JP2017092059A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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Yo Tanaka
陽 田中
西川　和康
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which inhibits peeling of a junction interface between a member forming a power module and a sealing resin and inhibits deterioration of electric characteristics of the power module even when the peeling occurs, and to provide a manufacturing method of the semiconductor device.SOLUTION: The semiconductor device includes: a heat radiation member 1; a module forming member MJ1; and a sealing resin 9A. The sealing resin 9A covers the module forming member MJ1. The module forming member MJ1 includes: an insulation member 3A on the heat radiation member 1; a circuit pattern 5; and a power semiconductor element 7. The sealing resin 9A includes a sealing resin joint layer 31 that contacts with the module forming member MJ1. The sealing resin joint layer 31 includes a plurality of air bubbles 33.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、特にパワーモジュールおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a power module and a manufacturing method thereof.

従来のパワーモジュールにおいて、パワー半導体素子および回路パターンなどからなる部材が絶縁性の樹脂により封止される。当該パワーモジュールの動作時には、パワー半導体素子の発熱とパワーモジュールを構成する部材間の線膨張係数差に起因する熱応力が生じる。特に、従来のパワーモジュールを構成する部材と封止樹脂との接合界面においては、接合界面に生じる熱応力によって、パワーモジュールを構成する主要部材と封止樹脂との接合界面が剥離し、パワーモジュールの機械的および電気的特性が劣化する可能性がある。   In a conventional power module, a member made of a power semiconductor element and a circuit pattern is sealed with an insulating resin. During the operation of the power module, thermal stress is generated due to heat generation of the power semiconductor element and a difference in linear expansion coefficient between members constituting the power module. In particular, at the bonding interface between the member constituting the conventional power module and the sealing resin, the bonding interface between the main member constituting the power module and the sealing resin is peeled off due to the thermal stress generated at the bonding interface. May degrade the mechanical and electrical properties.

そこで、パワーモジュールを構成する主要部材がこれと接触する表面と接触する部分に突起部を設け、当該接触する部分がパワーモジュールの主要部材に対して剥離する不具合を抑制する構成が考案されている。たとえば特開２００６−２２２４０６号公報（特許文献１）においては、放熱板のパワー半導体素子と接続される面に突起部が形成されており、放熱板の突起部が形成された面の突起部が形成されない面に対する比表面積が１．３５以上である構成が開示されている。またたとえば特開２００９−１８２１５９号公報（特許文献２）においては、パワーモジュールの主要部材の封止樹脂に覆われる表面に、微細凹凸を有する金属の酸化物層を形成することにより、パワーモジュールを構成する主要部材と封止樹脂との密着力を向上させた構成が開示されている。   Therefore, a configuration has been devised in which a protrusion is provided in a portion where the main member constituting the power module comes into contact with the surface in contact therewith, and the contact portion is separated from the main member of the power module. . For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-222406 (Patent Document 1), a protrusion is formed on the surface of the heat sink connected to the power semiconductor element, and the protrusion on the surface where the protrusion of the heat sink is formed. The structure whose specific surface area with respect to the surface which is not formed is 1.35 or more is disclosed. Also, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-182159 (Patent Document 2), a power module is formed by forming a metal oxide layer having fine irregularities on a surface covered with a sealing resin of a main member of a power module. The structure which improved the adhesive force of the main member to comprise and sealing resin is disclosed.

特開２００６−２２２４０６号公報JP 2006-222406 A 特開２００９−１８２１５９号公報JP 2009-182159 A

近年、パワーモジュールの使用温度域は広がっており、パワーモジュールを構成する部材に生じる熱応力はより大きくなっている。それに伴い、パワーモジュールを構成する部材と封止樹脂との接合界面が剥離し易くなる可能性がある。特開２００６−２２２４０６号公報および特開２００９−１８２１５９号公報のようなパワーモジュールにおいては、パワーモジュールを構成する部材と封止樹脂との剥離が発生すれば、たちまち剥離がパワーモジュールを構成する部材と封止樹脂との接合界面を辿って進行し、パワーモジュールの電気的特性が劣化する可能性が高い。   In recent years, the operating temperature range of the power module has been expanded, and the thermal stress generated in the members constituting the power module has become larger. Accordingly, there is a possibility that the bonding interface between the member constituting the power module and the sealing resin is easily peeled off. In power modules such as JP-A-2006-222406 and JP-A-2009-182159, if peeling occurs between a member constituting the power module and the sealing resin, the peeling immediately constitutes a member constituting the power module. There is a high possibility that the electrical characteristics of the power module deteriorate due to progressing along the bonding interface between the sealing resin and the sealing resin.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、パワーモジュールを構成する部材と封止樹脂との接合界面の剥離を抑制することができ、かつ仮に剥離が起こってもパワーモジュールの電気的特性の劣化を抑制することが可能な、パワーモジュールなどの半導体装置およびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to suppress peeling of the bonding interface between the member constituting the power module and the sealing resin, and even if peeling occurs. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device such as a power module and a method for manufacturing the same, which can suppress deterioration of electrical characteristics of the power module.

本発明の半導体装置は、放熱部材と、モジュール構成部材と、封止樹脂とを備えている。封止樹脂はモジュール構成部材を被覆する。モジュール構成部材は、放熱部材上の絶縁部材と、回路パターンと、パワー半導体素子とを含む。封止樹脂は、モジュール構成部材と接触する封止樹脂接合層を含む。封止樹脂接合層内には複数の気泡を含む。   The semiconductor device of the present invention includes a heat dissipation member, a module constituent member, and a sealing resin. The sealing resin covers the module constituent member. The module constituent member includes an insulating member on the heat dissipation member, a circuit pattern, and a power semiconductor element. The sealing resin includes a sealing resin bonding layer that comes into contact with the module constituent member. The sealing resin bonding layer includes a plurality of bubbles.

本発明の半導体装置の製造方法は、放熱部材上にモジュール構成部材が載置される。放熱部材上に、モジュール構成部材を収納するようにケースが設置される。モジュール構成部材およびケースが放熱部材に接合される。ケースおよび放熱部材により収納されたモジュール構成部材を封止するように封止樹脂が供給され硬化される。モジュール構成部材に隣接する領域に配置される硬化された封止樹脂が再溶融される。モジュール構成部材は、絶縁部材と、回路パターンと、パワー半導体素子とを含む。上記再溶融される際に、封止樹脂のうちモジュール構成部材の表面に隣接する領域には複数の気泡を含む封止樹脂接合層が形成される。   In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the module constituent member is placed on the heat dissipation member. A case is installed on the heat dissipating member so as to accommodate the module constituent member. The module constituent member and the case are joined to the heat dissipation member. A sealing resin is supplied and cured so as to seal the module constituent member accommodated by the case and the heat dissipation member. The cured sealing resin disposed in the area adjacent to the module component is remelted. The module constituent member includes an insulating member, a circuit pattern, and a power semiconductor element. When the remelting is performed, a sealing resin bonding layer including a plurality of bubbles is formed in a region of the sealing resin adjacent to the surface of the module constituent member.

本発明の半導体装置の他の製造方法は、放熱部材上にモジュール構成部材が載置される。金型内に放熱部材およびモジュール構成部材が設置された状態で金型内を封止するように封止樹脂が供給され、硬化される。モジュール構成部材に隣接する領域に配置される硬化された封止樹脂が再溶融される。モジュール構成部材は、絶縁部材と、回路パターンと、パワー半導体素子とを含む。上記再溶融される際に、封止樹脂のうちモジュール構成部材の表面に隣接する領域には複数の気泡を含む封止樹脂接合層が形成される。   In another manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, the module constituent member is placed on the heat dissipation member. A sealing resin is supplied and cured so as to seal the inside of the mold in a state where the heat radiation member and the module constituent member are installed in the mold. The cured sealing resin disposed in the area adjacent to the module component is remelted. The module constituent member includes an insulating member, a circuit pattern, and a power semiconductor element. When the remelting is performed, a sealing resin bonding layer including a plurality of bubbles is formed in a region of the sealing resin adjacent to the surface of the module constituent member.

本発明によれば、複数の気泡を含む封止樹脂接合層により、パワーモジュールを構成する部材であるモジュール構成部材と封止樹脂との接合界面の剥離を抑制することができ、かつ仮に剥離が起こってもパワーモジュールの電気的特性の劣化を抑制することができる。   According to the present invention, the sealing resin bonding layer containing a plurality of bubbles can suppress the peeling of the bonding interface between the module constituent member that is a member constituting the power module and the sealing resin, and the peeling is temporarily performed. Even if it occurs, it is possible to suppress the deterioration of the electrical characteristics of the power module.

実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの構成の概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of a configuration of a power module in a first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの構成の概略断面図である。4 is a schematic cross-sectional view of a configuration of a power module in a second example of the first embodiment. FIG. 実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a power module in the first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the power module in the first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the power module in the first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the power module in the first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the power module in the first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第１例におけるパワーモジュールの製造方法の第６工程を示す概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the power module in the first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a power module in the second example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the power module in the second example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the power module in the second example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the power module in the second example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the power module in the second example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の第２例におけるパワーモジュールの製造方法の第６工程を示す概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the power module in the second example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の図７および図１３とは異なる封止樹脂の再溶融方法を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the remelting method of sealing resin different from FIG. 7 and FIG. 13 of Embodiment 1. FIG. 封止樹脂接合層の破壊強度を測定する試験方法の第１例を示す概略断面図（Ａ）と、封止樹脂接合層の破壊強度を測定する試験方法の第２例を示す概略断面図（Ｂ）とである。Schematic sectional view (A) showing a first example of a test method for measuring the breaking strength of a sealing resin bonding layer, and a schematic sectional view showing a second example of a testing method for measuring the breaking strength of a sealing resin bonding layer ( B). 実施の形態２におけるパワーモジュールの構成の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a configuration of a power module according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態２におけるパワーモジュールの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method for manufacturing a power module in Embodiment 2. FIG. 実施の形態２におけるパワーモジュールの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the power module in the second embodiment. FIG. 実施の形態２におけるパワーモジュールの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。12 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the method for manufacturing the power module in the second embodiment. FIG. 実施の形態２におけるパワーモジュールの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。10 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing a power module in the second embodiment. FIG.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の半導体装置の構成としてパワーモジュールの構成について図１および図２を用いて説明する。図１を参照して、本実施の形態の第１例におけるパワーモジュール１００は、放熱部材としての放熱板１と、パワーモジュール１００を構成する主要な部材の構造体としてのモジュール構成部材ＭＪ１と、封止樹脂９Ａとを主に有している。モジュール構成部材ＭＪ１は、絶縁部材３Ａと、回路パターン５と、パワー半導体素子７と、金属パターン１１と、素子接合材１３と、絶縁部材接合材１５と、電極１７とを有している。モジュール構成部材ＭＪ１はケース２１に収納されており、ケース２１はケース接着剤２３により放熱板１に固定されている。ケース２１上には主端子２５が形成され、これとたとえば回路パターン５とがボンディングワイヤ２７により電気的に接続されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, a configuration of a power module as a configuration of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. Referring to FIG. 1, a power module 100 in the first example of the present embodiment includes a heat radiating plate 1 as a heat radiating member, a module constituent member MJ1 as a structure of main members constituting the power module 100, It mainly has sealing resin 9A. The module constituent member MJ1 includes an insulating member 3A, a circuit pattern 5, a power semiconductor element 7, a metal pattern 11, an element bonding material 13, an insulating member bonding material 15, and an electrode 17. The module constituent member MJ1 is housed in a case 21, and the case 21 is fixed to the heat sink 1 with a case adhesive 23. A main terminal 25 is formed on the case 21 and is electrically connected to the circuit pattern 5 by a bonding wire 27.

