JP6065581B2 - Power semiconductor module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、パワー素子および制御ICを封止樹脂内に有するパワー半導体モジュールおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a power semiconductor module having a power element and a control IC in a sealing resin, and a manufacturing method thereof.
パワー素子および制御ICを樹脂封止してなるパワー半導体モジュール(パワーモジュール)が広く知られている。 A power semiconductor module (power module) in which a power element and a control IC are sealed with a resin is widely known.
パワー半導体モジュールでは、パワー素子とリードとの接続を太径のワイヤ(アルミワイヤ)で配線し、制御ICとリードとの接続を細径のワイヤ(金ワイヤ)で配線し、これらを樹脂封止している(例えば、特許文献1参照)。 In the power semiconductor module, the connection between the power element and the lead is wired with a large diameter wire (aluminum wire), the connection between the control IC and the lead is wired with a thin diameter wire (gold wire), and these are sealed with resin (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、従来では、パワー素子および制御ICを樹脂で封止する際、流動樹脂によって細径の金ワイヤに変形が生じると、金ワイヤ同士の短絡などの不具合が生じる懸念がある。 However, conventionally, when the power element and the control IC are sealed with a resin, if the thin gold wire is deformed by the flowing resin, there is a concern that a defect such as a short circuit between the gold wires may occur.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、制御ICに接続された金ワイヤの変形を抑えることができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and makes it a subject to provide the power semiconductor module which can suppress a deformation | transformation of the gold wire connected to control IC, and its manufacturing method.
上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールは、基板上の所定位置に配置されたパワー素子と、前記パワー素子と前記パワー素子に電力を供給する電力供給部とを接続するアルミワイヤと、前記基板上の所定位置に配置された制御ICと、前記制御ICと前記基板のリードとを接続する金ワイヤと、を封止樹脂内に備え、前記アルミワイヤの配置位置が、前記封止樹脂を形成するために注入した樹脂の流動を前記金ワイヤに対してブロックする位置にされていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a power semiconductor module according to the present invention includes a power element disposed at a predetermined position on a substrate, and an aluminum connecting the power element and a power supply unit that supplies power to the power element. A wire, a control IC disposed at a predetermined position on the substrate, and a gold wire connecting the control IC and a lead of the substrate in a sealing resin, and the position of the aluminum wire is It is characterized in that it is in a position to block the flow of the resin injected to form the sealing resin with respect to the gold wire.
また、本発明に係るパワー半導体モジュールの製造方法は、基板上にパワー素子と制御ICとを配置して樹脂封止するパワー半導体モジュールの製造方法であって、前記パワー素子と前記制御ICとを前記基板上の所定位置にそれぞれ配置する素子配置工程と、前記制御ICと前記基板のリードとを金ワイヤで接続するとともに、前記パワー素子と前記パワー素子に電力を供給する電力供給部とをアルミワイヤで接続するワイヤ接続工程と、前記パワー素子、前記制御IC、前記アルミワイヤ、および、前記金ワイヤを樹脂封止する封止工程と、を備え、前記ワイヤ接続工程では、前記アルミワイヤの配置位置を、樹脂封止するために注入した樹脂の流動を前記金ワイヤに対してブロックする位置とすることを特徴とする。 A method for manufacturing a power semiconductor module according to the present invention is a method for manufacturing a power semiconductor module in which a power element and a control IC are arranged on a substrate and resin-sealed, and the power element and the control IC are An element arranging step for arranging the power IC at a predetermined position on the substrate, the control IC and a lead of the substrate are connected by a gold wire, and the power element and a power supply unit for supplying power to the power element are formed of aluminum. A wire connecting step for connecting with a wire; and a sealing step for resin-sealing the power element, the control IC, the aluminum wire, and the gold wire. In the wire connecting step, the placement of the aluminum wire The position is a position where the flow of the resin injected for resin sealing is blocked with respect to the gold wire.
本発明によれば、制御ICに接続された金ワイヤの変形を抑えることができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power semiconductor module which can suppress the deformation | transformation of the gold wire connected to control IC, and its manufacturing method can be provided.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、すでに説明したものと同一または類似の構成要素には同一または類似の符号を付し、その詳細な説明を適宜省略している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or similar components as those already described are denoted by the same or similar reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
また、図面は模式的なものであり、寸法比などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法比などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 In addition, it should be noted that the drawings are schematic and the dimensional ratios and the like are different from actual ones. Therefore, specific dimensional ratios and the like should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。 The following embodiments are exemplifications for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention are described below in terms of the material, shape, structure, arrangement, etc. of the components. It is not something specific. The embodiments of the present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.
