JP2011233722A - 回路基板 - Google Patents
回路基板 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011233722A JP2011233722A JP2010102881A JP2010102881A JP2011233722A JP 2011233722 A JP2011233722 A JP 2011233722A JP 2010102881 A JP2010102881 A JP 2010102881A JP 2010102881 A JP2010102881 A JP 2010102881A JP 2011233722 A JP2011233722 A JP 2011233722A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- igbt
- insulating substrate
- circuit board
- active element
- 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.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means 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
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/45001—Core members of the connector
- H01L2224/45099—Material
- H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
- H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
- H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01005—Boron [B]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01006—Carbon [C]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01013—Aluminum [Al]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01033—Arsenic [As]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/0105—Tin [Sn]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/01—Chemical elements
- H01L2924/01082—Lead [Pb]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/014—Solder alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1203—Rectifying Diode
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
Abstract
【解決手段】上アーム21Uと下アーム21Lとは、基本的に同様の機能及び構成を有しており、同一の放熱用ベース板22に対して第2はんだ52により接合されている。上アーム21U及び下アーム21Lの各々は、絶縁基板41と、IGBT42と、FWD43と、を備えている。絶縁基板41は、金属導体層41F,41Rをそれぞれ有している。金属導体層41Fには、IGBT42やFWD43からなる素子群が、第1はんだ51により接合されている。金属導体層41Rには、放熱用ベース板22が、第2はんだ52により接合されている。金属導体層41Fには、IGBT42を中央にして、その両側にFWD43及びワイヤボンディング領域41Wが配置されるように、長手方向に整列して搭載される。
【選択図】図1
Description
即ち、このようなパワーモジュールには、絶縁基板の2面の各々に設けられた2つの導体層のうち一方と、スイッチング素子等からなる半導体チップとが第1はんだにより接合されて構成される基板(以下、「アーム」と呼ぶ)と、放熱板と、が設けられている。当該アームの絶縁基板に設けられた2つの導体層のうち他方と、放熱板とは第2はんだにより接合されている。
当該温度サイクル試験の結果から、絶縁基板と放熱板との間に熱応力が印加され、当該絶縁基板の角部周辺の第2はんだのフィレット部にクラックが発生して、当該角部から中心に向かって徐々にクラックが進展することが知られている。このようなクラックが進展して、半導体チップの直下まで達すると、半導体チップからの発熱に対する放熱性能が悪化することも知られている。
しかしながら、特許文献2でいう半導体チップは、スイッチング動作等の能動的動作を行う能動素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistorと、このような能動的動作を行わない受動素子であるFWD(Free Wheeling Diode)と、を含む素子群全体を意味している。
従って、当該素子群全体を中央部に単に搭載しても、絶縁基板が小さければ、結局のところ、素子群の一部が絶縁基板の角部近辺に存在することになり、クラックの早期影響を免れない。仮にクラックの早期影響を免れるためには(影響の時期を遅らすためには)、絶縁基板のサイズ(面積)を、半導体チップである素子群全体のサイズよりも遥かに大きくしなければならず、小型化という要求に反する。
また、上述したクラックを引き起こす熱応力は、第2はんだのはんだ厚みに依存し、はんだ厚みが薄くなるほど大きくなるため、半導体チップの直下のはんだ厚みが薄いパワーモジュールでは、その分だけ、クラックの発生可能性が増大して、耐久信頼性及び放熱性能に影響を及ぼすおそれがある。
