JP2013030649A - 半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の樹脂モールド型半導体モジュールは、リードフレームと、前記リードフレームの表面に実装された半導体素子と、前記リードフレームの裏面に接着される接着部を一方面側に有し、他方面側には放熱用の凹凸部を有するヒートシンクと、前記リードフレーム、前記半導体素子、および前記ヒートシンクを、前記ヒートシンクの少なくとも前記凹凸部を露出させた状態で覆って一体的にモールドするモールド樹脂とを備え、前記凹凸部の周囲および前記凹凸部の一部に、金型と密着する平坦部または突起部を設けた
【選択図】図1
Description
上記特許文献1に示されたような半導体モジュールは、ヒートシンクの露出面が全面にわたって平坦であり、外気との接触面積が小さく、外気へ効率的に放熱することが困難である。そこで外気への放熱を効率的に行うために、ヒートシンクの露出面を、ペースト状の熱伝導グリスを介して、外気との接触面積が大きい別の放熱部材に密着させることが一般的に行われている。
また、ヒートシンクの凹凸部の周囲に設ける平坦部の代わりに、凹凸部の周囲に突起部を設けて、凹凸部へのモールド樹脂が漏れ出すのを防ぐものもあった(特許文献3参照)
。
しかしながら、より大容量の半導体モジュールにこれを適用することを考えると、放熱すべき熱量が大きくなることから必然的にヒートシンクの露出面の大きさは大きくなり、
一方、ヒートシンクの厚さは熱抵抗を抑制する必要から十分な曲げ剛性を得るための厚さを確保できない場合が多い。
の露出面と対向する面全体に印加されるのに対し、ヒートシンクの露出面は凹凸部の周囲のみで支持されることから、ヒートシンクの曲げ剛性が低いと、モールド樹脂注入圧力によって変形することがある。
ヒートシンクが変形したままモールドすると、半導体モジュールの内部に応力が残留し、モールド樹脂の割れや、ヒートシンクとモールド樹脂の剥離が発生しやすくなる。
さらに、ヒートシンクの曲げ剛性がモールド樹脂注入圧力に対して著しく低い場合には、ヒートシンクが塑性変形し、所望の形状を保持することができなくなる。
以下、この発明の実施の形態1に係る半導体モジュールを図1〜図4に基づいて説明する。図1はこの発明の半導体モジュールの概略構成を示す横断面図、図2は半導体モジュールのヒートシンクをフィン部側から見た平面図、図3はリードフレーム基板の外観斜視図、図4は半導体モジュールの製造方法の一工程を示す断面図である。
ヒートシンク3は、ベース部31とフィン部(凹凸部)32とを有して構成される。ベース部31は、リードフレーム1に接着される接着面(接着部)31aを一方面側に有する。接着面31aには絶縁性樹脂5が設けられる。絶縁性樹脂5としては、例えば、エポキシ樹脂に窒化アルミや窒化ホウ素、アルミナなどの絶縁性高熱伝導フィラーを含有させ、熱伝導率を高めたものを適用する。
第1の受け面31bおよび第2の受け面31cは、この実施形態1では接着面31aと略平行とされた平坦な面(平坦部)で形成され、第1の受け面31b及び第2の受け面31cの平坦部は接着面31aからの高さ寸法が同じ同一面として構成されている。
図3は、正極側リードフレーム1aと負極側リードフレーム1bとが一体となって形成されたリードフレーム基板10の外観斜視図である。リードフレーム基板10は、正極側リードフレーム1aと負極側リードフレーム1bとを一体的に連結した形状で形成された板状の部材であり、モールド樹脂4でモールドした後の工程において、切断部分13で切断されることによって、正極側リードフレーム1aと負極側リードフレーム1bとに分離するようになっている。リードフレーム基板10の実装部(表面)11には、後に正極側リードフレーム1aと繋がる部分に半導体素子2が、はんだ6によって取り付けられ、半導体素子2はワイヤ7によって各部が接続される。こうしてリードフレーム1の表面に半導体素子2を実装する工程が構成される。
面31a設け、ヒートシンク3の他方面側には放熱用の凹凸部32と、この凹凸部32の周囲には後述する金型と密着する平坦な第1の受け面31bと、凹凸部32の中央部には後述する金型と密着する平坦な第2の受け面31cを設けて、ヒートシンク3を製作する工程とする。
この状態では、ヒートシンク3とリードフレーム基板10とは、その間に絶縁性樹脂5が配置されているだけで、未だ接着されていない。また、リードフレーム基板10は上側金型82と下側金型81とによって保持されて位置が決まる。
