JP2007184315A - Resin-sealed power semiconductor module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an epoxy resin sealed IGBT module in which miniaturization, high output, high reliability, and long lifetime are attained. <P>SOLUTION: In the power semiconductor module, a ceramics substrate, to which an Si chip is bonded, is soldered to a copper base, two rows or more of trench are formed in the surface of the copper base around the ceramics substrate, the entire region to be sealed is coated uniformly with polyamide resin with a thickness of 10 μm or smaller and then transfer-molding of epoxy resin is carried out. Furthermore, connectors employed are all female connectors and are exposed only to the upper surface of the sealing region, only the inside of the upper surface of copper base are made to serve as the sealing region, and a plurality of attaching holes are provided in the copper base on the outside of the sealing region. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、パワー半導体モジュール、特に、車載用途等の信頼性が高く、寿命が長いIGBTモジュールの構造に関する。 The present invention is a power semiconductor module, in particular, high reliability such as automotive applications, to a structure of a long life IGBT module.

定格電流が百アンペア程度以上の大容量IGBTモジュール等、大容量パワー半導体モジュールの封止形態は、パワー半導体チップ、絶縁基板、金属ベース他が接着され内蔵されている樹脂ケース中を、シリコーンゲル等のソフトレジンで封止する構造が一般的である。 Such as a large-capacity IGBT modules than about rated current hundred amperes sealing form of the large-capacity power semiconductor module, the power semiconductor chip, an insulating substrate, a resin case in which the metal base other are built is adhered, silicone gel, etc. structure is sealed with a soft resin is generally used. これは、各種異種部材が接合されているため、歪や、応力が内在した構造体を、剛性の高い樹脂で封止すると、封止時に新たに大きな応力を発生させ、内蔵部材を破壊させる懸念があり、構造的に成立しにくいためである。 Concerns This is because the various different members are bonded, distortion and the stress structure inherent and sealed with high rigidity resin, which generates a new large stress at the time of sealing, thereby destroying the internal member There are, is because the structurally difficult to hold.

一方、定格電流数十アンペア以下の低容量パワー半導体モジュールでは、非絶縁性ディスクリートパッケージに代表されるように、構造が比較的単純で、かつ小型であるため、ハードレジンであるエポキシ樹脂で封止しても、上述の大容量パワー半導体モジュールで生じた応力による問題が、発生しづらい。 Meanwhile, in the following low-capacity power semiconductor module rated current several tens amperes, as represented by non-insulating discrete package, since the structure is relatively simple, and a small, sealed with an epoxy resin is a hard resin even if, a problem due to the stress caused by the high-capacity power semiconductor module described above, hard to occur. そのために、これらの低容量パワー半導体モジュールでは、エポキシ樹脂でトランスファモールドする構造が、採用されている。 Therefore, in these low-capacity power semiconductor module, the structure of transfer molding with epoxy resin, is employed. このようにトランスファモールドされたパッケージでは、内蔵された部材間の接合応力が分散・低減されることが知られている。 This transfer molded package as bonding stress between the built-in member is known to be dispersed and reduced.

特許文献1には、図12に断面模式図を示すような、トランスファモールドを大容量パワー半導体モジュールに適用したものが開示されている。 Patent Document 1, as shown a schematic sectional view in FIG. 12, an application of the transfer mold to a large-capacity power semiconductor module is disclosed. 特許文献1では、パッケージ1200の絶縁を、大容量品では一般的なセラミックス基板ではなく、応力発生の少ない柔らかい絶縁樹脂シート1204で実現し、熱伝導率が低い絶縁樹脂シート1204の欠点を解消するために、厚く、大きな銅製のヒートスプレッダ1206を採用し、この上にパワー半導体チップ1202をはんだ1203で接着し、熱を大きく拡散させて伝熱面積を大きくして熱抵抗の低下を図っている。 In Patent Document 1, the insulation package 1200, rather than the typical ceramic substrates in high-capacity products, realized with a soft insulating resin sheet 1204 less stress generation, thermal conductivity to overcome the disadvantages of low insulating resin sheet 1204 for thick, employs a large copper heat spreader 1206, bonding the power semiconductor chip 1202 on this solder 1203, heat is greatly diffused by increasing the heat transfer area and thereby achieving a reduction in thermal resistance. 線膨張係数が大きく異なるSiと銅を接着する場合、接着はんだ層の応力が大きくなり、亀裂が発生がするが、特許文献1では全体をエポキシ樹脂1201で封止して、はんだ1203の応力・歪を分散、低減し、温度サイクルによるクラック防止を図っている。 If the linear expansion coefficient to adhere significantly different Si and copper, stress of the adhesive solder layer becomes large, but cracks occurred is, entirely sealed in Patent Document 1 with an epoxy resin 1201, the stress of the solder 1203, dispersion distortion, reduced, thereby achieving anti-cracking due to temperature cycling.

特許文献2には、パワー半導体モジュールの一箇所で良好な熱的接触を実現するために、封止樹脂にボルト用貫通孔を備え、特別な取り付け治具を用いるものが開示されている。 Patent Document 2, in order to achieve good thermal contact with one place of the power semiconductor module, comprising a bolt through hole in the sealing resin, there is disclosed one using a special mounting fixture.

エポキシ樹脂で封止するパッケージは、上述したように、内蔵物の応力が分散・低減することが特徴である。 Packages sealed with epoxy resin, as described above, the stress of the internal object is characterized by dispersing and reducing. しかしながら、この効果は、内蔵物と封止エポキシ樹脂の接着性が良好であって初めて達成される。 However, this effect, the adhesion of internals and the sealing epoxy resin is achieved only a good. しかしながら、エポキシ樹脂の接着性は十分ではないのが現状である。 However, adhesion of the epoxy resin is at present not enough. そこで、特許文献3では、エポキシ樹脂と内蔵物の界面にポリアミド樹脂をコーティングして接着性を確保している。 Therefore, in Patent Document 3, it has secured an adhesive by coating a polyamide resin at the interface of the epoxy resin with internals.

特開2004−165281号公報(図2と、(0056)段落から(0060)段落の記載。) JP 2004-165281 JP (and FIG. 2, (0056), paragraph (0060) paragraph description.) 特開2004−87552号公報(図1、図2と、(0008)段落から(0010)段落の記載。) JP 2004-87552 JP (FIG. 1, and FIG. 2, (0008), paragraph (0010) paragraph description.) 特開2003−124406号公報(図1と、(0024)段落から(0025)段落の記載。) JP 2003-124406 JP (as Fig. 1, (0024), paragraph (0025) paragraph description.)

前記特許文献1に開示のパワーモジュールでは、パッケージの放熱器への取り付けが困難である。 Wherein the disclosed power module in Patent Document 1, it is difficult attachment to the package of the radiator. また、特許文献2に開示のパワーモジュールでは取り付けに特別な冶具が必要になるので、工数を含め実装コストが増大する。 Moreover, since a special jig is required in mounting the disclosure power module in Patent Document 2, the mounting cost including labor increases. また、特許文献2の構造では、中央の取り付けボルト用貫通穴はパッケージに穴を穿って作られており、ボルトが封止樹脂を締結するので、樹脂のクリープによる締結力の経年劣化の懸念がある。 Further, in the structure of Patent Document 2, the central mounting bolt through hole is made by drilled holes in the package, since the bolt fastening the sealing resin, concerns aging of the fastening force due to creep of the resin is there.

また、特許文献3に開示のパワーモジュールでは、コーティング樹脂がエポキシ樹脂に比べて柔らかいために、接着性が改善される一方、エポキシ樹脂の応力分散・低減効果が減少する可能性がある。 Further, the disclosed power module in Patent Document 3, the coating resin for softer than the epoxy resin, while the adhesion is improved, there is a possibility that the stress distribution and the reduction effect of the epoxy resin decreases.

