WO2013093958A1 - 樹脂モールド型半導体モジュール - Google Patents

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正喜 後藤
大作 横山
享 木村
清文 北井
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Definitions

  • the present invention relates to a resin mold type semiconductor module, and more particularly to a resin mold type semiconductor module that can contribute to improvement in heat dissipation performance and yield.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor module in which a lead frame has a part of heat dissipation function and is fixed to a heat dissipation member such as a heat sink to dissipate heat generated in a semiconductor element.
  • the screw fixing metal plate exposed from the resin mold type semiconductor module is provided only on one side as viewed from the resin mold type semiconductor module.
  • the thermally conductive insulating sheet and the thermally conductive insulating sheet are in close contact with the lead frame and the heat radiating plate on the side away from the screw fixing metal plate, or in close contact with the lead frame and the lead frame.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and while improving the heat dissipation performance of a resin mold type semiconductor module that is increasing in size, it can be applied to a mold resin or a heat conductive insulating sheet when fixed to a heat sink.
  • An object of the present invention is to obtain a resin mold type semiconductor module that can prevent the occurrence of cracks and contribute to an improvement in yield.
  • a resin mold type semiconductor module of the present invention includes a semiconductor element, a lead frame joined to the semiconductor element by solder, a heat sink that dissipates heat generated from the semiconductor element, and the semiconductor element.
  • a heat conductive insulating sheet that is sandwiched between the heat sinks, dissipates heat generated from the semiconductor element to the heat sink, and insulates the semiconductor element and the heat sink, and a resin that molds the semiconductor element and the lead frame
  • the fixing metal plate extending from both side surfaces of the resin molding portion is fixed to the heat radiating plate with screws, for example.
  • Efficiently dissipates heat generated from the semiconductor element because it is difficult to create a gap between the thermally conductive insulating sheet in close contact with the lead frame and between the heat conductive sheet and the heat sink in close contact with the heat conductive sheet. You can tell the board. Therefore, it can contribute to the improvement of the heat dissipation performance of the resin mold type semiconductor module.
  • Embodiment 1 The resin mold type semiconductor module according to Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS. In addition, this invention is not limited to what is shown below, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a resin mold type semiconductor module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the resin mold type semiconductor module according to Embodiment 1 of the present invention as viewed from the semiconductor element side.
  • a resin mold type semiconductor module 1 includes a semiconductor element 2, a lead frame 6 joined to the semiconductor element 2 by solder, a heat sink 7 for radiating heat generated from the semiconductor element 2, a semiconductor element 2 and leads.
  • a resin mold part 10 for molding the frame 6 and a fixing metal plate 12 having a screw hole 12a for fixing the resin mold part 10 to the heat radiating plate 8 with screws are roughly constituted.
  • the heat sink 7 is a base substrate of the resin mold type semiconductor module 1 and has a function of radiating heat generated when the semiconductor element 6 is driven.
  • a metal material having high thermal conductivity and good heat dissipation is used, for example, aluminum or the like.
  • the adhesive surface to which the heat conductive insulating sheet 11 is bonded is provided on one side.
  • the other surface of the heat conductive insulating sheet 11 that is bonded to the heat sink 7 has an adhesive surface that adheres to the lead frame 6.
  • the lead frame 6 is for supplying electric power to the semiconductor element 2.
  • the lead frame 6 includes a positive lead frame 6a that is a positive electrode side of the semiconductor module, and a negative lead frame 6b that is a negative electrode side. Further, the positive lead frame 6a has a mounting portion (surface) 6c on which the semiconductor element 2 is mounted by soldering. Note that the solder used for soldering is a conductive member containing lead or tin.
  • a plurality of semiconductor elements 2 are mounted on the mounting portion 6c of the positive lead frame 6a.
  • the semiconductor element 2 for example, a free wheel diode (FrDi) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used.
  • the semiconductor elements 2 are electrically connected by a wire 4 such as aluminum. Further, the semiconductor element 2 and the negative lead frame are electrically connected by a wire 4.
  • the mold resin 10 is a mold member made of a resin material that covers a part of the semiconductor element 2, the wire 4, the lead frame 6, and the fixing metal plate, and these are integrally molded to form the resin mold type semiconductor module 1. Serves as a case.
  • the semiconductor element 2 and the lead frame 6 can be molded without a gap by a molding member that is a resin material.
  • the semiconductor element 2, the positive electrode side lead frame 6 a, and the heat sink 7 face through the heat conductive sheet 11. Since a material containing a filler having thermal conductivity is used for the thermally conductive insulating sheet 11, the thermal conductivity of the thermally conductive insulating sheet 11 is high. Since the heat generated in the semiconductor element 2 is efficiently transmitted to the heat sink 7 through the heat conductive insulating sheet 11 and the positive lead frame 6a, the heat dissipation performance is improved.
  • the fixing metal plate 12 is composed of a portion fixed inside the mold resin 10 and a portion exposed to the outside of the mold resin, and the portion exposed to the outside of the mold resin has a screw hole 12a.
  • the semiconductor element 2 and the heat sink 7 are attached to the positive lead frame 6a.
  • the semiconductor element 2 and the heat sink 7 may be attached to the negative lead frame 6b. . That is, if both the semiconductor element 2 and the heat sink 7 are attached to either the positive lead frame 6a or the negative lead frame 6b, the heat generated in the semiconductor element 2 is efficiently radiated through the heat sink 7. can do.
  • the semiconductor element 6 is often an element manufactured conventionally using Si as a base material.
  • Si silicon
  • other semiconductor elements can be used. Therefore, it is possible to use an element manufactured using SiC capable of high-temperature operation as a base material.

