良好な熱的結合を与えながら、パワー半導体装置１０の裏側２２とヒートシンク１４との間に電子的絶縁を与えることが望ましい。
【０００７】
図１Ｂはパワー半導体装置１０及びネジ１６でヒートシンク１４へ装着されている絶縁性パッド１２の概略図である。該ネジはナイロン等の絶縁性物質から形成することが可能であり、又はパワー半導体装置をヒートシンクから分離するために付加的な絶縁性ワッシャ及び／又はスリーブを使用することが可能である。幾つかの適用例においては、向上したヒートシンク機能を与えることが必要な場合がある。パワー半導体装置をヒートシンクへ半田付けすることは優れた熱的結合を与える。然しながら、ヒートシンクは、典型的に、回路又はシャシーの残部から分離させることが必要である場合があり、且つ技術者が致死的電圧となる場合がある電気的に「ホット」なヒートシンクに不本意に接触することを防止するための遮蔽を必要とする場合がある。
【０００８】
パワー半導体装置とヒートシンクとの間の付加的な電気的分離は、ヒートシンクに対する熱的結合を減少させ且つ付加的なパーツ及び組立を必要とすることとなる。ヒートシンクとシャシーとの間に電気的分離を与えることも付加的なパーツ及び組立が関与することとなる。該付加的なパーツ及び組立はコストを増加させるばかりか、人的エラー、即ち分離を全く忘れてしまうことの可能性を与える。更に、ある分離パッドは脆性のものであり、且つ組立又はその後の使用期間中に亀裂発生、切断又はその他の態様で損傷を発生する場合がある。分離パッドを省略すること又はそれに対する損傷は分離に障害を発生させ且つオペレータを危険な電圧に露呈させることとなる場合がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、付加的なパーツ又は労力を必要とすることなしに、パッケージ化したパワー半導体装置をヒートシンク又はその他の回路コンポーネントへ装着させることが望ましい。更に、パッケージ化したパワー半導体が信頼性があり且つ安全な態様で装着されていること、及びパッケージ化したパワー半導体装置とヒートシンクとの間の良好な熱的結合が達成されることが望ましい。更に、全てのこのようなパッケージ化したパワー半導体装置が既存の適用例にレトロフィットさせるべく適合可能であることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はパッケージ内側のダイの電位とパッケージの金属裏側との間において電気的分離を持っているパッケージ化したパワー半導体装置を提供している。パワー半導体ダイが直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板上に装着されている。該ダイは半田又はその他のダイ取付手段を使用して装着させることが可能である。該パッケージのリードもＤＢＣ基板へ半田付けされている。幾つかの実施例においては、全てのリードがＤＢＣ基板上の接続用パッドへ半田付けされている。
【００１１】
本発明の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって実現することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は優れた安全性、性能及び製造可能性を具備するパッケージ化したパワー半導体装置を提供している。本発明は、半導体ダイと該パッケージのバックプレーン（背面）との間において装置のパッケージ内に絶縁層を組込んでいる。
【００１３】
図２は本発明の１実施例に基づくパッケージ化したパワー半導体装置２４の簡単化した断面図を示している。パワー半導体ダイ２６が直接ボンド付け銅（「ＤＢＣ」、又は直接銅ボンド付け（ＤＢＣ）としても知られている）基板２８へ半田付けされている。ＤＢＣ基板２８は、銅からなるダイ側（第一）層と、セラミック層３２と、銅からなるバックサイド即ち裏側（第二）層３４とを有している。封止体からなる層３６がパワー半導体ダイ２６と、ＤＢＣ基板２８と、銅からなる第一層３０へ半田付け４０されている装置リード３８（そのうちの１つのみ示してある）の上に形成されている。
【００１４】
付加的な金属層を包含させることが可能であり、例えば、銅層のうちの一方又は両方は錫メッキ又はメッキすることが可能である。絶縁体はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックであるが、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、又はその他のＤＢＣ製造と適合性のある絶縁性物質等のその他の物質とすることが可能である。銅からなる各層は約０．３０ｍｍの厚さであり、かつアルミナ層は約０．６３０ｍｍの厚さであり、ＤＢＣ基板を全体として約１．２３０ｍｍの厚さとしている。然しながら、これらの厚さは例としてのみ与えられているに過ぎずより厚い又はより薄い層を使用することが可能である。
【００１５】
図３は封止体層を除去した状態の図２に示した装置の簡単化した平面図である。３個の装置リード３７，３８，３９がＤＢＣ基板２８と合体されている。ダイ側銅層３０は該リードが半田付けされているリード接続用パッド４７，４８，４９を形成するためにパターン形成されている。１つのリード３７は例えばＩＧＢＴダイのゲート等の３端子装置４４の１つの端子４３へ接続すべくワイヤボンド付け４２されている。第二リード３９は、例えばＩＧＢＴダイのエミッタ等の３端子装置の第二端子４６へワイヤボンド付け４５されており、且つ第三リード３８はダイ側銅層へ半田付け５０されているダイのコレクタへ電気的に結合されているダイ側銅層３０へ半田付けされている。例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）も３端子装置であるが、そのようなその他の装置を使用することも可能である。パワーＦＥＴは最大で３，０００Ｖの電圧及び７０Ｖにおいて１１０Ａを超える電流で動作するように設計されている。従って、パワー即ち電力の散逸はオペレータの安全性に対する電気的分離（隔離）と同じようにパワー半導体装置にとって重要な考慮事項である。
【００１６】
図４Ａはプラスチック封止体を除去した状態でのＴＯ−２４７アウトラインに対して適合された本発明の簡単化した側面図であるが、その他の実施例は例えばＴＯ−２２０，ＴＯ−２６４又はＳＯＴ−２２７Ｂアウトライン等のその他のパッケージアウトラインに適合することが可能である。中央リード３８は、他の２つのリードをダイ側銅層の上方に上昇させたまま、ダイ側銅層３０へ半田付けするために屈曲５２されている。他の２つのリードはダイに対してワイヤボンド付け又はその他の態様で電気的に結合されており、且つ封止体（不図示）が該リードに対する機械的な支持を与えている。ダイ側銅層３０の端部３１はセラミック層３２の端部３３からセットバックされており、従って該封止体はダイ側銅層の端部を被覆し且つパッケージの上部及び側部から電気的分離（隔離）を与えている。
【００１７】
