JP3389501B2 - 電力用半導体モジュール - Google Patents
電力用半導体モジュールInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，ダイオード，サイ
リスタ，トランジスタ等の電力用半導体チップの複数個
が１つの金属ベースに搭載される電力用半導体モジュー
ルに関するものである。
リスタ，トランジスタ等の電力用半導体チップの複数個
が１つの金属ベースに搭載される電力用半導体モジュー
ルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶接機，無停電電源装置，通信用電源，
充電器，めっき用電源，モータコントロール等の電源装
置は，交流電源をダイオード又はサイリスタを用いて整
流し，この整流した直流をバイポーラトランジスタ，Ｍ
ＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のトランジスタを制御素子とす
るインバータにより高周波交流に変換している。さらに
出力に直流を得る場合には，この高周波交流を変圧器に
より変圧し，この変圧された交流を，ダイオードを用い
て再度整流して直流を得ている。これにより，電源装置
は小型化されるという特長を有している。
充電器，めっき用電源，モータコントロール等の電源装
置は，交流電源をダイオード又はサイリスタを用いて整
流し，この整流した直流をバイポーラトランジスタ，Ｍ
ＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ等のトランジスタを制御素子とす
るインバータにより高周波交流に変換している。さらに
出力に直流を得る場合には，この高周波交流を変圧器に
より変圧し，この変圧された交流を，ダイオードを用い
て再度整流して直流を得ている。これにより，電源装置
は小型化されるという特長を有している。
【０００３】これらの電源装置には，ダイオード，サイ
リスタ，トランジスタ等の電力用半導体素子が複数個チ
ップの状態で１つのモジュール内に収納され，電力用半
導体モジュールとして用いられている。この電力用半導
体モジュールの概略平面図を図４に示す。４はセラミッ
クス等の絶縁板で，この絶縁板４には予め一方の面に銅
箔による配線パターンが形成され，他方の面には全面に
銅箔が形成されている。２は金属ベースで，この金属ベ
ース２の上に半田チップが載置され，この半田チップの
上に絶縁板４が載置される。さらに，この絶縁板４の配
線パターンの必要個所にクリーム半田が塗布され，この
半田の上に大きさが２ｍｍ角ないし２０ｍｍ角の電力用
半導体チップ２６ａ〜２６ｄ，２８ａ〜２８ｄ，３０
ａ，３０ｂが載置され，リフロー炉により半田付けされ
ている。
リスタ，トランジスタ等の電力用半導体素子が複数個チ
ップの状態で１つのモジュール内に収納され，電力用半
導体モジュールとして用いられている。この電力用半導
体モジュールの概略平面図を図４に示す。４はセラミッ
クス等の絶縁板で，この絶縁板４には予め一方の面に銅
箔による配線パターンが形成され，他方の面には全面に
銅箔が形成されている。２は金属ベースで，この金属ベ
ース２の上に半田チップが載置され，この半田チップの
上に絶縁板４が載置される。さらに，この絶縁板４の配
線パターンの必要個所にクリーム半田が塗布され，この
半田の上に大きさが２ｍｍ角ないし２０ｍｍ角の電力用
半導体チップ２６ａ〜２６ｄ，２８ａ〜２８ｄ，３０
ａ，３０ｂが載置され，リフロー炉により半田付けされ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが，複数の電力
用半導体チップ２６ａ〜２６ｄ，２８ａ〜２８ｄ，３０
ａ，３０ｂが載置する絶縁板４の面積は大きなものにな
る。このため，絶縁板４と金属ベース２との半田付け時
に，空気又はガスが絶縁板４と金属ベース２との間から
抜けずに，図の破線で示すように絶縁板４と金属ベース
２とが半田付けされないボイド３２ａ，３２ｂが発生す
る。そして，ボイド３２ａ，３２ｂの上部に電力用半導
体チップ２６ａ，２６ｂ，２８ｄがある場合，電力用半
導体モジュールの実装時に，電力用半導体チップ２６
