JP4062157B2 - Semiconductor module mounting structure - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュール実装構造に関し、特に、半導体チップ又は半導体モジュールを熱伝導性グリスを用いて密着部材に密着させる半導体モジュール実装構造の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップ又は半導体モジュール、特にパワー用途に用いられる場合その熱を伝導により放熱するために密着部材に密着されるかあるいははんだなどにより接合されるのが通常であり、密着手法を採用する場合、密着面は微細な凹凸をもつために良熱伝導性をもつグリスを塗って熱伝導性を改善するのが通常である。以下、この実装構造を、グリス塗布式半導体モジュール密着構造とも称するものとする。
【0003】
このグリス塗布式半導体モジュール密着構造は、半導体チップと金属板とを密着する場合、半導体チップと金属板とを一体化した半導体モジュールの上記金属板を外部の金属体に密着する場合の両方において採用可能であり、この密着を薄い樹脂フィルムを通じて行うことにより半導体チップ又は半導体モジュールの金属板と外部の金属体とを電気絶縁することもできる。グリスは電気伝導性をもっていてもよい。半導体チップの接合にグリスを用いる場合には、通常は半導体チップの基板側の主面に塗布される。半導体チップと半導体モジュールとの中間的な存在としてCSP(チップサイズパッケージ)構造の半導体モジュールも採用されることができる。半導体チップ又は半導体モジュールのグリス塗布される金属部材又は半導体基板は電極機能を有することもできる。半導体モジュールは内部に複数の半導体チップを持つことができ、半導体チップは単一のトランジスタを有していても集積回路を有していてもよい。半導体モジュールは、グリスを通じて放熱する放熱平面をもつのであれば、いわゆるセラミックパッケージ又は樹脂パッケージに収容されたモノリシックIC又はハイブリッドIC構造であってもよい。この種の半導体モジュールは、CPU、パワートランジスタ、高速のLSIなど極めて広い分野にて用いられている。密着部材としては、金属部材や樹脂フィルムとするのが好適である。熱伝導性グリスは電気伝導性をもつためにあるいは熱伝導性を向上するためにたとえば銀粉や銅粉などを混入してもよい。したがって、後述する本願発明もこれらのグリス塗布式半導体モジュール密着構造にすべて採用することができる。
【0004】
特許文献1は、本出願人の出願になるグリス塗布式半導体モジュール密着構造をもつインバータ装置を示す。
【0005】
【特許文献1】
特開平13−308263号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のグリス塗布式半導体モジュール密着構造は、次の問題をもっていた。すなわち、グリス塗布厚は熱伝導上、塗布面の微細な凹凸を埋め、かつ塗布される二面の反りなどを補償可能な範囲でできるだけ薄くする必要がある。
【0007】
グリス塗布式半導体モジュール密着構造の製造工程においては、半導体チップ又は半導体モジュール(以下、半導体モジュールは半導体チップを含む概念とする)の密着面と密着部材の密着面との一方又は両方に熱伝導性グリスを塗布し、両面を密着させて加圧して余分のグリスを追い出し、グリス厚をできるだけ薄くしている。
【0008】
しかしながら、過剰なグリスのうち特に密着面の中央部に存在する部分は、密着面の端縁まで押し出さねばならず、簡単ではなく、どうしても本来は押し出すことが可能な過剰グリスが残留して半導体モジュールの放熱性を低下させるという問題があった。最初から過剰グリスが生じないようにグリス塗布量を減らすと、もし凹凸や反りなどが大きい場合に良好な熱伝導性を確保することができない。逆に、グリス塗布厚さが大きすぎると、熱伝導性の悪化により気泡が発生する可能性があった。
【0009】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、グリス塗布不足及び塗布厚過剰を招くことなく、かつ、作業工程を複雑化することなく、半導体モジュールと密着部材とを密着させることができる半導体モジュール実装構造を提供することをその目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の半導体モジュール構造は、放熱用の平面である放熱平面が露出するとともに複数の半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、前記放熱平面に密着される受熱平面を有して前記放熱平面から前記受熱平面を通じて前記半導体モジュールから熱を吸収する板状又はブロック状又はフィルム状の密着部材と、前記両平面の間に介設されるグリスとを備える半導体モジュール実装構造において、前記半導体モジュールが、 前記放熱平面をなす露出表面を有するとともに前記複数の半導体素子が接続された電極板(3)を有し、前記放熱平面が、前記半導体素子に厚さ方向に重なる領域部以外の領域のみに位置し、かつ少なくとも前記複数の半導体素子の間に位置して、前記半導体モジュールの端縁に達するグリス押し出し溝を有することを特徴としている。
