JP2019004016A - パワー半導体モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】組み立てしやすく、かつ半導体装置の歩留まりを低下させることなく、大電流容量化を実現できるパワー半導体モジュールを提供すること。【解決手段】第1金属部材は、複数の第1凸部と、複数の第1凸部が配置された領域の周囲を連続して囲む環状部とを有する。第2金属部材は、第1凸部に対向して配置された複数の第2凸部を有する。サブモジュールは、第1凸部と第2凸部との間に配置され、半導体素子と、半導体素子の一方の面と第1凸部に接合された第3金属部材と、半導体素子の他方の面と第2凸部に接合された第4金属部材とを有する。樹脂は、環状部に囲まれた領域に設けられ、第1凸部と第3金属部材との接合部、および第2凸部と第4金属部材との接合部を覆う。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、パワー半導体素子を搭載したパワー半導体モジュールに関する。
例えば耐圧数kVでMW級の電力変換器を構築するためには、半導体素子の電圧および電流容量を大きくすることが求められる。半導体素子(半導体チップ)は、高純度シリコンに微細加工を施して製造される。製造上、品質上などの理由により、大きくても面積2cm前後の薄いチップ形状に加工したものを、複数個、直列ないし並列に組み合わせて使用することが合理的である。
パッケージ内で複数個の半導体チップを並列接続したものを直列接続することが、応用装置の回路もしくは構造を構成するうえで、合理的な方法である。大電力の半導体モジュールにおいては、高電圧、大電流を適切にスイッチングする必要がある。上述のように、複数の半導体チップを並列接続して構成するため、並列チップ間の電流分担が、できる限り均等になることが望ましい。
また、大電力スイッチングに伴い発生する損失も、比較的大きなものになるため、効率よく放熱できる構造にして、半導体チップの温度上昇を抑制し、半導体としての信頼性を確保する必要がある。
また、高電圧をスイッチングする関係で、パッケージ内部および外部で、正負極間を電気絶縁する必要があり、チップ周囲は、防塵、防湿の観点で絶縁封止する必要がある。
さらに、チップおよびパッケージを構成する複数の部材の相互間を接触方式または接合方式で結合するうえで、長期使用時における結合部の信頼性維持も重要である。
また、パッケージとして、より体格が小さく、より軽量で、より低コストであることが望ましいことも当然である。
これら期待される多数の要件に対応すべく、様々な半導体パッケージ構造が提案されている。
特許第3258200号公報 特許第4385324号公報
特許文献1では、導体で半導体素子を挟み、セラミック製の外囲器で封止した圧接型の半導体が提案されている。圧接型半導体は、防爆機能に優れているが、多数の半導体素子を一括で圧接する構造であり、皿ばねによって70kN程度の荷重で圧接可能なスタック構造が必要である。また、全半導体素子を均等に圧接することが重要であるため、部材の加工精度やスタック構造の組立精度を高めるための取り組みが必要である。
特許文献2では、圧接構造を用いないパッケージが提案されている。半導体素子の両面を接合することで、複数の半導体素子を並列実装する際に均等圧接が不要となり構造を簡素化できるが、複数の半導体素子を一括実装する場合に接合部の不良が出ると半導体装置の製造歩留まりが低下するという課題がある。
本発明の実施形態は、組み立てしやすく、かつ半導体装置の歩留まりを低下させることなく、大電流容量化を実現できるパワー半導体モジュールを提供する。
実施形態によれば、パワー半導体モジュールは、第1金属部材と、第2金属部材と、複数のサブモジュールと、電気絶縁性の樹脂と、を備えている。前記第1金属部材は、複数の第1凸部と、前記第1凸部と同じ方向に突出し、前記複数の第1凸部が配置された領域の周囲を連続して囲む環状部と、を有する。前記第2金属部材は、前記第1凸部に対向して配置された複数の第2凸部を有する。前記サブモジュールは、前記第1凸部と前記第2凸部との間に配置されている。前記サブモジュールは、半導体素子と、前記半導体素子の一方の面と前記第1凸部に接合された第3金属部材と、前記半導体素子の他方の面と前記第2凸部に接合された第4金属部材と、を有する。前記樹脂は、前記環状部に囲まれた前記領域に設けられ、前記第1凸部と前記第3金属部材との接合部、および前記第2凸部と前記第4金属部材との接合部を覆う。
