JP2011192689A - Power module - Google Patents

Power module Download PDF

Info

Publication number
JP2011192689A
JP2011192689A JP2010055324A JP2010055324A JP2011192689A JP 2011192689 A JP2011192689 A JP 2011192689A JP 2010055324 A JP2010055324 A JP 2010055324A JP 2010055324 A JP2010055324 A JP 2010055324A JP 2011192689 A JP2011192689 A JP 2011192689A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
power module
heat spreader
bare chip
semiconductor bare
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010055324A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Tanaka
三博 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP2010055324A priority Critical patent/JP2011192689A/en
Publication of JP2011192689A publication Critical patent/JP2011192689A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49175Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the heat dissipation of a power module for mounting a semiconductor bare chip on a substrate by a connection method using wire bonding and a ribbon wire. <P>SOLUTION: In the power module 10 including a substrate 11 provided with one surface and the other surface, a heat spreader 12 disposed at the side of one surface of the substrate 11, a semiconductor bare chip 13 mounted to the substrate 11 through the heat spreader 12, a sealing material 14 for sealing the semiconductor bare chip 13 mounted to the substrate 11, and a radiator 15 provided at the side of the other surface of the substrate 11, the heat spreader 12 has a planar first diffusion part 121 in thermal contact with the substrate 11 and the semiconductor bare chip 13, respectively, and one or a plurality of second diffusion parts 122 erected from the first diffusion part 121 in the opposite direction of the substrate 11. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板に半導体素子などの電子部品を実装し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 an electronic component such as a semiconductor element is mounted on a substrate.

従来から、半導体素子をベアチップの状態で樹脂基板などに実装したパワーモジュールが知られている。このようなパワーモジュールは、例えば、空気調和機などの電力機器に用いられ、電力の変換や制御を行う。   Conventionally, a power module in which a semiconductor element is mounted on a resin substrate or the like in a bare chip state is known. Such a power module is used, for example, in power equipment such as an air conditioner, and performs power conversion and control.

図8に示す従来のパワーモジュール80は、基板1の一面側に半導体ベアチップ3がヒートスプレッダ2を介して実装されており、基板1の他面側に放熱器5が絶縁層(図示省略)を介して設けられている。基板1の一面側には電極パッド6が形成されており、半導体ベアチップ3の上面にある端子(図示省略)と電極パッド6とが電気接続部材7で接続されている。半導体ベアチップ3は樹脂などの封止材4により保護される。基板1において、ヒートスプレッダ2と熱接触する箇所には周知のサーマルビア8が設けられている。半導体ベアチップ3で発生した熱はヒートスプレッダ2、基板1のサーマルビア8を介して放熱器5に伝導される。ヒートスプレッダ2が熱を拡散させるため、パワーモジュール80の放熱性を向上させることができる。   In the conventional power module 80 shown in FIG. 8, the semiconductor bare chip 3 is mounted on one surface side of the substrate 1 via the heat spreader 2, and the radiator 5 is disposed on the other surface side of the substrate 1 via an insulating layer (not shown). Is provided. An electrode pad 6 is formed on one surface side of the substrate 1, and a terminal (not shown) on the upper surface of the semiconductor bare chip 3 and the electrode pad 6 are connected by an electrical connection member 7. The semiconductor bare chip 3 is protected by a sealing material 4 such as a resin. A well-known thermal via 8 is provided at a location where the substrate 1 is in thermal contact with the heat spreader 2. Heat generated in the semiconductor bare chip 3 is conducted to the radiator 5 via the heat spreader 2 and the thermal via 8 of the substrate 1. Since the heat spreader 2 diffuses heat, the heat dissipation of the power module 80 can be improved.

近年、電力機器の多機能化などにより、その動作のために相応の電力量が必要とされる。一方で、パワーモジュールは小型化が要求されており、その要求に応じると単位面積(あるいは単位体積)あたりの発熱量が高くなる。したがって、パワーモジュールの放熱対策が重要となる。   In recent years, due to the multi-functionality of power equipment, a corresponding amount of power is required for its operation. On the other hand, the power module is required to be miniaturized, and the heat generation amount per unit area (or unit volume) increases according to the demand. Therefore, heat dissipation measures for the power module are important.

図8に示すパワーモジュール80においては、ヒートスプレッダ2の面積が大きいほど基板1のサーマルビア8を介した放熱器5との接触面積が大きくなりパワーモジュール80の放熱性が向上する。しかしながら、ヒートスプレッダ2の面積を拡大すると、パワーモジュール80のサイズも大きくなってしまうため、パワーモジュール80の小型化に対する要求に応じることができない。   In the power module 80 shown in FIG. 8, the larger the area of the heat spreader 2, the larger the contact area with the radiator 5 through the thermal via 8 of the substrate 1, and the heat dissipation of the power module 80 is improved. However, if the area of the heat spreader 2 is increased, the size of the power module 80 also increases, and therefore it is not possible to meet the demand for downsizing of the power module 80.

例えば、樹脂基板などに比べて熱伝導率が高いAl基板などの金属基板を用いることによってパワーモジュール80の放熱性をさらに向上させることもできるが、Al基板は樹脂基板に比べて高価であり、コスト上好ましくない。   For example, the heat dissipation of the power module 80 can be further improved by using a metal substrate such as an Al substrate having a higher thermal conductivity than a resin substrate, but the Al substrate is more expensive than the resin substrate, It is not preferable in terms of cost.