本発明の目的は、パワー半導体素子をトランスファモールド等によりエポキシ封止するモジュールで、モジュールのサイズを大型にすることなく、放熱ベースへの固定や配線部材の取り付けが容易で、内蔵部材とエポキシ樹脂の接着性を、エポキシ封止による部材の応力分散・低減を損なうことなく実現したパワー半導体モジュールを提供することである。 An object of the present invention is a module for epoxy molding by transfer molding or the like power semiconductor device, without the size of the module in large, easy mounting of the fixing and wiring member to the heat radiating base, internal member and an epoxy resin the adhesive is to provide a power semiconductor module that realizes without damaging stress distribution and the reduction of member by epoxy sealing.

本発明は、モジュールサイズを増大させること無く、放熱板(金属ベース)のボルト締めによるモジュール取り付けを実現するため、エポキシ封止領域を金属ベースの内側とし、封止領域外側の金属ベース領域をモジュール取り付け領域としている。 The present invention, without increasing the module size, in order to realize a module attachment by bolting of the heat sink (metallic base), an epoxy sealing area and the inside of the metal base, the module sealing region outside the metal base region It is the mounting area. 本構造は、封止領域の最外周に、溝、突起等の封止樹脂かしめ手段を設けるとともに、封止樹脂と内蔵部材の接着層となる、エポキシ樹脂よりも硬度の低いコーティング層を内蔵部材に設けることで、封止エポキシ樹脂と部材との接着性を強固にして実現される。 This structure, the outermost periphery of the sealing region, grooves, provided with a sealing resin caulking means such as projections, and the adhesive layer of the sealing resin and internal member, built member lower coating layer hardness than the epoxy resin by providing a are realized by strengthening the adhesion between the sealing epoxy resin and the member. また、従来技術のエポキシ封止パッケージでは、パッケージの側面から出していた端子を、エポキシ樹脂封止領域の上面に露出させることで、上記、金属ベース内側の封止領域を実現し、モジュールの大幅な小型化を実現している。 Further, in the prior art epoxy sealed package, the terminals that were out of the side surfaces of the package, by exposing the upper surface of the epoxy resin sealing area, to achieve the above, the sealing region of the metal base inside width of the module It is realized such miniaturization. さらに、本構造は、必要に応じ、端子の強度を低減させ、内蔵物に過度な応力を発生させないようにして実現している。 Furthermore, the structure is needed, reduce the strength of the terminal is realized so as not to generate excessive stresses on the internals.

本発明のパワー半導体モジュールは放熱器との良好な熱的接触を実現した。 Power semiconductor module according to the present invention has been achieved good thermal contact with the heat sink. さらに、本発明のパワー半導体モジュールは、エポキシ樹脂の内蔵物歪分散・低減効果を損なうことなく、モジュールの信頼性・寿命を大幅に向上させることができる。 Furthermore, the power semiconductor module of the present invention is to provide a built-in strain distribution and reduction effect of the epoxy resin, the reliability and life of the module can be greatly improved.

本発明のIGBTモジュールは、従来技術のシリコーンゲル封止に代えて、エポキシ樹脂でトランスファモールド封止し、長寿命と、高い信頼性とを実現できる構造とした。 IGBT module according to the present invention, instead of the silicone gel sealing of the prior art, sealed transfer molding sealed with an epoxy resin, has a structure capable of realizing a long life and a high reliability. 本発明のエポキシ樹脂でトランスファモールド封止したIGBTモジュールは、封止樹脂と部材の接着性改善を、部材の応力分散・低減効果を損なわないように実現し、かつ、モジュールサイズを大型化させずに、信頼性が高いモジュール取り付け手段である金属ベースをボルト締結する取り付けとした。 IGBT module sealed transfer molding sealed with an epoxy resin of the present invention, the adhesion-improving the sealing resin and the member, realized so as not to impair the stress distribution and the effect of reducing the member, and, without enlarging the module size a, and the metal base higher reliability module mounting means and mounting the bolt. 以下、本発明の詳細を図面を用いながら説明する。 It will be described below using detailed drawings of the present invention.

図1は、本実施例IGBTモジュールの断面摸式図であり、図7は本実施例に使用される放熱ベースである銅ベースの平面模式図、図8は、図7中のモールド樹脂かしめ領域の断面摸式図である。 Figure 1 is a sectional schematic view of the embodiment IGBT module, FIG. 7 is a schematic plan view of a copper base is a heat dissipating base used in the present embodiment, FIG. 8, the molding resin caulked region in FIG. 7 it is a cross-sectional schematic view. 本実施例では、銅ベース109が、放熱フィン110を裏面に有するフィン付き銅ベースである。 In this embodiment, copper base 109, a copper-based finned having radiating fins 110 on the rear surface. すなわち、本実施例のIGBTモジュールでは、放熱フィン110が付いた銅ベース109に直接冷却水が当てられることによりモジュールが冷却される。 That is, in the IGBT module of this embodiment, the module is cooled by direct cooling water is applied to the copper base 109 to the heat radiating fin 110 is attached. 図11は、本実施例のモジュール長手方向の断面構造模式図である。 Figure 11 is a sectional schematic view of the module longitudinal present embodiment.

本実施例のIGBTモジュール100の定格電圧/電流は、各々600V/400Aである。 Rated Voltage / current of the IGBT module 100 of the present embodiment are each 600V / 400A. IGBTチップ104とこのIGBTチップ104の主電極に逆並列に接続したFree Wheeling Diodeチップ(FWDチップ105と以下略す。)は、シリコンの各2チップが並列で一枚の銅貼りの回路パターンが付いたAlN基板107に、はんだ106で接着されている。 The Free Wheeling Diode chips connected in antiparallel to the main electrode of the IGBT chip 104 Toko of the IGBT chip 104 (the FWD chip 105 abbreviated hereinafter.), Each 2 chips of silicon with a piece of copper-clad circuit pattern in parallel and the AlN substrate 107 are bonded with solder 106. 図1ではIGBT、FWD各々1チップの断面が示されている。 In Figure 1 IGBT, the cross section of the FWD each one chip is shown. 銅貼りの回路パターンが付いたAlN基板107の部材厚さは、以下の通りである。 Member thickness of the AlN substrate 107 with the circuit pattern of the copper-clad are as follows. 表面回路パタン厚さ0.3mm、裏面銅板厚さ0.2mm、AlN厚さ0.635mm である。 Surface circuit pattern thickness 0.3 mm, the back surface copper thickness 0.2 mm, a AlN thickness 0.635 mm. IGBTチップ104、FWDチップ105の厚さは0.35mmであり、はんだ106の厚さは0.1mmである。 The thickness of the IGBT chips 104, FWD chip 105 is 0.35 mm, the thickness of the solder 106 is 0.1 mm. このはんだ106は、融点300℃程度の高融点はんだである。 The solder 106 is a high melting point solder melting point of about 300 ° C..