[第1実施形態]
まず、第1実施形態について説明する。図1(a)〜(d)は、それぞれ、本実施形態のパワー半導体モジュールの平面図、側面図(第1側面図)、背面図、および、リード突出側の側面図(第2側面図)である。図2は、本実施形態で、樹脂封止する際にゲートからキャビティ内(金型内)に流動樹脂を注入することを説明する模式的な平面図である。図3は、本実施形態で、樹脂封止する際にゲートからキャビティ内(金型内)に流動樹脂を注入することを説明する模式的な側面図である。
[First Embodiment]
First, the first embodiment will be described. 1A to 1D are a plan view, a side view (first side view), a rear view, and a side view (second side view) of a lead protrusion side, respectively, of the power semiconductor module of the present embodiment. It is. FIG. 2 is a schematic plan view for explaining that the flowable resin is injected from the gate into the cavity (inside the mold) when resin sealing is performed in the present embodiment. FIG. 3 is a schematic side view for explaining that the flowable resin is injected from the gate into the cavity (inside the mold) when resin sealing is performed in the present embodiment.
本実施形態のパワー半導体モジュール10では、封止樹脂12からリード14a〜fが突出している。そして、基板16上の所定位置に配置されたパワー素子18(MOS、IGBTなど)と、パワー素子18とリード14aとを接続する第1アルミワイヤ20pおよび第2アルミワイヤ20qと、基板16上の所定位置に配置された制御IC(制御素子)22と、制御IC22とリード14c〜fとをそれぞれ接続する金ワイヤ24c〜fと、を封止樹脂12内に備えている。また、制御IC22とパワー素子18とがゲートワイヤ26で接続されている。制御IC22は電気絶縁性の樹脂で基板上に接着されており、パワー素子18ははんだ付けで基板16に実装されている。
In the
本実施形態では、アルミワイヤはパワー素子18への電力供給用に2本配置されている。そして、パワー素子18の電極18u面における第1アルミワイヤ20pの配置位置は、封止樹脂12を形成するために注入した樹脂の流動を金ワイヤ24に対してブロックする位置にされている。具体的に説明すると、パワー素子18における制御IC22に近い側部18sの角部のうち上記流動の上流側となるIC側上流角部18kに接続された第1アルミワイヤ20pと、IC側上流角部18kに対して対角となる対角側角部18jに接続された第2アルミワイヤ20qと、が設けられている。そして、封止樹脂12を形成するために注入した樹脂が、パワー素子18のIC側上流角部18kで第1アルミワイヤ20pに当たってパワー素子18の対角側角部18jに向けて流動することで、流動樹脂がゲートG1から金ワイヤ24に直接に到達して金ワイヤ24を変形させることは回避される構造になっている。パワー素子18および制御IC22の上記所定位置は、このような回避がなされるように配慮して設定された位置である。なお、本明細書では、「パワー素子の角部」の領域(範囲)は、パワー素子を角部毎に等分した各領域(例えば、パワー素子が平面視で長方形状なら、各角部をそれぞれ含む四等分した各領域)をいう。
In the present embodiment, two aluminum wires are arranged for supplying power to the
図3に示すように、第1アルミワイヤ20pは、IC側上流角部18kに、パワー素子18の電極18u面(図示せず)に平行な接続部20p1で接続されている。そして、第1アルミワイヤ20pは、接続部20p1から斜め上方向(基板表面から離れる方向)に曲げられて延び出し、水平方向(基板表面に平行な方向)に向くように曲げられ、更に斜め下方向(基板表面に近づく方向)に曲げられ、リード14aに平行な接続部20p2でリード14aに接続されている。第2アルミワイヤ20qも同様である。
As shown in FIG. 3, the
そして、本実施形態では、IC側上流角部18kとリード14aとの距離が、対角側角部18jとリード14aとの距離よりも長いため、第1アルミワイヤ20pの長さが、第2アルミワイヤ20qに比べて長い。
In this embodiment, since the distance between the IC-side
ゲートワイヤ26および金ワイヤ24は第1アルミワイヤ20pや第2アルミワイヤ20qに比べて細い。一例としては、第1アルミワイヤ20pや第2アルミワイヤ20qの径は何れも300〜500μmの範囲であり、金ワイヤ24c〜fの径は何れも30〜50μmの範囲である。
The
(作用、効果)
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。図3に示すように、本実施形態では、キャビティ内で流動樹脂が効果的に押し上げられるように、ゲートG1の高さ位置は、第1アルミワイヤ20pの接続部20p1の高さ位置h以下とされている。
