JP2022059517A

JP2022059517A - 半導体モジュール

Info

Publication number: JP2022059517A
Application number: JP2020167332A
Authority: JP
Inventors: 知紘西村; Tomohiro Nishimura
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2022-04-13
Also published as: US11887941B2; US20220108959A1

Abstract

【課題】半導体モジュールにおいて、封止樹脂における破壊を抑制することが好ましい。【解決手段】半導体モジュール１００は、半導体チップ４０と、半導体チップが載置される回路基板２０と、半導体チップおよび回路基板を封止する、エポキシ樹脂を含む封止樹脂１２と、封止樹脂の少なくとも一部の上方に、封止樹脂と密着して設けられ、封止樹脂よりヤング率が高い補強材１２０と、半導体チップを収容する空間を囲む樹脂ケース１０を備える。封止樹脂は、樹脂ケースの内部に設けられてよい。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体モジュールに関する。

従来から、半導体チップを回路基板に搭載し、半導体チップと回路基板の回路パターンとをリードフレーム等の配線部で接続した半導体モジュールが知られている。このような半導体モジュールでは、半導体チップ等を保護するために、封止樹脂が用いられている。（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１実開平６－３４２５６

半導体モジュールにおいて、封止樹脂における破壊を抑制することが好ましい。

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、半導体モジュールを提供する。半導体モジュールは、半導体チップを備えてよい。半導体モジュールは、回路基板を備えてよい。回路基板は、半導体チップが載置されてよい。半導体モジュールは、封止樹脂を備えてよい。封止樹脂は、半導体チップおよび回路基板を封止してよい。封止樹脂は、エポキシ樹脂を含んでよい。半導体モジュールは、補強材を備えてよい。補強材は、封止樹脂の少なくとも一部の上方に、封止樹脂と密着して設けられてよい。補強材は、封止樹脂よりヤング率が高くてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す図である。回路基板１６０－１の一例を示す図である。図２のＡ－Ａ断面図の一例である。図２のＡ－Ａ断面図の他の例である。半導体モジュール１００の他の例を示す図である。半導体モジュール１００の他の例を示す図である。半導体モジュール１００の他の例を示す図である。半導体モジュール１００の他の例を示す図である。半導体モジュール１００の他の例を示す図である。半導体モジュール２００を備えるインバータ１０００の一例を示す図である。上面視における半導体モジュール２００とゲートドライバ基板３００の配置例を示す図である。補強材１２０の設置方法の一例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、又、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、１つの図面において、同一の機能、構成を有する要素については、代表して符合を付し、その他については符合を省略する場合がある。

本明細書においては半導体チップの深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体モジュールの実装時における方向に限定されない。

本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Ｚ軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、＋Ｚ軸方向と－Ｚ軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Ｚ軸方向と記載した場合、＋Ｚ軸および－Ｚ軸に平行な方向を意味する。本明細書では、半導体チップの上面および下面に平行な直交軸をＸ軸およびＹ軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をＺ軸とする。本明細書では、Ｚ軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、Ｘ軸およびＹ軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば１０％以内である。

図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す図である。図１では、理解を容易にするために、補強材１２０を点線で示すと共に、封止樹脂１２を省略して示している。

半導体モジュール１００は、インバータ等の電力変換装置として機能してよい。半導体モジュール１００は、１つ以上の回路基板１６０を備える。本明細書では、１つ以上の回路基板１６０が設けられる面における直交軸をＸ軸およびＹ軸とし、ＸＹ面と垂直な軸をＺ軸とする。図１においては、ＸＹ面における各部材の配置例を示している。

本例の半導体モジュール１００は、それぞれがＵ相、Ｖ相、Ｗ相のアームを構成する３つの回路基板１６０を備えている。図１の例では、半導体モジュール１００は、回路基板１６０－１、回路基板１６０－２および回路基板１６０－３を備えている。回路基板１６０には、１つ以上の半導体チップ４０が載置される。半導体チップ４０は、回路基板１６０を囲む樹脂ケース１０や樹脂ケース１０に充填される封止樹脂１２（図３参照）といった樹脂パッケージにより保護される。