パワー半導体チップが搭載されたAlN基板107は、融点180℃程度の低融点のはんだ108で、銅ベース109にはんだ接着されている。 AlN substrate 107 to the power semiconductor chip is mounted, a low melting point of the solder 108 melting point of about 180 ° C., and is soldered to the copper base 109. このはんだ108の厚さは0.2mmである。 The thickness of the solder 108 is 0.2 mm. 銅ベース109の材質は無酸素銅であり、平板部厚さが3mmである。 The material of the copper base 109 is oxygen-free copper, is 3mm flat portion thickness. 放熱フィン110の高さ、幅、間隔は各々8mm、1mm、1.5mm である。 The height of the radiation fins 110, the width, spacing are each 8 mm, 1 mm, 1.5 mm. これらの寸法は、冷却水を通流した際の圧力損失を可能な限り低減し、かつ、冷却能力向上に配慮した構造となっている。 These dimensions are reduced as much as possible the pressure loss at the time of flowing through the cooling water, and has become a conscious structure cooling capacity increase. 銅貼りのAlN基板107の銅板、及び銅ベース109の表面は、いずれもニッケルメッキ処理されている。 Copper-clad copper plate of the AlN substrate 107, and the surface of the copper base 109 are both nickel-plating treatment. このニッケルメッキ層の厚さは、6μm程度であり、はんだ106、108による接着の信頼性を考慮してニッケルメッキ処理を実施している。 The thickness of the nickel plating layer is about 6 [mu] m, it is implementing nickel plating treatment in consideration of the reliability of the bonding by solder 106, 108. 銅ベース109には貫通穴112が設けられ、この貫通穴112にボルトなどを通して、IGBTモジュール100を図示していないヒートシンクへ取り付ける。 The copper base 109 through hole 112 is provided, attached to the through hole 112 volts through such, to a heat sink (not shown) the IGBT module 100.

本実施例では、M6ボルトでの締結を想定しており、貫通穴112は6.6mmφとしている。 In the present embodiment assumes the engagement with M6 bolt through hole 112 is set to 6.6Mmfai. Siパワー半導体チップであるIGBTチップ104と、FWDチップ105とから主端子101への電気的接続は、線径400μmのAlワイヤ103で実施され、本Alワイヤ103での接続、及び、銅ベース109へのAlN基板107へのはんだ接着が完了した構造で、トランスファモールドされる。 The IGBT chip 104 is Si power semiconductor chip, the electrical connections from the FWD chip 105. the main terminal 101 is carried out in the Al wire 103 having a diameter of 400 [mu] m, the connection of the present Al wire 103, and a copper base 109 in the structure of the solder bonding is completed to the AlN substrate 107 to be transfer molding.

図1の符号111が封止樹脂を示し、この領域がトランスファモールドされたエポキシ樹脂の領域である。 Reference numeral 111 of FIG. 1 shows a sealing resin, which is a region of the epoxy resin this area is transfer molding. 封止樹脂111の高さである封止領域厚さ113は、7mmである。 The height sealed region thickness 113 of the sealing resin 111 is 7 mm. この高さは、Alワイヤ103が封止樹脂から露出せず、かつ十分な絶縁が確保できるような余裕がある高さにしてある。 This height, Al wire 103 is not exposed from the sealing resin, and sufficient insulation are to a certain height can afford such can be secured. 本実施例に用いたエポキシ樹脂の線膨張係数αは16ppm 程度で、弾性係数Eは、16GPa程度である。 In the linear expansion coefficient α is about 16ppm of epoxy resin used in this embodiment, the elastic modulus E is about 16 GPa. 本実施例のパワーモジュールでは、このような物性にしたので、モジュール底面の反りを0.1mm程度以下にできた。 In the power module of this embodiment, since such a property could be warpage of the module bottom below about 0.1 mm. この理由は、封止樹脂111であるエポキシ樹脂の線膨張係数αが銅ベースの線膨張係数αとほぼ一致しているためである。 This is because the linear expansion coefficient of the epoxy resin is a molding resin 111 alpha is substantially equal to the alpha coefficient of linear expansion of the copper base.

本実施例の特徴は、トランスファモールドした封止樹脂111と銅ベース109のかしめ用溝102、及び、外部接続用の主端子101である。 This embodiment is characterized in caulking grooves 102 of the sealing resin 111 and the copper base 109 which is transfer molding, and is the main terminal 101 for external connection. まず、かしめ用溝102を配置したかしめ領域について、図7と図8を使用して説明する。 First, the caulking area arranged caulking groove 102 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. トランスファモールドは、高圧力下でエポキシ樹脂を注入硬化させるため、大気圧下で樹脂を滴下させた後に硬化させる、いわゆるポッティング法と比べ、接着性が向上すると考えている。 Transfer molding believes for injecting curing the epoxy resin under high pressure, is cured after dropwise resin under atmospheric pressure, compared to the so-called potting, adhesive property is improved. しかしながら、ニッケルメッキとエポキシ樹脂の接着性が悪いことが知られている。 However, it is known that poor adhesion of the nickel plating and epoxy resin. そこで、本実施例では、ニッケルメッキされた部材である、銅貼りのAlN基板107と銅ベース109とエポキシ樹脂との接着性を確保することは極めて重要である。 Therefore, in this embodiment, is a member that is nickel plated, it is very important to ensure the adhesion between the copper-clad of the AlN substrate 107 and the copper base 109 and an epoxy resin. また、AlN基板107を接着するはんだ108は、本実施例のIGBTモジュール100の熱疲労耐量を決定する部材であり、はんだ108と周囲の樹脂との接着性に対してもっとも配慮しなければならない。 Also, the solder 108 for bonding the AlN substrate 107 is a member for determining the thermal fatigue capability of the IGBT module 100 of the present embodiment shall be the most attention with respect to adhesion between the solder 108 and the peripheral resin. そこで、本実施例のIGBTモジュールでは、封止樹脂111であるエポキシ樹脂と銅ベース109のかしめ領域のかしめ用溝102をAlN基板107の極近傍に配置している。 Therefore, in the IGBT module of this embodiment has a caulking groove 102 of the caulking area of ​​epoxy resin and copper base 109 is a sealing resin 111 is disposed in close proximity to the AlN substrate 107.

図7に示すように、2列のかしめ用溝701間の突起702を、封止樹脂111のエポキシ樹脂は成形硬化過程で、自身の収縮により強く圧縮し、かしめる。 As shown in FIG. 7, the projection 702 between the two rows of caulking groove 701, an epoxy resin of the sealing resin 111 is molded curing process, compressed strongly by their contraction, caulking. また、図7中、20箇所設けられたかしめ用逆テーパ領域703は、このかしめ力をより強固にするための領域である。 Further, in FIG. 7, the caulking reverse taper region 703 which is provided 20 locations is an area for the caulking force stronger. 断面を図8に示す。 The cross section shown in FIG. かしめ用逆テーパ領域703は、2本の溝を製造した後に、プレスにより、溝の一部をつぶして、図8示したように逆テーパ構造を形成して、封止樹脂の剥離を防止できる構造になっている。 Caulking reverse taper region 703, after producing the two grooves, by press, crushed part of the groove, to form a reverse taper structure as shown FIG. 8, it is possible to prevent the peeling of the sealing resin It has a structure. 本実施例ではこのような構造になっているので、封止領域が銅ベース109の内側上面のみにもかかわらず、良好な接着性を確保できる。 Since in this embodiment has such a structure, even though only the top inner surface of the sealing region is a copper base 109, it can ensure good adhesion. このため、モジュール取り付けボルト用の貫通穴112を封止領域の外側に、モジュールサイズを大きくする事なく配置することが可能となった。 Therefore, the through holes 112 for module mounting bolts on the outside of the sealing region, it becomes possible to arrange without increasing the module size.