第1実施形態のパワー半導体モジュールの側断面図。 図1におけるA部の拡大図。 第1実施形態の第1金属部材の斜視図。 第1実施形態のサブモジュールの断面図。 第2実施形態のパワー半導体モジュールの一部拡大断面図。 第3実施形態の第1金属部材および環状部材の斜視図。 図6に示す第1金属部材および環状部材の分解斜視図。 図6に示す環状部材の裏面側から見た斜視図。 第3実施形態の第1金属部材に環状部材を装着した状態の断面図。 第3実施形態の第1金属部材と環状部材とを分離した状態の断面図。 第4実施形態の第1金属部材の斜視図。 第4実施形態の第1金属部材の裏面側から見た斜視図。 第4実施形態の第1金属部材の断面図。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のパワー半導体モジュールの側断面図である。
図2は、図1におけるA部の拡大図である。
第1実施形態のパワー半導体モジュールは、第1金属部材10と、第2金属部材11と、複数のサブモジュール(または半導体装置)100とを有する。複数のサブモジュール100は、第1金属部材10と第2金属部材11との間における同一平面に配置されている。
図3は、第1金属部材10の斜視図である。
第1金属部材10は、板状部10aと、複数の第1凸部10cと、環状部10bとを有する。板状部10aの一方の面に、複数の第1凸部10cが板状部10aに一体に設けられている。隣り合う第1凸部10cの間は凹部10dとなっている。環状部10bと第1凸部10cとの間にも凹部10dが設けられている。
環状部10bは、板状部10aに一体に設けられ、第1凸部10cと同じ方向に突出している。環状部10bは、複数の第1凸部10cが配置された領域の周囲を連続して囲んでいる。環状部10bは、環状と称するも必ずしも円環ではなく、本実施形態においては、略額縁状または角環状に設けられている。
図1、図2に示すように、板状部10aを基準にして、環状部10bの突出高さは、第1凸部10cの突出高さよりも高く、環状部10bの先端は、第1凸部10cの上面よりも上方に位置する。
板状部10aは、環状部10bの外周側に設けられたフランジ部10eを有する。フランジ部10eは、環状部10bに囲まれた領域(複数の第1凸部10cが配置された領域)よりも外側に設けられ、その領域の周囲を連続して囲んでいる。
第2金属部材11も、第1金属部材10と同様に、板状部11aと、複数の第2凸部11cとを有する。板状部11aの一方の面に、複数の第2凸部11cが板状部11aに一体に設けられている。隣り合う第2凸部11cの間は凹部11dとなっている。
板状部11aにおける複数の第2凸部11cが配置された領域よりも外側に、フランジ部11eが設けられている。フランジ部11eは、複数の第2凸部11cが配置された領域の周囲を連続して囲んでいる。
第1金属部材10および第2金属部材11は、電気伝導性と熱伝導性に優れた材料からなる。例えば、第1金属部材10および第2金属部材11は、銅またはアルミニウムを主成分に含み、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金からなる。
図4は、サブモジュール100の断面図である。
サブモジュール100は、例えば電力変換に用いられるパワー半導体素子(半導体チップ)1を有する。半導体素子1は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等の制御電極を有するスイッチング素子である。または、半導体素子1は、FRD(Fast Recovery Diode)等のダイオードであってもよい。
サブモジュール100は、1つまたは複数の半導体素子1を有する。1つのサブモジュール100に複数の半導体素子1が搭載された場合、複数の半導体素子1はすべて同一のチップでなくてもよい。1つのサブモジュール100内にIGBT等のスイッチング素子のチップと、FRD等のダイオードのチップが混在していてもよい。
半導体素子1の一方の面(裏面)には、例えば、コレクタ電極、ドレイン電極、アノード電極が形成されている。それら電極は、接合材2によって第3金属部材3に接合されている。