以下、パワーモジュール１００に含まれる各部材の構成および配置等について詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration and arrangement of each member included in the power module 100 will be described in detail.

放熱板１は、たとえば平面視において矩形状を有し、図１の上下方向に示す厚みを有する平板状の部材である。放熱板１は、熱伝導性が良好な材料により形成されることが好ましく、たとえば銅、または炭化珪素とアルミニウムとの複合材（Ａｌ−ＳｉＣ）により形成されることが好ましい。放熱板１は、パワーモジュール１００の稼動時にその内部に発生する熱を放熱板１の外部すなわち図１の放熱板１の下方へ放熱する機能と、パワーモジュール１００を構成する筐体の一部としての機能とを併せ持つ。   The heat radiating plate 1 is, for example, a flat plate member having a rectangular shape in plan view and having a thickness shown in the vertical direction in FIG. The heat sink 1 is preferably formed of a material having good thermal conductivity, and is preferably formed of, for example, copper or a composite material of silicon carbide and aluminum (Al—SiC). The heat radiating plate 1 has a function of radiating heat generated inside the power module 100 to the outside of the heat radiating plate 1, that is, below the heat radiating plate 1 in FIG. Combined with the functions of

図１においてはケース２１の下側に放熱板１が配置されており、放熱板１とケース２１とは少なくとも一部において平面的に重なり合っている。しかしたとえば放熱板１の平面視における外縁部を取り囲むように、平面視において放熱板１の外側にケース２１が配置されていてもよい。少なくとも放熱板１は、その真上の絶縁部材３Ａと対向する面と反対側（図１の下側）の面である放熱板主表面１ａがパワーモジュール１００の外部に向けて露出し、パワーモジュール１００の稼動時にその内部に発生する熱は放熱板主表面１ａから外部に放出可能となっている。   In FIG. 1, the heat radiating plate 1 is disposed below the case 21, and the heat radiating plate 1 and the case 21 overlap at least partially in a plane. However, for example, the case 21 may be disposed outside the heat sink 1 in plan view so as to surround the outer edge portion of the heat sink 1 in plan view. At least the heat radiating plate 1 is exposed to the outside of the power module 100 with the main surface 1a of the heat radiating plate opposite to the surface facing the insulating member 3A directly above (lower side in FIG. 1). The heat generated inside 100 during operation can be released to the outside from the heat sink main surface 1a.

モジュール構成部材ＭＪ１に含まれる絶縁部材３Ａは、たとえば平面視において矩形状を有し、図１の上下方向に示す厚みを有する平板状の部材である。絶縁部材３Ａは、図１における放熱板１の上方に、絶縁部材３Ａの主表面と放熱板１の主表面とが互いに対向する（ほぼ平行になる）ように配置されている。絶縁部材３Ａは、無機材料であるセラミックスにより形成されることが好ましい。具体的には、絶縁部材３Ａは、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素からなる群から選択されるいずれかにより形成されることが好ましい。   The insulating member 3A included in the module constituent member MJ1 is, for example, a flat plate member having a rectangular shape in plan view and a thickness shown in the vertical direction in FIG. The insulating member 3A is disposed above the heat sink 1 in FIG. 1 so that the main surface of the insulating member 3A and the main surface of the heat sink 1 face each other (substantially parallel). The insulating member 3A is preferably formed of ceramic that is an inorganic material. Specifically, the insulating member 3A is preferably formed of any one selected from the group consisting of alumina, aluminum nitride, and silicon nitride.

モジュール構成部材ＭＪ１に含まれる回路パターン５は、絶縁部材３Ａの一方（図１においては上側）の主表面上に、当該絶縁部材３Ａの主表面の少なくとも一部を覆うように形成される。回路パターン５は、絶縁部材３Ａの主表面上に、直接接合法または活性金属接合法により形成（接合）することが可能な、高い電気伝導性を有する材料により形成されることが好ましい。具体的には、回路パターン５はたとえば銅により形成されるが、これに限定されるものではない。   The circuit pattern 5 included in the module constituent member MJ1 is formed on one main surface (upper side in FIG. 1) of the insulating member 3A so as to cover at least a part of the main surface of the insulating member 3A. The circuit pattern 5 is preferably formed of a material having high electrical conductivity that can be formed (bonded) on the main surface of the insulating member 3A by a direct bonding method or an active metal bonding method. Specifically, the circuit pattern 5 is formed of, for example, copper, but is not limited thereto.

ここで直接接合法とは、回路パターン５を構成する材料と、絶縁部材３Ａを構成する材料とを直接反応させることにより、絶縁部材３Ａの主表面上に回路パターン５の薄膜が接合するように、回路パターン５を形成させる方法である。また活性金属接合法とは、チタンまたはジルコニウムなどの活性金属が添加されたろう材を介して、回路パターン５を構成する材料と、絶縁部材３Ａを構成する材料とを接合するように、回路パターン５を形成させる方法である。回路パターン５は、パワーモジュール１００が構成する回路設計に応じてその形状等が決定され、絶縁部材３Ａの主表面上のうち回路パターン５に覆われる領域が選択されることによりその形状が形成される。   Here, the direct bonding method means that the thin film of the circuit pattern 5 is bonded onto the main surface of the insulating member 3A by directly reacting the material forming the circuit pattern 5 and the material forming the insulating member 3A. In this method, the circuit pattern 5 is formed. In the active metal bonding method, the circuit pattern 5 is joined to the material constituting the circuit pattern 5 and the material constituting the insulating member 3A through a brazing material to which an active metal such as titanium or zirconium is added. Is a method of forming The shape or the like of the circuit pattern 5 is determined according to the circuit design configured by the power module 100, and the shape is formed by selecting a region covered with the circuit pattern 5 on the main surface of the insulating member 3A. The

図１における回路パターン５の上方に、パワー半導体素子７が配置されている。パワー半導体素子７は、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）またはフリーホイールダイオード（ＦＷＤ：Free Wheel Diode）などの大電力制御用のデバイスにより構成される。ただしパワー半導体素子７はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）により構成されてもよい。なお図１中には単一のパワー半導体素子７のみが配置されているが、パワーモジュール１００中にパワー半導体素子７が複数配置されてもよい。パワー半導体素子７は、パワーモジュール１００が構成する回路設計に応じてその配置および個数等が選択決定される。   A power semiconductor element 7 is arranged above the circuit pattern 5 in FIG. The power semiconductor element 7 is configured by a device for high power control such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a free wheel diode (FWD). However, the power semiconductor element 7 may be configured by a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Although only a single power semiconductor element 7 is disposed in FIG. 1, a plurality of power semiconductor elements 7 may be disposed in the power module 100. The arrangement, the number, and the like of the power semiconductor elements 7 are selected and determined according to the circuit design that the power module 100 configures.

パワー半導体素子７の上側の主表面の少なくとも一部には、パワー半導体素子７の外部との電気的接続を得るための電極１７が形成されている。電極１７は、上記電気的接続を得るための電気的特性、およびパワーモジュール１００の製造時の機械的特性を高くする観点から、アルミニウム、銅、銀、ニッケル、金からなる群から選択されるいずれかにより形成されることが好ましい。あるいは電極１７は、上記群から選択される２つ以上の金属材料を主材料とする合金により形成されていてもよい。   An electrode 17 for obtaining electrical connection with the outside of the power semiconductor element 7 is formed on at least a part of the upper main surface of the power semiconductor element 7. The electrode 17 is any one selected from the group consisting of aluminum, copper, silver, nickel, and gold from the viewpoint of enhancing the electrical characteristics for obtaining the electrical connection and the mechanical characteristics at the time of manufacturing the power module 100. It is preferable to be formed. Alternatively, the electrode 17 may be formed of an alloy whose main material is two or more metal materials selected from the above group.

絶縁部材３Ａの上側の主表面上には回路パターン５およびパワー半導体素子７が配置されるのに対し、絶縁部材３Ａの下側の主表面上には、当該絶縁部材３Ａの主表面の少なくとも一部を覆うように、金属パターン１１が配置されている。金属パターン１１は、絶縁部材３Ａの主表面上に、直接接合法または活性金属接合法により形成（接合）することが可能な、高い電気伝導性を有する材料により形成されることが好ましい。また金属パターン１１は、高い熱伝導性を有する材料により形成されることがより好ましい。具体的には、金属パターン１１はたとえば銅により形成されるが、これに限定されるものではない。   The circuit pattern 5 and the power semiconductor element 7 are disposed on the upper main surface of the insulating member 3A, whereas at least one of the main surfaces of the insulating member 3A is present on the lower main surface of the insulating member 3A. The metal pattern 11 is arranged so as to cover the part. The metal pattern 11 is preferably formed of a material having high electrical conductivity that can be formed (bonded) on the main surface of the insulating member 3A by a direct bonding method or an active metal bonding method. The metal pattern 11 is more preferably formed of a material having high thermal conductivity. Specifically, the metal pattern 11 is made of, for example, copper, but is not limited thereto.

回路パターン５の上側の主表面とパワー半導体素子７の下側の主表面との接続は、素子接合材１３によりなされている。また、金属パターン１１の下側の主表面と放熱板１の上側の主表面との接続は、絶縁部材接合材１５によりなされている。素子接合材１３および絶縁部材接合材１５は、たとえばはんだであることが好ましいが、これらはたとえば銀ナノ粒子ペーストまたはエポキシ樹脂を含む銀ペーストであってもよい。   Connection between the upper main surface of the circuit pattern 5 and the lower main surface of the power semiconductor element 7 is made by an element bonding material 13. The lower main surface of the metal pattern 11 and the upper main surface of the radiator plate 1 are connected by an insulating member bonding material 15. The element bonding material 13 and the insulating member bonding material 15 are preferably, for example, solder, but these may be, for example, a silver nanoparticle paste or a silver paste containing an epoxy resin.

