JP2018067588A - Semiconductor module, driving device, electric power steering system, vehicle, and method of manufacturing semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体モジュールと、駆動装置と、電動パワーステアリング装置と、車両及び半導体モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor module, a drive device, an electric power steering device, a vehicle, and a method for manufacturing a semiconductor module.
例えば車両の電動パワーステアリング装置のモータを駆動させるためのインバータ回路等には、半導体モジュールが用いられている。この種の半導体モジュールには、放熱板上にセラミック基板を設け、そのセラミック基板上に導電体板を介して半導体チップを搭載し、それらをケースで囲んでシリコーンゲルで封止した構成となっているものがある（例えば特許文献１参照）。この半導体モジュールのセラミック基板上の導電体板の外周端部には、エポキシ樹脂などの固体絶縁物が配置され、ケースは、放熱板上に設置されている。 For example, a semiconductor module is used for an inverter circuit or the like for driving a motor of an electric power steering device of a vehicle. This type of semiconductor module has a structure in which a ceramic substrate is provided on a heat sink, a semiconductor chip is mounted on the ceramic substrate via a conductor plate, and these are surrounded by a case and sealed with silicone gel. (See, for example, Patent Document 1). A solid insulator such as epoxy resin is disposed on the outer peripheral end of the conductor plate on the ceramic substrate of the semiconductor module, and the case is disposed on the heat sink.
しかしながら、上述の構成を有する半導体モジュールは、半導体モジュールの放熱性や絶縁性を向上するための構成となっている反面、構成要素が多くなり、半導体モジュールのサイズが大きくなる。特に半導体チップがセラミック基板に対して平面上に配置されているため、半導体チップのサイズや数から半導体モジュールの平面サイズが大きくなる。 However, while the semiconductor module having the above-described configuration is configured to improve the heat dissipation and insulation of the semiconductor module, the number of components increases and the size of the semiconductor module increases. In particular, since the semiconductor chip is arranged on a plane with respect to the ceramic substrate, the planar size of the semiconductor module increases from the size and number of the semiconductor chips.
加えて、半導体モジュールにおいては、半導体モジュールを構成する半導体チップとリードフレームの材質及び形状（体積）が異なり、温度の上昇による膨張率が異なる。従って、半導体チップが熱を発し、半導体チップやそのリードフレームが熱膨縮するため、半導体チップとリードフレームとの接合面にひずみが生じる可能性がある。特に、半導体チップが上下からリードフレームに挟まれる構造の場合は、上下両面の接合面にひずみが生じる可能性がある。そこで、このひずみに対して、はんだで接合された半導体チップとリードフレームとの接合面の強度を向上させる必要がある。 In addition, in the semiconductor module, the material and shape (volume) of the semiconductor chip and the lead frame constituting the semiconductor module are different, and the expansion coefficient due to the temperature rise is different. Therefore, the semiconductor chip generates heat, and the semiconductor chip and its lead frame are thermally expanded and contracted, so that there is a possibility that distortion occurs on the joint surface between the semiconductor chip and the lead frame. In particular, in the case where the semiconductor chip is sandwiched between lead frames from above and below, there is a possibility that distortion occurs at the joint surfaces on both the upper and lower surfaces. Therefore, it is necessary to improve the strength of the joint surface between the semiconductor chip and the lead frame joined by solder against this strain.
本出願はかかる点に鑑みてなされたものであり、半導体モジュールの小型化を図りつつ、上記半導体チップなどのパワー半導体素子とリードフレームとの接合強度を向上させることができる半導体モジュール、駆動装置、電動パワーステアリング装置、車両及び半導体モジュールの製造方法を提供することをその目的の一つとする。 The present application has been made in view of the above points, and a semiconductor module, a driving apparatus, and the like that can improve the bonding strength between a power semiconductor element such as the semiconductor chip and a lead frame while reducing the size of the semiconductor module. It is an object of the present invention to provide an electric power steering device, a vehicle, and a method for manufacturing a semiconductor module.
上記課題を解決するための本発明は、以下の態様を含む。 The present invention for solving the above problems includes the following aspects.
