JP2010225898A - Power module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power module superior in sealing performance for a board, a semiconductor element, a connection wire, etc. to repetitive vibration at the time of driving the power module and a cooling cycle, which causes no problem of breaking the connection wire, etc. <P>SOLUTION: The semiconductor element 1 is mounted on one side surface of the board (circuit board 2), and a conducting wire 3 connects the board 2 and the semiconductor element 1, in the power module 10. Sealing films 8 are formed at least on the surface of one side surface of the board 2, on the surface of the semiconductor element 1, and on the surface of the conducting wire 3, respectively. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、封止用のポッティング材が廃された、パワーモジュールに関するものである。   The present invention relates to a power module in which a potting material for sealing is eliminated.

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体素子を搭載したパワーモジュールは、半導体素子表面や回路基板表面等にモールド樹脂体等が成形され、その絶縁性が保証されている。   In a power module equipped with a semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a mold resin body or the like is molded on the surface of the semiconductor element or the surface of the circuit board and the like, and its insulation is guaranteed.

ここで、パワーモジュールは、窒化アルミニウム(AlN)板や純アルミニウム板の積層体からなる絶縁基板の一側面に半導体素子がはんだ付けされ、絶縁基板の他側面には半導体素子からの熱を絶縁基板を介して放熱するための冷却器がはんだ付けもしくは接着剤にて接合されている。なお、この冷却器は、板状のヒートシンクのほか、冷水等の冷媒を還流させる機能を備えたもの、さらにはそれらが組み合わされたものなど、多様な形態が存在する。   Here, in the power module, a semiconductor element is soldered to one side surface of an insulating substrate made of a laminate of an aluminum nitride (AlN) plate or a pure aluminum plate, and heat from the semiconductor element is insulated to the other side surface of the insulating substrate. A cooler for radiating heat is connected by soldering or an adhesive. In addition to the plate-shaped heat sink, this cooler has various forms such as those provided with a function of circulating a coolant such as cold water, and those combined with each other.

たとえば、パワーモジュールがハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される場合には、長期に亘り、しかも寒暖差が極めて激しい冷熱サイクルに対してその耐久性の確保が要求される。たとえば、特許文献1に開示の封止樹脂型電子装置では、回路基板とパワー素子を有し、トランスファモールドで一体化した樹脂封止型電子装置が開示されており、この装置は、ポリイミド系またはポリアミドイミド系コーティングを施したパワー素子を使用してモールド樹脂との密着性を向上させることにより、パワー素子部にかかる応力を緩和させる、というものである。   For example, when a power module is mounted on a hybrid vehicle or an electric vehicle, it is required to ensure the durability of the power cycle for a long period of time and for a cooling / heating cycle having a very severe temperature difference. For example, in the sealing resin type electronic device disclosed in Patent Document 1, a resin sealing type electronic device having a circuit board and a power element and integrated by transfer molding is disclosed. The stress applied to the power element portion is relieved by improving the adhesion with the mold resin using a power element having a polyamide-imide coating.

しかし、実際には、ポリイミド系またはポリアミドイミド系コーティングそのものが高剛性であること、全体がモールド樹脂にてポッティングされていること、より、上記冷熱サイクルやパワーモジュール駆動時の繰り返し振動を受けた際に、この高剛性のコーティング層とモールド樹脂体の双方にクラックが生じ易いという課題を有している。モールド樹脂体にクラックが生じると、このクラックを起点として割裂や剥離が助長されたり、クラックを介して外部から水が浸入し、パワーモジュールがショートしてしまう等の問題が生じ得る。   However, in practice, the polyimide or polyamideimide coating itself is highly rigid, the whole is potted with mold resin, and when subjected to repeated vibration during the above cooling cycle or power module drive In addition, there is a problem that cracks are likely to occur in both the high-rigidity coating layer and the mold resin body. When a crack occurs in the mold resin body, problems such as cracking and peeling being promoted starting from this crack, water entering from the outside through the crack, and shorting of the power module may occur.

特開2001−15682号公報JP 2001-15682 A

そこで、ポッティング材による比較的高剛性のモールド樹脂体が上記クラックを生じ易いという課題を解消するべく、変形性能に富むゲル状のポッティング材、たとえば、常温時においてゲル状のシリコーン樹脂からなるポッティング材にて半導体素子等を封止したパワーモジュールも存在している。このパワーモジュールを図3を参照して説明する。   Therefore, in order to solve the problem that the mold resin body having a relatively high rigidity due to the potting material is likely to cause the crack, a gel-like potting material having a high deformation performance, for example, a potting material made of a gel-like silicone resin at normal temperature. There are also power modules in which semiconductor elements and the like are sealed. This power module will be described with reference to FIG.

