JP2001210758A - Semiconductor power module - Google Patents

Semiconductor power module

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JP2001210758A
JP2001210758A JP2000019941A JP2000019941A JP2001210758A JP 2001210758 A JP2001210758 A JP 2001210758A JP 2000019941 A JP2000019941 A JP 2000019941A JP 2000019941 A JP2000019941 A JP 2000019941A JP 2001210758 A JP2001210758 A JP 2001210758A
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JP
Japan
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sealing resin
substrate
resin layer
primary sealing
case
Prior art date
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Application number
JP2000019941A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Kato
亨 加藤
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched

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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems that the substrate cracks or warps by the stresses due to thermal expansion of a primary sealing resin in the conventional semiconductor power module having a first substrate, second substrate disposed above it, primary sealing resin layer disposed on the first substrate and secondary sealing resin disposed thereon so as to bury the second substrate. SOLUTION: The power module is constituted such that a member having opening only at the downside is formed in a case supporting the first and second substrates, and the downside of the member contacts the primary sealing resin to form closed spaces inside.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電子部品を配置
して形成した半導体モジュールに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor module formed by arranging electronic components.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は、パワートランジスタモジュール
やスイッチング電源モジュール等のような大電力電子部
品モジュールとして使用されている、従来の半導体モジ
ュールの断面図である。図7中、100はケース、10
1はケース100の下部に配置され、放熱板との接続面
を有するベース基板、102はベース基板101に実装
された電子部品、103はベース基板101に実装され
た端子、104はベース基板101の上方にケース10
0に支えられるように配置された制御基板、105は制
御基板104に実装された電子部品、106は制御基板
104に実装された端子である。なお、ベース基板10
1としては、セラッミック基板が使用される場合が多
く、制御基板104としては、ガラスエポシキ基板が使
用される場合が多い。また、ケースの材料は、耐熱性に
優るエンプラの一つであるPPS(ポリフェニレンサル
ファイド)である。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a sectional view of a conventional semiconductor module used as a high power electronic component module such as a power transistor module or a switching power supply module. 7, 100 is a case, 10
Reference numeral 1 denotes a base substrate disposed below the case 100 and having a connection surface with a heat sink, 102 denotes an electronic component mounted on the base substrate 101, 103 denotes a terminal mounted on the base substrate 101, and 104 denotes a terminal of the base substrate 101. Case 10 upward
Reference numeral 105 denotes a control board disposed so as to be supported by the control board 104, reference numeral 105 denotes an electronic component mounted on the control board 104, and reference numeral 106 denotes a terminal mounted on the control board 104. The base substrate 10
As 1, a ceramic substrate is often used, and as the control substrate 104, a glass epoxy substrate is often used. The case is made of PPS (polyphenylene sulfide), which is one of engineering plastics having excellent heat resistance.

【0003】さらに、107は、ベース基板101およ
び電子部品102が埋没し、制御基板104には接しな
いように一次封止樹脂を充填されて形成した一次封止樹
脂層である。108は、二次封止樹脂層であり、制御基
板104を埋没させる形で一次封止樹脂層107上に二
次封止樹脂を充填し、硬化させたものである。また、こ
こでは一次封止樹脂としてはゲル状シリコン樹脂が、二
次封止樹脂としてはエポシキ樹脂が使用されている。
Reference numeral 107 denotes a primary sealing resin layer formed by filling a primary sealing resin so that the base substrate 101 and the electronic component 102 are buried and do not contact the control substrate 104. Reference numeral 108 denotes a secondary sealing resin layer, which is formed by filling the secondary sealing resin on the primary sealing resin layer 107 so as to bury the control substrate 104 and curing the resin. Here, a gel silicon resin is used as the primary sealing resin, and an epoxy resin is used as the secondary sealing resin.

【0004】ベース基板101上にはワイヤボンディン
グで結線されている箇所があるので、ヒートサイクルで
断線しないようにゲル状の一次封止樹脂層107をベー
ス基板の上に配置する必要があり、また、この一次封止
樹脂層107は吸湿しやすいので、これを防止する必要
から二次封止樹脂層108を一次封止樹脂層107の上
に配置する必要がある。なお、一次封止樹脂は二次封止
樹脂より価格が高いので、一次封止樹脂層107での一
次封止樹脂の使用量は必要最低限度に留める事が好まし
い。
Since there are portions on the base substrate 101 connected by wire bonding, it is necessary to dispose the primary sealing resin layer 107 in a gel state on the base substrate so as not to be disconnected by a heat cycle. Since the primary sealing resin layer 107 easily absorbs moisture, it is necessary to dispose the secondary sealing resin layer 108 on the primary sealing resin layer 107 in order to prevent this. Since the price of the primary sealing resin is higher than that of the secondary sealing resin, it is preferable that the amount of the primary sealing resin used in the primary sealing resin layer 107 be kept to the minimum necessary.