上記のように、絶縁部材３Ａと、回路パターン５と、パワー半導体素子７と、金属パターン１１と、素子接合材１３と、絶縁部材接合材１５と、電極１７とにより、モジュール構成部材ＭＪ１が構成されている。モジュール構成部材ＭＪ１を収納するケース２１は、たとえば図のように断面図において段差を形成しており、その段差の部分の表面上に主端子２５が露出した態様となっていることが好ましい。ケース２１は、耐熱性の高い絶縁性の材料、特に耐熱性の高い熱可塑性樹脂により形成されることが好ましい。具体的には、ケース２１は、たとえばポリフェニレンサルファイドまたはポリブチレンテレフタラートにより形成されることが好ましい。   As described above, the module member MJ1 is configured by the insulating member 3A, the circuit pattern 5, the power semiconductor element 7, the metal pattern 11, the element bonding material 13, the insulating member bonding material 15, and the electrode 17. Has been. The case 21 for housing the module constituent member MJ1 preferably has a step in the cross-sectional view as shown in the figure, and the main terminal 25 is exposed on the surface of the step. The case 21 is preferably formed of an insulating material having high heat resistance, in particular, a thermoplastic resin having high heat resistance. Specifically, the case 21 is preferably formed of, for example, polyphenylene sulfide or polybutylene terephthalate.

主端子２５は、パワーモジュール１００の内部と外部との電気的接続を可能とするための端子である。すなわち主端子２５は、ボンディングワイヤ２７を介してパワー半導体素子７（の電極１７）および回路パターン５と電気的に接続されるとともに、図示されないがパワーモジュール１００の外部の回路等と電気的に接続される。   The main terminal 25 is a terminal for enabling electrical connection between the inside and the outside of the power module 100. That is, the main terminal 25 is electrically connected to the power semiconductor element 7 (the electrode 17 thereof) and the circuit pattern 5 through the bonding wires 27 and is electrically connected to a circuit outside the power module 100 although not shown. Is done.

ボンディングワイヤ２７は、たとえばアルミニウムおよび銅などを主成分とした合金材料により構成されることが好ましいが、これに限定されるものではない。なお主端子２５とパワーモジュール１００の内部の電極１７などとの電気的接続は、ボンディングワイヤ２７に限らず、これと同等の機能を有するたとえば銅を主成分とする合金材料製の板状の配線部材によりなされてもよい。具体的には、たとえば主端子２５と一体となるように構成された板状の配線部材が、はんだなどによりたとえばパワー半導体素子７（電極１７）の表面上に接合されてもよい。   The bonding wire 27 is preferably made of an alloy material containing, for example, aluminum and copper as main components, but is not limited thereto. The electrical connection between the main terminal 25 and the electrode 17 in the power module 100 is not limited to the bonding wire 27, and has a function equivalent to this, for example, a plate-like wiring made of an alloy material mainly composed of copper. It may be made by a member. Specifically, for example, a plate-like wiring member configured so as to be integrated with the main terminal 25 may be bonded onto the surface of the power semiconductor element 7 (electrode 17) with solder or the like.

パワーモジュール１００のケース２１内においては、封止樹脂９Ａが充填されている。つまりこの封止樹脂９Ａは、上記の絶縁部材３Ａ，回路パターン５およびパワー半導体素子７などを含むモジュール構成部材ＭＪ１の外側を向いた表面と、ケース２１の内壁面と、放熱板１の上側の主表面とを被覆するように配置されている。また封止樹脂９Ａは、ボンディングワイヤ２７の表面をも覆っている。封止樹脂９Ａは、モジュール構成部材ＭＪ１の（絶縁部材接合材１５が放熱板１に接する面を除く）外側を向いた表面の全体を被覆するように配置されることが好ましい。   In the case 21 of the power module 100, the sealing resin 9A is filled. That is, the sealing resin 9A is provided on the surface facing the outside of the module constituent member MJ1 including the insulating member 3A, the circuit pattern 5 and the power semiconductor element 7, the inner wall surface of the case 21, and the upper side of the heat sink 1. It arrange | positions so that a main surface may be coat | covered. The sealing resin 9 </ b> A also covers the surface of the bonding wire 27. The sealing resin 9A is preferably disposed so as to cover the entire surface of the module constituent member MJ1 (excluding the surface where the insulating member bonding material 15 is in contact with the heat sink 1).

封止樹脂９Ａは熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のいずれが用いられてもよい。具体的には、封止樹脂９Ａは、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ゴム材からなる群から選択されるいずれかにより構成されることが好ましい。またたとえばゲル状のシリコン樹脂の上にエポキシ樹脂が重ねられた構成の封止樹脂９Ａが用いられてもよい。   As the sealing resin 9A, either a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used. Specifically, the sealing resin 9A is preferably composed of any one selected from the group consisting of urethane resin, epoxy resin, polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, and rubber material. Further, for example, a sealing resin 9A having a configuration in which an epoxy resin is stacked on a gel-like silicon resin may be used.

本実施の形態においては、特にモジュール構成部材ＭＪ１に隣接する（近い）領域における封止樹脂９Ａは、変質して封止樹脂接合層３１となっている。具体的には、封止樹脂接合層３１は、モジュール構成部材ＭＪ１を構成する絶縁部材３Ａ、回路パターン５、パワー半導体素子７、金属パターン１１、素子接合材１３、絶縁部材接合材１５、電極１７の表面の少なくとも一部（上面または側面など）と、放熱板１の主表面（上面）の一部と、ケース２１の側面の一部を覆うように形成されている。言い換えれば、封止樹脂接合層３１は、封止樹脂９Ａ内のうちモジュール構成部材ＭＪ１と接触するように配置されており、さらに言い換えれば、封止樹脂９Ａはそのうち最もモジュール構成部材ＭＪ１側に、モジュール構成部材ＭＪ１と接触する封止樹脂接合層３１を含んでいる。封止樹脂接合層３１は、パワーモジュール１００のケース２１内の領域のうち比較的図１の下方（放熱板１側）の領域に形成されている。そして封止樹脂接合層３１の図１の上方の表面に接するように、上記の封止樹脂９Ａ（のうち封止樹脂接合層３１以外の領域）が充填されている。   In the present embodiment, the sealing resin 9 </ b> A in the region adjacent to (near) the module component member MJ <b> 1 changes in quality and becomes the sealing resin bonding layer 31. Specifically, the sealing resin bonding layer 31 includes the insulating member 3A, the circuit pattern 5, the power semiconductor element 7, the metal pattern 11, the element bonding material 13, the insulating member bonding material 15, and the electrode 17 constituting the module constituent member MJ1. Is formed so as to cover at least part of the surface (upper surface or side surface, etc.), part of the main surface (upper surface) of the heat radiating plate 1, and part of the side surface of the case 21. In other words, the sealing resin bonding layer 31 is disposed so as to come into contact with the module constituent member MJ1 in the sealing resin 9A. Further, in other words, the sealing resin 9A is closest to the module constituent member MJ1 side. A sealing resin bonding layer 31 that comes into contact with the module constituent member MJ1 is included. The sealing resin bonding layer 31 is formed in an area relatively lower in FIG. 1 (on the heat radiating plate 1 side) in the area in the case 21 of the power module 100. The sealing resin 9A (the region other than the sealing resin bonding layer 31) is filled so as to contact the upper surface of the sealing resin bonding layer 31 in FIG.

したがって封止樹脂接合層３１は、図１において、モジュール構成部材ＭＪ１と、封止樹脂９Ａ（のうち封止樹脂接合層３１以外の領域）との間に配置されている。上記のように封止樹脂接合層３１は封止樹脂９Ａが部分的に変質した領域であるため、封止樹脂接合層３１と封止樹脂９Ａとは互いに界面を共有するように接している。   Therefore, in FIG. 1, the sealing resin bonding layer 31 is disposed between the module constituent member MJ1 and the sealing resin 9A (a region other than the sealing resin bonding layer 31). As described above, since the sealing resin bonding layer 31 is a region in which the sealing resin 9A is partially altered, the sealing resin bonding layer 31 and the sealing resin 9A are in contact with each other so as to share an interface.

封止樹脂接合層３１内には複数の気泡３３が含まれている。気泡３３は空気により構成されており、これを球形と仮定した場合の径が約５０μｍ以上２００μｍ以下である。また封止樹脂接合層３１全体の体積に対する気泡３３の占有する体積の割合（密度）はたとえば５％以上２０％以下程度である。   The sealing resin bonding layer 31 includes a plurality of bubbles 33. The bubbles 33 are composed of air, and the diameter of the bubbles 33 is about 50 μm or more and 200 μm or less assuming that the bubbles 33 are spherical. Further, the ratio (density) of the volume occupied by the bubbles 33 to the total volume of the sealing resin bonding layer 31 is, for example, about 5% to 20%.

以上により、封止樹脂接合層３１とは、封止樹脂９Ａのうち、モジュール構成部材ＭＪ１に近い（隣接する）領域において、封止樹脂９Ａが気泡３３を多く含むように変質して形成された、複数の気泡３３を含む領域を意味している。また以上の構成を有することにより、本実施の形態のパワーモジュール１００は、ケース２１が、モジュール構成部材ＭＪ１、封止樹脂接合層３１および封止樹脂９Ａを収納しているということもできる。   As described above, the sealing resin bonding layer 31 is formed so as to be denatured so that the sealing resin 9A includes many bubbles 33 in a region close to (adjacent to) the module constituent member MJ1 in the sealing resin 9A. Means a region including a plurality of bubbles 33. Further, by having the above configuration, in the power module 100 of the present embodiment, it can also be said that the case 21 houses the module constituent member MJ1, the sealing resin bonding layer 31, and the sealing resin 9A.

本実施の形態のパワーモジュール１００においては、モジュール構成部材ＭＪ１とこれに接する封止樹脂接合層３１との接合強度が、封止樹脂接合層３１の破壊強度よりも高い。ここでモジュール構成部材ＭＪ１と封止樹脂接合層３１との接合強度とは、封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１に含まれる絶縁部材３Ｂなどの各種部材との接合する界面における引張強度を意味する。また封止樹脂接合層３１の破壊強度とは、封止樹脂接合層３１の内部における引張強度を意味する。   In the power module 100 of the present embodiment, the bonding strength between the module constituent member MJ1 and the sealing resin bonding layer 31 in contact therewith is higher than the breaking strength of the sealing resin bonding layer 31. Here, the bonding strength between the module constituent member MJ1 and the sealing resin bonding layer 31 refers to the tensile strength at the interface between the sealing resin bonding layer 31 and various members such as the insulating member 3B included in the module constituent member MJ1. means. The breaking strength of the sealing resin bonding layer 31 means the tensile strength inside the sealing resin bonding layer 31.