図3で示すパワーモジュールPは、半導体素子aが不図示のはんだ層を介して回路基板b上に固定されるとともに、該半導体素子aと回路基板bが接続導線c(ボンディングワイヤ)にて接続され、回路基板bが絶縁基板d上にろう付けされ、絶縁基板dは、ヒートシンク板eと冷媒還流路f1を具備する還流器fとのアルミダイキャスト一体成形体上にろう付けされ、これらがセラミックスや絶縁金属製のケースh内に収容され、半導体素子aや回路基板bの上方空間にシリコーン樹脂からなるゲル状ポッティング材gが成形され、その全体が構成されている。   In the power module P shown in FIG. 3, the semiconductor element a is fixed on the circuit board b through a solder layer (not shown), and the semiconductor element a and the circuit board b are connected by a connection lead c (bonding wire). The circuit board b is brazed onto the insulating substrate d, and the insulating substrate d is brazed onto the aluminum die-cast integral molded body of the heat sink plate e and the reflux unit f having the refrigerant reflux path f1. A gel-like potting material g made of silicone resin is formed in a space above the semiconductor element a and the circuit board b, and is housed in a case h made of ceramics or insulating metal.

このゲル状ポッティング材gによっても、パワーモジュールPを構成する半導体素子aや回路基板b、絶縁基板d等の絶縁性の確保、防塵や防湿が担保される。   The gel-like potting material g also ensures the insulation of the semiconductor element a, the circuit board b, the insulating board d, and the like that constitute the power module P, and ensures dust and moisture.

しかし、たとえば上記するパワーモジュールPの駆動時の繰り返し振動の際に(X方向)、このゲル状ポッティング材gには振動に起因する慣性力が作用し、ゲル状ポッティング材gが大きく遊動することが本発明者等によって特定されている。この遊動作用(X方向)により、ゲル状ポッティング材gに剥離が生じたり、その一部が飛散するといった課題が生じ得ることも同様に特定されている。さらには、遊動したゲル状ポッティング材gにより、接続導線cに引張力や圧縮力、ねじり等の外力Qが作用し、この外力Qによって接続導線cが断線してしまい、インバータの停止に繋がるといった危険性も危惧される。   However, for example, in the case of repeated vibration during driving of the power module P described above (X direction), the gel-like potting material g is subjected to an inertial force caused by the vibration, and the gel-like potting material g largely fluctuates. Is specified by the present inventors. It has also been specified that problems such as peeling or partial scattering of the gel-like potting material g may occur due to this idle movement (X direction). Furthermore, the loose gel-like potting material g causes an external force Q such as a tensile force, a compressive force, and a torsion to act on the connecting wire c. The external force Q breaks the connecting wire c, leading to the stop of the inverter. Risk is also a concern.

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、冷熱サイクルやパワーモジュール駆動時の繰り返し振動に対する、基板や半導体素子、接続導線等の封止性能に優れ、接続導線の断線等の課題が生じ得ない、パワーモジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is excellent in sealing performance of a substrate, a semiconductor element, a connection conductor, and the like, with respect to repetitive vibration during a cooling cycle and power module driving, and problems such as disconnection of the connection conductor An object of the present invention is to provide a power module in which the above cannot occur.

前記目的を達成すべく、本発明によるパワーモジュールは、基板の一側面に半導体素子が搭載され、該基板と該半導体素子とを導線が繋いでいる、パワーモジュールにおいて、少なくとも、基板の前記一側面の表面、および、前記半導体素子の表面、および、前記導線の表面にそれぞれ、封止皮膜が形成されているものである。   In order to achieve the above object, a power module according to the present invention includes a semiconductor element mounted on one side of a substrate, and a conductive wire connecting the substrate and the semiconductor element, and at least the one side of the substrate. , A surface of the semiconductor element, and a surface of the conductive wire are respectively formed with sealing films.

