JP2015191990A

JP2015191990A - semiconductor module

Info

Publication number: JP2015191990A
Application number: JP2014067325A
Authority: JP
Inventors: 裕滋高木; Hiroshige Takagi
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-11-02

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module which does not cause peeling of a resin seal body and a frame even if the frame and the resin seal body are thermally expanded/contracted.SOLUTION: The semiconductor module comprises: a rectangular plate like frame; a semiconductor device mounted on a surface of the frame; and the resin seal body for exposing and sealing the semiconductor device, an edge part of a surface of the frame and the other surface of the frame, the frame having an annular groove an inner side along a boundary between the frame and the resin seal body, a joining material being applied to the groove. The joining material is polyimide resin.

Description

本発明は、半導体モジュールに関し、特に半導体素子をフレーム上に搭載し、樹脂封止する半導体モジュールに関する。
The present invention relates to a semiconductor module, and more particularly to a semiconductor module in which a semiconductor element is mounted on a frame and resin-sealed.

大電流の動作を行うパワー半導体素子として、整流用のダイオードがある。こうしたダイオードは、高い放熱性をもつ基板（フレーム、放熱板）上に搭載された上でモールド（樹脂封止）され、電極端子がその外部に取り出された形態とされる。例えばこれらのダイオードはＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるが、その際には、複数のダイオードが並列に接続されて用いられる場合が多いため、複数のダイオードチップ（シリコンチップ）が一方の端子を共通にした形態で内蔵された構造をもつ半導体モジュールとされる場合が多い。ダイオードチップは例えば数ｍｍ角程度の大きさであり、その両面にそれぞれアノード電極とカソード電極が設けられている。こうした場合の半導体モジュールの構成は、ダイオードモジュールと呼ばれていることもある。半導体素子の高い発熱から、熱応力対策を施したパッケージが提案されている（例えば特許文献１参照）。チップ近傍のリードフレーム表面をブラスト処理により粗面とした構造である。これにより、放熱板とパッケージ本体との接合部分の剥離を防止している。
There is a rectifying diode as a power semiconductor element that operates with a large current. Such a diode is mounted on a substrate (frame, heat radiating plate) having high heat dissipation properties, molded (resin-sealed), and electrode terminals are taken out from the outside. For example, these diodes are used in DC-DC converters. In this case, since a plurality of diodes are often connected in parallel, a plurality of diode chips (silicon chips) share one terminal in common. In many cases, the semiconductor module has a built-in structure. The diode chip has a size of, for example, a few mm square, and an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides thereof. The configuration of the semiconductor module in such a case is sometimes called a diode module. A package in which countermeasures against thermal stress are taken into account due to high heat generation of semiconductor elements has been proposed (for example, see Patent Document 1). In this structure, the surface of the lead frame near the chip is roughened by blasting. Thereby, peeling of the joining part of a heat sink and a package main body is prevented.

特開平１０−１０７１９５号公報JP-A-10-107195

しかしながら、従来技術は、小電力製品ならよいが、パワー半導体素子を搭載したモジュールでは、さらに強い樹脂伸縮応力がかかるので、粗面化だけでは剥離の懸念がある。本発明は、パワー半導体素子を搭載する半導体モジュール構造において、フレームと樹脂封止体が熱伸縮しても樹脂剥離を発生させない半導体モジュールを提供することを目的とする。
However, the conventional technology may be a low-power product, but a module equipped with a power semiconductor element is subjected to a stronger resin stretching stress. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor module in which a power semiconductor element is mounted and a semiconductor module that does not cause resin peeling even when a frame and a resin sealing body are thermally expanded and contracted.

上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体モジュールは、矩形板状のフレームと、フレームの一方の面に搭載された半導体素子と、半導体素子と前記フレームの一方の面の端部とフレームのもう一方の面を露出させて封止する樹脂封止体とを有し、フレームは樹脂封止体との境界部に沿った内側に環状の溝部を備え、溝部に接合材を塗布することを特徴とする。また、接合材は、ポリイミド樹脂である。

In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configurations.
The semiconductor module of the present invention comprises a rectangular plate-shaped frame, a semiconductor element mounted on one surface of the frame, an end of one surface of the semiconductor element and the frame, and the other surface of the frame exposed. And a resin sealing body for sealing. The frame includes an annular groove on the inner side along the boundary with the resin sealing body, and a bonding material is applied to the groove. The bonding material is a polyimide resin.

