JP2010267794A - パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属板1と、金属板上に配置された絶縁性樹脂基板2と、絶縁性樹脂基板上に配置された配線3と、配線上に実装された半導体チップ4と、金属板、絶縁性樹脂基板、配線及び半導体チップを封止する封止樹脂5とを備え、絶縁性樹脂基板と封止樹脂との間に封止樹脂よりも透湿度の低い樹脂からなる低透湿性コーティング層7が設けられていることを特徴とするパワーモジュールである。金属板の封止樹脂と接する側面の一部1aにまで延在するように低透湿性コーティング層を設けることで、耐湿性を更に向上させることができる。
【選択図】図1
Description
そこで、樹脂モールド部の形状を工夫して防湿性を高めることが提案されている。例えば、特許文献1では、基板と放熱板の上面及び側面から背面までとを封止樹脂でモールドして水分の浸入経路を延長することで、吸湿による劣化を防止している。
従って、本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、吸湿による絶縁性の低下が防止され、長期信頼性が向上したパワーモジュールを提供することを目的としている。
また、本発明に係るパワーモジュールは、金属箔と、金属箔上に配置された絶縁性樹脂基板と、絶縁性樹脂基板上に配置されたヒートスプレッダと、ヒートスプレッダ上に実装された半導体チップと、金属箔、絶縁性樹脂基板、ヒートスプレッダ及び半導体チップをトランスファモールドにより封止する封止樹脂とを備え、絶縁性樹脂基板と封止樹脂との間に封止樹脂よりも透湿度の低い樹脂からなる低透湿性コーティング層が設けられていることを特徴とするものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの模式断面図である。図1において、実施の形態1に係るパワーモジュールは、金属板1と、金属板1上に密着して配置された絶縁性樹脂基板2と、絶縁性樹脂基板2上に密着して配置された配線3と、配線3上に実装された半導体チップ4と、金属板1、絶縁性樹脂基板2、配線3及び半導体チップ4を封止する封止樹脂5と、これらを囲うように取り付けられたケース6とを備えており、絶縁性樹脂基板2と封止樹脂5との間には、封止樹脂5よりも透湿度の低い樹脂からなる低透湿性コーティング層7が設けられている。この低透湿性コーティング層7は、封止樹脂5の外に露出しないように形成されている。
絶縁性樹脂基板2としては、パワーモジュールに使用可能なものであればよく、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂中に高熱伝導性無機充填剤(例えば、窒化ホウ素、窒化アルミニウム等)が分散された絶縁性樹脂シートを使用することができる。
配線3としては、パワーモジュールに使用可能なものであればよく、例えば、金、銅、アルミニウム等からなるものを使用することができる。
半導体チップ4としては、パワーモジュールに使用可能なものであればよく、例えば、GTOサイリスタ、IGBT、ダイオド等を使用することができる。
ケースとしては、パワーモジュールに使用可能なものであればよく、例えば、熱可塑性樹脂からなるものを使用することができる。
封止樹脂5としては、パワーモジュールに使用可能なものであればよく、例えば、シリコーンゲル、エポキシ樹脂等を使用することができる。好ましいシリコーンゲルは、針入度(JIS K2220)45〜90mm/10及び粘度(25℃)380mPa・s〜2,100mPa・sの特性を有するものである。
また、低透湿性コーティング層7の好ましい層厚さは、使用する樹脂の種類等によって変わる。より具体的には、封止樹脂5としてシリコーンゲル又はエポキシ樹脂を用いる場合、ポリオレフィン樹脂又はポリビニルブチラール樹脂を用いて10μm〜200μmの層厚さとなるように低透湿性コーティング層7を形成することが望ましい。低透湿性コーティング層7の形成方法としては、特に制限されないが、スクリーン印刷法、スピンコート法、はけ塗り法、ディッピング法等が挙げられる。
図2は、本発明の実施の形態2に係るパワーモジュールの模式断面図である。図2において、実施の形態2に係るパワーモジュールは、金属箔8と、金属箔8上に密着して配置された絶縁性樹脂基板2と、絶縁性樹脂基板2上に密着して配置されたヒートスプレッダ9と、ヒートスプレッダ9上にはんだを介して実装された半導体チップ4と、金属箔8、絶縁性樹脂基板2、ヒートスプレッダ9及び半導体チップ4をトランスファモールドにより封止する封止樹脂5と、ボンディングワイヤ10を介して半導体チップ4に電気的に接続された端子11と、ヒートスプレッダ9上にはんだを介して接合された端子11とを備えており、ヒートスプレッダ9と接しない絶縁性樹脂基板2の上面と封止樹脂5との間に封止樹脂5よりも透湿度の低い樹脂からなる低透湿性コーティング層7が設けられている。この低透湿性コーティング層7は、封止樹脂5の外に露出しないように形成されている。
絶縁性樹脂基板2、半導体チップ4及び低透湿性コーティング層7としては、実施の形態1で例示したものと同様のものを使用することができる。
封止樹脂5としては、パワーモジュールに使用可能であり且つトランスファモールド法で成形可能なものであればよく、例えば、エポキシ樹脂等を使用することができる。
40mm×30mm×厚さ5mmの銅板上に、エポキシ樹脂中に高熱伝導性無機充填剤を分散させた半硬化状態の絶縁性樹脂シートを設置し、この絶縁性樹脂シート上に、パターン形状に予め形成した厚さ1mmの銅配線板を設置した後、高温でプレス加圧することによって絶縁性樹脂シートを硬化させると共に、これらを一体化させた。銅配線板の配置されていない絶縁性樹脂シートの表面(上面及び側面)と銅板の側面の一部とに、ポリオレフィン樹脂からなる厚さ100μmの低透湿性コーティング層を形成した(コーティングに用いた材料の25℃における粘度は230mPa・s、硬化条件は70℃で30分間)。なお、銅板の側面に形成された低透湿性コーティング層は、絶縁性樹脂シートと銅板との界面から1mmの幅で延在していた。また、低透湿性コーティング層の透湿度は6g/m2・24時間である。
次に、絶縁性樹脂シート上に配置された銅配線板上にパワー半導体チップを実装した。これらを50mm×40mm×高さ10mmのポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂製ケースに入れた後、ケース内にシリコーンゲルをポッティング封止し、続いて、150℃で2時間の硬化を行い、図1に示されるようなパワーモジュールを作製した。なお、ここで使用したシリコーンゲルの透湿度は厚さ100μmで1000g/m2・24時間(JIS Z 0208)である。
低透湿性コーティング層を形成しないこと以外は実施例1と同様にしてパワーモジュールを作製した。
実施例1及び比較例1のパワーモジュールを3個ずつ用意し、高温高湿バイアス試験を行った。試験は、85℃及び85%RHの条件下で、絶縁性樹脂シートに1,000Vの直流電圧を100時間印加して実施した。試験結果を図3に示す。比較例1のパワーモジュールでは、絶縁性樹脂シートに流れるリーク電流が100時間経過後に初期より5桁も増加した。それに対して、実施例1のパワーモジュールでは、絶縁性樹脂シートに流れるリーク電流が100時間経過後に初期より3桁しか増加しなかった。
20mm×30mm×厚さ3mmの銅製ヒートスプレッダ上に、パワー半導体チップをはんだ材を用いて実装した。その際、ヒートスプレッダには、はんだ材を用いて端子を接合した。また、パワー半導体チップはボンディングワイヤを介して端子に電気的に接続した。25mm×35mm×厚さ0.1mmの銅箔上に、エポキシ樹脂中に高熱伝導性無機充填剤を分散させた半硬化状態の絶縁性樹脂シートを形成した後、この絶縁性樹脂シートのヒートスプレッダを設置しない部分にポリオレフィン樹脂からなる厚さ100μmの低透湿性コーティング層を形成した(コーティングに用いた材料の25℃における粘度は230mPa・s、硬化条件は70℃で30分間)。これをトランスファー成型機内の金型上に設置し、その上にパワー半導体チップを実装したヒートスプレッダを設置した後、エポキシ樹脂を金型に流し込んで全体を覆うように封止し、続いて、後硬化を行い、図2に示されるようなパワーモジュールを作製した。最終的なパワーモジュールのパッケージサイズは、30mm×40mm×高さ8mmであった。なお、ここで使用したエポキシ樹脂は、ガラス転移温度160℃及び熱膨張係数14×10-6/Kを有する。
低透湿性コーティング層を形成しないこと以外は実施例2と同様にしてパワーモジュールを作製した。
実施例2及び比較例2のパワーモジュールのパワーモジュールを3個ずつ用意し、高温高湿バイアス試験を行った。試験は、85℃及び85%RHの条件下で、絶縁性樹脂シートに1,000Vの直流電圧を500時間印加して実施した。試験結果を図4に示す。比較例2のパワーモジュールでは、絶縁性樹脂シートに流れるリーク電流が500時間経過後に初期より4桁も増加した。それに対して、実施例2のパワーモジュールでは、絶縁性樹脂シートに流れるリーク電流が500時間経過後に初期より1桁しか増加しなかった。
Claims (4)
- 金属板と、金属板上に配置された絶縁性樹脂基板と、絶縁性樹脂基板上に配置された配線と、配線上に実装された半導体チップと、金属板、絶縁性樹脂基板、配線及び半導体チップを封止する封止樹脂とを備え、絶縁性樹脂基板と封止樹脂との間に封止樹脂よりも透湿度の低い樹脂からなる低透湿性コーティング層が設けられていることを特徴とするパワーモジュール。
- 前記低透湿性コーティング層が、前記金属板の前記封止樹脂と接する側面の一部にまで延在するように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 金属箔と、金属箔上に配置された絶縁性樹脂基板と、絶縁性樹脂基板上に配置されたヒートスプレッダと、ヒートスプレッダ上に実装された半導体チップと、金属箔、絶縁性樹脂基板、ヒートスプレッダ及び半導体チップをトランスファモールドにより封止する封止樹脂とを備え、絶縁性樹脂基板と封止樹脂との間に封止樹脂よりも透湿度の低い樹脂からなる低透湿性コーティング層が設けられていることを特徴とするパワーモジュール。
- 前記低透湿性コーティング層が、ポリオレフィン樹脂又はポリビニルブチラール樹脂からなることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のパワーモジュール。
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