【0012】
この発明では、複数の半導体素子を接続するとともに露出面が放熱平面をなす電極板(3)が、各半導体素子に厚さ方向において重ならない領域(以下、素子外の伝熱領域ともいう)にのみ位置し、かつ少なくとも複数の半導体の間に位置して、素子外の伝熱領域の端縁に達する細溝のグリス押し出し溝をもつ。
これにより、放熱平面とこの放熱平面に接触する受熱平面とが接触する接触領域の中央部(半導体素子に厚さ方向に隣接する)にて過剰となったグリスをこの溝を通じて外部に良好に押し出すことができる。これにより、接触領域の中央部への過剰グリスの残留を懼れることなく十分なグリスを塗布することができ、その後、長時間又は強大な圧力を掛けることなく、速やかに過剰グリスを外部に押し出すことができ、優れた半導体モジュールの放熱性を得ることができる。また、グリス押し出し溝は、半導体素子を搭載している部分の外側に配置されるので、このグリス押し出し溝の存在による放熱平面から受熱平面への伝熱性能の低下を防止することができるとともに、半導体素子の周囲に半導体素子保護用の部材(たとえば樹脂部材)を必要量だけ配置することができる。
【0015】
第三発明の半導体モジュール実装構造は、放熱用の平面である放熱平面が露出するとともに複数の半導体素子を内蔵する半導体モジュールと、前記放熱平面に密着される受熱平面を有して前記放熱平面から前記受熱平面を通じて前記半導体モジュールから熱を吸収する板状又はブロック状又はフィルム状の密着部材と、前記両平面の間に介設されるグリスとを備える半導体モジュール実装構造において、
前記放熱平面と本質的に同一平面をなす樹脂平面を有して前記放熱平面を露出させつつ前記半導体モジュールを埋設する樹脂板部を有し、前記樹脂板部は、前記放熱平面の端縁に近接して前記樹脂平面又は前記樹脂平面に凹設されて少なくとも前記グリスを溜め、かつ、前記樹脂板部の端縁に達して余剰の前記グリスを逃がすグリス押し出し溝を有することを特徴としている。
【0018】
好適な態様において、前記グリス押し出し溝は、前記半導体素子の搭載部として前記半導体素子と前記電極板(3)との間に介設される金属板(17)に前記半導体素子の厚さ方向に重ならない位置にて前記半導体モジュールの端縁に達している。
【0020】
【発明を実施するための形態】
本発明の半導体モジュール実装構造の実施例について図面を参照して説明する。本発明の半導体モジュール実装構造は、複数の回路素子が形成されて外部のヒートシンク(冷却用金属部材)又は配線用金属部材に接着される半導体モジュールのグリス塗布実装に適用される。
(参考例1)
参考例1の半導体モジュール実装構造について図1を参照して説明する。図1はこの半導体モジュール実装構造の側面図である。
【0021】
1は、薄板状の半導体モジュールであり、図2に示すように内部に半導体ダイ(半導体チップ)10を内蔵している。半導体モジュール1の上面11には図示しない放熱用金属板(電極を兼ねてもよい)が半導体モジュール1の上面11の略全面にわたって(部分的にでもよい)露出している。なお、上記放熱用金属板が半導体モジュール1の上面11の一部領域に露出する場合には、半導体モジュール1の上面11の残る領域は上記放熱用金属板の上面(放熱平面)と同一平面となるように形成されてもよく、段差を有して形成されてもよい。
【0022】
2は、1乃至複数層の配線層を有する樹脂基板又はセラミック基板である配線基板であるが、配線部材をなす金属板としてもよい。配線基板2を金属板とする場合には、半導体モジュール1の下面に図示しない放熱用金属板(電極を兼ねてもよい)を露出させ、この放熱用金属板を配線基板に接合乃至密接させてもよい。半導体モジュール1の下面に露出する放熱用金属板は半導体モジュール1の下面の全面にわたって露出してもよく、又は、部分的に露出してもよい。半導体モジュール1の下面に露出する放熱用金属板を金属板からなる配線基板2に密接する場合には、配線基板2と半導体モジュール1との間に電気絶縁フィルムを介在させてもよい。
【0023】
3は、アルミ又は銅ブロック状のヒートシンクであって、その下面は、半導体モジュール1の上面11に露出する上記放熱用金属板の上面(放熱平面)に密着している。ヒートシンク3の下面のうち、上記放熱用金属板の上面(放熱平面)に密着する面領域を受熱平面と称するものとする。ヒートシンク3の下面と半導体モジュール1の上面との間に絶縁フィルムを介在させてもよい。
【0024】
この実施例では、上述したように、半導体モジュール1の上面11の全面が放熱平面を構成するため、半導体モジュール1のこの放熱平面11に密接するヒートシンク3の下面領域が受熱平面となる。
【0025】