半導体チップ４０は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＦＷＤ（ＦｒｅｅＷｈｅｅｌＤｉｏｄｅ）等のダイオードおよびこれらを組み合わせたＲＣ（ＲｅｖｅｒｓｅＣｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）－ＩＧＢＴ、並びにＭＯＳトランジスタ等を含んでよい。

樹脂ケース１０は、半導体チップ４０および回路基板１６０を収容する空間９４を囲むように設けられる。樹脂ケース１０は、側壁１８を有する。側壁１８は、半導体チップ４０および回路基板１６０を収容する空間９４を分割する。図１において、側壁１８は、空間９４を空間９４－１、空間９４－２および空間９４－３に分割する。空間９４－１、空間９４－２および空間９４－３には、回路基板１６０がそれぞれ設けられる。

１つ以上の端子８６が、樹脂ケース１０から突出して設けられてよい。端子８６は、端子接続部１９８を介して、回路基板１６０と電気的に接続されてよい。また、樹脂ケース１０には、冷却部１６（図３参照）等を固定するねじ等の締結部材が挿入される貫通孔８４が設けられてよい。

本例において、樹脂ケース１０は、射出成形により形成可能な熱硬化型樹脂、または、ＵＶ成形により形成可能な紫外線硬化型樹脂、等の樹脂により成形される。当該樹脂は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）樹脂およびアクリル樹脂等から選択される１又は複数の高分子材料を含んでよい。

本例において、封止樹脂１２は、樹脂ケース１０の内部に設けられる。封止樹脂１２は、エポキシ樹脂を含む。また、封止樹脂１２は、硬化剤を含む。封止樹脂１２は、半導体チップ４０および回路基板１６０を封止する。封止樹脂１２により、半導体チップ４０および回路基板１６０を保護できる。本例において、封止樹脂１２は、側壁１８によって、封止樹脂１２－１、封止樹脂１２－２および封止樹脂１２－３に分割される。

本例における封止樹脂１２は、無機フィラーとしてのシリカフィラーを含む。シリカフィラーとは、樹脂の機能性を高める無機物微粒子である。シリカフィラーには、ＳｉＯ_２が含まれる。封止樹脂１２には、シリカフィラーが４０ｗｔ％以上含まれてよい。封止樹脂１２には、シリカフィラーが５０ｗｔ％以上含まれてもよい。封止樹脂１２には、シリカフィラーが６０ｗｔ％以上含まれてもよい。封止樹脂１２には、シリカフィラーが７０ｗｔ％以上含まれてもよい。封止樹脂１２には、シリカフィラーが８０ｗｔ％以上含まれてもよい。封止樹脂１２には、シリカフィラーが９０ｗｔ％以下含まれてよい。本例において、封止樹脂１２には、シリカフィラーが７０ｗｔ％程度含まれる。封止樹脂１２にシリカフィラーを含めることにより、封止樹脂１２の耐熱性を高めることができる。例えば、封止樹脂１２にシリカフィラーを含めることにより、１７５℃以上の温度における耐熱性を保証することができる。なお、封止樹脂１２は、その他、硬化促進剤、離型剤、着色剤、難燃剤等の添加材を含んでもよい。

封止樹脂１２にシリカフィラーが多量に含まれる場合、封止樹脂１２には破壊が生じやすくなる。つまり、半導体モジュール１００が熱等により全体変形すると、封止樹脂１２に亀裂が入りやすくなる。封止樹脂１２に破壊が生じると、半導体チップ４０の保護が弱まり、耐圧不良や信頼性低下の原因となりうる。

本例における半導体モジュール１００は、板状の補強材１２０を備える。補強材１２０は、封止樹脂１２の少なくとも一部の上方に、封止樹脂１２と密着して設けられている。密着とは、例えば、上下方向を逆にした場合、補強材１２０が封止樹脂１２から離れないということである。また、密着とは、外部から振動を与えても封止樹脂１２と補強材１２０の相対位置が変わらないことであってもよい。図１の例では、封止樹脂１２－１、封止樹脂１２－２および封止樹脂１２－３のそれぞれに密着して、補強材１２０（補強材１２０－１、補強材１２０－２および補強材１２０－３）が設けられている。なお、本実施形態において、密着とは、材料的接合あるいは化学的接合を指し、ねじ固定や圧入、焼嵌め、カシメといった機械的接合を含まないものとしてよい。

補強材１２０は、封止樹脂１２よりヤング率が高い。ヤング率とは、フックの法則から算出される、ひずみと応力の比例定数である。つまり、ヤング率は、材料の硬さの尺度である。封止樹脂１２に密着して、封止樹脂１２よりヤング率が高い補強材１２０が設けられることにより、半導体モジュール１００が全体変形しても、封止樹脂１２の変形を抑制することができる。したがって、封止樹脂１２における破壊を抑制することができる。

補強材１２０の上面視における面積は、封止樹脂１２の上面視における面積より小さくてよい。本例において、補強材１２０－１の上面視における面積は、封止樹脂１２－１の上面視における面積より小さい。また、補強材１２０－２の上面視における面積は、封止樹脂１２－２の上面視における面積より小さい。また、補強材１２０－３の上面視における面積は、封止樹脂１２－３の上面視における面積より小さい。補強材１２０の上面視における面積を、封止樹脂１２の上面視における面積より小さくすることにより、封止樹脂１２に上方に補強材１２０が設けられない箇所を設けることができる。後述する封止樹脂１２の硬化工程において、封止樹脂１２からガスが発生する。封止樹脂１２において上方に補強材１２０が設けられない箇所を設けることにより、封止樹脂１２からガスを抜くことができる。補強材１２０の面積は、封止樹脂１２の面積の半分以下であってよい。

補強材１２０は、ガラスを含んでよい。補強材１２０がガラスを含むことにより、補強材１２０のヤング率を封止樹脂１２のヤング率より高くすることができる。

補強材１２０は、上面視における樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４近傍に設けられてよい。補強材１２０は、上面視における樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４のうち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれの界面１４近傍に設けられてよい。補強材１２０が、樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４近傍に設けられるとは、補強材１２０と、樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４の最短距離が５ｍｍ以内であってよい。補強材１２０が、樹脂ケース１０と、封止樹脂１２の界面１４近傍に設けられるとは、補強材１２０と、樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４の最短距離が３ｍｍ以内であってもよい。補強材１２０が、樹脂ケース１０と、封止樹脂１２の界面１４近傍に設けられるとは、補強材１２０と、樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４の最短距離が１ｍｍ以内であってもよい。また、補強材１２０が、樹脂ケース１０と、封止樹脂１２の界面１４近傍に設けられるとは、補強材１２０と、樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４の最短距離が、樹脂ケース１０の上面視における縁の横幅Ｌ１、または縁の縦幅Ｌ２のいずれかよりも短いことであってもよい。補強材１２０と、樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４の最短距離が、横幅Ｌ１および縦幅Ｌ２のそれぞれよりも短いことであってもよい。補強材１２０が樹脂ケース１０と封止樹脂１２の界面１４近傍に設けられることにより、封止樹脂１２の変形をさらに抑制することができる。

図２は、回路基板１６０－１の一例を示す図である。図２でも、理解を容易にするために、補強材１２０を点線で示すと共に、封止樹脂１２を省略して示している。ここでは、代表して１つの相のアームを構成する回路基板１６０－１を例示するが、その他の相の回路基板１６０も同様の構成である。本例の回路基板１６０－１は、絶縁基板２０のいずれか一方の面に回路パターン２６を設け、他方の面に放熱板２２（図３参照）を設けたものである。回路パターン２６および放熱板２２は、銅板またはアルミ板、あるいはこれらの材料にめっきを施した板を、窒化ケイ素セラミックスや窒化アルミニウムセラミックス等の絶縁基板２０に直接接合あるいはろう材層を介して接合することで、構成されてよい。なお、回路基板１６０は、銅板やアルミ板等の導電部材に、絶縁シートを貼り合わせたものであってもよい。すなわち、導電部材と絶縁部材とが一体となった板状部材であってよい。