半導体素子1の他方の面(表面)には、例えば、エミッタ電極、ソース電極、カソード電極が形成されている。それら電極は、接合材5によって第4金属部材4に接合されている。
第3金属部材3および第4金属部材4は、電気伝導性と熱伝導性に優れた材料からなる。例えば、第3金属部材3および第4金属部材4は、銅またはアルミニウムを主成分に含み、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金からなる。
接合材2、5は、例えば、はんだ、導電性接着剤、銀ペースト等である。接合材2は接合材5と同等の材料で構成される。または、接合材2と接合材5は互いに特性を変えてもよい。
半導体素子1、第3金属部材3、第4金属部材4、接合材2および接合材5は、樹脂モールド材6によって封止されている。樹脂モールド材6は、例えばメラミン系樹脂等の熱硬化性樹脂である。金型内に樹脂材料を注入し固化させることで、金属部材3、4や半導体素子1の近傍に気泡を残さずに、金属部材3、4および半導体素子1は樹脂モールド材6によって封止される。樹脂材料の注入方法として、例えばトランスファーモールド法が用いられる。
第3金属部材3のうち、半導体素子1と接合している面の反対側の面3aは樹脂モールド材6で封止されずに露出している。第4金属部材4のうち、半導体素子1と接合している面の反対側の面4aは樹脂モールド材6で封止されずに露出している。
図1、2に示すように、第1金属部材10の第1凸部10cと第2金属部材11の第2凸部11cは互いに対向され、第1金属部材10の凹部10dと第2金属部材11の凹部11dは互いに対向される。
サブモジュール100は、第1金属部材10の第1凸部10cと、第2金属部材11の第2凸部11cとの間に配置される。
第1凸部10cの上面の面積は、サブモジュール100の第3金属部材3の裏面3aの面積と略同じ面積である。第2凸部11cの下面の面積は、サブモジュール100の第4金属部材4の表面4aの面積と略同じ面積である。
図2に示すように、サブモジュール100の第3金属部材3の裏面3aは、接合材12を介して第1金属部材10の第1凸部10cの上面に接合されている。サブモジュール100の第4金属部材4の上面4aは、接合材13を介して第2金属部材11の第2凸部11cの下面に接合されている。接合材12、13は、例えば、はんだ、導電性接着剤、銀ペースト等である。
半導体素子1は、第1金属部材10、第2金属部材11、第3金属部材3、および第4金属部材4と電気的に接続されている。第1金属部材10、第2金属部材11、第3金属部材3、および第4金属部材4は、電極として機能するとともに、放熱体としても機能する。
第1金属部材10と第2金属部材11との間における複数のサブモジュール100が配置された領域の周囲は、環状部10bに囲まれている。その領域に、電気絶縁性の樹脂41が充填されている。
例えば、図1、2に示すように、相対的に下に位置する第1金属部材10と、相対的に上に位置する第2金属部材11との間に複数のサブモジュール100が接合された状態で、硬化前の液状の樹脂41が、環状部10bの先端と第2金属部材11の板状部11aとの間の隙間から、サブモジュール100が配置された領域に供給される。その樹脂41は、第1金属部材10の凹部10dに溜まっていき、サブモジュール100の周囲を覆い、さらに環状部10bの先端付近の高さまで充填された後、例えば熱硬化される。
環状部10bの先端は、第2凸部11cと第4金属部材4との接合部よりも、第2金属部材11に近い側に位置し、すなわち、サブモジュール100と第2凸部11cとの接合部よりも高い位置にある。したがって、樹脂41は、サブモジュール100と第2凸部11cとの接合部よりも高い位置まで充填され、第1凸部10cと第3金属部材3との接合部、および第2凸部11cと第3金属部材3との接合部を覆い、それら接合部を水分や塵埃から保護する。
環状部10bの先端は、第2金属部材11からは離間している。第1金属部材10と第2金属部材11との間の放電を防ぐために、環状部10bの先端と第2金属部材11との間の距離d1(図2に示す)は、例えば30mm以上必要とする場合がある。電圧に対応して必要な絶縁距離が変わる。