半導体モジュール1は、ヒートシンク3と配線基板2とに所定の圧力にて挟圧されている。この種のサンドイッチ型の半導体モジュール実装構造自体はよく知られており、この実施例の要旨ではないのでその図示説明を省略する。なお、図1のサンドイッチ型の半導体モジュール実装構造からヒートシンク3又は配線基板2のどちらかを省略した場合においても、この実施例の後述するグリス塗布式半導体モジュール密着構造を適用することができる。
【0026】
以下、この参考例の特徴をなすグリス塗布式半導体モジュール密着構造を説明する。図2は半導体モジュール1の放熱平面11を示す平面図である。
【0027】
図2において、半導体モジュール1の放熱平面11とヒートシンク3の受熱平面との間には熱伝導性グリス(熱伝導性向上のために銀パウダーなどが混入されていてもよく、同様の機能を有する柔軟材たとえばゲル状物質でもよい)の層(あまりに薄いので図示省略)が形成されている。このグリス層を設けるには、半導体モジュール1の放熱平面11とヒートシンク3の受熱平面とのどちらか又は両方にグリス塗布して、半導体モジュール1とヒートシンク3とを所定の圧力にて押しつけ、過剰グリスを外部に排出すればよい。
【0028】
この実施例は、この過剰グリスを積極的に排出する構造を半導体モジュール1の放熱平面11に設けた点をその特徴としている。放熱平面11には半導体ダイ10の周囲から放熱平面11の端縁(すなわち(半導体モジュール1の側縁)に達するグリス押し出し溝12が放射状に形成されている。このグリス押し出し溝12の幅はたとえば数〜数百μm、深さは数百μm程度とするのが好適であるが、更に大きなサイズとしてもよい。グリス押し出し溝12はなるべく多く設けることが好ましいが、これらの設計変更はグリス押し出し性能を向上するが、半導体モジュール1の放熱平面11からヒートシンク3の受熱平面への熱伝導性を低下させるので、その兼ね合いにて最適なグリス押し出し溝12の数とサイズとが決定される。
【0029】
なお、グリス押し出し溝12を半導体モジュール1の放熱平面11に設ける代わりにヒートシンク3の受熱平面に設けてもよく、特に両面の間に絶縁フィルムを配する場合には、グリスは放熱平面11にも受熱平面にも塗布されるため両面にそれぞれ設けることが好ましい。
【0030】
このようにすれば、両平面が接触する接触領域の中央部で過剰となったグリスはこの溝を通じて外部に良好に押し出されるために、この接触領域の中央部に過剰グリスの残留を懼れることなく十分なグリスを塗布することができ、その後、長時間又は強大な圧力を掛けることなく、速やかに過剰グリスを外部に押し出すことができ、優れた半導体モジュールの放熱性を得ることができる。
【0031】
(変形態様)
上記実施例ではヒートシンク3側にのみグリス塗布したが、配線基板2側に同様にグリス塗布してもよい。また、配線基板2をヒートシンク3と同様の冷却用(又は電極としての)金属板としてもよい。半導体モジュール1の下面側に絶縁フィルム4を設け、ヒートシンク3を金属板に変更した変形態様を図3に示す。
【0032】
(変形態様)
図2では、各グリス押し出し溝12は、一本の直線溝としたが、曲線溝としてもよく、あるいは下流側にて複数本に分岐してもよい。
(参考例2)
参考例2の半導体モジュール実装構造について図4を参照して説明する。図4はこの半導体モジュール実装構造の側面図である。
この変形態様では、図3に示すヒートシンク3にその厚さ方向にグリス押し出し溝51を設けたものである。このグリス押し出し溝51は、少なくともヒートシンク3の受熱平面から裏側主面52に達している。このようにすれば、受熱平面が広い場合であっても良好に過剰グリスを放熱平面11と受熱平面との間の境界部から外部に排出することができる。好適には、このグリス押し出し溝51は、図2に示すグリス押し出し溝12と連通させることが好ましい。グリス押し出し溝51の径はグリス押し出し溝12の幅又は深さと同程度とされることが好ましい。
【0033】
このようにすれば、両平面が接触する接触領域の中央部で過剰となったグリスはこのグリス押し出し溝に良好に押し出されるために、この接触領域の中央部に過剰グリスの残留を懼れることなく十分なグリスを塗布することができ、その後、長時間又は強大な圧力を掛けることなく、速やかに過剰グリスを外部に押し出すことができ、優れた半導体モジュールの放熱性を得ることができる。
【0034】
(変形態様)
グリス押し出し溝は、放熱平面11から遠ざかるにつれて段階的に又は連続的に断面積が大きくなっていてもよい。これにより過剰グリスの逃がし性が向上する。
(参考例3)
参考例3の半導体モジュール構造について図5を参照して説明する。図5は、図1に示すヒートシンク−半導体モジュール−配線基板構造において、半導体モジュール1の上面11及び下面13に複数の金属板14〜17を互いに離れて露出させた場合を示す。半導体モジュール1の上面11、下面13の金属板14〜17以外の面領域は樹脂平面18となっている。金属板14〜17の内側主面面は図示しない半導体ダイの表面に密着し、これら半導体ダイの電極を兼ねている。この実施例においても、半導体モジュール1の各金属板14〜17の露出面(放熱平面)には図2に示すグリス押し出し溝12が形成されているが図5では図示省略している。
【0035】
