JP2015076441A - パワーモジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
比較例1に係るパワーモジュールの模式的断面構造は、図1に示すように表される。
―ワンインワンモジュール(1 in 1 Module)―
実施の形態に係るパワーモジュール20の模式的断面構造は、図9(a)に示すように表される。また、ヒートシンク100上に搭載した実施の形態に係るパワーモジュール20の模式的断面構造は、図9(b)に示すように表される。さらに、ヒートシンク100上に搭載した実施の形態の変形例に係るパワーモジュール20の模式的断面構造は、図9(c)に示すように表される。図9(a)〜図9(c)は、いずれもワンインワン構成のパワーモジュールに対応している。
実施の形態に係るパワーモジュール20T(半導体チップ実装前)の模式的平面構造は、図10に示すように表される。また、実施の形態に係るパワーモジュール20T(半導体チップ実装後)の模式的平面構造は、図11に示すように表される。図10〜図11は、ツーインワン構成のパワーモジュールに対応している。
実施の形態に係るパワーモジュール20の製造方法は、図9(a)示すように、互いに分割された第1金属板181および第2金属板191を形成する工程と、第1金属板181の表面上にチップ下はんだ2を介して半導体デバイス1を形成する工程と、樹脂接続板26を用いて第1金属板181と第2金属板191とを接続する工程と、半導体デバイス1と第2金属板191とをボンディングワイヤ9を介して電気的に接続する工程と、第1金属板181および第2金属板191・半導体デバイス1・ボンディングワイヤ9・樹脂接続板26をモールド樹脂17を用いてモールディングする工程と、第1金属板181および第2金属板191の裏面上に、絶縁層22を形成する工程とを有する。
以下、実施の形態に係るパワーモジュール20の具体例を説明する。もちろん、以下に説明するパワーモジュール20でも、絶縁層22と、絶縁層22上に配置され、互いに分割された複数の金属板181・191と、第1金属板181上にチップ下はんだ2を介して配置された半導体デバイス1と、第1金属板181と第2金属板191とを接続する樹脂接続板26とを備える。
実施の形態に係るパワーモジュール20Tに適用する半導体デバイスの例であって、SiC MOSFETの模式的断面構造は、図21(a)に示すように表され、IGBTの模式的断面構造は、図21(b)に示すように表される。
次に、図25を参照して、半導体デバイスとしてSiC MOSFETを適用した実施の形態に係るパワーモジュール20Tを用いて構成した3相交流インバータ140について説明する。
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
2…チップ下はんだ
3…絶縁基板
4…表面銅箔
5…セラミックス基板
6…裏面銅箔
7…絶縁基板下はんだ
8、181、182、191、200…金属板(金属ベース)
9、13、341、342、343、344…ボンディングワイヤ(WB)
10…ランド
11…エミッタE(ソースS)側電力端子
14…コレクタC(ドレインD)側電力端子
15…樹脂ケース
16…シリコーンゲル
17…モールド樹脂
18、181、182…半導体チップ搭載リードフレーム
19…リードフレーム
20、20A、20T…パワーモジュール
21…絶縁シート
22…絶縁層(有機絶縁樹脂層)
22a…硬質絶縁層
22b…軟質絶縁層
23…フレーム
24、25…タイバー
26…樹脂接続板
27…ネジ
28…ノッチ用穴(凹部)
29…ノッチ(突起部)
301、302、303、304…IGBT
321、322、323、324…フリーホイールダイオード
34A…ボンディングワイヤ34の接続部
100…冷却体(ヒートシンク)
124…ドレイン領域
124P…コレクタ領域
126…半導体基板
128…pベース領域
130…ソース領域
130E…エミッタ領域
132…ゲート絶縁膜
134…ソース電極
134E…エミッタ電極
136…ドレインパッド電極
136C…コレクタパッド電極
138…ゲート電極
144…層間絶縁膜
Claims (24)
- 絶縁層と、
前記絶縁層上に配置され、互いに分割された第1金属板および第2金属板と、
前記第1金属板上に配置された半導体デバイスと、
前記第1金属板と前記第2金属板とを接続する樹脂接続板と
を備えることを特徴とするパワーモジュール。 - 前記第1金属板および前記第2金属板は、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金のいずれかで形成され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。
- 前記半導体デバイスと前記第2金属板とを電気的に接続するボンディングワイヤと、
前記第1金属板および前記第2金属板と、前記樹脂接続板と、前記半導体チップと、前記ボンディングワイヤとをモールドするモールド樹脂と
を備え、
前記樹脂接続板は、前記モールド樹脂の成型温度以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項1または2に記載のパワーモジュール。 - 前記樹脂接続板は、前記第1金属板および前記第2金属板とネジを介して接続されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記樹脂接続板は、前記第1金属板および前記第2金属板に対向する面に凸状の突起部を備え、
前記第1金属板および前記第2金属板は、前記樹脂接続板に対向する面に前記突起部に嵌合する凹部を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のパワーモジュール。 - 前記突起部は、円柱形若しくは角柱形を備えることを特徴とする請求項5に記載のパワーモジュール。
- 前記樹脂接続板は、ポリフェニレンサルファイド(PSS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)のいずれかで形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記絶縁層は、前記第1金属板および前記第2金属板側に配置される硬質絶縁層と、前記第1金属板および前記第2金属板とは反対の側に配置される軟質絶縁層とを有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 冷却体を備え、
前記軟質絶縁層は、前記冷却体側に配置されることを特徴とする請求項8に記載のパワーモジュール。 - 前記軟質絶縁層は、有機材料で構成されていることを特徴とする請求項8または9に記載のパワーモジュール。
- 前記軟質絶縁層は、シリコーン系樹脂で構成されていることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記軟質絶縁層には、熱伝導率の高い充填材が充填されていることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記充填材は、酸化アルミ、酸化ケイ素、窒化アルミ、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、マグネシアのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項12に記載のパワーモジュール。
- 前記硬質絶縁層は、有機材料で構成されていることを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記硬質絶縁層は、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のうちの少なくとも1つで構成されていることを特徴とする請求項8〜14のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記硬質絶縁層には、熱伝導率の高い充填材が充填されていることを特徴とする請求項8〜15のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記充填材は、酸化アルミ、酸化ケイ素、窒化アルミ、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア、マグネシアのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項16に記載のパワーモジュール。
- 前記パワーモジュールは、ワンインワン、ツーインワン、フォーインワン、シックスインワンもしくはセブンインワン型のいずれかに形成されることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記半導体デバイスは、IGBT、ダイオード、Si系MOSFET、SiC系MOSFET、GaNFETのいずれかを備えることを特徴とする請求項1〜18のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 互いに分割された第1金属板および第2金属板を形成する工程と、
前記第1金属板の表面上にはんだを介して半導体デバイスを形成する工程と、
樹脂接続板を用いて前記第1金属板と前記第2金属板とを接続する工程と、
前記半導体デバイスと前記第2金属板とをボンディングワイヤを介して電気的に接続する工程と、
前記第1金属板および前記第2金属板、前記半導体デバイス、前記ボンディングワイヤ、前記樹脂接続板をモールド樹脂を用いてモールディングする工程と、
前記第1金属板および前記第2金属板の裏面上に、絶縁層を形成する工程と
を有することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。 - 前記第1金属板および前記第2金属板は、銅、アルミニウム、銅合金、およびアルミニウム合金のいずれかで形成されることを特徴とする請求項20に記載のパワーモジュールの製造方法。
- 前記樹脂接続板は、前記モールド樹脂の成型温度以上の耐熱性を有することを特徴とする請求項20または21に記載のパワーモジュールの製造方法。
- 前記樹脂接続板を用いて前記第1金属板と前記第2金属板とを接続する工程は、ネジを介して接続する工程を有することを特徴とする請求項20〜22のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。
- 前記樹脂接続板は、前記第1金属板および前記第2金属板に対向する面に凸状の突起部を備え、前記第1金属板および前記第2金属板は、前記樹脂接続板に対向する面に前記突起部に嵌合する凹部を備え、
前記樹脂接続板を用いて前記第1金属板と前記第2金属板とを接続する工程は、前記突起部と前記凹部を嵌合する工程を有することを特徴とする請求項20〜23のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。
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