JP2015191988A - semiconductor module - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module which does not cause peeling of a resin seal body and a frame even if the frame and the resin seal body are thermally expanded/contracted.SOLUTION: The semiconductor module comprises: a rectangular plate like frame; a semiconductor device mounted on a surface of the frame; and the resin seal body for exposing and sealing the semiconductor device, an edge part of a surface of the frame and the other surface of the frame, the frame having an anchor part, the anchor part having a groove on the surface of the frame; a through hole passing from the surface of the frame to the other surface in the groove; and a step part on an edge of the hole on the other surface of the frame. The anchor part is positioned on a boundary between the resin seal body and the edge.

Description

本発明は、半導体モジュールに関し、特に半導体素子をフレーム上に搭載し、樹脂封止する半導体モジュールに関する。
The present invention relates to a semiconductor module, and more particularly to a semiconductor module in which a semiconductor element is mounted on a frame and resin-sealed.

大電流の動作を行うパワー半導体素子として、整流用のダイオードがある。こうしたダイオードは、高い放熱性をもつ基板（フレーム、放熱板）上に搭載された上でモールド（樹脂封止）され、電極端子がその外部に取り出された形態とされる。例えばこれらのダイオードはＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるが、その際には、複数のダイオードが並列に接続されて用いられる場合が多いため、複数のダイオードチップ（シリコンチップ）が一方の端子を共通にした形態で内蔵された構造をもつ半導体モジュールとされる場合が多い。ダイオードチップは例えば数ｍｍ角程度の大きさであり、その両面にそれぞれアノード電極とカソード電極が設けられている。こうした場合の半導体モジュールの構成は、ダイオードモジュールと呼ばれていることもある。半導体素子の高い発熱から、熱応力対策を施したパッケージが提案されている（例えば特許文献１参照）。これは、放熱板に半導体素子を搭載し、その周りにアンカーホール部を設けた構造である。これにより、放熱板とパッケージ本体との接合部分の剥離を防止している。
There is a rectifying diode as a power semiconductor element that operates with a large current. Such a diode is mounted on a substrate (frame, heat radiating plate) having high heat dissipation properties, molded (resin-sealed), and electrode terminals are taken out from the outside. For example, these diodes are used in DC-DC converters. In this case, since a plurality of diodes are often connected in parallel, a plurality of diode chips (silicon chips) share one terminal in common. In many cases, the semiconductor module has a built-in structure. The diode chip has a size of, for example, a few mm square, and an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides thereof. The configuration of the semiconductor module in such a case is sometimes called a diode module. A package in which countermeasures against thermal stress are taken into account due to high heat generation of semiconductor elements has been proposed (for example, see Patent Document 1). This is a structure in which a semiconductor element is mounted on a heat sink and an anchor hole portion is provided around the semiconductor element. Thereby, peeling of the joining part of a heat sink and a package main body is prevented.

特開２００２−１２４６０４号公報JP 2002-124604 A

しかしながら、従来技術は、アンカー部は強固に接合されているが、アンカー部の無い部分では、パッケージ本体と放熱板の口開き（剥離）と水分の侵入が懸念される。本発明は、パワー半導体素子を搭載する半導体モジュール構造において、フレームと樹脂封止体が熱伸縮しても樹脂剥離を発生させない半導体モジュールを提供することを目的とする。
However, in the prior art, the anchor portion is firmly joined, but there is a concern that the package body and the heat radiating plate may be opened (peeled) and moisture may enter the portion without the anchor portion. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor module in which a power semiconductor element is mounted and a semiconductor module that does not cause resin peeling even when a frame and a resin sealing body are thermally expanded and contracted.

