JP6016611B2 - Semiconductor module, manufacturing method thereof and connection method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体モジュール、その製造方法およびその接続方法に関し、例えば、電力用途の半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor module, a manufacturing method thereof, and a connection method thereof, for example, a semiconductor module for power use.
トランスファーモールド法により樹脂封止された樹脂封止型電力用半導体モジュールとして、金属放熱体の上に設けられた絶縁層および回路パターン上にIGBT等の電力用半導体素子を配置し、外部接続用の主端子と制御端子とを回路パターン面に略垂直に配設したものが一般的に知られている(例えば特許文献1参照)。 As a resin-sealed power semiconductor module resin-sealed by a transfer mold method, a power semiconductor element such as an IGBT is arranged on an insulating layer and a circuit pattern provided on a metal radiator, and is used for external connection. A device in which a main terminal and a control terminal are arranged substantially perpendicular to a circuit pattern surface is generally known (see, for example, Patent Document 1).
特許文献2には、主端子あるいは制御端子を、内側にネジが切られた円筒形状とした半導体モジュールが記載されている。この円筒にボルトを取り付けることによって、主端子あるいは制御端子と外部配線との接続を行う。また、主端子あるいは制御端子にメスコネクタを設けて、外部配線との接続を行う半導体モジュールも記載されている。
特許文献3に記載の電力用半導体モジュールにおいては、半導体モジュールの主端子あるいは制御端子は、封止樹脂の表面に露出した筒形状の金属端子であり、コンプライアントピン型の外部端子ピンを筒形状の金属端子に圧入することにより、外部回路との導通を行う。
In the power semiconductor module described in
なお、一般に半導体モジュールにおいて、電力用半導体素子と主端子との間、電力用半導体素子と制御端子との間および電力用半導体素子間は、ボンディングワイヤにより電気的に接続されるか(例えば、特許文献2参照)、もしくは金属板により電気的に接続されている(例えば、特許文献3参照)。 In general, in a semiconductor module, between the power semiconductor element and the main terminal, between the power semiconductor element and the control terminal, and between the power semiconductor elements are electrically connected by bonding wires (for example, patents). It is electrically connected by a metal plate (see, for example, Patent Document 3).
電力用半導体モジュールの内部配線にボンディングワイヤを用いる場合は、電力用半導体素子周辺に、ワイヤボンディング装置がボンディングを行うためのスペースを設ける必要がある。従って、電力用半導体モジュールの小型化が制限される問題があった。また、ワイヤボンディング装置を用いる際には、ボンディングヘッド部の各機構が、主端子あるいは制御端子に干渉しないようにスペースを確保する必要があるため、主端子あるいは制御端子近傍にワイヤボンディングする場合に、電力用半導体モジュールを構成する各部品以外の周辺にもスペースが必要となり、これも、電力用半導体モジュールの小型化が制限される要因であった。上述した問題は、ボンディングワイヤの代わりに金属板を用いて接続を行うことにより解決可能である。 When a bonding wire is used for the internal wiring of the power semiconductor module, it is necessary to provide a space for the wire bonding apparatus to perform bonding around the power semiconductor element. Therefore, there is a problem that miniaturization of the power semiconductor module is limited. Also, when using a wire bonding device, it is necessary to secure a space so that each mechanism of the bonding head does not interfere with the main terminal or the control terminal. In addition, a space is required around the parts other than the components constituting the power semiconductor module, which is also a factor that limits the miniaturization of the power semiconductor module. The above-described problem can be solved by making a connection using a metal plate instead of the bonding wire.
特許文献2に記載の半導体モジュールは、外部配線を接続する場合、筒状の内側にねじ穴を設けたり、ナットを樹脂モールドしたり、あるいはメスコネクタを用いる必要があり、筒状にねじ部やコネクタ部を設ける必要があり、その分筒状の端子が長くなり、電力用半導体モジュールの薄型化が制限される問題や、配線の引回しが長くなることにより電気抵抗が増加し、モジュールの電気特性が劣化する問題があった。また、外部配線との接続にねじやピンを用いるものは、接続部分で電気抵抗が増加し、モジュールの電気特性劣化となる。はんだ接続するものは、接続部上方に外部基板があり、はんだ付け部が隠れて作業性が悪く、接合後の検査も行いにくい問題があった。
In the semiconductor module described in
特許文献1に記載の電力用半導体モジュールは、外部接続端子の先端部が凸形状に封止樹脂から露出しているため、トランスファーモールドの上金型を、この凸形状に合わせた凹形状にする必要があり、上金型の加工コストがかかる問題がある。また、製品によって外部接続端子の位置が異なる場合、製品の種類ごとにトランスファーモールドの上金型を用意しなければならず、費用を要するといった問題があった。
In the power semiconductor module described in
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、小型でかつインダクタンスを低減した半導体モジュールの提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a small-sized semiconductor module with reduced inductance.
また、本発明は、外部との接続時にインダクタンスを低減する半導体モジュールの接続方法の提供を目的とする。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor module connection method that reduces inductance when connected to the outside.
また、本発明は、小型でかつインダクタンスを低減した半導体モジュールを低コストで製造可能な、半導体モジュールの製造方法の提供を目的とする。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor module manufacturing method that can manufacture a small-sized semiconductor module with reduced inductance at low cost.
本発明に係る半導体モジュールは、基板の一方主面に設けられた回路パターンと、回路パターン上に接合された半導体素子と、回路パターンと半導体素子との間、および/又は半導体素子間を接合する金属板と、を備え、基板、回路パターン、半導体素子および金属板は樹脂により封止されており、樹脂には、穴が形成されており、回路パターン、半導体素子、又は金属板の一部が、平面視で穴から露出していて、穴の内壁面は、可撓性の緩衝材で覆われていて、緩衝材はシリコーンゴムである。
A semiconductor module according to the present invention joins a circuit pattern provided on one main surface of a substrate, a semiconductor element joined on the circuit pattern, a circuit pattern and a semiconductor element, and / or a semiconductor element. A substrate, a circuit pattern, a semiconductor element, and a metal plate are sealed with a resin, and a hole is formed in the resin, and a part of the circuit pattern, the semiconductor element, or the metal plate The hole is exposed from the hole in plan view, and the inner wall surface of the hole is covered with a flexible cushioning material, and the cushioning material is silicone rubber.
また、本発明に係る半導体モジュールの接続方法は、樹脂に設けられた穴から露出している回路パターン、半導体素子、又は金属板に外部接続端子の先端を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする。 The semiconductor module connection method according to the present invention is electrically connected to the outside by bringing the tip of the external connection terminal into contact with a circuit pattern, a semiconductor element, or a metal plate exposed from a hole provided in the resin. It is characterized by connecting.
また、本発明に係る半導体モジュールの製造方法は、基板の一方主面に回路パターンを形成する工程(a)と、回路パターン上に半導体素子を接合する工程(b)と、回路パターンと半導体素子との間、および/又は半導体素子間に金属板を接合する工程(c)と、工程(c)の後に、可撓性を有する筒状の緩衝材を、平面視で筒状の筒穴部分から、回路パターン、半導体素子、又は金属板が露出し、かつ露出面と緩衝材が隙間なく接するように配置する工程(d)と、工程(d)の後に、トランスファーモールド法により、緩衝材の筒状の筒穴部分の内側を除いて、基板、回路パターン、半導体素子、金属板および緩衝材を樹脂封止する工程(e)とを備え、緩衝材はシリコーンゴムである。
In addition, the method for manufacturing a semiconductor module according to the present invention includes a step (a) of forming a circuit pattern on one main surface of a substrate, a step (b) of bonding a semiconductor element on the circuit pattern, a circuit pattern and a semiconductor element. And / or after the step (c) of joining the metal plate between the semiconductor elements and the step (c), the cylindrical cushioning material having flexibility is formed into a cylindrical cylindrical hole portion in a plan view. From the step (d), in which the circuit pattern, the semiconductor element, or the metal plate is exposed and the exposed surface and the buffer material are in contact with no gap, and after the step (d), the transfer material is used to transfer the buffer material. A step (e) of resin-sealing a substrate, a circuit pattern, a semiconductor element, a metal plate, and a buffer material except for the inside of the cylindrical tube hole portion, and the buffer material is silicone rubber .
本発明に係る半導体モジュールによれば、半導体モジュールと外部との電気的接続を行う際に、樹脂に形成された穴に外部接続端子を挿入して、穴から露出している回路パターン、半導体素子、又は金属板との接触による電気的接続を行うことが可能となる。よって、外部接続端子と半導体モジュールの露出部分とが直接接触するため、接続時のインダクタンスを低減して、電気的特性を良好に保つことが可能である。さらに、外部との電気的接続を行うために、半導体モジュール側に金属端子等を設ける必要がないため、半導体モジュールを構成する部品点数の削減が可能であり、それに伴い、半導体モジュールの製造コスト削減、小型化および軽量化が可能となる。 According to the semiconductor module of the present invention, when electrical connection between the semiconductor module and the outside is performed, the external connection terminal is inserted into the hole formed in the resin, and the circuit pattern and the semiconductor element exposed from the hole Alternatively, electrical connection by contact with a metal plate can be performed. Therefore, since the external connection terminal and the exposed portion of the semiconductor module are in direct contact with each other, it is possible to reduce the inductance at the time of connection and maintain good electrical characteristics. Furthermore, since it is not necessary to provide a metal terminal or the like on the semiconductor module side in order to make an electrical connection with the outside, it is possible to reduce the number of parts constituting the semiconductor module, and accordingly reduce the manufacturing cost of the semiconductor module. It is possible to reduce the size and weight.
また、本発明に係る半導体モジュールの接続方法によれば、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8の先端を接触させるだけで、外部と電気的に接続することが可能であるため、例えば、ねじ止めなどを必要とする接続方法と比較して、容易に電気的接続を行うことが可能である。また、穴6aの露出部分と外部接続端子8が直接接触することで電気的接続を行うため、金属端子等を介して接続を行う場合と比較して、よりインダクタンスを低減することが可能である。よって、外部との接続時に、電気的特性を良好に保つことが可能である。
Further, according to the method for connecting a semiconductor module according to the present invention, the
また、本発明に係る半導体モジュールの製造方法によれば、樹脂に設けられる穴に対応する部分に筒状の緩衝材を配置してから、トランスファーモールド法による樹脂封止を行うことで、緩衝材の筒状の筒穴部分は樹脂封止されないため、穴を形成することが可能である。また、緩衝材を配置することによって穴を形成するため、トランスファーモールド法により樹脂封止する際に、上金型の内面の上面は平坦でよい。よって、穴の配置が異なる場合であっても、上金型を共用することができるため、製造コストを削減することが可能である。さらに、製造後に、筒状の緩衝材が穴に埋め込まれた状態で樹脂に留まる。よって、穴に外部接続端子を挿入した際に、穴にかかる外力が緩衝材により吸収される。よって、外部接続端子による外力から、半導体モジュールを保護することが可能である。また、樹脂封止後に、樹脂から緩衝材を取り除く必要が無いため、生産効率が向上する。 Further, according to the method for manufacturing a semiconductor module according to the present invention, the cylindrical cushioning material is disposed in a portion corresponding to the hole provided in the resin, and then the resin sealing is performed by the transfer molding method. Since the cylindrical cylindrical hole portion is not sealed with resin, it is possible to form a hole. Further, since the hole is formed by arranging the buffer material, the upper surface of the inner surface of the upper mold may be flat when resin sealing is performed by the transfer molding method. Therefore, even if the arrangement of the holes is different, the upper mold can be shared, so that the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, after manufacturing, the cylindrical cushioning material remains in the resin in a state of being embedded in the hole. Therefore, when the external connection terminal is inserted into the hole, the external force applied to the hole is absorbed by the cushioning material. Therefore, it is possible to protect the semiconductor module from external force due to the external connection terminal. Moreover, since it is not necessary to remove the buffer material from the resin after the resin sealing, the production efficiency is improved.
<実施の形態1>
<構成>
図1に、本実施の形態における半導体モジュールの断面図を示す。本実施の形態における半導体モジュールは、例えば電力用途の半導体モジュールである。
<
<Configuration>
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the semiconductor module in the present embodiment. The semiconductor module in the present embodiment is a semiconductor module for power use, for example.
基板1は、半導体モジュールで生じる熱を放熱する金属放熱体である金属ベース板1aと、金属ベース板1aの上面に設けられた高熱伝導絶縁層である絶縁層1bから構成される。絶縁層1b上面には、金属の回路パターン1cが設けられる。
The
回路パターン1cには、半導体素子3がはんだ2等を介して接合される。半導体素子3は電力用半導体素子であり、例えばIGBTチップとFWD(Free Wheeling Diode)チップである。本実施の形態において、半導体素子3はSiC半導体素子などのワイドバンドギャップ半導体素子であるとする。
The
半導体素子3間および半導体素子3と回路パターン1cとの間は、配線用の金属板5により接続される。金属板5は、電気抵抗が低く、曲げ加工性に優れる、銅系またはアルミニウム系の金属が用いられる。なお、後述する外部接続端子8から受ける外力を考慮して、回路パターン1c、金属板5および半導体素子3上面の電極は、高い弾性を有する材料で形成されるのが好ましい。これは、例えば、銅系やアルミニウム系の金属材料である。
The wiring between the
基板1、半導体素子3および金属板5は樹脂6により封止されている。なお、樹脂6には複数の穴6aが設けられており、回路パターン1c、半導体素子3又は金属板5の一部が、穴6aから平面視で露出している。なお、基板1の下面は、樹脂6により覆われず、放熱のために露出している。
The
なお、樹脂6に形成された穴6aは、樹脂6を貫通していればよく、後述する外部接続端子8(図2)との接触を行い易い形状であればよい。穴6aの形状として、例えば、四角柱形状、円柱形状、下方に向かって細くなる形状等が可能である。ただし、穴6aに外部接続端子8を挿入する際、穴6aの内壁面の樹脂6および穴6aの露出部分(即ち穴6aから平面視で露出している回路パターン1c、半導体素子3又は金属板5)が外部接続端子8により外力を受けるため、穴6a近傍に位置する半導体素子3、金属板5および回路パターン1cに応力が生じる。この応力による半導体モジュールの電気的特性の変動等が懸念される。よって、穴6aの形状は、外部接続端子8から受ける外力が分散されやすい円柱状が望ましい。また、穴6aを円柱状の形状とすることにより、外部接続端子8の形状が穴6aの形状により制約を受けることを抑制することが可能である。さらに、外部接続端子8を挿入する際の作業効率の向上が期待できる。
In addition, the
なお、本実施の形態における半導体モジュールにおいて、前述した様に、回路パターン1c、金属板5および半導体素子3上面の電極に弾性の高い金属を使用する。これにより、外部接続端子8が穴6aの露出部分と接触した際に、外部接続端子8の外力により半導体モジュールに生じる応力を抑制して、半導体モジュールを保護することができる。
In the semiconductor module according to the present embodiment, as described above, a highly elastic metal is used for the
<外部接続端子との接続方法>
図2を用いて、本実施の形態における半導体モジュールの外部との接続方法について説明する。半導体モジュール表面の穴6aのそれぞれに外部接続端子8が挿入される。すると、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3もしくは金属板5と、穴6aに挿入された外部接続端子8の先端とが接触する。この接触により半導体モジュールが、外部接続端子8を介して外部の例えば客先基板と電気的に接続される。
<Connection method with external connection terminal>
A method for connecting the semiconductor module to the outside in this embodiment will be described with reference to FIG. The
図3(a)〜(e)に、外部接続端子8の具体例を示す。図3(a)〜(c)の外部接続端子8は、バネ構造により上下方向に弾性を有する。また、図3(d)、(e)の外部接続端子8は、それぞれS字形状、板バネ構造により上下方向に弾性を有し、上下方向の変形に伴って左右方向にも形状が変形する。
Specific examples of the
このように、上下方向に弾性を有する外部接続端子8を樹脂6の穴6aに挿入し、回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8の先端を押圧することにより接触して、図示しない外部の客先基板等と電気的に接続を行う。
In this manner, the
樹脂6の穴6aに外部接続端子8を挿入する際、穴6aの内壁面の樹脂6および穴6aの露出部分に外力がかかり、穴6a近傍に位置する半導体素子3、金属板5、回路パターン1cに応力が生じる。この応力による半導体モジュールの電気的特性の変動等が懸念される。そこで、本実施の形態では、外部接続端子8を図3に示す様な、弾性の高い構造とすることで、前述した外力が緩和されるため、半導体モジュールの電気的特性の変動等を抑制することができる。
When the
また、外部との電気的な接続状態を解除するには、外部接続端子8を、穴6aの露出部分から離間させれば良く、何度押圧を行っても外部接続端子8が変形せずもとの形状に戻る。よって、例えば、半導体モジュールの電気的特性を検査する際に、外部の検査装置との接続、接続解除を繰り返し行うときなどに便利である。
Further, in order to release the electrical connection state with the outside, the
なお、図3(d)および(e)に示すように、上下方向の弾性変形に伴って左右方向即ち基板1の面方向にも変形する様な構造の外部接続端子8を用いてもよい。この場合、穴6aの形状により外部接続端子8の基板1の面方向への変形量が規定できるため、押圧によって外部接続端子8に過度の変形が起こり元の形状に戻らなくなることを防止することができる。
As shown in FIGS. 3D and 3E, an
また、図3(b)〜(e)の様に、少なくとも一方の先端が先細りとなった外部接続端子8を用いてもよい。外部接続端子8の先端に圧力が集中することで、外部接続端子8は安定したばね性を発揮できるため、より安定的な電気的接続を行うことが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 3B to 3E, an
また、本実施の形態における外部接続端子8の別の例として、図4(a)〜(e)に示す様に、少なくとも一方の先端に針状の突起8aを設けた外部接続端子8を用いてもよい。この針状の突起8aを穴6aの露出面に突き刺すことで、図示しない外部(客先基板)と電気的に接続を行う。針状の突起8aを穴6aの露出面に突き刺すことにより、金属表面の酸化膜や皮膜を貫通して金属真性面と接触するため、電気的に抵抗が低く安定した接続状態が得られる。
Further, as another example of the
図4(a)または(d)のように、外部接続端子8に備わる針状の突起8aが1本の場合、穴6aの露出部分との接触は点での接触となるため電流容量が小さくなる。より大きな電流容量が必要な場合には、図4(b)または(c)のように、針状の突起8aを複数備える外部接続端子8を用いればよい。
As shown in FIG. 4 (a) or (d), when the needle-
また、図4(e)に示す様に、バネ構造を有する外部接続端子8のバネの先端に針状の突起8aを設けた場合は、外部接続端子8を回転させながら穴6aに挿入すると良い。こうすることで、外部接続端子8の先端の針状の突起8aが、穴6aの露出面の表面酸化物や皮膜を円弧状に削るため、金属真性面との接触が可能となる。
Further, as shown in FIG. 4E, when the needle-
<製造方法>
まず、金属ベース板1a上に絶縁層1bを形成することにより基板1を形成する。そして、基板1の絶縁層1b上に金属の回路パターン1cを形成する。次に、基板1上の回路パターン1c表面に、半導体素子3を、例えばはんだ2により接合する。図1に示す様に、半導体素子3は複数個でもよく、例えば、IGBTチップやFWDチップなどである。次に、半導体素子3間および半導体素子3と回路パターン1cとの間を接続する金属板5をはんだ接合する。
<Manufacturing method>
First, the
次に、トランスファーモールド法により樹脂封止を行う。まず、下金型に前工程までで組み立てた半導体モジュールを配置する。次に、下金型の上に上金型を配置する。上金型の内面の上面には、穴6aの位置、形状に対応したピンが固定されている。下金型と上金型を密着させた状態で、金型内部に樹脂6を注入する。樹脂6が硬化した後、下金型および上金型を取り外して、本実施の形態における半導体モジュールを得る。なお、前述したピンは上金型に固定されているため、上金型を取り外した際に、同時に樹脂6から取り除かれる。
Next, resin sealing is performed by a transfer mold method. First, the semiconductor module assembled up to the previous process is placed in the lower mold. Next, the upper mold is placed on the lower mold. A pin corresponding to the position and shape of the
なお、穴6aの別の形成方法として、ピンの代わりに、可撓性を有する部材を配置しても良い。つまり、可撓性を有する部材を半導体モジュール表面と上金型の間に略垂直に配置してから、トランスファーモールド法により樹脂封止することで、任意の部分への樹脂の侵入を防ぐことが可能である。樹脂封止後に可撓性を有する部材を取り除くことで、穴6aを得ることが可能である。可撓性を有する部材としては、例えば、シリコーンゴムを用いる。シリコーンゴムは熱により膨張するため、樹脂注入時に膨張して半導体モジュール表面および上金型に密着する。この密着により、穴6aが形成される部分への樹脂6の侵入をより確実に防止して、穴6aを確実に形成することが可能である。さらに、樹脂封止後は、シリコーンゴムは冷却により収縮するため、樹脂6から取り除き易くなる。
As another method of forming the
また、穴6aを複数形成する場合には、複数の可撓性を有する部材を、予め板状の部材で繋げて形成しておくことにより、複数の可撓性を有する部材を半導体モジュール上に一括して配置することが可能となる。よって、可撓性を有する部材を配置する際の位置精度が向上する。また、一括して配置可能となることにより生産性が向上する。なお、可撓性を有する部材および板状の部材は樹脂封止工程後に半導体モジュールから取り除く必要があるため、板状の部材は、その全体が上金型の内面の上面に接するように配置される。
In addition, when a plurality of
なお、樹脂6の厚みは金属板5や半導体素子3の絶縁を確保できる最低の厚みでよい。樹脂6の厚みを小さくすることにより、穴6aの深さが浅くなるため、外部接続端子8の長さを短くすることができる。外部接続端子8の長さが短くなることにより、接続による電気抵抗が減少するため好ましい。
The thickness of the
なお、前述した可撓性を有する部材を用いて穴6aを形成するには、樹脂6の厚み(即ち穴6aの深さ)を十分に薄く設計する必要があるため、結果的に薄型の半導体モジュールが得られる。薄型化で配線長が短くなることで電気抵抗が下がり、モジュールの電気特性向上が期待できる。また、本実施の形態において、トランスファーモールド時に、モジュール上面から端子等が突出していないため、上金型に、端子等の突出に対応した凹形状を設ける必要がない。よって、上金型の内面の上面を平面状に形成できるため、上金型の製造コストを削減できる。また、上述した可撓性の部材を用いれば、品種の異なる半導体モジュールでも、上金型を共用することができ、半導体モジュールの製造コストを削減することができる。
In order to form the
なお、上述の様に、樹脂6の厚みを十分に薄く設計する必要があるのは、樹脂6を金型に注入する際に、可撓性を有する部材が樹脂注入により受ける圧力を低減するためである。可撓性を有する部材の高さ(即ち樹脂6の厚み)が高くなると、この部材が樹脂注入により受ける圧力も部材の表面積に応じて大きくなる。よって、樹脂注入時に、可撓性を有する部材のずれなどを防ぐために、樹脂6の厚みは、絶縁を確保できる範囲で、できる限り薄く設計するのが好ましい。
As described above, it is necessary to design the
<効果>
本実施の形態における半導体モジュールは、基板1の一方主面に設けられた回路パターン1cと、回路パターン1c上に接合された半導体素子3と、回路パターン1cと半導体素子3との間、および/又は半導体素子3間を接合する金属板5とを備え、基板1、回路パターン1c、半導体素子3および金属板5は樹脂6により封止されており、樹脂6には、穴6aが形成されており、回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5の一部が、平面視で穴6aから露出していることを特徴とする。
<Effect>
The semiconductor module according to the present embodiment includes a
従って、半導体モジュールと外部との電気的接続を行う際に、樹脂6に形成された穴6aに外部接続端子8を挿入して、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5との接触による電気的接続を行うことが可能となる。よって、外部接続端子8と半導体モジュールの露出部分とが直接接触するため、接続時のインダクタンスを低減して、電気的特性を良好に保つことが可能である。さらに、外部との電気的接続のために半導体モジュール側に金属端子等を設ける必要がないため、半導体モジュールを構成する部品点数の削減が可能であり、それに伴い、半導体モジュールの製造コスト削減、小型化および軽量化が可能となる。
Accordingly, when the semiconductor module is electrically connected to the outside, the
さらに、半導体モジュールの小型化および軽量化が可能となることにより、梱包や輸送コンテナ当たりの製品個数が増加し、1個当たりの輸送コストを低減することが可能となる。また、外部接続端子8との接続にはんだ等を用いないため、製品を回収・分解する際のコストを抑制することが可能である。また、前述した小型化、軽量化により、梱包材当たりの梱包可能な製品の個数が増え、また、製品1個当たりの包装材使用量が減るため、梱包および包装のコスト削減が可能となる。
Further, since the semiconductor module can be reduced in size and weight, the number of products per packing and transport container can be increased, and the transport cost per unit can be reduced. Further, since solder or the like is not used for connection to the
また、本実施の形態における半導体モジュールにおいて、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5は、弾性を有することを特徴とする。
Further, in the semiconductor module according to the present embodiment, the
従って、穴6aの露出部分が弾性を有することにより、穴6aに挿入された外部接続端子8が露出面に接触したときに半導体モジュールが受ける外力を緩和して、半導体モジュールを保護することが可能である。
Therefore, since the exposed portion of the
また、本実施の形態における半導体モジュールにおいて、半導体素子3は、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする。
In the semiconductor module according to the present embodiment, the
本実施の形態における半導体モジュールは、穴6aの露出面と外部接続端子8が直接接触して電気的接続を行うため、インダクタンスを低減することが可能であるため、半導体モジュール動作時のサージ電圧を抑制可能である。よって、半導体素子3をSiC半導体素子等のワイドバンドギャップ半導体素子とすることにより、高速動作が可能となる。また、本実施の形態における半導体モジュールは、穴6aの露出面と外部接続端子との電気的接続にはんだやシリコーン系ゲルを用いないため、動作温度の制約が緩和される。よって、半導体素子3をSiC半導体素子等のワイドバンドギャップ半導体素子とすることにより、高温動作が可能となる。
In the semiconductor module according to the present embodiment, since the exposed surface of the
また、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法は、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8の先端を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする。
The semiconductor module connection method in the present embodiment is such that the tip of the
従って、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8の先端を接触させるだけで、外部と電気的に接続することが可能であるため、例えば、従来技術の様にねじ止めなどを必要とする接続方法と比較して、容易に電気的接続を行うことが可能である。また、穴6aの露出部分と外部接続端子8が直接接触することで電気的接続を行うため、金属端子等を介して接続を行う場合と比較して、よりインダクタンスを低減することが可能である。よって、外部との接続時に、電気的特性を良好に保つことが可能である。
Therefore, it is possible to electrically connect to the outside simply by bringing the tip of the
また、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法において、外部接続端子8は、弾性を有し、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8の先端を押圧することにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする。
In the semiconductor module connection method according to the present embodiment, the
従って、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法において、外部接続端子8が弾性を有するため、穴6aに外部接続端子8を挿入したときに穴6aの内壁面および穴6aの露出部分にかかる外力が緩和されるため、半導体モジュールに生じる応力を緩和することが可能である。よって、半導体モジュールに応力がかかることによって生じる電気的特性の変動等を抑制することが可能である。
Therefore, in the semiconductor module connection method according to the present embodiment, since the
また、本実施の形態における半導体モジュールの接続方法において、外部接続端子8の先端には針状の突起8aが設けられることを特徴とし、穴6aから露出している回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8の針状の突起8aが突き刺さることにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする。
Further, in the semiconductor module connection method in the present embodiment, the tip of the
従って、針状の突起8aを穴6aの露出面に突き刺すことにより、金属表面の酸化膜や皮膜を貫通して金属真性面と接触することが可能となるため、電気的に抵抗が低く安定した接続状態が得られる。
Therefore, by sticking the needle-
<実施の形態2>
<構成>
図5に、本実施の形態における半導体モジュールの断面図を示す。本実施の形態における半導体モジュールは、実施の形態1(図1)で説明した半導体モジュールに対して、樹脂6に形成される穴6aの構造が異なる。それ以外の構成は実施の形態1と同じであるため、説明を省略する。
<
<Configuration>
FIG. 5 shows a cross-sectional view of the semiconductor module in the present embodiment. The semiconductor module in the present embodiment differs from the semiconductor module described in the first embodiment (FIG. 1) in the structure of the
本実施の形態では、樹脂6に形成された穴6aの内壁面は、可撓性の緩衝材7で覆われている。つまり、穴6aには、可撓性を有する筒状の緩衝材7が埋め込まれている。緩衝材7の素材は、例えば、シリコーンゴムを用いる。本実施の形態において使用する緩衝材7の断面図の例を図6(a)〜(f)に示す。本実施の形態における半導体モジュールにおいては、緩衝材7の筒状の筒穴部分の形状が、実施の形態1における穴6aの形状に相当する。例えば、緩衝材7の筒状の筒穴部分の形状は、円柱状とすればよい(図6(a))。また、この円柱は、上に向かって細くなる形状(図6(b))や、下に向かって細くなる形状(図6(c))であってもよい。また、図6(d)〜(f)の様に筒穴部分に突起を備える形状、あるいは、外部接続端子8を挿入することにより筒穴部分が押し広げられる形状でもよい。このように、筒穴部分の形状を工夫することによって、緩衝材7の筒穴部分(即ち穴6a)に挿入される外部接続端子8を安定して保持することができる。なお、緩衝材7の上下両端にリブを設けると、穴6aから緩衝材7が外れることを防止できるため好ましい。
In the present embodiment, the inner wall surface of the
<外部接続端子との接続方法>
本実施の形態における半導体モジュールと外部接続端子8との接続方法は、実施の形態1と同様である。つまり、図5の穴6a、即ち緩衝材7の筒穴部分に外部接続端子8を挿入することにより、半導体モジュールと外部との電気的接続を行う。なお、本実施の形態において、外部接続端子8は、実施の形態1で説明した外部接続端子8(図3、図4)を用いる。
<Connection method with external connection terminal>
The connection method between the semiconductor module and the
例えば、図6(f)に示す様な、筒穴部分にねじ溝状の突起が形成された緩衝材7が樹脂6に埋め込まれている場合は、図3(a)に示す様なバネ構造の外部接続端子8をねじのように回転させながら、緩衝材7の筒穴部分に挿入する。このように、筒穴部分の突起と外部接続端子8の形状とを対応させることで、緩衝材7の内側に外部接続端子8を安定して保持することが可能である。また、図3(a)に示した外部接続端子8の先端に針状の突起8aを設けて図4(e)の様な形状にすることで、外部接続端子8を回転させながら穴6aに挿入する際に、針状の突起8aが、穴6aの露出面の表面酸化物や皮膜を円弧状に削り、金属真性面との接触が可能となるため、より好ましい。
For example, as shown in FIG. 6 (f), when the
なお、本実施の形態における半導体モジュールは、穴6aの内壁面が可撓性の緩衝材7で覆われている。よって、外部接続端子8を穴6aに挿入することによる外力が、緩衝材7によって吸収される。つまり、穴6a近傍に位置する半導体素子3、金属板5、配線パターン1cに生じる応力が抑制される。よって、半導体モジュールに生じる応力が原因となって生じる電気的特性の変動等を抑制することが可能である。
In the semiconductor module according to the present embodiment, the inner wall surface of the
<製造方法>
図7を用いて、本実施の形態における半導体モジュールの製造方法を説明する。まず、実施の形態1と同様に、基板1の一方主面に回路パターン1cを形成し、回路パターン1c上に半導体素子3をはんだ2等により接合する。そして、回路パターン1cと半導体素子3との間、および半導体素子3間の所定の位置に金属板5をはんだにより接合する(図7(a))。
<Manufacturing method>
The manufacturing method of the semiconductor module in this Embodiment is demonstrated using FIG. First, as in the first embodiment, a
次に、図7(b)に示す様に、図5の穴6aに対応する位置に、緩衝材7を配置する。このとき、緩衝材7の筒状の部分からは、回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5が平面視で露出している。また、緩衝材7を、緩衝材7と露出部分との間に隙間が生じないように配置する。なお、後述する上金型10bの内面の上面が平坦な場合は、緩衝材7の上端の高さが等しくなるように配置する。
Next, as shown in FIG. 7B, the
次に、トランスファーモールド法により樹脂封止するために、半導体モジュールを下金型10aと上金型10bの間に配置する(図7(c))。このとき、各緩衝材7の上端と、上金型10bの内面の上面は隙間無く接しているとする。
Next, the semiconductor module is placed between the
最後に、金型内部に樹脂6を注入することにより、緩衝材7の筒状の筒穴部分を除いて、基板1、回路パターン1c、半導体素子3、金属板5および緩衝材7が樹脂封止される(図7(d))。このとき、緩衝材7の筒状の筒穴部分に樹脂6が注入されないのは、緩衝材7の下端は露出部分と隙間無く接し、かつ上端は上金型10bと隙間無く接しているためである。以上の工程により、本実施の形態における半導体モジュールを得る。
Finally, by injecting the
<効果>
本実施の形態における半導体モジュールに備わる穴6aの内壁面は、可撓性の緩衝材7で覆われていることを特徴とする。
<Effect>
The inner wall surface of the
従って、外部接続端子8を穴6aに挿入することによる外力が、緩衝材7によって吸収される。つまり、穴6a近傍に位置する半導体素子3、金属板5、配線パターン1cに生じる応力が抑制される。よって、半導体モジュールに生じる応力が原因となるって生じる電気的特性の変動等を抑制することが可能である。
Therefore, the external force caused by inserting the
また、本実施の形態における半導体モジュールの製造方法は、基板1の一方主面に回路パターン1cを形成する工程(a)と、回路パターン1c上に半導体素子3を接合する工程(b)と、回路パターン1cと半導体素子3との間、および/又は半導体素子3間に金属板5を接合する工程(c)と、工程(c)の後に、可撓性を有する筒状の緩衝材7を、平面視で筒状の筒穴部分から、回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5が露出し、かつ露出面と緩衝材7が隙間なく接するように配置する工程(d)と、工程(d)の後に、トランスファーモールド法により、緩衝材7の筒状の筒穴部分を除いて、基板1、回路パターン1c、半導体素子3、金属板5および緩衝材7を樹脂封止する工程(e)とを備える。
The method for manufacturing a semiconductor module in the present embodiment includes a step (a) of forming a
従って、穴6aに対応する部分に筒状の緩衝材7を配置してから、トランスファーモールド法による樹脂封止を行うことで、緩衝材7の筒穴部分は樹脂封止されないため、穴6aを形成することが可能である。また、緩衝材7を配置することによって穴6aを形成するため、トランスファーモールド法により樹脂封止する際に、上金型10bの内面の上面は平坦でよい。よって、穴6aの配置が異なる場合であっても、上金型10bを共用することができるため、製造コストを削減することが可能である。さらに、製造後に、筒状の緩衝材7が穴6aに埋め込まれた状態で樹脂6に留まる。よって、穴6aに外部接続端子8を挿入した際に、穴6aにかかる外力が緩衝材7により吸収される。よって、外部接続端子8による外力から、半導体モジュールを保護することが可能である。また、樹脂封止後に、樹脂6から緩衝材7を取り除く必要が無いため、生産効率が向上する。
Therefore, by placing the
<実施の形態3>
図8(a),(b)に、本実施の形態における半導体モジュールの断面図と平面図をそれぞれ示す。本実施の形態における半導体モジュールは、実施の形態2における半導体モジュール(図5)において、複数の緩衝材7を、緩衝材7と同じ素材の接続用部材7aにより相互に繋げた構成である。その他の構成は実施の形態2における半導体モジュールと同じであるため、説明を省略する。
<
8A and 8B are a cross-sectional view and a plan view, respectively, of the semiconductor module in the present embodiment. The semiconductor module according to the present embodiment has a configuration in which a plurality of
図7(b)に示すように、接続用部材7aは板状であり、緩衝材7と一体成型されている。実施の形態2では、半導体モジュールの製造工程において複数の緩衝材7を個々に配置したが、本実施の形態では、緩衝材7が接続用部材7aにより相互につながっているため、全ての緩衝材7を一括して配置することが可能である。
As shown in FIG. 7B, the
<効果>
本実施の形態における半導体モジュールの製造方法における、可撓性を有する筒状の緩衝材7を、平面視で筒状の部分から、回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5が露出し、かつ露出面と緩衝材7が隙間なく接するように配置する工程において、配置される緩衝材7は複数であり、緩衝材7は、緩衝材7と同じ素材の接続用部材7aにより相互に繋がっていることを特徴とする。
<Effect>
In the manufacturing method of the semiconductor module according to the present embodiment, the
従って、複数の緩衝材7は接続用部材7aによって繋がっているため、緩衝材7を一括して配置することが可能となる、よって、緩衝材7を配置する際の位置精度の向上および生産効率の向上が期待される。
Accordingly, since the plurality of
<実施の形態4>
本実施の形態における半導体モジュールの接続方法について説明する。実施の形態1の半導体モジュール(図1)を用いて説明を行う。まず、樹脂6に形成された穴6aに、液体金属を流し込む。液体金属は、例えば、インジウム、ガリウムもしくはこれらの合金であるとする。また、液体金属として低融点はんだを用いてもよい。次に、外部接続端子8を穴6aに挿入して、液体金属に接触させる。つまり外部接続端子8が穴6aの露出部分に接触していなくても、外部接続端子8が液体金属に接触していれば、半導体モジュールと外部接続端子8は液体金属を介して電気的に接続される。
<Embodiment 4>
A method for connecting semiconductor modules in the present embodiment will be described. The description will be made using the semiconductor module of the first embodiment (FIG. 1). First, liquid metal is poured into a
<効果>
本実施の形態における半導体モジュールの接続方法は、穴6aに液体金属を流し込み、液体金属に外部接続端子8を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする。
<Effect>
The connection method of the semiconductor module in the present embodiment is characterized in that a liquid metal is poured into the
従って、樹脂6に形成された穴6aから露出する回路パターン1c、半導体素子3、又は金属板5に外部接続端子8を接触させなくても、穴6aに流し入れられた液体金属に外部接続端子8を接触させれば、半導体モジュールを外部と電気的に接続することが可能である。よって、外部接続端子8を穴6aに挿入することにより半導体モジュールに生じる応力を低減することが可能である。
Accordingly, even if the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 基板、1a 金属ベース板、1b 絶縁層、1c 回路パターン、2 はんだ、3 半導体素子、5 金属板、6 モールド樹脂、6a 穴、7 緩衝材、7a 接続用部材、8 外部接続端子、8a 針状の突起、10a 下金型、10b 上金型。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記回路パターン上に接合された半導体素子と、
前記回路パターンと前記半導体素子との間、および/又は前記半導体素子間を接合する金属板と、
を備え、
前記基板、前記回路パターン、前記半導体素子および前記金属板は樹脂により封止されており、
前記樹脂には、穴が形成されており、
前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板の一部が、平面視で前記穴から露出していて、
前記穴の内壁面は、可撓性の緩衝材で覆われていて、
前記緩衝材はシリコーンゴムである、
半導体モジュール。 A circuit pattern provided on one main surface of the substrate;
A semiconductor element bonded on the circuit pattern;
A metal plate between the circuit pattern and the semiconductor element and / or between the semiconductor elements;
With
The substrate, the circuit pattern, the semiconductor element and the metal plate are sealed with resin,
A hole is formed in the resin,
A part of the circuit pattern, the semiconductor element, or the metal plate is exposed from the hole in plan view,
The inner wall surface of the hole is covered with a flexible cushioning material,
The cushioning material is silicone rubber.
Semiconductor module.
請求項1に記載の半導体モジュール。 The circuit pattern exposed from the hole, the semiconductor element, or the metal plate has elasticity,
The semiconductor module according to claim 1 .
請求項1又は請求項2に記載の半導体モジュール。 The semiconductor element is a wide band gap semiconductor element,
The semiconductor module according to claim 1 or 2 .
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板に外部接続端子の先端を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする、The circuit pattern exposed from the hole, the semiconductor element, or the metal plate is electrically connected to the outside by contacting the tip of an external connection terminal,
半導体モジュールの接続方法。Semiconductor module connection method.
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板に前記外部接続端子の前記先端を押圧することにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする、
請求項4に記載の半導体モジュールの接続方法。 The external connection terminal has elasticity,
The circuit pattern exposed from the hole, the semiconductor element, or the metal plate is brought into contact by pressing the tip of the external connection terminal, and is electrically connected to the outside.
The method for connecting semiconductor modules according to claim 4 .
前記穴から露出している前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板に前記外部接続端子の前記針状の突起が突き刺さることにより接触して、外部と電気的に接続することを特徴とする、
請求項4または5に記載の半導体モジュールの接続方法。 The tip of the external connection terminal is provided with a needle-like protrusion,
The circuit pattern exposed from the hole, the semiconductor element, or the metal plate is brought into contact with the needle-like protrusion of the external connection terminal by being pierced to be electrically connected to the outside. ,
A method for connecting a semiconductor module according to claim 4 or 5 .
前記穴に液体金属を流し込み、
前記液体金属に外部接続端子を接触させることにより、外部と電気的に接続することを特徴とする、
半導体モジュールの接続方法。 A method for connecting a semiconductor module according to any one of claims 1 to 3,
Pour liquid metal into the hole,
By connecting an external connection terminal to the liquid metal, it is electrically connected to the outside,
Semiconductor module connection method.
(b)前記回路パターン上に半導体素子を接合する工程と、
(c)前記回路パターンと前記半導体素子との間、および/又は前記半導体素子間に金属板を接合する工程と、
(d)前記工程(c)の後に、可撓性を有する筒状の緩衝材を、平面視で前記筒状の筒穴部分から、前記回路パターン、前記半導体素子、又は前記金属板が露出し、かつ露出面と前記緩衝材が隙間なく接するように配置する工程と、
(e)前記工程(d)の後に、トランスファーモールド法により、前記緩衝材の前記筒状の筒穴部分を除いて、前記基板、前記回路パターン、前記半導体素子、前記金属板および前記緩衝材を樹脂封止する工程と、
を備え、
前記緩衝材はシリコーンゴムである、
半導体モジュールの製造方法。 (A) forming a circuit pattern on one main surface of the substrate;
(B) bonding a semiconductor element on the circuit pattern;
(C) joining a metal plate between the circuit pattern and the semiconductor element and / or between the semiconductor elements;
(D) After the step (c), the circuit pattern, the semiconductor element, or the metal plate is exposed from the cylindrical tube hole portion of the cylindrical buffer material having flexibility in a plan view. And a step of arranging the exposed surface and the cushioning material so as to contact each other without a gap,
(E) After the step (d), the substrate, the circuit pattern, the semiconductor element, the metal plate, and the buffer material are removed by a transfer molding method except for the cylindrical tube hole portion of the buffer material. A step of resin sealing;
With
The cushioning material is silicone rubber.
Manufacturing method of semiconductor module.
請求項8に記載の半導体モジュールの製造方法。 In the step (d), a plurality of the buffer materials are arranged, and the buffer materials are connected to each other by a connection member made of the same material as the buffer material.
The manufacturing method of the semiconductor module of Claim 8 .
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