JP2010267726A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、詳細には、耐振動強度向上技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique for improving vibration resistance strength.
従来、例えばエンジンやモータ等の出力軸線方向よりもエンジンのシリンダ内に振動が作用する方向や出力軸線回りの振れ回りの振動の方が大きいのに合わせて、電子制御ユニットやパワーユニット等の電子回路をモジュール化したモジュール部品を、振動の影響の少ない出力軸線方向に対してボンディングワイヤを含む平面が垂直となるように配置することで、ボンディングワイヤの耐久性を損なうボンディングワイヤを含む面に垂直な方向への大きな振動が加わるのを防止する技術が提案されている(例えば、特許文献1に記載)。 Conventionally, electronic circuits such as an electronic control unit and a power unit are adapted to the direction in which vibration is applied in the cylinder of the engine and the vibration around the output axis are larger than the direction of the output axis of the engine or motor, for example. By arranging module parts that are modularized so that the plane including the bonding wire is perpendicular to the output axis direction where the influence of vibration is small, it is perpendicular to the surface including the bonding wire that impairs the durability of the bonding wire. A technique for preventing a large vibration in a direction from being applied has been proposed (for example, described in Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載の技術では、外乱によって半導体装置に入力される大きな振動(加振力)に対してモジュールケース内に充填された粘弾性を呈するゲル状物質が共振することによって変位し、そのゲル状物質の変位に連動してボンディングワイヤも変位することから、前記ボンディングワイヤが断線等するといった問題が発生する。
However, in the technique described in
そこで、本発明は、ケース内に充填されたゲル状充填材の揺動によるボンディングワイヤの断線を防止し、耐振動強度を向上させることのできる半導体装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a semiconductor device capable of preventing the bonding wire from being broken by the swinging of the gel filler filled in the case and improving the vibration resistance strength.
本発明の半導体装置では、半導体装置に発生する振動方向とゲル状充填材の短手方向を一致させて、前記ゲル状充填材をケース内に充填した構造とする。 The semiconductor device according to the present invention has a structure in which the vibration direction generated in the semiconductor device and the short direction of the gel filler are matched, and the gel filler is filled in the case.
本発明の半導体装置によれば、半導体装置に発生する振動方向とゲル状充填材の短手方向を一致させたことにより、ゲル状充填材の長手方向に対して短手方向は揺動し難い(共振し難い)ことからゲル状充填材の揺動を抑制することができ、ボンディングワイヤに加わる強制変位を低減できる。その結果、ボンディングワイヤの断線を防止することができ、半導体装置の耐振信頼性を向上させることができる。 According to the semiconductor device of the present invention, since the vibration direction generated in the semiconductor device matches the short direction of the gel filler, the short direction hardly swings with respect to the longitudinal direction of the gel filler. Since it is difficult to resonate, the gel filler can be prevented from swinging, and the forced displacement applied to the bonding wire can be reduced. As a result, disconnection of the bonding wire can be prevented, and the vibration resistance reliability of the semiconductor device can be improved.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「実施形態1」
図1は実施形態1の半導体装置の全体斜視図、図2は図1の半導体装置において、ケースと蓋を分離した状態の半導体装置の全体斜視図、図3は図1のA−A線断面図である。
“
1 is an overall perspective view of the semiconductor device of the first embodiment, FIG. 2 is an overall perspective view of the semiconductor device in a state where a case and a lid are separated in the semiconductor device of FIG. 1, and FIG. FIG.
実施形態1の半導体装置1は、図1から図3に示すように、回路基板2に搭載された半導体素子3と、回路基板2上に絶縁体4を介して積層された導体5と、半導体素子3と導体5とを電気的に繋ぐボンディングワイヤ6と、回路基板2を内部に収容するように該回路基板2の周囲に取り付けられたケース7と、ケース7内に充填されて少なくとも半導体素子3とボンディングワイヤ6を保護するゲル状充填材8と、回路基板2に貼り合わされた放熱板9と、ケース7に取り付けられてゲル状充填材8を封止する蓋10と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
半導体素子3は、例えば電気自動車等において電力変換をするためのデバイスとして使用される。具体的には、バッテリーからの直流電源をモーターへの3相交流に変換して流すインバータにおいて、電流変換を行うパワーモジュール中に設けたスイッチング素子の導通、非導通を制御する機能として半導体素子3が使用される。この半導体素子3は、電子回路部が形成された回路基板2の一面2aとなる部品実装面に実装されている。
The
導体5は、回路基板2の部品実装面である一面2a上に、直接設けられるのではなく絶縁体4を介して設けられている。
The
ボンディングワイヤ6は、半導体素子3に電力を供給する電力供給線として機能する。このボンディングワイヤ6は、半導体素子3と導体5とを電気的に繋ぐように接続されている。具体的には、ボンディングワイヤ6は、一端を半導体素子3に電気的に接続し、他端を導体5に接続させてアーチ状とされている。
The
ケース7は、回路基板2を内部に収容するように該回路基板2の周囲に取り付けられる平面視長方形をなす枠体として形成されている。このケース7は、内部に半導体素子3や導体5若しくはボンディングワイヤ6を実装させた回路基板2とゲル状充填材8とを充填させるキャビティとしても機能する。
The
放熱板9は、半導体素子3が発する熱を放熱するヒートシンクとして機能する。この放熱板9は、前記回路基板2の部品実装面である一面2aとは反対側の他面2bに貼り付けられている。また、放熱板9は、半導体素子3の発熱をケース外へと放熱するため、ケース7の底に取り付けられている。別の見方をすると、放熱板9は、ケース7の底を構成している。
The heat sink 9 functions as a heat sink that dissipates heat generated by the
ゲル状充填材8は、回路基板2上に実装された半導体素子3、導体5及びボンディングワイヤ6を覆うようにしてケース7内に充填されている。かかるゲル状充填材8は、これら半導体素子3、導体5及びボンディングワイヤ6が損傷等しないように外力から保護する役目をする。また、ゲル状充填材8は、ケース7内に隙間無く満たされるように充填される。ゲル状充填材8としては、例えばシリコン系、エポキシ系等の粘弾性を呈する樹脂が使用される。ゲル状充填材として使用できる樹脂としては、例えば、シリコン、ウレタン、エポキシがある。
The
蓋10は、ゲル状充填材8を充填させたケース7の上部に取り付けられている。このケース7の上部が蓋10で閉蓋されると、ゲル状充填材8が封止されることになる。
The
本実施形態の半導体装置では、半導体装置1に発生する(加えられる)振動方向(加振方向)Kと、前記ゲル状充填材8の短手方向Sを一致させて、前記ゲル状充填材8を前記ケース7内に充填させている。
In the semiconductor device of the present embodiment, the gel-
半導体装置1には、例えば図2に示すように、自動車等に搭載されるエンジンやモーター等の車両駆動装置からの振動やロードノイズがケース7の長手方向ではなく短手方向Kに発生する(加振される)ものとする。そうした場合、ケース7内に充填されたゲル状充填材8は、前記半導体装置1に発生する振動に対してそのゲル状充填材8自身の長手方向Lには共振し易く、ゲル状充填材8自身の短手方向Sには共振し難い特性を有する。
In the
したがって、半導体装置1に発生する(加振される)振動方向Kにゲル状充填材8の短手方向Sを一致させれば、ゲル状充填材8の長手方向Lに対して短手方向Sは共振し難い(揺動し難い)ことから、ゲル状充填材8の揺動を抑制することができる。つまり、本実施形態の半導体装置1によれば、該半導体装置1に発生する振動に共振するゲル状充填材8の共振点が高くなり、ボンディングワイヤ6に加わる強制変位の低減及びボンディングワイヤ内部に発生する応力を低減することができる。したがって、本実施形態の半導体装置1によれば、ボンディングワイヤ6の断線を回避することができ、耐振動強度を大幅に向上させることができる。
Therefore, if the short direction S of the
「実施形態2」
図4はゲル状充填材を分離壁で分離した実施形態2の半導体装置の斜視図である。実施形態2の半導体装置では、ゲル状充填材8を分離する分離壁11をケース7に設けて、前記半導体装置1に発生する振動方向Kと前記ゲル状充填材8の短手方向Sを一致させたものである。実施形態2では、先の実施形態1とは異なり、ケース7の長手方向を、半導体装置1に発生する振動方向とした。
“
FIG. 4 is a perspective view of the semiconductor device of
図4では、ケース7の内側にゲル状充填材8を充填させるキャビティー12A、12B、12Cが3つ形成されるように、ケース7の短手方向に沿って2つの分離壁11を形成している。これら分離壁11は、何れもケース7の高さと同じ高さを持つ仕切り壁として該ケース7に一体化されている。そのため、各キャビティー12A、12B、12C内のゲル状充填材8は、隣接するキャビティーに対して分離された状態にある。
In FIG. 4, two
なお、各キャビティー12A、12B、12Cには、実施形態1と同様、回路基板2に実装された半導体素子3、導体5及びボンディングワイヤ6が設けれているものとする。
It is assumed that the
このように構成した実施形態2の半導体装置では、前記分離壁11をケース7に設けて半導体装置1に発生する振動方向Kとゲル状充填材8の短手方向Sを一致させているので、実施形態1と同様、ゲル状充填材8の揺動を抑制することができ、ボンディングワイヤ6の断線を回避することができる。なお、ケース7には分離壁11を設けずに蓋10に分離壁11を設けることも考えられるが、そうすると、蓋10をケース7に組み付ける時にゲル状充填材8及びボンディングワイヤ6が変形するので好ましくない。
In the semiconductor device according to the second embodiment configured as described above, the
また、実施形態2によれば、ケース7の外形形状に拘わらず、ゲル状充填材8の短手方向Sと半導体装置1に発生する振動方向Kを分離壁11によって一致させることができるため、例えケース7の長手方向が半導体装置1に発生する振動方向Kであってもゲル状充填材8の揺動を抑制することができる。したがって、本実施形態2によれば、ケース7の外形形状に左右されることなくケース7に分離壁11を設けることで、半導体モジュールのレイアウトの自由度を高めることができる。
Further, according to the second embodiment, the short direction S of the
「実施形態3」
図5は分離壁高さをゲル状充填材高さよりも低くした実施形態3の半導体装置の斜視図である。なお、図5では、分離壁11の高さを表すために各キャビティー12A、12B、12C内に配置される回路基板2、半導体素子3、導体5及びボンディングワイヤ6の図示は省略してある。
“
FIG. 5 is a perspective view of the semiconductor device of
実施形態2の半導体装置では、ケース7に設けた分離壁11の壁高さをケース7の高さと同じとしたが、実施形態3では、その分離壁11の高さをゲル状充填材8の高さより低くしている。
In the semiconductor device of the second embodiment, the height of the
つまり、この実施形態3の半導体装置では、各キャビティー12A、12B、12Cは、ケース8の高さよりも少し低い分離壁11で分離されるが、そのキャビティー12A、12B、12C内に充填されたゲル状充填材8は分離壁11の上部で繋がった形態となっている。
That is, in the semiconductor device of the third embodiment, the
実施形態3の半導体装置によれば、実施形態2と同様、半導体装置1に発生する振動方向Kと各キャビティー12A、12B、12C内のゲル状充填材8の短手方向Sを分離壁11によって一致させたことによるボンディングワイヤ6の断線回避効果に加えて、各キャビティー12A、12B、12Cが繋がることでケース7内へのゲル状充填材8の充填工程を一度の作業で行うことができ、生産性を向上させることができる。
According to the semiconductor device of the third embodiment, as in the second embodiment, the vibration direction K generated in the
「実施形態4」
図6は本発明の半導体装置を車両駆動装置の車両後方位置若しくは車両駆動装置の出力軸端部に配置した図である。
“
FIG. 6 is a diagram in which the semiconductor device of the present invention is disposed at the vehicle rear position of the vehicle drive device or at the output shaft end portion of the vehicle drive device.
