JP3390661B2 - Power module - Google Patents

Power module

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JP3390661B2 JP12885098A JP12885098A JP3390661B2 JP 3390661 B2 JP3390661 B2 JP 3390661B2 JP 12885098 A JP12885098 A JP 12885098A JP 12885098 A JP12885098 A JP 12885098A JP 3390661 B2 JP3390661 B2 JP 3390661B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パワーモジュール
の構造に関するものであり、例えばインバータなどのパ
ワーモジュールの小型化、低コスト化、製造工程簡略化
を図る技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a power module, for example, a technology for downsizing a power module such as an inverter, reducing the cost, and simplifying the manufacturing process.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力用半導体装置は大電流、高電圧下で
動作するため、そのような電力用のパワーモジュールに
おいては、高い絶縁性を確保するとともに、動作に伴う
発熱を半導体装置の外部に効率よく逃がすことが必要不
可欠とされている。
2. Description of the Related Art Since a power semiconductor device operates under a large current and a high voltage, in such a power module for power, a high insulation property is ensured and heat generated by the operation is external to the semiconductor device. Efficient escape is essential.

【0003】ここで、図4は、そのような電力用半導体
装置の一例として、パワートランジスタチップ(以下、
「パワーチップ」と称す)とパワーチップを制御するロ
ジックチップとを備えるパワーモジュールの構造を示す
縦断面図である。
FIG. 4 shows a power transistor chip (hereinafter, referred to as an example of such a power semiconductor device).
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the structure of a power module including a “power chip”) and a logic chip that controls the power chip.

【0004】図4(a)に示すように、セラミック基板
31Pの一方の主面上には、エッチング技術を用いて、
銅箔13Pより成る配線パターンが形成されており、更
に所定の配線パターン上にそれぞれパワーチップ1Pと
ロジックチップ2Pとが搭載されている。そして、ボン
ディングワイヤ3P及び4Pにより、各搭載部品と配線
パターンとが接続されており、所望の電気回路が形成さ
れている。この際、大電流を扱うパワーチップ1Pとそ
の配線パターンとの接続には、太線アルミワイヤ3Pが
用いられ、他の接続には細線アルミワイヤ4Pが用いら
れる。また、セラミック基板31Pの他方の主面上に全
面的に形成された銅箔13Pを介して、セラミック基板
31Pと金属ベース板32Pの一方の主面とがはんだ付
けされている。
As shown in FIG. 4A, one main surface of the ceramic substrate 31P is formed by using an etching technique.
A wiring pattern made of copper foil 13P is formed, and a power chip 1P and a logic chip 2P are mounted on a predetermined wiring pattern. Then, each mounting component and the wiring pattern are connected by the bonding wires 3P and 4P, and a desired electric circuit is formed. At this time, a thick aluminum wire 3P is used for connecting the power chip 1P that handles a large current and its wiring pattern, and a thin aluminum wire 4P is used for other connections. Further, the ceramic substrate 31P and one main surface of the metal base plate 32P are soldered to each other via the copper foil 13P entirely formed on the other main surface of the ceramic substrate 31P.

【0005】さらに、図4(a)に示した複合基板構造
は、図4(b)に示すように、外部リード22Pと接続
された上で封止されている。すなわち、金属ベース板3
2Pの端部を取り囲むように配設されたインサートモー
ルドケース33Pの外部リード22Pに繋がる端子と上
記配線パターンとが、太線アルミワイヤ3P及び細線ア
ルミワイヤ4Pにより接続されている。そして、インサ
ートモールドケース33P内のモールド樹脂5Pにより
各構成部品が封止されている。
Further, as shown in FIG. 4B, the composite substrate structure shown in FIG. 4A is connected to the external leads 22P and then sealed. That is, the metal base plate 3
A terminal connected to the external lead 22P of the insert mold case 33P arranged so as to surround the end portion of the 2P and the wiring pattern are connected by the thick aluminum wire 3P and the thin aluminum wire 4P. Then, each component is sealed by the mold resin 5P in the insert mold case 33P.

【0006】図4(b)に示すパワーモジュールの構造
において、パワーチップ1Pによる発熱は、モールド樹
脂5Pを介してパッケージ外部へ放熱されるとともに、
セラミック基板31P及び金属ベース板32Pを介して
パッケージ外部へ放熱される。
In the structure of the power module shown in FIG. 4 (b), the heat generated by the power chip 1P is radiated to the outside of the package via the molding resin 5P, and
Heat is radiated to the outside of the package through the ceramic substrate 31P and the metal base plate 32P.

【0007】しかし、発熱量が小さいモジュールの場合
にまで、図4(b)に示す構造を採用すると、高価なセ
ラミック基板31Pがモジュールを高価なものにしてし
まうという問題点がある。また、セラミック基板31P
を更に金属ベース板32Pにはんだ付けしなければなら
ないため、製造工程が複雑になってしまい、結果的にモ
ジュールの製造コストの面から、モジュールの価格を高
くしてしまうという問題点も生じる。
However, if the structure shown in FIG. 4B is adopted even in the case of a module which generates a small amount of heat, there is a problem that the expensive ceramic substrate 31P makes the module expensive. Also, the ceramic substrate 31P
In addition, since the solder must be soldered to the metal base plate 32P, the manufacturing process becomes complicated and, as a result, the cost of the module increases from the viewpoint of the manufacturing cost of the module.

【0008】そこで、上記のような問題点を解決すべ
く、発熱が小さい小容量モジュールにおいては、熱伝導
性を高めるためのシリカ粒子等をエポキシ樹脂等に混入
させた高熱伝導絶縁層を、銅やアルミニウム等の金属板
の一方の主面上に形成し、更にこの高熱伝導絶縁層表面
上に銅箔により配線パターンを形成した基板(以下、
「金属基板」と称す)が用いられている。これにより、
図4のセラミック基板31Pが高熱伝導絶縁層に置換さ
れ、また、図4のセラミック基板31Pと金属ベース板
32Pとをはんだ付けする従来の工程が不必要となっ
た。従って、この金属基板の採用により、林料コストが
低減されるとともに、製造工程が簡単になるという効果
が得られた。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, in a small-capacity module that generates a small amount of heat, a high thermal conductive insulating layer in which silica particles or the like for enhancing thermal conductivity is mixed with an epoxy resin is used. A substrate formed on one main surface of a metal plate such as aluminum or aluminum and further having a wiring pattern formed by a copper foil on the surface of the high thermal conductive insulating layer (hereinafter,
A "metal substrate" is used. This allows
The ceramic substrate 31P of FIG. 4 is replaced with a high thermal conductive insulating layer, and the conventional process of soldering the ceramic substrate 31P and the metal base plate 32P of FIG. 4 is unnecessary. Therefore, by adopting this metal substrate, the effects of reducing the forest material cost and simplifying the manufacturing process were obtained.

【0009】しかしながら、さらなる低コスト化を図る
ために、封止を簡単かつ低コストで行える別のパワーモ
ジュール構造が提案されている。例えば、そのようなト
ランスファーモールド型のパワーモジュールの別の構造
を開示したものとして、特開平9−22970号公報が
ある。そこで、かかるモジュール構造を図5に例示する
こととし、以下、図5の縦断面図を用いて、トランスフ
ァーモールド型のパワーモジュールの別の構造を説明す
る。
However, in order to further reduce the cost, another power module structure has been proposed in which encapsulation can be performed easily and at low cost. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-22970 discloses another structure of such a transfer mold type power module. Therefore, such a module structure will be illustrated in FIG. 5, and another structure of the transfer mold type power module will be described below with reference to the longitudinal sectional view of FIG.

【0010】図5に示されるように、放熱板と回路配線
基板とを兼用したアルミニウム板11Pの一方の主面上
には高熱伝導絶縁層12Pが形成され、更にこの高熱伝
導絶縁層12Pの表面上には、銅箔に対してエッチング
技術等を施すことにより配線パターン13Pが形成され
ている。これらの部材11P,12P,13Pは、金属
基板10Pを構成する。そして、この配線パターン13
P内で外部リード22Pが設けられる部分を除いた各部
分には、パワーチップ1Pや図示されないロジックチッ
プ等の構成部品が搭載され、パワーチップ1Pと銅箔配
線パターン13Pの所定箇所とが、ボンディングワイヤ
ー3Pにより接続されている。また、アルミニウム板1
1Pの他方の主面は、モールド樹脂5Pに覆われること
なく、パワーモジュールのパッケージから露出してい
る。
As shown in FIG. 5, a high thermal conductive insulating layer 12P is formed on one main surface of an aluminum plate 11P which also serves as a heat radiating plate and a circuit wiring board, and the surface of the high thermal conductive insulating layer 12P is further formed. The wiring pattern 13P is formed on the copper foil by applying an etching technique or the like to the copper foil. These members 11P, 12P and 13P form a metal substrate 10P. Then, this wiring pattern 13
Component parts such as the power chip 1P and a logic chip (not shown) are mounted on each part of the P except the part where the external lead 22P is provided, and the power chip 1P and a predetermined part of the copper foil wiring pattern 13P are bonded to each other. It is connected by a wire 3P. Also, aluminum plate 1
The other main surface of 1P is exposed from the package of the power module without being covered with the molding resin 5P.

【0011】このように、図5においては、金属基板1
0Pが、図4(b)のセラミック基板31Pにあたる
導体配線基板としての機能と、図4(b)の金属ベー
ス板32Pにあたる放熱板としての機能とを併せ有して
いるので、図4のパワーモジュールと比較して、部材点
数及び製造工程数の削減化を図ることが可能になる。
Thus, in FIG. 5, the metal substrate 1
Since 0P has both the function as a conductor wiring board corresponding to the ceramic substrate 31P of FIG. 4B and the function of a heat dissipation plate corresponding to the metal base plate 32P of FIG. 4B, the power of FIG. Compared with the module, it is possible to reduce the number of members and the number of manufacturing processes.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】図5に示すパワーモジ
ュールでは、図4のモジュールと比較して、確かに、部
材点数及び製造工程数の削減化は達成される。しかしな
がら、図5の従来の技術は、図4に示すパワーモジュー
ルを更に一層小型化するための実効性ある技術につい
て、何ら実用的な提案をなしていないものと、考える。
すなわち、図5の従来技術は、パワーモジュールのさら
なる小型化を実現することで、さらなる低コスト化を推
し進めるという本願の主目的に対する動機を何ら与える
ものではない。
In the power module shown in FIG. 5, the number of members and the number of manufacturing steps are certainly reduced as compared with the module shown in FIG. However, it is considered that the conventional technique of FIG. 5 does not make any practical proposal for an effective technique for further downsizing the power module shown in FIG.
That is, the conventional technique of FIG. 5 does not provide any incentive for the main purpose of the present application to further reduce the cost by realizing the further downsizing of the power module.

【0013】以下に、図4に示すパワーモジュールを更
に小型化する際に生じる問題点を検証するが、その際の
議論により、図5に示すモジュールの構造は、この問題
点を解決するための手段には到底なり得ないことが明ら
かとなるであろう。なお、以下に述べる問題点は、図4
及び図5に示す両パワーモジュールに共通するため、図
5に示す構造を例として詳述する。
Below, the problems that occur when the power module shown in FIG. 4 is further miniaturized will be verified, but the discussion on this point shows that the structure of the module shown in FIG. 5 is used to solve this problem. It will be clear that the means cannot be anything. In addition, the problems described below are as shown in FIG.
Also, since it is common to both power modules shown in FIG. 5, the structure shown in FIG. 5 will be described in detail as an example.