次に、本実施例の端子構造を説明する。 Next, the terminal structure of this embodiment. 従来技術のトランスファモールドによるモジュール構造は、図12に示すように、エポキシ樹脂1201の側面から主端子1207、制御端子1208を取り出す形状である。 Module structure according to the transfer molding of the prior art, as shown in FIG. 12, the main terminal 1207 from the side of the epoxy resin 1201, a shape to take out the control terminal 1208. この形状をそのまま本実施例のモジュールに採用すると、銅ベース109の外側に主端子や、制御端子が横に張り出し、大型化は避けられない。 By adopting this shape as the module of the present embodiment, and the main terminal on the outside of the copper base 109, a control terminal overhang laterally, size is inevitable. そこで本実施例では、図1に示すように主端子101を銅ブロックとし、AlN基板107上にはんだ等で接着する構造とした。 Therefore, in the present embodiment, the main terminals 101 as shown in FIG. 1 as a copper block, has a structure of adhering with solder or the like on the AlN substrate 107. 主端子101の銅ブロックの材質は無酸素銅であり、表面は厚さ6μm程度のニッケルメッキが形成されている。 The material of the copper block main terminal 101 is oxygen-free copper, the surface is formed a thickness 6μm of about nickel plating. このような構造とすることで、図示していないが、トランスファモールド成型時に上型で主端子101上面を固定する事ができ、封止領域上面に主端子101表面を露出させる事ができる。 With such a structure, not shown, can fix the main terminal 101 top in the upper die during the transfer molding, it is possible to expose the main terminal 101 surface sealing region upper surface. 本実施例のような構造では、成型時の金型プレス圧力は、主端子101である銅ブロックを介してAlN基板107等の部材に印加されるため、主端子101の銅ブロックを予め高温で焼きなまして、降伏応力を50MPa程度以下にしておき、金型で押さえた時の部材破損の懸念をなくしている。 The structure of this embodiment, the mold press pressure at the time of molding, through the copper block to be applied to a member such as AlN substrate 107, advance at a high temperature copper block main terminal 101 is a main terminal 101 annealing Te, leave the yield stress below about 50 MPa, eliminating the concern of members damaged when pressed with a mold. 本実施例の構造で、封止領域上面に露出した主端子101と外部配線との接続は、はんだ接着、あるいは、専用の固定治具等を使用する。 In the structure of this embodiment, the connection between the main terminals 101 and the external circuit exposed in the sealing region upper surface is soldered, or use a dedicated fixing jig or the like.

本実施例では、モジュール中の絶縁基板はAlN基板107であったがこれだけには限らず、セラミックスの材質は、アルミナ、SiN等であってもよい。 In this embodiment, the insulating substrate in the module was AlN substrate 107 is not limited to this, the material of the ceramics, alumina may be SiN. 特に、高い熱伝導率と高い強度を兼ね備えた銅貼りSiN基板は、本実施例のパワー半導体モジュールに適したセラミックス基板である。 In particular, copper clad SiN substrate that combines high strength and high thermal conductivity is a ceramic substrate suitable for power semiconductor module of this embodiment. また、本実施例ではIGBTモジュールの金属ベースとして、一般的な銅ベースを用いたが、軽量化を考慮して、アルミをベース材として使用してもよい。 Further, as the metal base of the IGBT module in this embodiment uses a common copper base, taking into account the weight reduction, it may be used aluminum as the base material. アルミをベース材として使用する場合は、セラミックス基板の材質はアルミナが好ましい。 When using aluminum as the base material, the material of the ceramic substrate is an alumina is preferred. この理由は、アルミとAlNあるいはSiNとでは線膨張係数αの差が大きすぎ、パワーモジュールの製造過程での反りが許容量(例えば0.2mm)を超えたり、あるいは、セラミックス基板に割れを生じる可能性があるためである。 This is because the resulting difference is too large linear expansion coefficient α in the aluminum and AlN or SiN, warping in the manufacturing process or exceeds an allowable amount (e.g., 0.2 mm) of the power module, or a crack in the ceramic substrate because it is likely to be. そこで、AlN、SiNとくらべて線膨張係数αの大きなアルミナ基板とを用いることで、この不具合を回避できる。 Therefore, by using AlN, and a large alumina substrate of linear expansion coefficient α as compared with the SiN, it can be avoided this problem. この場合、封止エポキシ樹脂の線膨張係数αをアルミと合わせる事が望まれ、封止エポキシ樹脂の線膨張係数αを23ppm程度とすることが望ましい。 In this case, it is desirable to match the linear expansion coefficient of the sealing epoxy resin α and aluminum, it is desirable that the linear expansion coefficient of the sealing epoxy resin α of about 23 ppm.

本実施例のIGBTモジュールのフィン長手方向構造を図11に示す。 Fin longitudinal structure of the IGBT module of this embodiment is shown in FIG. 11. 図11のIGBTモジュール1100は、三相モジュールであって、図11では、IGBTチップ、Alワイヤ、はんだ層等を省略し、銅貼りのAlN基板1103、フィン付きの銅ベース1101、封止樹脂1102を示した。 IGBT module 1100 in FIG. 11 is a three-phase module, in FIG. 11, IGBT chips, Al wire, omitting the solder layer or the like, copper-clad of the AlN substrate 1103, a copper-based 1101 finned sealing resin 1102 showed that. 図11に示すIGBTモジュールは、1アームを1基板に搭載した構成であり、計6枚のAlN基板1103から構成されている。 IGBT module shown in FIG. 11 is a mounted configuration of the first arm to the first substrate, and a total of six of the AlN substrate 1103. 1相分、即ち2枚のAlN基板1103を1つの封止樹脂1102で封止しており、各封止樹脂1102毎に、銅ベース1101上に樹脂かしめ領域1105を設けている。 One phase, that is, sealing the two AlN substrate 1103 by one of the sealing resin 1102, each sealing resin 1102, and a resin caulking area 1105 provided on the copper base 1101.

1枚のAlN基板1103毎に樹脂封止すると、この樹脂かしめ領域1105を含め、モジュール全体が大型化してしまう。 When resin sealing for each sheet of the AlN substrate 1103, including the resin caulking area 1105, the entire module becomes large. 逆に、例えば全体を一つの封止領域とすると、封止領域が大きすぎて、モールド時の樹脂ボイド、未封止領域発生の懸念がある。 Conversely, for example, when the entirety is taken as one of the sealing region, the sealing region is too large, there is a resin voids, concerns unsealed area generation during molding. また、例えモールドが問題なくできたとしても、封止樹脂と部材界面の熱応力が大きくなり、界面剥離、他の問題が顕在化する恐れがある。 Further, even if the mold could be no problem, the thermal stress of the sealing resin and the member surface is increased, interfacial peeling, other problems which may be actualized. 放熱フィン1104は、1相分ごとに区切られており、銅ベース1101の剛性増大を低減し、同時に製造時に、金型で銅ベース1101を固定可能とし、封止領域を分割可能としている。 Radiating fins 1104 are separated for each phase, to reduce the rigidity increase of the copper base 1101, at the same time at the time of manufacture, the copper base 1101 to be fixed in the mold, thereby enabling split the sealing region.

本実施例のパワー半導体モジュールを図2に示す。 The power semiconductor module of this embodiment is shown in FIG. 本実施例は、図2に示すように、実施例1の封止樹脂のかしめ用溝102に加えて、封止樹脂の接着手段を追加した。 In this embodiment, as shown in FIG. 2, in addition to the caulking groove 102 of the sealing resin of Example 1, it was added to the adhesive means of the sealing resin. 本実施例のIGBTモジュール200の定格電圧/電流、内蔵基板構成、銅ベース109等は実施例1と同一であり、トランスファモールドに使用したエポキシ樹脂も実施例1と同一である。 Rated Voltage / current of the IGBT module 200 of the present embodiment, embedded substrate configuration, copper base 109, etc. are the same as in Example 1, the epoxy resin used in the transfer molding is also the same as in Example 1.

