JPH0634254U - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 樹脂封止半導体モジュールにおいて、封止樹
脂層のヒビ割れを防止して特性の向上を図る。 【構成】 電力用半導体チップ４と制御部品５を搭載
し、外部引き出し端子６を取り付けた回路基板を囲んで
樹脂封止を行うに際し、上蓋１１ａ、側壁１１ｂ、内壁
１１ｃの一体成形よりなり、上蓋１１ａに開口部１１ｄ
を有し、かつ上蓋１１ａの下面に微細な凹凸形状１６を
形成した樹脂ケース１１を用いる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、同一金属基板上に電力用半導体チップと、この半導体チップを制 御する制御部品とを搭載し、樹脂封止して得られる半導体モジュールに関するも のである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、半導体モジュールとしては例えば図３の断面図に示す構造のものが知ら れている。図４はこの半導体モジュールのケース取り付け前の回路基板を示す平 面図である。図において、１は全面に絶縁層（図示せず）を有する金属基板であ り、この金属基板１上のほぼ中央部から一方端にかけて凸形状の銅回路２が接着 半田付けされ、また他方端にかけて絶縁板上に銅回路パターンを印刷した凹形状 のプリント配線板３が接着シート等によって絶縁層上に接着されている。

【０００３】 そして、金属基板１の銅回路２およびプリント配線板３の必要個所にクリーム 半田を印刷し、銅回路２上に電力用半導体チップ４を、またプリント配線板３の 上に表面実装部品である抵抗、ＩＣ、コンデンサー等の制御部品５を搭載し、さ らに金属基板１上の必要個所には外部引出し端子６を搭載してからリフロー炉で 全部品の半田付けを行い、その後回路間の結線７を行って図４のような回路基板 が得られる。

【０００４】 次に、回路基板の周縁および上方を上蓋１１ａと側壁１１ｂおよび内壁１１ｃ を一体成形した樹脂ケース１１で覆い、側壁１１ｂを金属基板１にシリコンゴム 等の接着剤で接着する。この時、予め電力用半導体チップ４と制御部品５を囲む ように所定の位置に設けられている内壁１１ｃ、１１ｃをも金属基板１上に接着 する。そして、ケース１１の上蓋１１ａに設けられている開口部１１ｄから内壁 １１ｃ、１１ｃ内にシリコンゴムを充填し、１２０〜１５０℃で加熱硬化してシ リコンゴム層１２を形成する。次いで、シリコンゴム層１２の上および側壁１１ ｂと内壁１１ｃとの間に開口部１１ｄからエポキシ樹脂を充填し、１２０〜１５ ０℃で加熱硬化してエポキシ樹脂層１３を形成することにより図３のような半導 体モジュールが得られる。なお、上記絶縁層を有する金属基板に銅回路および予 め制御部品を表面実装したプリント配線板を取り付ける代わりに、金属基板に絶 縁物を介して銅回路を配置し、この銅回路上に電力用半導体チップ、制御部品を 載置し、半田付けすることもある。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のような半導体モジュールを得るに当たって、従来はシリ コンゴム層の上にエポキシ樹脂を充填する際に、粘度の高いエポキシ樹脂が均一 に入らず、図５に示すようにケース１１の上蓋１１ａの下部に空気層１４が生じ ることが多く、また、充填したエポキシ樹脂を加熱硬化させるときに、先に形成 したシリコンゴム層１２も加熱されて膨張することがある。このため、膨張する シリコンゴム層１２と空気層１４との間のエポキシ樹脂層１３は他の個所よりそ の厚みが薄くなり、さらに加熱硬化時にシリコンゴム層の膨張による力がエポキ シ樹脂層の薄い部分に加わってヒビ１５が入るという欠点がある。

【０００６】 また、このようにして得られる半導体モジュールは、これが用いられる例えば エアコンのような機器類の小型化に伴って薄型化されつつあるが、そのような薄 型半導体モジュールを機器に取り付ける際に、開口部１１ｄに力が加わると図５ のエポキシ樹脂層１３に見られるヒビ１５がさらに大きくなったり、このヒビ割 れのためにエポキシ樹脂層が完全に分離することがあり、このため耐湿特性が低 下したり、外部配線用端子部材の沿面距離が短くなって耐電圧の低いものになる という問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この考案は上記に鑑みて、電力用半導体チップおよび制御部品を搭載した回路 基板上を樹脂封止する際に、開口部を有する上蓋、側壁、内壁より構成され、上 蓋の下面が微細な凹凸形状を呈する樹脂ケース、或いは上蓋、側壁、内壁とより なり、上蓋に開口部を有し、この開口部の下縁に突出部を有すると共に、この突 出部の下面を含む上蓋下面に微細な凹凸形状を形成した樹脂ケースを用いるなら ば、従来の半導体モジュールの問題点を解消できることを見出したものである。

