JPH08316357A - 樹脂封止型パワーモジュール装置 - Google Patents
樹脂封止型パワーモジュール装置Info
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- JPH08316357A JPH08316357A JP11546495A JP11546495A JPH08316357A JP H08316357 A JPH08316357 A JP H08316357A JP 11546495 A JP11546495 A JP 11546495A JP 11546495 A JP11546495 A JP 11546495A JP H08316357 A JPH08316357 A JP H08316357A
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- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
Abstract
(57)【要約】
【目的】耐湿性に優れたモジュール装置の提供。
【構成】基板上に充填されたシリコーンゲル8とその上
に充填される硬質樹脂9との界面に、接着阻害層10を
配置したモジュール装置。
に充填される硬質樹脂9との界面に、接着阻害層10を
配置したモジュール装置。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は樹脂封止型パワーモジュ
ール装置の実装構造並びに製造方法に関する。
ール装置の実装構造並びに製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のパワーモジュール装置の構成を、
一般的なIGBTモジュールの構成を例に取って説明す
る。図1は一般的なIGBTモジュールの断面図であ
る。図において、1はIGBTあるいはダイオードチッ
プ等のパワーチップであり、これらはセラミックス板2
の上に搭載され、このセラミックス板は金属基板3に接
合されている。セラミックス板2上からは、半田付け固
定された外部取り出し端子5が立ち上がっている。外部
取り出し端子5とパワーチップ1とは金属ワイヤ4によ
り電気的に接続されている。金属基板3にはポリフェニ
レンスルフィド(PPS)等の熱可塑性樹脂製外囲ケー
ス7が接着されている。6は同一樹脂製の蓋である。パ
ワーチップを搭載した基板上にはチップ保護のため弾性
率の非常に小さいシリコーンゲル8が充填されている。
さらにこの上には、端子固定とパッケージの機密を保持
するためにエポキシ樹脂組成物等の硬質樹脂9が充填さ
れている。
一般的なIGBTモジュールの構成を例に取って説明す
る。図1は一般的なIGBTモジュールの断面図であ
る。図において、1はIGBTあるいはダイオードチッ
プ等のパワーチップであり、これらはセラミックス板2
の上に搭載され、このセラミックス板は金属基板3に接
合されている。セラミックス板2上からは、半田付け固
定された外部取り出し端子5が立ち上がっている。外部
取り出し端子5とパワーチップ1とは金属ワイヤ4によ
り電気的に接続されている。金属基板3にはポリフェニ
レンスルフィド(PPS)等の熱可塑性樹脂製外囲ケー
ス7が接着されている。6は同一樹脂製の蓋である。パ
ワーチップを搭載した基板上にはチップ保護のため弾性
率の非常に小さいシリコーンゲル8が充填されている。
さらにこの上には、端子固定とパッケージの機密を保持
するためにエポキシ樹脂組成物等の硬質樹脂9が充填さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のパワーモジュー
ル装置では、耐湿寿命が短いという問題があった。この
主要因は、基板,外囲ケース,硬質樹脂で周囲を密封さ
れたシリコーンゲル中には、クラックやボイド等の構造
欠陥が発生し易く、これら構造欠陥部に水分が凝縮する
こと、および/またはこれら欠陥部を伝って水分が容易
にパワーチップ上に到達することにある。従って、パワ
ーモジュール装置の耐湿性向上のためには、シリコーン
ゲル部での構造欠陥発生を防止することが非常に有効で
ある。
ル装置では、耐湿寿命が短いという問題があった。この
主要因は、基板,外囲ケース,硬質樹脂で周囲を密封さ
れたシリコーンゲル中には、クラックやボイド等の構造
欠陥が発生し易く、これら構造欠陥部に水分が凝縮する
こと、および/またはこれら欠陥部を伝って水分が容易
にパワーチップ上に到達することにある。従って、パワ
ーモジュール装置の耐湿性向上のためには、シリコーン
ゲル部での構造欠陥発生を防止することが非常に有効で