本実施例では、封止エポキシ樹脂と部材の接着向上を実現するコーティング層201を設けたことが実施例1とは異なる。 In this embodiment, the provision of the coating layer 201 to realize the adhesion improvement of the sealing epoxy resin and the member is different from the first embodiment. コーティング層201の材質は、ポリアミド樹脂であって、このポリアミド樹脂は、エポキシ樹脂、及び、シリコンチップやアルミボンディングワイヤや銅貼りAlN基板などの内蔵各部材と良く接着することを確認している。 The material of the coating layer 201 is a polyamide resin, the polyamide resin, epoxy resin, and, it was confirmed that adheres well and built each member, such as a silicon chip and aluminum bonding wires and copper-clad AlN substrate. コーティング層201の代表物性である線膨張係数αは50ppm、弾性係数Eは2.6GPa程度である。 The linear expansion coefficient α is representative physical properties of the coating layer 201 50 ppm, the elastic modulus E is about 2.6 GPa. 即ち、実施例1に示した封止樹脂111の物性と、比べるとコーティング層201が大幅に柔らかい事が分かる。 That is, the physical property of the sealing resin 111 shown in Example 1, the coating layer 201 can be seen significantly softer than. エポキシ樹脂封止のメリットは前述したように、硬いエポキシ樹脂で封止して、内蔵物の応力・歪を分散・低減し、長寿命にできることである。 Epoxy resin sealing benefits as described above, sealed with a hard epoxy resin, dispersed and reduced stress and strain of the internals is to be a long life. 従って、本実施例において、接着性を改善するために導入したコーティング層201は、単に柔らかいだけではエポキシ樹脂封止応力・歪を分散・低減する効果を損なう懸念がある。 Accordingly, in this embodiment, the coating layer 201 introduced in order to improve the adhesion, simply soft there is a concern that impair the effect of dispersing and reducing the epoxy resin sealing stress-strain.

そこで、本実施例では、コーティング層201の厚さを可能な限り薄くした。 Therefore, in this embodiment, and as thin as possible the thickness of the coating layer 201. コーティング層201は接着性も確保するため、できるだけ均一に塗布する必要あるので、その厚さを概略10μmとしている。 Since the coating layer 201 to ensure even adhesion, since necessary as far as possible uniformly applied, and the thickness of the outline 10 [mu] m. このような厚さに塗布することで、例えば、AlN基板107に接着するはんだ108の層を常温(20℃)から125℃まで昇温した場合に生じる歪は、コーティング層201がない場合と同等であることを、応力解析で確認した。 By applying such a thickness, for example, distortion of the case where a layer of solder 108 and the temperature was raised from room temperature (20 ° C.) to 125 ° C. to adhere to the AlN substrate 107 is equivalent to the case where there is no coating layer 201 that is, it was confirmed by stress analysis. 即ち、シリコーンゲル封止を、エポキシ樹脂封止に変えることにより、はんだ歪は半減し、この効果は、厚さ10μmのコーティング層201が存在しても変わらなかった。 That is, the silicone gel sealing, by changing the epoxy resin sealing, solder strain halved, this effect was not changed even in the presence of the coating layer 201 having a thickness of 10 [mu] m.

一方、コーティング層201の厚さが0.1mm(100μm)程度になると、はんだ歪を低減する効果が1/2程度から、3/4程度になった。 On the other hand, if the thickness of the coating layer 201 is made to the extent 0.1 mm (100 [mu] m), the effect of reducing solder distortion from about 1/2 became about 3/4. 従って、単にコーティング層201を設けただけでは、エポキシ樹脂で封止する歪の低減が、必ずしも十分ではないので、コーティング層201の厚さを10μm程度にして塗布することが重要である。 Therefore, merely providing the coating layer 201, reduction of distortion sealed with epoxy resin, since it is not necessarily sufficient, it is important to apply to the thickness of the coating layer 201 of about 10 [mu] m. 本実施例IGBTモジュールはコーティング層201を備えているので、−40℃〜室温(20℃)〜125℃〜室温(20℃)、2時間/サイクルの条件で3000サイクルの試験を実施しても、界面には剥離が見られなかった。 Since the present embodiment IGBT module is provided with a coating layer 201, -40 ° C. ~ room temperature (20 ℃) ​​~125 ℃ ~ room temperature (20 ° C.), even if the tests of 3000 cycles under conditions of 2 hours / cycle , peeling at the interface was observed.

本実施例のIGBTモジュールの断面構造の模式図を図3に、外部主配線を接続した断面模式図を図5に示す。 A schematic diagram of a cross-sectional structure of the IGBT module of this embodiment in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of connecting the external main wiring in FIG. 本実施例のIGBTモジュール300では、ネジ穴が付いた円筒形の主端子301に特徴がある。 In the IGBT module 300 of the present embodiment is characterized mainly terminal 301 cylindrical with threaded holes. その他の部材構成、寸法、材質は図1に示した実施例1と同じである。 Other members constituting the dimensions, the material is the same as the first embodiment shown in FIG. 主端子301は、材質が無酸素銅であり、その表面がニッケルメッキ処理されている。 The main terminal 301, the material is an oxygen-free copper, the surface thereof is nickel plating. 本実施例では主端子301に、M5ボルト用のネジ穴を内部に設けてあり、このネジ穴が封止樹脂302の上面に露出している。 The main terminal 301 in this embodiment, is provided with a threaded hole for M5 bolts therein, this screw hole is exposed on the upper surface of the sealing resin 302. 図5に示すように、PNバスバー500がM5ボルトの取り付けボルト501で、出力配線502が同じくM5ボルトの取り付けボルト501で主端子301に接続されている。 As shown in FIG. 5, PN bus bar 500 with mounting bolts 501 of M5 bolts, an output wiring 502 is connected to the main terminal 301 also in M5 bolts mounting bolts 501.

また、外部配線との接触抵抗をできるだけ低減させるために、主端子301の外部配線との接触部は、外径15mmφと、それ以外の接続端子の外径9mmφに比べて大きくなっている。 Further, in order to reduce as much as possible the contact resistance between the external wiring, the contact portion between the external wiring of the main terminals 301 is larger than the outer diameter 9mmφ of an outer diameter having a diameter of 15 mm, the other connection terminal. また、部材の破損を防止するために、実施例1、実施例2と同様に主端子301を焼鈍してある。 Further, in order to prevent breakage of the member, Example 1, it is then annealed main terminals 301 in the same manner as in Example 2. さらに、主端子301の封止樹脂302との接触面は、樹脂との密着を強固にするため、網目型の凹凸(ローレット処理)が設けてある。 Further, the contact surface between the sealing resin 302 of the main terminal 301, in order to strengthen the adhesion to the resin, the mesh-shaped uneven (knurled) is provided. このようにローレット処理を施したので、この種のボルト締めの標準的な締め付けトルクである、2.45N・mのトルクを印加しても、封止樹脂302から主端子301が剥離する等の問題は全く発生しなかった。 Since the subjected to knurling treatment, this type bolt is a standard tightening torque of tightening, even by applying a torque of 2.45 N · m, from the sealing resin 302 such as a main terminal 301 is peeled off problem did not occur at all. このように、本実施例のIGBTモジュールは実装性が優れている。 Thus, IGBT module of this embodiment is mounted is excellent.