また、ヒートシンク3のフィン部(凸凹部)32の略中央に形成された受け面31cは、下側金型81の密着面8cが密着して、モールド部材の注入圧力によるヒートシンク3の変形を抑制している。
ィン部(凸凹部)32に漏れ出したり、ヒートシンク3の変形抑制が不十分になる可能性がある。これらの不具合を抑制するためには、受け面31bおよび31cの段差のバラツキを10〜50μm程度にしておく必要があるが、このような高精度加工はコストが高くなる要因となる。
これに対し、受け面31bおよび31cをこの実施形態のように同一面として形成すれば、段差の寸法バラツキを考慮する必要がなく、低コストで歩留まりの高い製造が可能となる。
したがって変形量が最も大きくなるヒートシンク3の略中央を支持する構成とすることによって、受け面31cの面積を最小限に抑制し、ひいては放熱面32aの減少を最小限に抑制することで、放熱性能の低下を最小限に抑制することができる。
次に、この発明の実施の形態2に係る半導体モジュールを図5に基づいて説明する。図5は半導体モジュールのヒートシンクをフィン部側から見た平面図である。
実施の形態1の発明では、ヒートシンク3の凹凸部32の一部に設けた平坦な第2の受け面31cは、凹凸部32の略中央部にフィン部(凹凸部)32のフィンと平行に形成したが、実施の形態2の発明では、図5に示すように、第2の受け面31cをヒートシンク3の凹凸部32の略中央部にフィン部(凹凸部)32のフィンと直交するように形成したものである。
その他の構成は、実施の形態1と同じにつき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
このような構成でも実施の形態1と同じ効果を得ることができる。
次に、この発明の実施の形態3に係る半導体モジュールを図6に基づいて説明する。図6は半導体モジュールのヒートシンクをフィン部側から見た平面図である。
実施の形態1および実施の形態2の発明では、ヒートシンク3の凹凸部32の一部に設けた平坦な第2の受け面31cは、凹凸部32の略中央部にフィン部(凹凸部)32と同じ長さでフィンと平行または直交するように形成したが、実施の形態3の発明では、図6に示すように、第2の受け面31cをヒートシンク3の凹凸部32の略中央部のみにほぼ円形状に形成したものである。
その他の構成は、実施の形態1と同じにつき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
このような構成にすれば、フィン部(凹凸部)32の放熱面32aの減少を最小限に抑
制することができ、放熱性能の低下を最小限に抑制することができる。
次に、この発明の実施の形態4に係る半導体モジュールを図7に基づいて説明する。図7は半導体モジュールのヒートシンクをフィン部側から見た平面図である。
実施の形態1〜3の発明では、ヒートシンク3の凹凸部32の一部に設けた平坦な第2の受け面31cは、凹凸部32の略中央部に長方形状または円形状で1箇所に形成した。
このようにヒートシンク3の第2の受け面31cを、ヒートシンク3の中央に限定せず、全体としてヒートシンク3の変形を所望の範囲に抑制するように、支持する箇所を分散してもよい。
その他の構成は、実施の形態1と同じにつき、同じまたは相当部分には同じ符号を付して説明を省略する。
このような構成によれば、樹脂注入圧力を分散して支持できるから、大容量の半導体モジュールでも樹脂注入圧力によるヒートシンク3の変形を抑制することが可能となる。
次に、この発明の実施の形態5に係る半導体モジュールを図8および図9に基づいて説明する。図8はこの発明の実施の形態5に係る半導体モジュールの概略構成を示す横断面図、図9は半導体モジュールのヒートシンクをフィン部側から見た平面図である。
実施の形態1では、ヒートシンク3の第1の受け面31bおよび第2の受け面31cが平坦部の場合について説明したが、実施の形態5の発明は平坦部に代えて突起部で構成したものである。
また、フィン部(凹凸部)32の一部である略中央部には、金型と密着してモールド樹脂の注入圧力によるヒートシンク3の変形を抑制する突起部で形成された第2の受け面31fを設けている。この第2の受け面31fは、図9に示すように、フィン部(凹凸部)32のフィンと平行に形成されている。
第1の受け面31eおよび第2の受け面31fは、この実施形態5では接着面31aと略平行とされた平坦な面(平坦部)を有する突起部で形成され、第1の受け面31e及び第2の受け面31fの平坦突起部は接着面31aからの高さ寸法が同じ同一面として構成されている。その他の構成は実施の形態1の図1と同じにつき、同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