【０００８】 即ち、この考案は絶縁層を有する金属基板又は絶縁基板を接着した金属基板の 上に積層した銅回路上に電力用半導体チップおよび制御部品を載置固定し、さら に一方端がケース上部外方に引き出される端子部材の他方端を上記金属基板上に 取り付けて得た回路基板を、上蓋と側壁および内壁の一体成形よりなり、上蓋に 開口部を有し、かつ上蓋の下面が微細な凹凸形状を呈する樹脂ケースで覆い、該 ケース内を樹脂封止してなる半導体モジュール、あるいは上記の回路基板を、上 蓋と側壁および内壁より構成され、上蓋に開口部を有し、かつ上蓋の開口部下縁 に突出部を有すると共に、上記突出部の下面を含む上蓋の下面が微細な凹凸形状 を呈する樹脂ケースで覆い、該ケース内を樹脂封止してなる半導体モジュールを 提供するものである。

【０００９】

【作用】

この考案は、上記したように電力用半導体チップおよび制御部品を搭載した回 路基板上を樹脂封止する際に、開口部を有する上蓋、側壁、内壁より構成され、 上蓋下面に微細な凹凸形状を呈する樹脂ケースを用いるか、開口部を有する上蓋 、側壁、内壁とともに上蓋開口部下縁に突出部を有し、この突出部を含む上蓋下 面に微細な凹凸形状を呈する樹脂ケースを用いることによって、シリコンゴム層 上にエポキシ樹脂層を形成するためのエポキシ樹脂を充填する際に、エポキシ樹 脂とケース下面との接触面積を多くできること、また開口部端縁ではエポキシ樹 脂が突出部に当たって落下するので充填速度が和らげられ、この結果上蓋下面に 生ずる空気層を減ずることができ、従って空気層とシリコンゴム層間のエポキシ 樹脂層にヒビの入ることを防止することができるのである。

【００１０】

【実施例】

以下、この考案の実施例を図１および図２により詳細に説明する。尚、図中従 来例と同じ符号は同一部位を示すものである。 実施例１ 図１において樹脂ケース１１はケース上蓋１１ａ、側壁１１ｂ、内壁１１ｃか ら構成されており、上蓋１１ａに開口部１１ｄを有するとともに、上蓋１１ａの 下面に微細な凹凸形状１６が形成されている。このような構造の樹脂ケース１１ を、電力用半導体チップ４および制御部品５を搭載し、外部引き出し端子６を取 り付け、回路間の結線７を行った回路基板の金属基板１外縁に側壁１１ｂを接着 することによって取り付け、同時に内壁１１ｃの下端も金属基板１上に接着する 。そして、内壁１１ｃ、１１ｃ内の電力用半導体チップ４および制御部品５上に ケース上蓋１１ａの開口部１１ｄからシリコンゴムを充填し、加熱硬化させてシ リコンゴム層１２を形成する。

【００１１】 次いで、形成したシリコンゴム層１２の上に開口部１１ｄからエポキシ樹脂を 充填し、加熱硬化させてエポキシ樹脂層１３を形成することにより、この考案の 半導体モジュールが得られるのであるが、樹脂ケース１１の上蓋１１ａの下面に 微細な凹凸形状１６が形成されているために、開口部１１ｄから充填されるエポ キシ樹脂の上蓋１１ａの下面との接触面積を増加させることができ、エポキシ樹 脂と上蓋１１ａの下面との間に残る空気が分散されるので、空気層１４が生じる としても、１つの空気層１４は非常に小さいものとなる。この為、充填されたエ ポキシ樹脂を加熱硬化してエポキシ樹脂層１３を形成する時に、シリコンゴム層 １２の膨張によるエポキシ樹脂の移動が少なく、従ってたとえ空気層１４とシリ コンゴム層１２間のエポキシ樹脂層１３が薄くてもエポキシ樹脂層にヒビ１５が 入ったり、割れたりすることを防止することができるのであり、このような半導 体モジュールを機器類に取り付けるに際してもヒビ割れやエポキシ樹脂層の分離 の恐れがなく、耐湿特性が劣化したり、耐電圧の低下が生じることもない。

【００１２】 実施例２ 図２はこの考案の他の実施例を示すものであり、樹脂ケース１１はケース上蓋 １１ａ、側壁１１ｂ、内壁１１ｃから構成され、上蓋１１ａに開口部１１ｄを有 するとともに、上蓋１１ａの開口部１１ｄ下縁に突出部１７が設けられている。 そして、この突出部１７の下面を含む上蓋１１ａの下面に微細な凹凸形状１６が 形成されている。このような構造の樹脂ケース１１を、実施例１と同様に用いて 半導体モジュールが得られるのであるが、樹脂ケース１１の上蓋１１ａの開口部 １１ｄ下縁に突出部１７が形成されていることと、この突出部１７を含む上蓋１ １ａの下面に微細な凹凸形状１６が形成されていることによって、この半導体モ ジュールを機器類に取り付ける際に開口部１１ｄのエポキシ樹脂に力が加わって も、その力を突出部１７で受け止めることができ、かつ上蓋１１ａ下面に形成し た微細な凹凸形状１６によるエポキシ樹脂と上蓋１１ａ下面との接触面積の増大 によって、空気層１４とシリコンゴム層１２間のエポキシ樹脂層１３のヒビ割れ を一層防止することができる。

【００１３】 尚、この考案における上蓋１１ａ下面の微細な凹凸形状は、上蓋、側壁、内壁 よりなる樹脂ケースを一体成形にて製造するに際し、例えば使用する金型の上蓋 部分に開口部を設けるとともに、上蓋下面側の金型表面に硝酸等によるエッチン グ処理で予め微細な凹凸形状を形成させておくか、または放電加工によってその ような形状を形成させておくことによって容易に得ることができる。また、上蓋 開口部の下縁に突出部を形成する場合も、そのような形状に予め加工した金型を 用いることによって、容易に得ることができる。

【００１４】 また、上記では電力用半導体チップと制御部品とを同一基板に有する回路基板 について説明してきたが、電力用半導体チップのみを有する回路基板にも適用で きることはいうまでもない。

【００１５】

【考案の効果】

以上説明したように、この考案によれば電力用半導体チップおよび制御部品を 搭載し、外部引き出し端子を取り付け、回路間の結線を行った回路基板を樹脂ケ ースで囲んで樹脂封止するに際して、開口部を有する上蓋の下面に微細な凹凸形 状を形成した樹脂ケース、或いは上蓋開口部の下縁に突出部を一体成形にて設け 、突出部の下面を含む上蓋下面に微細な凹凸形状を形成した樹脂ケースを用いる ことによって、封止エポキシ樹脂層におけるヒビ割れを防ぎ、特性の劣化を防止 することができるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の半導体モジュールの実施例を示す断
面図である。

【図２】この考案の半導体モジュールの他の実施例を示
す断面図である。

【図３】従来の半導体モジュールの断面図である。

【図４】半導体モジュールを構成する回路基板の平面図
である。

【図５】従来の半導体モジュールの拡大部分断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 金属基板 ２ 銅回路 ３ プリント配線板 ４ 電力用半導体チップ ５ 制御部品 ６ 外部引き出し端子 １１ 樹脂ケース １１ａ 上蓋 １１ｂ 側壁 １１ｃ 内壁 １１ｄ 開口部 １２ シリコンゴム層 １３ エポキシ樹脂層 １４ 空気層 １５ ヒビ割れ部 １６ 微細な凹凸形状 １７ 突出部

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁層を有する金属基板又は絶縁基板を
   接着した金属基板の上に積層した銅回路上に電力用半導
   体チップおよび制御部品を載置固定し、さらに一方端が
   ケース上部外方に引き出される端子部材の他方端を上記
   金属基板上に取り付けて得た回路基板を、上蓋と側壁お
   よび内壁の一体成形よりなり、上蓋に開口部を有し、か
   つ上蓋の下面が微細な凹凸形状を呈する樹脂ケースで覆
   い、該ケース内を樹脂封止してなる半導体モジュール。
2. 【請求項２】 絶縁層を有する金属基板の上面一方側に
   積層した銅回路上に電力用半導体チップを載置固定し、
   他方側に予め制御部品を表面実装したプリント配線板を
   取り付け、さらに一方端がケース上部外方に引き出され
   る端子部材の他方端を上記金属基板上に取り付けて得た
   回路基板を、上蓋と側壁および内壁の一体成形よりな
   り、上蓋に開口部を有し、かつ上蓋の開口部下縁に突出
   部を有すると共に、上記突出部の下面を含む上蓋の下面
   が微細な凹凸形状を呈する樹脂ケースで覆い、該ケース
   内を樹脂封止してなる半導体モジュール。