本実施例のパワー半導体モジュールの断面構造の模式図を図4に、制御基板を接続した断面模式図を図6に示す。 A schematic diagram of a cross-sectional structure of a power semiconductor module of this embodiment in FIG. 4 shows a cross-sectional schematic view of connecting the control board in Fig. 本実施例は、制御端子の接続に特徴がある。 This embodiment is characterized in connection of the control terminal. 図4に示すIGBTモジュール400は、IGBTチップ404のゲートワイヤ402が、ボンディングされて回路パタンに接続し、制御端子401が回路パタンにはんだ等で接着されている。 IGBT module 400 shown in FIG. 4, the gate wires 402 of the IGBT chip 404 is connected to the circuit pattern is bonded, the control terminal 401 is bonded with solder or the like to the circuit patterns. 図4に示す制御端子401は、電気的な接触を高い信頼性で実現するメスコネクタになっている。 Control terminal 401 shown in FIG. 4 is an electrical contact to the female connector to achieve a high reliability. 制御端子401の上面が封止樹脂405に露出されている点は実施例3と同様である。 That the upper surface of the control terminal 401 is exposed in the sealing resin 405 is the same as in Example 3. 図6は、IGBTモジュール400を制御する制御基板601に設けたピンタイプの信号端子600をIGBTモジュール400のメスコネクタになっている制御端子401に実装した断面模式図である。 Figure 6 is a schematic cross-sectional view of mounting to a control terminal 401 which is a pin type of the signal terminal 600 provided on the control board 601 for controlling the IGBT module 400 in the female connector of the IGBT module 400. 図6の信号端子600のピンは1mm角である。 Pin signal terminal 600 in FIG. 6 is a 1mm square. 制御基板601の固定手段は特に図示していないが、IGBTモジュール400と一体で固定されているので、振動等による接続信頼性の劣化は問題にならない。 Fixing means of the control board 601 is not specifically shown, because it is fixed integrally with the IGBT module 400, connection reliability deteriorates due to vibration or the like is not a problem.

本実施例は、放熱板/セラミックス一体構造を実現した実施例である。 This embodiment is an embodiment that realizes the heat radiating plate / ceramic integrated structure. 本実施例のIGBTモジュール900の断面構造の模式図を図9に示す。 A schematic diagram of a cross-sectional structure of the IGBT module 900 of the present embodiment shown in FIG. 図9で、符号901は回路パタン、902はセラミックス層、903は銅ベース、904は基板、905は放熱フィンである。 In Figure 9, reference numeral 901 a circuit pattern, 902 ceramic layer, 903 copper base, 904 denotes a substrate, 905 denotes a heat fin.

封止樹脂を従来技術の柔らかいシリコーンゲルから硬いエポキシ樹脂へと替えることは、実施例1や実施例2で説明したように、内蔵部品の歪分散、低減を実現し、長寿命化できる。 Varying the sealing resin from the prior art soft silicone gel to a hard epoxy resin, as described in Examples 1 and 2, strain distribution of internal components, to achieve reduction, it long life. 本実施例では、エポキシ樹脂が硬質樹脂であるという特性そのものを活かした。 In this embodiment, utilizing the characteristics themselves of the epoxy resin is a hard resin. 従来技術で、銅ベースとセラミックス基板との一体構造が実現できなかったのは、銅ベースが通常3mm以上と厚く、ロー付け等の手段で銅ベースにセラミックス基板を接着すると、反りが激しく、最悪の場合、セラミックス基板の破壊をもたらす可能性があるためであった。 In the prior art, the integral structure of the copper base and the ceramic substrate can not be achieved, the copper base is thick and typically 3mm or more, when bonding the ceramic substrate to the copper base with means brazing or the like, is severely warped, worst for was to can result in destruction of the ceramic substrate. 一方、セラミックス基板を、例えば1mm程度以下と薄くすると、反りは低減し、セラミックス基板の破壊の懸念は低減するが、従来技術の柔らかいシリコーンゲル封止ではモジュールの強度に問題が残るので、モジュールを放熱フィンなどに取り付けることが困難であった。 On the other hand, a ceramic substrate, for example, as thin as 1mm approximately less, the warp is reduced, but concern a ceramic substrate breakdown is reduced, since a problem on the strength of the module is a soft silicone gel sealing of the prior art remains, the module attaching the like to the heat radiating fins has been difficult.

しかし、本実施例では、硬いエポキシ樹脂で封止して、この問題を解決した。 However, in this embodiment, it sealed with a hard epoxy resin, solved this problem. 本実施例では銅ベース903の厚さは1mm、回路パタン901厚さは1.2mmである。 The thickness of the copper base 903 in this embodiment 1 mm, the circuit pattern 901 a thickness of 1.2 mm. セラミックス層902の材質はSiNであり、その厚さは0.6mmである。 The material of the ceramic layer 902 is SiN, its thickness is 0.6 mm. 表裏面の銅板厚さは、基板904が反らないように配慮して決めた。 Copper thickness on the front and back surfaces was determined in consideration so that the substrate 904 is not warped. セラミックスとしてSiNを選択した理由は、SiNがAlNに比べて、高強度であり、銅ベースとセラミックスとを一体にした基板904を、ロー付けで製造する際の応力に耐えることができるためである。 The reason for selecting the SiN as ceramic, SiN is compared to AlN, a high strength, in order to the substrate 904 which is integrally and copper base and the ceramic can withstand stresses during manufacturing by brazing . 本実施例の放熱フィン905の形状は、実施例1から実施例4で説明したものと同じである。 The shape of the heat radiation fins 905 of this embodiment is the same as that described in Example 4 from Example 1.

本実施例のモジュールの場合、IGBTチップ104、FWDチップ105からの発熱が、グリースを介して放熱器に銅ベースを固着したモジュールの場合のように、銅ベース中で横方向への熱が広がるのではなく、銅ベースの厚さ方向に熱が流れる。 For modules of this embodiment, heat generated from the IGBT chip 104, FWD chip 105, as in the case of the module which is fixed a copper base to the radiator through the grease, heat spreads in the lateral direction in the copper base in instead of heat flows in the copper base thickness direction. 従って、本実施例のパワーモジュールのような薄い銅ベース903では、熱が多く流れて来る放熱フィン905側を、直接水冷する直接水冷型モジュール構造が適している。 Thus, the thin copper base 903, such as a power module of this embodiment, the heat radiation fins 905 side heat comes flows often direct water-cooling type module structure that water cooling is suitable directly. 本実施例のIGBTモジュール900の寿命を支配する部分は、Alワイヤ103の接合部、及びはんだ106の接合部のみである。 Portions which govern the service life of the IGBT module 900 of this embodiment, the junction of the Al wire 103, and only solder joints 106. 本実施例のIGBTモジュールでは、エポキシ樹脂によって歪を分散しているので、飛躍的に長い寿命を実現できる。 The IGBT module of this embodiment, since the dispersed strain by epoxy resin, can be realized remarkably long life.

本実施例のIGBTモジュール1000の断面構造を図10に模式図で示す。 The cross-sectional structure of the IGBT module 1000 of this embodiment is shown schematically in Figure 10. 本実施例では、端子を樹脂でモールドした主端子ブロック1001と、制御端子ブロック1004とを備えている。 In the present embodiment includes a main terminal block 1001 is molded terminals with resin, and a control terminal block 1004. これらの端子ブロックは、銅ベース1005上に固着され、封止部材と一緒にトランスファモールドされる。 These terminal block is fixed on a copper base 1005, is transfer molding with the sealing member. 封止される際、封止樹脂1010上面に露出され、外部配線と接続される点は、実施例1から実施例5と同様である。 When sealed, is exposed in the sealing resin 1010 top, it is that it is connected to an external wiring, the same as Example 5 from Example 1. また、封止樹脂と銅ベースとのかしめ領域1009は、図10に示すように、端子ブロック近傍の外側に配置される。 Moreover, crimping region 1009 between the sealing resin and the copper base, as shown in FIG. 10, it is located outside the terminal block neighborhood. 端子をモールドする樹脂は、PPS樹脂(ポリフェニレンスルフェート樹脂)である。 Resin for molding the terminal is a PPS resin (polyphenylene sulfates resin). 主端子ブロック1001と、制御端子ブロック1004とには、Alワイヤ1002、1003の接続用パッドが露出しており、Alワイヤ1002、1003によって内部回路と接続される。 A main terminal block 1001, the control terminal block 1004 is exposed connection pads of Al wires 1002 and 1003 are connected to the internal circuit by Al wires 1002, 1003. 主端子ブロック1001は配線をボルト接続するためのナット1007と、ボルト逃げ用空隙1008を有しており、制御端子ブロック1004の制御ピン接続部の形状は、実施例4で説明した制御端子401と同一である。 Main terminal block 1001 and the nut 1007 to the bolt connecting the wiring has a bolt relief void 1008, the shape of the control pin connection of the control terminal block 1004 includes a control terminal 401 described in Embodiment 4 it is the same. 本実施例のIGBTモジュールでは、以上説明した構造で、AlN基板1006の大きさを小さくでき、はんだ1011の寿命を長くできるとともに、モジュールのコストも低くできる。 The IGBT module of this embodiment, more than the described structure, it is possible to reduce the size of the AlN substrate 1006, it is possible to extend the life of the solder 1011, the cost of the module can be reduced.

