JP2010219419A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】側壁に図示しない溝部20がある端子ケース10内に半導体チップ7,8、第1接続導体9、フィン17のある第2接続導体13を収容し、エポキシ樹脂12を第1接続導体9の上部が露出するように充填し、エポキシ樹脂12上に空間18を空けてしきり板17のある蓋16を被せる。前記の溝部20から外気24を端子ケース10内に取り込むことでリードフレームからなる第1、第2接続導体9,13を効率的に冷却する。
【選択図】 図1
Description
また、このパワー半導体モジュールの製造工程においては、絶縁回路基板に半導体チップをはんだ付け後、さらにワイヤボンディングを行うため、二工程を要する。また、ワイヤボンディングは金属ワイヤ1本ごとに行われるが、通常、パワー半導体モジュールの製造においては200本〜500本の金属ワイヤが用いられるため、処理工程に長時間を要するといった問題があった。
図7および図8は、従来のパワー半導体モジュールの構成図であり、図7は要部断面図、図8は要部平面図である。
このパワー半導体モジュールは、セラミックス4(絶縁基板)とこのセラミックス4の裏側に形成された裏面銅箔3とセラミックス4の表側に形成された回路パターン5からなる絶縁回路基板と、裏面銅箔3とはんだ2で接合する銅ベース1と、回路パターン5とはんだ6で接合、固着する半導体チップ7,8とからなる。
尚、図8の符号で21は制御信号用の制御ピン、22は外部配線取り付け用のネジ穴、23は銅ベース1を冷却体に取り付けるために必要な取り付け用貫通孔である。
また、特許文献3には、金属板、シート状の伝熱層、そこに一部以上を埋め込んだリードフレームからなる熱伝導基板と、プリント配線板をリード線と接続してなるモジュールにおいて、前記リードフレームの一部を、伝熱層から引き剥がし、リードフィンとすることで、熱伝導基板の放熱性を高めることができると共に、他のプリント配線板と組み合わせた場合での煙突効果も併用しながら回路モジュールの冷却効果を向上させることが開示されている。
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記端子ケースの対向する側壁に、前記空間に外気を導入する開口部が形成されているとよい。
特許請求の範囲の請求項5記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記第1接続導体、第2接続導体と外部導出端子がリードフレームであるとよい。
特許請求の範囲の請求項6記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記樹脂がエポキシ樹脂であるとよい。
特許請求の範囲の請求項8記載の発明によれば、請求項2記載の発明において、前記しきり部で第2接続導体の間を電気的に絶縁しているとよい。
特許請求の範囲の請求項9記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、前記第2接続導体が第1接続導体および外部導出端子とはんだ接合もしくはレーザ接合で固着されているとよい。
特許請求の範囲の請求項12記載の発明によれば、請求項10記載の発明において、さらに、制御基板を前記蓋の上に配置し、前記樹脂ケースに固定するとよい。
また、しきり部を設けた蓋で上部を覆うことで、半導体装置内の外気の流れがよくなり、接続端子に形成されたフィンとの接触機会も増加して冷却効率を高めることができる。
また、前記したように、銅ベース経由に加え、接続端子側からも効果的に放熱できるため、半導体チップを小型化することができる。さらに、半導体装置の小型化も図ることができる。
また、絶縁回路基板に固着された複数の半導体チップ7,8と、半導体チップ7,8の組ごとに接合された第1接続導体9aと、回路パターン5および第2接続導体13b、13cに固着された第3接続導体9bとを備える。半導体チップ7,8は夫々IGBTとFWD(Free Wheeling Diode)である。これらの半導体チップ7,8は夫々の裏面がはんだ6により回路パターン5と接合、固着されている。第1接続導体9aは、Ω形状の接続導体であるリードフレームであり、図示しないはんだによりその脚部が夫々半導体チップ7、8の表(おもて)面側のエミッタ電極、アノード電極に接合されている。第3接続導体9bは、U字状の接続導体であるリードフレームであり、図示しないはんだによりその両端が夫々回路パターン5および第2接続導体13b、13cに接合されている。
尚、第1接続導体9a、第3接続導体9bはジャンパー端子ともいう。またU字状接続導体である第3接続導体9bは、図1に示すようにバネ作用を発揮するようU字を横にした状態で配置され、第2接続導体13b、13cと密着し良好にはんだ接合されている。
つぎに、第1実施例の半導体装置の製造方法を工程順に説明する。
(工程1)
まず、セラミックス4(絶縁基板)、このセラミックス4の裏側に形成された裏面銅箔3およびセラミックス4の表側に形成された回路パターン5を有する絶縁回路基板と、銅ベース1と、2組の半導体チップ(IGBT)7、半導体チップ(FWD)8と、Ω形状の第1接続導体9aおよびU字状の第3接続導体9bとを用意する。そして、絶縁回路基板と銅ベース1を対向するよう配置し、裏面銅箔3に銅ベース1をはんだ2により接合、固着する。また、半導体チップ7、8を、その裏面が絶縁回路基板と対向するよう配置し、回路パターン5に半導体チップ7、8をはんだ6で固着する。さらに、半導体チップ7表(おもて)面のエミッタ電極および半導体チップ8表(おもて)面のアノード電極(ともに図示せず)の夫々に第1接続導体9aの脚部をはんだ6で固着し、同時に、第3接続導体9bの脚部を回路パターン5にはんだにより接合、固着する。
(工程2)
つぎに、複数の外部導出端子11a、11b、11c、11dがインサート成形されるとともに、その側壁に溝部20を備える略O字形状の端子ケース10を用意し、その底部に銅ベース1の外周を図示しないシリコーン系接着剤にて加熱接着し、固着する。この後、第1接続導体9aおよび第3接続導体9bの上部が夫々露出するようにエポキシ樹脂12を充填し、硬化する。
(工程3)
