JP2003124400A - 半導体パワーモジュールおよびその製造方法 - Google Patents
半導体パワーモジュールおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 放熱性に優れ、低コストで、かつ、電気絶縁
特性が良好な半導体パワーモジュールおよびその製造方
法を提供すること。 【解決手段】 半導体パワーモジュールにおいて、配線
パターンおよび外部端子を構成しているリードフレーム
４を、接着樹脂層３を介して絶縁樹脂層２上に固着させ
る構成とした。また、金属絶縁板、接着樹脂層３、およ
び、予め素子６を実装させたリードフレーム４を積層さ
せ、その状態で加圧加熱しながら樹脂モールドし、樹脂
モールド時にリードフレームが絶縁樹脂層２上に接着樹
脂層３を介して固着させるようにした。更に、金属絶縁
板に予め接着樹脂層３を形成して大面積の金属絶縁板を
製造することとし、接着樹脂層３を形成する際の接着シ
ートの打抜工程を不要とした。
特性が良好な半導体パワーモジュールおよびその製造方
法を提供すること。 【解決手段】 半導体パワーモジュールにおいて、配線
パターンおよび外部端子を構成しているリードフレーム
４を、接着樹脂層３を介して絶縁樹脂層２上に固着させ
る構成とした。また、金属絶縁板、接着樹脂層３、およ
び、予め素子６を実装させたリードフレーム４を積層さ
せ、その状態で加圧加熱しながら樹脂モールドし、樹脂
モールド時にリードフレームが絶縁樹脂層２上に接着樹
脂層３を介して固着させるようにした。更に、金属絶縁
板に予め接着樹脂層３を形成して大面積の金属絶縁板を
製造することとし、接着樹脂層３を形成する際の接着シ
ートの打抜工程を不要とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パワーモジ
ュールおよびその製造方法に関し、より詳細には、放熱
性に優れ、低コストで、かつ、電気絶縁特性が良好な半
導体パワーモジュールおよびその製造方法に関する。
ュールおよびその製造方法に関し、より詳細には、放熱
性に優れ、低コストで、かつ、電気絶縁特性が良好な半
導体パワーモジュールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体パワーモジュールは、回路基板上
に半導体素子等の電子部品を実装して構成されるもので
あり、回路基板には、従来より、セラミック等の絶縁性
基板に比較して放熱性の高い金属ベース基板が多用され
てきた。この金属ベース基板は、銅板やアルミニウム板
等の金属板の上に、エポキシ樹脂からなる絶縁層と回路
パターニングを施した銅箔とを積層させて構成されてい
る。
に半導体素子等の電子部品を実装して構成されるもので
あり、回路基板には、従来より、セラミック等の絶縁性
基板に比較して放熱性の高い金属ベース基板が多用され
てきた。この金属ベース基板は、銅板やアルミニウム板
等の金属板の上に、エポキシ樹脂からなる絶縁層と回路
パターニングを施した銅箔とを積層させて構成されてい
る。
【０００３】図６は、従来の一般的な半導体パワーモジ
ュールの製造工程を説明するためのフローチャートで、
先ず、金属ベース基板の銅箔上に回路パターニングを施
す（Ｓ６０１）。次に、銅チップ等で構成した発熱拡散
用のヒートスプレッダを準備し（Ｓ６０２）、金属ベー
ス基板上にヒートスプレッダを半田付けする（Ｓ６０
３）。更に、半導体素子を別途準備し（Ｓ６０４）、ヒ
ートスプレッダを半田付けした金属ベース基板上にこの
半導体素子を半田付けする（Ｓ６０５）。
ュールの製造工程を説明するためのフローチャートで、
先ず、金属ベース基板の銅箔上に回路パターニングを施
す（Ｓ６０１）。次に、銅チップ等で構成した発熱拡散
用のヒートスプレッダを準備し（Ｓ６０２）、金属ベー
ス基板上にヒートスプレッダを半田付けする（Ｓ６０
３）。更に、半導体素子を別途準備し（Ｓ６０４）、ヒ
ートスプレッダを半田付けした金属ベース基板上にこの
半導体素子を半田付けする（Ｓ６０５）。
【０００４】半田付けが終了した金属ベース基板上に残
存している半田フラックスは洗浄により除去され（Ｓ６
０６）、アルミ製ワイヤー等がボンディングされる（Ｓ
６０７）。次に、樹脂製の外部端子つきのケース枠を準
備し（Ｓ６０８）、これを金属ベース基板の周囲を囲む
ように嵌め込んでケース枠の底部と金属ベース基板の全
周囲とを接着剤で固着し（Ｓ６０９）、更に、ケース枠
の端子部分を金属ベース基板上の銅箔パターンの所定の
位置に半田付けし（Ｓ６１０）、その後、洗浄を施し
（Ｓ６１１）、シリコーンゲルやエポキシ樹脂などの封
止樹脂を準備して（Ｓ６１２）、これを金属ベース基板
とケース枠で囲まれた部分に注入し（Ｓ６１３）、硬化
させる（Ｓ６１４）。このようにして、金属ベース基板
上に半導体素子が実装された、ケース枠付きの半導体パ
ワーモジュールが作製される。
存している半田フラックスは洗浄により除去され（Ｓ６
０６）、アルミ製ワイヤー等がボンディングされる（Ｓ
６０７）。次に、樹脂製の外部端子つきのケース枠を準
備し（Ｓ６０８）、これを金属ベース基板の周囲を囲む
ように嵌め込んでケース枠の底部と金属ベース基板の全
周囲とを接着剤で固着し（Ｓ６０９）、更に、ケース枠
の端子部分を金属ベース基板上の銅箔パターンの所定の
位置に半田付けし（Ｓ６１０）、その後、洗浄を施し
（Ｓ６１１）、シリコーンゲルやエポキシ樹脂などの封
止樹脂を準備して（Ｓ６１２）、これを金属ベース基板
とケース枠で囲まれた部分に注入し（Ｓ６１３）、硬化
させる（Ｓ６１４）。このようにして、金属ベース基板
上に半導体素子が実装された、ケース枠付きの半導体パ
ワーモジュールが作製される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、昨今の半導体
パワーモジュールには、製造コストを低減させ、かつ、
半導体素子と放熱フィンとの間の熱抵抗を低減させるこ
とが要求されている。
パワーモジュールには、製造コストを低減させ、かつ、
半導体素子と放熱フィンとの間の熱抵抗を低減させるこ
とが要求されている。
【０００６】このうち、製造コストの低減のためには、
半導体パワーモジュールの構成部品数を減らして製造方
法を簡略化することが必要とされるものの、従来型の半
導体パワーモジュールでは、金属ベース基板と樹脂製ケ
ース枠を必須の構成要素とするために、銅箔をエッチン
グして回路パターンを形成したり、外部素子との接続用
に予め端子を付属させたケース枠を必要とされることか
ら、コストの低減には限界があった。
半導体パワーモジュールの構成部品数を減らして製造方
法を簡略化することが必要とされるものの、従来型の半
導体パワーモジュールでは、金属ベース基板と樹脂製ケ
ース枠を必須の構成要素とするために、銅箔をエッチン
グして回路パターンを形成したり、外部素子との接続用
に予め端子を付属させたケース枠を必要とされることか
ら、コストの低減には限界があった。
【０００７】また、電気的絶縁不良の原因となるボイド
やクラックの発生を防止するためには、ケース枠に封止
樹脂を充填しそれを硬化させる工程が必要とされるた
め、製造に要する時間が長くなり、スループットが低下
して製造コストを上昇させる原因となっていた。
やクラックの発生を防止するためには、ケース枠に封止
樹脂を充填しそれを硬化させる工程が必要とされるた
め、製造に要する時間が長くなり、スループットが低下
して製造コストを上昇させる原因となっていた。
【０００８】半導体パワーモジュールの製造コストの低
減のために、トランスファー成型などの成型方法を採用
して、高価な金属ベース基板やケース枠を不要とした構
成の低コストの半導体パワーモジュールや、特開平９−
１３９４６１号公報に記載された発明のように、リード
フレームとヒートシンクとの間に絶縁性を有する封止樹
脂を充填させて、リードフレームとヒートシンクの間の
電気的絶縁を図りつつこれらを相互に連結させて樹脂封
止した半導体パワーデバイスも考案されているものの、
特開平９−１３９４６１号公報に記載された半導体パワ
ーモジュールでは、リードフレームとヒートシンクとの
間の絶縁層が封止樹脂により形成されているため、絶縁
層形成後の厚み精度が低く、また、封止能力を担保する
必要から絶縁層厚を充分に薄くすることも困難であり、
絶縁層の放熱性を向上させてリードフレームとヒートシ
ンクとの間の熱抵抗を低減させるという要請に対応した
特性を備える半導体パワーモジュールが得られない。