本例の半導体チップ４０は、絶縁基板２０の上面に設けられた回路パターン２６に半田等の接合層３０（図３参照）を介して接合されている。また、半導体チップ４０は、その上面がはんだ等の接合層３２（図３参照）を介して配線部と接続される。本例の配線部は、リードフレーム５０である。リードフレーム５０は、半導体チップ４０をはんだ等の接合層３４（図３参照）を介して回路パターン２６に接続する。リードフレーム５０は、銅またはアルミニウム等の金属材料で形成された部材である。リードフレーム５０は、ニッケル等により表面の少なくとも一部がメッキされていてもよい。また、リードフレーム５０は、樹脂等により表面の少なくとも一部がコーティングされていてもよい。リードフレーム５０は、板状の部分を有してよい。板状とは、対向して配置された２つの主面の面積が、他の面の面積よりも大きい形状を指す。リードフレーム５０は、少なくとも、半導体チップ４０と接続する部分が板状であってよい。リードフレーム５０は、１枚の金属板を折り曲げることで、形成されてよい。

回路パターン２６は、半導体チップ４０またはリードフレーム５０と電気的に接続されることで、信号または電力を伝送する。回路パターン２６は、複数の島状領域２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを含んで構成されてよい。また、半導体チップ４０が回路パターン２６の１つの島状領域に複数配置されてよい。図２の例では、島状領域２６Ａ、２６Ｂのそれぞれに、複数の半導体チップ４０が配置されている。また、１つの島状領域に配置された複数の半導体チップ４０が、リードフレーム５０により、同一の島状領域に接続されてよい。図２の例では、島状領域２６Ａに配置された複数の半導体チップ４０が、Ｙ軸方向に並んだ２つのリードフレーム５０により同一の島状領域２６Ｂに並列に接続されている。また、島状領域２６Ｂに配置された複数の半導体チップ４０が、Ｙ軸方向に並んだ２つのリードフレーム５０により同一の島状領域２６Ｃに並列に接続されている。当該２つのリードフレーム５０において、同一の島状領域２６Ｂまたは２６Ｃに接続される接続部分のＹ軸方向の距離Ｙ１が、２つの半導体チップ４０のＹ軸方向の距離Ｙ２より小さくてよい。これにより、離れて配置された２つの半導体チップ４０を通る電流の経路長の差異を低減できる。

本例の半導体チップ４０は、上面および下面に電極（例えば、エミッタ電極とコレクタ電極）が形成された縦型のチップである。半導体チップ４０は、下面に形成された電極により接合層３０を介して回路パターン２６と接続され、上面に形成された電極により接合層３２を介してリードフレーム５０と接続される。なお、半導体チップ４０は縦型のチップに限定されない。半導体チップ４０は、回路パターン２６と接続される電極を上面に有していてもよい。この場合、回路パターン２６と当該電極は、ワイヤ等により接続されてよい。

端子接続部１９８は、回路パターン２６と、図１に示した端子８６とを直接的または間接的に接続する。端子接続部１９８は、金属で形成された板または棒状の部材であってよく、ワイヤ状の部材であってもよい。これにより、半導体チップ４０と端子８６とが電気的に接続される。

補強材１２０は、上面視において、半導体チップ４０の少なくとも一部の上方に設けられてよい。本例において、上面視において、４つの半導体チップ４０の少なくとも一部の上方にそれぞれ補強材１２０－１が設けられている。半導体チップ４０近傍では熱応力等が発生し、変形がしやすい。したがって、補強材１２０が、上面視において、半導体チップ４０の少なくとも一部の上方に設けられていることにより、半導体チップ４０近傍における封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。

図２の例において、２つの半導体チップ４０を結ぶように補強材１２０が設けられている。つまり、補強材１２０は、上面視において２つの半導体チップ４０と重なるように配置されている。補強材１２０は、それぞれの半導体チップ４０の一部分と重なっていてよく、全体と重なっていてもよい。また、補強材１２０は、一方の半導体チップ４０の上方から、他方の半導体チップ４０の上方まで、上面視において直線状に設けられてよい。他の例では、補強材１２０は、上面視において曲線状に設けられてもよい。図２では、半導体チップ４０－１および半導体チップ４０－４を結ぶように補強材１２０が設けられている。また、図２では、半導体チップ４０－２および半導体チップ４０－３を結ぶように補強材１２０が設けられている。このような構成にすることで、補強材１２０を半導体チップ４０の上方に設けつつ、補強材１２０の面積を小さくすることができる。なお、２つの半導体チップ４０を結ぶ例は、上記に限定されない。発熱による温度差が大きい２つの半導体チップ４０を結ぶように補強材１２０は設けられてもよい。

図３は、図２のＡ－Ａ断面図の一例である。なお、図１、図２と異なり、補強材１２０、封止樹脂１２も実線で図示している。図３は、ＸＺ面に対して各部材を投影した場合の、各部材の配置例を示している。当該断面において、半導体モジュール１００は、絶縁基板２０、放熱板２２、接合層２４、冷却部１６、回路パターン２６、接合層３０、３２、３４、半導体チップ４０、リードフレーム５０、封止樹脂１２および補強材１２０を備える。

放熱板２２は、絶縁基板２０の下面の少なくとも一部または全体を覆っていてよい。接合層２４は、放熱板２２を冷却部１６に接合する。接合層２４は、はんだ等である。冷却部１６は、内部に水等の冷媒を含む。冷却部１６は、放熱板２２等を介して樹脂ケース１０の下面に直接的または間接的に接続され、半導体チップ４０を冷却する。

回路パターン２６は、絶縁基板２０の上面に配置されている。回路パターン２６は、本例では銅等の放熱板２２と同一の材料で形成されてよく、異なる材料で形成されてもよい。本例の半導体チップ４０は、回路パターン２６の島状領域２６Ａ、２６Ｂの上面に、接合層３０により接続されている。接合層３０は、はんだ等の導電材料により、半導体チップ４０を接合する。

本例のリードフレーム５０は、半導体チップ４０と、回路パターン２６の島状領域２６Ｂ、２６Ｃとを接続する。本例のリードフレーム５０は、チップ接続部５２、回路パターン接続部５６および架橋部５４を有する。チップ接続部５２は、半導体チップ４０の上面に接合層３２により接合される部分である。回路パターン接続部５６は、回路パターン２６の島状領域２６Ｂ、２６Ｃの上面に接合層３４により接続される部分である。チップ接続部５２および回路パターン接続部５６は、ＸＹ面とほぼ平行な板状の部分であってよい。なお、ほぼ平行とは、例えば角度が１０度以下の状態を指す。本例では、チップ接続部５２の面積が、回路パターン接続部５６の面積より大きく構成される。チップ接続部５２の面積、回路パターン接続部５６の面積は、例えば、半導体チップ４０や回路パターン２６の島状領域２６Ｂ，２６Ｃに接続される板状の部分の上面の面積としてよい。

架橋部５４は、チップ接続部５２および回路パターン接続部５６を接続する。架橋部５４は、回路パターン２６等の導電部材から離れて配置されている。本例の架橋部５４は、回路パターン２６等の上方に配置されており、チップ接続部５２から回路パターン接続部５６まで、回路パターン２６等を跨ぐように設けられている。