【0005】一般に、一次封止樹脂としてのゲル状シリ
コン樹脂は、二次封止樹脂としてのエポキシ樹脂と比較
して熱膨張係数が大きい。その為、装置全体のヒートサ
イクルなどによる温度上昇に伴う一次封止樹脂層107
の膨張により、ベース基板101に応力が働き、ベース
基板101にクラックが発生して強度的信頼性が損なわ
れたり、ベース基板に反りが生じ、ベース基板101に
密着して配置されている放熱ファン等の放熱素子での放
熱特性が低下するという問題があった。
In general, a gel silicone resin as a primary sealing resin has a larger coefficient of thermal expansion than an epoxy resin as a secondary sealing resin. Therefore, the primary sealing resin layer 107 accompanying the temperature rise due to a heat cycle or the like of the entire apparatus.
Due to the expansion of the base plate 101, stress acts on the base substrate 101, cracks are generated in the base substrate 101, and the reliability of the base substrate 101 is impaired. However, there is a problem that the heat radiation characteristics of the heat radiation element are deteriorated.

【0006】また逆に、温度下降に伴い、一次封止樹脂
層107は収縮するが、密閉筐体内で収縮しきれない場
合には、ボイドが発生し、絶縁特性を損なうという問題
があった。
[0006] Conversely, the primary sealing resin layer 107 shrinks as the temperature decreases, but if it does not shrink completely in the closed housing, there is a problem that voids are generated and the insulation characteristics are impaired.

【0007】なお、この様な一次封止樹脂と二次封止樹
脂との熱膨張差により発生する問題を解決する方法も検
討されている。図8は、特開平4−321259号公報
に記載された半導体装置の断面図である。図8中、20
1は放熱板をかねた金属ベース、202は金属ベース2
01上に被着した絶縁板、203は絶縁板202の上に
搭載された電子部品、204は外部導出端子、205は
絶縁物製ケース、206は絶縁物製ケース205の上
蓋、207はゲル状樹脂充填材、208はゲル状樹脂充
填材207の上に充填して硬化させたエキシボ樹脂等か
らなる封止樹脂層、209は絶縁物ケースの側壁内方に
設けられた第1の仕切隔壁、210は上蓋206に設け
られた第2の仕切隔壁、211は第1の仕切隔壁209
と第2の仕切隔壁210との間で画成されたポケット状
密閉空間としてなる内圧吸収室である。
A method for solving the problem caused by the difference in thermal expansion between the primary sealing resin and the secondary sealing resin has been studied. FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-321259. In FIG. 8, 20
1 is a metal base also serving as a heat sink, 202 is a metal base 2
Reference numeral 203 denotes an electronic component mounted on the insulating plate 202, 204 denotes an external lead terminal, 205 denotes an insulating case, 206 denotes an upper cover of the insulating case 205, and 207 denotes a gel. A resin filler 208, a sealing resin layer made of excibo resin or the like filled and cured on the gel resin filler 207, a first partition 209 provided inside the side wall of the insulator case, 210 is a second partition provided on the upper lid 206, 211 is a first partition 209
And an internal pressure absorption chamber defined as a pocket-shaped closed space defined between the first partition wall 210 and the second partition 210.

【0008】この様な構成においては、半導体装置のヒ
ートサイクルに伴う温度上昇によりゲル状樹脂充填材2
07が膨張したとしても、この膨張した体積分は内圧吸
収室211に入り込んで吸収される。また、逆に温度が
下降した場合には、ゲル状樹脂充填材が収縮により内圧
吸収室211の空間は大きくなるが、ゲル状樹脂充填材
207内部にボイドが発生することは防止できる。
[0008] In such a configuration, the gel-like resin filler 2 is formed by the temperature rise accompanying the heat cycle of the semiconductor device.
Even if 07 expands, the expanded volume enters the internal pressure absorbing chamber 211 and is absorbed. Conversely, when the temperature decreases, the space of the internal pressure absorbing chamber 211 increases due to shrinkage of the gel-like resin filler, but it is possible to prevent voids from being generated inside the gel-like resin filler 207.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように上
蓋で内圧吸収室を作成する方法では、ベース基板と制御
基板の2枚の基板を使用する場合に、上蓋を作成し、上
蓋とゲル状樹脂充填材との間に空間を作成する必要があ
るのでケースを大きくするか、あるいは制御基板の縮小
・設計変更が必要となり、半導体モジュールが大型化し
たり、制御基板の回路決定に多大な工数が発生するとい
う問題があった。
However, in the method of forming the internal pressure absorbing chamber with the upper lid as described above, when using two substrates, a base substrate and a control substrate, the upper lid is formed, and the upper lid and the gel are formed. Since it is necessary to create a space between the resin and the resin, it is necessary to increase the size of the case, or to reduce the size of the control board or change the design. There was a problem that occurred.

