JP2012009568A - 半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体チップ11等の構成部品を熱硬化性樹脂モールド部21にて覆うことで耐熱性を確保しつつ、熱硬化性樹脂モールド部21の外縁部を熱可塑性樹脂モールド部22にて覆う。また、熱可塑性樹脂モールド部22によって水路30の一部を構成し、半導体チップ11等の構成部品を熱硬化性樹脂モールド部21および熱可塑性樹脂モールド部22にて覆ったユニット10を積層することで、冷却機構を構成する水路30が内蔵された構造を構成する。このような構成とすることで、熱可塑性樹脂モールド部22のみに傷がついたような場合には、熱可塑性樹脂モールド部22を加熱して軟化させて除去し、熱可塑性樹脂モールド部22以外の部分を用いてリビルト品を製造すれば、リユースすることができる。
【選択図】図2
Description
本発明の第1実施形態にかかる冷却機構を備えた半導体モジュールについて説明する。この半導体モジュールは、例えば車両用の三相モータの駆動を行うためのインバータ等に適用される。
まず、正極リード15や負極リード16および制御端子17が一体化されたリードフレームを用意し、ヒートスプレッダ13の表面側にリードフレームを配置すると共に正極リード15をはんだ等によってヒートスプレッダ13の表面に接合する。また、ヒートスプレッダ13の表面に、はんだ等を介してIGBTやFWDなどの半導体パワー素子が形成された半導体チップ11を実装したのち、半導体チップ11の表面に形成された半導体パワー素子のゲート等に繋がるパッドと制御端子17とをボンディングワイヤ18にて接続する。そして、半導体チップ11の表面にはんだ等を介して金属ブロック12を接合する。
金属ブロック12や負極リード16の表面にはんだ等を設置した後、その上にヒートスプレッダ14を配置し、金属ブロック12や負極リード16とヒートスプレッダ14とを接合する。
各部が接続された各構成部品をトランスファー成形機などの成形型内に配置したのち、成形型内にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を注入し、熱硬化性樹脂モールド部21を形成する。これにより、パワーカードが構成される。このとき、ヒートスプレッダ13、14のうち半導体チップ11と反対側の面が最初から露出した状態となるような成形を行っても良いが、最初はヒートスプレッダ13、14の当該面まで熱硬化性樹脂モールド部21にて覆われるようにしておき、後で研削や切削などによって当該面を露出させるようにしても良い。
熱硬化性樹脂モールド部21によって各構成部品をモールド化したパワーカードをさらに別の成形型内に配置したのち、成形型内にポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性樹脂を注入し、熱可塑性樹脂モールド部22を形成する。これにより、ユニット10が形成される。
そして、ユニット10における熱可塑性樹脂モールド部22の溝部22e内にOリング42を嵌め込む。
図3(e)の工程まで実施したユニット10に対してOリング42を嵌め込んだものを複数個(本実施形態の場合には3個)用意する。そして、このようなユニット10を複数個(図1中では3個)積層する。
蓋部40およびパイプ付蓋部41を用意し、パイプ付蓋部41に形成されたシール部材セット用の溝部41cにOリング42を嵌め込む。そして、積層した複数のユニット10の積層方向の一方の先端部に蓋部40を配置すると共に、他方の先端部にパイプ付蓋部41を配置する。
蓋部40と複数のユニット10およびパイプ付蓋部41を積層したものを固定具43にて固定する。これにより、図1に示した本実施形態の半導体モジュール1が完成する。
まず、固定具43を蓋部40と複数のユニット10およびパイプ付蓋部41の積層構造から取り外す。例えば、固定具43が上述したように両端にフックが備えられた構造とされている場合には、フックを弾性変形させることで固定具43を上記積層構造から容易に取り外すことができる。また、固定具43がネジ締めによって上記積層構造に固定されている構造であれば、固定具43に備えられたネジを緩めることにより上記積層構造から容易に取り外すことができる。
続いて、故障したユニット10、例えば図示したように樹脂モールド部20に傷がついたユニット10を選定し、蓋部40と複数のユニット10およびパイプ付蓋部41を分割して、故障したユニット10を取り外す。
故障したユニット10を加熱炉などの加熱処理装置内に設置したのち、加熱処理装置による加熱を行う。このときの加熱温度としては、熱可塑性樹脂モールド部22のガラス転位点(軟化温度)以上、かつ、熱硬化性樹脂モールド部21のガラス転位点(軟化温度)未満の温度とする。
加熱処理装置内での加熱処理を続ける。これにより、故障したユニット10のうち熱可塑性樹脂モールド部22のみが軟化して除去可能となり、熱硬化性樹脂モールド部21にて各構成部品が覆われたパワーカードのみとすることができる。なお、この温度での熱可塑性樹脂は液体と固体の中間状態であるため、自然に除去される訳ではないが、何らかの外力をかけることで、除去することができる。
熱硬化性樹脂モールド部21にて各構成部品が覆われたパワーカードを熱可塑性樹脂モールド部22を形成するための成形型内に配置したのち、成形型内に熱可塑性樹脂を注入し、パワーカードの外縁部を再び熱可塑性樹脂モールド部22によって覆う。これにより、ユニット10のリビルト品が完成する。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、熱硬化性樹脂モールド部21と熱可塑性樹脂モールド部22の間への冷却水の浸入をより効果的に防止できる構造について説明する。なお、本実施形態の半導体モジュール1の基本構造については第1実施形態と同様であり、樹脂モールド部22の構造についてのみ第1実施形態と異なっているため、第1実施形態と異なっている部分についてのみ説明する。