下記特許文献に、半導体チップを覆うようにヒートスプレッダを設け、このヒートスプレッダに放熱フィンが取付けられた電子装置が開示されている。半導体チップで発生した熱がヒートスプレッダを介して放熱フィンに伝達されることにより放熱が行われる。ヒートスプレッダには半導体チップの形状に対応する凹部が形成されており、この凹部に半導体チップが収容されるため、互いに熱接触する面積が増加し、放熱効率が向上する。   The following patent document discloses an electronic device in which a heat spreader is provided so as to cover a semiconductor chip, and heat radiating fins are attached to the heat spreader. The heat generated in the semiconductor chip is transferred to the heat radiating fins through the heat spreader, so that the heat is radiated. A recess corresponding to the shape of the semiconductor chip is formed in the heat spreader. Since the semiconductor chip is accommodated in the recess, the area in thermal contact with each other is increased, and the heat dissipation efficiency is improved.

しかしながら、特許文献は、ワイヤボンディングやリボン電線を用いた接続方法を考慮したものではない。したがって、パワーモジュール80に適用することができない。   However, the patent document does not consider a wire bonding or a connection method using a ribbon electric wire. Therefore, it cannot be applied to the power module 80.

特開平9−213847号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-218347

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、ワイヤボンディングやリボン電線を用いた接続方法により半導体ベアチップを基板に実装するパワーモジュールの放熱性を向上させることにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to improve the heat dissipation of a power module in which a semiconductor bare chip is mounted on a substrate by a bonding method using wire bonding or a ribbon electric wire. is there.

本発明のパワーモジュールは、一面と他面とを有する基板と、基板の一面側に配設されるヒートスプレッダと、ヒートスプレッダを介して基板に実装される半導体ベアチップと、基板に実装された半導体ベアチップを封止する封止材と、基板の他面側に設けられた放熱器と、を備え、ヒートスプレッダが、基板及び半導体ベアチップそれぞれと熱接触する板状の第一拡散部と、第一拡散部から基板の反対方向に起立する第二拡散部とを備えることを特徴とする。半導体ベアチップで発生した熱はヒートスプレッダの第一拡散部および第二拡散部の方に拡散される。   The power module of the present invention includes a substrate having one surface and another surface, a heat spreader disposed on one surface of the substrate, a semiconductor bare chip mounted on the substrate via the heat spreader, and a semiconductor bare chip mounted on the substrate. A sealing material for sealing, and a radiator provided on the other surface side of the substrate, wherein the heat spreader is in a plate-like first diffusion portion in thermal contact with the substrate and the semiconductor bare chip, and from the first diffusion portion. And a second diffusion portion that stands in the opposite direction of the substrate. The heat generated in the semiconductor bare chip is diffused toward the first diffusion portion and the second diffusion portion of the heat spreader.

本発明のパワーモジュールは、基板の一面に設けられた電極パッドと、半導体ベアチップと電極パッドとを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、第二拡散部が、電気接続部材に対して非接触である。   The power module of the present invention includes an electrode pad provided on one surface of the substrate, and an electrical connection member that electrically connects the semiconductor bare chip and the electrode pad, and the second diffusion portion is connected to the electrical connection member. Non-contact.

本発明のパワーモジュールは、第二拡散部が、板状又は棒状である。   In the power module of the present invention, the second diffusion portion has a plate shape or a rod shape.

本発明のパワーモジュールは、第二拡散部の一部が封止材から露出している。   In the power module of the present invention, a part of the second diffusion portion is exposed from the sealing material.

本発明に係るパワーモジュールによれば、ヒートスプレッダの第一拡散部から基板の反対方向に起立するように第二拡散部を設けているため、ヒートスプレッダが基板と熱接触する部分の面積を拡大することなく、ヒートスプレッダ全体としての表面積を拡大することができる。これにより、熱の拡散量が向上し、パワーモジュールの放熱性が向上すると同時に、パワーモジュールの小型化に対する要求にも対応可能となる。   According to the power module of the present invention, since the second diffusion portion is provided so as to stand in the opposite direction of the substrate from the first diffusion portion of the heat spreader, the area of the portion where the heat spreader is in thermal contact with the substrate is enlarged. The surface area of the heat spreader as a whole can be increased. Thereby, the amount of heat diffusion is improved, the heat dissipation of the power module is improved, and at the same time, the demand for downsizing of the power module can be met.

本発明に係るパワーモジュールによれば、ヒートスプレッダの第二拡散部が、電気接続部材に対して非接触となるように設けられるため、電気接続部材が半導体ベアチップと電極パッドとを電気的に接続する際の妨げにならない。これにより、ワイヤボンディングやリボン電線を用いた接続方法により半導体ベアチップを基板に実装するパワーモジュールに適用することができる。   According to the power module of the present invention, since the second diffusion portion of the heat spreader is provided so as to be non-contact with the electrical connection member, the electrical connection member electrically connects the semiconductor bare chip and the electrode pad. It won't be a hindrance. Thereby, it can apply to the power module which mounts a semiconductor bare chip on a board | substrate by the connection method using wire bonding or a ribbon electric wire.