実施形態4では、エンジン13とモーター14を一体化した車両駆動装置を搭載した車両15に、バッテリーからの直流電源をモーターへ3相交流に変換して流すためのインバータの一部を構成する半導体モジュールとして本発明に係る半導体装置1を所定位置に配置する。
In the fourth embodiment, a semiconductor that constitutes a part of an inverter for converting a DC power source from a battery into a three-phase AC current and flowing the same to a
なお、車両駆動装置の出力軸は、エンジン13の出力軸、モーター14の出力軸を指すものとする。
Note that the output shaft of the vehicle drive device refers to the output shaft of the
例えば、前記車両駆動装置の上部H1に半導体装置1を配置した場合は、車両前高が増すことになり、車載時のレイアウト自由度が低減する。また、前記車両駆動装置の下部H2に半導体装置1を配置した場合は、車両最低地上高制限に影響し、やはり車載時のレイアウト自由度が低減する。また、前記車両駆動装置の前部H3に半導体装置1を配置した場合は、衝突安全性確保のため望ましくない。
For example, when the
そこで、実施形態3では、半導体装置1を車両駆動装置の車両後方位置H4若しくは車両駆動装置の出力軸端部H5に配置することで、車載時のレイアウト自由度と衝突安全性を確保することができる。
Therefore, in the third embodiment, the
本発明は、回路基板上に実装された半導体素子と導体を接続するボンディングワイヤ等をゲル状充填材で覆った半導体装置を自動車等に搭載する技術として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a technique for mounting a semiconductor device in which a bonding wire or the like connecting a semiconductor element mounted on a circuit board and a conductor is covered with a gel filler on an automobile or the like.
1…半導体装置
2…回路基板
3…半導体素子
4…絶縁体
5…導体
6…ボンディングワイヤ
7…ケース
8…ゲル状充填材
9…放熱板
10…蓋
11…分離壁
12A、12B、12C…キャビティー
13…エンジン
14…モータ
15…車両
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回路基板上に絶縁体を介して積層された導体と、
前記半導体素子と前記導体とを電気的に繋ぐボンディングワイヤと、
前記回路基板を内部に収容するように該回路基板の周囲に取り付けられたケースと、
前記ケース内に充填されて少なくとも前記半導体素子と前記ボンディングワイヤを保護するゲル状充填材と、を備えた半導体装置であって、
前記半導体装置に発生する振動方向と前記ゲル状充填材の短手方向を一致させて、前記ゲル状充填材を前記ケース内に充填した構成とした
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor element mounted on a circuit board;
A conductor laminated via an insulator on the circuit board;
A bonding wire that electrically connects the semiconductor element and the conductor;
A case attached around the circuit board so as to accommodate the circuit board;
A semiconductor device comprising a gel filler that fills the case and protects at least the semiconductor element and the bonding wire,
The semiconductor device is characterized in that a vibration direction generated in the semiconductor device and a short direction of the gel filler are matched to fill the case with the gel filler.
前記ゲル状充填材を分離する分離壁を前記ケースに設けて、前記半導体装置に発生する振動方向と前記ゲル状充填材の短手方向を一致させた
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that a separation wall for separating the gel filler is provided in the case so that a vibration direction generated in the semiconductor device coincides with a short direction of the gel filler.
前記分離壁高さを、前記ゲル状充填材高さより低くした
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the height of the separation wall is lower than the height of the gel filler.
ことを特徴とする半導体装置。 At least the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 is disposed at a rear side of a vehicle drive device having an engine and a motor as an integrated unit or at an output shaft end portion of the vehicle drive device. A semiconductor device characterized by the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009116752A JP2010267726A (en) | 2009-05-13 | 2009-05-13 | Semiconductor device |
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1084009A (en) * | 1996-09-09 | 1998-03-31 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2002299521A (en) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Diamond Electric Mfg Co Ltd | Hybrid integrated circuit having vibration-proof protecting structure of bonding wire |
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2009
- 2009-05-13 JP JP2009116752A patent/JP2010267726A/en active Pending
Patent Citations (2)
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