JP2024044487A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2024044487A
JP2024044487A JP2022150037A JP2022150037A JP2024044487A JP 2024044487 A JP2024044487 A JP 2024044487A JP 2022150037 A JP2022150037 A JP 2022150037A JP 2022150037 A JP2022150037 A JP 2022150037A JP 2024044487 A JP2024044487 A JP 2024044487A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sealing member
flexible insulating
insulating member
power module
die bond
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
Application number
JP2022150037A
Other languages
English (en)
Inventor
宏之 中村
紫織 魚田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2022150037A priority Critical patent/JP2024044487A/ja
Priority to US18/353,669 priority patent/US20240096743A1/en
Priority to DE102023122005.5A priority patent/DE102023122005A1/de
Priority to CN202311191603.XA priority patent/CN117747580A/zh
Publication of JP2024044487A publication Critical patent/JP2024044487A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49517—Additional leads
    • H01L23/4952—Additional leads the additional leads being a bump or a wire
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3142—Sealing arrangements between parts, e.g. adhesion promotors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

【課題】放熱面に柔軟絶縁部材を備えた半導体装置において、封止部材に、柔軟絶縁部材の下に入り込む樹脂バリが発生することを抑制する。【解決手段】パワーモジュール１０は、導電性のダイボンド部１と、ダイボンド部１の上面に接合された半導体素子２と、ダイボンド部１および半導体素子２を封止する封止部材４と、ダイボンド部１の下面に接合された柔軟絶縁部材５と、を備える。柔軟絶縁部材５は、封止部材４の下面の窪み部４ａに配置され、且つ、封止部材４の下面から突出する凸部５ａを有している。【選択図】図１

