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技術 パワー半導体モジュール

出願人 大分デバイステクノロジー株式会社
発明者 杉木昭雄梅木誠岡本卓也宮澤慧
出願日 2019年4月18日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-079157
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-178032
状態 特許登録済
技術分野 半導体または固体装置の組立体 ダイボンディング 半導体又は固体装置の封緘,被覆構造と材料 ボンディング
主要キーワード 部分先端 アルミ細線 超音波ワイヤーボンディング 焼結結合 銅ナノ粒子 セラミックス板 ダイアタッチ材 超音波接合
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

大型の放熱板を不要とするパワー半導体モジュール小型軽量化を提供する。

解決手段

パワー半導体モジュール1において、基板2の回路パターン3にパワー半導体素子4の下面を金属粒子焼結結合ダイボンディング接続するとともに、回路パターン3とパワー半導体素子4の上面とを超音波ワイヤーボンディングで接続後、回路パターン3に端子7を接続し、全ての接続部分を樹脂8で封止する。パワー半導体素子4の直下方に位置する基板2の下面の回路パターン9は樹脂8から露出させる。パワー半導体モジュール1の全ての接続部分が、封止する樹脂8のガラス転移点よりも高い融点を有する。

概要

背景

従来より、電力制御等に大電流を流すことができる電子部品としてパワー半導体モジュールが広く利用されている。

このパワー半導体モジュールの一例として、パワー半導体素子基板実装するとともに樹脂封止した構造のものが知られている(たとえば、特許文献1参照。)。このパワー半導体モジュールでは、内部の接続にはんだを用い、放熱板を設けて放熱を行う構成となっている。

概要

大型の放熱板を不要とするパワー半導体モジュールの小型軽量化を提供する。パワー半導体モジュール1において、基板2の回路パターン3にパワー半導体素子4の下面を金属粒子焼結結合ダイボンディング接続するとともに、回路パターン3とパワー半導体素子4の上面とを超音波ワイヤーボンディングで接続後、回路パターン3に端子7を接続し、全ての接続部分を樹脂8で封止する。パワー半導体素子4の直下方に位置する基板2の下面の回路パターン9は樹脂8から露出させる。パワー半導体モジュール1の全ての接続部分が、封止する樹脂8のガラス転移点よりも高い融点を有する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基板回路パターンパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂封止したパワー半導体モジュールにおいて、前記全ての接続部分が、封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有することを特徴とするパワー半導体モジュール。

請求項2

前記基板の上面の回路パターンにパワー半導体素子を実装するとともに、パワー半導体素子の直下方に位置する基板の下面の回路パターンを樹脂から露出させたことを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。

請求項3

前記回路パターンとパワー半導体素子の下面とを金属粒子焼成結合により接続するとともに、前記回路パターンとパワー半導体素子の上面及び端子とを超音波接合により接続したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のパワー半導体モジュール。

技術分野

0001

本発明は、パワー半導体素子基板実装するとともに樹脂封止した構造のパワー半導体モジュールに関するものである。

背景技術

0002

従来より、電力制御等に大電流を流すことができる電子部品としてパワー半導体モジュールが広く利用されている。

0003

このパワー半導体モジュールの一例として、パワー半導体素子を基板に実装するとともに樹脂で封止した構造のものが知られている(たとえば、特許文献1参照。)。このパワー半導体モジュールでは、内部の接続にはんだを用い、放熱板を設けて放熱を行う構成となっている。

先行技術

0004

特開2004−165406号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記従来のパワー半導体モジュールでは、内部の接続に封止する樹脂よりも融点が低いはんだを用いているために、稼働時に大電流が内部を流れることで発生した多大な熱によって内部のはんだが溶出して接続部分が破断するおそれがあった。

0006

そのため、上記従来のパワー半導体モジュールでは、より多くの熱を放射することができるように大型の放熱板を設ける必要があり、大型で重量なものとなっていた。

課題を解決するための手段

0007

そこで、請求項1に係る本発明では、基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、前記全ての接続部分が、封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有することにした。

0008

また、請求項2に係る本発明では、前記請求項1に係る本発明において、前記基板の上面の回路パターンにパワー半導体素子を実装するとともに、パワー半導体素子の直下方に位置する基板の下面の回路パターンを樹脂から露出させることにした。

0009

また、請求項3に係る本発明では、前記請求項1又は請求項2に係る本発明において、前記回路パターンとパワー半導体素子の下面とを金属粒子焼成結合により接続するとともに、前記回路パターンとパワー半導体素子の上面及び端子とを超音波接合により接続することにした。

発明の効果

0010

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

0011

すなわち、本発明では、基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、前記全ての接続部分が、封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有することにしているために、大型の放熱板を設ける必要がなくなり、パワー半導体モジュールの小型軽量化を図ることができる。

図面の簡単な説明

0012

本発明に係るパワー半導体モジュールを示す断面模式図
同製造工程を示す説明図。

実施例

0013

以下に、本発明に係るパワー半導体モジュールの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

0014

図1に示すように、パワー半導体モジュール1は、基板2の上面の回路パターン3にパワー半導体素子4の下面をダイアタッチ材5を用いてダイボンディングで接続するとともに、回路パターン3とパワー半導体素子4の上面とをワイヤー6を用いてワイヤーボンディングで接続し、さらに、回路パターン3に端子7を接続し、全ての接続部分を樹脂8で封止している。

0015

このパワー半導体モジュール1では、基板2の上面の回路パターン3にパワー半導体素子4を実装するとともに、パワー半導体素子4の直下方に位置する基板2の下面の回路パターン9を封止した樹脂8から外部に露出させている。

0016

ここで、基板2は、セラミックス板製で表面(上面及び下面)に銅からなる回路パターン3,9を形成している。

0017

回路パターン3は、パワー半導体素子4と端子7とを電気的に接続する所要形状配線パターンを形成している。

0018

パワー半導体素子4は、化合物パワーデバイス等の大電流を流すことができ電力制御に用いられる半導体素子であり、下面にダイボンディング用の電極が形成されるとともに、上面にワイヤーボンディング用の電極が形成されている。

0019

ダイアタッチ材5は、回路パターン3とパワー半導体素子4とを金属粒子焼成結合させており、ここでは、銅ナノ粒子を用いている。

0020

ワイヤー6は、アルミ細線製で端子7が接続される回路パターン3とパワー半導体素子4とを超音波接合(溶接)によって接続している。

0021

端子7は、銅板製のリードフレーム10を樹脂8で封止した後に所定形状に切断して形成しており、回路パターン3に超音波接合(溶接)によって接続している。

0022

樹脂8は、シリコン封止材エポキシ系封止材などを用いることができるが、耐熱性を向上させるためにガラス転移点(ガラス転移温度)が高いものが望ましい。

0023

回路パターン9は、稼働時に発生するパワー半導体素子4の熱を放射するために基板2の下面に全体的に形成している。

0024

パワー半導体モジュール1は、以上に説明したように構成している。

0025

特に、上記パワー半導体モジュール1では、回路パターン3とパワー半導体素子4の下面との接続部分、及び、回路パターン3とパワー半導体素子4の上面との接続部分、並びに、回路パターン3と端子7との接続部分が、封止する樹脂8のガラス転移点よりも高い融点を有するようにしている。

0026

そのため、上記構成のパワー半導体モジュール1では、封止材よりも先に内部の接続が溶断等することが無く、これにより、大型の放熱板を設ける必要もなくなり、パワー半導体モジュール1の小型軽量化を図ることができ、高耐熱性高信頼性のパワー半導体モジュール1とすることができる。

0027

このパワー半導体モジュール1は、以下に説明するようにして製造することができる。

0028

まず、図2(a)に示すように、基板2の上面及び下面に所要形状の回路パターン3,9を形成する。

0029

次に、図2(b)に示すように、基板2の上面の回路パターン3の所定位置にダイアタッチ材5を塗布するとともにパワー半導体素子4を載置し、回路パターン3とパワー半導体素子4の下面の電極とを金属粒子焼成結合する。

0030

次に、図2(c)に示すように、パワー半導体素子4の上面の電極と回路パターン3とにワイヤー6の端部をそれぞれ超音波接合する。

0031

次に、図2(d)に示すように、基板2の回路パターン3にリードフレーム10の端子7部分先端を超音波接合する。

0032

次に、図2(e)に示すように、基板2の下面の回路パターン9を露出させた状態で、回路パターン3とパワー半導体素子4の下面との接続部分、及び、回路パターン3とパワー半導体素子4の上面との接続部分、並びに、回路パターン3と端子7との接続部分を樹脂8で成形封止する。

0033

最後に、図2(f)に示すように、リードフレーム10から端子7を切断して、パワー半導体モジュール1を製造する。

0034

1パワー半導体モジュール2基板
3回路パターン4パワー半導体素子
5ダイアタッチ材6ワイヤー
7端子8樹脂
9 回路パターン 10 リードフレーム

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