本発明において、「基板」とは、回路基板、もしくは回路基板と絶縁基板の組み合わせ、もしくは回路基板と絶縁基板と応力緩和基板の組み合わせなど、のすべてを総称するものである。また、この絶縁基板は、たとえば純アルミニウムからなる基板と窒化アルミニウムからなる基板とを積層してなる積層体(DBA)であってもよいことは勿論のことである。   In the present invention, the “substrate” is a general term for a circuit board, a combination of a circuit board and an insulating substrate, or a combination of a circuit board, an insulating substrate, and a stress relaxation substrate. Of course, this insulating substrate may be a laminate (DBA) formed by laminating a substrate made of pure aluminum and a substrate made of aluminum nitride, for example.

また、このパワーモジュールは、上記基板の下方に、ヒートシンク板や、ヒートシンク板と冷媒還流路を具備する冷却器とのアルミダイキャスト一体成形体を具備するものであってもよく、さらには、半導体素子、上記基板、ヒートシンク板等の積層体が絶縁素材(セラミックス、熱硬化性もしくは熱可塑性の樹脂素材、アルミニウムやその合金素材など)のケース内に収容されるものであっても、ケースレス構造のものであってもよい。   Further, the power module may include a heat sink plate or an aluminum die-cast integrated molded body of a heat sink plate and a cooler having a refrigerant reflux path below the substrate, and further a semiconductor. Even if the laminated body of the element, the substrate, the heat sink plate, etc. is housed in a case of insulating material (ceramics, thermosetting or thermoplastic resin material, aluminum or its alloy material, etc.) It may be.

いずれにせよ、単数もしくは複数の半導体素子が基板の一側面(たとえば上面)と導線(もしくはボンディングワイヤ)を介して繋がれており、これらの表面、すなわち、基板の前記一側面の表面と、前記半導体素子の表面と、前記導線の表面にそれぞれ、封止皮膜が形成されているものであり、図3で示す従来構造のごときゲル状ポッティング材は勿論のこと、比較的高剛性のポッティング樹脂材の存在しない構造を呈するものである。なお、一般には、一つの回路基板上に比較的多数の半導体素子が載置され、これらの半導体素子と回路基板を繋ぐ導線も多数存在するものである。   In any case, one or a plurality of semiconductor elements are connected to one side surface (for example, the upper surface) of the substrate via a conductive wire (or bonding wire), and these surfaces, that is, the surface of the one side surface of the substrate, A sealing film is formed on each of the surface of the semiconductor element and the surface of the conductive wire. The potting resin material has a relatively high rigidity as well as the gel-like potting material as in the conventional structure shown in FIG. It exhibits a structure that does not exist. In general, a relatively large number of semiconductor elements are mounted on a single circuit board, and there are many conductors that connect these semiconductor elements and the circuit board.

ここで、封止皮膜は、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか一種から形成されるのがよい。   Here, the sealing film is preferably formed from any one of a polyolefin resin, an acrylic resin, and a silicone resin.

本発明者等の検証によれば、これらの素材からなる封止皮膜は、そのヤング率も比較的低く、したがって、これらの素材が硬化してなる封止皮膜も比較的低剛性であることから、パワーモジュール駆動時の繰り返し振動の際でもクラックや剥離は生じ難いことが分かっている。なお、耐熱性をも勘案すれば、350℃以上の耐熱性を有するシリコーン系樹脂からなる封止皮膜が好ましい。   According to the verification by the present inventors, the sealing film made of these materials has a relatively low Young's modulus, and therefore, the sealing film formed by curing these materials has a relatively low rigidity. It has been found that cracks and peeling are unlikely to occur even during repeated vibration when the power module is driven. In view of heat resistance, a sealing film made of a silicone resin having heat resistance of 350 ° C. or higher is preferable.

さらに本発明者等は、車両に作用し得る周波数帯域条件下(振動範囲条件下)において、一定加速度にて加振された加振実験であって、かつ、車両に搭載されたパワーモジュールが受け得る温度範囲である0℃以下〜約100℃の温度範囲にて冷熱サイクルを与えた加振実験をおこなっている。その加振実験の後に導線のシェア強度を測定した結果、従来構造のゲル状ポッティング材では、導線がすぐに破断したのに対して、上記ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか一種からなる封止皮膜にて封止された導線は、そのシェア強度がいずれも3000N以上の極めて高い強度を呈することが実証されている。   Furthermore, the inventors have conducted an excitation experiment in which vibration is applied at a constant acceleration under a frequency band condition (vibration range condition) that can act on the vehicle, and the power module mounted on the vehicle receives An excitation experiment was performed in which a cooling cycle was applied in a temperature range of 0 ° C. or less to about 100 ° C., which is a temperature range to be obtained. As a result of measuring the shear strength of the conducting wire after the vibration experiment, the gel-like potting material with the conventional structure was immediately broken, whereas the polyolefin resin, acrylic resin, or silicone resin was used. It has been proved that the conducting wire sealed with a kind of sealing film exhibits extremely high strength with a shear strength of 3000 N or more.