Description

本開示は、半導体装置に関し、特に、柔軟な絶縁材料からなる絶縁部材を備える半導体装置に関する。
従来、パワーモジュールとしての半導体装置に使用される絶縁部材には、柔軟性に乏しい材料が用いられている。そのため、パワーモジュールの絶縁部材をヒートシンクなどの冷却器に取り付ける際には、冷却器とパワーモジュールの絶縁部材との一方または両方にサーマルコンパウンドを塗布し、冷却器あるいはパワーモジュールの絶縁部材の凹凸や反りによって生じる両者の間の隙間をサーマルコンパウンドで充填している。しかし、サーマルコンパウンドの熱抵抗は、冷却器のそれよりも高いため、冷却器による冷却効果を阻害する原因になっている。
この問題を解決するための技術として、例えば下記の特許文献１には、パワーモジュールに柔軟な絶縁材料からなる絶縁部材（以下、「柔軟絶縁部材」という）を適用することで、サーマルコンパウンドを用いることなく、冷却器と絶縁部材との間に隙間ができることを防止する技術が開示されている。
特開２０１５－２３２１２号公報
特許文献１のパワーモジュールでは、パワーモジュールの放熱面（すなわち、冷却器に取り付けられる面）に、柔軟絶縁部材が、その全体がモールド樹脂からなる封止部材から突き出る形で設けられている。そのため、モールド樹脂を用いたパワーモジュールの成型時に、モールド樹脂が柔軟絶縁部材の端部の下に入り込み、その部分に樹脂バリが発生しやすい。封止部材の樹脂バリは、パワーモジュールと冷却器との密着性を悪化させて冷却効果を阻害する要因となったり、絶縁部材を破壊して絶縁性を低下させる要因となったりする。
本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、放熱面に柔軟絶縁部材を備えた半導体装置において、封止部材に、柔軟絶縁部材の下に入り込む樹脂バリが発生することを抑制することを目的とする。
本開示に係る半導体装置は、導電性のダイボンド部と、前記ダイボンド部の上面に接合された半導体素子と、前記ダイボンド部および前記半導体素子を封止する封止部材と、前記ダイボンド部の下面に接合された柔軟絶縁部材と、を備え、前記柔軟絶縁部材は、前記封止部材の下面の窪み部に配置され、且つ、前記封止部材の下面から突出する凸部を有している。
本開示に係る半導体装置によれば、柔軟絶縁部材が、封止部材の下面の窪み部に配置され、且つ、封止部材の下面から突出する凸部を有しているため、半導体装置の成型時に柔軟絶縁部材の端部の下にモールド樹脂が入り込むことが抑制され、封止部材の樹脂バリが発生することが防止される。
実施の形態１に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態１に係るパワーモジュールの下面側の平面図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールの下面側の平面図である。
＜実施の形態１＞
図１および図２は、実施の形態１に係る半導体装置であるパワーモジュール１０の構成を示す図である。図１は、当該パワーモジュール１０の断面図、図２は、当該パワーモジュール１０の下面側の平面図をそれぞれ示している。説明の便宜を図るため、図１に示す要素の上側の面を「上面」、下側の面を「下面」と呼ぶが、それらはパワーモジュール１０の実使用時に各面が向く方向を意味しているのではない。
パワーモジュール１０は、ダイボンド部１および端子部６を含む導電性のフレームと、ダイボンド部１の上面に接合された半導体素子２と、半導体素子２を端子部６に接続させる配線３とを備える。これらダイボンド部１、半導体素子２、配線３および端子部６は、モールド樹脂からなる封止部材４によって封止されている。ただし、端子部６の一部は、外部と接続可能なように封止部材４から突出する。また、ダイボンド部１の下面には、柔軟な絶縁材料からなる柔軟絶縁部材５が接合されている。柔軟絶縁部材５の硬度は、封止部材４の硬度よりも低いものとする。ここで、封止部材４の上面を「第１主面」、下面を「第２主面」と定義する。
封止部材４の第２主面には窪み部４ａが設けられており、柔軟絶縁部材５は、その窪み部４ａに配置される。また、柔軟絶縁部材５の下面には、封止部材４の第２主面から突出する凸部５ａが設けられている。つまり、図１のように、柔軟絶縁部材５の上部は封止部材４の窪み部４ａ内に入り込み、柔軟絶縁部材５の下部は封止部材４から突出する。よって、断面視で、封止部材４の下面は、柔軟絶縁部材５の上面と下面との間に位置する。
パワーモジュール１０の実使用時には、柔軟絶縁部材５がヒートシンクなどの冷却器（不図示）に取り付けられる。よって、柔軟絶縁部材５の下面がパワーモジュール１０の放熱面となる。
パワーモジュール１０が動作すると、半導体素子２が発熱する。半導体素子２で生じた熱の放熱経路としては、半導体素子２から配線３を通して端子部６へ放熱される経路と、半導体素子２から封止部材４を通して空気中へ放熱される経路と、半導体素子２から柔軟絶縁部材５を通して冷却器へ放熱される経路とがある。このうち放熱量がもっと大きい経路は、冷却器へ放熱される経路である。
実施の形態１に係るパワーモジュール１０によれば、放熱面に設けられた柔軟絶縁部材５は柔軟な材質であるため、パワーモジュール１０を冷却器に取り付ける際に、サーマルコンパウンドを用いることなく、冷却器と柔軟絶縁部材５との間に隙間ができることを防止できる。サーマルコンパウンドが不要になることで、パワーモジュール１０を組み込んだシステムの組み立て工程数を削減でき、コストダウンに寄与できる。
また、柔軟絶縁部材５が、封止部材４の下面の窪み部４ａに配置され、且つ、封止部材４の第２主面から突出する凸部５ａを有しているため、モールド樹脂を用いたパワーモジュール１０の成型時に柔軟絶縁部材５の端部の下にモールド樹脂が入り込むことが抑制され、封止部材４の樹脂バリが発生しにくい。そのため、パワーモジュール１０と冷却器との密着性が向上し、樹脂バリによって冷却器の冷却効果が阻害されることが抑制される。その結果、パワーモジュール１０の品質劣化が抑制され、パワーモジュール１０を組み込んだシステムの品質向上に寄与できる。
さらに、樹脂バリの発生が抑えられることで、樹脂バリに起因する柔軟絶縁部材５の破壊が抑制され、柔軟絶縁部材５の絶縁性の低下が防止される。それにより、パワーモジュール１０およびそれを組み込んだシステムの品質および安全性の向上に寄与できる。
＜実施の形態２＞
図３および図４は、実施の形態２に係る半導体装置であるパワーモジュール１０の構成を示す図である。図３は、当該パワーモジュール１０の断面図、図４は、当該パワーモジュール１０の下面側の平面図をそれぞれ示している。
実施の形態２に係るパワーモジュール１０は、封止部材４の下面に複数の突起部４ｂが設けられている。本実施の形態では、図４のように、平面視で矩形の封止部材４の四隅に突起部４ｂを配置している。突起部４ｂにおける封止部材４の下面からの突出量は、柔軟絶縁部材５の凸部５ａにおける封止部材４の下面からの突出量よりも小さい。つまり、柔軟絶縁部材５の凸部５ａは、封止部材４の突起部４ｂよりも下方向に突出している。
パワーモジュール１０の他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する。
実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、パワーモジュール１０の放熱面に柔軟絶縁部材５を用いた場合、パワーモジュール１０を冷却器に取り付ける際にパワーモジュール１０の水平度が保つことが困難になるおそれがある。しかし、実施の形態２のパワーモジュール１０では、柔軟絶縁部材５よりも硬度の高い封止部材４の凸部５ａがストッパーとなって、パワーモジュール１０の位置が定まるため、パワーモジュール１０の水平度を容易に保つことができる。これにより、パワーモジュール１０の取り付け容易性が向上する。
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
導電性のダイボンド部と、
前記ダイボンド部の上面に接合された半導体素子と、
前記ダイボンド部および前記半導体素子を封止する封止部材と、
前記ダイボンド部の下面に接合された柔軟絶縁部材と、
を備え、
前記柔軟絶縁部材は、前記封止部材の下面の窪み部に配置され、且つ、前記封止部材の下面から突出する凸部を有している、
半導体装置。
（付記２）
断面視で、前記封止部材の下面は、前記柔軟絶縁部材の上面と下面との間に位置する、
付記１に記載の半導体装置。
（付記３）
前記封止部材は、下面に複数の突起部を有し、
前記突起部における前記封止部材の下面からの突出量は、前記柔軟絶縁部材の凸部における前記封止部材の下面からの突出量よりも小さい、
付記１または付記２に記載の半導体装置。
（付記４）
平面視で、前記封止部材は矩形であり、前記突起部は、前記封止部材の四隅のそれぞれに配置されている、
付記３に記載の半導体装置。
１ ダイボンド部、２ 半導体素子、３ 配線、４ 封止部材、４ａ 窪み部、４ｂ 突起部、５ 柔軟絶縁部材、５ａ 凸部、６ 端子部、１０ パワーモジュール。