この参考例の特徴は、半導体モジュール1の金属板14〜17を囲む樹脂部の樹脂平面18に、金属板14〜17に近接してグリス押し出し溝19を設けた点をその特徴としている。グリス押し出し溝19は半導体モジュール1の側端縁に達している。好適には、このグリス押し出し溝19は図2に示すグリス押し出し溝12に連通しているが連通していなくてもよい。
【0036】
このようにすれば、放熱平面と受熱平面との間から外部に逃げたグリスが、受熱平面と樹脂平面との間に詰まってしまうことがない。特に、半導体モジュール1の主面が大きく、かつ、樹脂平面18が放熱平面すなわち金属板14〜17の表面と同一平面をなす場合でも、放熱平面と受熱平面との間から押し出されたグリスが、受熱平面とそれに密接するヒートシンク3又は配線基板2の平面との間に詰まって過剰グリスが集積することを良好に防止することができ、この過剰グリスの集積によりヒートシンク3及び配線基板2と半導体モジュール1との間の隙間が増大することがない。
この態様において、金属板14と15との間に設けたグリス押し出し溝19は、その両側から互いにぶつかる方向に逃げ出してくる過剰なグリスを良好に押し出することができるため、特に好ましい。
【0037】
(実施例)
以下、本発明の半導体モジュール構造の実施例を図6〜図12を参照して説明する。ただし、この実施例を説明するために図6〜図12に付した符号は、参考例1〜3を説明するために図1〜図5に付した符号と無関係であるとする。
【0038】
(全体説明)
図6は、三相インバータ回路用半導体モジュールの一つのハーフブリッジ回路を内蔵する半導体モジュール100の全体斜視図、図7はその分解斜視図である。
【0039】
1はハイサイド板、2はローサイド板、3はミドルサイド板、4はIGBTが形成されたハイサイド側の半導体チップであるIGBTチップ、5は接合ダイオードが形成されたハイサイド側の半導体チップであるダイオードチップ、6はIGBTが形成されたローサイド側の半導体チップであるIGBTチップ、7は接合ダイオードが形成されたローサイド側の半導体チップであるダイオードチップ、8はグリス押し出し溝、11はハイサイド端子、12はローサイド端子、13はミドルサイド端子である。14は半導体チップ4の小電流端子、15は半導体チップ6の小電流端子、16ははんだ層、17は銅スペーサ、20は樹脂モールド部、28はグリス押し出し溝、29はグリス、30ははみ出した過剰なグリス、31は絶縁フィルム、32は冷却金属板である。
【0040】
ハイサイド板1、ローサイド板2、ミドルサイド板3、銅スペーサ17は、タングステン、モリブデン等で形成された金属平板からなるが、銅板をニッケルメッキして構成してもよい。
【0041】
ハイサイド板1の下面には、上アーム側半導体チップとしてのIGBTチップ4とダイオードチップ5とがはんだ層16により互いに隣接して接合されている。また、IGBTチップ4とダイオードチップ5とは、別のはんだ層16を通じて別の銅スペーサ17の上面に接合され、これら銅スペーサ17はミドルサイド板3の上面に接合されている。
【0042】
ミドルサイド板3の上面には、下アーム素子側半導体チップとしてのIGBTチップ6とダイオードチップ7とがはんだ層16により互いに隣接して接合されている。また、IGBTチップ6とダイオードチップ7とは、別のはんだ層16を通じて別の銅スペーサ17の下面に接合され、これら銅スペーサ17はローサイド板2の下面に接合されている。各チップの側面は樹脂モールド部20により覆われて保護されている。樹脂モールド部20は全体として平角板形状を有しており、ハイサイド板1、ローサイド板2の上面及びミドルサイド板3の下面が露出している。ローサイド板2上には、ダイオードチップ5、IGBTチップ4、IGBTチップ6及びダイオードチップ7がローサイド板2の長辺方向へ一列に配置されている。
【0043】
IGBTチップ4に接合される銅スペーサ17は、図3に示すように、ミドルサイド板3の短辺方向においてIGBTチップ4より短く形成され、露出したIGBTチップ4の表面に形成された小電流用の導電パッド(図示せず)は、ボンディングワイヤ(図示せず)により小電流端子14に接続されている。樹脂モールド部20はボンディングワイヤを保護している。ハイサイド板1及び銅スペーサ17がIGBTチップ4の主電極をなす導電パッド(図示せず)に個別に接合されている。ダイオードチップ5の両側の主電極も同様である。
【0044】
IGBTチップ6に接合される銅スペーサ17は、図4に示すように、ミドルサイド板3の短辺方向においてIGBTチップ6より短く形成され、露出したIGBTチップ6の表面に形成された小電流用の導電パッド(図示せず)は、ボンディングワイヤ(図示せず)により小電流端子15に接続されている。樹脂モールド部20はボンディングワイヤを保護している。ミドルサイド板3及び銅スペーサ17がIGBTチップ6の主電極をなす導電パッド(図示せず)に個別に接合されている。ダイオードチップ7の両側の主電極も同様である。
【0045】