る第2の受け面31fの突起部うち、どちらか一方を実施の形態1のように平坦な面(平坦部)で形成された受け面としてもよい。この場合は受け面が突起部と平坦部となるが、それぞれの平坦な面(平坦部)は接着面31aからの高さ寸法が同じ同一面として構成される必要がある。
以上の実施形態では、ヒートシンク3とフィン部(凹凸部)32が一体の場合について説明したが、これに限定するものではなく、ヒートシンク3とフィン部(凹凸部)32が別体であっても同様の効果が得られることはいうまでもない。
1b:負極側リードフレーム 2:半導体素子
3:ヒートシンク 4:モールド樹脂
5:絶縁性樹脂 6:はんだ
7:ワイヤ(ボンディングワイヤ) 8:金型
8a:金型の当接面 8b:金型の第1の密着面
8c:金型の第2の密着面
9:充填空間 10:リードフレーム基板
11:実装部(表面) 12:ヒートシンク接着面(裏面)
31:ヒートシンクのベース部 31a:接着面(接着部)
31b:第1の受け面(平坦部) 31c:第2の受け面(平坦部)
31d:突出面(位置決め部) 31e:第1の受け面(突起部)
31f:第2の受け面(突起部)
32:フィン部(凹凸部) 32a:放熱面
81:下側金型 82:上側金型。
Claims (6)
- リードフレームと、
前記リードフレームの表面に実装された半導体素子と、
前記リードフレームの裏面に接着される接着部を一方面側に有し、他方面側には放熱用の凹凸部を有するヒートシンクと、
前記リードフレームと前記半導体素子と前記ヒートシンクを、少なくとも前記ヒートシンクの凹凸部を露出させて、一体的にモールドするモールド樹脂とを備え、
前記ヒートシンクの凹凸部の周囲には前記モールド樹脂のモールド時に使用される金型に密着して前記凹凸部に前記モールド樹脂が漏れ出るのを防ぐ第1の受け面を設けると共に、前記ヒートシンクの凹凸部の一部には前記金型と密着して前記モールド樹脂の注入圧力による前記ヒートシンクの変形を抑制する第2の受け面を設けたことを特徴とする半導体モジュール。 - 前記ヒートシンクの凹凸部の周囲に形成される第1の受け面及び前記凹凸部の一部に形成される第2の受け面は平坦部または突起部で構成され、前記第1の受け面及び第2の受け面の平坦部または突起部は同一面とし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。
- 前記ヒートシンクの凹凸部の一部に形成される前記第2の受け面が、少なくとも前記ヒートシンクの中央に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体モジュール。
- 前記ヒートシンクの第1の受け面と前記凹凸部との間に、前記第1の受け面に対して突出する位置決め部を形成し、前記位置決め部によって、前記モールド樹脂をモールドするための金型を位置決め可能とすることを特徴とする請求項1〜請求項3のうちいずれか1項に記載の樹脂モールド型半導体モジュール。
- リードフレームの表面に半導体素子を実装する工程、
ヒートシンクの一方面側には前記リードフレームの裏面が接着される接着面を設け、前記ヒートシンクの他方面側には放熱用の凹凸部と、この凹凸部の周囲および前記凹凸部の一部に第1及び第2の受け面を設ける工程、
前記ヒートシンクの周囲に設けた第1の受け面を下側金型に設けた第1の密着面に密着させると共に、前記ヒートシンクの凹凸部の一部に設けた第2の受け面を前記下側金型に設けた第2の密着面に密着させて、前記ヒートシンクを前記下側金型に載置する工程、
前記下側金型に載置した前記ヒートシンクの一方面側に前記半導体素子を実装したリードフレームを配置して上側金型を被せ、前記上側金型と前記下側金型とにより前記リードフレームを挟み込み、前記半導体素子を含む充填空間を形成する工程、
前記充填空間にモールド樹脂を流し込むことにより、前記リードフレームおよび半導体素子を前記モールド樹脂により一体的にモールドする工程を備えた半導体モジュールの製造方法。 - 前記ヒートシンクの周囲に設けた第1の受け面は平坦部または突起部で構成し、下側金型に設けた第1の密着面に密着して前記ヒートシンクの凹凸部に前記モールド樹脂が漏れ出るのを防ぐと共に、前記ヒートシンクの凹凸部の一部に設けた第2の受け面は平坦部または突起部で構成し、前記下側金型に設けた第2の密着面に密着して前記モールド樹脂の注入圧力による前記ヒートシンクの変形を抑制するようにした請求項5に記載の半導体モジュールの製造方法。
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