上述の課題を解決するために、本発明は、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体モジュールは、矩形板状のフレームと、フレームの一方の面に搭載された半導体素子と、半導体素子とフレームの一方の面の端部とフレームのもう一方の面を露出させて封止する樹脂封止体とを有し、フレームはアンカー部を備え、アンカー部はフレームの一方の面に溝と、溝内にフレームの一方の面からフレームのもう一方の面へ貫通する孔と、孔の縁でフレームのもう一方の面に段差を備える。また、アンカー部は樹脂封止体と端部の境界部に位置している。

In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configurations.
The semiconductor module of the present invention is sealed by exposing a rectangular plate-shaped frame, a semiconductor element mounted on one surface of the frame, an end of one surface of the semiconductor element and the frame, and the other surface of the frame. A resin sealing body that stops, the frame includes an anchor portion, the anchor portion includes a groove on one surface of the frame, and a hole that penetrates from one surface of the frame to the other surface of the frame in the groove. A step is provided on the other surface of the frame at the edge of the hole. Moreover, the anchor part is located in the boundary part of a resin sealing body and an edge part.

本発明によれば、フレームと樹脂封止体が熱伸縮しても樹脂封止体とフレームとの剥離を発生させない半導体モジュールを提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if a flame | frame and a resin sealing body are thermally expanded and contracted, the semiconductor module which does not generate | occur | produce peeling with a resin sealing body and a flame | frame can be provided.

本発明の実施例１に係る半導体モジュールの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor module which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る半導体モジュールの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor module which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る半導体モジュールの構造を示す下面図である。It is a bottom view which shows the structure of the semiconductor module which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る半導体モジュールの構造を示す境界部断面図である。It is boundary part sectional drawing which shows the structure of the semiconductor module which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係るフレームの構造を示す平面図とその断面図である。It is the top view which shows the structure of the flame | frame which concerns on Example 1 of this invention, and its sectional drawing. 本発明の変形例１に係る半導体モジュールの構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor module which concerns on the modification 1 of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、図面は模式的なものであり、寸法関係の比率等は現実のものとは異なる部分が含まれている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the drawings are schematic, and the dimensional relationship ratios and the like include parts different from the actual ones.

以下、図面を参照して本発明の実施例１に係る半導体モジュール１を説明する。図１から図３に示すように、フレーム２の一方の面２１（上部、表面）に半導体素子３が搭載されている。フレーム２の一部と半導体素子３がモールド樹脂で樹脂封止された樹脂封止体４からなる構成である。なお、半導体素子から引き出される外部端子を簡略化のため省略している。
Hereinafter, a semiconductor module 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor element 3 is mounted on one surface 21 (upper surface, front surface) of the frame 2. A part of the frame 2 and the semiconductor element 3 are configured by a resin sealing body 4 in which a resin is sealed with a mold resin. Note that external terminals drawn from the semiconductor element are omitted for the sake of simplicity.

フレーム２は、支持基板として矩形板状をしている。フレーム２の一方の面２１に半導体素子３を搭載する。長手方向において半導体素子３の搭載した両方の外側部にアンカー部５を設けている。例えばフレーム２の材質は銅合金であり、フレーム２の表面はニッケルめっきを施している。フレーム２の板厚は厚く放熱板の役目をする。
The frame 2 has a rectangular plate shape as a support substrate. The semiconductor element 3 is mounted on one surface 21 of the frame 2. Anchor portions 5 are provided on both outer portions on which the semiconductor element 3 is mounted in the longitudinal direction. For example, the material of the frame 2 is a copper alloy, and the surface of the frame 2 is nickel-plated. The frame 2 is thick and serves as a heat sink.

半導体素子３は、大電流の動作を行うパワー半導体素子の整流用ダイオードである。動作時には高い発熱を生じる。通常モジュールとしては、複数の素子を搭載する。図１では、アンカー部５の内側に半導体素子２をふたつ搭載している。
The semiconductor element 3 is a rectifying diode of a power semiconductor element that operates with a large current. High heat is generated during operation. As a normal module, a plurality of elements are mounted. In FIG. 1, two semiconductor elements 2 are mounted inside the anchor portion 5.

樹脂封止体４は、フレーム２に沿った矩形形状で、半導体素子３とフレーム２の一部を樹脂封止する。フレーム２の一方の面２１の端部１１（上面）とフレーム２のもう一方の面２２（裏面）を全面露出させて封止する。ここでは封止体４と端部１１の境目を境界部１２としている。例えば樹脂封止体４の材質はエポキシ樹脂が多く使われる。図１では、破線で表示している。端部１１はフレーム２の一部であり、半導体モジュール１の電極や接合部分として使用される。
The resin sealing body 4 has a rectangular shape along the frame 2 and resin-seals part of the semiconductor element 3 and the frame 2. The end 11 (upper surface) of one surface 21 of the frame 2 and the other surface 22 (back surface) of the frame 2 are exposed and sealed. Here, the boundary between the sealing body 4 and the end 11 is defined as a boundary 12. For example, epoxy resin is often used as the material of the resin sealing body 4. In FIG. 1, it is indicated by a broken line. The end portion 11 is a part of the frame 2 and is used as an electrode or a joint portion of the semiconductor module 1.

アンカー部５は、フレーム２の半導体素子３を搭載した近傍に位置している。フレーム２の一方の面２１において、フレーム２の全幅に渡る溝６と、溝６内にフレーム２の一方の面２１からフレーム２のもう一方の面２２へ貫通する孔７と、フレーム２のもう一方の面２２において、フレーム２の孔７の縁の周囲に段差８ を備えている。例えばフレームをプレス装置にて製造するときに、溝、孔、段差を加工することができる。
The anchor portion 5 is located in the vicinity of the frame 2 where the semiconductor element 3 is mounted. On one surface 21 of the frame 2, a groove 6 extending over the entire width of the frame 2, a hole 7 penetrating from one surface 21 of the frame 2 to the other surface 22 of the frame 2 in the groove 6, On one surface 22, a step 8 is provided around the edge of the hole 7 of the frame 2. For example, when manufacturing a frame with a press device, grooves, holes, and steps can be processed.

また、アンカー部５は樹脂封止体４とフレーム２の一方の面２１の端部１１との境界部１２に位置している。溝６はフレームの全幅にあるので、境界部１２に隙間が見えることはない。
The anchor portion 5 is located at a boundary portion 12 between the resin sealing body 4 and the end portion 11 of the one surface 21 of the frame 2. Since the groove 6 is at the full width of the frame, no gap is visible at the boundary 12.

半導体モジュールの動作時には、発熱し、熱により、フレーム２と樹脂封止体４が膨張や収縮の熱伸縮を繰り返す。その時、フレーム２の金属と樹脂封止体４の樹脂の膨張率の違いから、接している界面に剥離を生じる。剥離は特にフレーム２と樹脂封止体４の境界部１２から発生し始める。表面上は口開き現象が現れ、そこから水分が侵入して、内部の半導体素子３に悪影響を及ぼし、半導体モジュール１の品質劣化につながる。
During operation of the semiconductor module, heat is generated, and the frame 2 and the resin sealing body 4 are repeatedly expanded and contracted due to heat. At that time, due to the difference in expansion coefficient between the metal of the frame 2 and the resin of the resin sealing body 4, peeling occurs at the contact interface. Peeling starts to occur particularly at the boundary 12 between the frame 2 and the resin sealing body 4. A mouth opening phenomenon appears on the surface, moisture penetrates from there, adversely affects the internal semiconductor element 3, and leads to deterioration of the quality of the semiconductor module 1.