なお、基板の一側面の表面、半導体素子の表面、導線の表面のそれぞれに封止皮膜を形成する方法は、上記素材溶剤が収容された容器内に、これらの部材が組み付けられたパワーモジュールの少なくとも皮膜形成部位を浸漬させる方法や、これらの溶剤をディスペンサー等で吹き付ける方法などにより、容易に形成することができる。   In addition, the method of forming the sealing film on each of the surface of the one side surface of the substrate, the surface of the semiconductor element, and the surface of the conductive wire is based on the power module in which these members are assembled in a container containing the material solvent. It can be easily formed by a method of immersing at least a film forming site or a method of spraying these solvents with a dispenser or the like.

上記する本発明のパワーモジュールによれば、極めて薄層(たとえば、数μm〜数十μmの厚み)の封止皮膜にてパワーモジュール構成部材の所望部位の表面が封止されていることから、従来のポッティング材に比して封止材料を格段に少量とすることができ、製造コストの大幅な削減を図ることができる。また、極めて薄層の封止皮膜にて封止することから、従来構造のパワーモジュールに比してパワーモジュールの全体重量を格段に軽量化することができる。   According to the power module of the present invention described above, the surface of the desired portion of the power module component is sealed with a very thin layer (for example, a thickness of several μm to several tens of μm), Compared to conventional potting materials, the amount of the sealing material can be significantly reduced, and the manufacturing cost can be greatly reduced. Further, since the sealing is performed with an extremely thin sealing film, the overall weight of the power module can be significantly reduced as compared with a power module having a conventional structure.

さらに、この封止皮膜は、比較的低剛性でかつ薄層であり、所望の変形性能もしくは可撓性があることから、クラックは生じ難く、剥離の虞もなく、封止性能に優れたパワーモジュールの提供に寄与できるものである。   Furthermore, this sealing film has a relatively low rigidity and a thin layer, and since it has a desired deformation performance or flexibility, it is difficult to generate cracks, there is no risk of peeling, and it has excellent sealing performance. It can contribute to the provision of modules.

本発明のパワーモジュールは、上記のごとく封止性能に優れ、軽量で、しかも安価に製造できることから、高性能で可及的に低コストな製造が要求される、近時のハイブリッド車や電気自動車に車載されるインバータ等への適用に最適である。   The power module of the present invention has excellent sealing performance as described above, is lightweight, and can be manufactured at a low cost. Therefore, high-performance and low-cost manufacturing is required, and recent hybrid vehicles and electric vehicles are required. It is optimal for application to inverters mounted on the vehicle.

以上の説明から理解できるように、本発明のパワーモジュールによれば、パワーモジュールの所定部材の表面を薄層の封止皮膜にて封止したことにより、材料コストに起因する製造コストを安価とでき、全体重量を軽量とでき、クラックや剥離等が生じ難い、封止性能に優れたパワーモジュールを提供することができる。   As can be understood from the above description, according to the power module of the present invention, the surface of the predetermined member of the power module is sealed with a thin sealing film, thereby reducing the manufacturing cost due to the material cost. In addition, it is possible to provide a power module that can reduce the overall weight, can be hardly cracked or peeled off, and has excellent sealing performance.

本発明のパワーモジュールを示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the power module of this invention. 加振実験後のパワーモジュール(実施例および比較例)の接続導線のシェア強度試験結果である。It is a shear strength test result of the connection conducting wire of the power module (Example and comparative example) after a vibration experiment. 従来のパワーモジュールを示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the conventional power module.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明のパワーモジュールを模式的に示した図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a power module of the present invention.

このパワーモジュール10は、ヒートシンク板5と、冷水もしくは冷風、冷油などの冷媒が流れる冷媒還流路61を具備する冷却器6と、のアルミダイキャスト一体成形体の上に絶縁基板4がろう付けされ、この絶縁基板4の上に回路基板2がろう付けされ、回路基板2の上に不図示のはんだ層を介して複数の半導体素子1,…が固定され、これらの積層体が、絶縁素材のケース7内に収容されて大略構成されている。   In this power module 10, the insulating substrate 4 is brazed on the aluminum die-casting integrally formed body of the heat sink plate 5 and the cooler 6 having the coolant reflux path 61 through which coolant such as cold water, cold air, or cold oil flows. Then, the circuit board 2 is brazed onto the insulating substrate 4, and a plurality of semiconductor elements 1,... Are fixed on the circuit board 2 via a solder layer (not shown). The case 7 is generally configured.

なお、絶縁基板4は、2枚の純アルミニウム板の間に窒化アルミニウム板が介在された、いわゆるDBAからなるものであってもよい。   The insulating substrate 4 may be made of so-called DBA in which an aluminum nitride plate is interposed between two pure aluminum plates.

半導体素子1と回路基板2は、多数の導線3(ボンディングワイヤ)にて接続されている。   The semiconductor element 1 and the circuit board 2 are connected by a large number of conducting wires 3 (bonding wires).

また、少なくとも、半導体素子1の表面、導線3の表面(周囲)、および回路基板2の表面には、数μm〜数十μm程度の薄層の封止皮膜8が形成されている。より具体的には、図1で示すパワーモジュール10では、絶縁基板4の一部の表面にも封止皮膜8が形成されている。   In addition, a thin sealing film 8 of about several μm to several tens of μm is formed on at least the surface of the semiconductor element 1, the surface (surrounding) of the conductive wire 3, and the surface of the circuit board 2. More specifically, in the power module 10 shown in FIG. 1, the sealing film 8 is also formed on a part of the surface of the insulating substrate 4.

この封止皮膜8は、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか一種から形成されるものであり、ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリα−オレフィンなど、アクリル系樹脂としては、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリメタクリル酸エステル樹脂、アクリル酸エステルなどを挙げることができる。なお、それらのヤング率は、ポリオレフィン系樹脂が80MPa程度、アクリル系樹脂が160MPa程度、シリコーン系樹脂が100MPa程度であり、これらが薄層の封止皮膜に形成された際には、変形性能に富んだ皮膜となる。   The sealing film 8 is formed from any one of a polyolefin resin, an acrylic resin, and a silicone resin, and examples of the polyolefin resin include acrylic resins such as polyethylene, polypropylene, and poly α-olefin. May include polymethyl methacrylate resin, polymethacrylate resin, acrylic ester, and the like. The Young's modulus is about 80 MPa for polyolefin resins, about 160 MPa for acrylic resins, and about 100 MPa for silicone resins. When these are formed in a thin sealing film, the deformation performance is improved. It becomes a rich film.

ここで、封止皮膜の形成方法を概説すると、各構成部材を組み付けてパワーモジュール10の全体構成を形成後、少なくとも皮膜形成部位を、上記皮膜用溶剤が収容された容器内に浸漬させ(ディッピング)、取り出して乾燥させることにより、図示のごとき封止皮膜8が形成できる。また、その他の方法として、皮膜用溶剤をディスペンサー等で吹き付ける方法などであってもよい。   Here, the outline of the method for forming the sealing film will be described. After forming the entire configuration of the power module 10 by assembling the respective constituent members, at least the film forming part is immersed in the container containing the solvent for the film (dipping). The sealing film 8 as shown in the figure can be formed by taking out and drying. Further, as another method, a method of spraying a film solvent with a dispenser or the like may be used.

図1で示すパワーモジュール10と、図3で示す従来構造のパワーモジュールPを比較するとその構造の相違はより明瞭となるが、図3で示すゲル状ポッティング材gに代わって、図1のようにパワーモジュール10では、所望の構成部材表面を数μm〜数十μm程度の薄層の封止皮膜8にて封止したことにより、パワーモジュール10の全体重量は格段に軽量化される。さらに、ゲル状ポッティング材に比して封止皮膜8を形成する際の素材量は格段に少なくて済むことから、その製造コストを格段に廉価とできる。   When the power module 10 shown in FIG. 1 is compared with the power module P having the conventional structure shown in FIG. 3, the difference in the structure becomes clearer, but instead of the gel-like potting material g shown in FIG. In addition, in the power module 10, the entire weight of the power module 10 is remarkably reduced by sealing the surface of a desired component member with a thin sealing film 8 of about several μm to several tens μm. Furthermore, since the amount of the material when forming the sealing film 8 is much smaller than that of the gel-like potting material, the manufacturing cost can be significantly reduced.

しかも、図3で示すように、パワーモジュール駆動時にゲル状ポッティング材gに作用する慣性力によって導線cに齎される外力Qは、図1で示すパワーモジュール10には生じ得ない。そのため、供用期間において導線3が駆動時の振動にて破断等される虞はなく、変形性能に富む封止皮膜8にクラックや剥離等が生じる虞もないことから、耐久性の高いパワーモジュール10となる。   Moreover, as shown in FIG. 3, the external force Q applied to the lead wire c by the inertial force acting on the gel-like potting material g when the power module is driven cannot occur in the power module 10 shown in FIG. Therefore, there is no possibility that the conducting wire 3 is broken due to vibration during driving during the service period, and there is no possibility that cracking, peeling, or the like occurs in the sealing film 8 rich in deformation performance. It becomes.

[加振実験後のパワーモジュール(実施例および比較例)を構成する導線のシェア強度を測定した実験と、その結果]
本発明者等は、図1で示すパワーモジュール(実施例)と、図3で示すパワーモジュール(比較例)を試作し、振動台を具備する恒温槽内に、これらのパワーモジュールをそれぞれ載置し、一定加速度で、しかも、車両に作用し得る周波数帯域条件下で、およそ200時間加振する実験をおこなった。ここで、実施例および比較例の各パワーモジュールは、複数の半導体素子を有し、これらの半導体素子と回路基板を繋ぐ接続導線は、およそ60本にも及んでいる。また、実施例は、封止皮膜の素材(ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂)ごとに3ケースのパワーモジュールを試作している。
[Experiments and results of measuring the shear strength of the conductors that make up the power module (Examples and Comparative Examples) after the excitation experiment]
The inventors made a prototype of the power module shown in FIG. 1 (example) and the power module shown in FIG. 3 (comparative example), and placed these power modules in a thermostat equipped with a vibration table. In addition, an experiment was performed in which vibration was performed for approximately 200 hours at a constant acceleration and under a frequency band condition that could act on the vehicle. Here, each power module of the example and the comparative example has a plurality of semiconductor elements, and the number of connection conductors connecting these semiconductor elements and the circuit board reaches about 60. In the example, a three-case power module is prototyped for each sealing film material (polyolefin resin, acrylic resin, silicone resin).

実験は、治具にて振動台を平面位置および垂直位置に変化させ、平面2方向(X方向、Y方向)と鉛直方向(Z方向)でパワーモジュールを加振するものとし、これらの加振実験で、以下で説明するシェア強度結果の最も厳しい結果を図2に示している。   In the experiment, the shaking table is changed to a plane position and a vertical position with a jig, and the power module is vibrated in two plane directions (X direction, Y direction) and vertical direction (Z direction). In the experiment, the most severe result of the shear strength result described below is shown in FIG.

この実験ではさらに、恒温槽内の温度を、0℃以下〜約100℃の温度範囲(車両に搭載されたパワーモジュールが受け得る温度範囲)の冷熱サイクル変動温度としている。したがって、本実験は、冷熱サイクルと、可変周波数下での加振と、が同時に付与された、極めて厳しい条件下での加振実験となっている。   Furthermore, in this experiment, the temperature in the thermostat is set to a temperature cycle fluctuation temperature in a temperature range of 0 ° C. or less to about 100 ° C. (a temperature range that can be received by a power module mounted on a vehicle). Therefore, this experiment is an excitation experiment under extremely severe conditions in which a cooling / heating cycle and an excitation under a variable frequency are simultaneously applied.

200時間の実験後、実施例および比較例の各パワーモジュールを恒温槽内から取り出し、次いで、シェアテスターのテスト刃をパワーモジュールを構成するたとえば全本数の導線に順次引っ掛け、導線ごとに、破断する際のシェア強度(耐久)を測定した。   After the experiment for 200 hours, the power modules of the example and the comparative example are taken out from the thermostatic bath, and then the test blades of the shear tester are sequentially hooked on, for example, all the conductors constituting the power module, and each conductor is broken. The shear strength (durability) was measured.

図2にそのシェア強度試験結果を示している。なお、図中、棒グラフの頂点は、被測定対象の全導線の平均値を示すものであり、その上下の実線レンジは、測定結果の最大値から最小値までのレンジを示したものである。   FIG. 2 shows the shear strength test results. In the figure, the vertex of the bar graph indicates the average value of all the conductors to be measured, and the upper and lower solid line ranges indicate the range from the maximum value to the minimum value of the measurement results.

図2より、ゲル状ポッティング材を具備する比較例のパワーモジュールは、加振の途中で多数の導線が破断するとともに、ポッティング材も飛散する結果となった。   From FIG. 2, the power module of the comparative example provided with the gel-like potting material resulted in a large number of conductors being broken during the vibration and the potting material being scattered.

一方、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂からなる封止皮膜を有する各実施例のパワーモジュールでは、200時間経過後において、全導線が破断することなく、しかも、何等の不具合も生じていなかった。   On the other hand, in the power module of each example having a sealing film made of a polyolefin resin, an acrylic resin, or a silicone resin, all the conductors did not break after 200 hours, and some trouble occurred. There wasn't.

シェア試験の結果は、図2で示すようにいずれの実施例も、それらの導線が3000N以上の極めて高いシェア強度を有することが実証された。これは、比較例のように過度の外力が導線に作用しなかったこと、薄層で変形性能に富む封止皮膜を具備する導線は、十分な変形性能を有しており、繰り返し振動を受けてもその内部に歪みや内部応力(せん断応力等)がほとんど蓄積しなかったこと、などがその理由であると考えられる。   As a result of the shear test, as shown in FIG. 2, it was demonstrated that all of the examples had extremely high shear strength of those conducting wires of 3000 N or more. This is because, as in the comparative example, an excessive external force did not act on the conductor, and the conductor having a thin layer and a sealing film with high deformation performance had sufficient deformation performance and was subjected to repeated vibration. However, it is considered that the reason is that strain and internal stress (shear stress, etc.) hardly accumulated in the inside.

以上より、本発明のパワーモジュールは、可及的に廉価に製造でき、しかも高耐久で軽量なパワーモジュールである。この高性能かつ高耐久で、軽量なパワーモジュールは、搭載機器に高い性能と高い耐久性、重量低減を要求する近時のハイブリッド車や電気自動車等に車載されるインバータ等への適用に最適である。   As described above, the power module of the present invention is a power module that can be manufactured as inexpensively as possible and that is highly durable and lightweight. This high-performance, high-durability, lightweight power module is ideal for applications such as inverters installed in recent hybrid vehicles and electric vehicles that require high performance, high durability, and weight reduction for the on-board equipment. is there.

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.

1…半導体素子、2…回路基板、3…導線、4…絶縁基板、5…ヒートシンク板、6…冷却器、7…ケース、8…封止皮膜、10…パワーモジュール DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor element, 2 ... Circuit board, 3 ... Conductor, 4 ... Insulating board, 5 ... Heat sink board, 6 ... Cooler, 7 ... Case, 8 ... Sealing film, 10 ... Power module

Claims (3)

基板の一側面に半導体素子が搭載され、該基板と該半導体素子とを導線が繋いでいる、パワーモジュールにおいて、
少なくとも、基板の前記一側面の表面、および、前記半導体素子の表面、および、前記導線の表面にそれぞれ、封止皮膜が形成されている、パワーモジュール。
In a power module in which a semiconductor element is mounted on one side surface of a substrate, and a conductive wire connects the substrate and the semiconductor element,
A power module, wherein a sealing film is formed on at least the surface of the one side surface of the substrate, the surface of the semiconductor element, and the surface of the conductive wire.
前記封止皮膜が、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか一種から形成されている、請求項1に記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 1, wherein the sealing film is formed of any one of a polyolefin resin, an acrylic resin, and a silicone resin. 前記基板は、回路基板、もしくは回路基板と絶縁基板の積層体、もしくは回路基板と絶縁基板と応力緩和基板の積層体、のいずれか一種からなる、請求項1または2に記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 1, wherein the substrate is made of any one of a circuit board, a laminate of a circuit board and an insulating substrate, or a laminate of a circuit board, an insulating substrate, and a stress relaxation substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011222612A (en) * 2010-04-06 2011-11-04 Toppan Printing Co Ltd Reflective mask for euv and method of manufacturing the same

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