つぎに、フィン14を有する複数の第2接続導体13a,13b、13cを用意する。エポキシ樹脂12から露出する2つの第1接続導体9aの上部に、第2接続導体13a、13bのフィン14を有さない面の一方の端を夫々はんだ接合15により固着する。このとき第2接続導体13bを第3接続導体9bを介して回路パターン5にはんだ接合15により固着し、同様に第2接続導体13cも回路パターン5に固着する。さらに、第2接続導体13a,13b、13cの夫々の他方の端を外部導出端子11a、11b、11cにはんだ接合15により固着する。
(工程4)
その後、図4で示すしきり板17を備える蓋16を用意し、この蓋16を、エポキシ樹脂12の表面上および第2接続導体13a等のフィン14の周囲に空間18ができるよう、かつ、端子ケース10の溝部20から導入される外気24(図3)をしきり板17が遮らないように被せ、端子ケース10の上部に固定する。このときしきり板17の下部がエポキシ樹脂12に接するように蓋16を配置する。このようにして第2接続導体13a等は、しきり板17と端子ケース10で囲まれた空間18に露出し、さらにしきり板17によって隔てられる。続いて、制御基板19を蓋16の上に配置し、端子ケース10から突出する制御ピン21と接続する。
図3に示すように、このモジュールは溝部20を介して外気24を取り入れ、また放出する。外気24は自動車の走行中に取り入れられたり、ファンによる送風により取り入れられる。溝部20から入った外気24はフィン14の間を通過するときに、フィン14を通して第2接続導体13a等から熱を奪う。そして、第2接続導体13a等に固着された第1接続導体9a、第3接続導体9bと、さらに第1接続導体9a等に固着された半導体チップ7,8を冷却する。
さらに、第1、第2、第3接続導体9a、13a、9b等を効率的に冷却できるので、これらの接続導体自体の断面積を小さくし、細線化できる。また、効率的に接続導体から放熱されるので半導体チップ7,8の面積を小さくできる。その結果、半導体装置を小型化できる。
また、レーザ接合26は、エポキシ樹脂12を充填した後、樹脂12から露出した第1接続導体9aおよび第3接続導体9bの上部と、第2接続導体13a、外部導出端子11a等を対象に行なう。エポキシ樹脂12で半導体チップ7,8や回路パターン5は覆われているので、レーザを照射した際の溶接スパッタによる半導体チップ7,8面の損傷や回路パターン5の短絡は発生しない。
2、6 はんだ
3 裏面銅箔
4 セラミックス
5 回路パターン
7 半導体チップ(IGBT)
8 半導体チップ(FWD)
9a 第1接続導体
9b 第3接続導体
10 端子ケース
11a〜11d 外部導出端子
12 エポキシ樹脂
13a、13b、13c 第2接続導体
14 フィン
15 はんだ接合
16 蓋
17、25 しきり板
18 空間
19 制御基板
20 溝部
21 制御ピン
22 ネジ穴
23 取り付け用貫通孔
24 外気
24a 点線
26 レーザ接合
Claims (13)
- 複数の半導体チップが固着した絶縁回路基板と、該絶縁回路基板を収納し、外部導出端子がインサート成形された端子ケースと、前記複数の半導体チップと固着した第1接続導体と、該第1接続導体の一の主面と前記外部導出端子の一の主面とに固着した第2接続導体と、前記半導体チップを被覆し、第1接続導体の上部を露出して充填された樹脂と、該樹脂の一の面と離間して前記端子ケースに固定され、樹脂の一の面と端子ケースの側壁で画定される空間を区画するしきり部が形成された蓋と、を具備することを特徴とする半導体装置。
- 前記第1接続導体、第2接続導体と外部導出端子を夫々複数備え、前記しきり部が複数の第2接続導体の間を隔てていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記端子ケースの対向する側壁に、前記空間に外気を導入する開口部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記半導体チップを制御する制御基板が前記蓋に隣接して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1接続導体、第2接続導体と外部導出端子がリードフレームであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記しきり部と蓋が樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記しきり部で第2接続導体の間を電気的に絶縁していることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記第2接続導体が第1接続導体および外部導出端子とはんだ接合もしくはレーザ接合で固着されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 絶縁基板と、その一の主面に形成された銅箔およびその他の主面に形成された回路パターンとを有する絶縁回路基板を用意し、前記銅箔に銅ベースを固着し、前記回路パターンに半導体チップを固着し、さらに、前記半導体チップに第1接続導体を固着する工程1と、
外部導出端子がインサート成形されるとともに、その側壁に開口部が形成された端子ケースを用意し、該端子ケースに前記銅ベースを固着し、前記半導体チップを被覆するとともに第1接続導体の上部を露出させるように樹脂を充填する工程2と、
一の主面にフィンを有する第2接続導体を用意し、該第2接続導体の他の主面の一方の端と他方の端を夫々前記第1接続導体と外部導出端子に固着する工程3と、
樹脂の一の面と端子ケースの側壁で画定される空間を区画するしきり部が形成された蓋を用意し、該蓋を前記第2接続導体の上に被せて固定する工程4と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1接続導体、第2接続導体と外部導出端子を夫々複数備えるとともに、前記工程4において前記しきり部が複数の第2接続導体の間を隔てるように蓋を固定することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- さらに、制御基板を前記蓋の上に配置し、前記樹脂ケースに固定することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記開口部が前記端子ケースの対向する側壁に形成されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
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