図４ＢはＤＢＣ基板２８を取付けたリードフレームの簡単化した平面図である。銅リードフレーム５４は合金１９４、ＴＡＭＡＣ−４又はその均等物から構成されており、約０．６ｍｍの厚さである。該ＤＢＣ基板の幅は約１４．２ｍｍであり且つ該ＤＢＣ基板の長さは約１７．０ｍｍである。上述したように、該ＤＢＣ基板の厚さは約１．２３ｍｍである。中央リード３８は該ＤＢＣ基板のダイ側銅層３０へ半田付けされている。ダイ取付及びワイヤボンディングの後に、５個の未封止の装置が当該技術分野において公知の如くトリミング道具又はその他の手段を使用してリードフレームから切断される。
【００１８】
成形プレスを未封止装置で装架し且つプラスチック封止体を加熱し且つ存在する場合に適宜のパッケージ仕様に従って該装置の周りに形成する。裸のセラミック基板を具備する同様の装置を封止する場合よりもＤＢＣパッケージ化装置に対する封止処理を介しての歩留まりは一層高い。ＤＢＣ基板を使用することは基板及び半導体ダイの両方の亀裂の発生を減少させる。基板の亀裂発生は、複合ＤＢＣ構造がセラミック層に対してサポートを与えるために減少される。半導体ダイの亀裂発生も、銅の熱膨張係数は典型的なセラミックの熱膨張係数よりもシリコンの熱膨張係数により一致するものであるから減少される。
【００１９】
更に、パッケージ化したパワー半導体装置用に裸のセラミック基板を使用することは、典型的に、コストを増加させ且つ本発明に基づいてＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置と比較して熱的性能を減少させる。第一に、ダイをセラミック基板に取付けるために、通常ダイ取付パッドが設けられる。このことは、しばしば、セラミック基板上に金属−ガラスフリットをシルクスクリーニングし且つ該フリットを焼成することによって行われる。該フリットにおける金属は、通常、高価な貴金属であり、且つスクリーニング及び焼成処理は付加的な歩留まり損失を発生させる。第二に、剥き出しのセラミック基板を具備するパッケージの熱的性能はＤＢＣパッケージよりも劣っている。
【００２０】
ＤＢＣパッケージのダイ側銅層は熱拡散層として機能し、半導体ダイの「フットプリント」からほぼ全体的なＤＢＣ基板面積、即ちダイ側銅層の面積への伝熱を基本的に増加させる。典型的に銅よりも一層高い熱抵抗を有している与えた厚さのセラミックの場合には、当業者にとって理解されるように、より大きな伝熱面積は高抵抗層にわたってより優れた伝熱を与える。
【００２１】
バックサイド即ち裏側の銅層も多数の態様でＤＢＣパッケージの熱的性能を改善している。ダイ側銅層は該ダイから熱を散逸させるものであるが、該ダイの近傍（該ダイの「下側」）の温度はダイ側銅層の端部における温度よりも一層高い。この熱勾配の範囲は多くのファクタに依存するものであるが、裏側銅層はセラミック層を横断して伝熱された熱を拡散し且つ該ダイ下側のホットスポットの形成を減少させるべく作用する。両方の銅層から拡散する熱は、又、熱に関連したストレス及びその結果発生する基板及び／又はダイの亀裂発生を減少させ、従って信頼性を改善する。
【００２２】
更に、直接ボンディングプロセスは銅をセラミックへ緊密して取付け、１つの層から次の層への優れた熱伝導を与える。この熱伝導は、剥き出しのセラミック基板をヒートシンクに接触させる場合に典型的に発生するものよりも一層良好である。セラミックの高い熱抵抗は横方向への熱の広がりを阻止し、従って各ヒートシンクとの微視的な接触点がホットスポットとなり、一方裏側銅層の熱導電性が良好な横方向の熱伝導を与え、ヒートシンクとの局所化された接触の影響を減少させる。最後に、裏側銅層はＤＢＣパッケージ化装置をヒートシンクへ半田付けさせることを可能とし、裏側層の全面積を熱的にヒートシンクへ結合させる。
【００２３】
セラミック基板のバックサイド即ち裏側がフリットでコーティングされ且つ焼成した場合であっても、その熱的性能はＤＢＣパッケージ化装置のものと等しいものではない。何故ならば、焼成したフリットの金属−ガラス混合物はＤＢＣパッケージ化装置の銅層における程良好に熱を伝導するものでないからである。従って、ＤＢＣパッケージ化パワー装置は、電気的な絶縁性を与えながらヒートシンクへ熱的に結合することが可能である。
【００２４】
図５Ａ−５Ｃは単一の半田付け操作でリード及びダイをＤＢＣ基板へ取付ける組立手順を例示している。図５Ａは、１例として、多数のＴＯ−２４７パッケージ化分離型パワー半導体装置を製造するために使用されるチップを取付けたストリップ５００を製造するために使用される部品パーツの分解平面図である。当業者によって理解されるように、ＴＯ−２４７パッケージはジョイント・エレクトロニック・デバイス・エンジニアリング・カウンシル（ＪＥＤＥＣ）スタンダードパッケージ形態であって、それは、しばしば、パッケージ化したパワー半導体装置を製造するためにパワー半導体ダイと共に使用される。道具及びその他のコンポーネントを適宜修正して、例えばＴＯ−２２０又はＴＯ−２６４スタイルパッケージ等のその他のパッケージ形態をこの組立プロセスにおいて使用することが可能である。該コンポーネント及び道具はパワー半導体ダイ（チップ）５０２、グラファイトから構成されているチップ整合器道具５０４、銅リードフレーム５０６、半田プレフォーム５０８、ＤＢＣ基板５１０、グラファイトから構成されている組立ボート５１２を包含している。該チップ整合器道具及び組立ボートは例えばアルミナ、石英、窒化ボロン又はその他のもの等の意図した組立プロセスと適合性のあるその他の物質で構成することが可能である。
【００２５】
図５Ｂは該コンポーネント及び道具の分解側面図であり、且つ図５Ｃはチップ整合器道具５０４及び組立ボート５１２がパワー半導体ダイ５０２及び銅リードフレーム５０６をＤＢＣ基板５１０及び半田プレフォーム５０８に対して適切な整合状態に保持している状態の組立ユニットである。
【００２６】
図５Ｄは本発明の１実施例に基づくＴＯ−２４７チップ取付ストリップの組立プロセス５２０に対するフローチャートである。ＤＢＣ基板を組立ボート内の機械加工したポケット内に配置する（ステップ５２２）。半田プレフォームをＤＢＣ基板上に配置する（ステップ５２４）。銅リードフレームを別の機械加工したポケット内に配置し、該リードフレームのコンタクトパッドをＤＢＣ基板のパターン形成したダイ側銅層のコンタクトパッドと整合させる（ステップ５２６）。チップ整合器道具を該組立ボート上に配置し、該リードを更にＤＢＣ基板に対して適切な整合状態に保持し（ステップ５２８）、且つパワー半導体ダイを該チップをＤＢＣ基板に対して整合させているチップ整合器道具内のポケット内に配置させる（ステップ５３０）。次いで、その組立体を加熱して半田を溶融させ且つ同時的に銅リードフレームとパワー半導体ダイとをＤＢＣ基板へ半田付けさせる（ステップ５３２）。この半田付け処理は、典型的に、還元雰囲気中においてリフローベルト炉内において単一のパス即ち通過で実施され、従って当該技術分野において公知の如く、半田フラックスに対する必要性を取除いているが、その他の炉又は加熱源を使用することも可能である。
【００２７】
