JP2014150204A - Power module and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力用半導体装置部品であるパワーモジュールの封止力向上に関するものである。 The present invention relates to an improvement in sealing power of a power module, which is a power semiconductor device component.
一般産業用パワーモジュールでは、ケースの下端にベース板が配置され、ベース板上に基板を介して配置されたパワー素子をシリコーンゲルおよびエポキシ樹脂で封止した構造(例えば、特許文献1参照)と、ケース内にシリコーンゲルを充填した状態で、ケースの上端部に蓋部材を配置した封止構造が主流であった。これらの中でも生産性および品質確保の観点から、シリコーンゲルと蓋部材による封止構造が多く採用される傾向にある。 In a general industrial power module, a base plate is disposed at the lower end of the case, and a power element disposed on the base plate via a substrate is sealed with silicone gel and epoxy resin (see, for example, Patent Document 1). A sealing structure in which a lid member is disposed on the upper end of the case in a state where the case is filled with silicone gel has been the mainstream. Among these, from the viewpoint of productivity and quality assurance, a sealing structure using a silicone gel and a lid member tends to be employed.
従来のシリコーンゲルと蓋部材による封止構造では、シリコーンゲルと蓋部材との間に空気層が存在するが、蓋部材は、主にねじ止めまたはスナップフィットを採用しても密閉構造にできないため、外気がシリコーンゲルの表面に接触する。 In the conventional sealing structure with silicone gel and lid member, there is an air layer between the silicone gel and lid member, but the lid member can not be sealed structure even if mainly screwing or snap fit is adopted. The outside air contacts the surface of the silicone gel.
また、シリコーンゲルは、封止材の中でも比較的湿度およびガスを透過し易い材料であるため、外部環境が高湿状態であったり、パワーモジュールに悪影響を与えるガス成分が存在したりした場合、シリコーンゲルに絶縁性の劣化などの悪影響を与える可能性がある。 In addition, since the silicone gel is a material that is relatively easy to permeate humidity and gas among the sealing materials, the external environment is in a high humidity state, or there is a gas component that adversely affects the power module, There is a possibility that the silicone gel may be adversely affected such as deterioration of insulating properties.
従来のシリコーンゲルと蓋部材による封止構造のパワーモジュールでは、その内部を外気にさらさないように密封することはできない。また、シリコーンゲルは温度による膨張収縮量が大きいため、パワーモジュール通電時にはシリコーンゲルが熱膨張し、シリコーンゲルと蓋部材との間に存在する空気を外部へ押し出すが、非稼動時にはシリコーンゲルが収縮し外気を吸い込む。この外気に、例えば、多量の水分および硫化物が含まれていると、シリコーンゲルは透過性が高いため、シリコーンゲルの内側に配置されているパワー素子などの腐食および絶縁性の劣化など悪影響を及ぼし、ひいてはパワーモジュールの品質が低下する恐れがあるという問題があった。 In a power module having a sealing structure of a conventional silicone gel and a lid member, the inside cannot be sealed so as not to be exposed to the outside air. In addition, since the silicone gel has a large amount of expansion and contraction due to temperature, the silicone gel thermally expands when the power module is energized, pushing out the air existing between the silicone gel and the lid member, but the silicone gel contracts when not in operation. Then inhale the outside air. If the outside air contains a large amount of moisture and sulfide, for example, the silicone gel is highly permeable. Therefore, there is an adverse effect such as corrosion of the power element disposed inside the silicone gel and deterioration of insulation. As a result, there is a problem that the quality of the power module may be deteriorated.
また、例えば特許文献1に記載の構造では、シリコーンゲルとエポキシ樹脂との間、すなわち、シリコーンゲルの上面に、シリコーンゲルの絶縁性を保持するために拡散防止樹脂層が形成されているが、拡散防止樹脂層は、ポッティングまたはディスペンスにより形成されるため、拡散防止樹脂層の形成に際し硬化させる必要がある。
In addition, for example, in the structure described in
このように、現行量産中の製品に対し密閉性を向上させるための対策を施すには、構造変更が必要となるため、材料開発、金型および図面の変更など、コストと時間を要するという問題もある。 As described above, since it is necessary to change the structure to take measures to improve the sealability of products currently in mass production, there is a problem of cost and time required for material development, changes to molds and drawings, etc. There is also.
そこで、本発明は、パワーモジュールにおいて、外気との絶縁性能を保持することで品質の低下を抑制することができ、かつ、現行の外形および基本構造を踏襲することで、容易に実施可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a technology that can suppress deterioration in quality by maintaining insulation performance from outside air in a power module, and can be easily implemented by following the current external shape and basic structure. The purpose is to provide.