しかしながら、特許文献1,2も含め従来のパワーモジュールでは、このような第2はんだのはんだ厚みを考慮して半導体チップが配置されていないため、耐久信頼性や放熱性能に影響を及ぼすおそれがある。
絶縁基板(例えば実施形態における絶縁基板41)の2面の各々に設けられた2つの導体層(例えば実施形態における金属導体層41F,41R)のうち一方と、1つの能動素子(例えば実施形態におけるIGBT42)及び1つの受動素子(例えば実施形態におけるFWD43)を含む素子群とが第1はんだ(例えば実施形態における第1はんだ51)により接合されて構成される、複数のアーム(例えば実施形態における上アーム21U及び下アーム21L)と、
前記複数のアームの各々の前記絶縁基板に設けられた前2つの導体層のうち他方の各々と、第2はんだ(例えば実施形態における第2はんだ52)により接合される放熱板と、
を備え、
前記複数のアームの絶縁基板の各々には、
前記1つの受動素子が前記第1はんだにより接合される受動素子領域(例えば実施形態におけるFWDダイボンディング領域41P)と、
前記1つの能動素子が前記第1はんだにより接合される能動素子領域(例えば実施形態におけるIGBTダイボンディング領域41I)と、
前記素子群の配線が配設される配線領域(例えば実施形態におけるワイヤボンディング領域41W)と、
が、前記2つの導体層が設けられた前記2面の長手方向に整列し、前記能動素子領域を中央にして、前記能動素子領域の両側に前記受動素子領域及び前記配線領域が配置されるように、それぞれ形成されている、
回路基板を提供することを特徴とする。
これにより、第2はんだの傾きを抑制するような実装治具を用意することなく、放熱性能を一定以上に確保することができる。また、上述のクラックの発生を抑制し、かつ発生した場合でもその影響の時期を遅らせることができるので、耐久信頼性も一定以上に確保することができる。
さらに、複数のアームの各々は、物理的に分離した絶縁基板の各々を有している。換言すると、絶縁基板は、複数のアームの各々に対して分離されている。そして、分離後の1枚の絶縁基板には、同一の機能を有する素子(能動素子又は受動素子)は1つのみが搭載されている。これにより、絶縁基板を小型化し、ひいては回路基板全体を小型化することが容易に可能になる。
さらにまた、絶縁基板には、配線領域、能動素子領域、及び、受動素子領域が、長手方向にその順番で整列するように設けられている。これにより、絶縁基板の長手方向(例えば縦方向)と直交する方向(例えば横方向)の長さを、最大サイズの素子(例えば能動素子)の同方向の長さに対して実装時のズレ分を加えた程度まで短縮することが可能になる。即ち、絶縁基板をより小型化し、ひいては回路基板全体をより小型化することが容易に可能になる。
このように、耐久信頼性及び放熱性能を一定以上に確保し、かつ小型に構成することが可能になる。
前記回路基板は、電源装置用の回路基板であり、
前記能動素子は、スイッチング機能を有する半導体素子であり、
前記受動素子は、前記能動素子と対になって用いられる半導体素子である、
ようにすることができる。
前記能動素子は、IGBTであり、
前記受動素子は、FWDである、
ようにすることができる。
これにより、第2はんだの傾きを抑制するような実装治具を用意することなく、放熱性能を一定以上に確保することができる。また、上述のクラックの発生を抑制し、かつ発生した場合でもその影響の時期を遅らせることができるので、耐久信頼性も一定以上に確保することができる。
さらに、複数のアームの各々は、物理的に分離した絶縁基板の各々を有している。換言すると、絶縁基板は、複数のアームの各々に対して分離されている。そして、分離後の1枚の絶縁基板には、同一の機能を有する素子(能動素子又は受動素子)は1つのみが搭載されている。これにより、絶縁基板を小型化し、ひいては回路基板全体を小型化することが容易に可能になる。
さらにまた、絶縁基板には、配線領域、能動素子領域、及び、受動素子領域が、長手方向にその順番で整列するように設けられている。これにより、絶縁基板の長手方向(例えば縦方向)と直交する方向(例えば横方向)の長さを、最大サイズの素子(例えば能動素子)の同方向の長さに対して実装時のズレ分を加えた程度まで短縮することが可能になる。即ち、絶縁基板をより小型化し、ひいては回路基板全体をより小型化することが容易に可能になる。
このように、耐久信頼性及び放熱性能を一定以上に確保し、かつ小型に構成することが可能になる。
図2は、半導体装置11の各構成要素を積層順に配置した斜視図である。
金属導体層41Fには、IGBT42やFWD43からなる素子群が、第1はんだ51により接合されている。金属導体層41Rには、放熱用ベース板22が、第2はんだ52により接合されている。
なお、本実施形態では、第1はんだ51及び第2はんだ52は何れも、一般的な錫系鉛フリーはんだ、例えばSnAgCuである。
また、第2はんだ52の内部には、絶縁基板41の金属導体層41Rと放熱用ベース板22との間隔を規制する規制部材61が配設されている。規制部材61の厚み(図中上下方向の長さ)を調整することで、第2はんだ52のはんだ厚みを調整することができる。
IGBT42は、直流の入力状態をオン状態又はオフ状態に切り替える(スイッチングする)ことにより交流を出力する動作、即ちスイッチング動作を行う機能(以下、「スイッチング機能」と呼ぶ)を有する半導体素子である。
FWD43は、IGBT42と電気的に接続されて、交流の出力電流を転流する機能(以下、「転流機能」と呼ぶ)を有する半導体素子である。即ち、1つのFWD43は、1つのIGBT42と対として用いられる。
ここで、IGBT42は、スイッチング機能を発揮させることにより、直流から交流に変換する能動的動作(スイッチング動作)を行うため、いわゆる能動素子である。これに対して、FWD43は、転流機能を発揮させても、なんら能動的動作を行わないため、いわゆる受動素子である。このため、能動素子であるIGBT42の方が、受動素子であるFWD43よりも、発熱量が多くなり、サイズも大きくなる。
また、ワイヤボンディング領域41Wにボンディングされるアルミワイヤ(図示せず)も、電流が流れるだけであり何ら能動的動作を行わないため、IGBT42よりも発熱量が少ない。