本発明には、モータを駆動させるための電子回路に用いられる半導体モジュールにおいて、２層のリードフレームとパワー半導体素子とが積層され、それらがモールドされた立体構造を有し、前記２層の各リードフレームと前記パワー半導体素子は、はんだにより接合されており、前記２層のリードフレームのうちの少なくともいずれかのリードフレームには、前記パワー半導体素子との間のはんだに通じ、はんだが入り込む貫通孔が形成されている、半導体モジュールが含まれる。 In the present invention, a semiconductor module used in an electronic circuit for driving a motor has a three-dimensional structure in which two layers of a lead frame and a power semiconductor element are laminated and molded. The lead frame and the power semiconductor element are joined by solder, and the lead frame of at least one of the two layers of lead frames leads to the solder between the power semiconductor element and penetrates the solder. A semiconductor module is included in which holes are formed.
上記構成によれば、半導体モジュールが、２層のリードフレームとパワー半導体素子とが積層され、それらがモールドされた立体構造を有するので、半導体モジュールの小型化を図ることができる。また、２層のリードフレームのうちの少なくともいずれかのリードフレームには、パワー半導体素子との間のはんだに通じ、はんだが入り込む貫通孔が形成されているので、リードフレームにおけるはんだの接合面積が増大し、パワー半導体素子とリードフレームの接合強度を向上させることができる。 According to the above configuration, since the semiconductor module has a three-dimensional structure in which the two-layer lead frame and the power semiconductor element are stacked and molded, the semiconductor module can be reduced in size. In addition, since at least one of the two-layer lead frames is formed with a through-hole through which the solder between the power semiconductor element and the solder enters, the bonding area of the solder in the lead frame is reduced. As a result, the bonding strength between the power semiconductor element and the lead frame can be improved.
前記貫通孔は、前記リードフレームにおける前記パワー半導体素子と接合する接合面の中央の位置に形成されていてもよい。かかる場合、パワー半導体素子とリードフレームとの接合強度を効果的に向上させることができる。 The through hole may be formed at a central position of a joint surface of the lead frame that joins the power semiconductor element. In such a case, the bonding strength between the power semiconductor element and the lead frame can be effectively improved.
前記貫通孔は、下から２層目のリードフレームに形成され、当該２層目のリードフレームとその下層側のパワー半導体素子との間のはんだに通じていてもよい。かかる場合、パワー半導体素子とリードフレームとの接合強度を効果的に向上させることができる。なお、「下から２層目のリードフレーム」は、半導体モジュールを特定の向きに設置した場合の位置関係を示し、本発明の半導体モジュールの設置向きを限定するものではない。 The through hole may be formed in the second lead frame from the bottom, and may lead to solder between the second lead frame and the power semiconductor element on the lower layer side. In such a case, the bonding strength between the power semiconductor element and the lead frame can be effectively improved. The “lead frame in the second layer from the bottom” indicates the positional relationship when the semiconductor module is installed in a specific direction, and does not limit the installation direction of the semiconductor module of the present invention.
前記リードフレームにおける前記パワー半導体素子と接合する接合面には、凹部が形成され、前記貫通孔は、前記凹部に通じていてもよい。かかる場合、パワー半導体素子とリードフレームの接合強度をさらに向上できる。 A recess may be formed in a joint surface of the lead frame that joins the power semiconductor element, and the through hole may communicate with the recess. In such a case, the bonding strength between the power semiconductor element and the lead frame can be further improved.
前記２層のリードフレームは、モジュール表面に露出する放熱面を有するようにしてもよい。かかる場合、半導体モジュールの放熱性を向上させることができる。 The two-layer lead frame may have a heat dissipation surface exposed on the module surface. In such a case, the heat dissipation of the semiconductor module can be improved.
別の観点による本発明には、上記半導体モジュールを備えた駆動装置が含まれる。 The present invention according to another aspect includes a driving device including the semiconductor module.
別の観点による本発明には、上記半導体モジュールを備えた電動パワーステアリング装置が含まれる。 The present invention according to another aspect includes an electric power steering apparatus including the semiconductor module.
別の観点による本発明には、上記半導体モジュールを備えた車両が含まれる。 The present invention according to another aspect includes a vehicle including the semiconductor module.