(Function, effect)
Hereinafter, the operation and effect of the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the height position of the gate G1 is equal to or less than the height position h of the connecting portion 20p1 of the
パワー半導体モジュール10を製造するには、まず、パワー素子18と制御IC22とを基板16上の所定位置にそれぞれ配置する素子配置工程を行う。本実施形態では、図2に示すように、樹脂封止する際に用いる金型のゲートG1は、キャビティの角部に開口している。本実施形態では、パワー素子18および制御IC22を基板16上に配置する際、基板16を金型内に配置したときにゲートG1に近い側となる所定位置にパワー素子18を配置し、基板16を金型内に配置したときにゲートG1からパワー素子18を越えた位置となる所定位置に制御IC22を配置する。
In order to manufacture the
次に、制御IC22とリード14c〜fとをそれぞれ金ワイヤ24c〜fで接続するとともに、パワー素子18とリード14aとを第1アルミワイヤ20pおよび第2アルミワイヤ20qで接続するワイヤ接続工程を行う。このワイヤ接続工程では、第1アルミワイヤ20pおよび第2アルミワイヤ20qの配置位置を、樹脂封止するために注入した樹脂の流動を金ワイヤ24に対してブロックする位置とする。具体的には、第1アルミワイヤ20pをパワー素子18のIC側上流角部18kに接続し、第2アルミワイヤ20qをパワー素子18の対角側角部18jに接続する。また、制御IC22とパワー素子18とをゲートワイヤ26で接続する。
Next, the
その後、金型内に基板16をセットし、樹脂注入してパワー素子18および制御IC22を樹脂封止する封止工程を行う。
Thereafter, a sealing step is performed in which the
この封止工程では、ゲートG1から注入された流動性の樹脂は、キャビティ内でIC側上流角部18kに到達しても、そのまま直接に金ワイヤ24(特に金ワイヤ24c)に向けて流れることは第1アルミワイヤ20pによって防止され、対角側角部18jに向けて流れるように流動方向が変更される。従って、金ワイヤ24が流動樹脂によって変形していわゆるつぶれが生じることを、部品点数を増やすことなく効果的に防止することができる。
In this sealing step, the fluid resin injected from the gate G1 flows directly toward the gold wire 24 (particularly, the
ここで、図2に示すように、第1アルミワイヤ20pのゲート側の端部である接続部20p1に到達した流動樹脂は、矢印Dに示すように、ゲートワイヤ26により制御IC22のゲート側の縁部22tに案内される。そして、リード14c〜fに向けて流れ、金ワイヤ24c〜fの周囲では金ワイヤ24c〜fにほぼ沿った方向に流れる。従って、従来のように流動樹脂が金ワイヤ24c〜f(特に金ワイヤ24c)に側方から直接に当たることが回避されている。
Here, as shown in FIG. 2, the flowing resin that has reached the connecting portion 20p1 that is the end portion on the gate side of the
また、第1アルミワイヤ20pがIC側上流角部18kに接続され、第2アルミワイヤ20qが対角側角部18jに接続されているので、このような流動方向の変更を第1アルミワイヤ20pによって効率的に行うことができている。
In addition, since the
また、第1アルミワイヤ20pの長さは第2アルミワイヤ20qよりも長い。従って、第1アルミワイヤ20pと第2アルミワイヤ20qの線径が同じであっても、第1アルミワイヤ20pの電気抵抗が第2アルミワイヤ20qよりも大きいので、第1アルミワイヤ20pに流れる電流は第2アルミワイヤ20qに流れる電流よりも少ない。よって、第1アルミワイヤ20pが接続されているIC側上流角部18kで温度が上昇することを抑えることができるので、パワー素子18の発熱による制御IC22の温度上昇を抑えることができる。
The length of the
また、電極18u面上で第1アルミワイヤ20pの接続位置と第2アルミワイヤ20qの接続位置とが効率良く離れているので、パワー半導体モジュール10の使用時に、パワー素子18に局部的に電流集中が生じることを効率良く防止でき、パワー素子18での電流のON抵抗(入力抵抗)を効果的に抑えることができる。
Further, since the connection position of the
なお、図4に示すように、制御IC22のゲート側の縁部22tの流動樹脂に対する上流側に、流動樹脂の流入を防止するブロック材28を配置してもよい。これにより、金ワイヤ24のつぶれ防止を更に効果的に行うことができる。ブロック材28としては、ダミー用のアルミワイヤであってもよい。
In addition, as shown in FIG. 4, you may arrange | position the