ここで比較例として、複数のサブモジュールの周囲に外囲器を搭載して電気絶縁性樹脂を封入する場合が挙げられる。その樹脂は、硬化前は低粘度で、外囲器内に注入後に加熱処理等を実施して硬化させる場合が多い。そのような場合、外囲器は、樹脂が硬化前の低粘度状態であっても、漏出せずに維持する容器としての機能が求められる。
図4に示すような略六面体の両面放熱型のサブモジュール(半導体装置)100では、六面のうち互いに反対側に位置し、かつサブモジュール100の表面積の大半を占める二面3a、4aが、第1金属部材10および第2金属部材11との接合面になる。
このような構成においては、六面体の主要二面3a、4aを金属部材10、11で占拠される形になるので、樹脂を保持する外囲器を搭載することが難しい。主要二面3a、4aのうち一方の面だけに金属部材が接合される構成であれば、金属部材がない開放されている側から額縁状ケースを搭載することが可能である。
また、二面を金属部材で占拠される場合、一方の金属部材の面積を他方の金属部材の面積より大きくして、大面積の金属部材に合わせた額縁状ケースを搭載することも考えられるが、モジュール全体の体格増大を招く。
これに対して、本実施形態においては、電極および放熱体である第1金属部材10に環状部10bを設けることで、第1金属部材10にさらに外囲器の機能も付加され、複数のサブモジュール100の周囲に樹脂41を容易に充填でき、パワー半導体モジュールの組立をより簡単に実施できる。
環状部10bは、第1金属部材10とは別部材ではなく、第1金属部材10の構成要素の一部として板状部10aに一体に設けられる。そのため、別部品の外囲器を金属部材に搭載する場合に必要な接着シール部が存在せず、充填樹脂の漏液などのリスクがない信頼性が高いモジュールが得られる。
以下、他の実施形態について説明する。第1実施形態と異なる箇所を中心に説明し、第1実施形態と共通の要素は同じ符号を付し、その説明を省略する場合もある。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態のパワー半導体モジュールの一部拡大断面図である。図5は、前述した図2に示す拡大図に対応する図である。
第2実施形態では、第1金属部材10に設けた環状部10bに、電気絶縁性のコーティング処理を施している。環状部10bの表面が、電気絶縁性のコーティング材(例えば樹脂系材料)70で覆われている。
第1金属部材10に環状部10bを設けた構造は、環状部10bを設けない構造に比べて、第1金属部材10と第2金属部材11との間の空間絶縁距離が短くなる。例えば第2凸部11cの突出長さを大きくすれば、環状部10bの先端と第2金属部材11との間の空間絶縁距離を大きくすることができるが、これはモジュール全体の体格の増大をまねく。
第2実施形態によれば、環状部10bが電気絶縁性コーティング材70で覆われているため、第1金属部材10と第2金属部材11との絶縁距離は、図5中のd2となる。したがって、モジュール全体の体格を増大することなく、第1金属部材10と第2金属部材11との間に十分な絶縁距離を確保することができる。
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態の第1金属部材10および環状部材50の斜視図である。
図7は、第3実施形態の第1金属部材10および環状部材50の分解斜視図である。
図8は、第3実施形態の環状部材50の裏面側から見た斜視図である。
図9は、第3実施形態の第1金属部材10に環状部材50を装着した状態の断面図である。
図10は、第3実施形態の第1金属部材10と環状部材50とを分離した状態の断面図である。
第3実施形態のパワー半導体モジュールは、電気絶縁樹脂製の環状部材50をさらに備えている。環状部材50は、環状部50bと、環状部50bの外周側に、環状部50bに一体に設けられたフランジ部50aとを有する。環状部50b内には、図8、10に示すように凹部50cが形成されている。
図6、9に示すように、凹部50cに第1金属部材10の環状部10bを嵌合させて、環状部材50は第1金属部材10に装着される。環状部材50のフランジ部50aは、第1金属部材10のフランジ部10eに固定される。
第1金属部材10の環状部10bは、環状部材50の環状部50bに覆われる。第1金属部材10の複数の第1凸部10cは、枠状の環状部50bの内側に配置される。