このため、半導体装置11全体の放熱性能は、IGBT42からの発熱を放熱する能力に依存する。そこで、本実施形態では、IGBT42からの発熱を放熱する能力を高めるように(詳細については効果の記載において後述する)、絶縁基板41においては、IGBT42が配設されるIGBTダイボンディング領域41Iが中央に位置し、その両側にワイヤボンディング領域41W及びFWDダイボンディング領域41Pが位置している。
これにより、絶縁基板41を小型化することが容易に可能になる。
これにより、第2はんだ52として、近年要求される環境保護に貢献できる鉛フリーはんだを採用することが可能になる。
即ち、鉛フリーはんだは、鉛はんだに比較して、鉛が無い分だけ環境保護に貢献できるという長所がある半面、濡れ性が劣るという短所がある。かかる短所のため、鉛フリーはんだが溶融している最中には、ボイドが多く発生されることが懸念される。このようなボイドを除去するための手法として、鉛フリーはんだを真空状態に曝すという手法(以下、「真空ボイド除去手法」と呼ぶ)が従来から存在する。
しかしながら、真空ボイド除去手法を適用しても、鉛フリーはんだの接合面積が大きい場合には、ボイドの除去が困難となり、製造上の歩留まりが悪化する。従って、従来の半導体装置における絶縁基板と半導体素子を接合する第2はんだは、その接合面積が大きいため、鉛フリーはんだを採用することは困難であった。
これに対して、本実施形態では、第2はんだ52の接合面積は小さいため、鉛フリーはんだを採用しても、真空ボイド除去手法を適用することで、従来よりも効率的にボイドを除去することが可能になる。
当該手法を採用することで、IGBT42及びFWD43からなる素子群と、絶縁基板41の金属導体層41Fとを接合する第1はんだ51について、良好な接合及びフィレット形成が確保される。
図3は、IGBT42の配置位置を模式的に示す上面図である。
即ち、図3においては、IGBT42に着目しているため、FWD43やワイヤボンディング領域41Wの図示は省略されている。
図3に示すように、IGBT42は、絶縁基板41の略中央部(図2のIGBTダイボンディング領域41I)に搭載されている。
これにより、(3)において上述した手法で用いられる錘のうち、最大サイズのIGBT42を抑えるための錘の重量が最大になるため、重心の位置が絶縁基板41の略中心となる。その結果、リフロー時に第1はんだ51又は第2はんだ52が融解しても、上アーム21U又は下アーム21Lといったアームが傾く事象の発生を抑制することが可能になる。
図4は、このように第2はんだ52が傾いた状態で、上アーム21U又は下アーム21Lと、放熱用ベース板22とが接合された様子を模式的に示す断面図である。
図4(A)は、図中左端側から右端側に向けて第2はんだ52が傾いた状態を示している。逆に、図4(B)は、図中右端側から左端側に向けて第2はんだ52が傾いた状態を示している。
図4(A),(B)に示すように、上アーム21U又は下アーム21Lの厚み(図中上下方向の長さ)は、第2はんだ52が図中左右の何れの方向に傾いたとしても、絶縁基板41の略中央部を対称として、図中左右の端のうち、一方の端が厚くなり、他方の端が薄くなる傾向がある。
このような場合であっても、第2はんだ52の使用量が一定であれば、図4(A),(B)に示すように、絶縁基板41の略中央部における第2はんだ52の平均はんだ厚み(図中上下方向の長さ)は、傾きの度合いや方向によらず常に略一定となる。
さらに注目すべきは、このように第2はんだ52の平均はんだ厚みを常に略一定とするためには、第2はんだの傾きを抑制するような実装治具を何ら用意する必要がないことである。
ここで、上述したように、はんだの熱伝導率とはんだ厚みとの関係から、はんだ厚みが増すと、その分だけ熱抵抗が増大して放熱性が悪化する傾向にある。
このため、半導体装置11全体の放熱性能は、最も発熱するIGBT42の直下のはんだ厚み、即ち第1はんだ51は薄いため、第2はんだ52のはんだ厚みにほぼ依存する。
換言すると、IGBT42の直下の第2はんだ52のはんだ厚みがばらつくと、半導体装置11の放熱性能もばらつくことになり、所望の放熱性能が得られないおそれもある。
そこで、このようなおそれを無くすべく、本実施形態では、(4)において上述したように、IGBT42の重心が絶縁基板41の略中央部に搭載されている(図3参照)。即ち、(5)において上述したように、IGBT42の直下の第2はんだ42の平均はんだ厚みが常に略一定となるため、半導体装置11の放熱性能として所望の性能をほぼ一定に確保することが可能になる。
図5は、クラックの進展を模式的に示す図である。
図5において、白抜き矢印の元が、クラックの発生個所を示し、当該白抜き矢印の方向が、クラックの進展方向を示している。
このようなクラックが進展して、IGBT42の直下まで達すると、IGBT42からの発熱に対する放熱性能が悪化することも知られている。
そして、クラックを引き起こす熱応力は、第2はんだ52のはんだ厚みに依存し、当該はんだ厚みが薄くなるほど大きくなることも知られている。
そこで、本実施形態では、このような熱応力の増大を抑制すべく、(4)において上述したように、IGBT42は絶縁基板41の略中央部に搭載されている(図3や図5参照)。即ち、(5)において上述したように、IGBT42の直下の第2はんだ52の平均はんだ厚みも、熱応力を大きくしない程度の厚さで常に略一定となるため、熱応力の増大を抑制することが可能になる。
これにより、クラックの進展を遅らせることが可能になり、その分だけ、半導体装置11の耐久信頼性及び放熱性能を確保することが可能になる。
これに対して、本実施形態では、図5に示すように、IGBT42は絶縁基板41の略中央部に搭載されている。このように、クラックが発生する箇所から最遠の位置にIGBT42が搭載されているため、当該クラックの影響を受ける時期を遅らせることができ、その分だけ、半導体装置11の耐久信頼性及び放熱性能を確保することが可能になる。
これにより、絶縁基板41の長手方向(例えば縦方向)と直交する方向(例えば横方向)の長さを、IGBT42の同方向の長さに対して実装時のズレ分を加えた程度まで短縮することが可能になる。即ち、絶縁基板41を従来よりも小型化すること、ひいては半導体装置11全体を小型化することが可能になる。