(1)上記実施形態では、第1樹脂モールド部として熱硬化性樹脂にて構成された熱硬化性樹脂モールド部21、第2樹脂モールド部として熱可塑性樹脂にて構成された熱可塑性樹脂モールド部22を例に挙げて説明した。しかしながら、これら第1、第2樹脂モールド部を共に熱硬化性樹脂もしくは共に熱可塑性樹脂にて構成しても良い。すなわち、第1樹脂モールド部よりも第2樹脂モールド部の方が軟化温度が低い樹脂で構成されるようにすれば良く、第1樹脂モールド部を構成する第1樹脂と第2樹脂モールド部を構成する第2樹脂の材料を変え、第1樹脂の軟化温度よりも第2樹脂の軟化温度が低くなるような材料を選定すればよい。このように、第1樹脂モールド部と第2樹脂モールド部とを異なる軟化温度を有する熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂にて構成しても良い。ただし、耐熱性を考慮すると、第1樹脂モールド部を熱硬化性樹脂で構成するのが好ましく、比較的低温での軟化を考慮すると、第2樹脂モールド部を熱可塑性樹脂で構成するのが好ましい。
10 ユニット
11 半導体チップ
13、14 ヒートスプレッダ
15 正極リード
16 負極リード
17 制御端子
21 熱硬化性樹脂モールド部
22 熱可塑性樹脂モールド部
22c 通路穴
22d 凹部
22e 溝部
23 ゴム部材
30 水路
40 蓋部
41 パイプ付蓋部
41c 溝部
42 Oリング
43 固定具
Claims (6)
- 表面および裏面を有し、半導体パワー素子が形成された半導体チップ(11)と、
前記半導体チップ(11)の裏面側に接続される第1ヒートスプレッダ(13)と、
前記半導体チップ(11)の表面側に接続される第2ヒートスプレッダ(14)と、
前記半導体パワー素子に電気的に接続される端子(15〜17)と、
前記半導体パワー素子に電気的に接続された前記端子(15〜17)の一部を露出させると共に、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)のうち前記半導体チップ(11)と反対側の面を露出させつつ、前記半導体チップ(11)、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)および前記端子(15〜17)を覆い、かつ、冷媒が流される冷媒通路の一部を構成する樹脂モールド部(20)と、を有し、
前記半導体チップ(11)、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)、前記端子(15〜17)を前記樹脂モールド部(20)にてモールド化したものを1つのユニット(10)として、該ユニット(10)を蓋部(40)と冷媒入口および冷媒出口を構成するパイプ(41a、41b)が備えられたパイプ付蓋部(41)にて挟み込み、かつ、前記ユニット(10)と前記蓋部(40)および前記パイプ付蓋部(41)を固定具(43)にて固定した半導体モジュールであって、
前記樹脂モールド部(20)は、
前記半導体パワー素子に電気的に接続された前記端子(15〜17)の一部を露出させると共に、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)のうち前記半導体チップ(11)と反対側の面を露出させつつ、前記半導体チップ(11)、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)および前記端子(15〜17)を覆う第1樹脂にて構成された第1樹脂モールド部(21)と、
前記第1樹脂モールド部(21)の外縁部を覆いつつ、前記冷媒通路(30)の一部を構成し、かつ、前記第1樹脂よりも軟化温度が低い第2樹脂で構成された第2樹脂モールド部(22)とによって構成されていることを特徴とする半導体モジュール。 - 前記第1樹脂モールド部(21)は熱硬化性樹脂にて構成されており、
前記第2樹脂モールド部(22)は熱可塑性樹脂にて構成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体モジュール。 - 前記熱硬化性樹脂はエポキシ、フェノール、シリコーン樹脂にて構成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体モジュール。
- 前記熱可塑性樹脂はポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン樹脂であることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体モジュール。
- 前記ユニット(10)は複数個備えられ、該複数個のユニット(10)が積層されることで積層体が構成されていると共に、該積層体の一方の先端部が前記蓋部(40)にて覆われ、かつ、該積層体の他方の先端部が前記パイプ付蓋部(41)にて覆われた状態で前記固定具(43)にて固定されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体モジュール。
- 前記第1樹脂モールド部(21)と前記第2樹脂モールド部(22)の境界部にゴム部材(23)が配置されており、該ゴム部材(23)により前記第1樹脂モールド部(21)と前記第2樹脂モールド部(22)の境界部がシールされていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体モジュール。
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