本発明に係るパワーモジュールによれば、第二拡散部が板状又は棒状に形成可能であるため、電気接続部材の配置に対する自由度が高い。これにより、半導体ベアチップの端子と基板上の電極パッドとの位置関係について、多種のパターンに対応することが可能となる。   According to the power module according to the present invention, since the second diffusion portion can be formed in a plate shape or a rod shape, the degree of freedom with respect to the arrangement of the electrical connection members is high. This makes it possible to deal with various patterns with respect to the positional relationship between the terminals of the semiconductor bare chip and the electrode pads on the substrate.

本発明に係るパワーモジュールによれば、第二拡散部の一部が封止材から露出しているため、ヒートスプレッダにより拡散された熱を、封止材を介することなく空気へ熱伝導させることができる。これにより、パワーモジュールの放熱性をさらに向上させることができる。   According to the power module according to the present invention, since a part of the second diffusion portion is exposed from the sealing material, the heat diffused by the heat spreader can be conducted to the air without passing through the sealing material. it can. Thereby, the heat dissipation of a power module can further be improved.

第一の実施形態に係るパワーモジュールを示す(a)平面図及び(b)A1−A1線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the (a) top view and (b) A1-A1 line which show the power module which concerns on 1st embodiment. 第一の実施形態に係るパワーモジュールを示すA2−A2線(図1(a)参照)に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A2-A2 line (refer Fig.1 (a)) which shows the power module which concerns on 1st embodiment. 第一の実施形態に係るパワーモジュールの変形例を示す(a)平面図及び(b)B1−B1線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the (a) top view and (b) B1-B1 line which show the modification of the power module which concerns on 1st embodiment. 第二の実施形態に係るパワーモジュールを示す(a)平面図及びC1−C1線に沿った断面図である。It is the (a) top view which shows the power module which concerns on 2nd embodiment, and sectional drawing along the C1-C1 line. 第三の実施形態に係るパワーモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the power module which concerns on 3rd embodiment. 第一の実施形態に係るパワーモジュールの他の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other modification of the power module which concerns on 1st embodiment. 第三の実施形態に係るパワーモジュールの変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the power module which concerns on 3rd embodiment. 従来のパワーモジュールを示す(a)平面図及び(b)D1−D1線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the (a) top view and (b) D1-D1 line which show the conventional power module.

以下、本発明に係るパワーモジュールの実施形態について図面を用いて説明する。本明細書において、各図面は概略的に示されており、同一の符号で示されている場合は、同一の構成を示すものとする。本明細書において、基板の一面とは、半導体ベアチップなどが設けられる側の面を示すものとし、基板の他面とは、放熱器が設けられる側の面を示すものとする。説明の便宜上、各図面の平面図においては封止材の図示を省略しており、各断面図(図2を除く)においては電極パッド及び電気接続部材の図示を省略している。   Hereinafter, embodiments of a power module according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, each drawing is schematically shown, and when the same reference numeral is given, the same configuration is shown. In this specification, the one surface of the substrate indicates the surface on the side where the semiconductor bare chip or the like is provided, and the other surface of the substrate indicates the surface on the side where the radiator is provided. For convenience of explanation, the sealing material is not shown in the plan views of the drawings, and the electrode pads and the electrical connection members are not shown in the cross-sectional views (excluding FIG. 2).

図1および図2に示すように、第一の実施形態に係るパワーモジュール10は、基板11と、基板11の一面に設けられたヒートスプレッダ12と、ヒートスプレッダ12を介して基板11に実装された半導体ベアチップ13と、半導体ベアチップ13を封止する封止材14と、基板11の他面に設けられた放熱器15とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the power module 10 according to the first embodiment includes a substrate 11, a heat spreader 12 provided on one surface of the substrate 11, and a semiconductor mounted on the substrate 11 via the heat spreader 12. A bare chip 13, a sealing material 14 for sealing the semiconductor bare chip 13, and a radiator 15 provided on the other surface of the substrate 11 are provided.

基板11は、絶縁性の板体である。基板11には電子回路が形成されている。基板11は、具体的には、エポキシ樹脂などを用いた樹脂基板またはアルミナなどを用いたセラミック基板が挙げられる。さらに具体的には、基板11はガラスエポキシ樹脂基板などである。図示しないが、基板11には、周知のサーマルビア18が適宜設けられている。このサーマルビア18を介して、ヒートスプレッダ12から放熱器15への熱伝導および半導体ベアチップ13と前記電子回路との接続が行われる。   The substrate 11 is an insulating plate. An electronic circuit is formed on the substrate 11. Specifically, the substrate 11 may be a resin substrate using an epoxy resin or the like, or a ceramic substrate using alumina or the like. More specifically, the substrate 11 is a glass epoxy resin substrate or the like. Although not shown, the substrate 11 is appropriately provided with a well-known thermal via 18. Through the thermal via 18, heat conduction from the heat spreader 12 to the radiator 15 and connection between the semiconductor bare chip 13 and the electronic circuit are performed.

ヒートスプレッダ12は、熱伝導率の高い導体である。ヒートスプレッダ12は半導体ベアチップ13の熱を効果的に拡散させる。ヒートスプレッダ12は、基板11に設けられたサーマルビア18の上に半田付けされる。   The heat spreader 12 is a conductor having high thermal conductivity. The heat spreader 12 effectively diffuses the heat of the semiconductor bare chip 13. The heat spreader 12 is soldered on the thermal via 18 provided on the substrate 11.