例えば、本発明は、IGBTを用いたパワーモジュールのみならず、各種各様のパワーモジュールに適用することができる。
例えば、能動素子は、IGBTである必要は特に無く、例えばGTO(Gate Turn−Off thruster)等の各種各様のスイッチング素子を採用することができる。この場合、受動素子は、当該能動素子と対になって用いられる半導体素子を採用することができる。
絶縁基板の2面の各々に設けられた2つの導体層のうち一方と、1つの能動素子及び1つの受動素子を含む素子群とが第1はんだにより接合されて構成される、複数のアームと、
前記複数のアームの各々の前記絶縁基板に設けられた前2つの導体層のうち他方の各々と、第2はんだにより接合される放熱板と、
を備え、
前記複数のアームの絶縁基板の各々には、
前記1つの受動素子が前記第1はんだにより接合される受動素子領域と、
前記1つの能動素子が前記第1はんだにより接合される能動素子領域と、
前記素子群の配線が行われる配線領域と、
が、前記2つの導体層が設けられた前記2面の長手方向に整列し、前記能動素子領域を中央にして、前記能動素子領域の両側に前記受動素子領域及び前記配線領域が配置されるように、それぞれ形成されている、
回路基板に広く適用することができる。
この場合も、上述した(1)乃至(9)の作用及び効果を同様に奏することができるため、耐久信頼性及び放熱性能を一定以上に確保し、かつ小型に構成することが可能になる。
21U 上アーム
21N 下アーム
22 放熱用ベース板
41 絶縁基板
41F,41R 金属導体層
41W ワイヤボンディング領域
41I IGBTダイボンディング領域
41P FWDダイボンディング領域
42 IGBT
43 FWD
51 第1はんだ
52 第2はんだ
Claims (4)
- 絶縁基板の2面の各々に設けられた2つの導体層のうち一方と、1つの能動素子及び1つの受動素子を含む素子群とが第1はんだにより接合されて構成される、複数のアームと、
前記複数のアームの各々の前記絶縁基板に設けられた前2つの導体層のうち他方の各々と、第2はんだにより接合される放熱板と、
を備え、
前記複数のアームの絶縁基板の各々には、
前記1つの受動素子が前記第1はんだにより接合される受動素子領域と、
前記1つの能動素子が前記第1はんだにより接合される能動素子領域と、
前記素子群の配線が配設される配線領域と、
が、前記2つの導体層が設けられた前記2面の長手方向に整列し、前記能動素子領域を中央にして、前記能動素子領域の両側に前記受動素子領域及び前記配線領域が配置されるように、それぞれ形成されている、
回路基板。 - 前記第1はんだ及び前記第2はんだは、鉛フリーはんだである、
請求項1に記載の回路基板。 - 前記回路基板は、電源装置用の回路基板であり、
前記能動素子は、スイッチング機能を有する半導体素子であり、
前記受動素子は、前記能動素子と対になって用いられる半導体素子である、
請求項1又は2に記載の回路基板。 - 前記能動素子は、IGBTであり、
前記受動素子は、FWDである、
請求項3に記載の回路基板。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010102881A JP5512377B2 (ja) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | 回路基板 |
US13/096,207 US8659900B2 (en) | 2010-04-28 | 2011-04-28 | Circuit board including a heat radiating plate |
CN201110115049.8A CN102237354B (zh) | 2010-04-28 | 2011-04-28 | 电路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010102881A JP5512377B2 (ja) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | 回路基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011233722A true JP2011233722A (ja) | 2011-11-17 |
JP5512377B2 JP5512377B2 (ja) | 2014-06-04 |
Family
ID=44858107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010102881A Expired - Fee Related JP5512377B2 (ja) | 2010-04-28 | 2010-04-28 | 回路基板 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8659900B2 (ja) |
JP (1) | JP5512377B2 (ja) |
CN (1) | CN102237354B (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013093378A (ja) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Keihin Corp | 電子制御装置 |
JP2015156475A (ja) * | 2014-01-20 | 2015-08-27 | 株式会社デンソー | 半導体装置及びその製造方法 |
US9627955B2 (en) | 2014-02-18 | 2017-04-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor module |