【0010】さらに、特開平5−90448号公報に記
載された中空層を形成する方法では、密封部材を電子部
品毎に設置し、シリコン樹脂を2工程以上で注入する必
要があるので作業が複雑化してしまう。
Further, in the method of forming a hollow layer described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-90448, the operation is complicated because it is necessary to install a sealing member for each electronic component and inject silicon resin in two or more steps. It will be.

【0011】また、特開平10−294404号公報に
記載されたゴム母材に気泡を散在させた応力緩衝用コー
ティング膜を用いて一次封止樹脂の収縮膨張を吸収して
応力の発生を防止する方法では、一次封止樹脂、二次封
止樹脂以外に三次封止剤として新たにゴムが必要とな
り、この三次封止剤の前工程として、ゴムにフィラーを
混入する工程が必要となり、さらに、三次封止剤を一次
封止樹脂の表面に塗布する工程が必要となることから、
製造工程が煩雑になり、製造工数、材料原価の増大を招
くことになってしまう。
[0011] In addition, the use of a stress buffer coating film in which air bubbles are dispersed in a rubber base material described in JP-A-10-294404 absorbs the contraction and expansion of the primary sealing resin to prevent the generation of stress. In the method, a new rubber is required as a tertiary sealing agent in addition to the primary sealing resin and the secondary sealing resin, and a step of mixing a filler into the rubber is required as a pre-process of the tertiary sealing agent. Since a step of applying a tertiary sealing agent to the surface of the primary sealing resin is required,
The manufacturing process becomes complicated, resulting in an increase in manufacturing man-hours and material costs.

【0012】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、内圧吸収空間をベース基板と制
御基板との間に設けることで応力発生を防止し、クラッ
ク、反りの発生や強度低下を防止することができるとと
もに、従来のケースのサイズや基板回路に変更を加える
こと無く、信頼性や製造性の優れる半導体モジュールを
提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve such a problem. By providing an internal pressure absorbing space between a base substrate and a control substrate, it is possible to prevent the occurrence of stress and to prevent the occurrence of cracks and warpage. It is an object of the present invention to provide a semiconductor module which can prevent a decrease in strength and has excellent reliability and manufacturability without changing the size of a conventional case or a substrate circuit.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明における半導体
モジュールでは、ケースが下面にのみ開放部を有する部
材を有し、この部材が、その開放部が一次封止樹脂層に
接するとともに、熱膨張した一次封止樹脂を内部に収納
できる空間を有するように第2の基板の下に配置した。
In the semiconductor module according to the present invention, the case has a member having an opening only on the lower surface, and the member is thermally expanded while the opening is in contact with the primary sealing resin layer. It was arranged under the second substrate so as to have a space in which the primary sealing resin could be housed.

【0014】さらに、部材の上端は第2の基板に接して
いるようにした。
Further, the upper end of the member is in contact with the second substrate.

【0015】さらに、部材は、その開口部が第1の電子
部品の上部に位置するように配置されるようにした。
Further, the member is arranged so that its opening is located above the first electronic component.

【0016】また、この発明にかかる半導体パワーモジ
ュールでは、一次封止樹脂層に一次封止樹脂からの応力
に応じて変形可能な中空部材を少なくとも1つ配置し
た。
Further, in the semiconductor power module according to the present invention, at least one hollow member that can be deformed in response to stress from the primary sealing resin is disposed in the primary sealing resin layer.

【0017】さらに、中空部材はシリコン製であるとし
た。
Further, the hollow member is made of silicon.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1における半導体モジュールを示す断面図
である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor module according to Embodiment 1 of the present invention.