ヒートスプレッダ12は、第一拡散部121と第二拡散部122とを備える。第一拡散部121は板状に形成されており、基板11および半導体ベアチップ13それぞれと熱接触している。第二拡散部122は板状に形成されており、第一拡散部121から基板11の反対方向に垂直に起立している。第一拡散部121の端部に第二拡散部122が形成される。この第二拡散部122は、折り曲げ成形又は深絞り成形などの任意の方法で第一拡散部121と一体的に形成される。なお、第二拡散部122は必ずしも第一拡散部121の端部に形成される必要はない。例えば、溶接などの方法により第一拡散部121の端部よりも内側に形成してもよい。   The heat spreader 12 includes a first diffusion part 121 and a second diffusion part 122. The first diffusion part 121 is formed in a plate shape and is in thermal contact with the substrate 11 and the semiconductor bare chip 13. The second diffusion part 122 is formed in a plate shape, and stands upright from the first diffusion part 121 in the direction opposite to the substrate 11. A second diffusion part 122 is formed at the end of the first diffusion part 121. The second diffusion part 122 is formed integrally with the first diffusion part 121 by any method such as bending or deep drawing. The second diffusion part 122 is not necessarily formed at the end of the first diffusion part 121. For example, you may form inside the edge part of the 1st spreading | diffusion part 121 by methods, such as welding.

ヒートスプレッダ12の大きさは、半導体ベアチップ13の大きさ、封止材14の幅や厚みなどに応じて適宜設計される。第一拡散部121および第二拡散部122それぞれの厚みは、例えば約1mmであるが、さらに薄く形成してもよい。第一拡散部121の厚みと第二拡散部122の厚みとは必ずしも同一である必要はなく、互いの厚みが異なるように形成してもよい。   The size of the heat spreader 12 is appropriately designed according to the size of the semiconductor bare chip 13 and the width and thickness of the sealing material 14. The thickness of each of the first diffusion part 121 and the second diffusion part 122 is, for example, about 1 mm, but may be formed thinner. The thickness of the first diffusing portion 121 and the thickness of the second diffusing portion 122 are not necessarily the same, and may be formed so that their thicknesses are different from each other.

ヒートスプレッダ12の材質としては、熱伝導率が高く熱膨張率が低い銅や銅を含む合金などの金属材料を用いるのが好ましい。熱の拡散効率が向上にするとともに、熱変形を防ぐことができる。   As the material of the heat spreader 12, it is preferable to use a metal material such as copper or an alloy containing copper having a high thermal conductivity and a low thermal expansion coefficient. The thermal diffusion efficiency can be improved and thermal deformation can be prevented.

半導体ベアチップ13は、電力機器において、電力の変換、制御を行うための電子部品である。半導体ベアチップ13は、例えば、トランジスタやダイオードなどの半導体素子であり、さらに具体的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やFWD(Free Wheeling Diode)などが挙げられる。半導体ベアチップ13はヒートスプレッダ12の第一拡散部121上に電気的及び熱的に接続するようにして基板11の一面側に実装される。半導体ベアチップ13と基板11に形成された電子回路とがヒートスプレッダ12及び周知のサーマルビア18を介して熱的に接続される。サーマルビア18を介さずに基板11の電子回路に接続してもよい。例えば、IGBTのベアチップの場合は、コレクタが第一拡散部121に接続される。   The semiconductor bare chip 13 is an electronic component for performing power conversion and control in a power device. The semiconductor bare chip 13 is, for example, a semiconductor element such as a transistor or a diode, and more specifically, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), an FWD (Free Wheeling Diode), or the like. The semiconductor bare chip 13 is mounted on one surface side of the substrate 11 so as to be electrically and thermally connected to the first diffusion portion 121 of the heat spreader 12. The semiconductor bare chip 13 and the electronic circuit formed on the substrate 11 are thermally connected via the heat spreader 12 and the well-known thermal via 18. You may connect to the electronic circuit of the board | substrate 11 not via the thermal via 18. FIG. For example, in the case of an IGBT bare chip, the collector is connected to the first diffusion unit 121.

封止材14は、半導体ベアチップ13を封止して保護するためのものであり、基板11の一面側に設けられる。封止材14の材質としては、高耐熱性で熱応力が低い熱硬化性樹脂が挙げられ、さらに具体的にはエポキシ樹脂やフェノール樹脂、又はこれらを組み合わせた合成樹脂などが挙げられる。熱による変形を防ぐことができるからである。封止材14は、注型成形や圧縮成形などの方法により直方体状など任意の形状に形成され、半導体ベアチップ13の全体を覆うことにより、半導体ベアチップ13を保護する。このとき、ヒートスプレッダ12も同時に封止材14で覆われる。短絡を防止するためである。   The sealing material 14 is for sealing and protecting the semiconductor bare chip 13 and is provided on one surface side of the substrate 11. Examples of the material of the sealing material 14 include a thermosetting resin having high heat resistance and low thermal stress, and more specifically, an epoxy resin, a phenol resin, or a synthetic resin combining these. This is because deformation due to heat can be prevented. The sealing material 14 is formed in an arbitrary shape such as a rectangular parallelepiped shape by a method such as cast molding or compression molding, and protects the semiconductor bare chip 13 by covering the entire semiconductor bare chip 13. At this time, the heat spreader 12 is simultaneously covered with the sealing material 14. This is to prevent a short circuit.

放熱器15は、半導体ベアチップ13で発生する熱を放熱するためのものであり、基板11の他面に設けられる。放熱器15は、例えば熱伝導性が高い金属板、ヒートシンク、冷媒ジャケットなどが挙げられ、これらは任意に選択可能である。放熱器15と基板11との間には、短絡を防止するために不図示の絶縁層が設けられる。放熱器15はねじなどの任意の取付け手段により基板11に取付けられる。   The radiator 15 is for radiating heat generated in the semiconductor bare chip 13, and is provided on the other surface of the substrate 11. Examples of the radiator 15 include a metal plate having a high thermal conductivity, a heat sink, a refrigerant jacket, and the like, and these can be arbitrarily selected. An insulating layer (not shown) is provided between the radiator 15 and the substrate 11 in order to prevent a short circuit. The radiator 15 is attached to the substrate 11 by any attachment means such as screws.

また、パワーモジュール10において、基板11の一面側には電極パッド16が設けられている。半導体ベアチップ13の上面にある不図示の端子と、この電極パッド16とが電気接続部材17で接続される。このとき、第二拡散部122と電気接続部材17とは非接触である。   In the power module 10, an electrode pad 16 is provided on one surface side of the substrate 11. A terminal (not shown) on the upper surface of the semiconductor bare chip 13 and the electrode pad 16 are connected by an electrical connection member 17. At this time, the second diffusion part 122 and the electrical connection member 17 are not in contact with each other.

電極パッド16は、導電性が高い導体箔である。この導体箔によって基板11の一面に電子回路の配線パターンが形成されており、電極パッド16はその一部である。電極パッド16の材質としては、例えば、金属材料などが挙げられ、さらに具体的には、銅や銅を含む合金などが挙げられる。   The electrode pad 16 is a conductive foil having high conductivity. A wiring pattern of an electronic circuit is formed on one surface of the substrate 11 by this conductive foil, and the electrode pad 16 is a part thereof. Examples of the material of the electrode pad 16 include a metal material, and more specifically, copper and an alloy containing copper.

電気接続部材17は、半導体ベアチップ13の端子(図示省略)と電極パッド16とを電気的に接続する導体であり、具体的には、導電性ワイヤや導電性テープである。導電性ワイヤの径や導電性テープの幅、及びこれらの長さなど、電気接続部材17の大きさは、電流量や配線パターンに応じて適宜設計される。図2に示すように、電気接続部材17はワイヤボンディングやリボン電線を用いた接続方法により半導体ベアチップ13側から電極パッド16側へ架けられることによって接続される。電気接続部材17の材質としては、金属材料が挙げられ、具体的には銅、アルミニウム、銀、金などが挙げられる。   The electrical connection member 17 is a conductor that electrically connects a terminal (not shown) of the semiconductor bare chip 13 and the electrode pad 16, and specifically, is a conductive wire or a conductive tape. The size of the electrical connection member 17 such as the diameter of the conductive wire, the width of the conductive tape, and the length thereof is appropriately designed according to the amount of current and the wiring pattern. As shown in FIG. 2, the electrical connection member 17 is connected by being laid from the semiconductor bare chip 13 side to the electrode pad 16 side by a connection method using wire bonding or a ribbon electric wire. Examples of the material of the electrical connection member 17 include a metal material, specifically, copper, aluminum, silver, gold, and the like.

電気接続部材17とヒートスプレッダ12が接触すると電気的な短絡が生じる。そのため、ヒートスプレッダ12の第二拡散部122が、電気接続部材17に対して非接触となるように設けられる。言い換えれば、電気接続部材17がヒートスプレッダ12の第一拡散部121上を横切る箇所には第二拡散部122が設けられていない。このため、ワイヤボンディングやリボン電線を用いた接続方法を阻害することなく電気接続部材17を半導体ベアチップ13側から電極パッド16側に架けて電気的に接続することができる。例えば、ワイヤボンディングを行う場合は、ボンディングヘッドが第二拡散部122と接触しないようにする必要があるが、ボンディングワイヤの高さを上げる必要はない。   When the electrical connecting member 17 and the heat spreader 12 come into contact, an electrical short circuit occurs. Therefore, the second diffusion part 122 of the heat spreader 12 is provided so as not to contact the electrical connection member 17. In other words, the second diffusion part 122 is not provided at a location where the electrical connection member 17 crosses over the first diffusion part 121 of the heat spreader 12. For this reason, the electrical connection member 17 can be electrically connected from the semiconductor bare chip 13 side to the electrode pad 16 side without obstructing the connection method using wire bonding or ribbon electric wires. For example, when performing wire bonding, it is necessary to prevent the bonding head from coming into contact with the second diffusion portion 122, but it is not necessary to increase the height of the bonding wire.

次に、本実施形態のパワーモジュール10の放熱の作用について説明する。半導体ベアチップ13で発生した熱は、主にヒートスプレッダ12の第一拡散部121に伝導される。第一拡散部121は半導体ベアチップ13よりも面積が大きいため、伝導された熱が第一拡散部121において拡散される。この拡散された熱は、さらに基板11のサーマルビア18を介して放熱器15へと伝導され、パワーモジュール10の放熱が行われる。   Next, the heat radiation effect of the power module 10 of the present embodiment will be described. The heat generated in the semiconductor bare chip 13 is mainly conducted to the first diffusion part 121 of the heat spreader 12. Since the first diffusion part 121 has a larger area than the semiconductor bare chip 13, the conducted heat is diffused in the first diffusion part 121. The diffused heat is further conducted to the radiator 15 via the thermal via 18 of the substrate 11, and the power module 10 is radiated.

一方、第一拡散部121に伝導された熱の一部は第二拡散部122に伝導される。第二拡散部122に伝導された熱は、封止材14を介して空気へと伝導され放熱される。第二拡散部122は第一拡散部121から起立して設けられているため、封止材14の高さ方向及び側面に向かう方向への熱伝導率が従来の板状のヒートスプレッダに比べて高い。このため、従来に比べて基板11の一面側からの空気冷却によるパワーモジュール10の放熱性を向上させることができる。   On the other hand, a part of the heat conducted to the first diffusion part 121 is conducted to the second diffusion part 122. The heat conducted to the second diffusion part 122 is conducted to the air through the sealing material 14 and is radiated. Since the second diffusion portion 122 is provided upright from the first diffusion portion 121, the thermal conductivity in the height direction and the direction toward the side surface of the sealing material 14 is higher than that of a conventional plate-shaped heat spreader. . For this reason, the heat dissipation of the power module 10 by the air cooling from the one surface side of the board | substrate 11 can be improved compared with the past.

上述のとおり、パワーモジュール10は、従来の放熱器15による放熱に加えて、第二拡散部122及び封止材14を介した空気冷却による放熱が可能である。言い換えれば、基板11の一面及び他面の両面側で放熱が可能である。   As described above, the power module 10 can dissipate heat by air cooling via the second diffusion part 122 and the sealing material 14 in addition to heat radiation by the conventional radiator 15. In other words, heat can be radiated on one side and the other side of the substrate 11.

このように、ヒートスプレッダ12が第二拡散部122を備えることにより、従来に比べてヒートスプレッダ12全体の表面積が拡大される。このため、半導体ベアチップ13で発生した熱の拡散量が向上し、パワーモジュール10の放熱性を向上させることができる。第一拡散部121の面積を拡大することなく、ヒートスプレッダ12全体としての表面積を拡大することができるため、パワーモジュールの小型化に対する要求にも対応可能である。   Thus, by providing the heat spreader 12 with the second diffusion portion 122, the surface area of the heat spreader 12 as a whole is increased as compared with the conventional case. For this reason, the diffusion amount of the heat generated in the semiconductor bare chip 13 is improved, and the heat dissipation of the power module 10 can be improved. Since the surface area of the heat spreader 12 as a whole can be increased without increasing the area of the first diffusion part 121, it is possible to meet the demand for downsizing of the power module.

以上、本発明の第一の実施形態に係るパワーモジュール10について説明したが、本発明に係るパワーモジュールは、その他の形態で実施することができる。   The power module 10 according to the first embodiment of the present invention has been described above, but the power module according to the present invention can be implemented in other forms.

例えば、図3に示すパワーモジュール20のように、FWDなどのダイオード型の半導体ベアチップ23を基板11に実装する場合は、ヒートスプレッダ22を用いてもよい。ヒートスプレッダ22は、板状に形成された第一拡散部221と、第一拡散部221から基板11の反対方向に垂直に起立し、第一拡散部221の三辺に接続される第二拡散部222とから成る。第二拡散部222は、複数の板状部材を連結して形成してもよく、押出成形などにより一の部材として形成してもよい。この場合も、第二拡散部222と電気接続部材17とを互いに非接触とすることができる。   For example, when the diode-type semiconductor bare chip 23 such as FWD is mounted on the substrate 11 as in the power module 20 shown in FIG. 3, the heat spreader 22 may be used. The heat spreader 22 includes a first diffusion portion 221 formed in a plate shape, and a second diffusion portion that stands vertically from the first diffusion portion 221 in the opposite direction of the substrate 11 and is connected to three sides of the first diffusion portion 221. 222. The second diffusion part 222 may be formed by connecting a plurality of plate-like members, or may be formed as one member by extrusion molding or the like. Also in this case, the second diffusion part 222 and the electrical connection member 17 can be brought into non-contact with each other.

また、図4に示す第二の実施形態に係るパワーモジュール30のように、ヒートスプレッダ32の第一拡散部321から基板11の反対方向に起立する第二拡散部322を棒状に形成してもよい。ワイヤボンディングなどを行う際に、電極パッド16の配置との関係上、図4に示すように電気接続部材17が第一拡散部321付近に位置する場合があるが、第二拡散部322を棒状に形成することで、第二拡散部322と電気接続部材17とを互いに非接触とすることができる。   Further, as in the power module 30 according to the second embodiment shown in FIG. 4, the second diffusion part 322 standing in the opposite direction of the substrate 11 from the first diffusion part 321 of the heat spreader 32 may be formed in a rod shape. . When wire bonding or the like is performed, the electrical connection member 17 may be located near the first diffusion portion 321 as shown in FIG. 4 due to the arrangement of the electrode pads 16. By forming the second diffusion part 322 and the electric connection member 17, the second diffusion part 322 and the electrical connection member 17 can be brought into non-contact with each other.

電極パッド16の配置に応じて、板状あるいは棒状の第二拡散部322を適宜組み合わせて形成したヒートスプレッダを用いてもよい。これにより、電気接続部材17の配置に対する自由度が高くなり、半導体ベアチップ13の端子と基板11上の電極パッド16との位置関係について、多種のパターンに対応することが可能となる。   Depending on the arrangement of the electrode pads 16, a heat spreader formed by appropriately combining plate-like or rod-like second diffusion portions 322 may be used. As a result, the degree of freedom with respect to the arrangement of the electrical connection member 17 is increased, and the positional relationship between the terminals of the semiconductor bare chip 13 and the electrode pads 16 on the substrate 11 can correspond to various patterns.

図5に示す第三の実施形態に係るパワーモジュール40のように、ヒートスプレッダ12の第二拡散部122の一部を露出させた形態であってもよい。ヒートスプレッダ12の熱伝導率は封止材14の熱伝導率よりも高いため、封止材14から空気への放熱効率と比べて露出部123から空気への放熱効率のほうが高い。第二拡散部122の一部(露出部123)が封止材14から露出しているため、ヒートスプレッダ12により拡散された熱を、封止材14を介することなく空気へ伝導させることができる。これにより、パワーモジュール40の放熱性を向上させることができる。   Like the power module 40 according to the third embodiment shown in FIG. 5, a form in which a part of the second diffusion portion 122 of the heat spreader 12 is exposed may be used. Since the heat conductivity of the heat spreader 12 is higher than the heat conductivity of the sealing material 14, the heat dissipation efficiency from the exposed portion 123 to the air is higher than the heat dissipation efficiency from the sealing material 14 to the air. Since a part (exposed portion 123) of the second diffusion portion 122 is exposed from the sealing material 14, the heat diffused by the heat spreader 12 can be conducted to the air without passing through the sealing material 14. Thereby, the heat dissipation of the power module 40 can be improved.

図6に示すパワーモジュール50に設けられたヒートスプレッダ12aのように、第二拡散部122aが、第一拡散部121から斜めに起立するように形成されていてもよい。上記パワーモジュール10に設けられた、第二拡散部122が第一拡散部121から垂直に起立するヒートスプレッダ12と比べて表面積をさらに拡大させることができる。   Like the heat spreader 12 a provided in the power module 50 shown in FIG. 6, the second diffusion part 122 a may be formed so as to stand obliquely from the first diffusion part 121. Compared with the heat spreader 12 provided in the power module 10 where the second diffusion part 122 stands vertically from the first diffusion part 121, the surface area can be further increased.

図7に示すパワーモジュール60のように、ヒートスプレッダ12bの第二拡散部122bに鍔部を設け、この鍔部を露出部123bとして封止材14から露出させた形態であってもよい。上記パワーモジュール40に設けられたヒートスプレッダ12の露出部123と比べて露出部123bの面積が広いためパワーモジュール60の放熱性をさらに向上させることができる。   As in the power module 60 shown in FIG. 7, the second diffusion part 122 b of the heat spreader 12 b may be provided with a flange, and the flange may be exposed from the sealing material 14 as an exposed part 123 b. Since the exposed portion 123b has a larger area than the exposed portion 123 of the heat spreader 12 provided in the power module 40, the heat dissipation of the power module 60 can be further improved.

本発明のパワーモジュールは、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ボンディングヘッドがヒートスプレッダの第二拡散部と接触しないようにワイヤボンディングを行い得るスペースさえ確保できれば、可能な限り広範囲にわたってヒートスプレッダの第二拡散部を設けてもよい。第一拡散部の周縁部から起立する平面形状がロの字状の第二拡散部に必要最小限の切欠き部を形成したヒートスプレッダを用いることもできる。   The power module of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the second spreader of the heat spreader may be provided over as wide a range as possible as long as a space for wire bonding can be secured so that the bonding head does not come into contact with the second spreader of the heat spreader. It is also possible to use a heat spreader in which a minimum required notch portion is formed in a second diffusion portion having a square shape standing up from the peripheral edge portion of the first diffusion portion.

あるいは、ヒートスプレッダの上に複数のパワー半導体、例えばIGBTとFWDを並列に接続することによりインバータ回路を形成することもできる。   Alternatively, an inverter circuit can be formed by connecting a plurality of power semiconductors such as IGBT and FWD in parallel on the heat spreader.

このように、本発明のパワーモジュールは、基板に実装する半導体ベアチップの発熱量、電極パッドを含む電子回路の配線パターン、放熱器の性能など、様々な条件に応じて上記実施形態に挙げた技術を組み合せて適宜設計したヒートスプレッダを備えたパワーモジュールとして実施することができる。   As described above, the power module according to the present invention is a technique described in the above embodiment according to various conditions such as the heat generation amount of the semiconductor bare chip mounted on the substrate, the wiring pattern of the electronic circuit including the electrode pads, and the performance of the radiator. It can be implemented as a power module including a heat spreader appropriately designed by combining the above.

尚、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々なる改良、修正、又は変形を加えた態様でも実施できる。また、同一の作用又は効果が生じる範囲内で、何れかの発明特定事項を他の技術に置換した形態で実施しても良い。   It should be noted that the present invention can be implemented in a mode in which various improvements, modifications, or variations are added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Moreover, you may implement with the form which substituted any invention specific matter to the other technique within the range which the same effect | action or effect produces.

1、11:基板
2、12、12a、12b、22、32:ヒートスプレッダ
3、13、23:半導体ベアチップ
4、14:封止材
5、15:放熱器
6、16:電極パッド
7、17:電気接続部材
8、18:サーマルビア
121、221、321:第一拡散部
122、122a、122b、222、322:第二拡散部
123、123b:露出部
10、20、30、40、50、60、80:パワーモジュール

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11: Board | substrate 2, 12, 12a, 12b, 22, 32: Heat spreader 3, 13, 23: Semiconductor bare chip 4, 14: Sealing material 5, 15: Radiator 6, 16: Electrode pad 7, 17: Electricity Connection members 8, 18: Thermal vias 121, 221, 321: First diffusion parts 122, 122a, 122b, 222, 322: Second diffusion parts 123, 123b: Exposed parts 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80: Power module

Claims (4)

一面と他面とを有する基板と、
前記基板の一面側に配設されるヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダを介して前記基板に実装される半導体ベアチップと、
前記基板に実装された前記半導体ベアチップを封止する封止材と、
前記基板の他面側に設けられた放熱器と、を備え、
前記ヒートスプレッダが、前記基板及び前記半導体ベアチップそれぞれと熱接触する板状の第一拡散部と、該第一拡散部から前記基板の反対方向に起立する第二拡散部とを備えることを特徴とするパワーモジュール。
A substrate having one side and the other side;
A heat spreader disposed on one side of the substrate;
A semiconductor bare chip mounted on the substrate via the heat spreader;
A sealing material for sealing the semiconductor bare chip mounted on the substrate;
A radiator provided on the other side of the substrate,
The heat spreader includes a plate-like first diffusion portion that is in thermal contact with each of the substrate and the semiconductor bare chip, and a second diffusion portion that stands up in the opposite direction of the substrate from the first diffusion portion. Power module.
前記基板の一面に設けられた電極パッドと、
前記半導体ベアチップと前記電極パッドとを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、
前記第二拡散部が、前記電気接続部材に対して非接触であ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。
An electrode pad provided on one surface of the substrate;
An electrical connection member for electrically connecting the semiconductor bare chip and the electrode pad;
The power module according to claim 1, wherein the second diffusion portion is non-contact with the electrical connection member.
前記第二拡散部が、板状又は棒状であることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のパワーモジュール。   3. The power module according to claim 1, wherein the second diffusion portion has a plate shape or a rod shape. 前記第二拡散部の一部が前記封止材から露出していることを特徴とする、請求項1から請求項3のいずれか一つに記載のパワーモジュール。

4. The power module according to claim 1, wherein a part of the second diffusion portion is exposed from the sealing material. 5.

JP2010055324A 2010-03-12 2010-03-12 Power module Withdrawn JP2011192689A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010055324A JP2011192689A (en) 2010-03-12 2010-03-12 Power module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010055324A JP2011192689A (en) 2010-03-12 2010-03-12 Power module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011192689A true JP2011192689A (en) 2011-09-29

Family

ID=44797331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010055324A Withdrawn JP2011192689A (en) 2010-03-12 2010-03-12 Power module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011192689A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020181837A (en) * 2019-04-23 2020-11-05 富士通株式会社 Heat dissipation structure of semiconductor device, manufacturing method thereof, and amplifier

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020181837A (en) * 2019-04-23 2020-11-05 富士通株式会社 Heat dissipation structure of semiconductor device, manufacturing method thereof, and amplifier
JP7326844B2 (en) 2019-04-23 2023-08-16 富士通株式会社 Semiconductor device heat dissipation structure, manufacturing method thereof, amplifier

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7772692B2 (en) Semiconductor device with cooling member
JP6218898B2 (en) Power semiconductor device
TWI413221B (en) Electronic package structure
KR20130115456A (en) Semiconductor package, semiconductor module, and mounting structure thereof
US9693482B2 (en) Semiconductor device
JP5446302B2 (en) Heat sink and module
JP2004047883A (en) Electric power semiconductor device
CN111261598A (en) Packaging structure and power module applicable to same
JP4985809B2 (en) Semiconductor device
US9099451B2 (en) Power module package and method of manufacturing the same
JP2020047765A (en) Electrical device and radiator
JP7170614B2 (en) semiconductor equipment
JP5477157B2 (en) Semiconductor device
JP2010177619A (en) Semiconductor module
JP4375299B2 (en) Power semiconductor device
CN210379025U (en) Power device packaging structure
JP2009231685A (en) Power semiconductor device
JP2006294729A (en) Semiconductor device
JP2011192689A (en) Power module
JP2011192762A (en) Power module
JP2006066464A (en) Semiconductor device
JP4810898B2 (en) Semiconductor device
JP2003133514A (en) Power module
JP6060053B2 (en) Power semiconductor device
CN219778877U (en) Connection structure of MOS device on printed circuit board

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20130604