本発明によれば、フレームと樹脂封止体が熱伸縮しても樹脂封止体とフレームとの剥離を発生させない半導体モジュールを提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a flame | frame and a resin sealing body are thermally expanded and contracted, the semiconductor module which does not generate | occur | produce peeling with a resin sealing body and a flame | frame can be provided.

本発明の実施例１に係る半導体モジュールの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor module which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る半導体モジュールの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor module which concerns on Example 1 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる部分が含まれている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the drawings are schematic, and the dimensional relationship ratios and the like include parts different from the actual ones.

以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る半導体モジュール１を説明する。図１、図２に示すように、フレーム２の一方の面２１（上部、表面）に半導体素子３が搭載されている。フレーム２の一部と半導体素子３がモールド樹脂で樹脂封止された樹脂封止体４からなる構成である。なお、半導体素子から引き出される外部端子をここでは省略している。
Hereinafter, a semiconductor module 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor element 3 is mounted on one surface 21 (upper surface, front surface) of the frame 2. A part of the frame 2 and the semiconductor element 3 are configured by a resin sealing body 4 in which a resin is sealed with a mold resin. Note that the external terminals drawn from the semiconductor elements are omitted here.

フレーム２は、支持基板として矩形板状をしている。フレーム２の一方の面２１に半導体素子３を搭載する。さらにフレーム２の一方の面２１に環状の溝部５を備えている。例えばフレーム２の材質は銅合金であり、フレーム２の表面はニッケルめっきを施している。フレーム２の板厚は厚く放熱板の役目をする。
The frame 2 has a rectangular plate shape as a support substrate. The semiconductor element 3 is mounted on one surface 21 of the frame 2. Further, an annular groove 5 is provided on one surface 21 of the frame 2. For example, the material of the frame 2 is a copper alloy, and the surface of the frame 2 is nickel-plated. The frame 2 is thick and serves as a heat sink.

半導体素子３は、大電流の動作を行うパワー半導体素子の整流用ダイオードである。動作時には高い発熱を生じる。通常モジュールとしては、複数の素子を搭載する。図１では、溝部５の内側に半導体素子２をふたつ搭載している。
The semiconductor element 3 is a rectifying diode of a power semiconductor element that operates with a large current. High heat is generated during operation. As a normal module, a plurality of elements are mounted. In FIG. 1, two semiconductor elements 2 are mounted inside the groove 5.

樹脂封止体４は、フレーム２に沿った矩形形状で、半導体素子３とフレーム２の一部を樹脂封止する。フレーム２の一方の面２１の端部１１（上面）とフレーム２のもう一方の面２２（裏面）を全面露出させて封止する。ここでは封止体４と端部１１の境目を境界部１２としている。例えば樹脂封止体４の材質はエポキシ樹脂が多く使われる。図では、破線で表示している。端部１１はフレーム２の一部であり、半導体モジュール１の電極や接合部分として使用される。
The resin sealing body 4 has a rectangular shape along the frame 2 and resin-seals part of the semiconductor element 3 and the frame 2. The end 11 (upper surface) of one surface 21 of the frame 2 and the other surface 22 (back surface) of the frame 2 are exposed and sealed. Here, the boundary between the sealing body 4 and the end 11 is defined as a boundary 12. For example, epoxy resin is often used as the material of the resin sealing body 4. In the figure, it is indicated by a broken line. The end portion 11 is a part of the frame 2 and is used as an electrode or a joint portion of the semiconductor module 1.

溝部５は、フレーム２の一方の面２１において、搭載部品を囲むように環状に位置している。正確には樹脂封止体５との境界部１２に沿った内側で断面がＶ字形状をしている。例えばフレームをプレス装置にて製造するときに、溝加工することができる。
The groove 5 is annularly positioned on one surface 21 of the frame 2 so as to surround the mounted component. Precisely, the cross section is V-shaped on the inner side along the boundary 12 with the resin sealing body 5. For example, a groove can be formed when a frame is manufactured by a press device.

接合材６は、溝部５に沿って塗布する接着材である。フレーム２と樹脂封止体４の両方に強固に接着することができる。例えば接合材６の材質はポリイミド樹脂が多く使われる。粘度の低い材質であれば、対角上の２箇所に塗布すれば、溝部５に沿って、接合材６が伸びて、溝部５全周にいきわたらせることができる。
The bonding material 6 is an adhesive applied along the groove 5. It is possible to firmly adhere to both the frame 2 and the resin sealing body 4. For example, the bonding material 6 is often made of polyimide resin. If it is a material with low viscosity, if it applies to two places on the diagonal, the joining material 6 will extend along the groove part 5, and can be spread over the groove part 5 perimeter.