US11270982B2 (en) | 2017-01-30 | 2022-03-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Method of manufacturing power semiconductor device and power semiconductor device |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10076800B2 (en) * | 2015-11-30 | 2018-09-18 | Cree Fayetteville, Inc. | Method and device for a high temperature vacuum-safe solder stop utilizing laser processing of solderable surfaces for an electronic module assembly |
EP3480846A1 (en) * | 2017-11-03 | 2019-05-08 | Infineon Technologies AG | Semiconductor arrangement with reliably switching controllable semiconductor elements |
DE112019007407T5 (de) * | 2019-05-30 | 2022-02-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
JP7313315B2 (ja) * | 2020-05-19 | 2023-07-24 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法及び電力制御回路の製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003007966A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2003142689A (ja) * | 2001-11-01 | 2003-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2005150309A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
JP2007234690A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Ltd | パワー半導体モジュール |
JP2008091959A (ja) * | 2007-12-28 | 2008-04-17 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3357220B2 (ja) * | 1995-07-07 | 2002-12-16 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JPH09312357A (ja) * | 1996-05-21 | 1997-12-02 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP4089143B2 (ja) * | 2000-08-30 | 2008-05-28 | 三菱電機株式会社 | 電力用半導体装置 |
EP1355351B1 (en) | 2001-01-23 | 2018-05-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
JP2004228352A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体装置 |
DE10333329B4 (de) | 2003-07-23 | 2011-07-21 | SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG, 90431 | Leistungshalbleitermodul mit biegesteifer Grundplatte |
DE10352671A1 (de) * | 2003-11-11 | 2005-06-23 | eupec Europäische Gesellschaft für Leistungshalbleiter mbH | Leistungsmodul |
JP4207896B2 (ja) | 2005-01-19 | 2009-01-14 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | 半導体装置 |
JP5120605B2 (ja) * | 2007-05-22 | 2013-01-16 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 半導体モジュール及びインバータ装置 |
JP5099417B2 (ja) * | 2007-05-22 | 2012-12-19 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 半導体モジュール及びインバータ装置 |
JP4832419B2 (ja) | 2007-12-25 | 2011-12-07 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体モジュール |
CN101946318B (zh) | 2008-02-14 | 2014-01-08 | 三菱重工业株式会社 | 半导体元件模块及其制造方法 |
-
2010
- 2010-04-28 JP JP2010102881A patent/JP5512377B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2011