減のために、トランスファー成型などの成型方法を採用
して、高価な金属ベース基板やケース枠を不要とした構
成の低コストの半導体パワーモジュールや、特開平９−
１３９４６１号公報に記載された発明のように、リード
フレームとヒートシンクとの間に絶縁性を有する封止樹
脂を充填させて、リードフレームとヒートシンクの間の
電気的絶縁を図りつつこれらを相互に連結させて樹脂封
止した半導体パワーデバイスも考案されているものの、
特開平９−１３９４６１号公報に記載された半導体パワ
ーモジュールでは、リードフレームとヒートシンクとの
間の絶縁層が封止樹脂により形成されているため、絶縁
層形成後の厚み精度が低く、また、封止能力を担保する
必要から絶縁層厚を充分に薄くすることも困難であり、
絶縁層の放熱性を向上させてリードフレームとヒートシ
ンクとの間の熱抵抗を低減させるという要請に対応した
特性を備える半導体パワーモジュールが得られない。
【０００９】パワーモジュールに備えられた半導体素子
により発生した熱は、その大半が、素子をマウントした
銅箔またはリードフレームへと伝熱された後、さらに、
絶縁層、金属板（ヒートシンク）を伝熱経路として伝熱
結合した放熱フィンに達して周囲へと放熱される。この
場合、上述の伝熱経路の熱抵抗が大きいと半導体素子の
温度が上昇し、素子特性を劣化させてしまうことになる
ため、半導体パワーモジュールの電流容量の増大化やモ
ジュールの小型化に伴い、伝熱経路の熱抵抗を低減させ
ることが益々重要となる。
により発生した熱は、その大半が、素子をマウントした
銅箔またはリードフレームへと伝熱された後、さらに、
絶縁層、金属板（ヒートシンク）を伝熱経路として伝熱
結合した放熱フィンに達して周囲へと放熱される。この
場合、上述の伝熱経路の熱抵抗が大きいと半導体素子の
温度が上昇し、素子特性を劣化させてしまうことになる
ため、半導体パワーモジュールの電流容量の増大化やモ
ジュールの小型化に伴い、伝熱経路の熱抵抗を低減させ
ることが益々重要となる。
【００１０】このような技術上の問題を解決するため
に、特開２００１−１９６４９５号公報において、ヒー
トシンクである金属板上にリードフレームを絶縁層を介
して設けた構成の樹脂モールド用回路基板の発明が開示
されている。しかし、ここで用いられている絶縁層は、
金属板とリードフレームとを接着しながらも電気絶縁性
と熱伝導性に富む材料であることが要求され、絶縁層と
して利用可能な材料の選択に制約がある。更に、この絶
縁層は、金属板上に無機粉体を含有させたエポキシ樹脂
等を塗布したり、Ｂステージ状態の絶縁シートをプレス
圧着したりすることにより形成されるため、形成後に得
られる絶縁層の膜厚の均一性を充分に担保することが困
難であり、その結果、絶縁層内での熱抵抗値が不均一に
なってしまうといった問題があった。
に、特開２００１−１９６４９５号公報において、ヒー
トシンクである金属板上にリードフレームを絶縁層を介
して設けた構成の樹脂モールド用回路基板の発明が開示
されている。しかし、ここで用いられている絶縁層は、
金属板とリードフレームとを接着しながらも電気絶縁性
と熱伝導性に富む材料であることが要求され、絶縁層と
して利用可能な材料の選択に制約がある。更に、この絶
縁層は、金属板上に無機粉体を含有させたエポキシ樹脂
等を塗布したり、Ｂステージ状態の絶縁シートをプレス
圧着したりすることにより形成されるため、形成後に得
られる絶縁層の膜厚の均一性を充分に担保することが困
難であり、その結果、絶縁層内での熱抵抗値が不均一に
なってしまうといった問題があった。
【００１１】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、低コストで、放熱
性および絶縁特性に優れ、かつ、これらの特性が面内で
均一な半導体パワーモジュールおよびその製造方法を提
供することにある。
たもので、その目的とするところは、低コストで、放熱
性および絶縁特性に優れ、かつ、これらの特性が面内で
均一な半導体パワーモジュールおよびその製造方法を提
供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体
パワーモジュール用回路基板であって、板状金属のヒー
トシンクの一方の主面に、電気絶縁性で熱良導性の絶縁
樹脂層を備えて構成した金属絶縁板と、該金属絶縁板の
前記絶縁樹脂層上に設けられたリードフレームとからな
り、前記金属絶縁板と前記リードフレームとが接着樹脂
層を介して固着されていることを特徴とする。
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、半導体
パワーモジュール用回路基板であって、板状金属のヒー
トシンクの一方の主面に、電気絶縁性で熱良導性の絶縁
樹脂層を備えて構成した金属絶縁板と、該金属絶縁板の
前記絶縁樹脂層上に設けられたリードフレームとからな
り、前記金属絶縁板と前記リードフレームとが接着樹脂
層を介して固着されていることを特徴とする。
【００１３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の半導体パワーモジュール用回路基板において、
前記絶縁樹脂層が、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化
珪素、窒化アルミニウム、および、窒化ホウ素のうちの
少なくとも１種類以上のフィラーを含有するエポキシ樹
脂からなることを特徴とする。
に記載の半導体パワーモジュール用回路基板において、
前記絶縁樹脂層が、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化
珪素、窒化アルミニウム、および、窒化ホウ素のうちの
少なくとも１種類以上のフィラーを含有するエポキシ樹
脂からなることを特徴とする。
【００１４】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の半導体パワーモジュール用回路基板にお
いて、前記絶縁樹脂層の厚さが５０〜１５０μｍであ
り、かつ、前記接着樹脂層の厚さが１０〜５０μｍであ
ることを特徴とする。
又は２に記載の半導体パワーモジュール用回路基板にお
いて、前記絶縁樹脂層の厚さが５０〜１５０μｍであ
り、かつ、前記接着樹脂層の厚さが１０〜５０μｍであ
ることを特徴とする。
【００１５】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
乃至３何れかに記載の半導体パワーモジュール用回路基
板において、前記リードフレームに段差状の屈曲部を有
し、前記リードフレームの一部と前記ヒートシンクの主
面とが所望の間隔だけ離隔していることを特徴とする。
乃至３何れかに記載の半導体パワーモジュール用回路基
板において、前記リードフレームに段差状の屈曲部を有
し、前記リードフレームの一部と前記ヒートシンクの主
面とが所望の間隔だけ離隔していることを特徴とする。
【００１６】また、請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載の半導体パワーモジュール用回路基板において、
前記リードフレームの屈曲部は、前記ヒートシンクの主
面の端部から２ｍｍ以上内側に位置しており、かつ、前
記リードフレームの一部と前記ヒートシンクの主面との
間隔が１ｍｍ以上となるように屈曲していることを特徴
とする。
に記載の半導体パワーモジュール用回路基板において、
前記リードフレームの屈曲部は、前記ヒートシンクの主
面の端部から２ｍｍ以上内側に位置しており、かつ、前
記リードフレームの一部と前記ヒートシンクの主面との
間隔が１ｍｍ以上となるように屈曲していることを特徴
とする。
【００１７】また、請求項６に記載の発明は、半導体パ
ワーモジュールであって、請求項１乃至５何れかに記載
の半導体パワーモジュール用回路基板と、該回路基板に
備えられた前記リードフレーム上に半田付けされた半導
体素子と、該半導体素子と前記リードフレームとを電気
的に接続するためのボンディングワイヤとを備え、前記
リードフレームの外端部および前記ヒートシンクの他方
の主面以外の部分がモールド用樹脂でモールドされてい
ることを特徴とする。
ワーモジュールであって、請求項１乃至５何れかに記載
の半導体パワーモジュール用回路基板と、該回路基板に
備えられた前記リードフレーム上に半田付けされた半導
体素子と、該半導体素子と前記リードフレームとを電気
的に接続するためのボンディングワイヤとを備え、前記