更に、チップをＤＢＣ基板へ１つの操作で取付け且つ、別の操作でリードを取付けることが可能であり、その場合に、例えば高温半田又はロー付けを使用することが可能であり、又はチップの取付のために共晶ダイ取付を使用し且つリード取付のために別の半田、スポット溶接又は同様の操作を使用することが可能である。ＤＢＣ基板はリードフレームへ取付けることが可能であり、且つこれらの副組立体は組立施設へ配送し、そこで半導体ダイを取付け且つワイヤボンディングと封止とを実施することが可能である。通常、第一取付処理は、それがリード又はダイを取付けるために使用されるか否かに拘わらず、第二取付処理の温度において信頼性のある取付状態となる。
【００２８】
１実施例においては、半田プレフォームはＤＢＣ基板と比較して過大寸法の半田からなるシートである。半田が溶融すると、それは組立体の金属部分のみを濡らし、従って基板及び組立道具のセラミック部分は半田が存在しないままとさせる。
【００２９】
一方、パワー半導体ダイが該ダイの後ろ側に予め付与されている半田を有している場合には、チップ整合器道具は必要ではない。この場合には、ダイはＤＢＣ基板上の正しいスポットへ自己整合する。意図されている半導体ダイのフットプリントに従ってダイ側銅層をパターン形成することによって自己整合を容易なものとさせることが可能である。一方、各ダイをＤＢＣ基板上に配置させるために自動化ダイ配置又はダイボンディング装置を使用することが可能である。
【００３０】
図６Ａはヒートシンク１４へ半田付け６０２されているＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置６００の概略図である。一方、該ＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置はクリップによって、ネジによって、ボルトによって、又はその他の態様でヒートシンクへ取付けることが可能である。
【００３１】
図６Ｂはクリップ６０４でヒートシンク１４へ取付けられているＤＢＣパワー半導体装置６００の概略側面図である。該クリップは、例えばスプリングスチール又はベリリウム・銅等の金属、又はプラスチックである。
【００３２】
ＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置がネジ又はボルトによってヒートシンクへ取付けられる場合には、該パッケージに適宜の装着用孔を設けることが可能であるが、該装置をヒートシンクへ取付けるために半田又はクリップを使用する場合にはこのような孔の必要性を取除いている。このことは該パッケージにおいてより大きなダイを装着することを可能とし、且つ、プラスチック封止体がチップを分離させるので、装着用のハードウエアを高電圧から分離することの問題を取除いている。更に、ヒートシンクは例示としてのみ示してあり、且つ例えばプリント回路基板の接地面、又は金属シャシー等のその他の形態をとることが可能である。
【００３３】
オペレータを該装置の動作電圧から分離することに加えて、ＤＢＣ基板は安全条件を満足するための分離を与えることが可能である。上述したように、パワー半導体装置は、しばしば、産業的環境において使用される。該装置が致死的な電圧で動作されるものでない場合であっても、該装置は致死的な電圧に露呈されるものとなる場合がある。このような状態においては、該装置のシャシー及びヒートシンクへ電気的に結合される可能性のあるオペレータを傷害から保護することが非常に重要である。本発明に基づく装置を製造し且つ３，０００Ｖの高電圧（「ＨＩ−ＰＯＴ」）テストを行った。該基板はブレークダウンすることがなく該装置はそのテストをパスした。上述したように、該分離要素は本パッケージ化した装置の一体的な部分であるので、該分離要素は、常に、据え付けられ、且つ従来の分離用のパッド又はワッシャを使用する場合には有り得ることであるが失念されることはない。従って、本発明に基づいてパッケージ化されたパワー半導体ダイは対応する従来の製品よりも一層安全である。本発明を、特に、特定の実施例を参照して説明したが、当業者によって理解されるように、形態及び詳細においてのその他の変更を本発明の精神又は範囲から逸脱することなしに行うことが可能である。例えば、本発明を例示するためにＴＯ−２４７パッケージを使用したが、スタンダードのもの及び非スタンダードのものの両方を含めその他のパッケージタイプを本発明に適用することが可能である。これら及びその他の均等物及び代替物は本発明の範囲内に包含されるものであることが意図されている。従って、本発明の範囲は上述した実施例に制限されるべきものではなく、且つその代わりに、特許請求の範囲によって定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 絶縁性パッドが介在しているヒートシンクへ装着されている従来のパッケージ化パワー半導体装置の概略分解図。
【図１Ｂ】 図１Ａに示した組立てたコンポーネントの概略図。
【図２】 ＤＢＣ基板上に装着され且つ封止されたパワー半導体ダイの概略断面図。
【図３】 ＤＢＣ基板へ取付けられ且つリードへワイヤボンディングされたパワー半導体ダイの概略平面図。
【図４Ａ】 ＤＢＣ基板へ半田付けされた中央リードの概略側面図。
【図４Ｂ】 複数個のＤＢＣ基板へ取付けられた銅リードフレームの概略平面図。
【図５Ａ】 チップ取付ストリップを製造するために使用されるコンポーネント及び道具の概略分解平面図。
【図５Ｂ】 チップ取付ストリップを製造するために使用されるコンポーネント及び道具の概略分解側面図。
【図５Ｃ】 半導体ダイと銅リードとをＤＢＣ基板へ同時的に半田付けするための組立ボート及びコンポーネントの概略側面図。
【図５Ｄ】 ダイ及びリードをＤＢＣ基板へ組立てるためのプロセスの概略フローチャート。
【図６Ａ】 ヒートシンクへ半田付けされた本発明の１実施例に基づくパワー半導体装置の概略図。
【図６Ｂ】 ヒートシンクへクリップ止めされた本発明の１実施例に基づいてパワー半導体装置の概略図。
【符号の説明】
２４ パッケージ化パワー半導体装置 ２６ パワー半導体ダイ ２８ 基板 ３０ ダイ側（第一）銅層 ３２ セラミック層 ３４ 裏側（第二）銅層 ３６ 封止体層 ３８ リー
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子装置に関するものであって、更に詳細には、装置の端子から電気的に分離されている金属バックプレーンを具備しているパッケージ化したパワー半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン制御整流器（ＳＲＣ）、パワートランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属・酸化物・半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、パワー整流器、パワー調整器、又はそれらの組合わせ等の殆どのパワー半導体装置は、電気的に分離されていないパッケージ内に組立てられている。即ち、典型的にパッケージ化した装置のバックサイド即ち裏側を形成する金属タブがパッケージ化した装置内の半導体ダイへ電気的に結合されており、例えば半田付けされている。このことはパッケージのバックサイド即ち裏側を半導体ダイと同じ電位とさせる。
【０００３】