【0019】図1中、1はケースである。2は、ケース
1の下部に配置されたベース基板である。3は、ベース
基板2に実装された電子部品であり、ボンディングワイ
ヤでベース基板2上の回路(図示せず)と電気的に接続さ
れている。4は、ベース基板2上の回路にボンディング
ワイヤによって接続された端子である。5は、ベース基
板2の上方にケース1に支えられるように配置された制
御基板である。6は、制御基板5に実装された電子部品
である。7は、制御基板5に実装された端子である。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a case. Reference numeral 2 denotes a base substrate arranged under the case 1. Reference numeral 3 denotes an electronic component mounted on the base substrate 2, and is electrically connected to a circuit (not shown) on the base substrate 2 by a bonding wire. Reference numeral 4 denotes a terminal connected to a circuit on the base substrate 2 by a bonding wire. Reference numeral 5 denotes a control board arranged above the base board 2 so as to be supported by the case 1. Reference numeral 6 denotes an electronic component mounted on the control board 5. Reference numeral 7 denotes a terminal mounted on the control board 5.

【0020】8は、ベース基板2および電子部品3が埋
没し、制御基板5には接しないように一次封止樹脂を充
填されて形成した一次封止樹脂層である。この一次封止
樹脂として、熱硬化性のシリコン樹脂が使用されてい
る。9は、二次封止樹脂層であり、制御基板5を埋没さ
せる形で一次封止樹脂層8上に二次封止樹脂を充填し、
硬化させたものである。この二次封止樹脂として、エポ
キシ樹脂が使用されている。
Reference numeral 8 denotes a primary sealing resin layer formed by filling the primary sealing resin so that the base substrate 2 and the electronic component 3 are buried and do not contact the control substrate 5. As the primary sealing resin, a thermosetting silicone resin is used. Reference numeral 9 denotes a secondary sealing resin layer, which fills the primary sealing resin layer 8 with the secondary sealing resin so as to bury the control substrate 5,
It is cured. Epoxy resin is used as the secondary sealing resin.

【0021】図2は、このケース1の部分斜視図であ
る。ケース1は、4つの横壁部材1aを枠状に結合した
ものであり、横壁部材1aは、内側に向かって第1の段
1bと、その上部に位置する第2の段1cとを有してい
る。また、4つの横壁部材1aのうち、1つの横壁部材
1aの第1の段1bから、枠内方向に向かって、下面に
のみ開放部を有する部材1dが形成されている。さら
に、横壁部材1aの下面は切り欠き部1eがあり、この
切り欠き部1eにベース基板2が嵌まるようにして、ケ
ース1とベース基板2との位置決めをしている。また、
この下面にのみ開放部を有する部材1dの下部開放部に
接するように一次封止樹脂層8が配置されることによ
り、図1での内圧吸収空間10が形成されることにな
る。
FIG. 2 is a partial perspective view of the case 1. The case 1 is formed by combining four horizontal wall members 1a in a frame shape. The horizontal wall member 1a has a first step 1b toward the inside and a second step 1c located above the first step 1b. I have. A member 1d having an open portion only on the lower surface is formed from the first step 1b of one of the four horizontal wall members 1a toward the inside of the frame. Further, the lower surface of the lateral wall member 1a has a notch 1e, and the case 1 and the base substrate 2 are positioned so that the base substrate 2 fits into the notch 1e. Also,
By arranging the primary sealing resin layer 8 so as to be in contact with the lower opening of the member 1d having an opening only on this lower surface, the internal pressure absorbing space 10 in FIG. 1 is formed.

【0022】なお、このような半導体モジュールは以下
の様な流れで作成される。まず、ベース基板2上に電子
部品3や端子4等の電子部品を装着して回路を形成し、
ケース1の下部にベース基板2を設置する。次に、ベー
ス基板2、およびベース基板2に装着された電子部品3
が埋没し、さらに下面にのみ開放部を有する部材1bの
下部開放部に接するまで一次封止樹脂を充填させる。な
お、充填時、一次封止樹脂は液状のためケース1内に水
平に蓄積され、下面にのみ開放部を有する部材1b内に
気体を残したまま内圧吸収空間10が形成される。
Incidentally, such a semiconductor module is produced in the following flow. First, electronic components such as the electronic components 3 and the terminals 4 are mounted on the base substrate 2 to form a circuit.
The base substrate 2 is placed under the case 1. Next, the base substrate 2 and the electronic component 3 mounted on the base substrate 2
Is filled with the primary sealing resin until it comes into contact with the lower opening of the member 1b having an opening only on the lower surface. At the time of filling, since the primary sealing resin is in a liquid state, it is accumulated horizontally in the case 1, and the internal pressure absorbing space 10 is formed in the member 1b having an opening only on the lower surface while leaving the gas.

【0023】次に、ケース1を所定の温度にした状態で
一次封止樹脂を熱硬化させ、ゲル状とする。これによ
り、内圧吸収空間10内の空気が密閉される。その後、
制御基板5をベース基板2の上方に一次封止樹脂層8に
接しないように配置し、ケース1内に配線された端子
(図示せず)を通じてベース基板2と電気的に接続す
る。次に、二次封止樹脂を上面より制御基板5の装着さ
れた電子部品6が埋没するまで充填し、熱硬化させる。
なお、二次封止樹脂は充填時液状のため、制御基板5に
あらかじめ3〜5φ程度の穴を開けておくことで、制御
基板5の下側にも充填される。
Next, with the case 1 kept at a predetermined temperature, the primary sealing resin is thermoset to be in a gel state. Thereby, the air in the internal pressure absorption space 10 is sealed. afterwards,
The control substrate 5 is disposed above the base substrate 2 so as not to be in contact with the primary sealing resin layer 8, and is electrically connected to the base substrate 2 through terminals (not shown) wired in the case 1. Next, the secondary sealing resin is filled from the upper surface until the electronic component 6 on which the control board 5 is mounted is buried, and is thermally cured.
Since the secondary sealing resin is liquid at the time of filling, a hole of about 3 to 5φ is made in the control substrate 5 in advance, so that the lower side of the control substrate 5 is also filled.

【0024】次に、内圧吸収空間10の大きさについて
説明する。内圧吸収空間10の容積は少なくとも所定の
ヒートサイクル温度条件での一次封止樹脂層8の体積膨
張収縮分以上とする必要がある。ここで、一次封止樹脂
層8の体積が約32×10^3 [mm^2]、一次封止樹脂の熱膨
張係数が1.00×-10^3 [1/k]、ヒートサイクルが‐40℃
から125℃でΔT=165℃とした場合には、内圧吸収空間1
0の容積は、32×10^3 × 165 × 1.00×-10^3 = 5.28
×10^3 [mm^2]以上必要となる。
Next, the size of the internal pressure absorbing space 10 will be described. The volume of the internal pressure absorbing space 10 needs to be at least equal to the volume expansion and contraction of the primary sealing resin layer 8 under a predetermined heat cycle temperature condition. Here, the volume of the primary sealing resin layer 8 is about 32 × 10 ^ 3 [mm ^ 2], the thermal expansion coefficient of the primary sealing resin is 1.00 × -10 ^ 3 [1 / k], and the heat cycle is −40. ° C
From 125 ° C to ΔT = 165 ° C, the internal pressure absorption space 1
The volume of 0 is 32 x 10 ^ 3 x 165 x 1.00 x -10 ^ 3 = 5.28
× 10 ^ 3 [mm ^ 2] or more is required.

【0025】このように、内圧吸収空間10は開口面が
一次封止樹脂層8に接して密閉空間が形成されており、
製造工程において気体が封止されている。ここで、稼動
時のヒートサイクルによる温度変化の発生に伴って、ケ
ース1の一次封止樹脂層8が膨張すると、その体積増加
分が内圧吸収空間10に進入して、圧力増加が吸収され
る。
As described above, the inner pressure absorbing space 10 has an opening surface in contact with the primary sealing resin layer 8 to form a closed space.
Gas is sealed in the manufacturing process. Here, when the primary sealing resin layer 8 of the case 1 expands with the occurrence of a temperature change due to a heat cycle during operation, the increased volume enters the internal pressure absorbing space 10 to absorb the increased pressure. .

【0026】この場合、内圧吸収空間10内の気体が圧
縮されるが、一次封止樹脂層8の体積膨張により気体に
かかる圧力と気体が圧縮されることで生じる反力を比較
すると、反力が十分小さいため、温度上昇に伴う一次封
止樹脂層8の膨張分を内圧吸収空間10で吸収できる。
同様に、温度降下に伴う一次封止樹脂層8の体積収縮分
についても内圧吸収空間10で相殺可能である。よっ
て、ヒートサイクルに伴う一次封止樹脂層8の膨張収縮
により発生する圧力を低下させ、応力を緩和できるた
め、ベース基板2のクラック発生、反りを防止すること
ができる。
In this case, the gas in the internal pressure absorbing space 10 is compressed. When the pressure applied to the gas by the volume expansion of the primary sealing resin layer 8 is compared with the reaction force generated by the compression of the gas, the reaction force is Is sufficiently small, the expansion of the primary sealing resin layer 8 due to the temperature rise can be absorbed in the internal pressure absorbing space 10.
Similarly, the volume shrinkage of the primary sealing resin layer 8 due to the temperature drop can be offset by the internal pressure absorbing space 10. Therefore, the pressure generated by the expansion and contraction of the primary sealing resin layer 8 due to the heat cycle can be reduced, and the stress can be reduced, so that the occurrence of cracks and warpage of the base substrate 2 can be prevented.