別の観点による本発明には、モータを駆動させるための電子回路に用いられる半導体モジュールの製造方法において、２層のリードフレームとパワー半導体素子とを積層し、それらをモールドして立体構造を形成し、前記立体構造を形成するにあたり、前記２層の各リードフレームと前記パワー半導体素子をはんだにより接合し、前記２層のリードフレームのうちの少なくともいずれかのリードフレームには、前記パワー半導体素子との間のはんだに通じ、はんだが入り込む貫通孔が形成される、半導体モジュールの製造方法が含まれる。 According to another aspect of the present invention, in a method for manufacturing a semiconductor module used in an electronic circuit for driving a motor, a two-layer lead frame and a power semiconductor element are stacked and molded to form a three-dimensional structure. In forming the three-dimensional structure, each of the two-layer lead frames and the power semiconductor element are joined by soldering, and at least one of the two-layer lead frames has the power semiconductor element A method for manufacturing a semiconductor module is provided in which a through hole is formed through which the solder enters and the solder enters.
本発明によれば、半導体モジュールの小型化を図りつつ、パワー半導体素子とリードフレームの接合強度を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the bonding strength between the power semiconductor element and the lead frame while reducing the size of the semiconductor module.
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted. Further, the positional relationship such as up, down, left and right is based on the positional relationship shown in the drawings unless otherwise specified. Furthermore, the dimensional ratios in the drawings are not limited to the illustrated ratios. Moreover, the following embodiment is an illustration for explaining the present invention, and the present invention is not limited to this embodiment.
図１に示すように、半導体モジュール１は、モータを駆動させるための例えばインバータ回路（図示省略）に用いられている。半導体モジュール１は、パワー半導体素子１０、１１と２層の配線部材としてのリードフレーム１２、１３が交互に積層され、それらの全体がトランスファー成形によりモールドされた立体構造を有している。すなわち、最下層には、１層目の２つのリードフレーム１２が左右対称に配置され、１層目の各リードフレーム１２上にそれぞれ１層目のパワー半導体素子１０が配置され、２つのパワー半導体素子１０上に２層目の単一のリードフレーム１３が配置され、２層目のリードフレーム１３上に２層目のパワー半導体素子１１が配置されている。そして、半導体モジュール１は、これらの構成を封止する、縦断面が略方形のモールド１４を備えている。 As shown in FIG. 1, the semiconductor module 1 is used, for example, in an inverter circuit (not shown) for driving a motor. The semiconductor module 1 has a three-dimensional structure in which power semiconductor elements 10 and 11 and lead frames 12 and 13 as two-layer wiring members are alternately stacked, and all of them are molded by transfer molding. That is, two lead frames 12 in the first layer are arranged symmetrically in the lowermost layer, and the power semiconductor elements 10 in the first layer are arranged on the lead frames 12 in the first layer, respectively. A single lead frame 13 in the second layer is disposed on the element 10, and a power semiconductor element 11 in the second layer is disposed on the lead frame 13 in the second layer. The semiconductor module 1 includes a mold 14 that seals these components and has a substantially square longitudinal section.
１層目の各リードフレーム１２は、半導体モジュール１のモジュール下面に露出するように当該下面に沿って配置されている。これにより、リードフレーム１２の下面は、放熱面Ｓになっている。各リードフレーム１２の左右方向の外側の端部は、モジュール下面から一段上がってモジュール側面から外側に突出している。リードフレーム１２は、例えば銅などの導電性材料により構成されている。 Each lead frame 12 of the first layer is arranged along the lower surface so as to be exposed on the lower surface of the module of the semiconductor module 1. Thereby, the lower surface of the lead frame 12 is a heat radiating surface S. The outer end of each lead frame 12 in the left-right direction rises one step from the lower surface of the module and protrudes outward from the side surface of the module. The lead frame 12 is made of a conductive material such as copper, for example.
１層目のパワー半導体素子１０は、例えばＭＯＳＦＥＴであって、ＳｉまたはＳｉＣのベアチップ（ベアダイ）の状態のものである。パワー半導体素子１０は、厚み方向に電流を流す構造のため、ベアチップ上面および下面に電極を有している。パワー半導体素子１０は、はんだ２０を介して上下のリードフレーム１２及びリードフレーム１３に接合されている。 The power semiconductor element 10 in the first layer is, for example, a MOSFET and is in a state of a Si or SiC bare chip (bare die). Since the power semiconductor element 10 has a structure in which current flows in the thickness direction, the power semiconductor element 10 has electrodes on the upper and lower surfaces of the bare chip. The power semiconductor element 10 is joined to the upper and lower lead frames 12 and 13 via solder 20.