パワー半導体装置は、例えば論理装置又はメモリ装置等のその他の電子半導体装置と比較して、典型的に３０乃至１，０００Ｖ又はそれ以上の比較的高い電圧において動作するように設計されている。従来のパッケージ化したパワー半導体装置においては、パッケージのバックサイド即ち裏側は通常動作条件下又は装置欠陥が発生した場合にこれらの電圧に露呈される場合がある。更に、パワー半導体装置は動作期間中に意図した範囲外の電圧に露呈される場合があり、それはパッケージの裏側と電気的に結合する場合がある。
【０００４】
従来のパッケージ化したパワー半導体装置のバックサイド即ち裏側に存在する高電圧は他の回路コンポーネントを損傷するか、又はこれらの装置で構築されている機器で動作を行っているオペレータを危険にさらす場合がある。４０Ｖ程度に低い電圧はこのような機器で又はそれに関して作業を行っているオペレータに対して危険である場合がある。絶縁性パッド又はワッシャが、パワー半導体装置のバックサイド即ち裏側を回路の残部から電気的に分離するために典型的に使用される。典型的な適用例においては、該パワー半導体は接地電位にある電気的シャシーの一部であるヒートシンク上に装着されている。ヒートシンクを行うことは、動作期間中に幾つかの装置によって散逸されるパワーのために、又その装置が動作せねばならない環境のために、パワー半導体装置にとって重要である。パワー半導体装置は、しばしば、エンジンコンパートメントにおいて又は工場において等の比較的高温となる場合がある適用場面において使用される。従って、数ワット又は数キロワットの場合もあるパワーを発生する可能性のある能動装置と高温となる場合のある環境との間における熱抵抗を最小とさせることが特に重要である。
【０００５】
図１Ａはパッケージ化したパワー半導体装置１０と、絶縁性パッド１２と、ヒートシンク１４と、ネジ１６との簡単化した分解図である。該ネジは半導体装置及び絶縁性パッドをヒートシンクへ取付けるために使用される。半導体ダイ（不図示）は金属タブ２１へ取付けられ、リード１８は該ダイの端子へ電気的に結合され、且つその組立体は、次いで、封止物質２０で封止される。該封止物質は、典型的には、エポキシ、プラスチック、ゴム、シリコーン、又は同様の物質であり、且つ該ダイ及び関連する構造の上にモールド、鋳造又はその他の態様で形成される。
【０００６】
ヒートシンク１４は、通常、金属であり、且つ絶縁性パッド１２は、典型的に、シリコーンゴム、マイカ、又はセラミック等の絶縁性物質から構成されており、且つパッドの代わりにワッシャ又はその他の形状の形態とすることが可能である。絶縁性パッド１２が、ヒートシンクに対する良好な熱的結合を与えながら、パワー半導体装置１０の裏側２２とヒートシンク１４との間に電子的絶縁を与えることが望ましい。
【０００７】
図１Ｂはパワー半導体装置１０及びネジ１６でヒートシンク１４へ装着されている絶縁性パッド１２の概略図である。該ネジはナイロン等の絶縁性物質から形成することが可能であり、又はパワー半導体装置をヒートシンクから分離するために付加的な絶縁性ワッシャ及び／又はスリーブを使用することが可能である。幾つかの適用例においては、向上したヒートシンク機能を与えることが必要な場合がある。パワー半導体装置をヒートシンクへ半田付けすることは優れた熱的結合を与える。然しながら、ヒートシンクは、典型的に、回路又はシャシーの残部から分離させることが必要である場合があり、且つ技術者が致死的電圧となる場合がある電気的に「ホット」なヒートシンクに不本意に接触することを防止するための遮蔽を必要とする場合がある。
【０００８】
パワー半導体装置とヒートシンクとの間の付加的な電気的分離は、ヒートシンクに対する熱的結合を減少させ且つ付加的なパーツ及び組立を必要とすることとなる。ヒートシンクとシャシーとの間に電気的分離を与えることも付加的なパーツ及び組立が関与することとなる。該付加的なパーツ及び組立はコストを増加させるばかりか、人的エラー、即ち分離を全く忘れてしまうことの可能性を与える。更に、ある分離パッドは脆性のものであり、且つ組立又はその後の使用期間中に亀裂発生、切断又はその他の態様で損傷を発生する場合がある。分離パッドを省略すること又はそれに対する損傷は分離に障害を発生させ且つオペレータを危険な電圧に露呈させることとなる場合がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、付加的なパーツ又は労力を必要とすることなしに、パッケージ化したパワー半導体装置をヒートシンク又はその他の回路コンポーネントへ装着させることが望ましい。更に、パッケージ化したパワー半導体が信頼性があり且つ安全な態様で装着されていること、及びパッケージ化したパワー半導体装置とヒートシンクとの間の良好な熱的結合が達成されることが望ましい。更に、全てのこのようなパッケージ化したパワー半導体装置が既存の適用例にレトロフィットさせるべく適合可能であることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はパッケージ内側のダイの電位とパッケージの金属裏側との間において電気的分離を持っているパッケージ化したパワー半導体装置を提供している。パワー半導体ダイが直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板上に装着されている。該ダイは半田又はその他のダイ取付手段を使用して装着させることが可能である。該パッケージのリードもＤＢＣ基板へ半田付けされている。幾つかの実施例においては、全てのリードがＤＢＣ基板上の接続用パッドへ半田付けされている。
【００１１】
本発明の性質及び利点の更なる理解は、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって実現することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は優れた安全性、性能及び製造可能性を具備するパッケージ化したパワー半導体装置を提供している。本発明は、半導体ダイと該パッケージのバックプレーン（背面）との間において装置のパッケージ内に絶縁層を組込んでいる。
【００１３】
図２は本発明の１実施例に基づくパッケージ化したパワー半導体装置２４の簡単化した断面図を示している。パワー半導体ダイ２６が直接ボンド付け銅（「ＤＢＣ」、又は直接銅ボンド付け（ＤＢＣ）としても知られている）基板２８へ半田付けされている。ＤＢＣ基板２８は、銅からなるダイ側（第一）層と、セラミック層３２と、銅からなるバックサイド即ち裏側（第二）層３４とを有している。封止体からなる層３６がパワー半導体ダイ２６と、ＤＢＣ基板２８と、銅からなる第一層３０へ半田付け４０されている装置リード３８（そのうちの１つのみ示してある）の上に形成されている。
【００１４】
付加的な金属層を包含させることが可能であり、例えば、銅層のうちの一方又は両方は錫メッキ又はメッキすることが可能である。絶縁体はアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックであるが、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、又はその他のＤＢＣ製造と適合性のある絶縁性物質等のその他の物質とすることが可能である。銅からなる各層は約０．３０ｍｍの厚さであり、かつアルミナ層は約０．６３０ｍｍの厚さであり、ＤＢＣ基板を全体として約１．２３０ｍｍの厚さとしている。然しながら、これらの厚さは例としてのみ与えられているに過ぎずより厚い又はより薄い層を使用することが可能である。
【００１５】
図３は封止体層を除去した状態の図２に示した装置の簡単化した平面図である。３個の装置リード３７，３８，３９がＤＢＣ基板２８と合体されている。ダイ側銅層３０は該リードが半田付けされているリード接続用パッド４７，４８，４９を形成するためにパターン形成されている。１つのリード３７は例えばＩＧＢＴダイのゲート等の３端子装置４４の１つの端子４３へ接続すべくワイヤボンド付け４２されている。第二リード３９は、例えばＩＧＢＴダイのエミッタ等の３端子装置の第二端子４６へワイヤボンド付け４５されており、且つ第三リード３８はダイ側銅層へ半田付け５０されているダイのコレクタへ電気的に結合されているダイ側銅層３０へ半田付けされている。例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）も３端子装置であるが、そのようなその他の装置を使用することも可能である。パワーＦＥＴは最大で３，０００Ｖの電圧及び７０Ｖにおいて１１０Ａを超える電流で動作するように設計されている。従って、パワー即ち電力の散逸はオペレータの安全性に対する電気的分離（隔離）と同じようにパワー半導体装置にとって重要な考慮事項である。
【００１６】
図４Ａはプラスチック封止体を除去した状態でのＴＯ−２４７アウトラインに対して適合された本発明の簡単化した側面図であるが、その他の実施例は例えばＴＯ−２２０，ＴＯ−２６４又はＳＯＴ−２２７Ｂアウトライン等のその他のパッケージアウトラインに適合することが可能である。中央リード３８は、他の２つのリードをダイ側銅層の上方に上昇させたまま、ダイ側銅層３０へ半田付けするために屈曲５２されている。他の２つのリードはダイに対してワイヤボンド付け又はその他の態様で電気的に結合されており、且つ封止体（不図示）が該リードに対する機械的な支持を与えている。ダイ側銅層３０の端部３１はセラミック層３２の端部３３からセットバックされており、従って該封止体はダイ側銅層の端部を被覆し且つパッケージの上部及び側部から電気的分離（隔離）を与えている。
【００１７】
図４ＢはＤＢＣ基板２８を取付けたリードフレームの簡単化した平面図である。銅リードフレーム５４は合金１９４、ＴＡＭＡＣ−４又はその均等物から構成されており、約０．６ｍｍの厚さである。該ＤＢＣ基板の幅は約１４．２ｍｍであり且つ該ＤＢＣ基板の長さは約１７．０ｍｍである。上述したように、該ＤＢＣ基板の厚さは約１．２３ｍｍである。中央リード３８は該ＤＢＣ基板のダイ側銅層３０へ半田付けされている。ダイ取付及びワイヤボンディングの後に、５個の未封止の装置が当該技術分野において公知の如くトリミング道具又はその他の手段を使用してリードフレームから切断される。
【００１８】
成形プレスを未封止装置で装架し且つプラスチック封止体を加熱し且つ存在する場合に適宜のパッケージ仕様に従って該装置の周りに形成する。裸のセラミック基板を具備する同様の装置を封止する場合よりもＤＢＣパッケージ化装置に対する封止処理を介しての歩留まりは一層高い。ＤＢＣ基板を使用することは基板及び半導体ダイの両方の亀裂の発生を減少させる。基板の亀裂発生は、複合ＤＢＣ構造がセラミック層に対してサポートを与えるために減少される。半導体ダイの亀裂発生も、銅の熱膨張係数は典型的なセラミックの熱膨張係数よりもシリコンの熱膨張係数により一致するものであるから減少される。
【００１９】
更に、パッケージ化したパワー半導体装置用に裸のセラミック基板を使用することは、典型的に、コストを増加させ且つ本発明に基づいてＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置と比較して熱的性能を減少させる。第一に、ダイをセラミック基板に取付けるために、通常ダイ取付パッドが設けられる。このことは、しばしば、セラミック基板上に金属−ガラスフリットをシルクスクリーニングし且つ該フリットを焼成することによって行われる。該フリットにおける金属は、通常、高価な貴金属であり、且つスクリーニング及び焼成処理は付加的な歩留まり損失を発生させる。第二に、剥き出しのセラミック基板を具備するパッケージの熱的性能はＤＢＣパッケージよりも劣っている。
【００２０】
ＤＢＣパッケージのダイ側銅層は熱拡散層として機能し、半導体ダイの「フットプリント」からほぼ全体的なＤＢＣ基板面積、即ちダイ側銅層の面積への伝熱を基本的に増加させる。典型的に銅よりも一層高い熱抵抗を有している与えた厚さのセラミックの場合には、当業者にとって理解されるように、より大きな伝熱面積は高抵抗層にわたってより優れた伝熱を与える。
【００２１】
バックサイド即ち裏側の銅層も多数の態様でＤＢＣパッケージの熱的性能を改善している。ダイ側銅層は該ダイから熱を散逸させるものであるが、該ダイの近傍（該ダイの「下側」）の温度はダイ側銅層の端部における温度よりも一層高い。この熱勾配の範囲は多くのファクタに依存するものであるが、裏側銅層はセラミック層を横断して伝熱された熱を拡散し且つ該ダイ下側のホットスポットの形成を減少させるべく作用する。両方の銅層から拡散する熱は、又、熱に関連したストレス及びその結果発生する基板及び／又はダイの亀裂発生を減少させ、従って信頼性を改善する。
【００２２】
更に、直接ボンディングプロセスは銅をセラミックへ緊密して取付け、１つの層から次の層への優れた熱伝導を与える。この熱伝導は、剥き出しのセラミック基板をヒートシンクに接触させる場合に典型的に発生するものよりも一層良好である。セラミックの高い熱抵抗は横方向への熱の広がりを阻止し、従って各ヒートシンクとの微視的な接触点がホットスポットとなり、一方裏側銅層の熱導電性が良好な横方向の熱伝導を与え、ヒートシンクとの局所化された接触の影響を減少させる。最後に、裏側銅層はＤＢＣパッケージ化装置をヒートシンクへ半田付けさせることを可能とし、裏側層の全面積を熱的にヒートシンクへ結合させる。
【００２３】
セラミック基板のバックサイド即ち裏側がフリットでコーティングされ且つ焼成した場合であっても、その熱的性能はＤＢＣパッケージ化装置のものと等しいものではない。何故ならば、焼成したフリットの金属−ガラス混合物はＤＢＣパッケージ化装置の銅層における程良好に熱を伝導するものでないからである。従って、ＤＢＣパッケージ化パワー装置は、電気的な絶縁性を与えながらヒートシンクへ熱的に結合することが可能である。
【００２４】
図５Ａ−５Ｃは単一の半田付け操作でリード及びダイをＤＢＣ基板へ取付ける組立手順を例示している。図５Ａは、１例として、多数のＴＯ−２４７パッケージ化分離型パワー半導体装置を製造するために使用されるチップを取付けたストリップ５００を製造するために使用される部品パーツの分解平面図である。当業者によって理解されるように、ＴＯ−２４７パッケージはジョイント・エレクトロニック・デバイス・エンジニアリング・カウンシル（ＪＥＤＥＣ）スタンダードパッケージ形態であって、それは、しばしば、パッケージ化したパワー半導体装置を製造するためにパワー半導体ダイと共に使用される。道具及びその他のコンポーネントを適宜修正して、例えばＴＯ−２２０又はＴＯ−２６４スタイルパッケージ等のその他のパッケージ形態をこの組立プロセスにおいて使用することが可能である。該コンポーネント及び道具はパワー半導体ダイ（チップ）５０２、グラファイトから構成されているチップ整合器道具５０４、銅リードフレーム５０６、半田プレフォーム５０８、ＤＢＣ基板５１０、グラファイトから構成されている組立ボート５１２を包含している。該チップ整合器道具及び組立ボートは例えばアルミナ、石英、窒化ボロン又はその他のもの等の意図した組立プロセスと適合性のあるその他の物質で構成することが可能である。