次に図２を参照して、本実施の形態の第２例におけるパワーモジュール１０１は、基本的には図１のパワーモジュール１００と同様の構成を有するため、同一の構成については同一の番号を付し、その説明を省略している。ただしパワーモジュール１０１は、パワーモジュール１００に対して、モジュール構成部材において若干の相違がある。   Next, referring to FIG. 2, the power module 101 in the second example of the present embodiment basically has the same configuration as the power module 100 of FIG. 1, and therefore the same number is assigned to the same configuration. The description is omitted. However, the power module 101 is slightly different from the power module 100 in module components.

具体的には、パワーモジュール１０１は、放熱部材としての放熱板１と、パワーモジュール１０１を構成する主要な部材の構造体としてのモジュール構成部材ＭＪ２と、封止樹脂９Ａとを主に有している。モジュール構成部材ＭＪ２は、絶縁部材３Ｂと、回路パターン５と、パワー半導体素子７と、素子接合材１３と、電極１７とを有している。封止樹脂９Ａは、図１と同様に、モジュール構成部材ＭＪ２と接触する封止樹脂接合層３１を含んでいる。   Specifically, the power module 101 mainly includes a heat radiating plate 1 as a heat radiating member, a module constituent member MJ2 as a main member structure constituting the power module 101, and a sealing resin 9A. Yes. The module constituent member MJ2 includes an insulating member 3B, a circuit pattern 5, a power semiconductor element 7, an element bonding material 13, and an electrode 17. The sealing resin 9A includes a sealing resin bonding layer 31 that is in contact with the module constituent member MJ2, similarly to FIG.

このようにパワーモジュール１０１のモジュール構成部材ＭＪ２は、絶縁部材３Ｂの図２における下側に、放熱板１との間に挟まれる金属パターン１１および絶縁部材接合材１５が含まれない点において、パワーモジュール１００と構成上異なっている。絶縁部材３Ｂは放熱板１の上側の主表面上に直接接合されており、回路パターン５が絶縁部材３Ｂの上側の主表面上に直接接合されている。このように絶縁部材３Ｂは、他の部材と接合可能な接着性を有している。これは後述するように、絶縁部材３Ｂは放熱板１の上側の主表面上にこれを構成する材料を塗布して硬化させることにより形成され、絶縁部材３Ｂは放熱板１に接合できるためである。このため図２においては絶縁部材３Ｂがモジュール構成部材ＭＪ２の真下の領域からケース２１の真下にまで延び、ケース２１の最下面であるケース最下面２１ａが絶縁部材３Ｂにより放熱板１に接合されている。しかしこのような態様に限らず、パワーモジュール１０１においてもパワーモジュール１００と同様に、ケース２１がケース接着剤２３により放熱板１に固定されてもよい。   As described above, the module constituent member MJ2 of the power module 101 is different in that the metal pattern 11 and the insulating member bonding material 15 sandwiched between the heat radiating plate 1 are not included in the lower side of the insulating member 3B in FIG. It differs from the module 100 in configuration. The insulating member 3B is directly bonded on the upper main surface of the heat sink 1, and the circuit pattern 5 is directly bonded on the upper main surface of the insulating member 3B. Thus, the insulating member 3B has adhesiveness that can be joined to other members. This is because, as will be described later, the insulating member 3B is formed by applying and curing a material constituting the insulating member 3B on the upper main surface of the heat radiating plate 1, and the insulating member 3B can be joined to the heat radiating plate 1. . For this reason, in FIG. 2, the insulating member 3B extends from the region immediately below the module constituent member MJ2 to directly below the case 21, and the case lowermost surface 21a, which is the lowermost surface of the case 21, is joined to the heat sink 1 by the insulating member 3B. Yes. However, the present invention is not limited thereto, and in the power module 101 as well as the power module 100, the case 21 may be fixed to the heat sink 1 by the case adhesive 23.

絶縁部材３Ｂは上記の放熱板１との接合が可能な接着性を有する点以外は、基本的に図１の絶縁部材３Ａと同様の機能を有している。絶縁部材３Ｂは、有機材料であるたとえばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート系樹脂からなる群から選択されるいずれかに、セラミックスフィラーであるたとえばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素などからなる群から選択されるいずれか１種以上が充填されたものにより形成されることが好ましい。   The insulating member 3B basically has the same function as that of the insulating member 3A shown in FIG. 1 except that the insulating member 3B has an adhesive property that allows the heat radiating plate 1 to be joined. Insulating member 3B is selected from the group consisting of organic materials such as epoxy resin, polyimide resin, and cyanate resin, or ceramic filler such as alumina, aluminum nitride, boron nitride, and the like. It is preferably formed of one or more filled.

次に図３〜図８を用いて、図１のパワーモジュール１００の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the power module 100 of FIG. 1 is demonstrated using FIGS.

図３を参照して、まず、上記の構成を有する放熱板１と、絶縁部材３Ａとが準備される。そして絶縁部材３Ａの一方（図３における上側）の主表面上に回路パターン５が、また絶縁部材３Ａの他方（図３における下側）の主表面上に金属パターン１１が、いずれも直接接合法または活性金属接合法により接合される。このようにして絶縁部材３Ａの主表面上に回路パターン５および金属パターン１１が形成されたものが、絶縁部材接合材１５を挟むように、放熱板１の一方の主表面上に載置される。ここでは絶縁部材接合材１５と金属パターン１１とが互いに接するように載置される。なお放熱板１の、上記絶縁部材３Ａなどが載置される側と反対側の主表面（下側の主表面）は放熱のために外部に露出された放熱板主表面１ａとなる。また図示されないが、パワー半導体素子７の上側の主表面の少なくとも一部にはあらかじめ電極１７が形成される。   Referring to FIG. 3, first, heat sink 1 having the above-described configuration and insulating member 3A are prepared. A circuit pattern 5 is formed on one main surface (upper side in FIG. 3) of the insulating member 3A, and a metal pattern 11 is formed on the other main surface (lower side in FIG. 3) of the insulating member 3A. Or it joins by the active metal joining method. Thus, what formed the circuit pattern 5 and the metal pattern 11 on the main surface of 3 A of insulating members is mounted on one main surface of the heat sink 1 so that the insulating member joining material 15 may be pinched | interposed. . Here, the insulating member bonding material 15 and the metal pattern 11 are placed in contact with each other. The main surface (lower main surface) of the heat radiating plate 1 opposite to the side on which the insulating member 3A or the like is placed is a heat radiating plate main surface 1a exposed to the outside for heat radiation. Although not shown, an electrode 17 is formed in advance on at least a part of the upper main surface of the power semiconductor element 7.

図４を参照して、次に、図３に示す回路パターン５上に、素子接合材１３を挟むように、電極１７が形成されたパワー半導体素子７が載置される。ここでは電極１７が載置された側（上側）と反対側（下側）の主表面が回路パターン５に対向する態様とされる。以上により、モジュール構成部材の各構成要素が、放熱板１上に載置される。   Referring to FIG. 4, next, power semiconductor element 7 on which electrode 17 is formed is placed on circuit pattern 5 shown in FIG. Here, the main surface on the side (upper side) where the electrode 17 is placed and the opposite side (lower side) is opposed to the circuit pattern 5. As described above, each component of the module component is placed on the heat sink 1.

この状態で全体がリフロー炉に投入され加熱される。これにより素子接合材１３および絶縁部材接合材１５が融解し、モジュール構成部材ＭＪ１が放熱板１上に接合される。   In this state, the whole is put into a reflow furnace and heated. As a result, the element bonding material 13 and the insulating member bonding material 15 are melted, and the module constituent member MJ1 is bonded onto the heat sink 1.

図５を参照して、次に、放熱板１上に接合されたモジュール構成部材ＭＪ１を収納可能となるように（モジュール構成部材ＭＪ１を平面視において取り囲むように）たとえば平面視において矩形の枠形状を有するケース２１が放熱板１上に設置される。このケース２１のたとえば内壁面の一部には、あらかじめ主端子２５が形成されることが好ましい。ケース２１は放熱板１のモジュール構成部材ＭＪ１が接合された側（上側）の主表面上に、ケース接着剤２３により接合される。つまりケース２１は、モジュール構成部材ＭＪ１とは別の工程により放熱板１に接合される。これによりモジュール構成部材ＭＪ１は、放熱板１とケース２１とにより構成されるキャビティの内部に収納された態様となる。   Referring to FIG. 5, next, module configuration member MJ1 joined on heat sink 1 can be stored (so as to surround module configuration member MJ1 in plan view), for example, a rectangular frame shape in plan view. A case 21 having the above is installed on the heat sink 1. For example, a main terminal 25 is preferably formed in advance on a part of the inner wall surface of the case 21. The case 21 is joined to the main surface of the heat radiating plate 1 on the side (upper side) to which the module constituent member MJ1 is joined by a case adhesive 23. That is, the case 21 is joined to the heat sink 1 by a process different from the module constituent member MJ1. As a result, the module constituent member MJ1 is housed in a cavity formed by the heat radiating plate 1 and the case 21.

次に、たとえば一般公知のワイヤボンディング法を用いて、主端子２５と回路パターン５、および回路パターン５と電極１７とを接続するように、ボンディングワイヤ２７が形成される。ワイヤボンディング法とは、ボンディングワイヤ２７などの配線部材に荷重と超音波振動とを印加することにより、ボンディングワイヤ２７などの配線部材を回路パターン５上などの被接合部に接合する方法である。なおボンディングワイヤ２７に限らず、たとえば主端子２５と一体となるように構成された板状の配線部材が、はんだなどによりたとえばパワー半導体素子７（電極１７）の表面上に接合されることにより、主端子２５と電極１７とが電気的に接合されてもよい。   Next, a bonding wire 27 is formed so as to connect the main terminal 25 and the circuit pattern 5 and between the circuit pattern 5 and the electrode 17 using, for example, a generally known wire bonding method. The wire bonding method is a method in which a wiring member such as the bonding wire 27 is joined to a portion to be joined on the circuit pattern 5 by applying a load and ultrasonic vibration to the wiring member such as the bonding wire 27. Not only the bonding wire 27 but also, for example, a plate-like wiring member configured so as to be integrated with the main terminal 25 is bonded onto the surface of the power semiconductor element 7 (electrode 17) with solder or the like, for example, The main terminal 25 and the electrode 17 may be electrically joined.