２層目のリードフレーム１３は、例えば左右のパワー半導体素子１０に亘り左右方向に延設されている。リードフレーム１３は、例えば一方のパワー半導体素子１０の外側端部から他方のパワー半導体素子１０の外側端部まで形成されている。すなわち、一方のパワー半導体素子１０の外側の端から他方のパワー半導体素子１０の外側の端までの長さと、リードフレーム１０の長さがほぼ等しくなっている。 The second-layer lead frame 13 extends in the left-right direction across, for example, the left and right power semiconductor elements 10. The lead frame 13 is formed, for example, from the outer end portion of one power semiconductor element 10 to the outer end portion of the other power semiconductor element 10. That is, the length from the outer end of one power semiconductor element 10 to the outer end of the other power semiconductor element 10 is substantially equal to the length of the lead frame 10.
２層目のリードフレーム１３には、パワー半導体素子１０との間のはんだ２０に通じる貫通孔３０が形成されている。貫通孔３０は、リードフレーム１３の厚み方向（上下方向）に貫通している。貫通孔３０には、はんだ２０が充填されている。はんだ２０の充填は、例えば固形またはペースト状のはんだ２０を貫通孔３０に供給して行われる。貫通孔３０は、例えばリードフレーム１３の下面のパワー半導体素子１０と接合する接合面１３ａの中央の位置に形成されている。貫通孔３０の形状は特に限定されないが、例えば図２に示すように円柱状に形成されていてもよいし、図３に示すように角柱状に形成されていてもよい。 A through-hole 30 that leads to the solder 20 between the power semiconductor element 10 and the power semiconductor element 10 is formed in the second lead frame 13. The through hole 30 penetrates in the thickness direction (vertical direction) of the lead frame 13. The through hole 30 is filled with solder 20. The filling of the solder 20 is performed, for example, by supplying solid or paste solder 20 to the through hole 30. The through hole 30 is formed, for example, at the center position of the joint surface 13 a that joins the power semiconductor element 10 on the lower surface of the lead frame 13. The shape of the through hole 30 is not particularly limited. For example, the through hole 30 may be formed in a columnar shape as shown in FIG. 2, or may be formed in a prismatic shape as shown in FIG.
図１に示すように２層目のリードフレーム１３は、左右方向の中央に下方に延設する延設部４０を有している。延設部４０は、リードフレーム１３の中央から、左右のパワー半導体素子１０、左右の１層目のリードフレーム１２の間を通って半導体モジュール１のモジュール下面に到達している。よって、延設部４０の下面は放熱面Ｓとなっている。リードフレーム１３は、例えば銅などの導電性材料により構成されている。リードフレーム１３は、図２及び図３に示したようにＴ字形状を有する。 As shown in FIG. 1, the lead frame 13 in the second layer has an extending portion 40 that extends downward in the center in the left-right direction. The extending portion 40 reaches the module lower surface of the semiconductor module 1 from the center of the lead frame 13 through the space between the left and right power semiconductor elements 10 and the left and right lead frames 12. Therefore, the lower surface of the extended portion 40 is a heat radiating surface S. The lead frame 13 is made of a conductive material such as copper, for example. The lead frame 13 has a T shape as shown in FIGS.
図１に示すように２層目のパワー半導体素子１１は、例えばＭＯＳＦＥＴであって、ＳｉまたはＳｉＣのベアチップ（ベアダイ）の状態のものである。パワー半導体素子１１は、厚み方向に電流を流す構造のため、ベアチップ上面および下面に電極を有している。パワー半導体素子１１は、２層目のリードフレーム１３の左右方向の中央に配置されている。パワー半導体素子１１の下面の電極は、はんだ２０を介してリードフレーム１３に接合されている。パワー半導体素子１１の上面の電極には、はんだ２０を介してバスバー５０が接続されている。バスバー５０は、１層目のリードフレーム１２に接続されている。 As shown in FIG. 1, the power semiconductor element 11 in the second layer is, for example, a MOSFET and is in a state of a Si or SiC bare chip (bare die). The power semiconductor element 11 has electrodes on the upper and lower surfaces of the bare chip because of the structure in which current flows in the thickness direction. The power semiconductor element 11 is arranged at the center in the left-right direction of the lead frame 13 of the second layer. The electrode on the lower surface of the power semiconductor element 11 is joined to the lead frame 13 via the solder 20. A bus bar 50 is connected to the electrode on the upper surface of the power semiconductor element 11 through the solder 20. The bus bar 50 is connected to the lead frame 12 in the first layer.