本発明に係るパワーモジュールは、ケースと、前記ケースの下端部に配置されたベース部材と、前記ベース部材上に配置されたパワー素子と、前記パワー素子を封止するシリコーンゲルと、前記シリコーンゲルの表面を覆い、かつ、前記シリコーンゲルの動きに合わせて可撓する程度に薄いシート部材と、前記ケースの上端部に配置された蓋部材とを備えたものである。 The power module according to the present invention includes a case, a base member disposed at a lower end of the case, a power element disposed on the base member, a silicone gel for sealing the power element, and the silicone gel. A sheet member that is thin enough to be flexible in accordance with the movement of the silicone gel, and a lid member that is disposed at the upper end of the case.
また、本発明に係るパワーモジュールの製造方法は、硬化した前記シリコーンゲルの表面に、前記シート部材を載置する工程を備えたものである。 The method for manufacturing a power module according to the present invention includes a step of placing the sheet member on the surface of the cured silicone gel.
また、本発明に係る別のパワーモジュールの製造方法は、硬化する前の前記シリコーンゲルの表面に、前記シート部材を載置する工程を備えたものである。 Moreover, the manufacturing method of another power module which concerns on this invention is equipped with the process of mounting the said sheet | seat member on the surface of the said silicone gel before hardening.
本発明によれば、パワーモジュールは、シリコーンゲルの表面を覆い、かつ、シリコーンゲルの動きに合わせて可撓する程度に薄いシート部材を備えたため、シリコーンゲルが熱膨張・収縮した際も、シート部材は、シリコーンゲルに密着しシリコーンゲルの動きに追従する。これにより、高温時・低温時を問わず外気との高い絶縁性能を保持することができるため、絶縁不良および腐食等の原因となる外部環境からの侵入物質を低減でき、パワーモジュールにおいて品質の低下を抑制することができる。 According to the present invention, since the power module includes a sheet member that covers the surface of the silicone gel and is flexible enough to move according to the movement of the silicone gel, the sheet can be used even when the silicone gel is thermally expanded and contracted. The member adheres to the silicone gel and follows the movement of the silicone gel. As a result, it is possible to maintain high insulation performance against the outside air regardless of whether the temperature is high or low, so that intruders from the external environment that cause insulation failure and corrosion can be reduced. Can be suppressed.
また、シリコーンゲルの表面にシート部材を配置した構造であるため、シート部材の配置の際にシート部材を硬化させる必要がなく、現行のパワーモジュールの外形および基本構造を踏襲することができ、容易に実施可能である。 In addition, since the sheet member is arranged on the surface of the silicone gel, there is no need to harden the sheet member when arranging the sheet member, and it is possible to follow the outer shape and basic structure of the current power module. Can be implemented.
また、本発明のパワーモジュールの製造方法によれば、硬化したシリコーンゲルの表面に、シート部材を載置するため、シート部材の配置の際にシート部材を硬化させる必要がなく、現行のパワーモジュールの外形および基本構造を踏襲することができ、容易に実施可能である。 Further, according to the method for manufacturing a power module of the present invention, since the sheet member is placed on the surface of the cured silicone gel, there is no need to cure the sheet member when the sheet member is arranged, and the current power module It can follow the external shape and basic structure of this, and can be implemented easily.
また、本発明の別のパワーモジュールの製造方法によれば、硬化する前のシリコーンゲルの表面に、シート部材を載置するため、シート部材を配置した後シリコーンゲルのみを硬化させればよく、現行のパワーモジュールの外形および基本構造を踏襲することができ、容易に実施可能である。 Further, according to another method of manufacturing a power module of the present invention, in order to place the sheet member on the surface of the silicone gel before being cured, it is only necessary to cure only the silicone gel after placing the sheet member, The external shape and basic structure of the current power module can be followed and can be easily implemented.