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Abstract

　放熱性能を高めつつ、ねじにて固定する際に熱伝導性絶縁シートにクラックが発生することを防ぎ歩留まりの向上に寄与することのできる樹脂モールド型半導体モジュールを提供する。　半導体素子と、該半導体素子にはんだにより接合したリードフレームと、前記半導体素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、前記半導体素子と前記ヒートシンクの間に狭入され、前記半導体素子から発生する熱を前記ヒートシンクに放熱し、かつ前記半導体素子と前記ヒートシンクを絶縁する熱伝導性絶縁シートと、前記半導体素子およびリードフレームをモールドする樹脂モールド部と、前記樹脂モールド部の両側面より延出した固定用金属板と、前記ヒートシンクに前記固定用金属板を介して固定され、前記半導体素子から発生する熱を前記ヒートシンクおよび前記熱伝導性絶縁シートを介して放熱する放熱板からなる。

Description

樹脂モールド型半導体モジュール
　この発明は、樹脂モールド型半導体モジュールに関するものであり、特に、放熱性能の向上および歩留まりの向上に寄与することのできる樹脂モールド型半導体モジュールに関する。
　従来より、半導体素子やリードフレームを樹脂系材料で一体的にモールドした樹脂モールド型半導体モジュールが広く用いられている。ここで、半導体素子は発熱部品であり、近年の半導体の性能向上に伴って半導体素子からの発熱量も大きくなっており、樹脂モールド型半導体モジュールの内部に搭載される部品数も多くなっているため、樹脂モールド型半導体モジュールの外形寸法も前記に伴い大きくなっている。
　上記問題に対して、特許文献１では、リードフレームに一部放熱機能を持たせ、ヒートシンク等の放熱部材に固定し、半導体素子で発生した熱を放熱する半導体モジュールが開示されている。
実開昭５８－１６６７４９号公報
　しかしながら、上述の特許文献１に示されている技術では、樹脂モールド型半導体モジュールから露出しているねじ固定用金属板が、樹脂モールド型半導体モジュールからみて片側のみに設けられているために、半導体モジュールの外形寸法が大きいと、ねじ固定用金属板から離れた側のリードフレームと放熱板との間、又はリードフレームと前記リードフレームに密着された熱伝導性絶縁シートと前記熱伝導性絶縁シートと密着された熱伝導性絶縁シートと密着されたヒートシンク、それぞれの間に隙間ができやすくなり、樹脂モールド型半導体モジュールの放熱性能が低下してしまう、という課題があった。
　上記課題を解決するために、ねじ固定用金属板に取り付けるねじの取り付けトルクを大きくし、樹脂モールドと放熱板の密着性を向上させることも考えられる。しかし、前記取り付けトルクを大きくすることにより、樹脂モールド部に必要以上に応力がかかり、樹脂クラックが発生する可能性が高くなる。また、熱伝導性絶縁シートをリードフレームおよびヒートシンクに密着させた構造を有する場合、ねじの締め付け時に熱伝導性絶縁シートに大きな力がかかり、熱伝導性絶縁シートにクラックが発生する結果、絶縁特性が悪化するため、樹脂モールド型半導体モジュールの歩留まりが低下するといった問題が生じる。
　この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、大型化している樹脂モールド型半導体モジュールの放熱性能を高めつつ、放熱板に固定する際にモールド樹脂や熱伝導性絶縁シートにクラックが発生することを防止し、歩留まり向上に寄与することのできる樹脂モールド型半導体モジュールを得ることを目的とする。
　上記課題を解決するためにこの発明の樹脂モールド型半導体モジュールは、半導体素子と、該半導体素子にはんだにより接合したリードフレームと、前記半導体素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、前記半導体素子と前記ヒートシンクの間に狭入され、前記半導体素子から発生する熱を前記ヒートシンクに放熱し、かつ前記半導体素子と前記ヒートシンクを絶縁する熱伝導性絶縁シートと、前記半導体素子およびリードフレームをモールドする樹脂モールド部と、前記樹脂モールド部の両側面より延出した固定用金属板と、前記ヒートシンクに前記固定用金属板を介して固定され、前記半導体素子から発生する熱を前記ヒートシンクおよび前記熱伝導性絶縁シートを介して放熱する放熱板からなることを特徴とする。
　以上のように、この発明に係る樹脂モールド型半導体モジュールによれば、樹脂モールど部の両側面より延出した固定用金属板を、例えばねじにより放熱板に固定することにより、リードフレームと当該リードフレームに密着した熱伝導性絶縁シートとの間、および前記熱伝導性シートと当該熱伝導シートに密着したヒートシンクとの間に間隙ができにくくなるため、半導体素子からの発熱を効率的に放熱板に伝えることができる。そのため、樹脂モールド型半導体モジュールの放熱性能の向上に寄与することができる。
この発明の実施の形態１に係る樹脂モールド型半導体モジュールの概略構成を示す横断面図である。 樹脂モールド型半導体モジュールを半導体素子側から見た断面図である。
実施の形態１．
　以下に、図１および図２を用いてこの発明の実施の形態１に係る樹脂モールド型半導体モジュールについて説明する。なお、この発明は、以下に示すものに限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　図１は、この発明の実施の形態１に係る樹脂モールド型半導体モジュールの概略構成を示す横断面図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る樹脂モールド型半導体モジュールを半導体素子側から見た断面図である。図１において、樹脂モールド型半導体モジュール１は、半導体素子２と、前記半導体素子２にはんだにより接合したリードフレーム６と、半導体素子２から発生する熱を放熱するヒートシンク７と、半導体素子２およびリードフレーム６をモールドする樹脂モールド部１０と、樹脂モールド部１０を放熱板８にねじにて固定するためのねじ穴１２ａを有する固定用金属板１２で概略構成される。
　ヒートシンク７は、樹脂モールド型半導体モジュール１のベース基板であるとともに、半導体素子６が駆動する際に発せられる熱を放熱する機能を有する。ヒートシンク７としては、熱伝導率が高く、放熱性が良好な金属材料が用いられ、例えばアルミニウム等が用いられる。
　熱伝導性絶縁シート１１を接着する接着面を片方面側に有する。熱伝導性絶縁シート１１においてヒートシンク７との接着面の他方の面にはリードフレーム６と接着する接着面を有する。
　リードフレーム６は、半導体素子２に電力を供給するためのものである。リードフレーム６は、半導体モジュールの正極側である正極側リードフレーム６ａと、負極側の負極側リードフレーム６ｂとを有して構成される。さらに、正極側リードフレーム６ａは、半導体素子２がはんだ付けされて実装される実装部（表面）６ｃを有する。なお、はんだ付けに用いられるはんだは、鉛や錫を含む導電性部材である。
　正極側リードフレーム６ａの実装部６ｃには、複数の半導体素子２が実装されている。半導体素子２としては、例えばフリーホイールダイオード（ＦｒＤｉ）や絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。半導体素子２同士は、アルミニウム等のワイヤ４によって電気的に接続されている。また、半導体素子２と負極側リードフレームとがワイヤ４によって電気的に接続されている。
　モールド樹脂１０は、半導体素子２、ワイヤ４、リードフレーム６および固定用金属板の一部を覆う樹脂系材料からなるモールド部材であり、これらを一体的にモールドして樹脂モールド型半導体モジュール１のケースとして機能する。樹脂系材料であるモールド部材により、半導体素子２やリードフレーム６を隙間無くモールドすることができる。
　半導体素子２および正極側リードフレーム６ａと、ヒートシンク７とが、熱伝導性シート１１を介して面している。熱伝導性絶縁シート１１には熱伝導性をもったフィラーを含む材料が用いられるため、熱伝導性絶縁シート１１の熱伝導率は高い。半導体素子２で発生した熱は、熱伝導性絶縁シート１１および正極側リードフレーム６ａを介して効率よくヒートシンク７に伝わるため放熱性能が向上する。
　固定用金属板１２は、モールド樹脂１０内部に固定された部分と、モールド樹脂外部に露出した部分からなり、モールド樹脂外部に露出した部分には、ねじ穴１２ａを有している。このねじ穴１２ａにねじ１３を通して放熱板８をねじ止めすることにより、ヒートシンク１１の放熱板と接する面と放熱板８との密着性が向上し、半導体素子２で発生した熱をヒートシンク７を介して効率よく放熱することができる。
　なお、この発明の実施の形態１では、正極側リードフレーム６ａに半導体素子２とヒートシンク７が取り付けられているが、負極側リードフレーム６ｂに半導体素子２とヒートシンク７が取り付けられていても構わない。すなわち、正極側リードフレーム６ａ又は負極側リードフレーム６ｂのいずれか一方に、半導体素子２とヒートシンク７の両方が取り付けられていれば、半導体素子２で発生した熱をヒートシンク７を介して効率よく放熱することができる。
　また、半導体素子６には、従来Ｓｉを母体として製造された素子を用いることが多かったが、この発明の実施の形態１により、半導体素子６の放熱性能を向上させることによって、他の半導体素子への発熱の影響を抑えることができるので、高温動作可能なＳｉＣを母材として製造した素子を用いることができる。
　１　樹脂モールド型半導体モジュール
　２　半導体素子
　６　リードフレーム
　７　ヒートシンク
　８　放熱板
　１０　樹脂モールド部
　１１　熱伝導性絶縁シート
　１２　固定用金属板
　


　

Claims (2)

  1. 　半導体素子と、該半導体素子にはんだにより接合したリードフレームと、前記半導体素子から発生する熱を放熱するヒートシンクと、前記半導体素子と前記ヒートシンクの間に狭入され、前記半導体素子から発生する熱を前記ヒートシンクに放熱し、かつ前記半導体素子と前記ヒートシンクを絶縁する熱伝導性絶縁シートと、前記半導体素子およびリードフレームをモールドする樹脂モールド部と、前記樹脂モールド部の両側面より延出した固定用金属板と、前記ヒートシンクに前記固定用金属板を介して固定され、前記半導体素子から発生する熱を前記ヒートシンクおよび前記熱伝導性絶縁シートを介して放熱する放熱板からなる樹脂モールド型半導体モジュール。
  2. 　前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールド型半導体モジュール。
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