【００２５】
図５Ｂは該コンポーネント及び道具の分解側面図であり、且つ図５Ｃはチップ整合器道具５０４及び組立ボート５１２がパワー半導体ダイ５０２及び銅リードフレーム５０６をＤＢＣ基板５１０及び半田プレフォーム５０８に対して適切な整合状態に保持している状態の組立ユニットである。
【００２６】
図５Ｄは本発明の１実施例に基づくＴＯ−２４７チップ取付ストリップの組立プロセス５２０に対するフローチャートである。ＤＢＣ基板を組立ボート内の機械加工したポケット内に配置する（ステップ５２２）。半田プレフォームをＤＢＣ基板上に配置する（ステップ５２４）。銅リードフレームを別の機械加工したポケット内に配置し、該リードフレームのコンタクトパッドをＤＢＣ基板のパターン形成したダイ側銅層のコンタクトパッドと整合させる（ステップ５２６）。チップ整合器道具を該組立ボート上に配置し、該リードを更にＤＢＣ基板に対して適切な整合状態に保持し（ステップ５２８）、且つパワー半導体ダイを該チップをＤＢＣ基板に対して整合させているチップ整合器道具内のポケット内に配置させる（ステップ５３０）。次いで、その組立体を加熱して半田を溶融させ且つ同時的に銅リードフレームとパワー半導体ダイとをＤＢＣ基板へ半田付けさせる（ステップ５３２）。この半田付け処理は、典型的に、還元雰囲気中においてリフローベルト炉内において単一のパス即ち通過で実施され、従って当該技術分野において公知の如く、半田フラックスに対する必要性を取除いているが、その他の炉又は加熱源を使用することも可能である。
【００２７】
更に、チップをＤＢＣ基板へ１つの操作で取付け且つ、別の操作でリードを取付けることが可能であり、その場合に、例えば高温半田又はロー付けを使用することが可能であり、又はチップの取付のために共晶ダイ取付を使用し且つリード取付のために別の半田、スポット溶接又は同様の操作を使用することが可能である。ＤＢＣ基板はリードフレームへ取付けることが可能であり、且つこれらの副組立体は組立施設へ配送し、そこで半導体ダイを取付け且つワイヤボンディングと封止とを実施することが可能である。通常、第一取付処理は、それがリード又はダイを取付けるために使用されるか否かに拘わらず、第二取付処理の温度において信頼性のある取付状態となる。
【００２８】
１実施例においては、半田プレフォームはＤＢＣ基板と比較して過大寸法の半田からなるシートである。半田が溶融すると、それは組立体の金属部分のみを濡らし、従って基板及び組立道具のセラミック部分は半田が存在しないままとさせる。
【００２９】
一方、パワー半導体ダイが該ダイの後ろ側に予め付与されている半田を有している場合には、チップ整合器道具は必要ではない。この場合には、ダイはＤＢＣ基板上の正しいスポットへ自己整合する。意図されている半導体ダイのフットプリントに従ってダイ側銅層をパターン形成することによって自己整合を容易なものとさせることが可能である。一方、各ダイをＤＢＣ基板上に配置させるために自動化ダイ配置又はダイボンディング装置を使用することが可能である。
【００３０】
図６Ａはヒートシンク１４へ半田付け６０２されているＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置６００の概略図である。一方、該ＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置はクリップによって、ネジによって、ボルトによって、又はその他の態様でヒートシンクへ取付けることが可能である。
【００３１】
図６Ｂはクリップ６０４でヒートシンク１４へ取付けられているＤＢＣパワー半導体装置６００の概略側面図である。該クリップは、例えばスプリングスチール又はベリリウム・銅等の金属、又はプラスチックである。
【００３２】
ＤＢＣパッケージ化パワー半導体装置がネジ又はボルトによってヒートシンクへ取付けられる場合には、該パッケージに適宜の装着用孔を設けることが可能であるが、該装置をヒートシンクへ取付けるために半田又はクリップを使用する場合にはこのような孔の必要性を取除いている。このことは該パッケージにおいてより大きなダイを装着することを可能とし、且つ、プラスチック封止体がチップを分離させるので、装着用のハードウエアを高電圧から分離することの問題を取除いている。更に、ヒートシンクは例示としてのみ示してあり、且つ例えばプリント回路基板の接地面、又は金属シャシー等のその他の形態をとることが可能である。
【００３３】
オペレータを該装置の動作電圧から分離することに加えて、ＤＢＣ基板は安全条件を満足するための分離を与えることが可能である。上述したように、パワー半導体装置は、しばしば、産業的環境において使用される。該装置が致死的な電圧で動作されるものでない場合であっても、該装置は致死的な電圧に露呈されるものとなる場合がある。このような状態においては、該装置のシャシー及びヒートシンクへ電気的に結合される可能性のあるオペレータを傷害から保護することが非常に重要である。本発明に基づく装置を製造し且つ３，０００Ｖの高電圧（「ＨＩ−ＰＯＴ」）テストを行った。該基板はブレークダウンすることがなく該装置はそのテストをパスした。上述したように、該分離要素は本パッケージ化した装置の一体的な部分であるので、該分離要素は、常に、据え付けられ、且つ従来の分離用のパッド又はワッシャを使用する場合には有り得ることであるが失念されることはない。従って、本発明に基づいてパッケージ化されたパワー半導体ダイは対応する従来の製品よりも一層安全である。本発明を、特に、特定の実施例を参照して説明したが、当業者によって理解されるように、形態及び詳細においてのその他の変更を本発明の精神又は範囲から逸脱することなしに行うことが可能である。例えば、本発明を例示するためにＴＯ−２４７パッケージを使用したが、スタンダードのもの及び非スタンダードのものの両方を含めその他のパッケージタイプを本発明に適用することが可能である。これら及びその他の均等物及び代替物は本発明の範囲内に包含されるものであることが意図されている。従って、本発明の範囲は上述した実施例に制限されるべきものではなく、且つその代わりに、特許請求の範囲によって定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 絶縁性パッドが介在しているヒートシンクへ装着されている従来のパッケージ化パワー半導体装置の概略分解図。
【図１Ｂ】 図１Ａに示した組立てたコンポーネントの概略図。
【図２】 ＤＢＣ基板上に装着され且つ封止されたパワー半導体ダイの概略断面図。
【図３】 ＤＢＣ基板へ取付けられ且つリードへワイヤボンディングされたパワー半導体ダイの概略平面図。
【図４Ａ】 ＤＢＣ基板へ半田付けされた中央リードの概略側面図。
【図４Ｂ】 複数個のＤＢＣ基板へ取付けられた銅リードフレームの概略平面図。
【図５Ａ】 チップ取付ストリップを製造するために使用されるコンポーネント及び道具の概略分解平面図。
【図５Ｂ】 チップ取付ストリップを製造するために使用されるコンポーネント及び道具の概略分解側面図。
【図５Ｃ】 半導体ダイと銅リードとをＤＢＣ基板へ同時的に半田付けするための組立ボート及びコンポーネントの概略側面図。
【図５Ｄ】 ダイ及びリードをＤＢＣ基板へ組立てるためのプロセスの概略フローチャート。
【図６Ａ】 ヒートシンクへ半田付けされた本発明の１実施例に基づくパワー半導体装置の概略図。
【図６Ｂ】 ヒートシンクへクリップ止めされた本発明の１実施例に基づいてパワー半導体装置の概略図。
【符号の説明】
２４ パッケージ化パワー半導体装置 ２６ パワー半導体ダイ ２８ 基板 ３０ ダイ側（第一）銅層 ３２ セラミック層 ３４ 裏側（第二）銅層 ３６ 封止体層 ３８ リー
【特許請求の範囲】
【請求項１】 パッケージ化したパワー半導体装置において、 直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板の第一銅層に取付けられているパワー半導体ダイ、 前記第一銅層に電気的に結合されている少なくとも1個のリード、 前記パワー半導体ダイ及び少なくとも前記第一銅層を取囲んでいる封止体であって、前記ＤＢＣ基板の第二銅層の少なくとも一部を露出させたままとしてパッケージ化したパワー半導体装置の裏側を形成し、前記第二銅層が前記第一銅層から電気的に分離されており且つ前記リードの一部を露出させたままとしている封止体、を有している装置。
【請求項２】 請求項１において、前記パワー半導体ダイが前記第一銅層へ半田付けされていることを特徴とする装置。
【請求項３】 請求項１において、前記少なくとも1個のリードが前記第一銅層へ半田付けされている装置。
【請求項４】 請求項３において、更に、前記第一銅層にパターン形成されているコンタクトパッドへ半田付けされている第二リードを有しており、前記第二リードが前記少なくとも1個のリードから電気的に分離されている装置。
【請求項５】 請求項１において、前記パワー半導体ダイが４０Ｖを超える電圧において動作すべく設計されている装置。
【請求項６】 請求項１において、前記パワー半導体ダイが３端子装置である装置。
【請求項７】 請求項６において、前記３端子装置が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである装置。
【請求項８】 請求項６において、前記３端子装置が電界効果トランジスタである装置。
【請求項９】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一銅層と前記第二銅層との間に少なくとも約３，０００Ｖの電圧分離を与える装置。
【請求項１０】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一銅層と前記第二銅層との間にアルミナセラミック層を有している装置。
【請求項１１】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一銅層と前記第二銅層との間に窒化アルミニウム層を有している装置。
【請求項１２】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一基板と前記第二基板との間に酸化ベリリウム層を有している装置。
【請求項１３】 請求項１において、前記パッケージ化したパワー半導体装置がＴＯ−２４７パッケージアウトラインに適合している装置。
【請求項１４】 請求項１において、前記パッケージ化したパワー半導体装置がＴＯ−２４６パッケージアウトラインに適合している装置。
【請求項１５】 ＴＯ−２４７アウトラインに適合するパッケージ化したパワー半導体装置において、 直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板の第一銅層へ半田付けされており約４０Ｖを超える電圧において動作すべく設計されているパワー半導体ダイ、 前記パワー半導体ダイの第一端子へ第一リードを電気的に結合させるために前記第一銅層へ半田付けされている第一リード、 前記パワー半導体ダイの第二端子へワイヤボンド付けされている第二リード、 前記パワー半導体ダイの第三端子へワイヤボンド付けされている第三リード、 少なくとも前記パワー半導体ダイと、前記第一銅層と、前記第一リードの一部と、前記第二リードの一部と、前記第三リードの一部と、ワイヤボンドとを取囲んでいる封止体であって、前記ＤＢＣ基板の第二銅層の少なくとも一部を露出させたままとしてパッケージ化したパワー半導体装置の裏側を形成しており、前記第二銅層と前記第一銅層との間のセラミック層が前記第一銅層と前記第二銅層との間に少なくとも約３，０００Ｖの分離を与えている封止体、を有しているパッケージ化したパワー半導体装置。
【請求項１６】 パッケージ化したパワー半導体装置を製造する方法において、 （ａ）組立冶具に直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板を配置し、 （ｂ）前記ＤＢＣ基板上に半田プレフォームを配置し、 （ｃ）前記半田プレフォーム上にリードフレームを配置し、 （ｄ）前記半田プレフォーム上にパワー半導体ダイを配置し、 （ｅ）前記組立冶具を焼成して前記リードフレーム及び前記パワー半導体ダイを前記ＤＢＣ基板へ半田付けさせる、ことを包含している方法。
【請求項１７】 請求項１６において、更に、 前記ＤＢＣ基板及びパワー半導体ダイを封止し、 前記リードフレームをトリミングしてパッケージ化したパワー半導体装置のリードを分離させる、ことを包含している方法。
【請求項１８】 請求項１６において、複数個のＤＢＣ基板と、複数個の半田プレフォームと、複数個のパワー半導体ダイとを前記組立冶具に配置させる方法。
【請求項１９】 請求項１８において、前記複数個のパワー半導体ダイが少なくとも２個の装置タイプを包含している方法。
【請求項２０】 請求項１６において、前記組立冶具がグラファイトを有している方法。
【請求項２１】 電子副組立体において、 裏側金属層とパワー半導体ダイとを具備しているパッケージ化したパワー半導体装置、 ヒートシンク、を有しており、前記パッケージ化したパワー半導体装置の裏側金属層が前記ヒートシンクへ半田付けされており、且つ前記裏側金属層が前記パワー半導体ダイから電気的に分離されている電子副組立体。
【請求項２２】 請求項２１において、前記ヒートシンクが少なくとも約３，０００Ｖだけ前記パワー半導体ダイから電気的に分離されている電子副組立体。
【請求項２３】 請求項２１において、前記パッケージ化したパワー半導体装置が直接ボンド付け銅基板を有している電子副組立体。
【請求項１】 パッケージ化したパワー半導体装置において、 直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板の第一銅層に取付けられているパワー半導体ダイ、 前記第一銅層に電気的に結合されている少なくとも1個のリード、 前記パワー半導体ダイ及び少なくとも前記第一銅層を取囲んでいる封止体であって、前記ＤＢＣ基板の第二銅層の少なくとも一部を露出させたままとしてパッケージ化したパワー半導体装置の裏側を形成し、前記第二銅層が前記第一銅層から電気的に分離されており且つ前記リードの一部を露出させたままとしている封止体、を有している装置。
【請求項２】 請求項１において、前記パワー半導体ダイが前記第一銅層へ半田付けされていることを特徴とする装置。
【請求項３】 請求項１において、前記少なくとも1個のリードが前記第一銅層へ半田付けされている装置。
【請求項４】 請求項３において、更に、前記第一銅層にパターン形成されているコンタクトパッドへ半田付けされている第二リードを有しており、前記第二リードが前記少なくとも1個のリードから電気的に分離されている装置。
【請求項５】 請求項１において、前記パワー半導体ダイが４０Ｖを超える電圧において動作すべく設計されている装置。
【請求項６】 請求項１において、前記パワー半導体ダイが３端子装置である装置。
【請求項７】 請求項６において、前記３端子装置が絶縁ゲートバイポーラトランジスタである装置。
【請求項８】 請求項６において、前記３端子装置が電界効果トランジスタである装置。
【請求項９】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一銅層と前記第二銅層との間に少なくとも約３，０００Ｖの電圧分離を与える装置。
【請求項１０】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一銅層と前記第二銅層との間にアルミナセラミック層を有している装置。
【請求項１１】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一銅層と前記第二銅層との間に窒化アルミニウム層を有している装置。
【請求項１２】 請求項１において、前記ＤＢＣ基板が前記第一基板と前記第二基板との間に酸化ベリリウム層を有している装置。
【請求項１３】 請求項１において、前記パッケージ化したパワー半導体装置がＴＯ−２４７パッケージアウトラインに適合している装置。
【請求項１４】 請求項１において、前記パッケージ化したパワー半導体装置がＴＯ−２４６パッケージアウトラインに適合している装置。
【請求項１５】 ＴＯ−２４７アウトラインに適合するパッケージ化したパワー半導体装置において、 直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板の第一銅層へ半田付けされており約４０Ｖを超える電圧において動作すべく設計されているパワー半導体ダイ、 前記パワー半導体ダイの第一端子へ第一リードを電気的に結合させるために前記第一銅層へ半田付けされている第一リード、 前記パワー半導体ダイの第二端子へワイヤボンド付けされている第二リード、 前記パワー半導体ダイの第三端子へワイヤボンド付けされている第三リード、 少なくとも前記パワー半導体ダイと、前記第一銅層と、前記第一リードの一部と、前記第二リードの一部と、前記第三リードの一部と、ワイヤボンドとを取囲んでいる封止体であって、前記ＤＢＣ基板の第二銅層の少なくとも一部を露出させたままとしてパッケージ化したパワー半導体装置の裏側を形成しており、前記第二銅層と前記第一銅層との間のセラミック層が前記第一銅層と前記第二銅層との間に少なくとも約３，０００Ｖの分離を与えている封止体、を有しているパッケージ化したパワー半導体装置。
【請求項１６】 パッケージ化したパワー半導体装置を製造する方法において、 （ａ）組立冶具に直接ボンド付け銅（ＤＢＣ）基板を配置し、 （ｂ）前記ＤＢＣ基板上に半田プレフォームを配置し、 （ｃ）前記半田プレフォーム上にリードフレームを配置し、 （ｄ）前記半田プレフォーム上にパワー半導体ダイを配置し、 （ｅ）前記組立冶具を焼成して前記リードフレーム及び前記パワー半導体ダイを前記ＤＢＣ基板へ半田付けさせる、ことを包含している方法。
【請求項１７】 請求項１６において、更に、 前記ＤＢＣ基板及びパワー半導体ダイを封止し、 前記リードフレームをトリミングしてパッケージ化したパワー半導体装置のリードを分離させる、ことを包含している方法。
【請求項１８】 請求項１６において、複数個のＤＢＣ基板と、複数個の半田プレフォームと、複数個のパワー半導体ダイとを前記組立冶具に配置させる方法。
【請求項１９】 請求項１８において、前記複数個のパワー半導体ダイが少なくとも２個の装置タイプを包含している方法。
【請求項２０】 請求項１６において、前記組立冶具がグラファイトを有している方法。
【請求項２１】 電子副組立体において、 裏側金属層とパワー半導体ダイとを具備しているパッケージ化したパワー半導体装置、 ヒートシンク、を有しており、前記パッケージ化したパワー半導体装置の裏側金属層が前記ヒートシンクへ半田付けされており、且つ前記裏側金属層が前記パワー半導体ダイから電気的に分離されている電子副組立体。
【請求項２２】 請求項２１において、前記ヒートシンクが少なくとも約３，０００Ｖだけ前記パワー半導体ダイから電気的に分離されている電子副組立体。
【請求項２３】 請求項２１において、前記パッケージ化したパワー半導体装置が直接ボンド付け銅基板を有している電子副組立体。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【公表番号】特表２００２−５２１８４３（Ｐ２００２−５２１８４３Ａ）
【公表日】平成１４年７月１６日（２００２．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−５６２９５０（Ｐ２０００−５６２９５０）
【出願日】平成１１年７月２７日（１９９９．７．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ９９／１７０３８
【国際公開番号】ＷＯ００／０７２３８
【国際公開日】平成１２年２月１０日（２０００．２．１０）
【出願人】
【氏名又は名称】イクシス コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】Ｉｘｙｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１４年７月１６日（２００２．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年７月２７日（１９９９．７．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ９９／１７０３８
【国際公開番号】ＷＯ００／０７２３８
【国際公開日】平成１２年２月１０日（２０００．２．１０）
【出願人】
【氏名又は名称】イクシス コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】Ｉｘｙｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
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