リードフレームの外端部および前記ヒートシンクの他方
の主面以外の部分がモールド用樹脂でモールドされてい
ることを特徴とする。
【００１８】また、請求項７に記載の発明は、請求項６
に記載の半導体パワーモジュールにおいて、前記モール
ド用樹脂の熱膨張率が、前記ヒートシンクの熱膨張率の
６０〜１１０％であることを特徴とする。
に記載の半導体パワーモジュールにおいて、前記モール
ド用樹脂の熱膨張率が、前記ヒートシンクの熱膨張率の
６０〜１１０％であることを特徴とする。
【００１９】また、請求項８に記載の発明は、半導体パ
ワーモジュールの製造方法であって、板状金属のヒート
シンクの一方の主面に、電気絶縁性で熱良導性の絶縁樹
脂層を設けて金属絶縁板を形成するステップと、前記絶
縁樹脂層上の所望の場所に接着シートを載置するステッ
プと、リードフレーム上の所望の位置に半導体素子を半
田付けするステップと、前記接着シート上に、前記半導
体素子を半田付けした前記リードフレームを載置するス
テップと、前記リードフレーム上に半田付けした前記半
導体素子を、前記リードフレームの所望の位置にワイヤ
ボンディングするステップと、前記金属絶縁板と、前記
接着シートと、前記リードフレームとを積層させた状態
で樹脂モールドするステップとからなり、前記樹脂モー
ルド時の加圧・加熱により、前記接着シートを介して前
記リードフレームを前記絶縁樹脂層上に固着させること
を特徴とする。
ワーモジュールの製造方法であって、板状金属のヒート
シンクの一方の主面に、電気絶縁性で熱良導性の絶縁樹
脂層を設けて金属絶縁板を形成するステップと、前記絶
縁樹脂層上の所望の場所に接着シートを載置するステッ
プと、リードフレーム上の所望の位置に半導体素子を半
田付けするステップと、前記接着シート上に、前記半導
体素子を半田付けした前記リードフレームを載置するス
テップと、前記リードフレーム上に半田付けした前記半
導体素子を、前記リードフレームの所望の位置にワイヤ
ボンディングするステップと、前記金属絶縁板と、前記
接着シートと、前記リードフレームとを積層させた状態
で樹脂モールドするステップとからなり、前記樹脂モー
ルド時の加圧・加熱により、前記接着シートを介して前
記リードフレームを前記絶縁樹脂層上に固着させること
を特徴とする。
【００２０】また、請求項９に記載の発明は、請求項８
に記載の半導体パワーモジュールの製造方法において、
前記絶縁樹脂上に前記接着シートを載置した状態で前記
金属絶縁板をプレス成型するステップを有することを特
徴とする。
に記載の半導体パワーモジュールの製造方法において、
前記絶縁樹脂上に前記接着シートを載置した状態で前記
金属絶縁板をプレス成型するステップを有することを特
徴とする。
【００２１】また、請求項１０に記載の発明は、請求項
８又は９に記載の半導体パワーモジュールの製造方法に
おいて、前記半田付けは、前記リードフレーム上の所望
の位置に板半田を載置し、該板半田上に前記半導体素子
を配置させ、還元雰囲気中の所定温度下で前記半導体素
子を前記リードフレーム上に固着させ、前記半田付け後
の洗浄なしに前記ワイヤボンディングをおこなうことを
特徴とする。
８又は９に記載の半導体パワーモジュールの製造方法に
おいて、前記半田付けは、前記リードフレーム上の所望
の位置に板半田を載置し、該板半田上に前記半導体素子
を配置させ、還元雰囲気中の所定温度下で前記半導体素
子を前記リードフレーム上に固着させ、前記半田付け後
の洗浄なしに前記ワイヤボンディングをおこなうことを
特徴とする。
【００２２】更に、請求項１１に記載の発明は、請求項
８又は９に記載の半導体パワーモジュールの製造方法に
おいて、前記半田付けは、予め前記リードフレーム上の
所望の位置にエポキシ樹脂を主成分とするフラックス入
りの半田を塗工し、該半田の塗工箇所に前記半導体素子
を配置させ、還元雰囲気中の所定温度下で前記半導体素
子を前記リードフレーム上に固着させ、前記半田付け後
の洗浄なしに前記ワイヤボンディングをおこなうことを
特徴とする。
８又は９に記載の半導体パワーモジュールの製造方法に
おいて、前記半田付けは、予め前記リードフレーム上の
所望の位置にエポキシ樹脂を主成分とするフラックス入
りの半田を塗工し、該半田の塗工箇所に前記半導体素子
を配置させ、還元雰囲気中の所定温度下で前記半導体素
子を前記リードフレーム上に固着させ、前記半田付け後
の洗浄なしに前記ワイヤボンディングをおこなうことを
特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。
実施の形態について説明する。
【００２４】〔実施例１〕図１は、本発明の半導体パワ
ーモジュールの構成例を説明するための図で、金属のヒ
ートシンク１の上に絶縁樹脂層２を設けた金属絶縁板
と、接着樹脂層３を介して絶縁樹脂層２上に固着された
リードフレーム４と、リードフレーム４上に半田５で固
着された半導体の素子５と、素子５の上面電極とリード
フレーム４の所定位置とを導通させるためのボンディン
グワイヤー７と、これらをモールドするモールド樹脂８
とから構成されている。
ーモジュールの構成例を説明するための図で、金属のヒ
ートシンク１の上に絶縁樹脂層２を設けた金属絶縁板
と、接着樹脂層３を介して絶縁樹脂層２上に固着された
リードフレーム４と、リードフレーム４上に半田５で固
着された半導体の素子５と、素子５の上面電極とリード
フレーム４の所定位置とを導通させるためのボンディン
グワイヤー７と、これらをモールドするモールド樹脂８
とから構成されている。
【００２５】ここで、絶縁樹脂層２は、ヒートシンク１
とリードフレーム４とを電気的に絶縁し、かつ、良好な
熱伝導を得る役割を果たすためのもので、その熱伝導率
は、１．０〜７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲とすることが
好ましい。これは、熱伝導度を１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以
下とすると、その放熱性の低さから定格容量が大きく制
限され、６００V・２０Ａ定格でのチップの使用が困難
となるからであり、７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とする
と、特殊なフィラーを大量に用いて絶縁層を形成する必
要が生じるために絶縁層の信頼性が低下し、その結果、
定格電圧が制約されて６００Ｖ耐圧のチップが使用でき
なくなる可能性があるためである。なお、６００Ｖ・２
０Ａ定格でのより安定したチップの使用、若しくはそれ
以上の定格値での使用のためには、熱伝導度を１．８〜
５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲とすることがより好まし
い。
とリードフレーム４とを電気的に絶縁し、かつ、良好な
熱伝導を得る役割を果たすためのもので、その熱伝導率
は、１．０〜７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲とすることが
好ましい。これは、熱伝導度を１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以
下とすると、その放熱性の低さから定格容量が大きく制
限され、６００V・２０Ａ定格でのチップの使用が困難
となるからであり、７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とする
と、特殊なフィラーを大量に用いて絶縁層を形成する必
要が生じるために絶縁層の信頼性が低下し、その結果、
定格電圧が制約されて６００Ｖ耐圧のチップが使用でき
なくなる可能性があるためである。なお、６００Ｖ・２
０Ａ定格でのより安定したチップの使用、若しくはそれ
以上の定格値での使用のためには、熱伝導度を１．８〜
５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲とすることがより好まし
い。
【００２６】この構造の半導体パワーモジュールでは、
ヒートシンク１の下面とリードフレーム４の外部端子部
分の一部を除くモジュール全体が、モールド樹脂８によ
ってモールドされているため、ケース枠や、回路をパタ
ーニングした金属ベース基板などの高価な部材を必要と
しない。また、比較的長時間を必要とする封止樹脂の充
填・硬化工程も不用である。このため製造コストを大幅
に削減することが可能となるとともに、薄い絶縁樹脂層