図8〜図11に半導体モジュール100を示す。図8はこの半導体モジュール100の分解斜視図、図9はその断面図、図10は上面側から見た斜視図、図11は下面側からみた斜視図である。
【0046】
ハイサイド板1の側端からハイサイド端子11が、ローサイド板2から側端からローサイド端子12が、ミドルサイド板3の側端からミドルサイド端子13がミドルサイド端子13の短辺方向へ突出している。端子11〜13は小電流端子14、15と反対側に突出している。
【0047】
(グリス押し出し溝の説明)
グリス押し出し溝8は、ハイサイド板1とローサイド板2との間に位置して樹脂モールド部20の上面に凹設され、その両端は半導体モジュール1の側端に別々に達している。
【0048】
グリス押し出し溝28は、ハイサイド板1に一本、ローサイド板2に一本、ミドルサイド板3に3本だけ凹設されている。
【0049】
ハイサイド板1に設けられたグリス押し出し溝28は、厚さ方向においてIGBTチップ4とダイオードチップ5との間に位置して凹設され、その両端は半導体モジュール100の一対の短辺をなす一対の側端に達している。
【0050】
ローサイド板2に設けられたグリス押し出し溝28は、厚さ方向においてIGBTチップ6とダイオードチップ7との間に位置して凹設され、その両端は半導体モジュール100の一対の短辺をなす一対の側端に達している。
【0051】
ミドルサイド板3に設けられた3本のグリス押し出し溝28のうち、中央の一本はグリス押し出し溝8の裏側に位置して凹設され、残りの二本はハイサイド板1及びローサイド板2に凹設されたグリス押し出し溝28の裏側に位置して凹設されている。
【0052】
図7に示すように、半導体モジュール100の二つの主面は熱伝導性グリス29を介して絶縁フィルム31に密着され、更に絶縁フィルム31は熱伝導グリス33を介して二つの冷却板32に個別に密着されている。
【0053】
この時、ハイサイド板1、ローサイド板2及びミドルサイド板3と絶縁フィルム31との間に介在する熱伝導性グリス29のうち過剰な部分は狭圧力によりグリス押し出し溝8、28を通じて良好に外部に排出されるため、短時間のうちに絶縁フィルム31を良好にハイサイド板1、ローサイド板2及びミドルサイド板3に好適に密着することができる。
【0054】
同じく、アルミブロックからなる冷却板32の表面にも同様にグリス押し出し溝(図示せず)が形成されており、冷却板32と絶縁フィルム31との間の過剰な熱伝導性グリス33は素早くかつ良好に外部に排出される。
【0055】
また、グリス押し出し溝8は、ハイサイド板1とローサイド板2との間の沿面放電距離を増大することにより、それらの間の漏電を防止するので、ハイサイド板1とローサイド板2との間の距離を短縮することができ、半導体モジュール100を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例1の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図2】図1の半導体モジュールの放熱平面を示す平面図である。
【図3】変形態様の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図4】変形態様の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図5】参考例2の半導体モジュール実装構造を示す側面図である。
【図6】実施例のハーフブリッジ回路モジュール装置の断面図である。
【図7】図6の分解斜視図である。
【図8】図6のモジュール装置に用いる半導体モジュールの分解斜視図である。
【図9】図10の半導体モジュールのA−A線矢視断面図である。
【図10】図8の半導体モジュールの上面側からみた斜視図である。
【図11】図8の半導体モジュールの下面側からみた斜視図である。
【図12】図6の装置におけるグリスはみ出し状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ハイサイド板
2 ローサイド板
3 ミドルサイド板
4 IGBTチップ(半導体素子)
5 ダイオードチップ(半導体素子)
6 IGBTチップ(半導体素子)
7 ダイオードチップ(半導体素子)
8 グリス押し出し溝
16 はんだ層
17 銅スペーサ
20 樹脂モールド部
28 グリス押し出し溝
29 グリス
31 絶縁フィルム
32 冷却金属板 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor module mounting structure, and more particularly, to an improvement in a semiconductor module mounting structure in which a semiconductor chip or a semiconductor module is adhered to an adhesion member using thermally conductive grease.