【0027】また、下面にのみ開放部を有する部材1d
が一体となったケース1を作成し、この開口部まで一次
封止樹脂を充填すれば内圧吸収空間10を簡単に形成で
きるので、従来のケースのサイズや基板回路に変更を加
える必要はない。なお、内圧吸収空間10は、開放部が
一次封止樹脂層8に接していれば、任意に配置できる。
また、下面にのみ開放部を有する部材1dの上面を制御
基板5に接する構造とし、制御基板5の支持部として用
いても良い。さらに、内圧吸収室10の容積を制御する
ことにより、一次封止樹脂層8の収縮膨張の圧力を制御
することができる。
A member 1d having an opening only on the lower surface
If the case 1 is formed integrally and the primary sealing resin is filled up to the opening, the internal pressure absorbing space 10 can be easily formed, so that there is no need to change the size of the conventional case or the substrate circuit. The internal pressure absorbing space 10 can be arbitrarily arranged as long as the open portion is in contact with the primary sealing resin layer 8.
Further, the structure may be such that the upper surface of the member 1d having an open portion only on the lower surface is in contact with the control board 5 and used as a support section of the control board 5. Further, by controlling the volume of the internal pressure absorbing chamber 10, the pressure of contraction and expansion of the primary sealing resin layer 8 can be controlled.

【0028】実施の形態2.図3は、この発明の実施の
形態2における半導体モジュールの断面図であり、図1
において、内圧吸収空間の配置を任意に変更可能とした
ものである。また、図4は、この発明の実施の形態2に
おけるケースの部分斜視図である。
Embodiment 2 FIG. 3 is a cross-sectional view of a semiconductor module according to Embodiment 2 of the present invention.
, The arrangement of the internal pressure absorbing space can be arbitrarily changed. FIG. 4 is a partial perspective view of a case according to Embodiment 2 of the present invention.

【0029】図3中、1fは下面にのみ開放部を有する
部材であり、ベース基板2に装着された電子部品3の上
部に配置されている。また、ケース1では、図4に示す
ように、横壁部材1aの第1の段1bと、相対する位置
に配置された横壁部材1aの第1の段1bとに、下面に
のみ開放部を有する部材1fが下方向に開口部を向けて
架け渡されている。なお、この下面にのみ開放部を有す
る部材1fは任意の位置に設置することができる。従っ
て、この下面にのみ開放部を有する部材1fの下部の開
口部に接するように一次封止樹脂を配置することによ
り、内圧吸収空間10が形成されることになる。
In FIG. 3, reference numeral 1f denotes a member having an opening only on the lower surface, and is disposed above the electronic component 3 mounted on the base substrate 2. Further, in the case 1, as shown in FIG. 4, the first step 1b of the horizontal wall member 1a and the first step 1b of the horizontal wall member 1a arranged at opposite positions have an opening only on the lower surface. The member 1f is bridged with the opening facing downward. The member 1f having an opening only on the lower surface can be installed at an arbitrary position. Therefore, the internal pressure absorbing space 10 is formed by arranging the primary sealing resin so as to be in contact with the lower opening of the member 1f having the opening only on this lower surface.

【0030】このような構成においては、ケース1の下
面にベース基板2を設置し、その後にベース基板2に搭
載された電子部品3のうち、特に発熱量の大きいものの
上部に下面にのみ開放部を有する部材1fを設置するこ
とにより、発熱量の大きい電子部品3の上部に内圧吸収
空間11を形成することができる。発熱量が大きい電子
部品3の直上に内圧吸収空間11を配置すれば、内圧吸
収空間11内の気体を断熱材として利用でき、さらに制
御基板上の局部的な熱伝達を拡散、低下することがで
き、効率がよい。なお、ベース基板2上の発熱量が大き
い電子部品3の直上に制御基板5に搭載された電子部品
6が特に熱に弱い電子部品である場合には有効となる。
In such a configuration, the base substrate 2 is installed on the lower surface of the case 1 and then, among the electronic components 3 mounted on the base substrate 2, those having a particularly large calorific value are opened only on the lower surface. The internal pressure absorbing space 11 can be formed in the upper part of the electronic component 3 generating a large amount of heat by installing the member 1f having. By disposing the internal pressure absorbing space 11 directly above the electronic component 3 generating a large amount of heat, the gas in the internal pressure absorbing space 11 can be used as a heat insulating material, and the local heat transfer on the control board can be diffused and reduced. Yes, it is efficient. This is effective when the electronic component 6 mounted on the control board 5 directly above the electronic component 3 having a large heat generation amount on the base substrate 2 is an electronic component that is particularly vulnerable to heat.