以上に説明したように、本発明の実施例１に係る半導体モジュール１では、溝６と孔７と段差８で構成されたアンカー部５を境界部１２に沿って設けているので、フレーム２と樹脂封止体４を強固に密着させることができる。これにより、半導体素子３の動作時にフレーム２と樹脂封止体４が熱膨張や収縮した際にも、フレーム２と樹脂封止体４の剥離を発生させることなく、半導体素子３へ水分の侵入を防ぎ、信頼性の高い半導体モジュールとすることができる。
As described above, in the semiconductor module 1 according to the first embodiment of the present invention, the anchor portion 5 including the groove 6, the hole 7, and the step 8 is provided along the boundary portion 12. The resin sealing body 4 can be firmly adhered. Accordingly, even when the frame 2 and the resin sealing body 4 are thermally expanded or contracted during the operation of the semiconductor element 3, moisture enters the semiconductor element 3 without causing separation of the frame 2 and the resin sealing body 4. And a highly reliable semiconductor module.

また、断面方向で現品確認したところ、樹脂剥離の延長ではんだクラックが発生している。このことより、樹脂剥離が始まる周辺部の接着を強化し、樹脂剥離を抑制するので、はんだクラックも同時に抑制することができる。
Moreover, when the actual product was confirmed in the cross-sectional direction, a solder crack was generated due to the extension of the resin peeling. From this, since the adhesion of the peripheral part where resin peeling starts is strengthened and resin peeling is suppressed, solder cracks can be suppressed simultaneously.

上述のように、本発明を実施するための形態を記載したが、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例が可能であることが明らかになるはずである。
As described above, the mode for carrying out the present invention has been described. From this disclosure, it should be apparent to those skilled in the art that various alternative embodiments and examples are possible.

境界部１２を直線形状としたが、図６に示すように境界部が湾曲している場合、局面に沿って備えてもよい。これにより、半導体モジュールを接合させるねじ止め部がある場合には、ねじの逃げをつくることができ、全体の小型化することができる。
Although the boundary part 12 was made into the linear shape, when the boundary part is curving as shown in FIG. 6, you may prepare along a situation. Thereby, when there exists a screwing part which joins a semiconductor module, the escape of a screw can be made and the whole can be reduced in size.

また、溝、段差形状は、複数であったり、返り形状等を施してもよい。さらに強固に密着することができる。
Moreover, a groove | channel and level | step difference shape may be plural, and a return shape etc. may be given. Furthermore, it can adhere firmly.

また、孔はひとつとしたが、小さいものを複数並べてもよい。このとき、裏面の段差は一体としてもよい。
Moreover, although the number of holes is one, a plurality of small holes may be arranged. At this time, the step on the back surface may be integrated.

１、半導体モジュール
２、フレーム
３、半導体素子
４、樹脂封止体
５、アンカー部
６、溝
７、孔
８、段差
１１、端部
１２、境界部
２１、一方の面（表面）
２２、もう一方の面（裏面） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, Semiconductor module 2, Frame 3, Semiconductor element 4, Resin sealing body 5, Anchor part 6, Groove 7, Hole 8, Level difference 11, End part 12, Boundary part 21, One surface (surface)
22. The other side (back side)

Claims (2)

矩形板状のフレームと、前記フレームの一方の面に搭載された半導体素子と、前記半導体素子と前記フレームの一方の面の端部と前記フレームのもう一方の面を露出させて封止する樹脂封止体とを有する半導体モジュールにおいて、前記フレームはアンカー部を備え、前記アンカー部は前記フレームの一方の面に溝と、前記溝内に前記フレームの一方の面から前記フレームのもう一方の面へ貫通する孔と、前記孔の縁で前記フレームのもう一方の面に段差を有することを特徴とする半導体モジュール。
A rectangular plate-shaped frame, a semiconductor element mounted on one side of the frame, and a resin that seals the semiconductor element, an end of one side of the frame, and the other side of the frame In the semiconductor module having a sealing body, the frame includes an anchor portion, and the anchor portion has a groove on one surface of the frame, and the other surface of the frame from one surface of the frame in the groove. A semiconductor module, comprising: a hole penetrating into the hole; and a step on the other surface of the frame at an edge of the hole.
前記アンカー部は、前記樹脂封止体と前記端部の境界部に位置し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。   The semiconductor module according to claim 1, wherein the anchor portion is located at a boundary portion between the resin sealing body and the end portion.

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