実施例1のパワー半導体モジュールの断面模式図である。 It is a cross-sectional schematic view of a power semiconductor module of Embodiment 1. 実施例2のパワー半導体モジュールの断面模式図である。 It is a cross-sectional schematic view of a power semiconductor module of Example 2. 実施例3のパワー半導体モジュールの断面模式図である。 It is a cross-sectional schematic view of a power semiconductor module of Example 3. 実施例4のパワー半導体モジュールの一部断面の模式図である。 Is a schematic view of a partial cross-sectional of the power semiconductor module of Example 4. 実施例3のパワー半導体モジュールに外部配線を実装した説明図である。 Is an explanatory diagram that implements the external wiring to the power semiconductor module of Example 3. 実施例4のパワー半導体モジュールに制御基板を接続した説明図である。 Is an explanatory view of connecting the control board to the power semiconductor module of Example 4. 実施例1のパワー半導体モジュールの金属ベースの平面模式図である。 It is a schematic plan view of the metal base of the power semiconductor module of Embodiment 1. 図7のかしめ領域の部分拡大図である。 It is a partially enlarged view of the crimping region of FIG. 実施例5のパワー半導体モジュールの断面模式図である。 It is a cross-sectional schematic view of a power semiconductor module of Example 5. 実施例6のパワー半導体モジュールの断面模式図である。 It is a cross-sectional schematic view of a power semiconductor module of Example 6. 実施例1のパワー半導体モジュールのフィン長手方向の断面模式図である。 It is a schematic cross-sectional view of the fin longitudinal direction of the power semiconductor module of Embodiment 1. 従来技術のエポキシ樹脂封止型IGBTモジュールの断面構造模式図である。 It is a sectional structural schematic diagram of a prior art epoxy resin encapsulation type IGBT module.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

100、200、300、400、900、1000、1100…IGBTモジュール、101、301、1207…主端子、102、701…かしめ用溝、103、1002、1003、1209…Alワイヤ、104、404…IGBTチップ、105…FWDチップ、106、108、1011、1203…はんだ、107、1006、1103…AlN基板、109、903、1005、1101…銅ベース、110、905、1104…放熱フィン、111、302、405、1010、1102…封止樹脂、112…貫通穴、113…封止領域厚さ、201…コーティング層、401、1208…制御端子、402…ゲートワイヤ、403…エミッタワイヤ、500…PNバスバー、501…取り付けボルト、502…出力配線 100,200,300,400,900,1000,1100 ... IGBT module, 101,301,1207 ... main terminals, 102,701 ... caulking groove, 103,1002,1003,1209 ... Al wire, 104,404 ... IGBT chip, 105 ... FWD chip, 106,108,1011,1203 ... solder, 107,1006,1103 ... AlN substrate, 109,903,1005,1101 ... copper base, 110,905,1104 ... radiation fins 111,302, 405,1010,1102 ... sealing resin, 112 ... through hole, 113 ... sealing region thickness, 201 ... coating layer, 401,1208 ... control terminal, 402 ... gate wire, 403 ... emitter wire, 500 ... PN bus bar, 501 ... mounting bolts 502 ... output wiring 600…信号端子、601…制御基板、702…突起、703…かしめ用逆テーパ領域、901…回路パタン、902…セラミックス層、904…基板、1001…主端子ブロック、1004…制御端子ブロック、1007…ナット、1008…ボルト逃げ用空隙、1009…かしめ領域、1105…樹脂かしめ領域、1200…パッケージ、1201…エポキシ樹脂、1202…パワー半導体チップ、1204…絶縁樹脂シート、1205…絶縁樹脂シート保護用銅箔、1206…ヒートスプレッダ。 600 ... signal terminals, 601 ... control board, 702 ... projection, 703 ... inverse tapered region for caulking, 901 ... circuit pattern, 902 ... ceramic layer, 904 ... substrate, 1001 ... main terminal block, 1004 ... control terminal block, 1007 ... nuts, 1008 ... bolt relief void, 1009 ... caulking region, 1105 ... resin caulking region, 1200 ... package, 1201 ... epoxy resins, 1202 ... power semiconductor chip, 1204 ... insulating resin sheet, 1205 ... insulating resin sheet protective copper foil , 1206 ... heat spreader.

Claims (17)