第2実施形態における環状部10bの絶縁コーティング処理と同様に、第1金属部材10の環状部10bは露出せずに、電気絶縁材料の環状部50bで覆われるので、モジュール全体の体格を増大することなく、第1金属部材10と第2金属部材11との間に十分な絶縁距離を確保することができる。
また、フランジ部50aを利用して環状部材50を第1金属部材10に固定することで、第1金属部材10と環状部材50とを強固に結合することができる。例えば、環状部材50のフランジ部50aは、第1金属部材10のフランジ部10eに接着される。
(第4実施形態)
図11は、第4実施形態の第1金属部材60の斜視図である。
図12は、第4実施形態の第1金属部材60の裏面側から見た斜視図である。
図13は、第4実施形態の第1金属部材60の断面図である。
上記実施形態の第1金属部材10と同様、第1金属部材60は、板状部60aと、複数の第1凸部60cと、環状部60bとを有する。第1金属部材60は、銅またはアルミニウムを主成分に含み、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金からなる。
板状部60aの一方の面に、複数の第1凸部60cが板状部60aに一体に設けられている。隣り合う第1凸部60cの間は凹部60dとなっている。環状部60bと第1凸部60cとの間にも凹部60dが設けられている。
環状部60bは、板状部60aに一体に設けられ、第1凸部60cと同じ方向に突出している。環状部60bは、複数の第1凸部60cが配置された領域の周囲を連続して囲んでいる。
図13に示すように、板状部60aを基準にして、環状部60bの突出高さは、第1凸部60cの突出高さよりも高く、環状部60bの先端は、第1凸部60cの上面よりも上方に位置する。
第1金属部材60の第1凸部60cおよび環状部60bは、上記実施形態の第1金属部材10の第1凸部10cおよび環状部10bと同じ機能をもつ。すなわち、第1金属部材60の第1凸部60cと、図1などに示す第2金属部材11の第2凸部11cとの間に、サブモジュール100が配置され、サブモジュール100は第1金属部材60および第2金属部材11に電気的に接続される。
複数のサブモジュール100が配置された領域に樹脂41が供給され、第1金属部材60の環状部60bは、その樹脂41を上記領域内に保持する壁として機能する。
第4実施形態の第1金属部材60は、図12、13に示すように、さらに複数のフィン状突起60fを有する。複数のフィン状突起60fは、第1金属部材60の板状部60aにおける第1凸部60cが設けられた面の反対側の裏面に設けられ、第1凸部60cの突出方向の反対方向に突出している。
また、第1金属部材60の板状部60aの裏面における最外周部には壁部60eが設けられ、壁部60eはフィン状突起60fと同じ方向に突出している。壁部60eは、複数のフィン状突起60fが配置された領域の周囲を連続して囲んでいる。その壁部60eには、冷却用媒体の出入口部60gが設けられている。
このような第1金属部材60を備えた第4実施形態のパワー半導体モジュールによれば、別部品の冷却器を搭載することなく、第1金属部材60の構成要素のひとつとして板状部60aに一体に設けられたフィン状突起60fによって、半導体素子1の温度上昇を抑制できる。
さらに、出入口60gを通じて、複数のフィン状突起60fが配置された領域に、直接冷却風を通風して冷却することができる。または、フィン状突起60fのまわりを密閉構造にして、水などの液体冷媒をフィン状突起60fの配置領域に循環させて冷却することも可能できる。
このような第4実施形態によれば、第1金属部材60と、別部品の冷却器との接触面に生じる接触熱抵抗が存在しない。接触熱抵抗成分は、モジュールに存在する熱抵抗全体に対する占有率が大きいので、冷却構造を一体に設けた第1金属部材60は、モジュール全体の熱抵抗低減に大きく寄与する。その結果、冷却効率が向上し、より体格の小さい冷却器でも冷却可能になり、モジュール全体の体格縮小につながる。
以上説明した各実施形態によれば、組み立てしやすく、かつ半導体装置の歩留まりを低下させることなく、大電流容量化を実現できるパワー半導体モジュールを提供することができる。
なお、第2金属部材11にも、第1金属部材10、60と同様の環状部10b、60bや、第1金属部材60と同様のフィン状突起60fを設けてもよい。
半導体素子1としてIGBTやMOSFETのようなスイッチング素子を用いた場合、図3に示すように、第1金属部材10の凹部10dに信号配線基板200が配置される。または、信号配線基板200は、第2金属部材11の凹部11dに配置してもよい。または、信号配線基板200は、隣り合うサブモジュール100の間に配置してもよい。
信号配線基板200には、半導体素子1のゲート電極(ゲートパッド)と接続されたゲート配線(信号配線)が導体パターンとして形成されている。そのゲート配線は、第1金属部材10の環状部10bの先端と、第2金属部材11との間の隙間を通された絶縁被覆導線と接続され、外部の制御回路と接続される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…半導体素子、3…第3金属部材、4…第4金属部材、10…第1金属部材、10b…環状部、10c…第1凸部、11…第2金属部材、11c…第2凸部、41…樹脂、50…環状部材、50c…凹部、60…第1金属部材、60b…環状部、60c…第1凸部、60f…フィン状突起、70…コーティング材、100…サブモジュール

Claims (7)

  1. 複数の第1凸部と、前記第1凸部と同じ方向に突出し、前記複数の第1凸部が配置された領域の周囲を連続して囲む環状部と、を有する第1金属部材と、
    前記第1凸部に対向して配置された複数の第2凸部を有する第2金属部材と、
    前記複数の第1凸部と前記複数の第2凸部との間に配置された複数のサブモジュールであって、半導体素子と、前記半導体素子の一方の面と前記第1凸部に接合された第3金属部材と、前記半導体素子の他方の面と前記第2凸部に接合された第4金属部材と、をそれぞれが有する複数のサブモジュールと、
    前記環状部に囲まれた前記領域に設けられ、前記第1凸部と前記第3金属部材との接合部、および前記第2凸部と前記第4金属部材との接合部を覆う電気絶縁性の樹脂と、
    を備えたパワー半導体モジュール。
  2. 前記環状部の先端は、前記第2凸部と前記第4金属部材との接合部よりも前記第2金属部材に近い側に位置し、前記第2金属部材からは離間している請求項1記載のパワー半導体モジュール。
  3. 前記環状部は、電気絶縁性のコーティング材で覆われている請求項1または2に記載のパワー半導体モジュール。
  4. 前記環状部に嵌合する凹部を有する電気絶縁樹脂製の環状部材をさらに備えた請求項1または2に記載のパワー半導体モジュール。
  5. 前記第1金属部材は、前記環状部の外周側に設けられたフランジ部を有し、
    前記環状部材は、前記凹部の外周側に設けられ、前記第1金属部材の前記フランジ部に固定されたフランジ部を有する請求項4記載のパワー半導体モジュール。
  6. 前記第1金属部材および前記第2金属部材の少なくとも一方における、前記第1または第2凸部の突出方向の反対側に突出したフィン状突起が設けられた請求項1〜5のいずれか1つに記載のパワー半導体モジュール。
  7. 前記第1金属部材および第2金属部材は、銅またはアルミニウムを主成分に含む請求項1〜6のいずれか1つに記載のパワー半導体モジュール。
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CN112635404A (zh) * 2020-11-27 2021-04-09 株洲中车时代半导体有限公司 功率子模块、其制作方法以及转模压接式功率模块

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020241472A1 (ja) * 2019-05-31 2020-12-03 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体装置、および半導体装置の製造方法
CN112635404A (zh) * 2020-11-27 2021-04-09 株洲中车时代半导体有限公司 功率子模块、其制作方法以及转模压接式功率模块
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