[0002]
[Prior art]
When used for semiconductor chips or semiconductor modules, especially for power applications, it is usually closely attached to an adhesive member or joined by solder or the like in order to dissipate its heat by conduction. Since the surface has fine irregularities, it is usual to improve the thermal conductivity by applying grease with good thermal conductivity. Hereinafter, this mounting structure is also referred to as a grease application type semiconductor module contact structure.
[0003]
This grease-coated semiconductor module contact structure is used both when the semiconductor chip and the metal plate are in close contact, and when the metal plate of the semiconductor module in which the semiconductor chip and the metal plate are integrated is in close contact with an external metal body. It is possible to electrically insulate the metal plate of the semiconductor chip or the semiconductor module and the external metal body by performing this adhesion through a thin resin film. The grease may have electrical conductivity. When grease is used for bonding semiconductor chips, it is usually applied to the main surface of the semiconductor chip on the substrate side. A semiconductor module having a CSP (chip size package) structure can also be employed as an intermediate between the semiconductor chip and the semiconductor module. The metal member or semiconductor substrate to which the semiconductor chip or semiconductor module is coated with grease can also have an electrode function. The semiconductor module can have a plurality of semiconductor chips inside, and the semiconductor chip may have a single transistor or an integrated circuit. The semiconductor module may have a monolithic IC or a hybrid IC structure housed in a so-called ceramic package or resin package as long as it has a heat radiation plane that radiates heat through grease. This type of semiconductor module is used in a very wide range of fields such as CPUs, power transistors, and high-speed LSIs. As the close contact member, a metal member or a resin film is preferable. The heat conductive grease may be mixed with, for example, silver powder or copper powder in order to have electric conductivity or to improve heat conductivity. Therefore, the present invention to be described later can also be employed for these grease-coated semiconductor module contact structures.
[0004]
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 13-308263 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional grease application type semiconductor module contact structure has the following problems. That is, it is necessary to make the grease coating thickness as thin as possible within a range in which fine unevenness on the coated surface is filled and warpage of the two coated surfaces can be compensated for heat conduction.
[0007]
In the manufacturing process of the grease-coated semiconductor module contact structure, thermal conductivity is applied to one or both of the contact surface of the semiconductor chip or the semiconductor module (hereinafter, the semiconductor module is a concept including the semiconductor chip) and the contact surface of the contact member. Grease is applied, both sides are brought into close contact, and pressure is applied to expel excess grease, making the grease thickness as thin as possible.
[0008]
However, the portion of the excess grease that is present at the center of the contact surface must be pushed out to the edge of the contact surface, which is not simple, and the excess grease that can be extruded by any means remains. There was a problem of lowering the heat dissipation. If the amount of grease applied is reduced so that excessive grease does not occur from the beginning, good thermal conductivity cannot be ensured if the unevenness or warpage is large. On the contrary, if the grease coating thickness is too large, bubbles may be generated due to deterioration of thermal conductivity.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and a semiconductor capable of bringing a semiconductor module and a close contact member into close contact with each other without causing insufficient grease application and excessive coating thickness and without complicating the work process. Its purpose is to provide a module mounting structure.
[0010]
[Means for Solving the Problems ]
[0011]
The semiconductor module structure of the present invention includes a semiconductor module in which a heat dissipation plane, which is a heat dissipation plane, is exposed and a plurality of semiconductor elements are embedded, and a heat receiving plane that is in close contact with the heat dissipation plane, and the heat receiving plane is received from the heat dissipation plane. A semiconductor module mounting structure comprising a plate-like, block-like, or film-like contact member that absorbs heat from the semiconductor module through a plane, and grease interposed between the two planes. a electrode plate, wherein the plurality of semiconductor elements are connected together with an exposed surface forming a plane (3), the heat dissipating flat surface is located only in a region other than the region portion that overlaps in the thickness direction of the semiconductor element and located between at least the plurality of semiconductor elements, that it has a grease extrusion grooves reaching the edge of the semiconductor module It is a feature.