半導体モジュールの動作時には、発熱し、熱により、フレーム２と樹脂封止体４が膨張や収縮の熱伸縮を繰り返す。その時、フレーム２の金属と樹脂封止体４の樹脂の膨張率の違いから、接している界面に剥離を生じる。剥離は特にフレーム２と樹脂封止体４の境界部１２から発生し始める。表面上は口開き現象が現れ、そこから水分が侵入して、内部の半導体素子３に悪影響を及ぼし、半導体モジュール１の品質劣化につながる。
During operation of the semiconductor module, heat is generated, and the frame 2 and the resin sealing body 4 are repeatedly expanded and contracted due to heat. At that time, due to the difference in expansion coefficient between the metal of the frame 2 and the resin of the resin sealing body 4, peeling occurs at the contact interface. Peeling starts to occur particularly at the boundary 12 between the frame 2 and the resin sealing body 4. A mouth opening phenomenon appears on the surface, moisture penetrates from there, adversely affects the internal semiconductor element 3, and leads to deterioration of the quality of the semiconductor module 1.

以上に説明したように、本発明の実施例１に係る半導体モジュール１では、樹脂封止体５との境界部１２に沿った内側を囲むように溝部５と接合材６を設けているので、半導体素子３の外周でフレーム２と樹脂封止体４を強固に密着させることができる。これにより、半導体素子３の動作時にフレーム２と樹脂封止体４が熱膨張や収縮した際にも、フレーム２と樹脂封止体４の剥離を発生させることなく、半導体素子３へ水分の侵入を防ぎ、信頼性の高い半導体モジュールとすることができる。
As described above, in the semiconductor module 1 according to the first embodiment of the present invention, the groove portion 5 and the bonding material 6 are provided so as to surround the inner side along the boundary portion 12 with the resin sealing body 5. The frame 2 and the resin sealing body 4 can be firmly adhered on the outer periphery of the semiconductor element 3. Accordingly, even when the frame 2 and the resin sealing body 4 are thermally expanded or contracted during the operation of the semiconductor element 3, moisture enters the semiconductor element 3 without causing separation of the frame 2 and the resin sealing body 4. And a highly reliable semiconductor module.

また、断面方向で現品確認したところ、樹脂剥離の延長ではんだクラックが発生している。このことより、樹脂剥離が始まる周辺部の接着を強化し、樹脂剥離を抑制するので、はんだクラックも同時に抑制することができる。
Moreover, when the actual product was confirmed in the cross-sectional direction, a solder crack was generated due to the extension of the resin peeling. From this, since the adhesion of the peripheral part where resin peeling starts is strengthened and resin peeling is suppressed, solder cracks can be suppressed simultaneously.

上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
As described above, the mode for carrying out the present invention has been described. From this disclosure, it should be apparent to those skilled in the art that various alternative embodiments and examples are possible.

溝部５を断面Ｖ字形状としたが、断面Ｕ字形状としてもよい。これにより、接合材の容量を増加させることができ、同様の効果が得られる。
Although the groove portion 5 has a V-shaped cross section, it may have a U-shaped cross section. Thereby, the capacity | capacitance of a joining material can be increased and the same effect is acquired.

また、溝部と接合材は、複数であってもよい。さらに強固に密着することができる。
Moreover, the groove part and the bonding material may be plural. Furthermore, it can adhere firmly.

１、半導体モジュール
２、フレーム
３、半導体素子
４、樹脂封止体
５、溝部
６、接合材
１１、端部
１２、境界部
２１、一方の面（表面）
２２、もう一方の面（裏面） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, Semiconductor module 2, Frame 3, Semiconductor element 4, Resin sealing body 5, Groove part 6, Joining material 11, End part 12, Boundary part 21, One surface (surface)
22. The other side (back side)

Claims

A rectangular plate-shaped frame, a semiconductor element mounted on one side of the frame, and a resin that seals the semiconductor element, an end of one side of the frame, and the other side of the frame A semiconductor module having a sealing body, wherein the frame includes an annular groove on an inner side along a boundary with the resin sealing body, and a bonding material is applied to the groove.

The semiconductor module according to claim 1, wherein the bonding material is a polyimide resin.