- 2011-04-28 CN CN201110115049.8A patent/CN102237354B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2011-04-28 US US13/096,207 patent/US8659900B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003007966A (ja) * | 2001-06-19 | 2003-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2003142689A (ja) * | 2001-11-01 | 2003-05-16 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP2005150309A (ja) * | 2003-11-13 | 2005-06-09 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
JP2007234690A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Hitachi Ltd | パワー半導体モジュール |
JP2008091959A (ja) * | 2007-12-28 | 2008-04-17 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013093378A (ja) * | 2011-10-24 | 2013-05-16 | Keihin Corp | 電子制御装置 |
JP2015156475A (ja) * | 2014-01-20 | 2015-08-27 | 株式会社デンソー | 半導体装置及びその製造方法 |
US9627955B2 (en) | 2014-02-18 | 2017-04-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor module |
US11270982B2 (en) | 2017-01-30 | 2022-03-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Method of manufacturing power semiconductor device and power semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5512377B2 (ja) | 2014-06-04 |
CN102237354A (zh) | 2011-11-09 |
US8659900B2 (en) | 2014-02-25 |
CN102237354B (zh) | 2014-08-13 |
US20110267781A1 (en) | 2011-11-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5512377B2 (ja) | 回路基板 | |
JP6487122B2 (ja) | 電力用半導体装置 | |
JP2007305962A (ja) | パワー半導体モジュール | |
JP2008042074A (ja) | 半導体装置及び電力変換装置 | |
JP2017005165A (ja) | 半導体装置 | |
JP5895220B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP6786416B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP5668707B2 (ja) | 半導体モジュール | |
JP2007109880A (ja) | 半導体装置 | |
JP2005197435A (ja) | 電力半導体装置 | |
WO2020184053A1 (ja) | 半導体装置 | |
JPWO2021002132A1 (ja) | 半導体モジュールの回路構造 | |
JP2012248700A (ja) | 半導体装置 | |
WO2013065462A1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2007215302A (ja) | インバータ装置 | |
JP2013125889A (ja) | 半導体装置 | |
US9209099B1 (en) | Power semiconductor module | |
JP5840102B2 (ja) | 電力用半導体装置 | |
WO2013105456A1 (ja) | 回路基板および電子デバイス | |
JP2014175511A (ja) | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 | |
JP6992913B2 (ja) | リードフレーム配線構造及び半導体モジュール | |
JP2014096412A (ja) | 半導体モジュール | |
JP2011100855A (ja) | 電力用半導体装置 | |
JP2021180234A (ja) | 半導体モジュール | |
JP2013098343A (ja) | 半導体装置とその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130828 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130903 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131030 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131126 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140206 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20140213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140318 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140326 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5512377 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |