JP2023173556A - Method for manufacturing semiconductor module, method for manufacturing power conversion system, semiconductor module, power conversion system - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor module, method for manufacturing power conversion system, semiconductor module, power conversion system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023173556A JP2023173556A JP2022085890A JP2022085890A JP2023173556A JP 2023173556 A JP2023173556 A JP 2023173556A JP 2022085890 A JP2022085890 A JP 2022085890A JP 2022085890 A JP2022085890 A JP 2022085890A JP 2023173556 A JP2023173556 A JP 2023173556A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- insulating substrate
- manufacturing
- semiconductor
- bonded
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 64
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims abstract description 162
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 101
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 23
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 23
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 18
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005304 joining Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 50
- 239000000463 material Substances 0.000 description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 17
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 11
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000013464 silicone adhesive Substances 0.000 description 8
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 8
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 7
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本願明細書に開示される技術は、半導体モジュールに関するものである。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor module.
産業機器、家電または情報端末などあらゆる製品にパワーモジュールが普及しつつあり、大電流および高電圧を扱う電気自動車または産業用機器に搭載されるパワーモジュールは、高い放熱性が求められる(たとえば、特許文献1を参照)。 Power modules are becoming widespread in all kinds of products such as industrial equipment, home appliances, and information terminals. Power modules installed in electric vehicles or industrial equipment that handle large currents and high voltages are required to have high heat dissipation properties (for example, patent (See Reference 1).
パワーモジュールにおいて、フィンベースとセラミック基板との間のはんだ接合部に、はんだの凝固収縮に伴う引け巣(凝固割れ)が発生すると、それが熱伝導を阻害して放熱性が低下してしまう。 In a power module, when shrinkage cavities (solidification cracks) occur in the solder joint between the fin base and the ceramic substrate due to solidification and shrinkage of the solder, they impede heat conduction and reduce heat dissipation.
また、動作温度が高く、効率に優れている点で、今後の主流となる可能性が高いSiC半導体に適用することができるパッケージ形態であることも、パワーモジュールには同時に求められている。 In addition, power modules are also required to have a package form that can be applied to SiC semiconductors, which are likely to become mainstream in the future due to their high operating temperature and excellent efficiency.
パワーモジュールなどの半導体モジュールは、環境問題に対する意識の高まりとともに、電気エネルギーの発電、送電または回生などのあらゆる場面で普及しつつある。 Semiconductor modules such as power modules are becoming popular in all situations such as electric energy generation, power transmission, and regeneration as awareness of environmental issues increases.
半導体モジュールでは、大電流および高電圧を扱うため、高い絶縁性と放熱性とを有するセラミック基板が絶縁基板として用いられる。また、熱伝導に優れたアルミまたは銅製のフィンベースなどにセラミック基板をはんだ付けして、放熱経路を確保する方法がとられる場合がある。 Since semiconductor modules handle large currents and high voltages, ceramic substrates with high insulation and heat dissipation properties are used as insulating substrates. In addition, a method may be used in which a ceramic substrate is soldered to a fin base made of aluminum or copper, which has excellent heat conduction, to ensure a heat dissipation path.
大型の半導体素子を複数個搭載しているセラミック基板は、一辺が、たとえば、30mm以上、かつ、70mm以下である大型基板となり、これをフィンベースにはんだ付けすると、はんだの凝固収縮にともなう引け巣(凝固割れ)が発生する場合がある。この引け巣は、未接合部となって熱伝導を阻害し、放熱性を低下させる懸念がある。 A ceramic board on which multiple large semiconductor elements are mounted is a large board with a side of, for example, 30 mm or more and 70 mm or less, and when this is soldered to a fin base, shrinkage cavities occur due to solidification and shrinkage of the solder. (solidification cracking) may occur. There is a concern that this shrinkage cavity may become an unbonded portion, inhibit heat conduction, and reduce heat dissipation.
本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を鑑みてなされたものであり、半導体モジュールにおいて、引け巣の発生を抑制するための技術である。 The technology disclosed in this specification has been developed in view of the problems described above, and is a technology for suppressing the occurrence of shrinkage cavities in semiconductor modules.
本願明細書に開示される技術の第1の態様である半導体モジュールの製造方法は、絶縁基板の上面に、半導体素子を接合し、前記半導体素子が接合された前記絶縁基板を、第1のはんだを介してベース部に接合し、前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである。 A method for manufacturing a semiconductor module, which is a first aspect of the technology disclosed in the present specification, includes bonding a semiconductor element to an upper surface of an insulating substrate, and bonding the insulating substrate to which the semiconductor element has been bonded to a first solder. The first solder is bonded to the base portion through the insulating substrate and the base portion is bonded to the insulating substrate, and the temperature begins to decrease while the heated first solder is in contact with the insulating substrate and the base portion. The first solder is cooled while applying vibration to the first solder.
本願明細書に開示される技術の少なくとも第1の態様によれば、はんだが凝固していく過程で過冷却が生じにくくなる。よって、引け巣が発生してしまうことを抑制することができる。 According to at least the first aspect of the technology disclosed in the present specification, overcooling is less likely to occur during the solder solidification process. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of shrinkage cavities.
また、本願明細書に開示される技術に関連する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。 In addition, objects, features, aspects, and advantages related to the technology disclosed herein will become more apparent from the detailed description and accompanying drawings set forth below.
以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、技術の説明のために詳細な特徴なども示されるが、それらは例示であり、実施の形態が実施可能となるためにそれらすべてが必ずしも必須の特徴ではない。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following embodiments, detailed features and the like are shown for technical explanation, but these are merely examples, and not all of them are necessarily essential features for the embodiments to be implemented.
なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化などが図面においてなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。 Note that the drawings are schematically illustrated, and for convenience of explanation, structures may be omitted or simplified as appropriate in the drawings. Further, the mutual relationship between the sizes and positions of the structures shown in different drawings is not necessarily described accurately and may be changed as appropriate. Further, even in drawings such as plan views that are not cross-sectional views, hatching may be added to facilitate understanding of the content of the embodiments.
また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 In addition, in the following description, similar components are shown with the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions thereof may be omitted to avoid duplication.
また、本願明細書に記載される説明において、ある構成要素を「備える」、「含む」または「有する」などと記載される場合、特に断らない限りは、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 In addition, in the description provided in the specification of this application, when a component is described as "comprising," "includes," or "has," unless otherwise specified, exclusions that exclude the presence of other components are also used. It's not an expression.
また、本願明細書に記載される説明において、「第1の」または「第2の」などの序数が使われる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上使われるものであり、実施の形態の内容はこれらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。 Furthermore, even if ordinal numbers such as "first" or "second" are sometimes used in the description of the present specification, these terms will not be used to facilitate understanding of the content of the embodiments. These ordinal numbers are used for convenience and the content of the embodiments is not limited to the order that can occur based on these ordinal numbers.
また、本願明細書に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置または方向を意味する用語が使われる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上使われるものであり、実施の形態が実際に実施される際の位置または方向とは関係しないものである。 In addition, in the description provided herein, specific positions or directions such as "top", "bottom", "left", "right", "side", "bottom", "front" or "back" Even if terms that mean It is independent of the position or direction of the
また、本願明細書に記載される説明において、「…の上面」または「…の下面」などと記載される場合、対象となる構成要素の上面自体または下面自体に加えて、対象となる構成要素の上面または下面に他の構成要素が形成された状態も含むものとする。すなわち、たとえば、「Aの上面に設けられるB」と記載される場合、AとBとの間に別の構成要素「C」が介在することを妨げるものではない。 In addition, in the description provided in the specification of this application, when "...upper surface" or "...lower surface" etc. are described, in addition to the upper surface itself or the lower surface itself of the target component, This also includes a state in which other components are formed on the upper or lower surface of the. That is, for example, when it is described as "B provided on the upper surface of A", it does not prevent another component "C" from being interposed between A and B.
<第1の実施の形態>
以下、本実施の形態に関する半導体モジュール、および、半導体モジュールの製造方法について説明する。また、以下の説明においては、「AとBとが電気的に接続される」という表現は、構成Aと構成Bとの間で双方向に電流が流れ得ることを意味するものとする。
<First embodiment>
A semiconductor module and a method for manufacturing the semiconductor module according to this embodiment will be described below. Furthermore, in the following description, the expression "A and B are electrically connected" means that current can flow bidirectionally between configuration A and configuration B.
<半導体モジュールの構成について>
図1から図4は、本実施の形態に関する半導体モジュールとしてのパワーモジュールの製造プロセスの例を概略的に示す断面図である。
<About the configuration of the semiconductor module>
1 to 4 are cross-sectional views schematically showing an example of a manufacturing process of a power module as a semiconductor module according to this embodiment.
図1に例が示されるように、半導体素子2が、はんだ31とともに、セラミック基板10に位置決め搭載される。そして、リフロー炉において予備加熱150℃で90秒、本加熱250℃で30秒加熱されてはんだ接合される。ここで、半導体素子2を搭載するためのはんだ31はシート状であり、たとえば、厚さが0.3mmであり、スズ96.5%、銀3%、銅0.5%であり、融点が217℃である。
As an example is shown in FIG. 1, a
半導体素子2は、たとえば、シリコン製のダイオードである。この場合、たとえば、縦13mm、横10mm、厚さ0.2mmの寸法である。または、半導体素子2は、たとえば、シリコン製の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor、すなわち、IGBT)である。この場合、たとえば、縦13mm、横13mm、厚さ0.2mmの寸法である。
The
セラミック基板10は、窒化アルミ製基材11の上面に対して、銅製の表面導体層12がろう付けによって成膜されている。また、窒化アルミ製基材11の下面に対して、裏面導体層13がろう付けによって成膜されている。ここで、窒化アルミ製基材11は、たとえば、厚さが0.64mmである。また、表面導体層12および裏面導体層13は、たとえば、厚さが0.8mmである。
In the
次に、図2に例が示されるように、ベース板70と、半導体素子2を搭載している状態のセラミック基板10とが、はんだ30を介して重ね合わせられる。また、ベース板70の周囲に、シリコーン接着剤81が塗布されて、シリコーン接着剤81を介して、外部電極61および信号電極63がインサート形成されたケース5が重ね合わせられる。外部電極61は、はんだ32を介して表面導体層12に接合される。ここで、ベース板70は、たとえば銅製であり、縦60mm、横45mm、厚さ3mmの寸法である。また、半導体素子2を搭載している状態のセラミック基板10をベース板70に重ねるためのはんだ30はシート状であり、たとえば、厚さが0.4mmであり、スズ96.5%、銀3%、銅0.5%であり、融点が217℃である。また、ケース5は、たとえば、ポリフェニレンサルファイド(poly phenylene sulfide、すなわち、PPS)樹脂製であり、縦60mm、横45mm、厚さ6mmの寸法である。
Next, as an example is shown in FIG. 2, the
次に、図3に例が示されるように、セラミック基板10とベース板70とが重ね合わせられた状態で、リフロー炉において予備加熱150℃で90秒、本加熱250℃で30秒加熱してはんだ30を溶融させる。その後、冷却を開始してはんだ30の温度下降が始まってから、超音波ホーン91をリフロー炉内の熱板90(冷却板)の開口部に挿入してベース板70の裏面に当てて(下面に接触させて)、44kHzの超音波を印加する。その結果、冷却されていくはんだ30に振動を与えることができる。この工程で、シリコーン接着剤81も加熱によって硬化されて、ケース5とベース板70とが接着される。
Next, as shown in an example in FIG. 3, the
次に、図4に例が示されるように、半導体素子2であるダイオードの主端子およびIGBTの主端子は、アルミ製のワイヤー41によって、セラミック基板10の表面導体層12または外部電極61と接続されており、IGBTのゲート電極は、アルミ製のワイヤー42によって信号電極63と接続されている。ここで、ワイヤー41は、たとえば直径が0.4mmである。また、ワイヤー42は、たとえば直径が0.15mmである。そして、ケース5の内部が、封止樹脂82で充填されることによって、パワーモジュールとなる。ここで、封止樹脂82は、たとえばシリカフィラーを分散させたエポキシ樹脂である。
Next, as an example is shown in FIG. 4, the main terminal of the diode and the main terminal of the IGBT, which are the
ここでは、セラミック基板10の基材として窒化アルミ製基材11が用いられたが、窒化ケイ素製またはアルミナ製の基材が用いられてもよい。また、表面導体層12および裏面導体層13については銅製のものが用いられたが、アルミ製の導体層であっても、その表面をニッケルめっきなどではんだぬれするように改質することで用いることができる。また、放熱性が要求される性能を満たすのであれば、セラミック基板10の代わりに、樹脂絶縁金属基板またはガラスエポキシ樹脂基板が用いられてもよい。
Here, the aluminum
また、ベース板70の素材として銅が用いられたが、アルミ製またはアルミ合金製のベース板であってもよい。また、半導体素子2としてのダイオードおよびIGBTについてはシリコン製とされたが、シリコンカーバイドまたは窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体が用いられてもよい。
Further, although copper is used as the material for the
また、はんだ30およびはんだ31については、スズ96.5%、銀3%、銅0.5%であり、融点が217℃であるものが用いられたが、スズ99.3%、銅0.7%で、融点が224℃であるはんだ材、または、スズ95%、アンチモン5%であり、融点が240℃であるはんだ材などが用いられてもよい。また、はんだの一部を、はんだ以外の接合材料である銀エポキシ接着剤、銀焼結材またはろう付け材などに置き換えてもよい。
As for the
また、ワイヤー41およびワイヤー42はアルミ製のものが用いられたが、鉄などの添加剤を微量含むアルミ合金製のワイヤーであってもよいし、銅製のワイヤーであってもよい。
Further, although
また、ケース5はPPS製のものが用いられたが、液晶ポリマー(liquid crystal polymer、すなわち、LCP)製のものに置き換えられることで、耐熱性を向上させることも可能である。
Further, although the
また、外部電極61および信号電極63には銅製のフレームが用いられたが、外部電極61および信号電極63が、適宜ニッケルめっきが施されていたり、銅合金またはニッケルめっきアルミ製のものに置き換えられたりしてもよい。
Further, although a copper frame was used for the
また、封止樹脂82としてシリカフィラーを分散させたエポキシ樹脂を用いたが、アルミナなどのフィラーでもよく、エポキシ樹脂にシリコーン樹脂を混合させたものでも同様の効果が得られる。またシリコーン樹脂のみで封止する方法でも同様の効果が得られる。
Further, although an epoxy resin in which silica filler is dispersed is used as the sealing
また、上記では、超音波ホーン91からの超音波印加を、加熱完了後のはんだ30の冷却時(はんだ30の温度下降が始まった後)に行っているが、振動を印加している状態ではセラミック基板10とベース板70との接合状態が不安定になるため、冷却速度が小さくなって生産性に影響が出る場合がある。そこで、冷却開始後にはんだ30の温度が降下し、はんだ30の温度が融点(液相線温度)である217℃を下回った後で超音波を印加することで、冷却に要する時間を短くして、生産性を改善することができる。
Furthermore, in the above description, ultrasonic waves are applied from the
また、半導体素子2をセラミック基板10に接合するはんだ31を、ベース板70との接合に用いるはんだ30よりも高い融点を有するはんだとし、冷却されていくはんだ30がはんだ31の融点よりも温度が低くなった後で、超音波印加することもできる。そうすることで、半導体素子2とセラミック基板10との間のはんだ31による接合が固定された状態で、はんだ30に振動を与えることとなるため、半導体素子2のセラミック基板10に対する位置ずれの発生を抑制することが可能となる。この場合、はんだ30を、たとえば、スズ96.5%、銀3%、銅0.5%で、融点が217℃のものとし、はんだ31を、たとえば、スズ95%、アンチモン5%で、融点が240℃とすることができる。
Further, the
図5は、本実施の形態に関するパワーモジュールの構成の例を示す平面図である。なお、図5においては、封止樹脂は図示が省略されている。 FIG. 5 is a plan view showing an example of the configuration of a power module according to this embodiment. Note that in FIG. 5, illustration of the sealing resin is omitted.
図5に例が示されるように、2in1モジュールとして機能するようにセラミック基板10の表面導体層12がパターニングされている。また、セラミック基板10の上面に搭載された半導体素子2は、ワイヤー41によって主回路が形成され、外部電極61に接続されている。半導体素子2におけるゲート電極20gなどは、ワイヤー42によって信号電極63と接続されて、制御回路が形成されている。なお、図5では2in1モジュールが例として示されたが、1in1モジュールまたは6in1モジュールであってもよい。
As an example is shown in FIG. 5, the
図6は、本実施の形態に関するパワーモジュールの適用の例を示す図である。図6に示される例では、ベース板70の下面に、熱伝導グリス83を介して冷却フィン71が取り付けられている。冷却フィン71によって、半導体素子2の放熱経路が確保される。
FIG. 6 is a diagram showing an example of application of the power module according to this embodiment. In the example shown in FIG. 6, cooling
図7は、本実施の形態に関するパワーモジュールの適用の他の例を示す図である。図7に示される例では、ピンフィン72付きのベース板70pが、シリコーン接着剤81を介してケース5に接着され、はんだ30を介してセラミック基板10の下面に接合されている。ピンフィン72は、ベース板70pの下面側に設けられている。ベース板70pには、さらに水冷ジャケット73が締結される。ベース板70pおよび水冷ジャケット73によって、水冷による放熱が可能となる。
FIG. 7 is a diagram showing another example of application of the power module according to this embodiment. In the example shown in FIG. 7, a base plate 70p with
図8は、本実施の形態に関する、パワーモジュールの製造プロセスの他の例を示す図である。図8に例が示されるように、超音波ホーン91を半導体素子2の上面に当てて(接触させて)、セラミック基板10を振動させることもできる。その結果、はんだ30に振動を与えることができる。または、熱板90に超音波ホーン91を組み込んで、熱板90自体を振動させてもよい。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the power module manufacturing process according to this embodiment. As an example shown in FIG. 8, the
<第2の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体モジュール、および、半導体モジュールの製造方法について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Second embodiment>
A semiconductor module and a method for manufacturing the semiconductor module according to this embodiment will be described. In addition, in the following description, components similar to those described in the embodiment described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. .
<半導体モジュールの構成について>
図9は、本実施の形態に関する半導体モジュールとしてのパワーモジュールの製造プロセスの例を概略的に示す断面図である。図9では、特に超音波印加のプロセスが示される。
<About the configuration of the semiconductor module>
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of a manufacturing process of a power module as a semiconductor module according to this embodiment. In FIG. 9, the process of applying ultrasonic waves is particularly shown.
図9に例が示されるように、ベース板70と、半導体素子2を搭載している状態のセラミック基板10とがはんだ30を介して接合されるプロセスにおいて、リフロー炉が熱板方式ではなく温風方式であり、パワーモジュールを搬送する機構がコンベアである。
As an example is shown in FIG. 9, in the process in which a
この場合に、コンベアにおけるコンベアローラー92の少なくとも一部が、回転中心がローラーの中心からずれている(偏心している)偏心ローラーである。偏心ローラーは、上記のずれによって、回転の際に振動が生じる。
In this case, at least a portion of the
コンベアローラー92の少なくとも一部が偏心ローラーであることによって、搬送されるパワーモジュールが偏心ローラー上を通過する際に、パワーモジュールにも振動が生じる。パワーモジュールにおける上記の振動によって、加熱された後のはんだ30が冷却されていく際(たとえば、図3の状態)に、はんだ30の過冷却を低減することができる。
Since at least a portion of the
偏心させたコンベアローラー92は、はんだ30の冷却を行う領域分だけ設けられていてもよい。また、半導体素子2をセラミック基板10に接合するはんだ31を、ベース板70との接合に用いるはんだ30よりも高い融点を有するはんだとし、はんだ31の融点よりもはんだ30の温度が低くなってからコンベアローラー92が配置された領域にパワーモジュールが入るように搬送タイミングを制御することで、半導体素子2のセラミック基板10に対する位置ずれの発生を抑制することができる。この場合、はんだ30を、たとえば、スズ96.5%、銀3%、銅0.5%で、融点が217℃のものとし、はんだ31を、たとえば、スズ95%、アンチモン5%で、融点が240℃とすることができる。
The
<第3の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体モジュール、および、半導体モジュールの製造方法について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Third embodiment>
A semiconductor module and a method for manufacturing the semiconductor module according to this embodiment will be described. In addition, in the following description, components similar to those described in the embodiment described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. .
<半導体モジュールの構成について>
図10は、本実施の形態に関する半導体モジュールとしてのパワーモジュールの構成の例を概略的に示す断面図である。
<About the configuration of the semiconductor module>
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a power module as a semiconductor module according to this embodiment.
図10に例が示されるように、ベース板70と、半導体素子2を搭載している状態のセラミック基板10とが、はんだ30を介してはんだ接合されている。ここで、ベース板70は、たとえば銅製であり、縦60mm、横45mm、厚さ3mmの寸法である。また、はんだ30はシート状であり、たとえば、厚さは0.4mmである。
As an example is shown in FIG. 10, a
セラミック基板10の周囲には、シリコーン接着剤81が塗布されており、セラミック基板10が、外部電極61fまたは信号電極63fが形成された銅製リードフレームにシリコーン接着剤81を介して接着されている。
A
半導体素子2としてのダイオードの主端子およびIGBTの主端子は、アルミ製のワイヤー41によって、セラミック基板10の表面導体層12またはリードフレームの外部電極61fと接続されている。ここで、ワイヤー41は、たとえば直径0.4mmである。
The main terminals of the diode and the IGBT as the
また、IGBTのゲート電極と、リードフレームの信号電極63fとは、アルミ製のワイヤー42によってワイヤーボンドされて、回路を形成している。ここで、ワイヤー42は、たとえば直径0.15mmである。
Further, the gate electrode of the IGBT and the
そして、外部電極61fの一方の端部、信号電極63fの一方の端部、および、ベース板70の裏面を露出させつつ、トランスファーモールド樹脂84が、パワーモジュールを絶縁封止する。
Then, the
図11は、本実施の形態に関するパワーモジュールの構成の例を概略的に示す断面図である。図11では、図10に示された構成の、セラミック基板10とベース板70とがはんだ接合されるプロセスが示されている。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a power module according to this embodiment. FIG. 11 shows a process in which the
銅製のリードフレームとセラミック基板10とがシリコーン接着剤81で接着された状態で、ベース板70が、リフロー炉の熱板90に形成された凹部90aに収容される。そして、リフロー炉において、予備加熱150℃で90秒、本加熱250℃で30秒加熱してはんだ30を溶融させる。その後、冷却を開始してから超音波ホーン91をリフロー炉内の熱板90(冷却板)の裏面に接触させてベース板70の裏面に当てて、44kHzの超音波を印加する。この工程で、シリコーン接着剤81も加熱によって硬化されて、リードフレーム(外部電極61fおよび信号電極63f)とセラミック基板10とが接着される。
The
図12は、本実施の形態に関するパワーモジュールの構成の他の例を概略的に示す断面図である。図12に示される例では、ベース板70の下面に、熱伝導グリス83を介して冷却フィン71が取り付けられている。冷却フィン71によって、半導体素子2の放熱経路が確保される。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing another example of the configuration of the power module according to this embodiment. In the example shown in FIG. 12, cooling
なお、本実施の形態では、銅製のリードフレームが用いられたが、アロイ製またはニッケルめっきされたアルミ製のリードフレームであってもよい。 Note that in this embodiment, a lead frame made of copper is used, but a lead frame made of alloy or nickel-plated aluminum may also be used.
<第4の実施の形態>
本実施の形態に関する電力変換装置、および、電力変換装置の製造方法について説明する。以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Fourth embodiment>
A power conversion device and a method for manufacturing the power conversion device according to the present embodiment will be described. In the following description, the same components as those described in the embodiments described above will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
<電力変換装置の構成について>
本実施の形態は、以上に記載された実施の形態に関するパワーモジュールを電力変換装置に適用するものである。適用する電力変換装置は特定の用途のものに限定されるものではないが、以下では、三相のインバータに適用する場合について説明する。
<About the configuration of the power converter>
In this embodiment, the power module related to the embodiment described above is applied to a power conversion device. Although the power conversion device to which the present invention is applied is not limited to a specific application, a case where the present invention is applied to a three-phase inverter will be described below.
図13は、本実施の形態の電力変換装置を含む電力変換システムの構成の例を概念的に示す図である。 FIG. 13 is a diagram conceptually showing an example of the configuration of a power conversion system including the power conversion device of this embodiment.
図13に例が示されるように、電力変換システムは、電源2100と、電力変換装置2200と、負荷2300とを備える。電源2100は、直流電源であり、かつ、電力変換装置2200に直流電力を供給する。電源2100は種々のもので構成することが可能であり、たとえば、直流系統、太陽電池または蓄電池などで構成することができる。また、電源2100は、交流系統に接続された整流回路またはAC-DCコンバータなどで構成することができる。また、電源2100を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC-DCコンバータによって構成することもできる。
As an example shown in FIG. 13, the power conversion system includes a
電力変換装置2200は、電源2100と負荷2300との間に接続される三相のインバータである。電力変換装置2200は、電源2100から供給された直流電力を交流電力に変換し、さらに、負荷2300に当該交流電力を供給する。
また、電力変換装置2200は、図13に例が示されるように、直流電力を交流電力に変換して出力する変換回路2201と、変換回路2201を制御するための制御信号を変換回路2201に出力する制御回路2203とを備える。
The
負荷2300は、電力変換装置2200から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷2300は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載される電動機であり、たとえば、ハイブリッド自動車、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または、空調機器向けの電動機として用いられるものである。
以下、電力変換装置2200の詳細を説明する。変換回路2201は、スイッチング素子と還流ダイオードとを備える(ここでは、図示せず)。そして、スイッチング素子がスイッチング動作をすることによって、電源2100から供給される直流電力を交流電力に変換し、さらに、負荷2300に供給する。
The details of the
変換回路2201の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に関する変換回路2201は、2レベルの三相フルブリッジ回路であり、かつ、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続される6つの還流ダイオードとを備えるものである。
Although there are various specific circuit configurations of the
変換回路2201におけるそれぞれのスイッチング素子とそれぞれの還流ダイオードの少なくとも一方には、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールを適用する。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続されて上下アームを構成し、それぞれの上下アームは、フルブリッジ回路の各相(すなわち、U相、V相およびW相)を構成する。そして、それぞれの上下アームの出力端子(すなわち、変換回路2201の3つの出力端子)は、負荷2300に接続される。
The power module in any of the embodiments described above is applied to at least one of each switching element and each free wheel diode in
また、変換回路2201は、それぞれのスイッチング素子を駆動する駆動回路(ここでは、図示しない)を備えているが、駆動回路は、半導体モジュールであるパワーモジュールに内蔵されていてもよいし、当該半導体モジュールとは別に備えられる構成であってもよい。駆動回路は、変換回路2201のスイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成し、さらに、変換回路2201のスイッチング素子の制御電極に当該駆動信号を供給する。具体的には、後述する制御回路2203から出力される制御信号に基づいて、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とをそれぞれのスイッチング素子の制御電極に出力する。
Further, the
スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(すなわち、オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(すなわち、オフ信号)となる。 When keeping the switching element in the on state, the drive signal is a voltage signal that is greater than or equal to the threshold voltage of the switching element (i.e., an on signal), and when keeping the switching element in the off state, the drive signal is less than or equal to the threshold voltage of the switching element. voltage signal (ie, off signal).
制御回路2203は、負荷2300に所望の電力が供給されるよう変換回路2201のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷2300に供給すべき電力に基づいて変換回路2201のそれぞれのスイッチング素子がオン状態となるべき時間(すなわち、オン時間)を算出する。たとえば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって、変換回路2201を制御することができる。
そして、制御回路2203は、それぞれの時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号が、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号がそれぞれ出力されるように、駆動回路に制御指令(すなわち、制御信号)を出力する。駆動回路は、当該制御信号に基づいて、それぞれのスイッチング素子の制御電極にオン信号またはオフ信号を駆動信号として出力する。
The
本実施の形態に関する電力変換装置2200では、変換回路2201のスイッチング素子として以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールを適用するため、通電サイクルを経た後のオン抵抗を安定させることができる。
In the
なお、本実施の形態では、2レベルの三相インバータに以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールを適用する例が説明されたが、適用例はこれに限られるものではなく、種々の電力変換装置に以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールを適用することができる。 Note that in this embodiment, an example has been described in which the power module in any of the embodiments described above is applied to a two-level three-phase inverter, but the application example is not limited to this. The power module in any of the embodiments described above can be applied to various power converters.
また、本実施の形態では、2レベルの電力変換装置について説明されたが、3レベルまたはマルチレベルの電力変換装置に以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールが適用されてもよい。また、単相負荷に電力を供給する場合には、単相のインバータに以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールが適用されてもよい。 Further, in this embodiment, a two-level power conversion device has been described, but the power module in any of the embodiments described above may be applied to a three-level or multi-level power conversion device. . Furthermore, when power is supplied to a single-phase load, the power module in any of the embodiments described above may be applied to a single-phase inverter.
また、直流負荷などに電力を供給する場合には、DC-DCコンバータまたはAC-DCコンバータに、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールを適用することもできる。 Further, when power is supplied to a DC load or the like, the power module in any of the embodiments described above can be applied to a DC-DC converter or an AC-DC converter.
また、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールが適用された電力変換装置は、上述された負荷が電動機である場合に限定されるものではなく、たとえば、放電加工機、レーザー加工機、誘導加熱調理器または非接触給電システムの電源装置として用いることもできる。また、以上に記載された実施の形態のいずれかにおけるパワーモジュールが適用された電力変換装置は、太陽光発電システムまたは蓄電システムなどにおけるパワーコンディショナーとして用いることもできる。 Furthermore, the power conversion device to which the power module in any of the embodiments described above is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor, but includes, for example, an electrical discharge machine, a laser processing machine, etc. It can also be used as a power supply device for a machine, an induction heating cooker, or a non-contact power supply system. Further, a power conversion device to which the power module in any of the embodiments described above is applied can also be used as a power conditioner in a solar power generation system, a power storage system, or the like.
<電力変換装置の製造方法について>
次に、本実施の形態に関する電力変換装置の製造方法を説明する。
<About the manufacturing method of the power conversion device>
Next, a method for manufacturing a power conversion device according to this embodiment will be explained.
まず、以上に記載された実施の形態で説明された製造方法で、パワーモジュールを製造する。そして、当該パワーモジュールを有する変換回路2201を電力変換装置の構成として設ける。変換回路2201は、入力される電力を変換して出力するための回路である。
First, a power module is manufactured using the manufacturing method described in the embodiment described above. Then, a
電力変換装置の構成として制御回路2203を設ける。制御回路2203は、変換回路2201を制御するための制御信号を変換回路2201に出力するための回路である。
A
以上に記載された実施の形態において用いられる半導体スイッチング素子は、シリコン(Si)半導体から成るスイッチング素子に限られるものではなく、例えば、半導体スイッチング素子は、Si半導体よりもバンドギャップが広い非Si半導体材料から成るものであってもよい。 The semiconductor switching element used in the embodiments described above is not limited to a switching element made of a silicon (Si) semiconductor. For example, the semiconductor switching element may be a non-Si semiconductor having a wider bandgap than a Si semiconductor. It may be made of material.
非Si半導体材料であるワイドバンドギャップ半導体としては、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドなどがある。 Examples of wide bandgap semiconductors that are non-Si semiconductor materials include silicon carbide, gallium nitride-based materials, and diamond.
ワイドバンドギャップ半導体から成るスイッチング素子は、Si半導体ではユニポーラ動作が困難な高電圧領域でも使用可能であり、スイッチング動作時に発生するスイッチング損失を大きく低減できる。そのため、電力損失の大きな低減が可能となる。 Switching elements made of wide bandgap semiconductors can be used even in high voltage regions where unipolar operation is difficult with Si semiconductors, and can greatly reduce switching losses that occur during switching operations. Therefore, it is possible to greatly reduce power loss.
また、ワイドバンドギャップ半導体から成るスイッチング素子は、電力損失が小さく、耐熱性も高い。そのため、冷却部を備えるパワーモジュールを構成する場合、ヒートシンクの放熱フィンを小型化することが可能であるため、半導体モジュールの一層の小型化が可能となる。 Furthermore, switching elements made of wide bandgap semiconductors have low power loss and high heat resistance. Therefore, when configuring a power module including a cooling section, it is possible to reduce the size of the radiation fins of the heat sink, thereby making it possible to further reduce the size of the semiconductor module.
また、ワイドバンドギャップ半導体から成るスイッチング素子は、高周波スイッチング動作に適している。そのため、高周波化の要求が大きいコンバータ回路に適用された場合、スイッチング周波数の高周波化によって、コンバータ回路に接続されるリアクトルまたはコンデンサなどを小型化することもできる。 Furthermore, switching elements made of wide bandgap semiconductors are suitable for high frequency switching operations. Therefore, when applied to a converter circuit that requires high frequency, the reactor or capacitor connected to the converter circuit can be downsized by increasing the switching frequency.
よって、以上に記載された実施の形態における半導体スイッチング素子は、炭化珪素などのワイドギャップ半導体から成るスイッチング素子となる場合にも、同様な効果が得られる。 Therefore, similar effects can be obtained even when the semiconductor switching element in the embodiment described above is a switching element made of a wide gap semiconductor such as silicon carbide.
<以上に記載された実施の形態によって生じる効果について>
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。すなわち、以下では便宜上、対応づけられる具体的な構成のうちのいずれか1つのみが代表して記載される場合があるが、代表して記載された具体的な構成が対応づけられる他の具体的な構成に置き換えられてもよい。
<About the effects produced by the embodiments described above>
Next, examples of effects produced by the embodiment described above will be shown. In addition, in the following description, the effects will be described based on the specific configurations shown in the embodiments described above, but examples will not be included in the present specification to the extent that similar effects are produced. may be replaced with other specific configurations shown. That is, for convenience, only one of the concrete configurations that are associated may be described below as a representative, but other specific configurations that are described as a representative may also be described. It may be replaced with a similar configuration.