【0031】なお、電子部品の上に内圧吸収空間が配置
されていない場合の熱伝導方向を図5(a)に、電子部
品の上に内圧吸収空間が配置された場合の熱伝導方向を
図5(b)に示す。ここで、一次封止樹脂の熱伝達率は
約0.2W/mK程度に対し、気体の熱伝達率は0.03W/
mk程度と約1/10のため効果が大きい。発熱する部品が複
数の場合は、内圧吸収空間11を複数設置しても良い。
FIG. 5A shows the direction of heat conduction when the internal pressure absorption space is not arranged above the electronic component, and FIG. 5A shows the heat conduction direction when the internal pressure absorption space is arranged above the electronic component. This is shown in FIG. Here, the heat transfer coefficient of the primary sealing resin is about 0.2 W / mK, while the heat transfer coefficient of the gas is 0.03 W / mK.
The effect is great because it is about mk and about 1/10. When a plurality of components generate heat, a plurality of internal pressure absorbing spaces 11 may be provided.

【0032】実施の形態3.図6は、この発明の実施の
形態3における半導体モジュールの断面図であり、図1
において、ケースに一体成形された下面にのみ開放部を
有する部材により内圧吸収空間を形成するのではなく、
中空シリコンボールを複数個配置するようにしたもので
ある。
Embodiment 3 FIG. FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor module according to Embodiment 3 of the present invention.
In, instead of forming the internal pressure absorption space by a member having an open portion only on the lower surface integrally molded with the case,
A plurality of hollow silicon balls are arranged.

【0033】図6中、12は中空シリコンボールであ
り、一次封止樹脂層8と二次封止樹脂層9との境界面に
複数配置されている。また、その数は、全中空シリコン
ボール12の内空間体積の合計が、少なくとも一次封止
樹脂層の膨張収縮量以上となるようなものである。な
お、一次封止樹脂8の体積が約32×10^3 [mm^2]となる
場合には、直径約3mmのシリコンボールを300個以上
使用すればよい。
In FIG. 6, reference numeral 12 denotes a hollow silicon ball, and a plurality of hollow silicon balls are arranged on a boundary surface between the primary sealing resin layer 8 and the secondary sealing resin layer 9. The number is such that the total volume of the inner space of all the hollow silicon balls 12 is at least equal to the expansion and contraction amount of the primary sealing resin layer. When the volume of the primary sealing resin 8 is about 32 × 10 3 [mm ^ 2], 300 or more silicon balls having a diameter of about 3 mm may be used.

【0034】なお、中空シリコンボール12の設置方法
としては、一次封止樹脂を充填し、熱硬化させて一次封
止樹脂層を形成した後に、ゲル状となった一次封止樹脂
層の上面に中空シリコンボール12を埋没するように配
置し、次に、制御基板5をケース1の第2の段1c上に
取り付け、二次封止樹脂を充填し、熱硬化させればよ
い。
The hollow silicon balls 12 may be placed in such a manner that the primary sealing resin is filled and thermally cured to form the primary sealing resin layer, and then the gel-like primary sealing resin layer is formed on the upper surface of the gelled primary sealing resin layer. The hollow silicon ball 12 is disposed so as to be buried, and then the control board 5 is mounted on the second step 1c of the case 1, filled with a secondary sealing resin, and thermally cured.

【0035】このように、中空シリコンボール等の密閉
空間を有する部材を使用することにより、半導体モジュ
ール上に密閉空間を容易に作ることができる。
As described above, by using a member having a closed space such as a hollow silicon ball, a closed space can be easily formed on the semiconductor module.

【0036】[0036]

【発明の効果】このように、この発明では、ヒートサイ
クルに起因する一次封止樹脂層の膨張収縮による内圧変
化を吸収空間で吸収することができるので、クラックお
よび反りの発生を低下した、信頼性の高い半導体パワー
モジュールを提供できる。
As described above, according to the present invention, a change in internal pressure due to expansion and contraction of the primary sealing resin layer caused by a heat cycle can be absorbed in the absorption space, so that the occurrence of cracks and warpage is reduced. A semiconductor power module having high reliability can be provided.

【0037】さらに、下面にのみ開放部を有する部材を
ケースと一体成形したので、吸収空間を形成するための
工数を抑えることができる。
Further, since a member having an open portion only on the lower surface is integrally formed with the case, the number of steps for forming the absorption space can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1における半導体モジ
ュールの断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor module according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1におけるケースの斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view of a case according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態2における半導体モジ
ュールの断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor module according to Embodiment 2 of the present invention;

【図4】 この発明の実施の形態2におけるケースの斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view of a case according to Embodiment 2 of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態2における熱伝導方向
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a heat conduction direction in Embodiment 2 of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態3における半導体モジ
ュールの断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a semiconductor module according to Embodiment 3 of the present invention.