  1. 少なくとも、電流をスイッチングするパワー半導体素子、該パワー半導体素子が接着され電気的に接続される回路パタン付絶縁基板、該回路パタン付絶縁基板を接着する金属ベース、を有し、前記パワー半導体素子は、アルミ等の金属ワイヤ或いは銅等のリードフレームにより、前記回路パタン付絶縁基板の回路パタン或いは前記回路パタン付絶縁基板外に配置された端子に電気的に接続されるパワー半導体モジュールにおいて、 At least, a power semiconductor element for switching the current, the circuit pattern with an insulating substrate to which the power semiconductor element is electrically connected adhesive, the metal base for bonding the insulating substrate with the circuit pattern, wherein the power semiconductor element , by a lead frame such as a metal wire or copper such as aluminum, in the power semiconductor module to be electrically connected to the circuit pattern or the disposed on the insulating substrate external circuit pattern terminals of the circuit pattern with an insulating substrate,
    前記回路パタン付絶縁基板周囲近傍の前記金属ベース表面に、2列以上の溝、或いは1本以上の突起を配置し、前記回路パタン付絶縁基板は、前記溝或いは突起とともに硬質樹脂で封止され、該封止領域は前記金属ベースの最外周を直線的に結んだ領域の内側であり、前記封止領域外側の露出した金属ベースには、金属ベースの取り付け穴が存在することを特徴とするパワー半導体モジュール。 The metal base surface of the insulating substrate near around with circuit pattern, two or more rows of grooves, or one or more projections are arranged, an insulating substrate with circuit pattern is sealed with a hard resin with said groove or projection , sealing area is the inside of the metal base in the region that linearly connecting the outermost periphery, the the sealing area outer exposed metal based is characterized by the presence of a metal-based mounting holes power semiconductor module.
  2. 請求項1において、前記封止樹脂の室温での線膨張係数は、前記金属ベースの線膨張係数と概略一致していることを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claim 1, the linear expansion coefficient at room temperature of the sealing resin is a power semiconductor module, wherein the match the metal base linear expansion coefficient of the schematic.
  3. 請求項2において、前記金属ベースは銅、前記回路パタン付絶縁基板は銅貼りSiN基板であり、前記封止樹脂の室温での線膨張係数は概略16ppm であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 2, wherein said metal base is copper, the insulating substrate with circuit pattern is copper clad SiN substrate, a power semiconductor module, wherein the linear expansion coefficient at room temperature of the sealing resin is a schematic 16 ppm.
  4. 請求項2において、前記金属ベースは銅、前記回路パタン付絶縁基板は銅又はアルミ貼りAlN基板であり、前記封止樹脂の室温での線膨張係数は概略16ppm であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 2, wherein said metal base is copper, the insulating substrate with circuit pattern is copper or aluminum paste AlN substrate, a power semiconductor, wherein the linear expansion coefficient at room temperature of the sealing resin is a schematic 16ppm module.
  5. 請求項2において、前記金属ベースはアルミ又はアルミ合金、前記回路パタン付絶縁基板は銅貼りアルミナ基板であり、前記封止樹脂の室温での線膨張係数は概略23ppm であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 2, wherein the metal base is aluminum or an aluminum alloy, an insulating substrate with circuit pattern is copper-clad alumina substrate, power, wherein the linear expansion coefficient at room temperature of the sealing resin is a schematic 23ppm semiconductor module.
  6. 請求項1において、前記硬質封止樹脂と、前記絶縁基板、Siチップ、金属ベース等の被封止物の界面には、全領域に渡って前記封止樹脂よりも硬度が低いコーティング樹脂が介在していることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 1, said rigid sealing resin, the insulating substrate, Si chip, the interface of the sealing of the metal base or the like, the hardness is lower coating resin than the sealing resin over the entire region interposed the power semiconductor module, characterized by that.
  7. 請求項6において、前記コーティング樹脂はポリアミド樹脂であり、線膨張係数、弾性係数は各々封止樹脂の2倍以上、1/5以下であり、厚さは10μm以下であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 6, wherein the coating resin is a polyamide resin, the linear expansion coefficient, elastic coefficient are each 2 or more times the sealing resin, is 1/5 or less, power, characterized in that the thickness is 10μm or less semiconductor module.
  8. 請求項1において、前記回路パタン付絶縁基板周囲近傍の前記金属ベース表面の溝は矩形であり、該溝の各一辺には、少なくとも一箇所、溝間の突起が先端に向かって広くなる、逆テーパ形状の領域が存在することを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claim 1, the groove of the metal base surface of the insulating substrate near around with circuit pattern is rectangular, each side of the groove, at least one position, the projections between the grooves become wider toward the front end, opposite the power semiconductor module, wherein the area of ​​the tapered exists.
  9. 請求項1において、前記回路パタン付絶縁基板の回路パタン上に銅等の金属体を接合し、該金属体をパワー半導体の主電流が流れる主端子、及び、パワー半導体を制御する制御端子とし、これらの端子は、硬質樹脂で封止された領域の表面に全て露出することを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 1, bonded to the metal body such as copper on a circuit pattern of the circuit pattern with an insulating substrate, a main terminal of the metal body is the main current of the power semiconductor flows, and, as a control terminal for controlling the power semiconductor, these terminals, the power semiconductor module, characterized by exposing all sealed area surface of a hard resin.
  10. 請求項9において、封止領域の表面に露出する端子は、全て窪みを有しているメス型コネクタであり、該窪みに外部接続端子が差し込まれる事により接続される、或いは、該窪みを利用して外部配線に接続されることを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claim 9, the terminal exposed on the surface of the sealing region is a female connector having a recess all of which are connected by the external connection terminal is inserted into the depressions only, or use of the depressions only power semiconductor module characterized by being connected to external wiring by.
  11. 請求項10において、封止領域の表面に露出する主端子は、中心部にネジ穴が形製されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claim 10, the power semiconductor module, wherein the main terminals exposed on the surface of the sealing region, in which the threaded hole in the center portion is made form.
  12. 請求項10において、封止領域の表面に露出する制御端子は、中心部に窪みが設けられ、該窪みにピン端子が挿入されると、該ピン端子はかしめられる手段が形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claim 10, the control terminals exposed on the surface of the sealing region, the depression in the center portion is provided, the pin terminal is inserted into depressions themselves, that the means for the pin terminal is caulked is formed power semiconductor module according to claim.
  13. 請求項9から請求項12の何れか1つにおいて、封止領域の表面に露出する端子は、その降伏応力が概略50MPa以下であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claims 9 to any one of claims 12, power semiconductor module, wherein the terminal exposed on the surface of the sealing region, the yield stress is less schematic 50 MPa.
  14. 請求項13において、前記端子は、銅、又は、銅合金、或いは、アルミ、又は、アルミ合金製で、焼鈍されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 13, wherein the terminals are copper or a copper alloy, or aluminum, or, in aluminum alloy, a power semiconductor module, characterized by being annealed.
  15. 請求項1において、前記回路パタン付絶縁基板は、一枚の前記金属ベース上に複数接着されており、一枚以上の前記回路パタン付絶縁基板を内蔵した前記封止領域が、一枚の前記金属ベース上に複数存在することを特徴とするパワー半導体モジュール。 In claim 1, the insulating substrate with circuit pattern is more adhesive to one of the metal base on, the sealing region having a built-in one or more of the circuit pattern with an insulating substrate, one of the the power semiconductor module, characterized in that a plurality of present on a metal base.
  16. 請求項15において、一つの前記封止領域は、三相モジュール中の一相分の回路を封止しており、全体で三つの封止領域を有し、かつ、金属ベースはフィン付き銅ベースであって、前記三つの封止領域境界の下でフィンが分割されており、全体で3分割されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。 According to claim 15, one of the sealing region is sealed circuit of one phase of a three phase module, total has three sealing areas, and the metal base is copper base finned a is, the three is divided fin under the sealing area boundary, the power semiconductor module, characterized in that it is overall in three portions.
  17. 少なくとも、電流をスイッチングするパワー半導体素子、該パワー半導体素子が接着され電気的に接続される回路パタン付絶縁基板、該回路パタン付絶縁基板を接着する金属ベース、パワー半導体素子の主電流を通電する主端子、パワー半導体の制御信号を入力する制御端子を有し、前記パワー半導体素子は、アルミ等の金属ワイヤ或いは銅等のリードフレームにより、前記回路パタン付絶縁基板の回路パタン及び前記回路パタン付絶縁基板外の前記金属ベース上に配置された前記主端子、制御端子に電気的に接続されるパワー半導体モジュールにおいて、 At least, the power semiconductor element for switching the current, to energize the circuit pattern with an insulating substrate to which the power semiconductor element is electrically connected adhesive, the metal base for bonding the insulating substrate with the circuit pattern, the main current of the power semiconductor element a control terminal for receiving a main terminal, the control signal of the power semiconductor, the power semiconductor element, by the lead frame such as a metal wire or copper such as aluminum, the circuit pattern and with circuit pattern of said circuit pattern with an insulating substrate the main terminals arranged on an insulating substrate outside of said metal base on, in the power semiconductor module to be electrically connected to the control terminal,
    前記回路パタン付絶縁基板、前記主端子、及び、前記制御端子を包含する最小領域の周囲近傍の前記金属ベース表面に、2列以上の溝、或いは1本以上の突起が存在し、 Said circuit pattern with an insulating substrate, the main terminals, and, on the metal base surface around the vicinity of the minimum area including the control terminal, two or more rows of grooves, or one or more protrusions are present,
    前記回路パタン付絶縁基板、前記主端子、及び、前記制御端子は、前記溝或いは突起とともに硬質樹脂で封止され、 Said circuit pattern with an insulating substrate, the main terminals and the control terminal is sealed with a hard resin with said groove or projection,
    該封止領域は前記金属ベース領域表面の内側であり、前記主端子、及び、前記制御端子は該封止領域の上面に露出し、 Sealing area is the inside of the metal surface of the base region, the main terminal, and the control terminal is exposed on the upper surface of the sealing region,
    前記封止領域外側の露出した金属ベースには、金属ベースの取り付け穴が存在することを特徴とするパワー半導体モジュール。 The sealing in a region outside exposed metal-based, the power semiconductor module, characterized by the presence of a metal-based mounting holes.

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