図６を参照して、図５の工程により形成される、モジュール構成部材ＭＪ１が収納されるキャビティの内部に封止樹脂９Ａが（充填されるように）供給される。言い換えれば、ケース２１および放熱板１により収納されたモジュール構成部材ＭＪ１を封止するように封止樹脂９Ａが供給される。その後、キャビティの内部を加熱（および特に封止樹脂９Ａが熱可塑性樹脂の場合は冷却）することにより、供給された封止樹脂９Ａが硬化される。   Referring to FIG. 6, sealing resin 9 </ b> A is supplied (filled) into the inside of the cavity in which module component MJ <b> 1 is formed formed by the process of FIG. 5. In other words, the sealing resin 9A is supplied so as to seal the module constituent member MJ1 accommodated by the case 21 and the heat sink 1. Then, the supplied sealing resin 9A is cured by heating the inside of the cavity (and particularly cooling when the sealing resin 9A is a thermoplastic resin).

図７を参照して、図６の工程により加熱硬化された封止樹脂９Ａと、モジュール構成部材ＭＪ１を構成する各部材のうち少なくとも１つとの接合界面に隣接する領域の硬化された封止樹脂９Ａが再度加熱される。これにより当該隣接する領域に配置される硬化された封止樹脂９Ａが再溶融される。   Referring to FIG. 7, the cured sealing resin in a region adjacent to the bonding interface between sealing resin 9 </ b> A heat-cured in the process of FIG. 6 and at least one of the members constituting module constituent member MJ <b> 1. 9A is heated again. As a result, the cured sealing resin 9A disposed in the adjacent region is remelted.

具体的には、図６の工程により上記キャビティ内に封止され硬化された封止樹脂９Ａのうち、特にモジュール構成部材ＭＪ１を構成する各部材の表面に近い（隣接する）領域に対して、たとえばレーザービーム５１が照射される。このレーザービーム５１により、モジュール構成部材ＭＪ１を構成する各部材の表面に近い（隣接する）領域の封止樹脂９Ａが急速に加熱され再溶融し気化する。これによりモジュール構成部材ＭＪ１と封止樹脂９Ａとの間（特に封止樹脂９Ａのうちモジュール構成部材ＭＪ１の表面に隣接する領域）には、気泡３３を複数含む封止樹脂接合層３１が形成される。   Specifically, among the sealing resin 9A that is sealed and cured in the cavity by the process of FIG. 6, particularly for a region close to (adjacent to) the surface of each member constituting the module constituent member MJ1. For example, the laser beam 51 is irradiated. By this laser beam 51, the sealing resin 9A in the region close to (adjacent to) the surface of each member constituting the module constituent member MJ1 is rapidly heated, remelted and vaporized. Thus, a sealing resin bonding layer 31 including a plurality of bubbles 33 is formed between the module constituent member MJ1 and the sealing resin 9A (particularly in a region adjacent to the surface of the module constituent member MJ1 in the sealing resin 9A). The

図８を参照して、レーザービーム５１が照射される領域が、モジュール構成部材ＭＪ１と封止樹脂９Ａとの接合界面に沿うように走査される。これにより、封止樹脂９Ａの溶融された領域が、モジュール構成部材ＭＪ１に隣接する領域の封止樹脂９Ａのほぼ全体にまで広げられる。以上により、モジュール構成部材ＭＪ１に隣接する領域の封止樹脂９Ａのほぼ全体に、封止樹脂接合層３１が形成されたパワーモジュール１００が形成される。   Referring to FIG. 8, the region irradiated with laser beam 51 is scanned along the bonding interface between module constituent member MJ1 and sealing resin 9A. Thereby, the area | region by which sealing resin 9A was fuse | melted is expanded to the whole sealing resin 9A of the area | region adjacent to module structural member MJ1. As described above, the power module 100 in which the sealing resin bonding layer 31 is formed is formed on almost the entire sealing resin 9A in the region adjacent to the module constituent member MJ1.

次に図９〜図１４を用いて、図２のパワーモジュール１０１の製造方法について説明する。なお上記のパワーモジュール１００の製造方法と重複する部分については同一の番号を付し、その説明を省略している。   Next, the manufacturing method of the power module 101 of FIG. 2 is demonstrated using FIGS. 9-14. In addition, about the part which overlaps with the manufacturing method of said power module 100, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図９を参照して、まず、上記の構成を有する放熱板１と、絶縁部材３Ｂと、パワー半導体素子７とが準備される。そして放熱板１の一方（図１における上側）の主表面上に絶縁部材３Ｂが形成される。   Referring to FIG. 9, first, heat radiating plate 1 having the above configuration, insulating member 3 </ b> B, and power semiconductor element 7 are prepared. And insulating member 3B is formed on the main surface of one side (the upper side in Drawing 1) of heat sink 1.

具体的には、放熱板１上に絶縁部材３Ｂを形成するための塗布材が塗布され、これが硬化されることにより絶縁部材３Ｂとして形成される。絶縁部材３Ｂを形成するための塗布材は、放熱板１の一方の主表面上の全面に塗布されてもよいが、たとえば後工程においてケース２１を載置する領域以外の領域のみに塗布されてもよい。そして絶縁部材３Ｂの一方（図９における上側）の主表面上には回路パターン５が、直接接合法または活性金属接合法により接合される。これにより放熱板１の、上記絶縁部材３Ｂなどが載置される側と反対側の主表面（下側の主表面）は放熱のために外部に露出された放熱板主表面１ａとなる。   Specifically, a coating material for forming the insulating member 3B is applied on the heat radiating plate 1, and this is cured to form the insulating member 3B. The coating material for forming the insulating member 3B may be applied to the entire surface on one main surface of the heat radiating plate 1, but it is applied only to a region other than the region where the case 21 is placed in a subsequent process, for example. Also good. The circuit pattern 5 is bonded to the main surface of one side (the upper side in FIG. 9) of the insulating member 3B by a direct bonding method or an active metal bonding method. As a result, the main surface (lower main surface) of the heat radiating plate 1 opposite to the side on which the insulating member 3B or the like is placed becomes the heat radiating plate main surface 1a exposed to the outside for heat radiation.

図１０を参照して、次に図４の工程と同様に、回路パターン５上に、素子接合材１３を挟むように、あらかじめ電極１７が形成されたパワー半導体素子７が載置される。以上により、モジュール構成部材の各構成要素が、放熱板１上に載置される。   Referring to FIG. 10, next, similarly to the process of FIG. 4, power semiconductor element 7 on which electrode 17 is formed in advance is placed on circuit pattern 5 so as to sandwich element bonding material 13. As described above, each component of the module component is placed on the heat sink 1.

図１１を参照して、次に図５の工程と同様に、放熱板１上に接合されたモジュール構成部材ＭＪ２を収納可能となるように、たとえば平面視において矩形の枠形状を有するケース２１が放熱板１上に設置される。   Referring to FIG. 11, next, as in the process of FIG. 5, for example, a case 21 having a rectangular frame shape in a plan view is formed so that the module constituent member MJ <b> 2 joined on the heat sink 1 can be stored. It is installed on the heat sink 1.

この状態で全体がリフロー炉に投入され加熱される。これにより素子接合材１３および絶縁部材３Ｂなどが融解および固化することにより、モジュール構成部材ＭＪ２およびケース２１が放熱板１上に接合される。   In this state, the whole is put into a reflow furnace and heated. As a result, the element bonding material 13 and the insulating member 3B are melted and solidified, whereby the module constituent member MJ2 and the case 21 are bonded onto the heat sink 1.

なお上記においては図２のように絶縁部材３Ｂ上にケース２１が接合される場合を示しているが、これに限られず、図１と同様にケース接着剤２３により放熱板１上にケース２１が接合されてもよい。この場合は、図１１においてケース２１がケース接着剤２３を介して放熱板１上に接合される前に、先に（図３〜図４と同様に）全体がリフロー炉に投入され加熱されることにより、モジュール構成部材ＭＪ２が放熱板１上に接合される。   In the above description, the case 21 is joined to the insulating member 3B as shown in FIG. 2, but the present invention is not limited to this. The case 21 is placed on the heat sink 1 by the case adhesive 23 as in FIG. It may be joined. In this case, before the case 21 is joined to the heat sink 1 via the case adhesive 23 in FIG. 11, the whole is first put into a reflow furnace and heated (similar to FIGS. 3 to 4). As a result, the module constituent member MJ2 is joined onto the heat sink 1.

図１２を参照して、次に図６の工程と同様に、ケース２１および放熱板１により収納されたモジュール構成部材ＭＪ２を封止するように封止樹脂９Ａが供給され、加熱（および特に封止樹脂９Ａが熱可塑性樹脂の場合は冷却）によりこれが硬化される。   Referring to FIG. 12, next, as in the step of FIG. 6, the sealing resin 9A is supplied so as to seal the module constituent member MJ2 accommodated by the case 21 and the radiator plate 1, and heated (and particularly sealed). When the stop resin 9A is a thermoplastic resin, it is cured by cooling).

図１３〜図１４を参照して、次に図７〜図８の工程と同様に、加熱硬化された封止樹脂９Ａと、モジュール構成部材ＭＪ２を構成する各部材のうち少なくとも１つとの接合界面に隣接する領域の硬化された封止樹脂９Ａが、たとえばレーザービーム５１の照射により再度加熱され再溶融される。これによりモジュール構成部材ＭＪ２と封止樹脂９Ａとの間（特に封止樹脂９Ａのうちモジュール構成部材ＭＪ１の表面に隣接する領域）には、気泡３３を複数含む封止樹脂接合層３１が形成される。以上により、モジュール構成部材ＭＪ２に隣接する領域の封止樹脂９Ａのほぼ全体に、封止樹脂接合層３１が形成されたパワーモジュール１０１が形成される。   Referring to FIGS. 13 to 14, next, similarly to the steps of FIGS. 7 to 8, the bonding interface between the heat-cured sealing resin 9 </ b> A and at least one of the members constituting the module constituent member MJ <b> 2. The cured sealing resin 9A in the region adjacent to is reheated and remelted by irradiation with the laser beam 51, for example. As a result, a sealing resin bonding layer 31 including a plurality of bubbles 33 is formed between the module constituent member MJ2 and the sealing resin 9A (particularly in a region adjacent to the surface of the module constituent member MJ1 in the sealing resin 9A). The As described above, the power module 101 in which the sealing resin bonding layer 31 is formed is formed on almost the entire sealing resin 9A in the region adjacent to the module constituent member MJ2.