ａ，２６ｂ，２８ｄから発生する熱がボイド３２ａ，３
２ｂによって金属ベース２を介して放出できない。この
ため，電力用半導体チップ２６ａ，２６ｂ，２８ｄが損
傷するという問題が発生する。
用半導体チップ２６ａ〜２６ｄ，２８ａ〜２８ｄ，３０
ａ，３０ｂが載置する絶縁板４の面積は大きなものにな
る。このため，絶縁板４と金属ベース２との半田付け時
に，空気又はガスが絶縁板４と金属ベース２との間から
抜けずに，図の破線で示すように絶縁板４と金属ベース
２とが半田付けされないボイド３２ａ，３２ｂが発生す
る。そして，ボイド３２ａ，３２ｂの上部に電力用半導
体チップ２６ａ，２６ｂ，２８ｄがある場合，電力用半
導体モジュールの実装時に，電力用半導体チップ２６
ａ，２６ｂ，２８ｄから発生する熱がボイド３２ａ，３
２ｂによって金属ベース２を介して放出できない。この
ため，電力用半導体チップ２６ａ，２６ｂ，２８ｄが損
傷するという問題が発生する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の電
力用半導体モジュールは，金属ベースと，上記金属ベー
ス上に半田付けされ，一方の面に配線パターンが形成さ
れた絶縁板と，上記配線パターンに半田付けされる複数
の電力用半導体チップと，上記金属ベースの端部に接着
される樹脂ケースと，上記樹脂ケース内に注入され，上
記電力用半導体チップを封止する封止剤とを備えた電力
用半導体モジュールにおいて，上記絶縁板の他方の面
で，かつ上記電力用半導体チップが設けられる直下の面
に予備半田され，大きさが上記電力用半導体チップの大
きさと同等ないし１．５倍であるバンプが形成されてい
る。
力用半導体モジュールは，金属ベースと，上記金属ベー
ス上に半田付けされ，一方の面に配線パターンが形成さ
れた絶縁板と，上記配線パターンに半田付けされる複数
の電力用半導体チップと，上記金属ベースの端部に接着
される樹脂ケースと，上記樹脂ケース内に注入され，上
記電力用半導体チップを封止する封止剤とを備えた電力
用半導体モジュールにおいて，上記絶縁板の他方の面
で，かつ上記電力用半導体チップが設けられる直下の面
に予備半田され，大きさが上記電力用半導体チップの大
きさと同等ないし１．５倍であるバンプが形成されてい
る。
【０００６】すなわち，大きさが上記電力用半導体チッ
プの大きさと同等ないし１．５倍である予備半田のバン
プが電力用半導体チップの下部の絶縁板の他面に設けら
れているため，予備半田のバンプと絶縁板との間のボイ
ドは小さい。また，絶縁板を金属ベースに半田付けする
際に，バンプがバンプの下部の余分な半田をバンプの外
側に押し出し，バンプの下部の半田は薄く，バンプと一
体化し半田と金属ベースとの間もボイドの発生が抑制さ
れる。なお，バンプを電力用半導体チップより小さくす
ると，電力用半導体チップの熱がバンプ（予備半田），
クリーム半田，金属ベースを介して確実に放出されな
い。さらに，バンプを電力用半導体チップより大きくし
すぎると，ボイドの発生が起こりやすく，かつ電力用半
導体モジュールが大きくなる。
プの大きさと同等ないし１．５倍である予備半田のバン
プが電力用半導体チップの下部の絶縁板の他面に設けら
れているため，予備半田のバンプと絶縁板との間のボイ
ドは小さい。また，絶縁板を金属ベースに半田付けする
際に，バンプがバンプの下部の余分な半田をバンプの外
側に押し出し，バンプの下部の半田は薄く，バンプと一
体化し半田と金属ベースとの間もボイドの発生が抑制さ
れる。なお，バンプを電力用半導体チップより小さくす
ると，電力用半導体チップの熱がバンプ（予備半田），
クリーム半田，金属ベースを介して確実に放出されな
い。さらに，バンプを電力用半導体チップより大きくし
すぎると，ボイドの発生が起こりやすく，かつ電力用半
導体モジュールが大きくなる。
【０００７】請求項２記載の発明は，絶縁板と金属ベー
スとを半田付けする半田がクリーム半田であり，上記予
備がクリーム半田と同じ組成の半田である。
スとを半田付けする半田がクリーム半田であり，上記予
備がクリーム半田と同じ組成の半田である。
【０００８】すなわち，バンプとクリーム半田と同じ組