<実施の形態1>
本発明の実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係るパワーモジュールの断面図である。図1に示すように、パワーモジュールは、ケース2と、ベース板7(ベース部材)と、パワー素子であるチップ6と、シリコーンゲル8と、シート部材9と、蓋部材1とを備えている。
<
ベース板7は、ケース2の下端部に配置され、ベース板7の上面に半田付けされた絶縁基板5を介して、チップ6が半田付けされて固定されている。シリコーンゲル8は、ケース2内に充填され、チップ6と、チップ6に接合されたワイヤー4と、絶縁基板5などを封止する。
The
シート部材9は、シリコーンゲル8の表面8aに配置され、シリコーンゲル8の表面8aを覆っている。シート部材9は、例えば、高耐熱およびガス高絶縁性を有するポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂により形成され、また、シリコーンゲル8の動き(より具体的には、シリコーンゲル8の熱膨張・収縮)に合わせて可撓する程度に薄いシート状に形成されている。蓋部材1は、ケース2の上端部に配置され、例えばケース2に対してネジ止めされており、シート部材9およびシリコーンゲル8の表面を覆っている。
The sheet member 9 is disposed on the
次に、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法について簡単に説明する。図2は、パワーモジュールの製造方法を示す図である。ベース板7に絶縁基板5が半田付けにより固定され、絶縁基板5上にチップ6が半田付けにより固定される。ワイヤー4を接合してチップ6が実装された後、ベース板7とケース2が固定される。次に、ケース2内にチップ6およびワイヤー4が埋没する高さまでシリコーンゲル8が充填されてシリコーンゲル8を硬化させる。図2に示すように、シリコーンゲル8の硬化後、シート部材9は、硬化したシリコーンゲル8の表面8aに載置され、ケース2の上端部に蓋部材1が取り付けられる。
Next, a method for manufacturing the power module according to
次に、実施の形態1に係るパワーモジュールの作用および効果について、前提技術と対比しながら説明する。図3は、シリコーンゲル8の動きにシート部材9が追従した状態を示す図である。図5は、前提技術に係るパワーモジュールの断面図であり、シリコーンゲル8の動きを示す図である。なお、図3と図5では、シリコーンゲル8が上下動した状態を2点鎖線で示している。
Next, the operation and effect of the power module according to Embodiment 1 will be described in comparison with the base technology. FIG. 3 is a view showing a state in which the sheet member 9 follows the movement of the
先ず、前提技術に係るパワーモジュールについて説明する。図5に示すように、前提技術に係るパワーモジュールは、実施の形態1に係るパワーモジュールに対してシート部材9が設けられていない構成である。蓋部材1とケース2の間には隙間があるため、外気を遮断することができない。
First, the power module according to the base technology will be described. As shown in FIG. 5, the power module according to the base technology has a configuration in which the sheet member 9 is not provided with respect to the power module according to the first embodiment. Since there is a gap between the
このため、シリコーンゲル8の熱膨張・収縮によってシリコーンゲル8が上下動することで、蓋部材1とケース2の間の隙間から外気が取り込まれ、シリコーンゲル8の表面8a全域に外気が接触する。この外気に、例えば多量の水分および硫化物が含まれていると、シリコーンゲル8は透過性が高いため、シリコーンゲル8の内側に配置されているチップ6などの腐食および絶縁性の劣化など悪影響を及ぼし、ひいてはパワーモジュールの品質が低下する恐れがあるという問題があった。
For this reason, when the
これに対して、実施の形態1に係るパワーモジュールは、図3に示すように、シリコーンゲル8の表面を覆うようにシート部材9が配置されているため、外気は、シリコーンゲル8の表面8aの外周部以外にはほとんど接触しない。また、シート部材9は、熱膨張収縮率の高いシリコーンゲル8の表面8aに張り付いた状態でシリコーンゲル8の上下動に追従する。これにより、パワーモジュール内に入り込んだ外気が、高湿度および硫化物を含んでいても、シリコーンゲル8の内側に配置されているチップ6などへの影響を最小限に止めることができる。
In contrast, as shown in FIG. 3, in the power module according to the first embodiment, since the sheet member 9 is disposed so as to cover the surface of the
また、実施の形態1に係るパワーモジュールの製造に際し、前提技術である現行の構造に対して、硬化したシリコーンゲル8の表面にシート部材9を載置するだけでよいため、パワーモジュールの外形の変更および金型の変更、図面の大幅な変更が不要となり、作業も短時間かつ容易に行うことができる。
Further, when the power module according to the first embodiment is manufactured, it is only necessary to place the sheet member 9 on the surface of the cured
以上のように、実施の形態1に係るパワーモジュールでは、パワーモジュールは、シリコーンゲル8の表面8aを覆い、かつ、シリコーンゲル8の動きに合わせて可撓する程度に薄いシート部材9を備えたため、シリコーンゲル8が熱膨張・収縮した際も、シート部材9は、シリコーンゲル8に密着しシリコーンゲル8の動きに追従する。これにより、高温時・低温時を問わず外気との高い絶縁性能を保持することができるため、絶縁不良および腐食等の原因となる外部環境からの侵入物質を低減でき、パワーモジュールにおいて品質の低下を抑制することができる。また、外部環境からの侵入物質を低減することで絶縁不良および腐食を抑制できるため、パワーモジュールの長期使用が可能となる。
As described above, in the power module according to
また、シリコーンゲル8の表面8aにシート部材9を配置した構造、より具体的には、硬化したシリコーンゲル8の表面8aにシート部材9を載置した構造であるため、シート部材9の配置の際にシート部材9を硬化させる必要がなく、現行のパワーモジュールの外形および基本構造を踏襲することができ、容易に実施可能である。
In addition, since the sheet member 9 is disposed on the
また、シート部材9は、高耐熱およびガス高絶縁性のポリフェニレンサルファイド樹脂により形成されたため、パワーモジュールにおける外気との絶縁性能を一層高めることができる。 Moreover, since the sheet member 9 is formed of a polyphenylene sulfide resin having high heat resistance and high gas insulation properties, it is possible to further improve the insulation performance from the outside air in the power module.