[0012]
In the present invention, the electrode plate (3) that connects a plurality of semiconductor elements and whose exposed surface forms a heat radiation plane does not overlap each semiconductor element in the thickness direction (hereinafter also referred to as a heat transfer area outside the elements). And at least between a plurality of semiconductors, and has a narrow groove grease extrusion groove reaching the edge of the heat transfer region outside the element .
Thus, better to the outside through the groove excess and became grease at the center of the contact area in which the heat receiving plane that contacts the heat radiating plane to the radiating plane is in contact (adjacent in the thickness direction in the semi-conductor element) Can be extruded. As a result, sufficient grease can be applied without dripping the excess grease remaining in the center of the contact area, and thereafter, the excess grease is quickly pushed out to the outside without applying a long time or strong pressure. And excellent heat dissipation of the semiconductor module can be obtained. In addition, since the grease extrusion groove is disposed outside the portion on which the semiconductor element is mounted, it is possible to prevent a decrease in heat transfer performance from the heat radiation plane to the heat receiving plane due to the presence of this grease extrusion groove, A necessary amount of a semiconductor element protecting member (for example, a resin member) can be arranged around the semiconductor element.
[0015]
The semiconductor module mounting structure of the third invention has a semiconductor module in which a heat radiation plane, which is a heat radiation plane, is exposed and a plurality of semiconductor elements are embedded, and a heat receiving plane that is in close contact with the heat radiation plane, from the heat radiation plane. In a semiconductor module mounting structure comprising a plate-like, block-like, or film-like contact member that absorbs heat from the semiconductor module through the heat receiving plane, and grease interposed between the two planes.
The resin plate has a resin plane that is essentially the same plane as the heat dissipation plane, and the semiconductor module is embedded while exposing the heat dissipation plane, and the resin plate is at an edge of the heat dissipation plane. It is characterized by having a grease push-out groove which is provided close to the resin plane or the resin plane and accumulates at least the grease, and reaches the edge of the resin plate portion and allows excess grease to escape.
[0018]
In a preferred aspect, the grease extrusion groove is formed in a thickness direction of the semiconductor element on a metal plate (17) interposed between the semiconductor element and the electrode plate (3) as a mounting portion of the semiconductor element. The edge of the semiconductor module is reached at a position where it does not overlap.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Will be described with reference to the drawings actual施例semiconductor module mounting structure of the present invention. Semiconductor module mounting structure of the present invention are applied to greasing implementation of semi-conductor module circuit element multiple is formed that is bonded to the outside of the heat sink (cooling metal member) or wiring metal member.
( Reference Example 1)
The semiconductor module mounting structure of Reference Example 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view of the semiconductor module mounting structure.
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
In this embodiment, as described above, since the entire
[0025]
The
[0026]
Hereinafter, the grease application type semiconductor module contact structure which characterizes this reference example will be described. FIG. 2 is a plan view showing the
[0027]
In FIG. 2, between the
[0028]
This embodiment is characterized in that a structure for positively discharging the excess grease is provided on the
[0029]
The
[0030]
In this way, excess grease in the center of the contact area where both planes come into contact is pushed out to the outside through this groove, so that excess grease remains in the center of the contact area. It is possible to apply a sufficient amount of grease, and then quickly extrude excess grease to the outside without applying a long time or strong pressure, and excellent heat dissipation of the semiconductor module can be obtained.
[0031]
(Modification)
In the above embodiment, grease is applied only to the
[0032]
(Modification)
In FIG. 2, each
( Reference Example 2)
A semiconductor module mounting structure of Reference Example 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a side view of the semiconductor module mounting structure.
In this modification, a
[0033]
In this way, excess grease at the center of the contact area where both planes come into contact is pushed out well into this grease extrusion groove, so that excess grease remains in the center of this contact area. It is possible to apply a sufficient amount of grease, and then quickly extrude excess grease to the outside without applying a long time or strong pressure, and excellent heat dissipation of the semiconductor module can be obtained.
[0034]
(Modification)
The grease extrusion groove may have a cross-sectional area that increases stepwise or continuously as the distance from the
( Reference Example 3)
The semiconductor module structure of Reference Example 3 will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a case where a plurality of
[0035]
The feature of this reference example is that a
[0036]
If it does in this way, the grease which escaped outside from between the heat radiation plane and the heat receiving plane will not be clogged between the heat receiving plane and the resin plane. In particular, even when the main surface of the
In this embodiment, the
[0037]
( Example)
Hereinafter, describing the actual施例semiconductor module structure of the present invention with reference to FIGS. 6-12. However, the reference numerals in FIGS. 6 to 12 for describing this embodiment are irrelevant to the reference numerals in FIGS. 1 to 5 for describing the reference examples 1 to 3.
[0038]
(Overall explanation)
FIG. 6 is an overall perspective view of the
[0039]
1 is a high-side plate, 2 is a low-side plate, 3 is a middle-side plate, 4 is an IGBT chip which is a high-side semiconductor chip on which an IGBT is formed, and 5 is a high-side semiconductor chip on which a junction diode is formed. A diode chip, 6 is an IGBT chip that is a low-side semiconductor chip on which an IGBT is formed, 7 is a diode chip that is a low-side semiconductor chip on which a junction diode is formed, 8 is a grease extrusion groove, and 11 is a high-side terminal. , 12 are low side terminals, and 13 is a middle side terminal. 14 is a small current terminal of the
[0040]
The
[0041]
An
[0042]
An
[0043]
As shown in FIG. 3, the
[0044]
As shown in FIG. 4, the
[0045]
A
[0046]
The
[0047]
(Description of grease extrusion groove)
The
[0048]
Only one
[0049]
The
[0050]
The
[0051]
Of the three
[0052]
As shown in FIG. 7, the two main surfaces of the
[0053]
At this time, excessive portions of the heat
[0054]
Similarly, a grease extrusion groove (not shown) is similarly formed on the surface of the cooling
[0055]
Moreover, since the grease extrusion groove |
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a semiconductor module mounting structure of Reference Example 1;
2 is a plan view showing a heat radiation plane of the semiconductor module of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a side view showing a modified semiconductor module mounting structure;
FIG. 4 is a side view showing a semiconductor module mounting structure according to a modified embodiment.
5 is a side view showing a semiconductor module mounting structure of Reference Example 2. FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the half-bridge circuit module device according to the embodiment.
7 is an exploded perspective view of FIG. 6. FIG.
8 is an exploded perspective view of a semiconductor module used in the module device of FIG. 6. FIG.
9 is a cross-sectional view taken along line AA of the semiconductor module of FIG.
10 is a perspective view of the semiconductor module of FIG. 8 as viewed from the upper surface side.
11 is a perspective view of the semiconductor module of FIG. 8 as viewed from the lower surface side.
12 is a perspective view showing a state where the grease protrudes in the apparatus shown in FIG. 6; FIG.
[Explanation of symbols ]
1
4 IGBT chip (semiconductor element)
5 Diode chip (semiconductor element)
6 IGBT chip (semiconductor element)
7 Diode chip (semiconductor element)
8 Grease extrusion groove
16 Solder layer
17 Copper spacer
20 Resin mold part
28 Grease extrusion groove
29 Grease
31 Insulation film
32 Cooling metal plate
Claims (2)
前記放熱平面に密着される受熱平面を有して前記放熱平面から前記受熱平面を通じて前記半導体モジュールから熱を吸収する板状又はブロック状又はフィルム状の密着部材と、
前記両平面の間に介設されるグリスと、
を備える半導体モジュール実装構造において、
前記半導体モジュールは、
前記放熱平面をなす露出表面を有するとともに前記複数の半導体素子が接続された電極板を有し、
前記放熱平面は、
前記半導体素子に厚さ方向に重なる領域部以外の領域のみに位置し、かつ少なくとも前記複数の半導体素子の間に位置して、前記半導体モジュールの端縁に達するグリス押し出し溝を有することを特徴とする半導体モジュール実装構造。A semiconductor module in which a heat radiation plane, which is a heat radiation plane, is exposed and includes a plurality of semiconductor elements;
A plate-like, block-like, or film-like adhesion member that has a heat receiving plane closely attached to the heat radiating plane and absorbs heat from the semiconductor module from the heat radiating plane through the heat receiving plane;
Grease interposed between the two planes;
In a semiconductor module mounting structure comprising:
The semiconductor module is
An electrode plate having an exposed surface forming the heat dissipation plane and connected to the plurality of semiconductor elements;
The heat radiation plane is
It is located only in a region other than the region overlapping with the semiconductor element in the thickness direction, and has a grease extrusion groove located at least between the plurality of semiconductor elements and reaching an edge of the semiconductor module. Semiconductor module mounting structure.
前記グリス押し出し溝は、
前記半導体素子の搭載部として前記半導体素子と前記電極板との間に介設される金属板に前記半導体素子の厚さ方向に重ならない位置にて前記半導体モジュールの端縁に達していることを特徴とする半導体モジュール実装構造。 The semiconductor module mounting structure according to claim 1,
The grease extrusion groove is
The semiconductor module mounting portion reaches the edge of the semiconductor module at a position that does not overlap with the metal plate interposed between the semiconductor element and the electrode plate in the thickness direction of the semiconductor element. Characteristic semiconductor module mounting structure.
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