【0014】図5に示すようなパワーモジュール構造で
は、大電流が流れる配線パターンは、金属基板10P表
面上の銅箔13Pを用いて形成されている。この銅箔配
線パターン13Pは、アルミニウム板11Pの一方の主
面上に高熱伝導絶縁層12Pを形成した後、この高熱伝
導絶縁層12P表面上に全面的に形成された銅箔に対し
てエッチングを施して、銅箔の不要部を除去することに
より、形成されている。ところが、等方性エッチングの
場合、マスク端部では横方向、すなわちマスク表面と平
行方向にも銅箔のエッチングが進行する。このため、等
方性エッチングにおいて、金属基板10Pのように銅箔
13Pが表面側からしかエッチングされない場合、銅箔
の厚みtに対してエッチング幅は最低でも2tを必要と
する。従って、配線パターン間を完全に分離しつつ、銅
箔に微細な配線パターンを形成するためには、銅箔の厚
みが制限されてしまうという問題点が生じる。換言すれ
ば、図5に示すような構造のパワーモジュールにおい
て、エッチングによる銅箔配線パターンの形成が、パワ
ーモジュールの小型化を妨げていることに他ならないの
である。
In the power module structure as shown in FIG. 5, the wiring pattern through which a large current flows is formed by using the copper foil 13P on the surface of the metal substrate 10P. The copper foil wiring pattern 13P is formed by forming a high thermal conductive insulating layer 12P on one main surface of the aluminum plate 11P and then etching the copper foil entirely formed on the surface of the high thermal conductive insulating layer 12P. It is formed by removing unnecessary portions of the copper foil. However, in the case of isotropic etching, etching of the copper foil also proceeds in the lateral direction at the mask edge, that is, in the direction parallel to the mask surface. Therefore, in the isotropic etching, when the copper foil 13P is etched only from the surface side like the metal substrate 10P, the etching width needs to be at least 2t with respect to the thickness t of the copper foil. Therefore, in order to form a fine wiring pattern on the copper foil while completely separating the wiring patterns, there arises a problem that the thickness of the copper foil is limited. In other words, in the power module having the structure shown in FIG. 5, the formation of the copper foil wiring pattern by etching is nothing but preventing the miniaturization of the power module.

【0015】加えて、大電流が流れるパワーモジュール
では、電気抵抗及び熱抵抗の低減化の観点から、より大
きな断面積を有する配線が要求される。しかし、図5の
パワーモジュールのようにエッチングによって配線パタ
ーンを形成する場合には、上述のように銅箔の厚みに制
限が生じるので、より大きな断面積を確保するために
は、配線幅を大きくせざるを得なくなり、却ってモジュ
ール全体を大きくしてしまうという問題点をも顕出させ
てしまうのである。
In addition, in a power module through which a large current flows, a wiring having a larger cross-sectional area is required from the viewpoint of reducing electric resistance and thermal resistance. However, when the wiring pattern is formed by etching as in the power module of FIG. 5, the thickness of the copper foil is limited as described above. Therefore, in order to secure a larger cross-sectional area, the wiring width must be increased. There is no choice but to expose the problem of enlarging the entire module.

【0016】このように、図5に示すような構造のパワ
ーモジュールでは、銅箔配線パターン13Pの厚さが、
パワーモジュールの小型化を制限してしまっているので
ある。そして、この問題点は、パワーモジュールのより
一層の低コスト化を妨げる要因にもなっているのであ
る。
As described above, in the power module having the structure shown in FIG. 5, the thickness of the copper foil wiring pattern 13P is
This limits the miniaturization of power modules. And this problem also becomes a factor that prevents further cost reduction of the power module.

【0017】この問題点に対する一つの解答としては、
所望の銅箔厚を有する配線パターンを予め形成してお
き、これを接着剤等により接着するという方法も考えら
れる。しかし、接着時に接着剤のはみ出しが発生するた
め、この方法は実用化に値しない技術であると言わざる
を得ない。
One solution to this problem is as follows:
A method of forming a wiring pattern having a desired copper foil thickness in advance and adhering it with an adhesive or the like is also conceivable. However, since the adhesive is squeezed out at the time of bonding, this method cannot be put to practical use.

【0018】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたものであり、パワーモジュールのさらなる
小型化を促進するとともに、さらなる低コスト化を実現
できる、新規な構造を有するトランスファーモールド封
止型パワーモジュールを提供することを第1の目的とす
る。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and promotes the further miniaturization of the power module and realizes the further cost reduction, and the transfer mold sealing having a novel structure. A first object is to provide a static power module.

【0019】さらに、本発明の第2目的は、製造部材及
び製造工程の汎用性を高めつつ、パワーモジュールの製
造工程の簡略化を促進し、さらなる低コスト化を実現す
る、新規な構造のパワーモジュールを提供することであ
る。
Further, a second object of the present invention is to improve the versatility of the manufacturing member and the manufacturing process, promote the simplification of the manufacturing process of the power module, and realize a further cost reduction. To provide a module.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
るパワーモジュールは、トランスファーモールド封止型
のパワーモジュールにおいて、第1主面と前記第1主面
に対向する第2主面とを備え、前記第1主面と前記第2
主面間をプレス打ち抜きすることによって、複数のパワ
ーチップ搭載部とロジックチップ搭載部とリード部とタ
イバー部とを含む、所定の電気回路の配線パターンが形
成されたリードフレームと、前記配線パターンの前記
数のパワーチップ搭載部の前記第1主面上に搭載された
複数のパワートランジスタチップと、前記配線パターン
の前記ロジックチップ搭載部の前記第1主面上に搭載さ
れた、前記パワートランジスタチップを制御するロジッ
クチップと、前記複数のパワーチップ搭載部に対して配
設された高熱伝導金属基板と、を備え、前記高熱伝導金
属基板は、各パワーチップ搭載部の前記第2主面上にこ
の順序で配置された、はんだ及び銅箔と、前記各パワー
チップ搭載部上の銅箔及びはんだに対して共通に配設さ
れており、前記銅箔上にこの順序で配置された、高熱伝
導絶縁層及び金属板と、を含むことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a power module of a transfer mold encapsulation type, wherein a first main surface and a second main surface facing the first main surface are provided. The first main surface and the second
A lead frame on which a wiring pattern of a predetermined electric circuit is formed, which includes a plurality of power chip mounting portions, a logic chip mounting portion, a lead portion, and a tie bar portion by punching between main surfaces. The duplicate of the wiring pattern
Mounted on the first main surface of a number of power chip mounting portions
A plurality of power transistor chips, a logic chip for controlling the power transistor chips mounted on the first main surface of the logic chip mounting portion of the wiring pattern, and an arrangement for the plurality of power chip mounting portions.
A high thermal conductive metal substrate,
The metal substrate is mounted on the second main surface of each power chip mounting part.
Solder and copper foil arranged in the order of
Commonly arranged for copper foil and solder on the chip mounting area
Are placed on the copper foil in this order,
And a conductive insulating layer and a metal plate .

【0021】請求項2記載の発明に係るパワーモジュー
は、請求項1記載のパワーモジュールにおいて、前記
高熱伝導層及び前記金属板は、前記複数のパワーチップ
搭載部に局所的に設けられていることを特徴とする。
A power module according to the second aspect of the invention.
Le is in the power module according to claim 1, wherein
The high thermal conductive layer and the metal plate are the plurality of power chips.
It is characterized in that it is provided locally on the mounting portion .

【0022】[0022]

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】既述した通り、図4に示すモジュ
ール構造においては、導体配線基板がセラミック基板
31P及び銅箔配線13Pから成り、放熱板が金属ベ
ース板32Pから成り、各々が別個の部材によって形成
されている。このため、図4のモジュール構造は、その
小型化・低コスト化に十分に応えきれないものであり、
これらの問題点は、導体配線基板と放熱板とを一体化さ
せた構造を採用する、図5のモジュールの提案によっ
て、一応は改善されたとも言える。しかし、本発明は、
パワーモジュールのさらなる小型化・低コスト化の要求
に応えるために、図5のパワーモジュールから見て、一
見退行するようにも見える上記構造,における技術
的思想、即ち、導体配線基板と放熱板とは別個の部材に
よって構成するという思想を、むしろ積極的に利用しよ
うという着眼点に立脚している。以下に述べる実施の形
態の説明により、本実施の形態に係るモジュール構造
は、図5に示すモジュールよりも小型且つ低コストな、
しかも良好な放熱性を発揮しうるという効果を奏するの
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As described above, in the module structure shown in FIG. 4, the conductor wiring board is composed of the ceramic substrate 31P and the copper foil wiring 13P, and the heat dissipation plate is composed of the metal base plate 32P. It is formed of a member. For this reason, the module structure of FIG. 4 cannot fully respond to the downsizing and cost reduction.
It can be said that these problems have been alleviated by the proposal of the module of FIG. 5, which adopts the structure in which the conductor wiring board and the heat dissipation plate are integrated. However, the present invention
In order to meet the demand for further miniaturization and cost reduction of the power module, the technical idea in the above structure, which seems to recede from the power module of FIG. 5, that is, the conductor wiring board and the heat sink, Is based on the idea of actively utilizing the idea of being composed of separate members. From the description of the embodiments described below, the module structure according to the present embodiment is smaller in size and lower in cost than the module shown in FIG.
Moreover, there is an effect that good heat dissipation can be exhibited.

【0026】(実施の形態1)以下に、図1〜図3を用
いて、本発明の実施の形態1に係るトランスファーモー
ルド型パワーモジュールの構造の一例を詳述する。な
お、図1は、実施の形態1に係るパワーモジュールの構
造を模式的に描いた縦断面図であり、後に述べる各種搭
載部の位置関係や各種アルミニウムワイヤの配線関係は
概略的に示されているにすぎない。また、図2は実施の
形態1に係る、リードフレームの一例を示す上面図であ
り、図1は、丁度、図2中に示すI−I’線での構造の
縦断面図を矢印方向から見たものに相当している。さら
に、図3において、同図(a)はモールド樹脂封止され
た直後の切断工程前のモジュールを示す上面図であり、
同モジュールは、リードフレーム21の不要部分を分離
切断することにより、同図(b)に示す形態として完成
される。
(Embodiment 1) An example of the structure of the transfer mold type power module according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating the structure of the power module according to the first embodiment, and the positional relationship between various mounting parts and the wiring relationship between various aluminum wires, which will be described later, are schematically shown. I'm just there. 2 is a top view showing an example of the lead frame according to the first embodiment, and FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of the structure taken along the line II 'shown in FIG. It corresponds to what you saw. Further, in FIG. 3, FIG. 3A is a top view showing the module immediately after being sealed with the mold resin and before the cutting step,
The module is completed as a form shown in FIG. 2B by separating and cutting unnecessary parts of the lead frame 21.

【0027】以下、図1〜図3に示すパワーモジュール
の構造を、その製造工程の説明を通して記述することに
する。
The structure of the power module shown in FIGS. 1 to 3 will be described below through the description of its manufacturing process.

【0028】まず、厚さ0.7mmの銅フレームの第1
主面21S1と第2主面21S2間をプレス打ち抜きす
ることで、リードフレーム21には、図2に示すような
配線パターンが形成されている。すなわち、図2に示す
ように、リードフレーム21は、パワートランジスタチ
ップ(以下、「パワーチップ」と称す)1の搭載部6
と、パワーチップ1を制御するためのロジックチップ2
の搭載部7を含む。ここで、図2に示すような複数のパ
ワーチップ搭載部6i(1≦i≦n)と複数のロジック
チップ搭載部7k(1≦k≦m)とを有する場合、パワ
ーチップ搭載部6とは任意のパワーチップ搭載部6i
指し、ロジックチップ搭載部7とは、パワーチップ搭載
部6iに搭載されたパワーチップ1を制御するロジック
チップ2の搭載部7kを指すものとする。さらに、図2
に示すように、リードフレーム21は、外部リード部2
3、パワーチップ1等の搭載部6等に繋がる内部リード
部24、及び隣り合う外部リード部23同士を架橋し、
且つ両端の各外部リード23とそれに向かい合う枠部2
8aとをも架橋するタイバー部25、そして、枠部28
a又はタイバー部25と繋がっており、後述の切断工程
で、枠部28a又はタイバー部25とは分離される保持
部26a及び26bとを含んでいる。ここで、保持部2
6aと26bとを総称して保持部26と呼び、タイバー
部25が架橋している枠部28aと、外部リード部23
に繋がる枠部28bとを併せて枠部28と呼ぶことにす
る。このように、上述のようなリードフレーム21の構
造を配線パターンと総称している。
First, the first of the 0.7 mm thick copper frame
By punching between the main surface 21S1 and the second main surface 21S2, a wiring pattern as shown in FIG. 2 is formed on the lead frame 21. That is, as shown in FIG. 2, the lead frame 21 includes the mounting portion 6 of the power transistor chip (hereinafter referred to as “power chip”) 1.
And a logic chip 2 for controlling the power chip 1
The mounting part 7 of is included. Here, in the case of having a plurality of power chip mounting portions 6 i (1 ≦ i ≦ n) and a plurality of logic chip mounting portions 7 k (1 ≦ k ≦ m) as shown in FIG. Is an arbitrary power chip mounting portion 6 i , and the logic chip mounting portion 7 is a mounting portion 7 k of the logic chip 2 that controls the power chip 1 mounted on the power chip mounting portion 6 i. . Furthermore, FIG.
As shown in FIG.
3, the inner lead portion 24 connected to the mounting portion 6 of the power chip 1 and the like, and the adjacent outer lead portions 23 are bridged,
Moreover, the outer leads 23 at both ends and the frame portion 2 facing the outer leads 23
The tie bar portion 25 that also bridges 8a and the frame portion 28
a or tie bar portion 25, and includes holding portions 26a and 26b which are separated from the frame portion 28a or tie bar portion 25 in a cutting step described later. Here, the holding unit 2
6a and 26b are collectively referred to as a holding portion 26, and a frame portion 28a in which the tie bar portion 25 is bridged and an external lead portion 23 are provided.
The frame portion 28b connected to the above will be collectively referred to as a frame portion 28. As described above, the structure of the lead frame 21 as described above is generically called a wiring pattern.

【0029】また、後述する切断工程によって、リード
フレーム21の内で封止後に、不要となる部分が分離切
断されて、図3(b)に示すように、図3(a)の外部
リード部23と内部リード部24とからのみ成るリード
部27が形成されることになる。
Further, in a cutting step described later, after sealing in the lead frame 21, unnecessary parts are separated and cut, and as shown in FIG. 3B, the external lead portion of FIG. Thus, the lead portion 27 including only the inner lead portion 23 and the inner lead portion 24 is formed.

【0030】加えて、図2に示すように、リードフレー
ム21の配線パターンが複数のパワーチップ搭載部6i
(1≦i≦n)と複数のロジックチップ搭載部7k(1
≦k≦m)とを有する場合、任意のパワーチップ搭載部
iと他のパワーチップ搭載部6i+1との間には、任意の
ロジックチップ搭載部7kを介在させることなく、パワ
ーチップ搭載部6iと他のパワーチップ搭載部6i+1とが
隣接するように、配線パターンとして他のパワーチップ
搭載部6i+1を形成することにより、図2に示すリード
フレーム21の配線パターンの一例のように、パワーチ
ップ搭載部6iは、リードフレーム21内で散在するこ
となく、所望の位置に集約して形成することが可能であ
る。
In addition, as shown in FIG. 2, the wiring pattern of the lead frame 21 has a plurality of power chip mounting portions 6 i.
(1 ≦ i ≦ n) and a plurality of logic chip mounting parts 7 k (1
.Ltoreq.k.ltoreq.m), the power is not provided between any power chip mounting portion 6 i and another power chip mounting portion 6 i + 1 without interposing any logic chip mounting portion 7 k. By forming another power chip mounting portion 6 i + 1 as a wiring pattern so that the chip mounting portion 6 i and another power chip mounting portion 6 i + 1 are adjacent to each other, the lead frame 21 shown in FIG. As in an example of the wiring pattern, the power chip mounting portions 6 i can be collectively formed at desired positions without being scattered in the lead frame 21.

【0031】次に、パワーチップ搭載部6の第1主面2
1S1上にパワーチップ1が搭載され、また、ロジック
チップ2がロジックチップ搭載部7の第1主面21S1
上に搭載された後、水素炉(水素濃度20%,温度36
0℃)中で、各チップ1,2と各チップ搭載部6,7と
が各々はんだ接合される。
Next, the first main surface 2 of the power chip mounting portion 6
The power chip 1 is mounted on 1S1, and the logic chip 2 is mounted on the first main surface 21S1 of the logic chip mounting portion 7.
After being mounted on top, the hydrogen furnace (hydrogen concentration 20%, temperature 36
At 0 ° C.), the chips 1 and 2 and the chip mounting portions 6 and 7 are soldered to each other.

【0032】次に、所望の部分に超音波ワイヤボンディ
ングがなされ、電気的接続が行われる。この際、大電流
が流れる部分、例えば、図2ではパワーチップ1と内部
リード部24との接続部分には直径300μmの太線ア
ルミニウムワイヤ3が用いられており、その他の部分、
例えばロジックチップ2と内部リード部24との接続部
分には直径35μmの細線アルミニウムワイヤ4が用い
られている。
Next, ultrasonic wire bonding is performed on a desired portion to make electrical connection. At this time, a thick aluminum wire 3 having a diameter of 300 μm is used in a portion through which a large current flows, for example, a connecting portion between the power chip 1 and the internal lead portion 24 in FIG. 2, and other portions,
For example, a thin aluminum wire 4 having a diameter of 35 μm is used at the connecting portion between the logic chip 2 and the internal lead portion 24.

【0033】ここで、放熱板として機能する高熱伝導金
属基板10は、金属板、例えば図1に示すような2mm
厚のアルミニウム板11の一方の主面上に、熱伝導性の
良いシリカ粒子等の絶縁物をエポキシ樹脂やポリイミド
樹脂等に混入させた高熱伝導絶縁層12が100μmの
膜厚で形成され、更に高熱伝導絶縁層12の表面上に銅
箔13が形成された積層構造を有している。なお、銅箔
13は、高熱伝導絶縁層12の表面中、後に金属基板1
0とパワーチップ搭載部6の第2主面21S2上に接合
するために必要な箇所にのみ、形成されている。また、
本実施の形態1では、金属板としてアルミニウム板11
を採用しているが、これに代えて銅等の他の金属を金属
基板10のベース部として用いても良いことは言うまで
もない。
Here, the high thermal conductive metal substrate 10 functioning as a heat dissipation plate is a metal plate, for example, 2 mm as shown in FIG.
On one main surface of the thick aluminum plate 11, a high thermal conductive insulating layer 12 in which an insulating material such as silica particles having good thermal conductivity is mixed with an epoxy resin or a polyimide resin is formed with a thickness of 100 μm. It has a laminated structure in which a copper foil 13 is formed on the surface of the high thermal conductive insulating layer 12. The copper foil 13 is formed on the surface of the high thermal conductive insulating layer 12 and later on the metal substrate 1.
0 and the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 are formed only at the positions necessary for bonding. Also,
In the first embodiment, the aluminum plate 11 is used as the metal plate.
However, it goes without saying that other metal such as copper may be used as the base portion of the metal substrate 10 instead.

【0034】そして、以下に述べる工程により、金属基
板10がパワーチップ搭載部6の第2主面21S2上方
向にのみ位置するように、当該搭載部6の第2主面21
S2上にはんだ14を介在させて、図1に示すように接
合されている。まず、パワーチップ搭載部6の第2主面
21S2上に超音波(20kHz)ホーンにより溶融は
んだを振動させながら、はんだ14を予備供給する。そ
の後、金属基板10を加熱しながら、前述の予備供給さ
れたはんだ14に接触させることにより、はんだ接合が
なされる。なお、はんだ14の予備供給工程と金属基板
10のはんだ接合工程とを同時に行っても、何ら支障は
ない。また、はんだ14の予備供給時に、超音波を加え
ているため、キャビテーション効果によりパワーチップ
搭載部6の第2主面21S2上の酸化膜が破壊されるの
で、フラックスを用いることなく、はんだ14の予備供
給が可能になる。さらに、金属基板10の最上層をなす
銅箔13の表面上にAuめっきを施すことにより、より
安定なフラックスレスはんだ付が可能になる。
Then, by the steps described below, the second main surface 21 of the mounting portion 6 is so positioned that the metal substrate 10 is located only above the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6.
Solder 14 is interposed on S2, and they are joined as shown in FIG. First, the solder 14 is preliminarily supplied onto the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 while vibrating the molten solder with an ultrasonic (20 kHz) horn. Thereafter, while heating the metal substrate 10, the metal substrate 10 is brought into contact with the previously-supplied solder 14 to perform solder joining. It should be noted that there is no problem even if the preliminary supply process of the solder 14 and the solder joining process of the metal substrate 10 are performed at the same time. Further, since ultrasonic waves are applied during the preliminary supply of the solder 14, the oxide film on the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 is destroyed by the cavitation effect. Preliminary supply is possible. Furthermore, by performing Au plating on the surface of the copper foil 13 forming the uppermost layer of the metal substrate 10, more stable fluxless soldering becomes possible.

【0035】なお、上記はんだ接合においては、超音波
ホーンを用いなくても良い。
An ultrasonic horn may not be used in the solder joining.

【0036】ここで、本実施の形態1では、図1に示す
ように、銅箔13の面、即ち、パワーチップ搭載部6の
第2主面21S2に対向し、はんだ接合される面の面積
は、パワーチップ搭載部6の第2主面21S2をなす面
の面積とほぼ同一としており、また、アルミニウム板1
1の形状寸法に関して、パワーチップ搭載部6の第2主
面21S2に面するアルミニウム板11の面積は、図1
に示すように、パワーチップ搭載部6の第2主面21S
2をなす面の面積と同程度としている。また、パワーチ
ップ搭載部6の第2主面21S2に面するアルミニウム
板11の面積は、多少大きく形成しても良いが、ロジッ
クチップ搭載部7の第2主面21S2上方向に至らない
範囲内に限定する必要がある。
Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the area of the surface of the copper foil 13, that is, the surface of the surface facing the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 and being soldered thereto. Is almost the same as the area of the surface forming the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6, and the aluminum plate 1
1, the area of the aluminum plate 11 facing the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 is as shown in FIG.
As shown in, the second main surface 21S of the power chip mounting portion 6
The area of the surface forming 2 is about the same. The area of the aluminum plate 11 facing the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 may be formed to be slightly larger, but within a range that does not reach the upper side of the second main surface 21S2 of the logic chip mounting portion 7. Need to be limited to.

【0037】次に、周知のトランスファーモールド封止
法を用いることにより、図2に符号29で以て示す点線
で囲まれた範囲内の部分がモールド樹脂5によって被覆
され、本パワーモジュールは図3(a)に示すようにト
ランスファーモールド封止される。この際、図1に示す
ように、アルミニウム板11の他方の主面がモールドパ
ッケージより露出する形態で、本モジュールは封止され
る。
Next, by using a well-known transfer mold sealing method, a portion within a range surrounded by a dotted line indicated by reference numeral 29 in FIG. 2 is covered with the mold resin 5, and the power module of FIG. The transfer mold is sealed as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 1, the present module is sealed such that the other main surface of the aluminum plate 11 is exposed from the mold package.

【0038】その後、モールドパッケージ表面から外部
に突出ないし露出しているリードフレーム21の配線パ
ターンの内で、枠部28、タイバー部25、及び保持部
26に当たる不必要部分が、切断工程において分離切断
されて、図3(b)に示すような形態のパワーモジュー
ルが完成する。
After that, in the wiring pattern of the lead frame 21 protruding or exposed to the outside from the surface of the mold package, unnecessary portions corresponding to the frame portion 28, the tie bar portion 25, and the holding portion 26 are separated and cut in the cutting step. As a result, the power module having the form as shown in FIG. 3B is completed.

【0039】以上のように、本実施の形態1のパワーモ
ジュールの構造では、図4に示す従来のモジュール構造
における、セラミック基板31P及び銅箔配線13P
から成る導体配線基板が、リードフレーム21の配線パ
ターンにより構成され、金属ベース板32Pから成る
放熱板が、局所的に配設された高熱伝導金属基板10に
より構成されているのである。以下、上記及びの観
点から、本実施の形態1のパワーモジュール構造により
生じる特有の効果を説明する。
As described above, in the structure of the power module according to the first embodiment, the ceramic substrate 31P and the copper foil wiring 13P in the conventional module structure shown in FIG. 4 are used.
That is, the conductor wiring board made of is formed by the wiring pattern of the lead frame 21, and the heat dissipation plate made of the metal base plate 32P is formed by the locally arranged high thermal conductive metal board 10. From the above and above viewpoints, the unique effects produced by the power module structure of the first embodiment will be described below.

【0040】まず、本実施の形態1のパワーモジュール
の構造によれば、リードフレーム21の所定の電気回路
の配線パターンは、プレス打ち抜きによって形成される
ため、高価なセラミック基板31P(図4参照)が不要
となるので、図4に示すモジュールと比較して、低コス
ト化が達成される。同時に、従来の銅箔配線の場合のよ
うな複数の工程を要するエッチング技術と比較して、製
造工程の大幅な簡略化が実現されるのである。また、外
部リード部23がリードフレーム21の配線パターンと
して形成されるので、従来のパワーモジュールのよう
に、外部リード部22P(図4,図5参照)と銅箔配線
13P(図4,図5参照)との電気的接続を行う工程を
も省くことができる。これにより、図4や図5に例示し
た従来のパワーモジュールと比較して、さらなる低コス
ト化を図ることができるという効果をもたらす。
First, according to the structure of the power module of the first embodiment, since the wiring pattern of the predetermined electric circuit of the lead frame 21 is formed by press punching, an expensive ceramic substrate 31P (see FIG. 4). Therefore, cost reduction can be achieved as compared with the module shown in FIG. At the same time, a great simplification of the manufacturing process is realized as compared with the etching technique which requires a plurality of processes as in the case of the conventional copper foil wiring. Further, since the external lead portion 23 is formed as the wiring pattern of the lead frame 21, the external lead portion 22P (see FIGS. 4 and 5) and the copper foil wiring 13P (see FIGS. 4 and 5) are formed like the conventional power module. Also, the step of making an electrical connection with (see) can be omitted. This brings about an effect that the cost can be further reduced as compared with the conventional power module illustrated in FIGS. 4 and 5.

【0041】加えて、リードフレーム21自体に、所定
の配線パターンが形成されているので、従来の銅箔配線
13P(図4,図5参照)と比較して十分に大きな断面
積を有する配線を容易に形成することができる。これに
より、大電流が流れる配線の電気抵抗及び熱抵抗を大幅
に低減できるので、配線パターンの高密度化を促進させ
ることが可能となる。すなわち、従来の銅箔配線13P
では、0.07mmの膜厚の場合に、定常電流値15A
(実効値)の電流を流すためには、10.0mmの銅箔
配線幅が必要であるが、本実施の形態1における厚さ
0.7mmのリードフレーム21に形成された配線パタ
ーンであれば、同じ電流量を銅箔配線と同じ断面積で扱
う場合であっても、最小配線幅は1mmにまで微細化で
きるので、配線パターンの高密度化が可能である。これ
により、パワーモジュールの小型化を、図4,図5に示
した従来技術と比較してより一層促進させることができ
るという効果と、同時に、さらなる低コスト化を図るこ
とができるという効果が得られるのである。
In addition, since a predetermined wiring pattern is formed on the lead frame 21 itself, a wiring having a sufficiently large cross-sectional area as compared with the conventional copper foil wiring 13P (see FIGS. 4 and 5) is used. It can be easily formed. As a result, the electrical resistance and thermal resistance of the wiring through which a large current flows can be significantly reduced, and it is possible to promote the densification of the wiring pattern. That is, the conventional copper foil wiring 13P
Then, when the film thickness is 0.07 mm, the steady-state current value is 15 A
A copper foil wiring width of 10.0 mm is required to pass an (effective value) current, but if the wiring pattern is formed on the lead frame 21 having a thickness of 0.7 mm in the first embodiment, Even if the same amount of current is handled in the same cross-sectional area as the copper foil wiring, the minimum wiring width can be reduced to 1 mm, so that the wiring pattern can be made denser. As a result, it is possible to further reduce the size of the power module as compared with the conventional technology shown in FIGS. 4 and 5, and at the same time, it is possible to further reduce the cost. Be done.

【0042】さらに、本実施の形態1によれば、放熱板
である金属基板10の小型化を促進させることができる
という効果をも得ることができる。すなわち、従来の銅
箔配線13P(図4,図5参照)よりも大きな断面積を
有するため、配線の熱抵抗が大幅に低減され、配線の放
熱特性が改善される。このため、発熱源であるパワーチ
ップ1からのモールド封止材を介した放熱量を軽減で
き、更に、この点を利用するならば、パワーチップ1の
搭載部6に局所的に高熱伝導金属基板10を設けるのみ
でも、十分な放熱特性を得ることが可能である。これに
より、放熱板を配線パターンに対して全面的に設けてい
る従来のパワーモジュールと比較して、金属基板10の
体積をより縮小することが可能となったので、金属基板
10の低コスト化をより一層促進することが可能になる
とともに、かかる点からもパワーモジュール自体のより
一層の小型化をも実現できるという効果をもたらす。
Further, according to the first embodiment, it is possible to obtain an effect that the size reduction of the metal substrate 10 as the heat dissipation plate can be promoted. That is, since it has a larger cross-sectional area than the conventional copper foil wiring 13P (see FIGS. 4 and 5), the thermal resistance of the wiring is significantly reduced, and the heat radiation characteristics of the wiring are improved. Therefore, it is possible to reduce the amount of heat radiation from the power chip 1 which is a heat source through the mold sealing material. Furthermore, if this point is utilized, the mounting portion 6 of the power chip 1 is locally provided with a high thermal conductive metal substrate. Even if only 10 is provided, sufficient heat dissipation characteristics can be obtained. As a result, the volume of the metal substrate 10 can be further reduced as compared with the conventional power module in which the heat dissipation plate is provided on the entire surface of the wiring pattern, so that the cost of the metal substrate 10 can be reduced. It is possible to further promote the power consumption, and also from this point, it is possible to further reduce the size of the power module itself.

【0043】また、パワーチップ搭載部6の第2主面2
1S2上へのフラックスレスはんだ接合が可能であるこ
とは、従来のはんだ接合技術における洗浄工程を必要と
せず、金属基板10を局所的に設けることが可能である
ことと相俟って、金属基板10のはんだ接合工程の自由
度を増すことができる。例えば、各チップを搭載し、ワ
イヤボンディング工程終了後に、金属基板10のはんだ
接合工程を実施することが可能となるのである。
Further, the second main surface 2 of the power chip mounting portion 6
The fact that the fluxless solder bonding on the 1S2 is possible does not require the cleaning step in the conventional solder bonding technique, and the metal substrate 10 can be locally provided. It is possible to increase the degree of freedom in the step 10 of solder joining. For example, each chip can be mounted, and after the wire bonding process is completed, the solder bonding process of the metal substrate 10 can be performed.

【0044】さらに、図2に示すリードフレーム21を
有するパワーモジュールによれば、パワーチップ搭載部
i(1≦i≦n)が所望の一箇所に集約して形成され
ているため、n個のパワーチップ搭載部6i、即ち、n
個のパワーチップ1に対して、n個の高熱伝導金属基板
10を各々配設する必要がなくなるのである。すなわ
ち、図2において、n個のパワーチップ搭載部6iがリ
ードフレーム21の一方の側に整列して形成されている
ので、パワーチップ搭載部61から6nに至る面積を有す
る1個の金属基板10を配設すれば良い。勿論、これに
よって、高熱伝導金属基板10の放熱特性が損なわれる
ものではない。これにより、本実施の形態1によれば、
複数の高熱伝導金属基板を個々に配設する場合と比較し
て、高熱伝導金属基板10の数が削減されるため、高
熱伝導金属基板10の材料コストが更に低減でき、同時
に、金属基板10の配設工程数が削減されるため、製
造コストの低減が可能である。従って、上記及びに
よって、パワーモジュールの低コスト化を更に一層促進
できるという効果を生じるのである。
Further, according to the power module having the lead frame 21 shown in FIG. 2, since the power chip mounting portions 6 i (1 ≦ i ≦ n) are collectively formed at a desired location, n power chip mounting portions 6 i are formed. Power chip mounting portion 6 i , that is, n
Therefore, it is not necessary to dispose n high thermal conductive metal substrates 10 for each power chip 1. That is, in FIG. 2, since the n power chip mounting portions 6 i are formed in alignment with one side of the lead frame 21, one power chip mounting portion 6 1 to 6 n has one area. The metal substrate 10 may be provided. Of course, this does not impair the heat dissipation characteristics of the high thermal conductive metal substrate 10. Thus, according to the first embodiment,
Since the number of high thermal conductive metal substrates 10 is reduced as compared with the case where a plurality of high thermal conductive metal substrates are individually arranged, the material cost of the high thermal conductive metal substrates 10 can be further reduced, and at the same time, Since the number of installation steps is reduced, the manufacturing cost can be reduced. Therefore, due to the above, there is an effect that the cost reduction of the power module can be further promoted.

【0045】(変形例1)本変形例1は、はんだ接合に
よらずに、他の方法でパワーチップ搭載部の第2主面上
に配設可能な構造を有する高熱伝導金属基板を提供する
技術に関している。
(Modification 1) This modification 1 provides a high thermal conductive metal substrate having a structure that can be arranged on the second main surface of the power chip mounting portion by another method without using solder joining. It is about technology.

【0046】まず、その一例として、図1の高熱伝導金
属基板10に代えて、図1のアルミニウム板11の一方
の主面上に高熱伝導絶縁層12が積層された構造のみか
ら成る高熱伝導金属基板を、直接接触させておき、モー
ルド樹脂封止を介して、上記高熱伝導金属基板を固定す
ることが考えられる。これにより、実施の形態1と同様
の作用効果が期待される。しかしながら、図1の高熱伝
導絶縁層12自体はアルミニウム板11の表面上に塗布
したエポキシ樹脂等を焼結させることによって形成され
ているため、焼結後の高熱伝導絶縁層12の表面の平坦
度は必ずしも十分とは言えない。そのため、高熱伝導絶
縁層12をパワーチップ搭載部6の第2主面21S2上
に直接に接触させることにすると、上記平坦度によって
は十分な接触面積が得られない場合が生じ、この場合に
は十分な熱伝導が得られなくなるという問題点も生ず
る。この点で、更に銅箔13を有し、はんだ接合され
た、図1に示す高熱伝導金属基板10は、そのような危
惧を惹起させることはないので、最も好ましい実施の形
態であると言える。
First, as an example, instead of the high thermal conductive metal substrate 10 of FIG. 1, a high thermal conductive metal having a structure in which a high thermal conductive insulating layer 12 is laminated on one main surface of an aluminum plate 11 of FIG. It is conceivable that the substrate is brought into direct contact and the high thermal conductive metal substrate is fixed via the molding resin sealing. As a result, the same effect as that of the first embodiment is expected. However, since the high thermal conductive insulating layer 12 itself in FIG. 1 is formed by sintering the epoxy resin or the like applied on the surface of the aluminum plate 11, the flatness of the surface of the high thermal conductive insulating layer 12 after sintering. Is not always enough. Therefore, if the high thermal conductive insulating layer 12 is brought into direct contact with the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6, a sufficient contact area may not be obtained depending on the above flatness, and in this case, There is also a problem that sufficient heat conduction cannot be obtained. In this respect, the high-thermal-conductivity metal substrate 10 shown in FIG. 1, which further has the copper foil 13 and is soldered, does not cause such a fear, and thus can be said to be the most preferable embodiment.

【0047】そこで、そのような問題点を惹起させるこ
とのない、はんだ接合によらない他の方法として、次の
ような変形例を提案することができる。即ち、(i)ア
ルミニウム板11と高熱伝導絶縁層12とから成る高熱
伝導金属基板を、高熱伝導シートを介在させて、パワー
チップ搭載部6の第2主面21S2上に配置し、モール
ド樹脂5によってその形態を保持させることで、当該金
属基板の配設を行う方法である。また、(ii)上記高
熱伝導シートに代えて、高熱伝導接着剤によって、図1
に示すアルミニウム基板11上の高熱伝導絶縁層12と
パワーチップ搭載部6の第2主面21S2上とを接着す
る構造でも良い。加えて、(iii)絶縁性を有する高
熱伝導シート又は高熱伝導接着剤を使用して、図1のア
ルミニウム基板11のみをパワーチップ搭載部の第2主
面に接触又は接着することもでき、この場合には高熱伝
導絶縁層を不要としうるという利点もある。勿論、この
ような変形例(i)〜(iii)のいずれにおいても、
実施の形態1で得られるものと同様の作用・効果が得ら
れるのは言うまでもない。
Therefore, as another method which does not cause such a problem and does not rely on solder joining, the following modified example can be proposed. That is, (i) a high thermal conductive metal substrate composed of the aluminum plate 11 and the high thermal conductive insulating layer 12 is arranged on the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 with the high thermal conductive sheet interposed, and the mold resin 5 This is a method of arranging the metal substrate by holding the shape of the metal substrate. In addition, (ii) a high thermal conductive adhesive is used instead of the high thermal conductive sheet, as shown in FIG.
A structure in which the high thermal conductive insulating layer 12 on the aluminum substrate 11 and the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 shown in FIG. In addition, (iii) it is also possible to use an insulating high heat conductive sheet or a high heat conductive adhesive to contact or bond only the aluminum substrate 11 of FIG. 1 to the second main surface of the power chip mounting portion. In some cases, there is also an advantage that the high thermal conductive insulating layer may be unnecessary. Of course, in any of such modified examples (i) to (iii),
It goes without saying that the same action and effect as those obtained in the first embodiment can be obtained.

【0048】(変形例2)実施の形態1は、図2に示す
ように、n個のパワーチップ搭載部6iがリードフレー
ム21の一方の側に整列して形成されているケースであ
る。しかし、配線パターンの設計上、パワーチップ搭載
部6iをリードフレーム21の所望の位置に集約できな
い場合が生じうる。このような場合であっても、任意の
パワーチップ搭載部と他のパワーチップ搭載部との間に
任意のロジックチップ搭載部を介在させずに、パワーチ
ップ搭載部と他のパワーチップ搭載部とが隣接するよう
に、配線パターンを設計し、隣り合った両パワーチップ
搭載部の第2主面上に共通の1個の高熱伝導金属基板
(例えば、図1の高熱伝導金属基板10に相当する構造
から成るもの)を共通の高熱伝導層又はそれぞれ別個の
高熱伝導層(例えば、はんだ)を介在させて配設すれ
ば、高熱伝導基板の数をパワーチップ搭載部の総数分、
即ちn個よりも少なくすることが可能となり、様々な配
線パターンに応じて臨機応変に、パワーモジュールのよ
り一層の小型化・低コスト化を図ることができる。
(Modification 2) The first embodiment is a case in which n power chip mounting portions 6 i are formed in alignment with one side of the lead frame 21, as shown in FIG. However, due to the design of the wiring pattern, there may be a case where the power chip mounting portion 6 i cannot be integrated at a desired position on the lead frame 21. Even in such a case, the power chip mounting section and the other power chip mounting section can be connected to each other without interposing the arbitrary logic chip mounting section between the arbitrary power chip mounting section and the other power chip mounting section. Wiring patterns are designed to be adjacent to each other, and one common high thermal conductive metal substrate (for example, corresponds to the high thermal conductive metal substrate 10 of FIG. 1) on the second main surface of the adjacent power chip mounting portions. Structure) is disposed with a common high thermal conductive layer or separate high thermal conductive layers (for example, solder) interposed, the number of high thermal conductive substrates is equal to the total number of power chip mounting parts.
That is, the number can be reduced to less than n, and the power module can be further downsized and the cost can be flexibly changed according to various wiring patterns.

【0049】(変形例3)実施の形態1、変形例1及び
変形例2では、図1に示すように、高熱伝導金属基板を
構成するアルミニウム板11の他の表面が、モールドパ
ッケージ表面から露出する構造であるが、発熱量の比較
的小さいパワーチップ1を搭載する場合には、アルミニ
ウム板11の他の表面が露出しないように、モールド樹
脂5で金属基板10全体を被覆してしまう構造としても
良い。この場合には、パワ−チップの発熱によるパッケ
ージクラックを有効に防止できる効果がある。
(Modification 3) In Embodiment 1, Modification 1 and Modification 2, as shown in FIG. 1, the other surface of the aluminum plate 11 constituting the high thermal conductive metal substrate is exposed from the surface of the mold package. However, when the power chip 1 having a relatively small heat generation amount is mounted, the mold resin 5 covers the entire metal substrate 10 so that the other surface of the aluminum plate 11 is not exposed. Is also good. In this case, there is an effect that package cracking due to heat generation of the power chip can be effectively prevented.

【0050】実施の形態1及び変形例1〜3によれば、
本発明に係るパワーモジュールは、上述の効果に加え
て、以下のような特有の効果を奏する。
According to the first embodiment and the first to third modifications,
The power module according to the present invention has the following unique effects in addition to the above effects.

【0051】まず、配線パターンはプレス打ち抜きされ
たリードフレーム21として形成されるため、配線パタ
ーンの厚さ及び密度を任意に設定でき、このことは、配
線の電気抵抗及び熱抵抗を任意に設定できることを意味
する。
First, since the wiring pattern is formed as the lead frame 21 which is stamped and punched, the thickness and density of the wiring pattern can be set arbitrarily, which means that the electric resistance and thermal resistance of the wiring can be set arbitrarily. Means

【0052】この配線パターンの設計の自由度が大きい
ことは、電流容量等の規格の異なる様々なパワーモジュ
ールの製造に際して、配線パターンの厚さ及び密度を適
切に設計することによって、製造工程や配線構造ないし
はパワーモジュールの構造自体を変更することなく、各
規格に応じてリードフレーム材料の厚さのみを変更する
だけで、柔軟に対応できるという効果を奏するのであ
る。
The large degree of freedom in the design of the wiring pattern means that the thickness and density of the wiring pattern are appropriately designed when manufacturing various power modules having different standards such as current capacity. It is possible to flexibly cope with the situation by changing only the thickness of the lead frame material according to each standard without changing the structure or the structure of the power module itself.

【0053】さらに、発熱量がより大きいパワートラン
ジスタチップが搭載される場合においても、配線パター
ンの厚みを増すことで、配線側の熱抵抗を低減できるの
で、高熱伝導金属基板の接触面ないしは接合面の面積を
変更しなくても、パワーモジュールの十分な放熱特性が
実現されるのである。これにより、所定面積の高熱伝導
金属基板及び製造工程の汎用性が高められるのである。
Further, even in the case where a power transistor chip that generates a large amount of heat is mounted, the thermal resistance on the wiring side can be reduced by increasing the thickness of the wiring pattern. Even if the area of the power module is not changed, sufficient heat dissipation characteristics of the power module can be realized. As a result, the versatility of the high thermal conductive metal substrate having a predetermined area and the manufacturing process is improved.

【0054】このようにして、多種の規格のパワーモジ
ュールの製造に対して、製造コストの削減という観点か
らも、更に一層の低コスト化の要求に応えうるパワーモ
ジュールを実現できるという効果が得られるのである。
In this way, it is possible to realize a power module which can meet the demand for further cost reduction from the viewpoint of manufacturing cost reduction in manufacturing power modules of various standards. Of.

【0055】以上の実施の形態1とその変形例1〜3に
係る技術的思想の説明を整理するならば、次の関係とし
て認識しうる。すなわち、高熱伝導金属基板とは、ア
ルミニウム等の金属板、または、金属板の一方の主面
上に、熱伝導性の良いシリカ粒子等の絶縁物をエポキシ
樹脂等に混入させた高熱伝導絶縁層が形成された構造の
基板、更に、金属基板の一方の主面上に形成された高
熱伝導絶縁層の表面上に銅箔が形成された3層積層構造
を有する基板を総称する。
When the description of the technical idea according to the first embodiment and the first to third modifications thereof is summarized, it can be recognized as the following relationship. That is, the high heat conductive metal substrate is a metal plate such as aluminum, or a high heat conductive insulating layer in which an insulating material such as silica particles having good heat conductivity is mixed with epoxy resin or the like on one main surface of the metal plate. And a substrate having a three-layer laminated structure in which a copper foil is formed on the surface of a high thermal conductive insulating layer formed on one main surface of a metal substrate.

【0056】さらに、高熱伝導金属基板の配設とは、
(i)絶縁性の高熱伝導シートを介して、上記の高熱
伝導金属基板とパワ−チップ搭載部の第2主面とが接触
している形態、(ii)高熱伝導シート(この場合、絶
縁性に限らない)を介して、上記の高熱伝導金属基板
とパワ−チップ搭載部の第2主面とが接触している形
態、そして、(iii)絶縁性の高熱伝導接着剤によっ
て、上記の高熱伝導金属基板とパワ−チップ搭載部の
第2主面とが接着している形態、(iv)高熱伝導接着
剤(この場合、絶縁性に限らない)によって、上記の
高熱伝導金属基板とパワ−チップ搭載部の第2主面とが
接着している形態、更には、(v)上記の高熱伝導金
属基板がはんだを介して、パワ−チップ搭載部の第2主
面上に接合している形態を総称するものとする。
Furthermore, the arrangement of the high thermal conductive metal substrate means
(I) A form in which the high heat conductive metal substrate and the second main surface of the power chip mounting portion are in contact with each other via an insulating high heat conductive sheet, (ii) high heat conductive sheet (in this case, insulating property) (Not limited to the above), the high heat conductive metal substrate and the second main surface of the power chip mounting portion are in contact with each other, and (iii) the high heat conductive adhesive has an insulating property. The conductive metal substrate and the second main surface of the power chip mounting portion are bonded to each other, and (iv) the high heat conductive adhesive (in this case, not limited to the insulating property), the high heat conductive metal substrate and the power. A mode in which the second main surface of the chip mounting portion is bonded, and further, (v) the high thermal conductive metal substrate is bonded to the second main surface of the power chip mounting portion via solder. The forms are collectively referred to.

【0057】加えて、上記(i)における絶縁性の高熱
伝導シートと、上記(ii)における高熱伝導シート
と、上記(iii)における絶縁性の高熱伝導接着剤
と、(iv)における高熱伝導接着剤と、上記(v)に
おけるはんだとを総称して、高熱伝導層と呼ぶ。
In addition, the insulating high thermal conductive sheet in (i) above, the high thermal conductive sheet in (ii) above, the insulating high thermal conductive adhesive in (iii) above, and the high thermal conductive adhesive in (iv) above. The agent and the solder in the above (v) are collectively referred to as a high thermal conductive layer.

【0058】(実施の形態2)本実施の形態2に係るト
ランスファーモールド型パワーモジュールの基本的な構
造は、上述の実施の形態1又はその変形例1乃至3に係
るモジュールの構造と同様であるが、本モジュールは、
発熱容量が比較的に小さいパワーチップを搭載する場合
に好適な放熱構造、特に放熱板として機能する高熱伝導
金属基板の構造に特徴がある。このため、以下の説明で
は、この高熱伝導金属基板の構造を中心に説明をする。
(Embodiment 2) The basic structure of the transfer mold type power module according to Embodiment 2 is the same as the structure of the module according to Embodiment 1 or Modifications 1 to 3 thereof. However, this module
It is characterized by a heat dissipation structure suitable for mounting a power chip having a relatively small heat generation capacity, particularly a structure of a high thermal conductive metal substrate functioning as a heat dissipation plate. Therefore, in the following description, the structure of the high thermal conductive metal substrate will be mainly described.

【0059】図6は、本モジュール51の構造を図1と
同様に模式的に描いた縦断面図であり、上述の実施の形
態1又はその変形例1乃至3に係るモジュールと同様の
構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
また、後述の図7及び図8についても同様である。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing the structure of the module 51 in the same manner as in FIG. 1, and the same components as those of the module according to the first embodiment or the modifications 1 to 3 thereof. Are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
The same applies to FIGS. 7 and 8 described later.

【0060】図6に示すように、本モジュール51の特
徴である高熱伝導金属基板101は、金属板、例えば厚
さ3mmのアルミニウム板(アルミニウムヒートシン
ク)111の全表面上に、別途の工程でトランスファー
モールド封止法を用いて、例えば絶縁性高熱伝導材料で
あるシリカフィラーを混入した、例えばエポキシより成
る樹脂層(厚さは例えば0.3mm)で被覆することに
より形成される。以下、当該樹脂層を、「高熱伝導エポ
キシ樹脂層121」と呼ぶ。なお、本高熱伝導金属基板
103ないしはアルミニウム板111の面積に関して
は、上述の実施の形態1又はその変形例1乃至3に係る
高熱伝導金属基板と同様である。
As shown in FIG. 6, the high thermal conductive metal substrate 101, which is a feature of the module 51, is transferred on a whole surface of a metal plate, for example, an aluminum plate (aluminum heat sink) 111 having a thickness of 3 mm in a separate process. It is formed by using a mold sealing method, for example, by coating with a resin layer (thickness is, for example, 0.3 mm) made of, for example, epoxy mixed with silica filler, which is an insulating high thermal conductive material. Hereinafter, the resin layer will be referred to as a "high thermal conductive epoxy resin layer 121". The area of the high thermal conductive metal substrate 103 or the aluminum plate 111 is the same as that of the high thermal conductive metal substrate according to the first embodiment or the modified examples 1 to 3 described above.

【0061】そして、上述の高熱伝導金属基板101の
一方の主面と、その第1主面上にパワーチップ1、ロジ
ックチップ4等のモジュールの構成に必要な部品が搭載
され、所定の配線がなされたリードフレーム21のパワ
ーチップ搭載部6の第2主面21S2とが接触した状態
で金型に装着し、半導体封止用モールド樹脂5によって
トランスファーモールド封止することにより、本モジュ
ール51が完成する。この際に、当該一方の主面の反対
側の高熱伝導金属基板101の主面(以下「他方の主
面」と呼ぶ)はモールドパッケージの外部に露出する形
態として封止されている。
Then, on the one main surface of the above-mentioned high thermal conductive metal substrate 101, and on the first main surface, components necessary for the configuration of the module such as the power chip 1 and the logic chip 4 are mounted, and predetermined wiring is provided. This module 51 is completed by mounting the lead frame 21 in a mold with the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 in contact therewith, and transfer-mold sealing with the semiconductor sealing mold resin 5. To do. At this time, the main surface of the high thermal conductive metal substrate 101 opposite to the one main surface (hereinafter referred to as “the other main surface”) is sealed so as to be exposed to the outside of the mold package.

【0062】上述のように、高熱伝導エポキシ樹脂層1
21はシリカフィラーを含むので、良好な放熱特性を得
ることができる。なお、シリカフィラーの代わりにセラ
ミックフィラーを用いても同様の効果を得ることができ
る。
As described above, the high thermal conductive epoxy resin layer 1
Since 21 contains a silica filler, good heat dissipation characteristics can be obtained. The same effect can be obtained by using a ceramic filler instead of the silica filler.

【0063】更に、高熱伝導エポキシ樹脂層121は簡
単且つ低コストなトランスファーモールド法を用いて形
成されるので、高い生産性で高熱伝導金属基板101を
製造することができる。
Further, since the high heat conductive epoxy resin layer 121 is formed by using the transfer molding method which is simple and low in cost, the high heat conductive metal substrate 101 can be manufactured with high productivity.

【0064】加えて、高熱伝導金属基板101によれ
ば、樹脂の種類又はシリカ等のフィラーの含有量を変更
するだけで様々な放熱特性を実現できるため、同基板1
01の製造に際して成形金型の交換の必要性は全く無
い。従って、上記の高熱伝導金属基板101の製造方法
によれば、発熱量の異なる多種の規格のパワーモジュー
ルに対しても柔軟に対応できるという効果を奏する。
In addition, according to the high thermal conductive metal substrate 101, various heat dissipation characteristics can be realized only by changing the kind of resin or the content of filler such as silica.
There is no need to replace the molding die when manufacturing 01. Therefore, according to the method for manufacturing the high thermal conductive metal substrate 101 described above, it is possible to flexibly deal with power modules of various standards having different heat generation amounts.

【0065】また、高熱伝導金属基板101の一方の主
面側の高熱伝導エポキシ樹脂層121は、リードフレー
ム21とアルミニウム板111との間を絶縁する機能を
有しているが、高熱伝導金属基板101の放熱特性を考
えた場合には、高熱伝導金属基板101の他方の主面側
では、アルミニウム板111の表面をモールドパッケー
ジの外部に露出させた方が有利な場合もある。
The high heat conductive epoxy resin layer 121 on one main surface side of the high heat conductive metal substrate 101 has a function of insulating the lead frame 21 and the aluminum plate 111 from each other. In consideration of the heat dissipation characteristics of 101, it may be advantageous to expose the surface of the aluminum plate 111 to the outside of the mold package on the other main surface side of the high thermal conductive metal substrate 101.

【0066】そこで、かかる場合には、高熱伝導金属基
板101の代わりに、図7に示すモジュール52のよう
に、高熱伝導金属基板101の他方の主面上に高熱伝導
エポキシ樹脂層121を有さない形態の高熱伝導金属基
板102を用いれば、露出部133を介した放熱によっ
て、パワーモジュールの放熱性を更に高めることができ
る。
Therefore, in such a case, instead of the high thermal conductive metal substrate 101, the high thermal conductive epoxy resin layer 121 is provided on the other main surface of the high thermal conductive metal substrate 101 as in the module 52 shown in FIG. If the high thermal conductive metal substrate 102 having no form is used, the heat dissipation through the exposed portion 133 can further improve the heat dissipation of the power module.

【0067】(実施の形態2の変形例1)図8に示す本
変形例1に係るモジュール53は、上述のモジュール5
1,52における高熱伝導金属基板101,102の高
熱伝導エポキシ樹脂層121の代わりに、安価な製造方
法で形成されたセラミック層123を備える高熱伝導金
属基板103を有する点に特徴がある。
(Modification 1 of Embodiment 2) The module 53 according to the modification 1 shown in FIG.
Instead of the high heat conductive epoxy resin layer 121 of the high heat conductive metal substrates 101 and 102 in 1, 52, the high heat conductive metal substrate 103 having the ceramic layer 123 formed by an inexpensive manufacturing method is characterized.

【0068】図8に示すように、高熱伝導金属基板10
3は、アルミニウム板(アルミニウムヒートシンク)1
11の全表面上に例えばアルミナより成るセラミック層
123(厚さは例えば0.1mm)が形成されている。
このアルミナセラミック層123は、別途の工程におい
て、アルミニウム板111の全表面に対してアークプラ
ズマを熱源とするプラズマ溶射法により形成される。
As shown in FIG. 8, the high thermal conductive metal substrate 10 is used.
3 is an aluminum plate (aluminum heat sink) 1
A ceramic layer 123 (having a thickness of 0.1 mm, for example) made of alumina, for example, is formed on the entire surface of 11.
This alumina ceramic layer 123 is formed in a separate step by plasma spraying method using arc plasma as a heat source on the entire surface of the aluminum plate 111.

【0069】また、モジュール51,52(それぞれ図
6,7参照)と同様に、高熱伝導金属基板103の一方
の主面と、リードフレーム21のパワーチップ搭載部6
の第2主面21S2とが接触して配設されており、ま
た、上記の一方の主面の反対側の主面(以下「他方の主
面」と呼ぶ)はモールドパッケージの外部に露出する形
態として封止されている。また、上述の高熱伝導金属基
板102のように、本高熱伝導金属基板103の他方の
主面上にアルミナセラミック層123を有さない形態の
高熱伝導金属基板を用いても良い。
Further, like the modules 51 and 52 (see FIGS. 6 and 7, respectively), one main surface of the high thermal conductive metal substrate 103 and the power chip mounting portion 6 of the lead frame 21.
Is disposed in contact with the second main surface 21S2, and the main surface opposite to the one main surface (hereinafter referred to as "the other main surface") is exposed to the outside of the mold package. It is sealed as a form. Moreover, like the above-mentioned high thermal conductive metal substrate 102, a high thermal conductive metal substrate having no alumina ceramic layer 123 on the other main surface of the high thermal conductive metal substrate 103 may be used.

【0070】上記のプラズマ溶射法によるアルミナセラ
ミック層123の形成工程は大がかりな設備を必要とせ
ず、しかも大気中で同工程を行うことができるので、当
該形成工程自体は低コストな工程であると言える。更
に、当該製造方法によれば、密着力が高く、緻密なアル
ミナセラミック層123を形成することができるので、
良好な熱伝導性を有する高熱伝導層を得ることができ、
従って、高い放熱特性を発揮することができる。
The process of forming the alumina ceramic layer 123 by the plasma spraying method described above does not require large-scale equipment and can be performed in the atmosphere, and therefore the process itself is a low cost process. I can say. Further, according to the manufacturing method, since it is possible to form the dense alumina ceramic layer 123 having high adhesion,
It is possible to obtain a high thermal conductive layer having good thermal conductivity,
Therefore, high heat dissipation characteristics can be exhibited.

【0071】なお、高い熱伝導特性が要求されない場合
には、上記のアルミナセラミック層123としてセラミ
ック薄板を用いてリードフレーム21とアルミニウム板
111との間に介在させる形態として、アルミニウム板
111の一方の主面側(高熱伝導金属基板103の一方
の主面に対応する側の主面)に接着した高熱伝導金属基
板を使用しても良い。
If a high heat conduction characteristic is not required, a ceramic thin plate is used as the alumina ceramic layer 123 and is interposed between the lead frame 21 and the aluminum plate 111. A high thermal conductive metal substrate bonded to the main surface side (a main surface on the side corresponding to one main surface of the high thermal conductive metal substrate 103) may be used.

【0072】以上のように、本実施の形態2に係る上述
の高熱伝導金属基板101,102,103は、アルミ
ニウム板(ヒートシンク)111の表面を絶縁性高熱伝
導材料である高熱伝導エポキシ樹脂層121又はアルミ
ナセラミック層123によって被覆する構造であるた
め、当該材料の使用量は少なくて済む。即ち、従来の金
属基板では高価なセラミックの板材が必要であったが、
本実施の形態2の高熱伝導金属基板101,102,1
03では、安価なアルミニウム板の全表面上ないしは少
なくとも上記の一方の主面上に、少量の絶縁性高熱伝導
材料を用いて安価な製造方法により高熱伝導層を形成し
ているため、高価な高熱伝導材料の使用量を削減でき
る、あるいは、全く使用しないようにすることも可能と
なる。従って、高熱伝導金属基板101,102,10
3は、従来の金属基板と比較して、高熱伝導金属基板の
材料コストを削減することができるため、パワーモジュ
ールの低コスト化に寄与しうる放熱板と言える。
As described above, in the above-mentioned high heat conductive metal substrates 101, 102, 103 according to the second embodiment, the surface of the aluminum plate (heat sink) 111 is made of a high heat conductive epoxy resin layer 121 made of an insulating high heat conductive material. Alternatively, since the structure is covered with the alumina ceramic layer 123, the amount of the material used can be small. That is, the conventional metal substrate required an expensive ceramic plate material,
Highly thermally conductive metal substrates 101, 102, 1 according to the second embodiment
In No. 03, since the high thermal conductive layer is formed on the entire surface of the inexpensive aluminum plate or at least on one of the main surfaces by a low-cost manufacturing method using a small amount of the insulating high thermal conductive material, the expensive high thermal It is possible to reduce the amount of conductive material used, or not to use it at all. Therefore, the high thermal conductive metal substrates 101, 102, 10
Since 3 can reduce the material cost of the high heat conductive metal substrate as compared with the conventional metal substrate, it can be said that it is a heat dissipation plate that can contribute to the cost reduction of the power module.

【0073】更に、高熱伝導金属基板101,102,
103をパワーチップ搭載部6の第2主面21S2上に
のみ配設するので、それ以外の高い放熱特性を必要とし
ない部分にはモールド樹脂5のような低熱伝導材料を使
用することができる。従って、モジュール全体の材料コ
ストをも大幅に削減することもでき、パワーモジュール
の低コスト化を推進できる。
Further, the high thermal conductive metal substrates 101, 102,
Since 103 is provided only on the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6, a low heat conductive material such as the mold resin 5 can be used in other portions that do not require high heat dissipation characteristics. Therefore, the material cost of the entire module can be significantly reduced, and the cost of the power module can be reduced.

【0074】また、高熱伝導金属基板101,102,
103によれば、パワーモジュールないしはパワーチッ
プの発熱容量に適した絶縁性高熱伝導材料を適切に選定
することにより、モジュール及び高熱伝導金属基板の形
状及び構造を変更すること無く、広範囲のパワーモジュ
ールに適用できるため、かかる観点からもパワーモジュ
ールの低コスト化が可能である。
Further, the high thermal conductive metal substrates 101, 102,
According to 103, by appropriately selecting an insulating high heat conductive material suitable for the heat generation capacity of the power module or power chip, a wide range of power modules can be obtained without changing the shape and structure of the module and the high heat conductive metal substrate. Since it can be applied, the cost of the power module can be reduced from this point of view.

【0075】さて、上述のモジュール51,52,53
では、高熱伝導金属基板101,102,103の他方
の主面がモールドパッケージの外部に露出する形態とし
ているが、本実施の形態2及びその変形例1のように発
熱量が小さいパワーチップ1を搭載する場合には、上述
の実施の形態1の変形例3に係るモジュールと同様に、
モールド樹脂5で高熱伝導金属基板101,102,1
03の全体を被覆してしまう構造としても良い。この場
合には、パワーチップ1の発熱によるパッケージクラッ
クを有効に防止できるという効果がある。
Now, the above-mentioned modules 51, 52, 53
In the above, the other main surface of the high thermal conductive metal substrates 101, 102, 103 is exposed to the outside of the mold package. However, the power chip 1 having a small heat generation amount as in the second embodiment and its modification 1 is used. When the module is mounted, like the module according to the third modification of the first embodiment described above,
High heat conductive metal substrates 101, 102, 1 with molding resin 5
It is good also as a structure which covers the whole 03. In this case, there is an effect that package cracks due to heat generation of the power chip 1 can be effectively prevented.

【0076】なお、本パワーモジュール51,52,5
3は、高熱伝導金属基板101,102,103の表面
状態に起因して比較的に発熱量の小さいパワーチップを
搭載する場合に好適な構造の具体例として説明をした
が、本高熱伝導金属基板101,102,103を実施
の形態1又はその変形例1に係る高熱伝導層を介して配
設すれば、比較的に大きな発熱量のパワーモジュールに
対しても適用できることは言うまでもない。
The power modules 51, 52, 5
3 has been described as a specific example of a structure suitable for mounting a power chip having a relatively small amount of heat generation due to the surface state of the high thermal conductive metal substrates 101, 102, 103. It goes without saying that if 101, 102, and 103 are arranged via the high thermal conductive layer according to the first embodiment or the first modified example thereof, it can be applied to a power module having a relatively large heat generation amount.

【0077】また、実施の形態1の変形例1に係るパワ
ーモジュールにおいても、発熱量の比較的に小さいパワ
ーチップ1を搭載する場合には、実施の形態1の変形例
1に係る高熱伝導シート等を介することなく、実施の形
態1の変形例1に係る高熱伝導金属基板をパワーチップ
搭載部6の第2主面21S2上に配設しても良い。
Further, also in the power module according to the first modification of the first embodiment, when the power chip 1 having a relatively small heat generation amount is mounted, the high thermal conductive sheet according to the first modification of the first embodiment. The high thermal conductive metal substrate according to the first modification of the first embodiment may be arranged on the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 without interposing the above or the like.

【0078】更に、本パワーモジュール51,52,5
3では、実施の形態1及びその変形例2と同様にリード
フレーム21に起因する、パワーモジュールの更なる小
型化・低コスト化という効果をも得られることは言うま
でもない。
Further, the power modules 51, 52, 5
It goes without saying that the third embodiment can also obtain the effect of further downsizing and cost reduction of the power module due to the lead frame 21 as in the first embodiment and the second modification thereof.

【0079】以上の実施の形態2とその変形例1とにお
いて明らかとなった本発明の特徴部分については、これ
を次のように二面的に捉えることができる。
The characteristic part of the present invention clarified in the above-described second embodiment and its first modification can be grasped bilaterally as follows.

【0080】(a)まず、高熱伝導金属基板101,1
02,103を少なくとも一方の主面上方向に高熱伝導
エポキシ樹脂層121又はアルミナセラミック層123
等の絶縁性高熱伝導層を備える金属板(アルミニウム板
111)から成る一体の構造として捉えるときには、当
該高熱伝導金属基板101,102,103は、ロジッ
クチップ搭載部7を除く配線パターンの第2主面21S
2上方向に配置可能な形状を有しており、且つ、パワー
チップ搭載部6の第2主面21S2上に「直接に接触」
していると言える。
(A) First, the high thermal conductive metal substrates 101, 1
02 and 103 are provided on at least one of the main surfaces in the upward direction so as to have a high thermal conductive epoxy resin layer 121 or an alumina ceramic layer 123.
When considered as an integrated structure made of a metal plate (aluminum plate 111) having an insulating high heat conductive layer, the high heat conductive metal substrates 101, 102 and 103 are the second main parts of the wiring pattern excluding the logic chip mounting portion 7. Surface 21S
2 has a shape that can be arranged in the upper direction, and "directly contacts" the second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6
Can be said to be doing.

【0081】従って、既述の実施の形態1とその変形例
1乃至3に係る「高熱伝導金属基板」の概念に少なく
とも一方の主面上方向に絶縁性高熱伝導層を備える金属
板を更に加えるならば、同様に、「高熱伝導金属基板の
配設」に上記の高熱伝導金属基板とパワーチップ搭載
部の第2主面とが「直接に接触」している形態をも含め
ることができる。
Therefore, a metal plate having an insulating high thermal conductive layer on at least one main surface is further added to the concept of the “high thermal conductive metal substrate” according to the first embodiment and the modifications 1 to 3 thereof. Then, similarly, the "arrangement of the high thermal conductive metal substrate" may include a mode in which the high thermal conductive metal substrate and the second main surface of the power chip mounting portion are in "direct contact".

【0082】逆に、既述の実施の形態1とその変形例1
乃至3に係る「高熱伝導層」及び金属板とを一体的な構
造としての「高熱伝導金属基板」と捉えるときには、当
該高熱伝導金属基板は、ロジックチップ搭載部を除く配
線パターンの第2主面上方向に配置可能な形状を有して
おり、且つ、パワーチップ搭載部6の第2主面21S2
上に「直接に接触」していると表現することも可能であ
る。
On the contrary, the above-described first embodiment and its modification 1
When the “high heat conductive layer” and the metal plate according to 3 to 3 are regarded as a “high heat conductive metal substrate” as an integrated structure, the high heat conductive metal substrate is the second main surface of the wiring pattern excluding the logic chip mounting portion. The second main surface 21S2 of the power chip mounting portion 6 has a shape that can be arranged in the upward direction.
It is also possible to describe the above as being in "direct contact".

【0083】(b)他方、高熱伝導金属基板101,1
02,103に関して、アルミニウム板111の少なく
とも一方の主面上方向に形成された高熱伝導エポキシ樹
脂層121又はアルミナセラミック層123等の絶縁性
高熱伝導層を、既述の実施の形態1とその変形例1乃至
3に係る「高熱伝導層」の一形態であるとして新たに加
えるときには、実施の形態2とその変形例1に係るパワ
ーモジュールにおいて、アルミニウム板等の金属板を新
たに「高熱伝導金属基板」と呼び、当該高熱伝導金属基
板が、高熱伝導層を介して、パワーチップ搭載部の第2
主面とが接触している形態を既述の実施の形態1とその
変形例1乃至3に係る「高熱伝導金属基板の配設」の一
形態として捉えることができる。
(B) On the other hand, high thermal conductive metal substrates 101, 1
Regarding Nos. 02 and 103, the insulating high thermal conductive layer such as the high thermal conductive epoxy resin layer 121 or the alumina ceramic layer 123 formed on at least one main surface of the aluminum plate 111 is formed according to the above-described first embodiment and its modification. When newly added as one form of the “high thermal conductivity layer” according to Examples 1 to 3, in the power module according to the second embodiment and its modification 1, a metal plate such as an aluminum plate is newly added as the “high thermal conductivity metal”. The high thermal conductive metal substrate is referred to as a “substrate”, and the high thermal conductive metal substrate is connected to the second substrate of the power chip mounting portion via the high thermal conductive layer.
The form in which the main surface is in contact can be regarded as one form of the “arrangement of the high thermal conductive metal substrate” according to the above-described Embodiment 1 and Modifications 1 to 3 thereof.

【0084】[0084]

【発明の効果】(1) 請求項1に係る発明によれば、
リードフレームが所定の電気回路の配線パターンを伴う
態様でプレス打ち抜きされるため、従来の銅箔配線の場
合と比較して、大電流を流すための配線パターンを容易
に形成することができるので、これにより製造工程の簡
略化を図ることが可能なパワーモジュール構造を提供で
きるという利点が生じる。
(1) According to the invention of claim 1,
Since the lead frame is press-punched in a mode involving a wiring pattern of a predetermined electric circuit, a wiring pattern for flowing a large current can be easily formed, as compared with the case of a conventional copper foil wiring. As a result, there is an advantage that a power module structure capable of simplifying the manufacturing process can be provided.

【0085】加えて、請求項1に係る発明によれば、リ
ードフレーム自体に、パワートランジスタチップ等を搭
載する領域が設けられた所定の電気回路の配線パターン
が形成されているので、従来の銅箔配線の場合と比較し
て十分に大きな断面積を有する配線を形成することがで
きる。これにより、大電流が流れる配線の電気抵抗及び
熱抵抗が大幅に低減されるため、配線パターンの高密度
化を促進させることが可能となり、パワーモジュールの
小型化をより一層促進させることが可能になる。
In addition, according to the first aspect of the invention, since the lead frame itself is provided with the wiring pattern of the predetermined electric circuit in which the region for mounting the power transistor chip and the like is formed, Wiring having a sufficiently large cross-sectional area can be formed as compared with the case of foil wiring. As a result, the electrical resistance and thermal resistance of the wiring through which a large current flows is significantly reduced, so that it is possible to promote the densification of the wiring pattern and further promote the miniaturization of the power module. Become.

【0086】しかも、請求項1に係る発明によれば、リ
ードフレーム材料の厚さを変えることにより配線パター
ンの厚さないし断面積を任意に設定できるため、配線の
電気抵抗及び熱抵抗を任意に設定できる。このことは、
個々のパワーモジュールに要求される電流容量等の規格
に応じて、配線パターンの厚さと密度を適切に設計する
ことを可能にし、これにより様々な規格のパワーモジュ
ールの小型化を促進することができるという効果をもた
らす。
Moreover, according to the first aspect of the present invention, the thickness or cross-sectional area of the wiring pattern can be arbitrarily set by changing the thickness of the lead frame material, so that the electrical resistance and thermal resistance of the wiring can be arbitrarily set. Can be set. This is
It is possible to properly design the thickness and density of the wiring pattern according to the standard such as the current capacity required for each power module, which can promote the miniaturization of power modules of various standards. Bring about the effect.

【0087】さらに、請求項1に係る発明によれば、リ
ードフレーム材料の厚さを変えることにより、配線パタ
ーンの厚さを、従って、配線の電気抵抗及び熱抵抗を任
意に設定できるという上述の作用効果は次の効果をも生
み出す。すなわち、上記の任意設計は、規格の異なる様
々なパワーモジュールの製造に際して、製造工程や配線
構造ないしはパワーモジュールの構造自体を変更する必
要性をもたらすことなく、各規格に応じてリードフレー
ム材料の厚さのみを変更するだけで、柔軟に対応できる
という効果を奏するのである。これにより、多種の規格
のパワーモジュールの製造に対して、製造工程及びパワ
ーモジュール構造の汎用性を確保できるので、製造コス
トの削減という要求を十分に満足しうるパワーモジュー
ルを実現できるという効果が得られる。
Further, according to the first aspect of the present invention, the thickness of the wiring pattern, and thus the electrical resistance and thermal resistance of the wiring can be arbitrarily set by changing the thickness of the lead frame material. The action effect also produces the following effect. That is, the above-mentioned arbitrary design does not require the manufacturing process, the wiring structure, or the structure of the power module itself to be changed when manufacturing various power modules with different standards, and the thickness of the lead frame material is changed according to each standard. The effect of being able to respond flexibly by changing only the height is achieved. As a result, the versatility of the manufacturing process and the power module structure can be ensured for the manufacture of power modules of various standards, and the effect that a power module that can sufficiently satisfy the demand for reduction in manufacturing cost can be achieved is obtained. To be

【0088】しかも、請求項1に係る発明によれば、上
記の配線の熱抵抗を任意に設計できることは、従来のパ
ワーモジュールと比較して、トランスファーモールド封
止材からの放熱量を軽減できるという効果をも生じる。
すなわち、低熱抵抗の配線の実現により配線自体の放熱
特性を向上させることができるため、トランスファーモ
ールド封止材を介しての放熱量を軽減できるのである。
Moreover, according to the first aspect of the invention, the fact that the thermal resistance of the wiring can be arbitrarily designed can reduce the heat radiation amount from the transfer mold encapsulant as compared with the conventional power module. It also has an effect.
That is, since the heat radiation characteristics of the wiring itself can be improved by realizing the wiring with low thermal resistance, the heat radiation amount through the transfer mold sealing material can be reduced.

【0089】更に、請求項1に係る発明によれば、複数
のパワーチップ搭載部、即ち、複数のパワーチップに対
して高熱伝導金属基板を各々配設しないので、複数の高
熱伝導金属基板を個々に配設する場合と比較して、
(i)高熱伝導金属基板の数が削減されるため高熱伝導
金属基板の材料コストを低減できると共に、(ii)金
属基板の配設工程数が削減されるため製造コストを低減
できる。かかる(i)及び(ii)の効果によりパワー
モジュールの低コスト化を促進することができる。
Further, according to the invention of claim 1, a plurality of
Power chip mounting part, that is, multiple power chips
Since multiple high heat conductive metal substrates are not installed,
Compared to the case where heat conductive metal substrates are individually arranged,
(I) High thermal conductivity High thermal conductivity because the number of metal substrates is reduced
The material cost of the metal substrate can be reduced, and (ii) gold
Manufacturing cost is reduced because the number of metal substrate installation steps is reduced
it can. Due to the effects of (i) and (ii), power is increased.
The cost reduction of the module can be promoted.

【0090】(2) 請求項2に係る発明によれば、放
熱板を配線パターンに対して全面的に設けたパワーモジ
ュールと比較して、高熱伝導金属基板の体積を縮小する
ことが可能なので、当該高熱伝導金属基板の低コスト化
をより促進するとともに、パワーモジュール自体の小型
化をも実現できるという効果をもたらす。
(2) According to the invention of claim 2,
A power module that has a heating plate over the wiring pattern.
Reduce the volume of high thermal conductive metal substrate compared to
It is possible to reduce the cost of the high thermal conductive metal substrate.
And the compactness of the power module itself
The effect that can be realized is also brought about.

【0091】[0091]

【0092】[0092]

【0093】[0093]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1に係る、パワーモジ
ュールを示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a power module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の実施の形態1に係る、リードフレ
ームを示す上面図である。
FIG. 2 is a top view showing a lead frame according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の実施の形態1に係る、パワーモジ
ュールを示す上面図である。
FIG. 3 is a top view showing the power module according to the first embodiment of the present invention.

【図4】 従来の技術における、パワーモジュールの製
造工程を示す縦断面図である。
FIG. 4 is a vertical sectional view showing a manufacturing process of a power module according to a conventional technique.

【図5】 他の従来技術における、パワーモジュールを
示す縦断面図である。
FIG. 5 is a vertical sectional view showing a power module according to another conventional technique.

【図6】 この発明の実施の形態2に係る、パワーモジ
ュールを示す縦断面図である。
FIG. 6 is a vertical sectional view showing a power module according to a second embodiment of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態2に係る、パワーモジ
ュールを示す縦断面図である。
FIG. 7 is a vertical sectional view showing a power module according to the second embodiment of the present invention.

【図8】 この発明の実施の形態2に係る、パワーモジ
ュールを示す縦断面図である。
FIG. 8 is a vertical sectional view showing a power module according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 パワートランジスタチップ、2 ロジックチップ、
3 太線アルミニウムワイヤ、4 細線アルミニウムワ
イヤ、5 モールド樹脂、6 パワートランジスタチッ
プ搭載部、7 ロジックチップ搭載部、10 高熱伝導
金属基板、11アルミニウム板、12 高熱伝導絶縁
層、13 銅箔、14 はんだ、21リードフレーム、
21S1 リードフレーム第1主面、21S2 リード
フレーム第2主面、51,52,53 パワーモジュー
ル、101,102,103高熱伝導金属基板、111
アルミニウム板、121 高熱伝導エポキシ樹脂層、
123 アルミナセラミック層。
1 power transistor chip, 2 logic chip,
3 thick aluminum wire, 4 thin aluminum wire, 5 mold resin, 6 power transistor chip mounting part, 7 logic chip mounting part, 10 high thermal conductive metal substrate, 11 aluminum plate, 12 high thermal conductive insulating layer, 13 copper foil, 14 solder, 21 lead frame,
21S1 Lead frame first main surface, 21S2 Lead frame second main surface, 51, 52, 53 Power module, 101, 102, 103 High thermal conductive metal substrate, 111
Aluminum plate, 121 high thermal conductive epoxy resin layer,
123 Alumina ceramic layer.

フロントページの続き (72)発明者 川藤 寿 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−153572(JP,A) 特開 平8−116012(JP,A) 実開 平5−15449(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 25/00 - 25/18 Front page continuation (72) Inventor Hisashi Kawafuji 2-3-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Co., Ltd. (56) Reference JP-A-9-153572 (JP, A) JP-A-8-116012 ( JP, A) Actual Kaihei 5-15449 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 25/00-25/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 トランスファーモールド封止型のパワー
モジュールにおいて、 第1主面と前記第1主面に対向する第2主面とを備え、
前記第1主面と前記第2主面間をプレス打ち抜きするこ
とによって、複数のパワーチップ搭載部とロジックチッ
プ搭載部とリード部とタイバー部とを含む、所定の電気
回路の配線パターンが形成されたリードフレームと、 前記配線パターンの前記複数のパワーチップ搭載部の前
記第1主面上に搭載された複数のパワートランジスタチ
ップと、 前記配線パターンの前記ロジックチップ搭載部の前記第
1主面上に搭載された、前記パワートランジスタチップ
を制御するロジックチップと、 前記複数のパワーチップ搭載部に対して配設された高熱
伝導金属基板と、を備え、 前記高熱伝導金属基板は、 各パワーチップ搭載部の前記第2主面上にこの順序で配
置された、はんだ及び銅箔と、 前記各パワーチップ搭載部上の銅箔及びはんだに対して
共通に配設されており、前記銅箔上にこの順序で配置さ
れた、高熱伝導絶縁層及び金属板と、を含む ことを特徴
とする、 パワーモジュール。
1. A transfer mold-sealed power module, comprising: a first main surface and a second main surface facing the first main surface;
By punching between the first main surface and the second main surface, a wiring pattern of a predetermined electric circuit including a plurality of power chip mounting portions, logic chip mounting portions, lead portions, and tie bar portions is formed. A lead frame, a plurality of power transistor chips mounted on the first main surface of the plurality of power chip mounting portions of the wiring pattern, and a first main surface of the logic chip mounting portion of the wiring pattern onboard, the logic chip that controls the power transistor chip, are disposed to the plurality of power chip mounting portion hyperthermia
And a conductive metal substrate, wherein the high thermal conductive metal substrate is arranged on the second main surface of each power chip mounting portion in this order.
Placed solder and copper foil, and the copper foil and solder on each power chip mounting part
Commonly arranged and arranged in this order on the copper foil.
And a high heat conductive insulating layer and a metal plate .
【請求項2】 請求項1記載のパワーモジュールにおい
て、前記高熱伝導層及び前記金属板は、前記複数のパワーチ
ップ搭載部に局所的に設けられている ことを特徴とす
る、 パワーモジュール。
2. The power module according to claim 1, wherein the high thermal conductive layer and the metal plate are the plurality of power chucks.
Power module, which is provided locally on the mounting part .
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