ある。
【0004】周囲を拘束されたシリコーンゲル中に構造
欠陥が発生し易いのは、ゲルの大きな体積温度変化が阻
害されるためである。特に、ゲルの熱収縮時、周囲を拘
束されていると、ゲル表面の形状変化による体積減少分
の吸収が不可能となり、ゲルバルク内に構造欠陥を発生
して体積減少せざるを得なくなる。これがゲル中に構造
欠陥が発生するメカニズムである。
欠陥が発生し易いのは、ゲルの大きな体積温度変化が阻
害されるためである。特に、ゲルの熱収縮時、周囲を拘
束されていると、ゲル表面の形状変化による体積減少分
の吸収が不可能となり、ゲルバルク内に構造欠陥を発生
して体積減少せざるを得なくなる。これがゲル中に構造
欠陥が発生するメカニズムである。
【0005】ゲル部構造欠陥発生を防止するには、ゲル
への拘束を低減することが有効である。このための一手
法として、ゲル上面に全面あるいは部分的に空間を設け
た構造とする。この構造については、例えば特開昭61−
64144 号公報に開示されているものが挙げられる。ゲル
上面に空間を設ける手法はゲル構造欠陥発生防止に有効
であるが、従来構造を変更することが必要となる。一
方、従来構造に大きな変更を加えることなく、ゲルへの
拘束を低減する手法として、ゲルを拘束している、ゲル
上面とこの上に充填される硬質樹脂との接着を阻害する
ことが考えられる。
への拘束を低減することが有効である。このための一手
法として、ゲル上面に全面あるいは部分的に空間を設け
た構造とする。この構造については、例えば特開昭61−
64144 号公報に開示されているものが挙げられる。ゲル
上面に空間を設ける手法はゲル構造欠陥発生防止に有効
であるが、従来構造を変更することが必要となる。一
方、従来構造に大きな変更を加えることなく、ゲルへの
拘束を低減する手法として、ゲルを拘束している、ゲル
上面とこの上に充填される硬質樹脂との接着を阻害する
ことが考えられる。
【0006】本発明の目的は、ゲルと硬質樹脂との接着
を阻害することにより、ゲルへの拘束を低減した、耐湿
性に優れた樹脂封止型パワーモジュール装置並びにその
製法を提供することにある。
を阻害することにより、ゲルへの拘束を低減した、耐湿
性に優れた樹脂封止型パワーモジュール装置並びにその
製法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】シリコーンゲル中に構造
欠陥が発生する主要因は、シリコーンゲルが拘束される
ことにある。この拘束は、ゲル上面が硬質樹脂等に接着
することにより発生する。従って、ゲル上部に硬質樹脂
が充填される現行構造を維持しつつ、ゲルの拘束を低減
するためには、ゲルと硬質樹脂との接着を阻害すればよ
い。この接着阻害手法として、本発明ではゲルと硬質樹
脂との界面に接着阻害層を設けることが非常に有効であ
ることを見出した。
欠陥が発生する主要因は、シリコーンゲルが拘束される
ことにある。この拘束は、ゲル上面が硬質樹脂等に接着
することにより発生する。従って、ゲル上部に硬質樹脂
が充填される現行構造を維持しつつ、ゲルの拘束を低減
するためには、ゲルと硬質樹脂との接着を阻害すればよ
い。この接着阻害手法として、本発明ではゲルと硬質樹
脂との界面に接着阻害層を設けることが非常に有効であ
ることを見出した。
【0008】上記接着阻害層の構成として、次のものが
考えられる。
考えられる。
【0009】(1)硬質樹脂とは接着し、ゲルとは接着
し難い物質層を前記界面に設ける。
し難い物質層を前記界面に設ける。
【0010】(2)硬質樹脂とは接着し難く、ゲルとは
接着する物質層を前記界面に設ける。 (3)硬質樹脂及びゲル双方と接着するが、非常に破壊
し易い物質層を前記界面に設ける。
接着する物質層を前記界面に設ける。 (3)硬質樹脂及びゲル双方と接着するが、非常に破壊
し易い物質層を前記界面に設ける。
【0011】(4)硬質樹脂及びゲル双方と接着し難い
物質層を前記界面に設ける。
物質層を前記界面に設ける。
【0012】ゲルと固体物質との接着は、化学的結合を
介しての接合によるものよりは、物理的接触に基づいた
粘着によるものと考える方が実態に近い。このため、ゲ
ルと接着し難い固体物質を見出すことは通常困難であ
る。このため、接着阻害層として固体物質を採用する場
合には、上記した構成の内、(1)及び(4)を採用す
ることは通常困難である。
介しての接合によるものよりは、物理的接触に基づいた
粘着によるものと考える方が実態に近い。このため、ゲ
ルと接着し難い固体物質を見出すことは通常困難であ
る。このため、接着阻害層として固体物質を採用する場
合には、上記した構成の内、(1)及び(4)を採用す