図７〜図８、および図１３〜図１４の工程においては、レーザービーム５１が各図の上側（封止樹脂９Ａ側）からモジュール構成部材ＭＪ１に向けて照射されている。しかしこれに限らず、レーザービーム５１はたとえば各図の下側（放熱板１側）からモジュール構成部材ＭＪ１に向けて照射されてもよい。   In the steps of FIGS. 7 to 8 and FIGS. 13 to 14, the laser beam 51 is irradiated from the upper side (sealing resin 9 </ b> A side) of each figure toward the module constituent member MJ <b> 1. However, the present invention is not limited to this, and the laser beam 51 may be irradiated, for example, from the lower side (radiation plate 1 side) of each figure toward the module constituent member MJ1.

また上記においては、気泡３３を含む封止樹脂接合層３１が、レーザービーム５１の照射（レーザービーム照射法）により形成されている。しかし図１５を参照して、これに限らず、マイクロ波を用いたマイクロ波照射法、または通電加熱により封止樹脂９Ａの一部を再溶融させる通電加熱法により、封止樹脂９Ａの再溶融および封止樹脂接合層３１の形成がなされてもよい。マイクロ波照射法または通電加熱法を用いた場合においても、レーザービーム照射法を用いた場合と同様に複数の気泡３３を有する封止樹脂接合層３１を容易に形成することができる。   In the above, the sealing resin bonding layer 31 including the bubbles 33 is formed by irradiation with the laser beam 51 (laser beam irradiation method). However, referring to FIG. 15, the present invention is not limited to this, and the sealing resin 9 </ b> A is remelted by a microwave irradiation method using microwaves or an electric heating method in which part of the sealing resin 9 </ b> A is remelted by current heating. Alternatively, the sealing resin bonding layer 31 may be formed. Even when the microwave irradiation method or the current heating method is used, the sealing resin bonding layer 31 having the plurality of bubbles 33 can be easily formed as in the case of using the laser beam irradiation method.

図１５は通電加熱法による封止樹脂９Ａの再加熱および再溶融の工程を示している。ここでは回路パターン５の一方（図１５の左方）の端部と他方（図１５の右方）の端部との表面上に通電電極５３が設置され、双方の通電電極５３間に高電圧を印加し、回路パターン５を加熱させている。この熱により、回路パターン５に隣接する領域（つまりモジュール構成部材ＭＪ１に隣接し接触する領域）における封止樹脂９Ａが加熱および再溶融され、複数の気泡３３を含む封止樹脂接合層３１が形成される。   FIG. 15 shows the steps of reheating and remelting the sealing resin 9A by the electric heating method. Here, a current-carrying electrode 53 is installed on the surface of one end (left side in FIG. 15) and the other (right-hand side in FIG. 15) of the circuit pattern 5, and a high voltage is applied between both current-carrying electrodes 53. Is applied to heat the circuit pattern 5. With this heat, the sealing resin 9A in the region adjacent to the circuit pattern 5 (that is, the region adjacent to and in contact with the module constituent member MJ1) is heated and remelted to form the sealing resin bonding layer 31 including the plurality of bubbles 33. Is done.

なお上記のマイクロ波照射法による再加熱および再溶融の工程は、図７〜図８および図１３〜図１４と同様の図面を用いて説明することができる。すなわち、図７〜図８および図１３〜図１４に示すレーザービーム５１をマイクロ波照射ビームに置き換えて考えることにより、マイクロ波照射法をレーザービーム照射法と同様に説明することができる。   Note that the reheating and remelting steps by the microwave irradiation method can be described with reference to FIGS. 7 to 8 and FIGS. 13 to 14. That is, by considering the laser beam 51 shown in FIGS. 7 to 8 and FIGS. 13 to 14 as a microwave irradiation beam, the microwave irradiation method can be explained in the same manner as the laser beam irradiation method.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態のパワーモジュール１００，１０１は、上記のように、封止樹脂９Ａのうちモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２に最も近い領域に、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２に接触するように、複数の気泡３３を含む封止樹脂接合層３１が形成される。これにより、封止樹脂９Ａの一部である封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面における、封止樹脂９Ａのモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２表面からの剥離を抑制することができる。これは以下の理由に基づく。 Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
As described above, the power modules 100 and 101 according to the present embodiment include a plurality of bubbles so as to contact the module constituent members MJ1 and MJ2 in the region of the sealing resin 9A closest to the module constituent members MJ1 and MJ2. A sealing resin bonding layer 31 including 33 is formed. This suppresses peeling of the sealing resin 9A from the surface of the module constituent members MJ1 and MJ2 at the joining interface between the sealing resin joining layer 31 which is a part of the sealing resin 9A and the module constituent members MJ1 and MJ2. Can do. This is based on the following reason.

いったん加熱により硬化された封止樹脂９Ａが、レーザービーム５１などにより、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２に隣接する領域において再加熱および再溶融され封止樹脂接合層３１が形成される。これにより、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２と封止樹脂９Ａ（封止樹脂接合層３１）との接合界面における機械的接合、化学結合および分子間結合が、再加熱および再溶融がされることなく加熱硬化のみされた封止樹脂９Ａとモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面に比べて強くなるためである。   The sealing resin 9A once cured by heating is reheated and remelted in a region adjacent to the module constituent members MJ1 and MJ2 by the laser beam 51 or the like to form the sealing resin bonding layer 31. As a result, mechanical bonding, chemical bonding and intermolecular bonding at the bonding interface between the module constituent members MJ1 and MJ2 and the sealing resin 9A (sealing resin bonding layer 31) are heated without being reheated and remelted. This is because it becomes stronger than the bonding interface between the cured sealing resin 9A and the module constituent members MJ1 and MJ2.

つまり上記の封止樹脂９Ａの再加熱および再溶融により、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２と封止樹脂９Ａ（封止樹脂接合層３１）との接合界面の接合強度が、封止樹脂接合層３１の破壊強度（引張強度）よりも高くなっている。このため当該接合界面における封止樹脂９Ａ（封止樹脂接合層３１）のモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２に対する剥離が起こりにくくなる。   That is, due to the reheating and remelting of the sealing resin 9A, the bonding strength of the bonding interface between the module constituent members MJ1 and MJ2 and the sealing resin 9A (sealing resin bonding layer 31) It is higher than the fracture strength (tensile strength). For this reason, peeling with respect to module structural member MJ1 and MJ2 of sealing resin 9A (sealing resin joining layer 31) in the said joining interface becomes difficult to occur.

また上記のようにモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２に近い領域の封止樹脂９Ａが複数の気泡３３を有する（封止樹脂接合層３１となる）。これにより、仮に封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面において熱応力などに起因する剥離が発生したとしても、その剥離が接合界面において、その接合界面の延びる方向に沿って伸展する可能性を低減することができる。   Further, as described above, the sealing resin 9A in the region close to the module constituent members MJ1 and MJ2 has a plurality of bubbles 33 (becomes the sealing resin bonding layer 31). Thereby, even if peeling due to thermal stress or the like occurs at the bonding interface between the sealing resin bonding layer 31 and the module constituent members MJ1 and MJ2, the peeling occurs along the extending direction of the bonding interface at the bonding interface. The possibility of extending can be reduced.

これは、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面に隣接する領域の封止樹脂９Ａ（封止樹脂接合層３１）は気泡３３を複数含んでおり、上記の剥離は、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２と封止樹脂９Ａとの接合界面よりも、封止樹脂接合層３１内の複数の気泡３３同士を繋ぐように伸展するためである。複数の気泡３３の存在により、封止樹脂接合層３１は、たとえば気泡３３の存在しない封止樹脂９Ａに比べて破壊強度が弱くなっている。さらに上記のように封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面の接合強度は、再加熱および再溶融によりいっそう強められている。これらにより、上記の接合界面での剥離は、接合界面ではなく、複数の気泡３３を含む封止樹脂接合層３１内を伸展しやすくなる。   This is because the sealing resin 9A (sealing resin bonding layer 31) in the region adjacent to the bonding interface with the module constituent members MJ1 and MJ2 contains a plurality of bubbles 33, and the above-described peeling is performed by the module constituent members MJ1 and MJ2. This is because the plurality of bubbles 33 in the sealing resin bonding layer 31 extend so as to connect to each other rather than the bonding interface between the sealing resin 9A and the sealing resin 9A. Due to the presence of the plurality of bubbles 33, the sealing resin bonding layer 31 has a lower breaking strength than, for example, the sealing resin 9A in which the bubbles 33 do not exist. Furthermore, as described above, the bonding strength at the bonding interface between the sealing resin bonding layer 31 and the module constituent members MJ1 and MJ2 is further increased by reheating and remelting. As a result, the separation at the bonding interface described above facilitates the extension of the sealing resin bonding layer 31 including the plurality of bubbles 33 instead of the bonding interface.

このように剥離が伸展すれば、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２の表面は、剥離により薄くなってはいるものの、少なくとも封止樹脂接合層３１に覆われた状態を維持することができる。このためモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２の外部に対する電気絶縁性は維持されたままとなり、剥離によりモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２の電気的特性が直ちに劣化する可能性を低減することができる。   If the peeling is thus extended, the surfaces of the module constituent members MJ1 and MJ2 can be maintained at least covered with the sealing resin bonding layer 31 although being thinned by the peeling. For this reason, the electrical insulation with respect to the outside of the module constituent members MJ1 and MJ2 remains maintained, and the possibility that the electrical characteristics of the module constituent members MJ1 and MJ2 are immediately deteriorated due to peeling can be reduced.

モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２の電気絶縁性を確保するために、気泡３３は好ましくは、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２に含まれる各部材の最外部の表面から５０μｍ以上離れた位置に形成されることが好ましい。   In order to ensure the electrical insulation of the module constituent members MJ1 and MJ2, the bubbles 33 are preferably formed at a position separated by 50 μm or more from the outermost surface of each member included in the module constituent members MJ1 and MJ2. preferable.

なお本実施の形態においては、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２、封止樹脂接合層３１および封止樹脂９Ａがケース２１内に収納されているが、このことによっても、モジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２の電気的特性を維持すべく保護する機能を確保することができる。   In the present embodiment, the module constituent members MJ1 and MJ2, the sealing resin bonding layer 31 and the sealing resin 9A are housed in the case 21, but this also prevents the module constituent members MJ1 and MJ2 from being electrically connected. It is possible to ensure the function of protecting the main characteristic to be maintained.

ここで図１６を用いて、封止樹脂接合層３１の破壊強度（引張強度）の測定方法、およびそのモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面の接合強度の測定方法について説明する。   Here, a method for measuring the breaking strength (tensile strength) of the sealing resin bonding layer 31 and a method for measuring the bonding strength at the bonding interface with the module constituent members MJ1 and MJ2 will be described with reference to FIG.

図１６（Ａ）を参照して、封止樹脂接合層３１の破壊強度（引張強度）を測定する際には、モジュール構成部材ＭＪ１の表面上に、当該モジュール構成部材ＭＪ１との接合界面に隣接する領域に封止樹脂接合層３１が形成された封止樹脂９Ａが形成されたサンプルが準備される。そしてこのサンプルを用いて、モジュール構成部材ＭＪ１の左側、および封止樹脂９Ａの右側から、図中の矢印に示すように、封止樹脂接合層３１に対して互いに反対方向の引張力Ｆを加える。引張力Ｆを漸次大きくし封止樹脂接合層３１が破壊する際の引張力Ｆを測定する試験を行なうことにより、封止樹脂接合層３１の破壊強度（引張強度）を測定することができる。以上のサンプルを用いることにより、封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面の接合強度を測定することもできる。   Referring to FIG. 16A, when measuring the breaking strength (tensile strength) of the sealing resin bonding layer 31, it is adjacent to the bonding interface with the module component member MJ1 on the surface of the module component member MJ1. A sample in which the sealing resin 9A in which the sealing resin bonding layer 31 is formed is formed in a region to be prepared is prepared. Using this sample, tensile forces F in opposite directions are applied to the sealing resin bonding layer 31 from the left side of the module constituent member MJ1 and the right side of the sealing resin 9A as indicated by the arrows in the figure. . The breaking strength (tensile strength) of the sealing resin bonding layer 31 can be measured by increasing the tensile force F gradually and performing a test for measuring the tensile force F when the sealing resin bonding layer 31 breaks. By using the above sample, the bonding strength of the bonding interface between the sealing resin bonding layer 31 and the module constituent members MJ1 and MJ2 can also be measured.

図１６（Ｂ）を参照して、封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面の接合強度の測定方法としては、たとえば図に示すせん断引張試験が実施されてもよい。すなわち、まずモジュール構成部材ＭＪ１の表面上に、封止樹脂接合層３１を介して封止樹脂９Ａが接合されたサンプルが準備される。このサンプルは、図に示すように適宜各部材間の位置ずれが形成されており、かつ封止樹脂９Ａと封止樹脂接合層３１とにスペーサＳＰが接合された構成を有していてもよい。このサンプルに対して、図中の矢印に示すように、互いに反対方向のせん断力Ｆを加える。せん断力Ｆを漸次大きくし封止樹脂接合層３１がモジュール構成部材ＭＪ１から図の左右方向に位置ずれする際のせん断力Ｆを測定する試験を行なうことにより、封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１，ＭＪ２との接合界面の接合強度を測定することができる。以上のサンプルを用いることにより、封止樹脂接合層３１の破壊強度（引張強度）を測定することもできる。   Referring to FIG. 16B, as a method for measuring the bonding strength at the bonding interface between sealing resin bonding layer 31 and module constituent members MJ1 and MJ2, for example, a shear tensile test shown in the drawing may be performed. That is, first, a sample is prepared in which the sealing resin 9A is bonded to the surface of the module constituent member MJ1 via the sealing resin bonding layer 31. As shown in the figure, the sample may have a configuration in which misalignment between the members is appropriately formed, and the spacer SP is bonded to the sealing resin 9A and the sealing resin bonding layer 31. . As shown by the arrows in the figure, shear forces F in opposite directions are applied to this sample. By gradually increasing the shearing force F and performing a test to measure the shearing force F when the sealing resin bonding layer 31 is displaced from the module constituent member MJ1 in the horizontal direction in the drawing, the sealing resin bonding layer 31 and the module configuration are measured. The joint strength at the joint interface with the members MJ1 and MJ2 can be measured. By using the above samples, the breaking strength (tensile strength) of the sealing resin bonding layer 31 can also be measured.

たとえば図１６（Ａ），（Ｂ）の試験において、封止樹脂接合層３１または封止樹脂９Ａが破断すれば、封止樹脂接合層３１とモジュール構成部材ＭＪ１との接合界面における接合強度が、封止樹脂接合層３１または封止樹脂９Ａの破壊強度（引張強度）よりも大きいといえる。   For example, in the tests of FIGS. 16A and 16B, if the sealing resin bonding layer 31 or the sealing resin 9A breaks, the bonding strength at the bonding interface between the sealing resin bonding layer 31 and the module constituent member MJ1 is It can be said that it is larger than the breaking strength (tensile strength) of the sealing resin bonding layer 31 or the sealing resin 9A.

（実施の形態２）
まず本実施の形態の半導体装置の構成としてパワーモジュールの構成について図１７を用いて説明する。図１７を参照して、本実施の形態におけるパワーモジュール２００は、基本的には図２のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成については同一の番号を付し、その説明を省略している。ただしパワーモジュール２００は、パワーモジュール１０１に対して、モジュール構成部材の収納態様において若干の相違がある。 (Embodiment 2)
First, a configuration of a power module as a configuration of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 17, power module 200 in the present embodiment has basically the same configuration as power module 101 in FIG. 2. Omitted. However, the power module 200 is slightly different from the power module 101 in the manner in which the module constituent members are stored.

具体的には、パワーモジュール２００は、絶縁部材３Ｂと、回路パターン５と、パワー半導体素子７と、素子接合材１３と、電極１７とにより、パワーモジュール２００を構成する主要な部材の構造体としてのモジュール構成部材ＭＪ３を構成している。パワーモジュール２００のモジュール構成部材ＭＪ３は封止樹脂９Ｂに収納されており、ケース２１内に収納されてはいない。このため主端子２５は、回路パターン５に直接接続されたものと、ボンディングワイヤ２７を介して電極１７に接続されたものとの２種類が配置されている。これらのいずれの主端子２５も、パワーモジュール２００の内部と外部との電気的接続を可能とするための端子である点については共通している。   Specifically, the power module 200 includes the insulating member 3 </ b> B, the circuit pattern 5, the power semiconductor element 7, the element bonding material 13, and the electrode 17 as a structure of main members constituting the power module 200. Module constituent member MJ3. The module constituent member MJ3 of the power module 200 is accommodated in the sealing resin 9B and is not accommodated in the case 21. For this reason, the main terminal 25 is arranged in two types, one that is directly connected to the circuit pattern 5 and one that is connected to the electrode 17 via the bonding wire 27. Any of these main terminals 25 is common in that it is a terminal for enabling electrical connection between the inside and outside of the power module 200.

すなわち本実施の形態のパワーモジュール２００は、封止樹脂９Ｂ内に収納されたいわゆるモールド型パワーモジュールである。この点においてパワーモジュール２００は、ケース２１内に収納されたいわゆるケース型パワーモジュールである実施の形態１のパワーモジュール１００，１０１と構成上異なっている。   That is, the power module 200 of the present embodiment is a so-called mold type power module housed in the sealing resin 9B. In this respect, the power module 200 is structurally different from the power modules 100 and 101 of the first embodiment, which are so-called case type power modules housed in the case 21.

なお図１７においては、図２のパワーモジュール１０１と同様に、放熱板１の上側の主表面上の全面に接着性を有する絶縁部材３Ｂが塗布および硬化された構成を有している。しかし本実施の形態においても、図１のパワーモジュール１００と同様に絶縁部材３Ａが配置され、これが金属パターン１１および絶縁部材接合材１５を介して放熱板１と接続された構成が採用されてもよい。   In addition, in FIG. 17, it has the structure by which the insulating member 3B which has adhesiveness was apply | coated and hardened on the whole surface on the upper main surface of the heat sink 1 similarly to the power module 101 of FIG. However, also in the present embodiment, an insulating member 3A is arranged similarly to the power module 100 of FIG. 1, and a configuration in which the insulating member 3A is connected to the heat sink 1 via the metal pattern 11 and the insulating member bonding material 15 is adopted. Good.

本実施の形態のモジュール構成部材ＭＪ３を封止する封止樹脂９Ｂは、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のいずれが用いられてもよい。具体的には、封止樹脂９Ｂは、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂、ゴム材からなる群から選択されるいずれかにより構成されることが好ましい。   Either a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used as the sealing resin 9B for sealing the module constituent member MJ3 of the present embodiment. Specifically, the sealing resin 9B is preferably configured by any one selected from the group consisting of urethane resin, epoxy resin, polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, and rubber material.

次に図１８〜図２１を用いて、図１７のパワーモジュール２００の製造方法について説明する。なお上記の実施の形態１におけるパワーモジュール１００，１０１の製造方法と重複する部分については同一の番号を付し、その説明を省略している。   Next, the manufacturing method of the power module 200 of FIG. 17 is demonstrated using FIGS. In addition, the same number is attached | subjected about the part which overlaps with the manufacturing method of power module 100,101 in said Embodiment 1, and the description is abbreviate | omitted.

図１８を参照して、まず、放熱板１上に絶縁部材３Ｂが塗布材の塗布および硬化により形成され、絶縁部材３Ｂ上に回路パターン５が載置される。また回路パターン５上にはあらかじめ電極１７が形成されたパワー半導体素子７が、素子接合材１３を挟むように載置される。主端子２５が図１８中に示す態様となるように配置され、ボンディングワイヤ２７が図１８中に示すように形成される。これにより、モジュール構成部材の各構成要素が、放熱板１上に載置される。   Referring to FIG. 18, first, insulating member 3B is formed on heat radiating plate 1 by applying and curing a coating material, and circuit pattern 5 is placed on insulating member 3B. On the circuit pattern 5, the power semiconductor element 7 in which the electrode 17 is formed in advance is placed so as to sandwich the element bonding material 13. The main terminals 25 are arranged so as to be in the form shown in FIG. 18, and the bonding wires 27 are formed as shown in FIG. Thereby, each component of a module structural member is mounted on the heat sink 1.

この状態で全体がリフロー炉に投入され加熱される。これにより素子接合材１３および絶縁部材３Ｂなどが融解し、モジュール構成部材ＭＪ３が放熱板１上に接合される。   In this state, the whole is put into a reflow furnace and heated. As a result, the element bonding material 13 and the insulating member 3B are melted, and the module constituent member MJ3 is bonded onto the heat sink 1.