【図7】 従来の半導体モジュールの断面図である。FIG. 7 is a sectional view of a conventional semiconductor module.

【図8】 従来の半導体装置の断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケース、 1a 横壁部材、 1b 第1の段、
1c 第2の段、1d 下面にのみ開放部を有する部
材、 1e 切り欠き部、1f 下面にのみ開放部を有
する部材、2 ベース基板、 3 電子部品、 4 端
子、 5 制御基板、6 電子部品、 7 端子、 8
一次封止樹脂層、 9 二次封止樹脂層、10 内圧
吸収空間、 11 内圧吸収空間、 12 中空シリコ
ンボール
1 case, 1a side wall member, 1b first step,
1c 2nd stage, 1d a member having an opening only on the lower surface, 1e notch, 1f a member having an opening only on the lower surface, 2 base substrate, 3 electronic components, 4 terminals, 5 control substrate, 6 electronic components, 7 terminals, 8
Primary sealing resin layer, 9 Secondary sealing resin layer, 10 Internal pressure absorption space, 11 Internal pressure absorption space, 12 hollow silicon ball

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ケースと、前記ケースの底面に配置され
た第1の基板と、前記第1の基板上に配置された第1の
電子部品と、前記ケースに支えられて配置された第2の
基板と、前記第1の基板上に前記第1の電子部品を埋没
させるようにゲル状の一次封止樹脂を充填して形成した
一次封止樹脂層と、前記一次封止樹脂層上に二次封止樹
脂を充填して形成した二次封止樹脂層とを有する半導体
パワーモジュールにおいて、前記ケースは下面にのみ開
放部を有する部材を有し、前記部材は、前記開放部が一
次封止樹脂層に接するとともに、熱膨張した前記一次封
止樹脂を内部に収納できる空間を有するように前記第2
の基板の下に配置されていることを特徴とする半導体パ
ワーモジュール。
1. A case, a first substrate disposed on a bottom surface of the case, a first electronic component disposed on the first substrate, and a second substrate supported by the case. A first sealing resin layer formed by filling a gel-like primary sealing resin so as to bury the first electronic component on the first substrate, and a first sealing resin layer formed on the first sealing resin layer. In a semiconductor power module having a secondary sealing resin layer formed by filling a secondary sealing resin, the case has a member having an open portion only on a lower surface, and the member has a primary sealed The second sealing member is in contact with the sealing resin layer and has a space in which the thermally expanded primary sealing resin can be housed.
A semiconductor power module, wherein the semiconductor power module is disposed below a substrate.
【請求項2】 部材の上端は第2の基板に接しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体パワーモジュー
ル。
2. The semiconductor power module according to claim 1, wherein an upper end of the member is in contact with the second substrate.
【請求項3】 部材は、その開口部が第1の電子部品の
上部に位置するように配置されていることを特徴とする
請求項1に記載の半導体パワーモジュール。
3. The semiconductor power module according to claim 1, wherein the member is arranged such that an opening thereof is located above the first electronic component.
【請求項4】 ケースと、前記ケースの底面に配置され
た第1の基板と、前記第1の基板上に配置された第1の
電子部品と、前記ケースに支えられて配置された第2の
基板と、前記第1の基板上に前記第1の電子部品を埋没
させるようにゲル状の一次封止樹脂を充填させて形成し
た一次封止樹脂層と、前記一次封止樹脂層上に二次封止
樹脂を充填して形成した二次封止樹脂層とを有する半導
体パワーモジュールにおいて、前記一次封止樹脂層に前
記一次封止樹脂からの応力に応じて変形可能な中空部材
を少なくとも1つ配置したことを特徴とする半導体パワ
ーモジュール。
4. A case, a first substrate disposed on a bottom surface of the case, a first electronic component disposed on the first substrate, and a second substrate supported by the case. A first sealing resin layer formed by filling a gel-like primary sealing resin so as to bury the first electronic component on the first substrate; and In a semiconductor power module having a secondary sealing resin layer formed by filling a secondary sealing resin, at least a hollow member deformable in response to stress from the primary sealing resin in the primary sealing resin layer. A semiconductor power module, wherein one is arranged.
【請求項5】 中空部材はシリコン製であることを特徴
とする請求項4に記載の半導体パワーモジュール。
5. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the hollow member is made of silicon.
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