Claims (4)

  1. 導電性のダイボンド部と、
    前記ダイボンド部の上面に接合された半導体素子と、
    前記ダイボンド部および前記半導体素子を封止する封止部材と、
    前記ダイボンド部の下面に接合された柔軟絶縁部材と、
    を備え、
    前記柔軟絶縁部材は、前記封止部材の下面の窪み部に配置され、且つ、前記封止部材の下面から突出する凸部を有している、
    半導体装置。
  2. 断面視で、前記封止部材の下面は、前記柔軟絶縁部材の上面と下面との間に位置する、
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記封止部材は、下面に複数の突起部を有し、
    前記突起部における前記封止部材の下面からの突出量は、前記柔軟絶縁部材の凸部における前記封止部材の下面からの突出量よりも小さい、
    請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 平面視で、前記封止部材は矩形であり、前記突起部は、前記封止部材の四隅のそれぞれに配置されている、
    請求項３に記載の半導体装置。
JP2022150037A 2022-09-21 2022-09-21 半導体装置 Pending JP2024044487A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022150037A JP2024044487A (ja) 2022-09-21 2022-09-21 半導体装置
US18/353,669 US20240096743A1 (en) 2022-09-21 2023-07-17 Semiconductor device
DE102023122005.5A DE102023122005A1 (de) 2022-09-21 2023-08-17 Halbleitervorrichtung
CN202311191603.XA CN117747580A (zh) 2022-09-21 2023-09-15 半导体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022150037A JP2024044487A (ja) 2022-09-21 2022-09-21 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024044487A true JP2024044487A (ja) 2024-04-02

Family

ID=90062175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022150037A Pending JP2024044487A (ja) 2022-09-21 2022-09-21 半導体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240096743A1 (ja)
JP (1) JP2024044487A (ja)
CN (1) CN117747580A (ja)
DE (1) DE102023122005A1 (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6301602B2 (ja) 2013-07-22 2018-03-28 ローム株式会社 パワーモジュールおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20240096743A1 (en) 2024-03-21
DE102023122005A1 (de) 2024-03-21
CN117747580A (zh) 2024-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9059334B2 (en) Power semiconductor module and method of manufacturing the same
US8637979B2 (en) Semiconductor device
JP4455488B2 (ja) 半導体装置
JP4533152B2 (ja) 半導体装置
JP2005310987A (ja) 半導体モジュール実装構造、カード状半導体モジュール及びカード状半導体モジュール密着用受熱部材
KR20030032816A (ko) 반도체장치
JP7247574B2 (ja) 半導体装置
JP7107295B2 (ja) 電子装置
JP7006812B2 (ja) 半導体装置
JP2022524961A (ja) 冷却器フレームの一体化が向上した電力変換装置
JP7301124B2 (ja) 半導体装置
JP5301497B2 (ja) 半導体装置
WO2013118275A1 (ja) 半導体装置
JP2012248700A (ja) 半導体装置
JP2024044487A (ja) 半導体装置
JP2010177619A (ja) 半導体モジュール
JP5772179B2 (ja) 半導体装置
US11735557B2 (en) Power module of double-faced cooling
JP2006294729A (ja) 半導体装置
WO2024010003A1 (ja) 半導体装置
WO2024095597A1 (ja) 半導体モジュール
WO2021261056A1 (ja) パワーモジュール
WO2024057850A1 (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
WO2023062972A1 (ja) 半導体モジュール及び半導体装置
JP2022050058A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法