成であり，従って絶縁板と金属ベースが一体化され，か
つボイドの発生が抑制される。
成であり，従って絶縁板と金属ベースが一体化され，か
つボイドの発生が抑制される。
【０００９】
【００１０】
【００１１】請求項４記載の発明は，バンプを形成する
絶縁の他面の銅箔に，上記バンプの周囲に溝が形成され
ている。
絶縁の他面の銅箔に，上記バンプの周囲に溝が形成され
ている。
【００１２】従って，バンプの位置決めが容易になり，
最適なバンプの大きさが得られる。
最適なバンプの大きさが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明をその実施の形態を示した
図１ないし図３に基づき説明する。図１において，２は
金属ベース，４は絶縁板である。絶縁板４は予め一方の
面に銅箔によるパターン８ａが形成され，他方の面には
全面に銅箔８ｂが形成されている。また，６は半導体チ
ップである。
図１ないし図３に基づき説明する。図１において，２は
金属ベース，４は絶縁板である。絶縁板４は予め一方の
面に銅箔によるパターン８ａが形成され，他方の面には
全面に銅箔８ｂが形成されている。また，６は半導体チ
ップである。
【００１４】この電力用半導体チップ６が半田付けされ
る配線パターン８ａの直下の下部の絶縁板４の他方の面
には，図２に示すように電力用半導体チップ６の大きさ
と同等ないし１．５倍程度のやや大きい予備半田のバン
プ１２を形成させる。電力用半導体チップ６の大きさが
２ｍｍ角ないし２０ｍｍ角と小さく，予備半田形成時，
予備半田と絶縁板４の銅箔８ｂとの間にボイドの発生が
少なく，もしボイドが発生してもボイドの大きさは小さ
い。なお，予備半田が大きい場合，真空中で予備半田を
形成させるか，振動を加える等行って，予備半田のバン
プを形成させることが望ましい。また，予備半田は後述
するクリーム半田と同一組成のものを使用することが望
ましい。
る配線パターン８ａの直下の下部の絶縁板４の他方の面
には，図２に示すように電力用半導体チップ６の大きさ
と同等ないし１．５倍程度のやや大きい予備半田のバン
プ１２を形成させる。電力用半導体チップ６の大きさが
２ｍｍ角ないし２０ｍｍ角と小さく，予備半田形成時，
予備半田と絶縁板４の銅箔８ｂとの間にボイドの発生が
少なく，もしボイドが発生してもボイドの大きさは小さ
い。なお，予備半田が大きい場合，真空中で予備半田を
形成させるか，振動を加える等行って，予備半田のバン
プを形成させることが望ましい。また，予備半田は後述
するクリーム半田と同一組成のものを使用することが望
ましい。
【００１５】そして，金属ベースにクリーム半田１４が
塗布され，このクリーム半田上に絶縁板４が載置され
る。この絶縁板４の配線パターン８ａの必要個所に，ク
リーム半田１０が塗布され，このクリーム半田１０上に
電力用半導体チップが載置される。この時，図示しない
が外部引き出し端子も配線パターン上に載置され，リフ
ロー炉により電力用半導体チップ６が配線パターン８ａ
上に半田付けされ，端子も他の配線パターン上に半田付
けされる。
塗布され，このクリーム半田上に絶縁板４が載置され
る。この絶縁板４の配線パターン８ａの必要個所に，ク
リーム半田１０が塗布され，このクリーム半田１０上に
電力用半導体チップが載置される。この時，図示しない
が外部引き出し端子も配線パターン上に載置され，リフ
ロー炉により電力用半導体チップ６が配線パターン８ａ
上に半田付けされ，端子も他の配線パターン上に半田付
けされる。
【００１６】この半田付け時，絶縁板４と予備半田のバ
ンプ１２とクリーム半田１４と金属ベース２は次のよう
に半田付けされる。すなわち，予備半田のバンプ１２を
有する絶縁板４を，クリーム半田１４上に載置したと
き，バンプ１２がクリーム半田１４をバンプの外側に押
し出し，バンプ１２下のクリーム半田は薄いものにな
る。そして，リフロー炉で加熱すると，バンプ１２の予
備半田とクリーム半田１４がなじみ，両半田が一体化す
る。また，予備半田のバンプ１２は電力用半導体チップ
と同等ないし１．５倍と小さく，バンプ１２とクリーム
半田１４との間及びクリーム半田１４と金属ベースとの
間にボイドの発生は少なく，もしボイドが発生してもそ
の大きさは小さいものになる。
ンプ１２とクリーム半田１４と金属ベース２は次のよう
に半田付けされる。すなわち，予備半田のバンプ１２を
有する絶縁板４を，クリーム半田１４上に載置したと
き，バンプ１２がクリーム半田１４をバンプの外側に押
し出し，バンプ１２下のクリーム半田は薄いものにな
る。そして，リフロー炉で加熱すると，バンプ１２の予
備半田とクリーム半田１４がなじみ，両半田が一体化す
る。また，予備半田のバンプ１２は電力用半導体チップ
と同等ないし１．５倍と小さく，バンプ１２とクリーム
半田１４との間及びクリーム半田１４と金属ベースとの
間にボイドの発生は少なく，もしボイドが発生してもそ
の大きさは小さいものになる。
【００１７】その後，電力用半導体チップ及び端子がワ
イヤボンディングにより相互に接続され，図示しない樹
脂ケースが金属ベース２の端部に接着され，この樹脂ケ
ース内にシリコンゲル等の封止剤が注入され，電力用半
導体チップが封止されて，電力用半導体モジュールが形
成される。
イヤボンディングにより相互に接続され，図示しない樹
脂ケースが金属ベース２の端部に接着され，この樹脂ケ
ース内にシリコンゲル等の封止剤が注入され，電力用半
導体チップが封止されて，電力用半導体モジュールが形
成される。
【００１８】このようにして，ボイドの発生が抑制され
て形成された電力用半導体モジュールを実装した時，電
力用半導体チップ６から発生した熱は絶縁板４とバンプ
１２，クリーム半田層１４，金属ベース２を介して確実
に外部に放出される。
て形成された電力用半導体モジュールを実装した時，電
力用半導体チップ６から発生した熱は絶縁板４とバンプ
１２，クリーム半田層１４，金属ベース２を介して確実
に外部に放出される。
【００１９】なお，絶縁板４の他方の面の銅箔で，電力
用半導体チップ６が半田付けされる配線パターン直下
で，所定位置にバンプが設けられているが，この所定位
置は図示しない治具等で決定されるが，図３のようにバ
ンプ１２が形成される他方の面の銅箔８ｂの周囲に銅箔
が除かれた溝８ｄを設けてもよい。
用半導体チップ６が半田付けされる配線パターン直下
で，所定位置にバンプが設けられているが，この所定位
置は図示しない治具等で決定されるが，図３のようにバ
ンプ１２が形成される他方の面の銅箔８ｂの周囲に銅箔
が除かれた溝８ｄを設けてもよい。
【００２０】
【発明の効果】請求項１記載の発明では，予備半田のバ
ンプと絶縁板との間のボイドは小さい。また，絶縁板を
金属ベースに半田付けする際に，バンプがバンプの下部
の余分な半田をバンプの外側に押し出し，バンプの下部
の半田とバンプが強固に一体化される。さらに，電力用
半導体チップ下の半田と金属ベースの間のボイドの発生
も抑制される。電力用半導体チップの実装時，電力用半
導体チップの熱が金属ベースを介して確実に放出され
る。
ンプと絶縁板との間のボイドは小さい。また，絶縁板を
金属ベースに半田付けする際に，バンプがバンプの下部
の余分な半田をバンプの外側に押し出し，バンプの下部
の半田とバンプが強固に一体化される。さらに，電力用
半導体チップ下の半田と金属ベースの間のボイドの発生
も抑制される。電力用半導体チップの実装時，電力用半
導体チップの熱が金属ベースを介して確実に放出され
る。
【００２１】請求項２記載の発明では，バンプとクリー
ム半田が同じ組成で，絶縁板と金属ベースとが一体化さ
れ，電力用半導体チップ下のボイドの発生が抑制され
る。
ム半田が同じ組成で，絶縁板と金属ベースとが一体化さ
れ，電力用半導体チップ下のボイドの発生が抑制され
る。
【００２２】
【００２３】請求項３記載の発明では，バンプの位置決
めが容易となり，最適なバンプの大きさが得られる。
めが容易となり，最適なバンプの大きさが得られる。
【図１】本発明の電力用半導体モジュールの一実施の形
態を示す概略断面図である。
態を示す概略断面図である。
【図２】図１の電力用半導体モジュール主要部の形成工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図３】図１の電力用半導体モジュール主要部の形成工
程の説明図である。
程の説明図である。
【図４】電力用半導体モジュールの内部構造を示す説明
図である。
図である。
２ 金属ベース
４ 絶縁板
６ 電力用半導体チップ
８ａ 配線パターン
８ｂ 銅箔
１２ バンプ（予備半田）
１４ クリーム半田
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 岡田 利勝
大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３
号 株式会社三社電機製作所内
(56)参考文献 特開 平６−152094（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−192340（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/34 - 23/473
H01L 25/00 - 25/18
Claims (3)
- 【請求項１】 金属ベースと，上記金属ベース上に半田
付けされ，一方の面に配線パターンが形成された絶縁板
と，上記配線パターンに半田付けされる複数の電力用半
導体チップと，上記金属ベースの端部に接着される樹脂
ケースと，上記樹脂ケース内に注入され，上記電力用半
導体チップを封止する封止剤とを備えた電力用半導体モ
ジュールにおいて，上記絶縁板の他方の面で，かつ上記
電力用半導体チップが設けられる直下の面に予備半田さ
れ，大きさが上記電力用半導体チップの大きさと同等な
いし１．５倍であるバンプが形成されたことを特徴とす
る電力用半導体モジュール。 - 【請求項２】 上記絶縁板と，上記金属ベースとを半田
付けする半田がクリーム半田であり，上記予備半田が上
記クリーム半田と同じ組成の半田であることを特徴とす
る請求項１記載の電力用半導体モジュール。 - 【請求項３】 上記バンプが形成された絶縁板の他面の
銅箔に，上記バンプの周囲に溝が形成されたことを特徴
とする請求項１記載の電力用半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17972098A JP3389501B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 電力用半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17972098A JP3389501B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 電力用半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354697A JPH11354697A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3389501B2 true JP3389501B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=16070703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17972098A Expired - Fee Related JP3389501B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | 電力用半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3389501B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4992302B2 (ja) * | 2005-07-05 | 2012-08-08 | 富士電機株式会社 | パワー半導体モジュール |
-
1998
- 1998-06-11 JP JP17972098A patent/JP3389501B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11354697A (ja) | 1999-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |