JP3413135B2 - 半導体モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体モジュール
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体モジュールには、例えば図
３に示すように製造されるものがあった。図３（ａ）に
示すように、金属基板２の表面に、パターン化された銅
回路を有する絶縁板４が貼り付けられる。この絶縁板４
上の銅回路上に半導体チップ６ａ、６ｂやその他のチッ
プ６ｃが半田付けされる。金属基板２、絶縁板４等とは
別個に合成樹脂によってケース８が形成される。金属基
板２の周縁部にシリコンゴム１０が塗布され、同図
（ｂ）に示すように、シリコンゴム１０上に樹脂ケース
８の開口１２の縁部を載せて、ケース８とシリコンゴム
１０と金属基板２とを加熱して、金属基板２にケース８
を接着する。なお、ケース８の側壁部８ａ内には半導体
チップ６ａ等に接続される端子１４が埋め込まれてい
る。ケース８内には、半導体チップ６ａ、６ｂ等を超え
る高さまでゲル状の封止材１６が充填され、半導体チッ
プ６ａ、６ｂ等が保護されている。封止材１６の上方に
は、プリント配線基板１８が配置され、その上には、半
導体チップ６ａ、６ｂを制御したり、保護したりするた
めの部品２０ａ乃至２０ｃが搭載されている。ケース８
の上部開口は、蓋２２によって閉じられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】シリコンゴム１０によ
って金属基板２とケース８とを接着した場合、シリコン
ゴム１０と金属基板２との間や、シリコンゴム１０とケ
ース８との間で、両者のなじみが悪く、隙間が生じるこ
とがある。そして、封止材１６を充填したとき、封止材
１６が上記の隙間から漏れ出ることがあった。この漏れ
出た封止材１６を除去しなければならず、時には漏れ出
た封止材１６の量が多く、半導体チップ６ａ、６ｂ等が
封止材１６によって封止されないこともある。

【０００４】上記の隙間が形成されないようにするため
には、独特のノウハウが必要となり、作業工程数が増加
する。

【０００５】本発明は、上記の隙間が形成されることを
防止し、工程数を減少させた半導体モジュールの製造方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体モジ
ュールの製造方法では、金属板の周縁部から外方に伸び
る底部形成用空間を設け、かつ、金属板上の絶縁体が内
部に位置する周壁形成用空間を前記底部形成用空間の外
方端部に連ねて設ける。これら空間は、例えばモールド
を配置することによって形成できる。両空間に熱硬化性
樹脂を充填してケースを形成する。このケースの形成に
よって、金属板とケースとの結合も同時に行われる。こ
のケース形成工程の前または後に、絶縁体上に半導体装
置が設けられる。半導体装置を埋め込むように、ケース
内部に封止材が充填される。

【００１１】この製造方法によれば、ケースの形成時に
同時に、ケースと金属板との結合も行われる。従って、
接着剤等の塗布工程を省略することができ、工程数を減
少させることができる。特に、熱硬化性樹脂を使用して
いるので、ケースと金属板との接着が非常に良好であ
り、しかも、接着剤等の中間介在物がケースと金属板と
の間に存在していないので、両者の間に隙間が形成され
ることがなく、ケース内部に封止材を充填しても、ケー
スから封止材が漏れ出ることがない。

【００１２】ケース形成時には、底部形成用空間及び周
壁形成用空間に、半導体装置に結合される端子を配置す
ることができる。この場合、ケースの形成及びケースと
金属板との結合時に、同時に端子のケースへの取付も行
うことができ、工程数を減少させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態の半導体モ
ジュールは、図２（ｂ）に示すように、金属板、例えば
金属基板３０を有している。この金属基板３０は、例え
ば鉄、銅またはアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属
製で、その形状は、例えば矩形に形成されている。この
金属基板３０は、相対向する２つの平行な面を有し、そ
の一方の面上に絶縁板３２が取り付けられている。この
絶縁板３２は、例えば金属基板３０よりも一回り小さい
矩形に、アルミナまたは窒化アルミ等の絶縁体によって
形成されている。この絶縁板３２には、予め定めた導電
パターン、例えば銅回路が形成されている。この銅回路
の所定の位置に、それぞれ半導体装置、例えばＩＧＢ
Ｔ、ＭＯＳＦＥＴまたはパワーバイポーラトランジスタ
等の電力用半導体チップ３４ａ、３４ｂ及び３４ｃが半
田付けされている。

【００１４】この金属基板３０は、電力用半導体チップ
３４ａ、３４ｂ及び３４ｃが内部に収容されるように、
ケース３６に取り付けられている。ケース３６は、例え
ば熱硬化性樹脂、具体的にはＡＶライト、エポキシ樹脂
またはＡＢＳ製である。このケース３６は、例えば矩形
の底壁部３６ａと、これら底壁部３６ａの各縁部から底
壁部３６ａに対してほぼ垂直に同一方向に伸延した周壁
部３６ｂを有している。底壁部３６ａには、金属基板３
０にほぼ対応する大きさの矩形の開口３８が形成されて
いる。この開口３８は、その下方側全域に段部４０を有
している。この段部４０は、金属基板３０の上面（電力
用半導体チップ３４ａ、３４ｂ及び３４ｃが取り付けら
れている面）の周縁部と、この周縁部に連なる金属基板
３０の周面の一部とに接触して、互いに結合されてい
る。この段部と金属基板３０との結合は、直接に行われ
ており、両者の間には、接着剤等の介在物は存在してい
ない。なお、金属基板３０の下面は、底壁部３６ａの下
面よりも下方に若干突出して位置している。このように
金属基板３０の下面が底壁部３６ａの下面よりも突出し
ていると、金属基板を半田付け等によって固定しやす
い。

【００１５】ケース３６の周壁部３６ｂのうち１つに
は、端子、例えばＬ字状の出力端子４２の一部、例えば
垂直部４２ａが埋め込まれ、出力端子４２の水平部４２
ｂが、ケース３６の底壁部３６ａの上面に露出してい
る。この出力端子４２の水平部の先端が、図示していな
いが、電力用半導体チップ３４ｂにワイヤーによって結
合されている。

【００１６】電力用半導体チップ３４ａ、３４ｂ等を埋
め込むように、ケース３６の内部には、封止材４４がケ
ース３４の底部から高さ方向の中途まで充填されてい
る。

【００１７】ケース３６内において、封止材４４の上面
よりも上方には、プリント基板４６が、ケース３６の底
壁部３６ａにほぼ平行に配置されている。このプリント
基板４６には、電力用半導体装置３４ａ、３４ｂ等を制
御したり、保護したりするための回路が構成されてい
る。符号４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅで示
すのは、このプリント基板４６上に配置された各部品で
ある。

【００１８】このケース３６の各周壁部３６ｂの上部に
は、開口が形成されており、この開口は、蓋体５０によ
って閉じられている。この蓋体５０も、例えば、上述し
たような熱硬化性樹脂によって製造されている。

【００１９】この半導体モジュールは、例えば次のよう
に製造される。先ず、図１（ａ）に示すように、金属基
板３０を準備する。同図（ｂ）に示すように、金属基板
３０の一方の面に絶縁板３２を形成する。

【００２０】同図（ｃ）に示すように、ケース３６を形
成すると同時に、金属基板３０とケース３６とを結合す
る。そのため、先ず、金属基板３０の上側面と下側面と
にモールドをそれぞれ配置する。このモールドの配置に
よって、ケース３６の底壁部３６ａに相当する、金属基
板３０の外方に伸びる底壁部形成空間と、周壁部３６ｂ
に相当する、底壁部形成空間の先端に底壁部形成空間と
ほぼ垂直に形成された周壁部形成空間とが、金属基板３
０の周囲に形成される。このとき、Ｌ字状出力端子４２
も、周壁部形成空間部と底壁部形成空間とに配置され
る。このモールド内に、上述した熱硬化性樹脂が注入さ
れ、空間部の隅々まで充填される。そして、モールドを
加熱することによって熱硬化性樹脂を硬化させる。この
とき、熱硬化性樹脂は、加熱時に接しているものと強固
に接着する性質を有しているので、金属基板の上面の周
縁部及びこれに連なる周壁面の一部と熱硬化性樹脂とが
強固に接着され、金属基板３２とケース３６とが一体と
なる。同時に、出力端子４２の垂直部４２ａも周壁部３
６ｂ内に埋め込まれ、かつ周壁部３６ｂを構成している
熱硬化性樹脂と強固に接着され、一体となる。

【００２１】同図（ｄ）に示すように、絶縁板３２の銅
回路の所定位置に、それぞれクリーム半田５２ａ乃至５
２ｃを塗布し、これら半田５２ａ乃至５２ｃ上に電力用
半導体チップ３４ａ、３４ｂ及びその他のチップ３４ｃ
を配置し、加熱炉を通して、チップ３４ａ、３４ｂ及び
３４ｃを銅回路の所定位置に半田付けする。

【００２２】図２（ａ）に示すように、ケース３６の内
部に封止材、例えばゲル状の封止材４４が充填される。
この充填は、ケース３６の底部３６ａからチップ３４
ａ、３４ｂ及び３４ｃを超える高さまで行われる。これ
によって、チップ３４ａ、３４ｂ及び３４ｃの保護が行
われる。

【００２３】その後、同図（ｂ）に示すように、ケース
３６内における封止材４４の上方に、プリント基板４６
が配置され、蓋体５０が周壁部３６ｂ上部の開口に取り
付けられる。

【００２４】このように半導体モジュールを製造してい
るので、特に、熱硬化性樹脂によってケース３６を形成
する際に、同時に金属基板３０とケース３６とを密着さ
せているので、金属基板３０とケース３６とが強固に結
合され、両者の間に隙間が形成されることがない。従っ
て、ゲル状の封止材４４をケース３６内に充填しても、
封止材４６が漏れ出ることはない。また、ケース３６と
金属基板３０とを接着剤によって接着する工程が不要で
あるので、工程数を減少させられる。しかも、出力端子
４２のケース３６への固定も同時に行えるので、益々工
程数を減少させられる。

【００２５】上記の実施の形態では、ケース３６と金属
基板３０とを結合した後に、チップ３４ａ、３４ｂ及び
３４ｃを絶縁板３２に半田付けしたが、チップ３４ａ、
３４ｂ及び３４ｃを絶縁板３２に半田付けした後に、金
属基板３０とケース３６とを結合してもよい。また、上
記の実施の形態では、チップ３４ａ、３４ｂ及び３４ｃ
の３つのチップを使用したが、その数は任意に変更する
ことができ、ただ１つのチップのみを設けることもでき
る。また、チップとしては、電力用半導体チップ３４
ａ、３４ｂを使用したが、電力用に限ったものではな
く、他の用途の半導体チップを使用することもできる。
また、上記の実施の形態では、半導体チップ３４ａ、３
４ｂ等の制御用及び保護用の回路が構成されたプリント
基板４６を設けたが、場合によっては、これを省略する
ことができる。また、上記の実施の形態では、出力用端
子４２をケース３６内に埋め込んだが、必ずしも埋め込
む必要はなく、例えば蓋体５０に設けることもできる。
上記の実施の形態では、金属基板３０上に形成した絶縁
板３２上にチップを設けたが、場合によっては、チップ
を直接に金属基板３０上に取り付けることもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明による半導体モジ
ュールの製造方法によれば、ケース内に充填した封止材
が漏れ出ることを防止した半導体モジュールを、少ない
工程数で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の半導体モジュールの製
造工程の一部を示す図である。

【図２】図１の半導体モジュールの製造工程の残りの部
分を示す図である。

【図３】従来の半導体モジュールの製造工程を示す図で
ある。

【符号の説明】

３０ 金属基板 ３４ａ、３４ｂ 半導体チップ（半導体装置） ３６ ケース ４４ 封止材

フロントページの続き (72)発明者 徳田 俊秀 大阪府大阪市東淀川区西淡路３丁目１番 56号 株式会社三社電機製作所内 (56)参考文献 特開 平11−260968（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−176992（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/28 H01L 25/07 H01L 25/18

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板の周縁部から外方に伸びる底部形
   成用空間を設け、かつ、前記金属板上の絶縁体が内部に
   位置する周壁形成用空間を前記底部形成用空間の外方端
   部に連ねて設け、前記両空間に熱硬化性樹脂を充填して
   ケースを形成する工程と、 このケース形成工程の前または後に、前記絶縁体上に半
   導体装置を設ける工程と、 前記半導体装置を埋め込むように、前記ケース内部に封
   止材を充填する工程とを、 具備する半導体モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体モジュールの製造
   方法において、 前記ケース形成工程では、前記底部形成用空間及び周壁
   形成用空間に、前記半導体装置に結合される端子が配置
   されている半導体モジュールの製造方法。