また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。 Further, the replacement may be made across multiple embodiments. That is, the respective configurations shown as examples in different embodiments may be combined to produce similar effects.
以上に記載された実施の形態によれば、半導体モジュールの製造方法において、絶縁基板の上面に、半導体素子2を接合する。ここで、絶縁基板は、たとえば、セラミック基板10などに対応するものである。そして、半導体素子2が接合されたセラミック基板10を、第1のはんだを介してベース部に接合する。ここで、第1のはんだは、たとえば、はんだ30などに対応するものである。また、ベース部は、たとえば、ベース板70などに対応するものである。ここで、セラミック基板10とベース板70との接合は、加熱されたはんだ30をセラミック基板10とベース板70とに接触させた状態で、温度下降が始まった後のはんだ30に振動を与えつつはんだ30を冷却することである。
According to the embodiment described above, in the method for manufacturing a semiconductor module, the
このような構成によれば、はんだ30が凝固していく過程で過冷却が生じにくくなる。よって、はんだ30が一気に凝固することで凝固収縮が集中して大きな引け巣が発生してしまうことを抑制することができる。
According to such a configuration, overcooling is less likely to occur during the solidification process of the
なお、特段の制限がない場合には、それぞれの処理が行われる順序は変更することができる。 Note that if there are no particular restrictions, the order in which each process is performed can be changed.
また、上記の構成に本願明細書に例が示された他の構成を適宜追加した場合、すなわち、上記の構成としては言及されなかった本願明細書中の他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。 In addition, if other configurations exemplified in the specification of the present application are appropriately added to the above configuration, that is, if other configurations in the specification of the present application that are not mentioned as the above configurations are appropriately added. Even if there is, the same effect can be produced.
また、以上に記載された実施の形態によれば、セラミック基板10およびベース板70が、加熱されたはんだ30にそれぞれ接触している状態でコンベアローラー92によって搬送される。ここで、コンベアローラー92が、回転中心がずれている偏心ローラーを含む。そして、セラミック基板10とベース板70との接合が、セラミック基板10およびベース板70がコンベアローラー92で搬送されている間にはんだ30を冷却していき、温度下降が始まった後のはんだ30が偏心ローラーで搬送される際に、はんだ30に偏心ローラーによって生じる振動を与えることである。このような構成によれば、搬送されるはんだ30が冷却されていく際に、はんだ30の過冷却を低減することができる。
Further, according to the embodiment described above, the
また、以上に記載された実施の形態によれば、セラミック基板10とベース板70との接合が、温度下降が始まった後のはんだ30に対して、ベース板70の下面から接触する超音波ホーン91によって生じる振動を与えつつはんだ30を冷却することである。このような構成によれば、超音波ホーン91によってはんだ30に振動を与える方法の自由度が高まる。
Further, according to the embodiment described above, the joining between the
また、以上に記載された実施の形態によれば、セラミック基板10とベース板70との接合が、温度下降が始まった後のはんだ30に対して、半導体素子2の上面から接触する超音波ホーン91によって生じる振動を与えつつはんだ30を冷却することである。このような構成によれば、超音波ホーン91によってはんだ30に振動を与える方法の自由度が高まる。
Further, according to the embodiment described above, the joining between the
また、以上に記載された実施の形態によれば、セラミック基板10とベース板70との接合が、加熱されたはんだ30をセラミック基板10とベース板70とに接触させた状態ではんだ30を冷却していき、はんだ30が液相線温度(融点)を下回った後ではんだ30に振動を与えることである。このような構成によれば、振動を与える時間を短くすることで、セラミック基板10とベース板70との接合の精度を高めて、半導体モジュールの生産性の向上および半導体素子2の位置ずれの抑制を実現することができる。
Further, according to the embodiment described above, the joining between the
また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体素子2が、セラミック基板10の上面に第2のはんだを介して接合される。ここで、第2のはんだは、たとえば、はんだ31などに対応するものである。そして、はんだ31の融点が、はんだ30の融点よりも高い。このような構成によれば、半導体素子2とセラミック基板10との間のはんだ31による接合が固定された状態で、はんだ30に振動を与えることとなるため、半導体素子2のセラミック基板10に対する位置ずれの発生を抑制することが可能となる。
Further, according to the embodiment described above, the
また、以上に記載された実施の形態によれば、セラミック基板10とベース板70との接合が、加熱されたはんだ30をセラミック基板10とベース板70とに接触させた状態ではんだ30を冷却していき、はんだ30がはんだ31の融点よりも低い温度となった後ではんだ30に振動を与えることである。このような構成によれば、半導体素子2とセラミック基板10との間のはんだ31による接合が固定された状態で、はんだ30に振動を与えることとなるため、半導体素子2のセラミック基板10に対する位置ずれの発生を抑制することが可能となる。
Further, according to the embodiment described above, the joining between the
また、以上に記載された実施の形態によれば、ベース板70が、セラミック基板10と接合される面と反対側の面にフィン構造を有する。ここで、フィン構造は、たとえば、冷却フィン71、ピンフィン72などのうちの少なくとも1つに対応するものである。このような構成によれば、フィン構造によって半導体素子2の放熱経路を適切に確保することができる。
Further, according to the embodiment described above, the
また、以上に記載された実施の形態によれば、電力変換装置の製造方法において、上記の製造方法で製造される半導体モジュールを有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路2201を設ける。そして、変換回路2201を制御するための制御信号を変換回路2201に出力する制御回路2203を設ける。このような構成によれば、はんだ30が温度下降していく過程で過冷却が生じにくくなる。よって、はんだ30が一気に凝固することで凝固収縮が集中して大きな引け巣が発生してしまうことを抑制することができる。
Further, according to the embodiment described above, in a method for manufacturing a power conversion device, a conversion circuit that includes a semiconductor module manufactured by the above manufacturing method and that converts input power and outputs the converted power is provided. 2201 is provided. A
<以上に記載された実施の形態の変形例について>
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、限定的なものではないものとする。
<About modifications of the embodiment described above>
In the embodiments described above, the materials, materials, dimensions, shapes, relative arrangement relationships, implementation conditions, etc. of each component may also be described, but these are only one example in all aspects. However, it is not limited.
したがって、例が示されていない無数の変形例と均等物とが、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施の形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態における構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Accordingly, countless variations and equivalents, not illustrated, are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, when at least one component is modified, added, or omitted, or when at least one component in at least one embodiment is extracted and combined with a component in another embodiment. shall be included.
また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。 In addition, in the embodiments described above, if a material name is stated without being specified, unless a contradiction occurs, the material may contain other additives, such as an alloy. shall be included.
また、本願明細書における説明は、本技術に関連するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。 Further, the description herein is incorporated by reference for all purposes related to the present technology, and is not admitted to be prior art.
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present disclosure will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
絶縁基板の上面に、半導体素子を接合し、
前記半導体素子が接合された前記絶縁基板を、第1のはんだを介してベース部に接合し、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである、
半導体モジュールの製造方法。
(Additional note 1)
A semiconductor element is bonded to the top surface of an insulating substrate,
the insulating substrate to which the semiconductor element is bonded is bonded to a base portion via a first solder;
The bonding between the insulating substrate and the base portion is performed by applying vibration to the first solder after the temperature starts to decrease while the heated first solder is in contact with the insulating substrate and the base portion. cooling the first solder while giving
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記2)
付記1に記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記絶縁基板および前記ベース部が、加熱された前記第1のはんだにそれぞれ接触している状態でコンベアローラーによって搬送され、
前記コンベアローラーが、回転中心がずれている偏心ローラーを含み、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、前記絶縁基板および前記ベース部が前記コンベアローラーで搬送されている間に前記第1のはんだを冷却していき、温度下降が始まった後の前記第1のはんだが前記偏心ローラーで搬送される際に、前記第1のはんだに前記偏心ローラーによって生じる振動を与えることである、
半導体モジュールの製造方法。
(Additional note 2)
A method for manufacturing a semiconductor module according to Supplementary Note 1,
The insulating substrate and the base portion are conveyed by a conveyor roller while being in contact with the heated first solder,
The conveyor roller includes an eccentric roller whose rotation center is shifted,
The first solder is cooled while the insulating substrate and the base are being conveyed by the conveyor roller, and the first solder is bonded to the insulating substrate and the base after the temperature starts to decrease. applying vibrations generated by the eccentric roller to the first solder when the first solder is conveyed by the eccentric roller;
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記3)
付記1に記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに対して、前記ベース部の下面から接触する超音波ホーンによって生じる振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである、
半導体モジュールの製造方法。
(Additional note 3)
A method for manufacturing a semiconductor module according to Supplementary Note 1,
The first solder is bonded to the insulating substrate and the base while applying vibrations generated by an ultrasonic horn that comes into contact with the first solder from the lower surface of the base after the temperature has started to decrease. is to cool the
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記4)
付記1に記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに対して、前記半導体素子の上面から接触する超音波ホーンによって生じる振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである、
半導体モジュールの製造方法。
(Additional note 4)
A method for manufacturing a semiconductor module according to Supplementary Note 1,
The first solder is bonded to the insulating substrate and the base while applying vibrations generated by an ultrasonic horn that contacts the semiconductor element from the top surface to the first solder after the temperature has started to decrease. is to cool the
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記5)
付記1から4のうちのいずれか1つに記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で前記第1のはんだを冷却していき、前記第1のはんだが液相線温度を下回った後で前記第1のはんだに振動を与えることである、
半導体モジュールの製造方法。
(Appendix 5)
A method for manufacturing a semiconductor module according to any one of Supplementary Notes 1 to 4,
The bonding between the insulating substrate and the base portion is achieved by cooling the first solder while keeping the heated first solder in contact with the insulating substrate and the base portion. applying vibration to the first solder after the solder falls below a liquidus temperature;
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記6)
付記1から5のうちのいずれか1つに記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記半導体素子が、前記絶縁基板の前記上面に第2のはんだを介して接合され、
前記第2のはんだの融点が、前記第1のはんだの融点よりも高い、
半導体モジュールの製造方法。
(Appendix 6)
A method for manufacturing a semiconductor module according to any one of Supplementary Notes 1 to 5,
the semiconductor element is bonded to the upper surface of the insulating substrate via a second solder,
the melting point of the second solder is higher than the melting point of the first solder;
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記7)
付記6に記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で前記第1のはんだを冷却していき、前記第1のはんだが前記第2のはんだの融点よりも低い温度となった後で前記第1のはんだに振動を与えることである、
半導体モジュールの製造方法。
(Appendix 7)
A method for manufacturing a semiconductor module according to appendix 6,
The bonding between the insulating substrate and the base portion is achieved by cooling the first solder while keeping the heated first solder in contact with the insulating substrate and the base portion. applying vibration to the first solder after the solder reaches a temperature lower than the melting point of the second solder;
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記8)
付記1から7のうちのいずれか1つに記載の半導体モジュールの製造方法であり、
前記ベース部が、前記絶縁基板と接合される面と反対側の面にフィン構造を有する、
半導体モジュールの製造方法。
(Appendix 8)
A method for manufacturing a semiconductor module according to any one of Supplementary Notes 1 to 7,
The base portion has a fin structure on a surface opposite to a surface to be bonded to the insulating substrate.
A method for manufacturing semiconductor modules.
(付記9)
付記1から8のうちのいずれか1つに記載の製造方法で製造される半導体モジュールを有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路を設け、
前記変換回路を制御するための制御信号を前記変換回路に出力する制御回路を設ける、
電力変換装置の製造方法。
(Appendix 9)
It has a semiconductor module manufactured by the manufacturing method described in any one of Supplementary Notes 1 to 8, and is provided with a conversion circuit that converts and outputs input power,
providing a control circuit that outputs a control signal to the conversion circuit for controlling the conversion circuit;
A method for manufacturing a power conversion device.
(付記10)
絶縁基板の上面に接合される半導体素子と、
前記半導体素子が接合された前記絶縁基板に、第1のはんだを介して接合されるベース部とを備え、
前記絶縁基板と前記ベース部とが、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することによって接合される、
半導体モジュール。
(Appendix 10)
A semiconductor element bonded to the top surface of an insulating substrate,
a base portion bonded to the insulating substrate to which the semiconductor element is bonded via a first solder;
The insulating substrate and the base section apply vibration to the first solder after the temperature starts to decrease while the heated first solder is in contact with the insulating substrate and the base section. bonding by cooling the first solder while
semiconductor module.
(付記11)
付記10に記載の半導体モジュールを有し、かつ、入力される電力を変換して出力する変換回路と、
前記変換回路を制御するための制御信号を前記変換回路に出力する制御回路とを備える、
電力変換装置。
(Appendix 11)
A conversion circuit that includes the semiconductor module according to
a control circuit that outputs a control signal for controlling the conversion circuit to the conversion circuit;
Power converter.
2 半導体素子、30 はんだ、31 はんだ、32 はんだ、2200 電力変換装置、2201 変換回路、2203 制御回路。 2 Semiconductor element, 30 Solder, 31 Solder, 32 Solder, 2200 Power converter, 2201 Conversion circuit, 2203 Control circuit.
Claims (11)
前記半導体素子が接合された前記絶縁基板を、第1のはんだを介してベース部に接合し、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである、
半導体モジュールの製造方法。 A semiconductor element is bonded to the top surface of an insulating substrate,
the insulating substrate to which the semiconductor element is bonded is bonded to a base portion via a first solder;
The bonding between the insulating substrate and the base portion is performed by applying vibration to the first solder after the temperature starts to decrease while the heated first solder is in contact with the insulating substrate and the base portion. cooling the first solder while giving
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記絶縁基板および前記ベース部が、加熱された前記第1のはんだにそれぞれ接触している状態でコンベアローラーによって搬送され、
前記コンベアローラーが、回転中心がずれている偏心ローラーを含み、
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、前記絶縁基板および前記ベース部が前記コンベアローラーで搬送されている間に前記第1のはんだを冷却していき、温度下降が始まった後の前記第1のはんだが前記偏心ローラーで搬送される際に、前記第1のはんだに前記偏心ローラーによって生じる振動を与えることである、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 1,
The insulating substrate and the base portion are conveyed by a conveyor roller while being in contact with the heated first solder,
The conveyor roller includes an eccentric roller whose rotation center is shifted,
The first solder is cooled while the insulating substrate and the base are being conveyed by the conveyor roller, and the first solder is bonded to the insulating substrate and the base after the temperature starts to decrease. applying vibrations generated by the eccentric roller to the first solder when the first solder is conveyed by the eccentric roller;
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに対して、前記ベース部の下面から接触する超音波ホーンによって生じる振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 1,
The first solder is bonded to the insulating substrate and the base while applying vibrations generated by an ultrasonic horn that comes into contact with the first solder from the lower surface of the base after the temperature has started to decrease. is to cool the
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに対して、前記半導体素子の上面から接触する超音波ホーンによって生じる振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することである、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 1,
The first solder is bonded to the insulating substrate and the base while applying vibrations generated by an ultrasonic horn that contacts the semiconductor element from the top surface to the first solder after the temperature has started to decrease. is to cool the
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で前記第1のはんだを冷却していき、前記第1のはんだが液相線温度を下回った後で前記第1のはんだに振動を与えることである、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 1 or 2,
The bonding between the insulating substrate and the base portion is achieved by cooling the first solder while keeping the heated first solder in contact with the insulating substrate and the base portion. applying vibration to the first solder after the solder falls below a liquidus temperature;
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記半導体素子が、前記絶縁基板の前記上面に第2のはんだを介して接合され、
前記第2のはんだの融点が、前記第1のはんだの融点よりも高い、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 1 or 2,
the semiconductor element is bonded to the upper surface of the insulating substrate via a second solder,
the melting point of the second solder is higher than the melting point of the first solder;
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記絶縁基板と前記ベース部との接合が、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で前記第1のはんだを冷却していき、前記第1のはんだが前記第2のはんだの融点よりも低い温度となった後で前記第1のはんだに振動を与えることである、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 6,
The bonding between the insulating substrate and the base portion is achieved by cooling the first solder while keeping the heated first solder in contact with the insulating substrate and the base portion. applying vibration to the first solder after the solder reaches a temperature lower than the melting point of the second solder;
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記ベース部が、前記絶縁基板と接合される面と反対側の面にフィン構造を有する、
半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to claim 1 or 2,
The base portion has a fin structure on a surface opposite to a surface to be bonded to the insulating substrate.
A method for manufacturing semiconductor modules.
前記変換回路を制御するための制御信号を前記変換回路に出力する制御回路を設ける、
電力変換装置の製造方法。 A semiconductor module manufactured by the manufacturing method according to claim 1 or 2, and a conversion circuit that converts and outputs input power,
providing a control circuit that outputs a control signal to the conversion circuit for controlling the conversion circuit;
A method for manufacturing a power conversion device.
前記半導体素子が接合された前記絶縁基板に、第1のはんだを介して接合されるベース部とを備え、
前記絶縁基板と前記ベース部とが、加熱された前記第1のはんだを前記絶縁基板と前記ベース部とに接触させた状態で、温度下降が始まった後の前記第1のはんだに振動を与えつつ前記第1のはんだを冷却することによって接合される、
半導体モジュール。 A semiconductor element bonded to the top surface of an insulating substrate,
a base portion bonded to the insulating substrate to which the semiconductor element is bonded via a first solder;
The insulating substrate and the base section apply vibration to the first solder after the temperature starts to decrease while the heated first solder is in contact with the insulating substrate and the base section. bonding by cooling the first solder while
semiconductor module.
前記変換回路を制御するための制御信号を前記変換回路に出力する制御回路とを備える、
電力変換装置。 A conversion circuit comprising the semiconductor module according to claim 10 and converting and outputting input power;
a control circuit that outputs a control signal for controlling the conversion circuit to the conversion circuit;
Power converter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022085890A JP2023173556A (en) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | Method for manufacturing semiconductor module, method for manufacturing power conversion system, semiconductor module, power conversion system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022085890A JP2023173556A (en) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | Method for manufacturing semiconductor module, method for manufacturing power conversion system, semiconductor module, power conversion system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023173556A true JP2023173556A (en) | 2023-12-07 |
Family
ID=89030934
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022085890A Pending JP2023173556A (en) | 2022-05-26 | 2022-05-26 | Method for manufacturing semiconductor module, method for manufacturing power conversion system, semiconductor module, power conversion system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023173556A (en) |
-
2022
- 2022-05-26 JP JP2022085890A patent/JP2023173556A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7005449B2 (en) | Semiconductor device, power conversion device, manufacturing method of semiconductor device, and manufacturing method of power conversion device | |
US9437508B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
JP2019083283A (en) | Semiconductor module, manufacturing method thereof, and power converter | |
WO2018061517A1 (en) | Power module, method for producing same and electric power converter | |
JP7026451B2 (en) | Power semiconductor modules, their manufacturing methods, and power converters | |
JP2021068803A (en) | Semiconductor module and power converter | |
CN109698179B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP6575739B1 (en) | Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and power conversion device | |
JP7091878B2 (en) | Power modules, power converters, and methods for manufacturing power modules | |
WO2019216161A1 (en) | Power semiconductor module, method for producing same and electric power converter | |
JP2023173556A (en) | Method for manufacturing semiconductor module, method for manufacturing power conversion system, semiconductor module, power conversion system | |
WO2020148879A1 (en) | Semiconductor device, production method for semiconductor device, and power conversion device | |
US11887903B2 (en) | Power semiconductor device, method for manufacturing power semiconductor device, and power conversion apparatus | |
JP2024010348A (en) | Semiconductor module and power conversion device | |
JP6885522B1 (en) | Semiconductor device, power conversion device and manufacturing method of semiconductor device | |
US20240030087A1 (en) | Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, and power conversion device | |
JP7308788B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and power conversion device manufacturing method | |
JP7237192B2 (en) | Semiconductor device, manufacturing method thereof, and power conversion device | |
WO2023022001A1 (en) | Power module and power conversion device | |
JP7435896B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device, power conversion device, and mobile object | |
WO2022049660A1 (en) | Semiconductor device, power conversion device, and mobile body | |
WO2023195325A1 (en) | Power module and power conversion device | |
WO2024090278A1 (en) | Semiconductor device, power conversion device, and semiconductor device production method | |
WO2023175675A1 (en) | Power module semiconductor package and semiconductor device | |
JP2023169589A (en) | Power module and power converter |