架橋部５４には、架橋部５４の下方に封止樹脂１２を注入するための開口部７４（図２参照）が設けられている。本例の架橋部５４には、ＸＹ面における架橋部５４の内側で、且つ、Ｘ軸方向における架橋部５４の中央付近に複数の開口部７４が設けられている。複数の開口部７４は、Ｘ軸方向における架橋部５４の中央付近でない領域に設けられてもよい。なお、開口部７４は、架橋部５４に限らず、チップ接続部５２や回路パターン接続部５６といった、リードフレーム５０のその他の部位に設けられてもよい。これにより、封止樹脂１２をリードフレーム５０の上下に確実に行きわたらせる事ができる。

封止樹脂１２は、樹脂ケース１０の内部に設けられる。封止樹脂１２は、半導体チップ４０、リードフレーム５０および回路パターン２６が露出しないように、樹脂ケース１０の空間９４に充填されてよい。

補強材１２０は、封止樹脂１２の上方に、封止樹脂１２と密着して設けられている。本例において、補強材１２０は、封止樹脂１２の上面２１に設けられる。補強材１２０が、封止樹脂１２の上面２１に設けられることにより、封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。

図４は、図２のＡ－Ａ断面図の他の例である。図４の半導体モジュール１００は、補強材１２０が、封止樹脂１２に埋め込まれている点で図３の半導体モジュール１００と異なる。図４のそれ以外の構成は、図３と同一であってよい。

図３のように補強材１２０が封止樹脂１２の上面２１に設けられると、段差が生じる。補強材１２０が封止樹脂１２に埋め込まれていることにより、生じる段差を解消することができる。したがって、半導体モジュール１００を装置等に組み込む際に、容易に組み立てることができる。補強材１２０は、一部が封止樹脂１２から露出してよく、全体が封止樹脂１２に囲まれていてもよい。また、補強材１２０の上方に、封止樹脂１２が設けられてもよい。

図５は、半導体モジュール１００の他の例を示す図である。図５の半導体モジュール１００は、補強材１２０の構成が図１の半導体モジュール１００と異なる。図５のそれ以外の構成は、図１と同一であってよい。

図５の補強材１２０は、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ突出している十字型の形状である。このような形状でも、封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。また、容易に補強材１２０を加工することができる。

図６は、半導体モジュール１００の他の例を示す図である。図６の半導体モジュール１００は、補強材１２０の構成が図１の半導体モジュール１００と異なる。図６のそれ以外の構成は、図１と同一であってよい。

図６の補強材１２０は、Ｙ軸方向に長手を有する。２つの補強材１２０－１は、封止樹脂１２－１の上方において、Ｘ軸方向に並んでいる。２つの補強材１２０－２は、封止樹脂１２－２の上方において、Ｘ軸方向に並んでいる。２つの補強材１２０－３は、封止樹脂１２－３の上方において、Ｘ軸方向に並んでいる。このような形状でも、封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。また、容易に補強材１２０を加工することができる。

図７は、半導体モジュール１００の他の例を示す図である。図７の半導体モジュール１００は、補強材１２０の構成が図１の半導体モジュール１００と異なる。図７のそれ以外の構成は、図１と同一であってよい。

図７の補強材１２０は、Ｘ軸方向に長手を有する。２つの補強材１２０－１は、封止樹脂１２－１の上方において、Ｙ軸方向に並んでいる。２つの補強材１２０－２は、封止樹脂１２－２の上方において、Ｙ軸方向に並んでいる。２つの補強材１２０－３は、封止樹脂１２－３の上方において、Ｙ軸方向に並んでいる。このような形状でも、封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。また、容易に補強材１２０を加工することができる。

図８は、半導体モジュール１００の他の例を示す図である。図８の半導体モジュール１００は、補強材１２０の構成が図１の半導体モジュール１００と異なる。図８のそれ以外の構成は、図１と同一であってよい。

図８の補強材１２０は、図６の補強材１２０と図７の補強材１２０を組み合わせた形状である。このような形状でも、封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。また、図６および図７と比べ広範囲にわたって封止樹脂１２の破壊を抑制することが可能である。

図１および図５から図８の半導体モジュール１００では、上面視において、側壁１８に分割された空間９４毎に、補強材１２０を設けた。これにより、空間９４に注入される封止樹脂１２毎に補強を施すことが可能となる。また、図６、図７の半導体モジュール１００のように、上面視において、側壁１８に分割された空間９４毎に、複数の補強材１２０が設けられてもよい。

図９は、半導体モジュール１００の他の例を示す図である。図９の半導体モジュール１００は、補強材１２０の構成が図１の半導体モジュール１００と異なる。具体的には、補強材１２０は、上面視において、側壁１８にまたがって設けられる。図９のそれ以外の構成は、図１と同一であってよい。

図９の補強材１２０は、封止樹脂１２－１、封止樹脂１２－２および封止樹脂１２－３の上方において、一体となって設けられている。補強材１２０は、側壁１８の上方に設けられている。このような形状でも、封止樹脂１２の破壊を抑制することができる。また、図１および図５から図８の半導体モジュール１００と比べ、補強材１２０の点数を削減することができる。

なお、補強材１２０の上面視における面積は、封止樹脂１２の上面視における面積より小さくてよい。図９の例では、補強材１２０の上面視における面積は、封止樹脂１２－１、封止樹脂１２－２および封止樹脂１２－３の上面視における面積の総和より小さくてよい。補強材１２０の上面視における面積を、封止樹脂１２の上面視における面積より小さくすることにより、封止樹脂１２に上方に補強材１２０が設けられない箇所を設けることができる。封止樹脂１２において上方に補強材１２０が設けられない箇所を設けることにより、封止樹脂１２からガスを抜くことができる。

図１０は、半導体モジュール２００を備えるインバータ１０００の一例を示す図である。インバータ１０００は、半導体モジュール２００、ゲートドライバ基板３００、コンデンサモジュール４００、制御基板５００およびケース部６００を備える。インバータ１０００は、電力を変換する電力変換装置である。

図１０の半導体モジュール２００は、板状の補強材として、板状のゲートドライバ基板３００が設けられる点で、図１の半導体モジュール１００とは異なる。図１０の半導体モジュール２００のそれ以外の構成は、図１の半導体モジュール１００と同一であってよい。

半導体モジュール２００の上方には、ゲートドライバ基板３００が設けられる。ゲートドライバ基板３００には、１以上のゲートドライバが載置される。ゲートドライバは、半導体モジュール２００の半導体チップ４０を制御する。ゲートドライバは、半導体モジュール２００の半導体チップ４０のゲート電極に印加するゲート電圧を制御してよい。ゲートドライバは、配線がパターニングされた配線基板である。

半導体モジュール２００の上方には、コンデンサモジュール４００および制御基板５００が設けられる。コンデンサモジュール４００は、半導体モジュール２００に印加される電圧を平滑化する。制御基板５００は、ゲートドライバ基板３００に載置されるゲートドライバを制御する。ケース部６００は、半導体モジュール２００、ゲートドライバ基板３００、コンデンサモジュール４００および制御基板５００を収容する。

図１１は、上面視における半導体モジュール２００とゲートドライバ基板３００の配置例を示す図である。

図１１において、半導体モジュール２００の封止樹脂１２は、上面視において、ゲートドライバ基板３００と重なっている。そして、半導体モジュール２００の封止樹脂１２をゲートドライバ基板３００と密着して配置、すなわち、直接接合している。これにより、ゲートドライバ基板３００を封止樹脂１２よりヤング率が高い材料にすることにより、ゲートドライバ基板３００を補強材として機能させることができる。つまり、補強材は、配線がパターニングされた配線基板であってよい。補強材は、ゲートドライバ基板３００であってよい。よって、ゲートドライバ基板３００とは別に補強材を設けない場合でも、封止樹脂１２における破壊を抑制することができる。この場合、封止樹脂１２において上方にゲートドライバ基板３００が設けられない箇所を設けることが好ましい。

図１２は、補強材１２０の設置方法の一例を示す図である。設置方法は、封止樹脂導入工程Ｓ１０１、仮硬化工程Ｓ１０２、補強材設置工程Ｓ１０３および本硬化工程Ｓ１０４を備える。

封止樹脂導入工程Ｓ１０１において、樹脂ケース１０に封止樹脂１２を導入する。封止樹脂導入工程Ｓ１０１において、空間９４を満たすように封止樹脂１２を導入する。

仮硬化工程Ｓ１０２において、封止樹脂１２を仮硬化する。仮硬化工程Ｓ１０２において、封止樹脂１２は完全には硬化しない。仮硬化工程Ｓ１０２の温度は、一例として、６０℃である。仮硬化工程Ｓ１０２において、封止樹脂１２からガスが発生する。

補強材設置工程Ｓ１０３において、補強材１２０を設置する。仮硬化工程Ｓ１０２の後に、補強材１２０を設置するため、補強材１２０を封止樹脂１２に固定することができる。

本硬化工程Ｓ１０４において、封止樹脂１２を本硬化する。本硬化とは、仮硬化よりも高い温度で封止樹脂１２を硬化することである。本硬化工程Ｓ１０４の温度は、一例として、１８５℃である。本硬化工程Ｓ１０４においても、封止樹脂１２からガスが発生する。本硬化工程Ｓ１０４を実施することにより、補強材１２０を封止樹脂１２に完全に固定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０・・樹脂ケース、１２・・封止樹脂、１４・・界面、１６・・冷却部、１８・・側壁、２０・・絶縁基板、２１・・上面、２２・・放熱板、２４・・接合層、２６・・回路パターン、３０・・接合層、３２・・接合層、３４・・接合層、４０・・半導体チップ、５０・・リードフレーム、５２・・チップ接続部、５４・・架橋部、５６・・回路パターン接続部、７４・・開口部、８４・・貫通孔、８６・・端子、９４・・空間、１００・・半導体モジュール、１２０・・補強材、１６０・・回路基板、１９８・・端子接続部、２００・・半導体モジュール、３００・・ゲートドライバ基板、４００・・コンデンサモジュール、５００・・制御基板、６００・・ケース部、１０００・・インバータ、Ｌ１・・縁の横幅、Ｌ２・・縁の縦幅、Ｙ１・・距離、Ｙ２・・距離

Claims

半導体チップと、
前記半導体チップが載置される回路基板と、
前記半導体チップおよび前記回路基板を封止する、エポキシ樹脂を含む封止樹脂と、
前記封止樹脂の少なくとも一部の上方に、前記封止樹脂と密着して設けられ、前記封止樹脂よりヤング率が高い補強材と
を備える半導体モジュール。
前記半導体チップを収容する空間を囲む樹脂ケースを更に備え、
前記封止樹脂は、前記樹脂ケースの内部に設けられる
請求項１に記載の半導体モジュール。
前記樹脂ケースは、前記空間を分割する側壁を有する
請求項２に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、上面視において、分割された前記空間毎に設けられる
請求項３に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、上面視において、前記側壁にまたがって設けられる
請求項３に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、上面視において、前記樹脂ケースと前記封止樹脂の界面までの最短距離が、前記樹脂ケースの縁の横幅または縦幅のいずれかよりも短い
請求項２から５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記樹脂ケースの下面に直接的または間接的に接続される冷却部を更に備える
請求項２から６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、前記封止樹脂の上面に設けられる
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、前記封止樹脂に埋め込まれている
請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記補強材の上面視における面積は、前記封止樹脂の上面視における面積より小さい
請求項１から９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、板状の部材である
請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、ガラスを含む
請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記補強材は、上面視において、前記半導体チップの少なくとも一部の上方に設けられる請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
前記封止樹脂は、シリカフィラーを含む
請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。