なお、シート部材9は、ポリフェニレンサルファイド樹脂以外の合成樹脂およびゴムなどを含む樹脂、非鉄金属を含む金属、セラミック系材料、もしくはガラス系材料により形成されてもよい。この場合も、上記と同様の効果が得られる。また、シート部材9は、樹脂、金属、セラミック系材料、およびガラス系材料から複数種類を混合した材料により形成されてもよい。この場合も、上記と同様の効果が得られる。 The sheet member 9 may be formed of a resin including a synthetic resin other than polyphenylene sulfide resin and rubber, a metal including a nonferrous metal, a ceramic material, or a glass material. In this case, the same effect as described above can be obtained. The sheet member 9 may be formed of a material obtained by mixing a plurality of types from resin, metal, ceramic material, and glass material. In this case, the same effect as described above can be obtained.
さらに、シート部材9は、吸湿性および吸ガス性の高い合成樹脂およびゴムなどを含む樹脂(例えば、シリコーンゴム)により形成されてもよい。この場合、パワーモジュールにおける外気との絶縁性能を一層高めることができる。 Furthermore, the sheet member 9 may be formed of a resin (for example, silicone rubber) including a synthetic resin and rubber having high hygroscopicity and high gas absorption. In this case, the insulation performance from the outside air in the power module can be further enhanced.
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係るパワーモジュールについて説明する。図4は、実施の形態2に係るパワーモジュールの断面図である。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<
Next, a power module according to
実施の形態2では、硬化する前のシリコーンゲル8の表面8aに、シート部材9が載置され、その後、シリコーンゲル8を硬化させる。図4に示すように、シリコーンゲル8が硬化した状態では、シート部材9はシリコーンゲル8の表面8aに載置されている。すなわち、シリコーンゲル8においてシート部材9が載置されている部分は、シート部材9の厚みの分だけ凹みが形成されているため、シート部材9の表面とシリコーンゲル8の外周部(より具体的には、シート部材9が載置されていない部分)の表面は、ほぼ同じ高さである。
In the second embodiment, the sheet member 9 is placed on the
以上のように、実施の形態2に係るパワーモジュールでは、硬化する前のシリコーンゲル8の表面8aに、シート部材9を載置することで製造するため、シート部材9を配置した後シリコーンゲル8のみを硬化させればよく、現行のパワーモジュールの外形および基本構造を踏襲することができ、容易に実施可能である。
As described above, in the power module according to the second embodiment, since the sheet member 9 is placed on the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 蓋部材、2 ケース、6 チップ、7 ベース板、8 シリコーンゲル、8a シリコーンゲルの表面、9 シート部材。 1 Lid member, 2 Case, 6 Chip, 7 Base plate, 8 Silicone gel, 8a Surface of silicone gel, 9 Sheet member.
Claims (7)
前記ケースの下端部に配置されたベース部材と、
前記ベース部材上に配置されたパワー素子と、
前記パワー素子を封止するシリコーンゲルと、
前記シリコーンゲルの表面を覆い、かつ、前記シリコーンゲルの動きに合わせて可撓する程度に薄いシート部材と、
前記ケースの上端部に配置された蓋部材と、
を備えた、パワーモジュール。 Case and
A base member disposed at the lower end of the case;
A power element disposed on the base member;
A silicone gel for sealing the power element;
A sheet member that covers the surface of the silicone gel and is thin enough to be flexible in accordance with the movement of the silicone gel;
A lid member disposed at the upper end of the case;
Power module with
硬化した前記シリコーンゲルの表面に、前記シート部材を載置する工程を備えた、パワーモジュールの製造方法。 It is a manufacturing method of the power module of Claim 1, Comprising:
A method for manufacturing a power module, comprising a step of placing the sheet member on the surface of the cured silicone gel.
硬化する前の前記シリコーンゲルの表面に、前記シート部材を載置する工程を備えた、パワーモジュールの製造方法。 It is a manufacturing method of the power module of Claim 1, Comprising:
A method for producing a power module, comprising a step of placing the sheet member on the surface of the silicone gel before curing.
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