図１９を参照して、次に、たとえばトランスファーモールド法用の金型６１が準備される。金型６１はたとえば互いに嵌合される上側の金型と下側の金型とにより構成される。当該金型６１のキャビティ６１ａ内に、図１８の工程において準備された放熱板１およびその上に接合されたモジュール構成部材ＭＪ３が設置される。その状態で、金型６１のキャビティ６１ａ内を封止するように封止樹脂９Ｂが供給される。   Referring to FIG. 19, next, for example, a mold 61 for transfer molding is prepared. The mold 61 is composed of, for example, an upper mold and a lower mold that are fitted together. In the cavity 61a of the mold 61, the heat radiating plate 1 prepared in the step of FIG. 18 and the module constituent member MJ3 bonded thereon are installed. In that state, the sealing resin 9B is supplied so as to seal the inside of the cavity 61a of the mold 61.

キャビティ６１ａ内への封止樹脂９Ｂの供給は、以下の手順によりなされる。トランスファーモールド法用の金型６１の上記キャビティ６１ａ内に通じるシリンダ内にはプランジャ６３が挿入される。シリンダ内のうち、プランジャ６３とキャビティ６１ａとに挟まれた領域には、封止材タブレット６５が挿入される。封止材タブレット６５は封止用の樹脂が固形状となったものである。   The sealing resin 9B is supplied into the cavity 61a by the following procedure. A plunger 63 is inserted into a cylinder communicating with the cavity 61 a of the transfer mold die 61. A sealing material tablet 65 is inserted into a region between the plunger 63 and the cavity 61a in the cylinder. The sealing material tablet 65 is made by solidifying resin for sealing.

図２０を参照して、図中の矢印に示すようにプランジャ６３がシリンダ内の上方に移動するように徐々に押し込まれる。これによりプランジャ６３の真上の封止材タブレット６５は加圧され、流動性を増しながら徐々に、シリンダ内と連続するキャビティ６１ａ内に導かれる。このようにしてトランスファーモールド法により、キャビティ６１ａ内に封止樹脂９Ｂが供給される。金型６１の加熱（および特に封止樹脂９Ａが熱可塑性樹脂の場合は冷却）により、キャビティ６１ａ内の封止樹脂９Ｂは硬化され、モジュール構成部材ＭＪ３などはこの封止樹脂９Ｂに封止される。   Referring to FIG. 20, plunger 63 is gradually pushed so as to move upward in the cylinder as indicated by an arrow in the figure. As a result, the sealing material tablet 65 directly above the plunger 63 is pressurized and gradually introduced into the cavity 61a continuous with the cylinder while increasing the fluidity. Thus, the sealing resin 9B is supplied into the cavity 61a by the transfer molding method. By heating the mold 61 (and particularly when the sealing resin 9A is a thermoplastic resin, cooling), the sealing resin 9B in the cavity 61a is cured, and the module constituent member MJ3 and the like are sealed in the sealing resin 9B. The

図２１を参照して、金型６１から封止後のモジュール構成部材ＭＪ３が取り出された後、図７〜図８などの工程と同様に、たとえばレーザービーム照射法により、モジュール構成部材ＭＪ３に隣接する領域に配置される硬化された封止樹脂９Ｂが再溶融される。この過程で、封止樹脂９Ｂのうちモジュール構成部材ＭＪ３の表面に隣接する領域においては、複数の気泡３３が形成された封止樹脂接合層３１が形成される。   Referring to FIG. 21, after the sealed module constituent member MJ3 is taken out from the mold 61, it is adjacent to the module constituent member MJ3 by, for example, a laser beam irradiation method in the same manner as in the steps of FIGS. The cured sealing resin 9B disposed in the area to be remelted. In this process, a sealing resin bonding layer 31 in which a plurality of bubbles 33 are formed is formed in a region adjacent to the surface of the module constituent member MJ3 in the sealing resin 9B.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態のパワーモジュール２００はモールド型パワーモジュールである。このためパワーモジュール２００の封止樹脂９Ｂは、実施の形態１のケース型パワーモジュール１００，１０１に含まれる封止樹脂９Ａに比べて、より強固にモジュール構成部材ＭＪ３を封止することができる。またこれにより、パワー半導体素子７とボンディングワイヤ２７との接合信頼性を実施の形態１よりもいっそう向上させることができる。 Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
The power module 200 of the present embodiment is a mold type power module. Therefore, the sealing resin 9B of the power module 200 can seal the module constituent member MJ3 more firmly than the sealing resin 9A included in the case type power modules 100 and 101 of the first embodiment. Thereby, the bonding reliability between the power semiconductor element 7 and the bonding wire 27 can be further improved as compared with the first embodiment.

以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。   You may apply so that the characteristic described in each embodiment described above (each example contained in) may be combined suitably in the range with no technical contradiction.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

１ 放熱板、１ａ 放熱板主表面、３Ａ，３Ｂ 絶縁部材、５ 回路パターン、７ パワー半導体素子、９Ａ，９Ｂ 封止樹脂、１１ 金属パターン、１３ 素子接合材、１５ 絶縁部材接合材、１７ 電極、２１ ケース、２１ａ ケース最下面、２３ ケース接着剤、２５ 主端子、２７ ボンディングワイヤ、３１ 封止樹脂接合層、３３ 気泡、５１ レーザービーム、６１ 金型、６１ａ キャビティ、６３ プランジャ、６５ 封止材タブレット、１００，１０１，２００ パワーモジュール、ＭＪ１，ＭＪ２，ＭＪ３ モジュール構成部材、ＳＰ スペーサ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink, 1a Heat sink main surface, 3A, 3B insulating member, 5 Circuit pattern, 7 Power semiconductor element, 9A, 9B Sealing resin, 11 Metal pattern, 13 Element bonding material, 15 Insulating member bonding material, 17 Electrode 21 Case, 21a Case bottom surface, 23 Case adhesive, 25 Main terminal, 27 Bonding wire, 31 Sealing resin bonding layer, 33 Air bubbles, 51 Laser beam, 61 Mold, 61a Cavity, 63 Plunger, 65 Sealing material tablet , 100, 101, 200 Power module, MJ1, MJ2, MJ3 Module component, SP spacer.

Claims (6)

放熱部材と、
モジュール構成部材と、
前記モジュール構成部材を被覆する封止樹脂とを備え、
前記モジュール構成部材は、
前記放熱部材上に設けられた絶縁部材と、
前記絶縁部材上に形成された回路パターンと、
前記回路パターン上に配置されたパワー半導体素子とを含み、
前記封止樹脂は、前記モジュール構成部材と接触する封止樹脂接合層を含み、
前記封止樹脂接合層内には複数の気泡を含む、半導体装置。 A heat dissipating member;
Module components;
A sealing resin that covers the module component;
The module component is
An insulating member provided on the heat dissipation member;
A circuit pattern formed on the insulating member;
A power semiconductor element disposed on the circuit pattern,
The sealing resin includes a sealing resin bonding layer that comes into contact with the module constituent member,
A semiconductor device including a plurality of bubbles in the sealing resin bonding layer. 前記モジュール構成部材、封止樹脂接合層および封止樹脂を収納するケースをさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a case that houses the module constituent member, the sealing resin bonding layer, and the sealing resin. 前記モジュール構成部材と前記封止樹脂接合層との接合強度は、前記封止樹脂接合層の破壊強度よりも高い、請求項１または２に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a bonding strength between the module constituent member and the sealing resin bonding layer is higher than a breaking strength of the sealing resin bonding layer. 放熱部材上にモジュール構成部材を載置する工程を備え、
前記モジュール構成部材は、絶縁部材と、前記絶縁部材上に形成された回路パターンと、前記回路パターン上に配置されたパワー半導体素子とを含み、さらに、
前記放熱部材上に、前記モジュール構成部材を収納するようにケースを設置する工程と、
前記モジュール構成部材および前記ケースを前記放熱部材に接合させる工程と、
前記ケースおよび前記放熱部材により収納された前記モジュール構成部材を封止するように封止樹脂を供給し、硬化させる工程と、
前記モジュール構成部材に隣接する領域に配置される硬化された前記封止樹脂を再溶融させる工程とを備え、
前記封止樹脂を再溶融させる工程において、前記封止樹脂のうち前記モジュール構成部材の表面に隣接する領域には複数の気泡を含む封止樹脂接合層が形成される、半導体装置の製造方法。 Comprising a step of placing the module component on the heat dissipation member;
The module constituent member includes an insulating member, a circuit pattern formed on the insulating member, and a power semiconductor element disposed on the circuit pattern,
A step of installing a case on the heat dissipating member so as to store the module constituent member;
Bonding the module component and the case to the heat dissipation member;
Supplying a sealing resin so as to seal the module component housed by the case and the heat dissipation member, and curing the sealing resin;
Remelting the cured sealing resin disposed in a region adjacent to the module component;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein, in the step of remelting the sealing resin, a sealing resin bonding layer including a plurality of bubbles is formed in a region of the sealing resin adjacent to the surface of the module constituent member. 放熱部材上にモジュール構成部材を載置する工程を備え、
前記モジュール構成部材は、絶縁部材と、前記絶縁部材上に配置された回路パターンと、前記回路パターン上に配置されたパワー半導体素子とを含み、さらに、
金型内に前記放熱部材および前記モジュール構成部材が設置された状態で前記金型内を封止するように封止樹脂を供給し、硬化させる工程と、
前記モジュール構成部材に隣接する領域に配置される硬化された前記封止樹脂を再溶融させる工程とを備え、
前記封止樹脂を再溶融させる工程において、前記封止樹脂のうち前記モジュール構成部材の表面に隣接する領域には複数の気泡を含む封止樹脂接合層が形成される、半導体装置の製造方法。 Comprising a step of placing the module component on the heat dissipation member;
The module constituent member includes an insulating member, a circuit pattern disposed on the insulating member, and a power semiconductor element disposed on the circuit pattern,
Supplying and curing a sealing resin so as to seal the inside of the mold in a state where the heat dissipation member and the module constituent member are installed in the mold; and
Remelting the cured sealing resin disposed in a region adjacent to the module component;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein, in the step of remelting the sealing resin, a sealing resin bonding layer including a plurality of bubbles is formed in a region of the sealing resin adjacent to the surface of the module constituent member. 前記封止樹脂を再溶融させる工程は、レーザービーム照射法、マイクロ波照射法または通電加熱法によりなされる、請求項４または５に記載の半導体装置の製造方法。
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the step of remelting the sealing resin is performed by a laser beam irradiation method, a microwave irradiation method, or an energization heating method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114420867A (en) * 2022-01-11 2022-04-29 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 Display panel and preparation method thereof

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