ることは通常困難である。
【0013】以下で上記各構成の具体的手法について説
明する。
明する。
【0014】(2)は、硬質樹脂との接着性に乏しいフ
ッ素やケイ素含有樹脂等を接着阻害層に用いる手法があ
る。ゲル上部に接着阻害層を設ける手法としては、ゲル
上面にシート状の接着阻害物質を配置するもの、スプレ
等でゲル上面に接着阻害物質を吹き付け接着阻害層を形
成するもの、接着阻害物質溶液をゲル上部に配置してか
ら溶剤を除去して接着阻害層を形成するものがある。
ッ素やケイ素含有樹脂等を接着阻害層に用いる手法があ
る。ゲル上部に接着阻害層を設ける手法としては、ゲル
上面にシート状の接着阻害物質を配置するもの、スプレ
等でゲル上面に接着阻害物質を吹き付け接着阻害層を形
成するもの、接着阻害物質溶液をゲル上部に配置してか
ら溶剤を除去して接着阻害層を形成するものがある。
【0015】(3)は、相互の接着性は小さい固体微粒
子がゆるく凝集したものを接着阻害層とするものがあ
る。この固体微粒子としては、相互の接着性が小さいも
のであれば特に限定されるものではないが、例えば通常
各種材料の充填材あるいは増量材として用いられている
粉末状のシリカ,アルミナ,タルク等を挙げることがで
きる。これら微粒子の形状は、球状,角状あるいは破砕
状,鱗片状等何れの形状であっても構わない。硬化ゲル
上に形成する粉末状物質層の厚さは、この上に充填する
硬質樹脂として、室温付近で液状のものを用いる場合に
は、この硬質樹脂が粉末状物質層にある程度浸透するた
め、浸透してもゲル上面に到達しない厚さが必要であ
る。通常、1mm程度以上あればこの問題を回避できる
が、本発明はこの厚さに限定されるものではない。
子がゆるく凝集したものを接着阻害層とするものがあ
る。この固体微粒子としては、相互の接着性が小さいも
のであれば特に限定されるものではないが、例えば通常
各種材料の充填材あるいは増量材として用いられている
粉末状のシリカ,アルミナ,タルク等を挙げることがで
きる。これら微粒子の形状は、球状,角状あるいは破砕
状,鱗片状等何れの形状であっても構わない。硬化ゲル
上に形成する粉末状物質層の厚さは、この上に充填する
硬質樹脂として、室温付近で液状のものを用いる場合に
は、この硬質樹脂が粉末状物質層にある程度浸透するた
め、浸透してもゲル上面に到達しない厚さが必要であ
る。通常、1mm程度以上あればこの問題を回避できる
が、本発明はこの厚さに限定されるものではない。
【0016】(4)は、シリコーンオイル等の液体状の
物質を接着阻害層に用いればよい。
物質を接着阻害層に用いればよい。
【0017】
【作用】本発明の樹脂封止型パワーモジュール装置で
は、チップ搭載基板上に充填したシリコーンゲルとこの
上部に充填する硬質樹脂との界面に接着阻害層を配置し
たので、ゲルが硬質樹脂に接着することがなく、このた
めゲルの拘束が低減される。これから、ゲルの拘束が引
き起こすゲル中のボイドやクラック等の構造欠陥発生が
抑制される。その結果、現行モジュール構造を変更する
ことなく、モジュールの耐湿性を改善することが可能と
なる。
は、チップ搭載基板上に充填したシリコーンゲルとこの
上部に充填する硬質樹脂との界面に接着阻害層を配置し
たので、ゲルが硬質樹脂に接着することがなく、このた
めゲルの拘束が低減される。これから、ゲルの拘束が引
き起こすゲル中のボイドやクラック等の構造欠陥発生が
抑制される。その結果、現行モジュール構造を変更する
ことなく、モジュールの耐湿性を改善することが可能と
なる。
【0018】
(実施例1)次に本発明を実施例によって具体的に説明
する。本実施例によるモジュール装置の断面図を図2に
示す。
する。本実施例によるモジュール装置の断面図を図2に
示す。
【0019】パワーチップ1を搭載した基板を、1,
2,3,5を順次半田付けすることにより作製した後、
この基板にポリフェニレンスルフィド製の外囲ケース7
をシリコーン接着剤で接着した。その後、シリコーンゲ
ルを充填し、80℃,3時間、引き続き150℃,2時
間の加熱で硬化させた。室温に冷却後、ゲル上に平均粒
径10μmの球状粉末シリカフィラを厚さが2〜3mmに
なるように充填した。さらに、このフィラ層の上に、無
水酸硬化型脂環式エポキシ樹脂9を注型し、120℃,2
時間、引き続き150℃,4時間の加熱により硬化させ
て、モジュール装置を作製した。
2,3,5を順次半田付けすることにより作製した後、
この基板にポリフェニレンスルフィド製の外囲ケース7
をシリコーン接着剤で接着した。その後、シリコーンゲ
ルを充填し、80℃,3時間、引き続き150℃,2時
間の加熱で硬化させた。室温に冷却後、ゲル上に平均粒
径10μmの球状粉末シリカフィラを厚さが2〜3mmに
なるように充填した。さらに、このフィラ層の上に、無
水酸硬化型脂環式エポキシ樹脂9を注型し、120℃,2
時間、引き続き150℃,4時間の加熱により硬化させ
て、モジュール装置を作製した。
【0020】ここで作製したモジュールを分解してゲル
状態を観察したところ、ゲル内部にボイドやクラックの
発生は全くなかった。さらに、モジュール装置10台に
ついて、次の耐湿試験を実施した。モジュール装置を、
65℃/95%RHの雰囲気下に、1000時間放置し
た。その後、各モジュール装置の電流−電圧特性を測定
し、上記雰囲気下に放置する前の初期電流−電圧特性と
比較し、リーク電流の変化を調べた。試験後のリーク電
流変化が、初期値の10%を超えるものを不良品とし
た。その結果、不良品の発生は皆無であった。
状態を観察したところ、ゲル内部にボイドやクラックの
発生は全くなかった。さらに、モジュール装置10台に
ついて、次の耐湿試験を実施した。モジュール装置を、
65℃/95%RHの雰囲気下に、1000時間放置し
た。その後、各モジュール装置の電流−電圧特性を測定
し、上記雰囲気下に放置する前の初期電流−電圧特性と
比較し、リーク電流の変化を調べた。試験後のリーク電
流変化が、初期値の10%を超えるものを不良品とし
た。その結果、不良品の発生は皆無であった。
【0021】(実施例2)実施例1と同様にして、ゲル
充填/硬化まで行った。次に、ゲル上面にフッ素樹脂を
スプレし、80℃,1時間の加熱乾燥を加えた。この
後、室温に冷却後、無水酸硬化型脂環式エポキシ樹脂を
注型し、120℃,2時間、引き続き150℃,4時間
の加熱により硬化させて、モジュール装置を作製した。
充填/硬化まで行った。次に、ゲル上面にフッ素樹脂を
スプレし、80℃,1時間の加熱乾燥を加えた。この
後、室温に冷却後、無水酸硬化型脂環式エポキシ樹脂を
注型し、120℃,2時間、引き続き150℃,4時間
の加熱により硬化させて、モジュール装置を作製した。
【0022】ここで作製したモジュールを分解して、ゲ
ル状態を観察したところ、ゲル内部にボイドやクラック
の構造欠陥発生は全くなかった。さらに、ここで作製し
たモジュール10台について、耐湿試験を実施したとこ
ろ、不良品の発生は皆無であった。
ル状態を観察したところ、ゲル内部にボイドやクラック
の構造欠陥発生は全くなかった。さらに、ここで作製し
たモジュール10台について、耐湿試験を実施したとこ
ろ、不良品の発生は皆無であった。
【0023】(比較例1)実施例1におけるゲル上にフ
ィラ層を形成する工程を省いた以外は、実施例1と同様
にしてモジュール装置を作製した。ここで作製したモジ
ュールを分解して、ゲル状態を観察したところ、基板に
達するクラックを含め、ゲル内部にクラックやボイドの
構造欠陥が発生していた。さらに、ここで作製したモジ
ュール10台について、耐湿試験を実施したところ、6
台が不良となった。
ィラ層を形成する工程を省いた以外は、実施例1と同様
にしてモジュール装置を作製した。ここで作製したモジ
ュールを分解して、ゲル状態を観察したところ、基板に
達するクラックを含め、ゲル内部にクラックやボイドの
構造欠陥が発生していた。さらに、ここで作製したモジ
ュール10台について、耐湿試験を実施したところ、6
台が不良となった。
【0024】(比較例2)粉末シリカ層の厚さを変えた
以外は、実施例1と同様にしてモジュール装置を作製し
た。ここではフィラ層の厚さが0.5 mm程度になるよう
にした。
以外は、実施例1と同様にしてモジュール装置を作製し
た。ここではフィラ層の厚さが0.5 mm程度になるよう
にした。
【0025】ここで作製したモジュールを分解してゲル
状態を観察したところ、基板に達するクラックを含め、
ゲル内部にはボイド及びクラックの構造欠陥が発生して
いた。さらに、ここで作製したモジュールについて前記
した耐湿試験を実施したところ、4台の不良が発生し
た。
状態を観察したところ、基板に達するクラックを含め、
ゲル内部にはボイド及びクラックの構造欠陥が発生して
いた。さらに、ここで作製したモジュールについて前記
した耐湿試験を実施したところ、4台の不良が発生し
た。
【0026】
【発明の効果】本発明の樹脂封止型パワーモジュール装
置では、チップ搭載基板上に充填したシリコーンゲルの
上に接着阻害層を配置した。このため、ゲルが硬質樹脂
に接着することがなく、ゲルの拘束が低減される。これ
から、ゲルの拘束が引き起こすゲル中のボイドやクラッ
ク等の構造欠陥発生が抑制される。モジュールの耐湿性