また、パワー半導体モジュール10は、パワー半導体モジュール10の裏面側にパワー素子18を露出させるように封止樹脂12で封止したハーフモールドのモジュールであってもよいし、パワー素子18を封止樹脂12内に内包したフルモールドのモジュールであってもよい。
The
また、図5に示すように、第2アルミワイヤ20qの端部であってパワー素子18の電極18u面との接続部20q1の側に延長部30を設けることで、ゲートG1から注入された流動樹脂が、制御IC22のゲート側の縁部22tに案内される構成にしてもよい。これにより、本実施形態と同様、流動樹脂が金ワイヤ24c〜f(特に金ワイヤ24c)に側方から直接に当たることが回避されるので、金ワイヤ24が流動樹脂によって変形していわゆるつぶれが生じることが防止される。この場合、第1アルミワイヤ20pがIC側上流角部18kにまで延びていない構成にしてもよい。
In addition, as shown in FIG. 5, by providing an
[第2実施形態]
次に、第2実施形態について説明する。図6は、本実施形態で、樹脂封止する際にゲートからキャビティ内(金型内)に流動樹脂を注入することを説明する模式的な平面図である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 6 is a schematic plan view for explaining that the fluid resin is injected from the gate into the cavity (inside the mold) when resin sealing is performed in the present embodiment.
本実施形態のパワー半導体モジュールでは、封止樹脂42から突出するリード44a〜fを備えている。そして、基板46上の所定位置に配置されたパワー素子48(MOS、IGBTなど)と、パワー素子48の電極(図示せず)と基板46上の配線49とを接続するアルミワイヤ50と、基板46上の所定位置に配置された制御IC(制御素子)52と、制御IC52とリード44a〜eとをそれぞれ接続する金ワイヤ54a〜eと、を封止樹脂42内に備えている。また、制御IC52とパワー素子48とが複数本の金ワイヤ56a〜dで接続されている。
The power semiconductor module of this embodiment includes leads 44 a to 44 f that protrude from the sealing
パワー素子48は第1実施形態のパワー素子18と同等の性能を有しており、制御IC52は第1実施形態の制御IC22と同等の性能を有する。アルミワイヤ50は、第1アルミワイヤ20pや第2アルミワイヤ20qと同様、パワー素子48への接続部50p1から斜め上方向に曲げられて延び出し、水平方向に向くように曲げられ、更に斜め下方向に曲げられ、配線49に平行なように曲げられてなる接続部50p2で配線49に接続されている。
The
アルミワイヤ50の配置位置は、封止樹脂42を形成するために注入した樹脂の流動を金ワイヤ54、56に対してブロックする位置にされている。具体的には、流動樹脂に対し、金ワイヤ54、56の上流側にアルミワイヤ50が位置することにより、ゲートG2からの流動樹脂が金ワイヤ54、56に直接に到達して金ワイヤ54、56を変形させることは回避される構造になっている。パワー素子48および制御IC52の上記所定位置は、このような回避がなされるように配慮して設定された位置である。
The arrangement position of the
(作用、効果)
以下、本実施形態の作用、効果を説明する。本実施形態では、樹脂封止する際に用いる金型のゲートG2は、流動樹脂にとって上流端側の金型壁の中央位置に開口している。本実施形態では、パワー素子48および制御IC52を基板46上に配置する際、基板46を金型内に配置したときにゲートG2に近い側となる所定位置にパワー素子18を配置し、基板46を金型内に配置したときにゲートG2からパワー素子18を越えた位置となる所定位置に制御IC22を配置する。
(Function, effect)
Hereinafter, the operation and effect of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the mold gate G2 used for resin sealing is opened at the center position of the mold wall on the upstream end side for the fluid resin. In this embodiment, when the
次に、制御IC52とリード44a〜eとをそれぞれ金ワイヤ54a〜eで接続するとともに、パワー素子48と配線49とをアルミワイヤ50で接続するワイヤ接続工程を行う。このワイヤ接続工程では、上述したように、アルミワイヤ50の配置位置を、樹脂封止するために注入した樹脂の流動を金ワイヤ54、56に対してブロックする位置とする。
Next, the
その後、金型内に基板46をセットし、樹脂注入して、パワー素子48、アルミワイヤ50、制御IC52、金ワイヤ54、56、および、配線49を樹脂封止する封止工程を行う。
Thereafter, a
この封止工程では、ゲートG2から注入された流動性の樹脂は、キャビティ内で制御IC52上に到達しても、そのまま直接に金ワイヤ54、56に向けて流れることはアルミワイヤ50によって防止され、アルミワイヤ50の両端部まで回り込んでから流れるように流動方向が変更される。従って、金ワイヤ54、56が流動樹脂によって変形していわゆるつぶれが生じることは、大きく防止される。
In this sealing process, even if the fluid resin injected from the gate G2 reaches the
以上のように、本発明に係るパワー半導体モジュールおよびその製造方法では、アルミワイヤの配置位置が、封止樹脂を形成するために注入した樹脂の流動を金ワイヤに対してブロックする位置にされているので、制御ICに接続された金ワイヤの変形を抑えることができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法として用いるのに好適である。 As described above, in the power semiconductor module and the manufacturing method thereof according to the present invention, the aluminum wire is disposed at a position where the flow of the resin injected to form the sealing resin is blocked with respect to the gold wire. Therefore, it is suitable for use as a power semiconductor module capable of suppressing deformation of the gold wire connected to the control IC and a method for manufacturing the power semiconductor module.
10 パワー半導体モジュール
12 封止樹脂
14a リード(電力供給部)
14c〜f リード
16 基板
18 パワー素子
20p 第1アルミワイヤ
20q 第2アルミワイヤ
22 制御IC
24c〜f 金ワイヤ
18s 側部
18k IC側上流角部
18j 対角側角部
42 封止樹脂
46 基板
48 パワー素子
49 配線
50 アルミワイヤ
52 制御IC
54a〜e 金ワイヤ
10
14c to
24c to
54a-e Gold wire
Claims (2)
前記パワー素子と前記パワー素子に電力を供給する電力供給部とを接続するアルミワイヤと、
前記基板上の所定位置に配置された制御ICと、
前記制御ICと前記基板のリードとを接続する金ワイヤと、
を封止樹脂内に備え、
前記アルミワイヤの配置位置が、前記封止樹脂を形成するために注入した樹脂の流動を前記金ワイヤに対してブロックする位置にされており、
前記アルミワイヤが、前記制御ICに近い前記パワー素子の側部の角部のうち前記流動の上流側のIC側上流角部に接続された第1アルミワイヤと、前記IC側上流角部に対して対角となる対角側角部に接続された第2アルミワイヤと、で構成され、
前記封止樹脂を形成するために注入した樹脂が、前記IC側上流角部で前記第1アルミワイヤに当たって前記対角側角部に向けて流れることを特徴とするパワー半導体モジュール。 A power element disposed at a predetermined position on the substrate;
An aluminum wire connecting the power element and a power supply unit for supplying power to the power element;
A control IC disposed at a predetermined position on the substrate;
A gold wire connecting the control IC and the substrate lead;
In the sealing resin,
The arrangement position of the aluminum wire is a position where the flow of the resin injected to form the sealing resin is blocked with respect to the gold wire ,
The aluminum wire is connected to the first aluminum wire connected to the upstream side corner of the IC on the upstream side of the flow among the side corners of the power element close to the control IC, and the upstream side corner of the IC side. And a second aluminum wire connected to the diagonal corner that is diagonal,
The power semiconductor module , wherein the resin injected to form the sealing resin strikes the first aluminum wire at the IC-side upstream corner and flows toward the diagonal-side corner .
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