２を高い精度で形成することが可能なため、放熱性にも
優れるという利点がある。
ヒートシンク１の下面とリードフレーム４の外部端子部
分の一部を除くモジュール全体が、モールド樹脂８によ
ってモールドされているため、ケース枠や、回路をパタ
ーニングした金属ベース基板などの高価な部材を必要と
しない。また、比較的長時間を必要とする封止樹脂の充
填・硬化工程も不用である。このため製造コストを大幅
に削減することが可能となるとともに、薄い絶縁樹脂層
２を高い精度で形成することが可能なため、放熱性にも
優れるという利点がある。
【００２７】〔実施例２〕図２は、本発明の半導体パワ
ーモジュールの第１の製造工程例を説明するためのフロ
ーチャートで、先ず、絶縁樹脂層として酸化珪素フィラ
ーを分散させたエポキシ樹脂をシート成型した後にヒー
トシンクとなる厚さ２ｍｍのアルミニウム板の上にプレ
ス積層させて、絶縁樹脂層厚が８０μｍの金属絶縁板を
作製する（Ｓ２０１）。
ーモジュールの第１の製造工程例を説明するためのフロ
ーチャートで、先ず、絶縁樹脂層として酸化珪素フィラ
ーを分散させたエポキシ樹脂をシート成型した後にヒー
トシンクとなる厚さ２ｍｍのアルミニウム板の上にプレ
ス積層させて、絶縁樹脂層厚が８０μｍの金属絶縁板を
作製する（Ｓ２０１）。
【００２８】次に、この金属絶縁板を４０×１００ｍｍ
の大きさに打抜き加工し、その上に、４０×１００ｍｍ
の酸化珪素フィラーを分散させたＢステージのエポキシ
樹脂からなる接着シートを重ね（Ｓ２０２）、更に、所
定の回路パターン形状に加工したリードフレームを載せ
る（Ｓ２０３）。この状態で、加熱プレス成形機中で加
圧４ＭＰａ、温度１８０℃の条件下で３０分保持してプ
レス接着する（Ｓ２０４）。なお、このときの接着樹脂
層厚は２０μｍとする。
の大きさに打抜き加工し、その上に、４０×１００ｍｍ
の酸化珪素フィラーを分散させたＢステージのエポキシ
樹脂からなる接着シートを重ね（Ｓ２０２）、更に、所
定の回路パターン形状に加工したリードフレームを載せ
る（Ｓ２０３）。この状態で、加熱プレス成形機中で加
圧４ＭＰａ、温度１８０℃の条件下で３０分保持してプ
レス接着する（Ｓ２０４）。なお、このときの接着樹脂
層厚は２０μｍとする。
【００２９】このようにして作製した回路基板の所定の
位置に、フラックス入りのクリーム半田をディスペンサ
ーで塗工し、その上に半導体素子を並べ（Ｓ２０５）、
リフロー炉中で、２２０℃で１０分間の半田付けを行な
い（Ｓ２０６）、その後、不要なフラックスを洗浄し
（Ｓ２０７）、φ０．３ｍｍのアルミニウムワイヤーを
用いてワイヤーボンディングして素子を実装（Ｓ２０
８）した後、別途、モールド樹脂を準備し（Ｓ２０
９）、トランスファー成型機を使って１７５℃で１２０
分間のトランスファ成型を行って樹脂モールドする（Ｓ
２１０）。
位置に、フラックス入りのクリーム半田をディスペンサ
ーで塗工し、その上に半導体素子を並べ（Ｓ２０５）、
リフロー炉中で、２２０℃で１０分間の半田付けを行な
い（Ｓ２０６）、その後、不要なフラックスを洗浄し
（Ｓ２０７）、φ０．３ｍｍのアルミニウムワイヤーを
用いてワイヤーボンディングして素子を実装（Ｓ２０
８）した後、別途、モールド樹脂を準備し（Ｓ２０
９）、トランスファー成型機を使って１７５℃で１２０
分間のトランスファ成型を行って樹脂モールドする（Ｓ
２１０）。
【００３０】このようにして作製した半導体パワーモジ
ュールを用いたインバータ回路について、動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験を行ったところ、半導体パワーモジュールとしての
特性を充分に満足していることが確認された。
ュールを用いたインバータ回路について、動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験を行ったところ、半導体パワーモジュールとしての
特性を充分に満足していることが確認された。
【００３１】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
と、シャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定
格のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転
を行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回
路により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して
取り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定
であるか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
と、シャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定
格のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転
を行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回
路により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して
取り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定
であるか否かで判断した。
【００３２】従って、絶縁樹脂層の熱伝導率を、１．０
〜７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲とすることで実用上充分
な特性を有する半導体パワーモジュールが得られること
が分る。
〜７．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲とすることで実用上充分
な特性を有する半導体パワーモジュールが得られること
が分る。
【００３３】なお、絶縁樹脂層の樹脂を、エポキシ樹脂
に替えて、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂としても同様の
特性の半導体パワーモジュールが得られた。
に替えて、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂としても同様の
特性の半導体パワーモジュールが得られた。
【００３４】〔実施例３〕絶縁樹脂層に含まれるフィラ
ーは、絶縁樹脂層の電気絶縁性や熱伝導性、更には、損
失とノイズの誘導にかかわる誘電率等にも関係するた
め、半導体パワーモジュールにおける特に重要な構成要
素である。
ーは、絶縁樹脂層の電気絶縁性や熱伝導性、更には、損
失とノイズの誘導にかかわる誘電率等にも関係するた
め、半導体パワーモジュールにおける特に重要な構成要
素である。
【００３５】そこで、各種の材質のフィラーを分散させ
たエポキシ樹脂をシート成型して絶縁樹脂層を形成し、
半導体パワーモジュールを作製した。なお、絶縁樹脂層
のエポキシ樹脂に含有されるフィラーの材質以外は、実
施例２で説明したのと同様の製造工程により作製した。
たエポキシ樹脂をシート成型して絶縁樹脂層を形成し、
半導体パワーモジュールを作製した。なお、絶縁樹脂層
のエポキシ樹脂に含有されるフィラーの材質以外は、実
施例２で説明したのと同様の製造工程により作製した。
【００３６】その結果、酸化珪素、酸化アルミニウム、
窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、またはそれ
らの混合物を含有したエポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層
を備える半導体パワーモジュールにおいて、インバータ
回路での動作試験、および、−４０〜１５０℃で１００
０回のヒートサイクル試験ともに充分に満足できる結果
を得ることができた。
窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、またはそれ
らの混合物を含有したエポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層
を備える半導体パワーモジュールにおいて、インバータ
回路での動作試験、および、−４０〜１５０℃で１００
０回のヒートサイクル試験ともに充分に満足できる結果
を得ることができた。
【００３７】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
と、シャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定
格のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転
を行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回
路により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して
取り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定
であるか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
と、シャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定
格のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転
を行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回
路により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して
取り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定
であるか否かで判断した。
【００３８】〔実施例４〕本発明の半導体パワーモジュ
ールへの、絶縁樹脂層および接着樹脂層の厚みの影響を
検討した。なお、絶縁樹脂層、接着樹脂層の厚さ以外
は、実施例２で説明したものと同様の製造工程により作
製した。
ールへの、絶縁樹脂層および接着樹脂層の厚みの影響を
検討した。なお、絶縁樹脂層、接着樹脂層の厚さ以外
は、実施例２で説明したものと同様の製造工程により作
製した。
【００３９】表１は、絶縁樹脂層厚を２５〜２００μ
ｍ、接着樹脂層厚を５〜１００μｍの範囲で変化させて
作製した半導体パワーモジュールの特性を纏めたもので
ある。
ｍ、接着樹脂層厚を５〜１００μｍの範囲で変化させて
作製した半導体パワーモジュールの特性を纏めたもので
ある。
【００４０】
【表１】
【００４１】この表から分るように、絶縁樹脂層の厚さ
が５０〜１５０μｍで、かつ、接着樹脂層の厚さが１０
〜５０μｍの半導体パワーモジュールにおいて、インバ
ータ回路での動作試験、および、−４０〜１５０℃で１
０００回のヒートサイクル試験ともに充分に満足できる
結果を得ることができた。
が５０〜１５０μｍで、かつ、接着樹脂層の厚さが１０
〜５０μｍの半導体パワーモジュールにおいて、インバ
ータ回路での動作試験、および、−４０〜１５０℃で１
０００回のヒートサイクル試験ともに充分に満足できる
結果を得ることができた。
【００４２】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回路
により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取
り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定で
あるか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回路
により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取
り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定で
あるか否かで判断した。
【００４３】〔実施例５〕本発明の半導体パワーモジュ
ールに備えるリードフレームの形状を検討した。なお、
リードフレームの形状以外は、実施例２において説明し
たものと同様の製造工程により作製した。
ールに備えるリードフレームの形状を検討した。なお、
リードフレームの形状以外は、実施例２において説明し
たものと同様の製造工程により作製した。
【００４４】図３は、本発明の半導体パワーモジュール
に備えるリードフレームの形状を説明するための図で、
図１に示した構造の半導体パワーモジュールの外部端子
部分近傍の様子を示しており、金属のヒートシンク３１
の上に絶縁樹脂層３２を設けた金属絶縁板と、接着樹脂
層３３を介して絶縁樹脂層３２上に固着されたリードフ
レーム３４と、リードフレーム３４上に半田３５で固着
された図示しない半導体素子とがモールド樹脂３６で封
止されている。
に備えるリードフレームの形状を説明するための図で、
図１に示した構造の半導体パワーモジュールの外部端子
部分近傍の様子を示しており、金属のヒートシンク３１
の上に絶縁樹脂層３２を設けた金属絶縁板と、接着樹脂
層３３を介して絶縁樹脂層３２上に固着されたリードフ
レーム３４と、リードフレーム３４上に半田３５で固着
された図示しない半導体素子とがモールド樹脂３６で封
止されている。
【００４５】リードフレーム３４は、ヒートシンク３１
の主面の端部から距離ａの位置に段差状の屈曲部分を有
し、これにより、リードフレーム３４の一部はヒートシ
ンク３１の主面から距離ｂだけ離隔し、この状態でモー
ルド樹脂３６の外部へと突出している。
の主面の端部から距離ａの位置に段差状の屈曲部分を有
し、これにより、リードフレーム３４の一部はヒートシ
ンク３１の主面から距離ｂだけ離隔し、この状態でモー
ルド樹脂３６の外部へと突出している。
【００４６】表２は、距離ａおよび距離ｂをパラメータ
とする様々な形状のリードフレーム３４を備えた、本発
明の半導体パワーモジュールの特性を纏めたものであ
る。
とする様々な形状のリードフレーム３４を備えた、本発
明の半導体パワーモジュールの特性を纏めたものであ
る。
【００４７】
【表２】
【００４８】この表から分るように、リードフレーム３
４の屈曲部分の位置を、ヒートシンク３１の主面の端部
から２ｍｍ以上とし、かつ、リードフレーム３４とヒー
トシンク３１の主面との間隔を１ｍｍ以上とすること
で、リードフレーム３４の加工不良や半導体パワーモジ
ュールの電気絶縁不良をなくすことができた。
４の屈曲部分の位置を、ヒートシンク３１の主面の端部
から２ｍｍ以上とし、かつ、リードフレーム３４とヒー
トシンク３１の主面との間隔を１ｍｍ以上とすること
で、リードフレーム３４の加工不良や半導体パワーモジ
ュールの電気絶縁不良をなくすことができた。
【００４９】〔実施例６〕本発明の半導体パワーモジュ
ールを構成するモールド樹脂およびヒートシンク部材
が、半導体パワーモジュールの特性に及ぼす効果につい
て検討した。
ールを構成するモールド樹脂およびヒートシンク部材
が、半導体パワーモジュールの特性に及ぼす効果につい
て検討した。
【００５０】表３は、熱膨張率の異なるモールド樹脂お
よびヒートシンク部材を用いて本発明の半導体パワーモ
ジュールを構成し、これらの材料間の熱膨張率差に起因
する樹脂層の応力破壊によってモジュール不良が発生す
るか否かテストした結果を纏めたものである。なお、モ
ールド樹脂とヒートシンク部材以外は、実施例２におい
て説明したものと同様の製造工程により作製した。
よびヒートシンク部材を用いて本発明の半導体パワーモ
ジュールを構成し、これらの材料間の熱膨張率差に起因
する樹脂層の応力破壊によってモジュール不良が発生す
るか否かテストした結果を纏めたものである。なお、モ
ールド樹脂とヒートシンク部材以外は、実施例２におい
て説明したものと同様の製造工程により作製した。
【００５１】
【表３】
【００５２】この表から分かるように、モールド樹脂の
熱膨張率がヒートシンク材の熱膨張率の６０〜１１０％
となるように材料を選択すれば、成型後の割れやヒート
サイクル試験後の不良は生じておらず、更に、インバー
タ回路での動作試験、および、−４０〜１５０℃で１０
００回のヒートサイクル試験ともに充分に満足できる結
果を得ることができた。
熱膨張率がヒートシンク材の熱膨張率の６０〜１１０％
となるように材料を選択すれば、成型後の割れやヒート
サイクル試験後の不良は生じておらず、更に、インバー
タ回路での動作試験、および、−４０〜１５０℃で１０
００回のヒートサイクル試験ともに充分に満足できる結
果を得ることができた。
【００５３】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回路
により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取
り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定で
あるか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否の判定は、別の制御回路
により、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取
り出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定で
あるか否かで判断した。
【００５４】〔実施例７〕図４は、本発明の半導体パワ
ーモジュールの第２の製造工程例を説明するためのフロ
ーチャートで、先ず、酸化珪素フィラーを分散させたエ
ポキシ樹脂をシート成型して１０００×１０００×２ｍ
ｍ３のアルミニウム板上にプレス積層し、絶縁樹脂層厚
が８０μｍの金属絶縁板を作製して、４０×１００ｍｍ
２の面積に打ち抜き加工する（Ｓ４０１）。また、酸化
珪素フィラーを分散させたＢステージのエポキシ樹脂か
らなる接着シートも４０×１００ｍｍ２の面積に打ち抜
く（Ｓ４０２）。
ーモジュールの第２の製造工程例を説明するためのフロ
ーチャートで、先ず、酸化珪素フィラーを分散させたエ
ポキシ樹脂をシート成型して１０００×１０００×２ｍ
ｍ３のアルミニウム板上にプレス積層し、絶縁樹脂層厚
が８０μｍの金属絶縁板を作製して、４０×１００ｍｍ
２の面積に打ち抜き加工する（Ｓ４０１）。また、酸化
珪素フィラーを分散させたＢステージのエポキシ樹脂か
らなる接着シートも４０×１００ｍｍ２の面積に打ち抜
く（Ｓ４０２）。
【００５５】別途、所定の回路パターンに加工したリー
ドフレームを準備し（Ｓ４０３）、回路基板の所定の位
置にフラックス入りのクリーム半田をディスペンサーで
塗工してその上に半導体素子を並べ（Ｓ４０４）、２２
０℃のリフロー炉で１０分間の半田付けを行なう（Ｓ４
０５）。その後、不要なフラックスを洗浄し（Ｓ４０
６）、φ０．３ｍｍのアルミニウムワイヤーを所定位置
にワイヤーボンディングし（Ｓ４０７）て実装する。
ドフレームを準備し（Ｓ４０３）、回路基板の所定の位
置にフラックス入りのクリーム半田をディスペンサーで
塗工してその上に半導体素子を並べ（Ｓ４０４）、２２
０℃のリフロー炉で１０分間の半田付けを行なう（Ｓ４
０５）。その後、不要なフラックスを洗浄し（Ｓ４０
６）、φ０．３ｍｍのアルミニウムワイヤーを所定位置
にワイヤーボンディングし（Ｓ４０７）て実装する。
【００５６】更に、モールド樹脂を準備し（Ｓ４０
８）、金属絶縁板上に接着シートおよび実装したリード
フレームを積層させてトランスファー成型金型中にセッ
トし、トランスファー成型機を用いて、リードフレーム
を押え込みながら１７５℃で１２０分の条件でトランス
ファ成型を実行する（Ｓ４０９）。なお、このトランス
ファ成型工程では、金属絶縁板上へのリードフレームの
接着と樹脂モールドとを同時に実行する。
８）、金属絶縁板上に接着シートおよび実装したリード
フレームを積層させてトランスファー成型金型中にセッ
トし、トランスファー成型機を用いて、リードフレーム
を押え込みながら１７５℃で１２０分の条件でトランス
ファ成型を実行する（Ｓ４０９）。なお、このトランス
ファ成型工程では、金属絶縁板上へのリードフレームの
接着と樹脂モールドとを同時に実行する。
【００５７】このようにして作製した半導体パワーモジ
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
【００５８】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
【００５９】〔実施例８〕図５は、本発明の半導体パワ
ーモジュールの第３の製造工程を説明するためのフロー
チャートで、先ず、酸化珪素フィラーを分散させたエポ
キシ樹脂をシート成型し、１０００×１０００×２ｍｍ
３のアルミニウム板上にプレス積層して絶縁樹脂層厚が
８０μｍの金属絶縁板を作製し、この金属絶縁板上に酸
化珪素フィラーを分散させた未硬化のエポキシ樹脂から
なる接着シートを重ねプレス成型し（Ｓ５０１）、この
大面積の接着シート付き金属絶縁板を４０×１００ｍｍ
２に打抜き加工する（Ｓ５０２）。別途、所定の回路パ
ターンに加工したリードフレームを準備し（Ｓ５０
３）、回路基板の所定の位置にフラックス入りのクリー
ム半田をディスペンサーで塗工してその上に半導体素子
を並べ（Ｓ５０４）、２２０℃のリフロー炉で１０分間
の半田付けを行なう（Ｓ５０５）。その後、不要なフラ
ックスを洗浄し（Ｓ５０６）、φ０．３ｍｍのアルミニ
ウムワイヤーを所定位置にワイヤーボンディングし（Ｓ
５０７）て実装する。
ーモジュールの第３の製造工程を説明するためのフロー
チャートで、先ず、酸化珪素フィラーを分散させたエポ
キシ樹脂をシート成型し、１０００×１０００×２ｍｍ
３のアルミニウム板上にプレス積層して絶縁樹脂層厚が
８０μｍの金属絶縁板を作製し、この金属絶縁板上に酸
化珪素フィラーを分散させた未硬化のエポキシ樹脂から
なる接着シートを重ねプレス成型し（Ｓ５０１）、この
大面積の接着シート付き金属絶縁板を４０×１００ｍｍ
２に打抜き加工する（Ｓ５０２）。別途、所定の回路パ
ターンに加工したリードフレームを準備し（Ｓ５０
３）、回路基板の所定の位置にフラックス入りのクリー
ム半田をディスペンサーで塗工してその上に半導体素子
を並べ（Ｓ５０４）、２２０℃のリフロー炉で１０分間
の半田付けを行なう（Ｓ５０５）。その後、不要なフラ
ックスを洗浄し（Ｓ５０６）、φ０．３ｍｍのアルミニ
ウムワイヤーを所定位置にワイヤーボンディングし（Ｓ
５０７）て実装する。
【００６０】次に、接着シート付き金属絶縁板上に素子
を実装したリードフレームをトランスファー成型金型中
に積層し（Ｓ５０８）、別途、モールド樹脂を準備し
（Ｓ５０９）、金属絶縁板上に接着シートおよび実装し
たリードフレームを積層させてトランスファー成型金型
中にセットし、トランスファー成型機を用いて、リード
フレームを押え込みながら１７５℃で１２０分の条件で
トランスファ成型を実行する（Ｓ５１０）。なお、この
トランスファ成型工程では、金属絶縁板上へのリードフ
レームの接着と樹脂モールドとを同時に実行する。
を実装したリードフレームをトランスファー成型金型中
に積層し（Ｓ５０８）、別途、モールド樹脂を準備し
（Ｓ５０９）、金属絶縁板上に接着シートおよび実装し
たリードフレームを積層させてトランスファー成型金型
中にセットし、トランスファー成型機を用いて、リード
フレームを押え込みながら１７５℃で１２０分の条件で
トランスファ成型を実行する（Ｓ５１０）。なお、この
トランスファ成型工程では、金属絶縁板上へのリードフ
レームの接着と樹脂モールドとを同時に実行する。
【００６１】このようにして作製した半導体パワーモジ
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
【００６２】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
【００６３】〔実施例９〕実施例２で説明したのと同様
の工程で作製した、リードフレームを接着した金属絶縁
板の所定の位置に、所定の形状に打抜いた、フラックス
を含まない半田シートおよび半導体素子を並べ、水素と
窒素の混合ガスの還元雰囲気でパージし、還元雰囲気の
熱処理炉で２７５℃、１０分保持して半田付けした。
の工程で作製した、リードフレームを接着した金属絶縁
板の所定の位置に、所定の形状に打抜いた、フラックス
を含まない半田シートおよび半導体素子を並べ、水素と
窒素の混合ガスの還元雰囲気でパージし、還元雰囲気の
熱処理炉で２７５℃、１０分保持して半田付けした。
【００６４】その後、洗浄を行なうことなく、φ０．３
ｍｍのアルミニウムワイヤーを所定位置にワイヤーボン
ディングし、最後にトランスファー成型機を使って１７
５℃で１２０分の条件で、樹脂モールドした。
ｍｍのアルミニウムワイヤーを所定位置にワイヤーボン
ディングし、最後にトランスファー成型機を使って１７
５℃で１２０分の条件で、樹脂モールドした。
【００６５】このようにして作製した半導体パワーモジ
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
【００６６】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
【００６７】〔実施例１０〕実施例２において説明した
のと同様の工程で作製した、リードフレームを接着した
金属絶縁板の所定の位置に、エポキシ樹脂が主成分の半
田フラックス入りの半田（アルファメタルズ社製ＡＰ４
０００）をディスペンサーで所定量分だけ塗布し、その
上に半導体素子を並べ、２２０℃で１０分間の条件でリ
フロー炉中で半田付けした。
のと同様の工程で作製した、リードフレームを接着した
金属絶縁板の所定の位置に、エポキシ樹脂が主成分の半
田フラックス入りの半田（アルファメタルズ社製ＡＰ４
０００）をディスペンサーで所定量分だけ塗布し、その
上に半導体素子を並べ、２２０℃で１０分間の条件でリ
フロー炉中で半田付けした。
【００６８】その後、洗浄を行なうことなく、φ０．３
ｍｍのアルミニウムワイヤーを所定位置にワイヤーボン
ディングし、最後にトランスファー成型機を使って１７
５℃で１２０分の条件で樹脂モールドした。
ｍｍのアルミニウムワイヤーを所定位置にワイヤーボン
ディングし、最後にトランスファー成型機を使って１７
５℃で１２０分の条件で樹脂モールドした。
【００６９】このようにして作製した半導体パワーモジ
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
ュールを用いて構成したインバータ回路の動作試験、お
よび、−４０〜１５０℃で１０００回のヒートサイクル
試験ともに充分に満足できる結果を得ることができた。
【００７０】ここで、インバータ回路の動作試験条件
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
は、ＩＧＢＴチップおよびＦＷＤチップの各々６チップ
とシャント抵抗1つを搭載させた６００Ｖ・２０Ａ定格
のモジュールにおいて、１２０％印加で３０分の運転を
行なったものであり、その合否判定は、別の制御回路に
より、３相のアウトプットの電流・電圧が安定して取り
出され、暴走や短絡がなく、かつ、運転時間中一定であ
るか否かで判断した。
【００７１】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、半導体パワーモジュールの配線パターンおよび外部
端子を構成しているリードフレームを、接着樹脂層を介
して絶縁樹脂層上に固着させる構成としたので、従来の
半導体パワーモジュールに比較して、放熱性に優れ、製
造コストが低く、かつ、絶縁特性が良好な半導体パワー
モジュールおよびその製造方法を提供することが可能と
なる。
ば、半導体パワーモジュールの配線パターンおよび外部
端子を構成しているリードフレームを、接着樹脂層を介
して絶縁樹脂層上に固着させる構成としたので、従来の
半導体パワーモジュールに比較して、放熱性に優れ、製
造コストが低く、かつ、絶縁特性が良好な半導体パワー
モジュールおよびその製造方法を提供することが可能と
なる。
【００７２】また、ヒートシンクと絶縁樹脂層からなる
金属絶縁板、接着樹脂層、および、予め素子を実装させ
たリードフレームを積層させた状態で、加圧加熱しなが
ら樹脂モールドすることとしたので、樹脂モールド時に
リードフレームが絶縁樹脂層上に接着樹脂層を介して固
着するため、プレス接着の工程が不要となり製造コスト
が更に削減される。
金属絶縁板、接着樹脂層、および、予め素子を実装させ
たリードフレームを積層させた状態で、加圧加熱しなが
ら樹脂モールドすることとしたので、樹脂モールド時に
リードフレームが絶縁樹脂層上に接着樹脂層を介して固
着するため、プレス接着の工程が不要となり製造コスト
が更に削減される。
【００７３】また、ヒートシンクと絶縁樹脂層とからな
る金属絶縁板に、予め接着樹脂層を形成することとした
ので、大面積の金属絶縁板を製造することが可能とな
り、接着樹脂層を形成する際に接着シートのみを打抜く
工程が不要となり、製造コストを更に削減することがで
きる。
る金属絶縁板に、予め接着樹脂層を形成することとした
ので、大面積の金属絶縁板を製造することが可能とな
り、接着樹脂層を形成する際に接着シートのみを打抜く
工程が不要となり、製造コストを更に削減することがで
きる。
【００７４】また、リードフレーム上の所定の位置に、
板半田、半導体素子、制御素子を配置させて還元雰囲気
中でパージし、その状態で所定の温度に維持することと
したので、半導体素子を制御する素子がリードフレーム
上に半田付けされ、半田付け後の洗浄なしにワイヤーボ
ンディングが可能となり、製造コストをさらに削減する
ことができる。
板半田、半導体素子、制御素子を配置させて還元雰囲気
中でパージし、その状態で所定の温度に維持することと
したので、半導体素子を制御する素子がリードフレーム
上に半田付けされ、半田付け後の洗浄なしにワイヤーボ
ンディングが可能となり、製造コストをさらに削減する
ことができる。
【００７５】また、リードフレーム上の所定の位置に、
エポキシ樹脂が主成分の半田フラックス入りの半田を塗
工し、半導体素子や制御素子を配置して、その状態で所
定の温度に維持することとしたので、半導体素子および
制御素子の半田付け後の洗浄なしにワイヤーボンディン
グが可能となり、製造コストをさらに削減することがで
きる。
エポキシ樹脂が主成分の半田フラックス入りの半田を塗
工し、半導体素子や制御素子を配置して、その状態で所
定の温度に維持することとしたので、半導体素子および
制御素子の半田付け後の洗浄なしにワイヤーボンディン
グが可能となり、製造コストをさらに削減することがで
きる。
【００７６】また、絶縁樹脂層の材料を、酸化珪素、酸
化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素からなるフィラー群のうち１種類以上を含有するエ
ポキシ樹脂としたので、絶縁樹脂層の熱伝導率が高くな
り、放熱性を向上させることが可能となる。
化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素からなるフィラー群のうち１種類以上を含有するエ
ポキシ樹脂としたので、絶縁樹脂層の熱伝導率が高くな
り、放熱性を向上させることが可能となる。
【００７７】また、絶縁樹脂層の厚みを５０〜１５０μ
ｍとし、かつ、接着樹脂層の厚みを１０〜５０μｍとし
たので、電気絶縁性、絶縁信頼性、および、熱抵抗率と
いった諸特性のバランスを望ましい状態に設定すること
が可能となる。
ｍとし、かつ、接着樹脂層の厚みを１０〜５０μｍとし
たので、電気絶縁性、絶縁信頼性、および、熱抵抗率と
いった諸特性のバランスを望ましい状態に設定すること
が可能となる。
【００７８】また、リードフレームの一部を、金属絶縁
板の沿面と絶縁させるために段差を有するように屈曲さ
せることとしたので、ヒートシンクの沿面との絶縁距離
を大きくすることができて絶縁性を高めることが可能と
なり、更に、リードフレームの屈曲部をヒートシンクの
端部からの寸法が２ｍｍ以上内側に入っており、ヒート
シンク端部でのリードフレームの浮き上り寸法が１ｍｍ
以上としたので、リードフレームの加工不良や電気絶縁
不良を低減させることができる。
板の沿面と絶縁させるために段差を有するように屈曲さ
せることとしたので、ヒートシンクの沿面との絶縁距離
を大きくすることができて絶縁性を高めることが可能と
なり、更に、リードフレームの屈曲部をヒートシンクの
端部からの寸法が２ｍｍ以上内側に入っており、ヒート
シンク端部でのリードフレームの浮き上り寸法が１ｍｍ
以上としたので、リードフレームの加工不良や電気絶縁
不良を低減させることができる。
【００７９】更に、モールド用樹脂の熱膨張率を、ヒー
トシンクの熱膨張率の８０〜１１０％と設定することと
したので、モールド後のクラックがなく、また、ヒート
サイクルとパワーサイクルによる信頼性を向上させるこ
とが可能となる。
トシンクの熱膨張率の８０〜１１０％と設定することと
したので、モールド後のクラックがなく、また、ヒート
サイクルとパワーサイクルによる信頼性を向上させるこ
とが可能となる。
【図１】本発明の半導体パワーモジュールの構成例を説
明するための図である。
明するための図である。
【図２】本発明の半導体パワーモジュールの、第1の製
造工程例を説明するためのフローチャートである。
造工程例を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の半導体パワーモジュールの、リードフ
レーム形状を説明するための図である。
レーム形状を説明するための図である。
【図４】本発明の半導体パワーモジュールの、第２の製
造工程例を説明するためのフローチャートである。
造工程例を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の半導体パワーモジュールの、第３の製
造工程例を説明するためのフローチャートである。
造工程例を説明するためのフローチャートである。
【図６】従来の半導体パワーモジュールの製造工程を説
明するためのフローチャートである。
明するためのフローチャートである。
１、３１ ヒートシンク
２、３２ 絶縁樹脂層
３、３３ 接着樹脂層
４、３４ リードフレーム
５、３５ 半田
６ 素子
７ ボンディングワイヤ
８、３６ モールド樹脂
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 米澤 栄一
神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号
富士電機株式会社内
Ｆターム(参考） 4M109 AA01 BA01 CA21 DB02 FA00
GA05
5F061 AA01 BA01 CA21 DD13 FA05
5F067 AA02 AA03 CA02 CB02 CC02
CC09
Claims (11)
- 【請求項１】 板状金属のヒートシンクの一方の主面
に、電気絶縁性で熱良導性の絶縁樹脂層を備えて構成し
た金属絶縁板と、該金属絶縁板の前記絶縁樹脂層上に設
けられたリードフレームとからなり、前記金属絶縁板と
前記リードフレームとが接着樹脂層を介して固着されて
いることを特徴とする半導体パワーモジュール用回路基
板。 - 【請求項２】 前記絶縁樹脂層が、酸化珪素、酸化アル
ミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、および、窒化
ホウ素のうちの少なくとも１種類以上のフィラーを含有
するエポキシ樹脂からな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用回路基板。 - 【請求項３】 前記絶縁樹脂層の厚さが５０〜１５０μ
ｍであり、かつ、前記接着樹脂層の厚さが１０〜５０μ
ｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導
体パワーモジュール用回路基板。 - 【請求項４】 前記リードフレームに段差状の屈曲部を
有し、前記リードフレームの一部と前記ヒートシンクの
主面とが所望の間隔だけ離隔していることを特徴とする
請求項１乃至３何れかに記載の半導体パワーモジュール
用回路基板。 - 【請求項５】 前記リードフレームの屈曲部は、前記ヒ
ートシンクの主面の端部から２ｍｍ以上内側に位置して
おり、かつ、前記リードフレームの一部と前記ヒートシ
ンクの主面との間隔が１ｍｍ以上となるように屈曲して
いることを特徴とする請求項４に記載の半導体パワーモ
ジュール用回路基板。 - 【請求項６】 請求項１乃至５何れかに記載の半導体パ
ワーモジュール用回路基板と、該回路基板に備えられた
前記リードフレーム上に半田付けされた半導体素子と、
該半導体素子と前記リードフレームとを電気的に接続す
るためのボンディングワイヤとを備え、前記リードフレ
ームの外端部および前記ヒートシンクの他方の主面以外
の部分がモールド用樹脂でモールドされていることを特
徴とする半導体パワーモジュール。 - 【請求項７】 前記モールド用樹脂の熱膨張率が、前記
ヒートシンクの熱膨張率の６０〜１１０％であることを
特徴とする請求項６に記載の半導体パワーモジュール。 - 【請求項８】 板状金属のヒートシンクの一方の主面
に、電気絶縁性で熱良導性の絶縁樹脂層を設けて金属絶
縁板を形成するステップと、 前記絶縁樹脂層上の所望の場所に接着シートを載置する
ステップと、 リードフレーム上の所望の位置に半導体素子を半田付け
するステップと、 前記接着シート上に、前記半導体素子を半田付けした前
記リードフレームを載置するステップと、 前記リードフレーム上に半田付けした前記半導体素子
を、前記リードフレームの所望の位置にワイヤボンディ
ングするステップと、 前記金属絶縁板と、前記接着シートと、前記リードフレ
ームとを積層させた状態で樹脂モールドするステップと
からなり、 前記樹脂モールド時の加圧・加熱により、前記接着シー
トを介して前記リードフレームを前記絶縁樹脂層上に固
着させることを特徴とする半導体パワーモジュールの製
造方法。 - 【請求項９】 前記絶縁樹脂上に前記接着シートを載置
した状態で前記金属絶縁板をプレス成型するステップを
有することを特徴とする請求項８に記載の半導体パワー
モジュールの製造方法。 - 【請求項１０】 前記半田付けは、前記リードフレーム
上の所望の位置に板半田を載置し、該板半田上に前記半
導体素子を配置させ、還元雰囲気中の所定温度下で前記
半導体素子を前記リードフレーム上に固着させ、前記半
田付け後の洗浄なしに前記ワイヤボンディングをおこな
うことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体パワ
ーモジュールの製造方法。 - 【請求項１１】 前記半田付けは、予め前記リードフレ
ーム上の所望の位置にエポキシ樹脂を主成分とするフラ
ックス入りの半田を塗工し、該半田の塗工箇所に前記半
導体素子を配置させ、還元雰囲気中の所定温度下で前記
半導体素子を前記リードフレーム上に固着させ、前記半
田付け後の洗浄なしに前記ワイヤボンディングをおこな
うことを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体パワ
ーモジュールの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001312641A JP3846699B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 半導体パワーモジュールおよびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003124400A true JP2003124400A (ja) | 2003-04-25 |
| JP3846699B2 JP3846699B2 (ja) | 2006-11-15 |
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ID=19131261
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001312641A Expired - Fee Related JP3846699B2 (ja) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | 半導体パワーモジュールおよびその製造方法 |
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|---|---|
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| KR101361218B1 (ko) * | 2007-06-21 | 2014-02-10 | 엘지이노텍 주식회사 | Ｉｍｓ 기판 모듈 |
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| DE102013223430A1 (de) * | 2013-11-18 | 2015-05-21 | BSH Hausgeräte GmbH | Vorrichtung mit einem Leistungselektronikmodul zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers eines Haushaltsgeräts mit elektrischer Versorgungsspannung, Haushaltsgerät und Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung |
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