不良要因となるゲル中の構造欠陥発生を抑制できること
から、現行モジュール構造を変更することなく、モジュ
ールの耐湿性を改善することが可能となる。
置では、チップ搭載基板上に充填したシリコーンゲルの
上に接着阻害層を配置した。このため、ゲルが硬質樹脂
に接着することがなく、ゲルの拘束が低減される。これ
から、ゲルの拘束が引き起こすゲル中のボイドやクラッ
ク等の構造欠陥発生が抑制される。モジュールの耐湿性
不良要因となるゲル中の構造欠陥発生を抑制できること
から、現行モジュール構造を変更することなく、モジュ
ールの耐湿性を改善することが可能となる。
【図1】従来例の断面図。
【図2】本発明の実施例1の断面図。
1…パワーチップ、2…セラミックス板、3…金属板、
4…金属ワイヤ、5…外部取り出し端子、6…蓋状ケー
ス、7…樹脂製外囲ケース、8…シリコーンゲル、9…
硬質樹脂、10…接着阻害層。
4…金属ワイヤ、5…外部取り出し端子、6…蓋状ケー
ス、7…樹脂製外囲ケース、8…シリコーンゲル、9…
硬質樹脂、10…接着阻害層。
Claims (4)
- 【請求項1】半導体素子を搭載し、前記半導体素子と外
部へ電気的に接続する外部接続端子を有する基板が金属
基板上に取り付けられており、前記金属基板上に設けら
れた外囲ケースと蓋状ケースとにより前記半導体素子が
収納されたパワーモジュール装置において、前記金属基
板上にはシリコーンゲルが充填され、前記シリコーンゲ
ル上面には粉体,フッ素含有物質、前記ゲルとは異なる
ケイ素含有物質から選択される単一あるいは複数の物質
が充填され、さらに前記単一あるいは複数の物質の上に
はエポキシ樹脂組成物等の硬質樹脂が充填されているこ
とを特徴とする樹脂封止型パワーモジュール装置。 - 【請求項2】半導体素子を搭載し、前記半導体素子と外
部へ電気的に接続する外部接続端子を有する基板が金属
基板上に取り付けられており、前記金属基板上に設けら
れた外囲ケースと蓋状ケースとにより前記半導体素子が
収納されたパワーモジュール装置において、前記金属基
板上にはシリコーンゲルが充填され、前記シリコーンゲ
ル上面には粉末シリカ,粉末アルミナ,タルクから選択
される単一あるいは複数の粉体物質が充填され、さらに
前記単一あるいは複数の粉体物質の上にはエポキシ樹脂
組成物等の硬質樹脂が充填されていることを特徴とする
樹脂封止型パワーモジュール装置。 - 【請求項3】半導体素子を搭載する基板に外囲ケースを
取り付け、基板上にシリコーンゲルを充填後、ゲル上面
に粉末シリカ,粉末アルミナ,タルクから選択される単
一あるいは複数の粉体物質を配置し、さらにその上に硬
質樹脂を充填することを特徴とする樹脂封止型パワーモ
ジュール装置の製造方法。 - 【請求項4】半導体素子を搭載する基板に外囲ケースを
取り付け、基板上にシリコーンゲルを充填後、ゲル上面
にフッ素含有物質および/または前記ゲルとは異なるケ
イ素含有物質を配置し、さらにその上に硬質樹脂を充填
することを特徴とする樹脂封止型パワーモジュール装置
の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11546495A JPH08316357A (ja) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | 樹脂封止型パワーモジュール装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11546495A JPH08316357A (ja) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | 樹脂封止型パワーモジュール装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08316357A true JPH08316357A (ja) | 1996-11-29 |
Family
ID=14663194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11546495A Pending JPH08316357A (ja) | 1995-05-15 | 1995-05-15 | 樹脂封止型パワーモジュール装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH08316357A (ja) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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