モールド１４は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いたトランスファー成形により成形されている。 The mold 14 is formed by transfer molding using a thermosetting resin such as an epoxy resin.
本実施の形態によれば、半導体モジュール１が、２層のリードフレーム１２、１３とパワー半導体素子１０、１１が交互に積層され、それらがモールドされた立体構造を有するので、各層のパワー半導体素子１０、１１間の配線距離が短くなり、またパワー半導体素子１０、１１の搭載スペースを削減でき、これによって半導体モジュール１の小型化を図ることができる。また、２層目のリードフレーム１３に、パワー半導体素子１０との間のはんだ２０に通じ、はんだ２０が入り込む貫通孔３０が形成されているので、リードフレーム１３におけるはんだ２０の接合面積が増大し、パワー半導体素子１０とリードフレーム１３との接合強度を向上させることができる。 According to the present embodiment, the semiconductor module 1 has a three-dimensional structure in which two layers of lead frames 12 and 13 and power semiconductor elements 10 and 11 are alternately stacked and molded, so that the power semiconductor elements of each layer The wiring distance between 10 and 11 can be shortened, and the mounting space for the power semiconductor elements 10 and 11 can be reduced, whereby the semiconductor module 1 can be miniaturized. Further, since the second layer lead frame 13 is formed with a through hole 30 through which the solder 20 between the power semiconductor element 10 and the solder 20 enters, the bonding area of the solder 20 in the lead frame 13 increases. The bonding strength between the power semiconductor element 10 and the lead frame 13 can be improved.
貫通孔３０は、リードフレーム１３の接合面１３ａの中央の位置に形成されているので、パワー半導体素子１０とリードフレーム１３との接合強度を効果的に向上させることができる。 Since the through hole 30 is formed at the center position of the bonding surface 13a of the lead frame 13, the bonding strength between the power semiconductor element 10 and the lead frame 13 can be effectively improved.
貫通孔３０は、下から２層目のリードフレーム１３に形成され、２層目のリードフレーム１３とその下層側のパワー半導体素子１０との間のはんだ２０に通じているので、パワー半導体素子１０とリードフレーム１３との接合強度を効果的に向上させることができる。 The through hole 30 is formed in the lead frame 13 of the second layer from the bottom and communicates with the solder 20 between the lead frame 13 of the second layer and the power semiconductor element 10 on the lower layer side. The bonding strength between the lead frame 13 and the lead frame 13 can be effectively improved.
２層のリードフレーム１２、１３は、モジュール下面に露出する放熱面Ｓを有するので、半導体モジュール１の放熱性を向上させることができる。 Since the two-layer lead frames 12 and 13 have the heat dissipation surface S exposed on the lower surface of the module, the heat dissipation of the semiconductor module 1 can be improved.
ここで、２層のリードフレーム１２、１３についてＮｃｈ−ＭＯＳＦＥＴを使用してインバータの１アーム分の回路を構成する場合の例について説明する。 Here, an example in which a circuit for one arm of an inverter is configured using Nch-MOSFETs for the two lead frames 12 and 13 will be described.
この回路においては、例えば図４に示すように電源ラインを起点とし上アームのＭＯＳＦＥＴのドレイン電極からソース電極、続いて下アームのドレイン電極からソース電極、最後にグランドに接続する必要がある。またモータ遮断用にＭＯＳＦＥＴを配置する場合には、上アームのソース（同じく下アームのドレイン）と同電位の接点からモータ遮断ＭＯＳＦＥＴのソース電極に配線する。 In this circuit, for example, as shown in FIG. 4, it is necessary to connect from the drain electrode of the upper arm MOSFET to the source electrode, then from the drain electrode of the lower arm to the source electrode, and finally to the ground, starting from the power line. When a MOSFET is arranged for motor shutdown, wiring is made from the contact having the same potential as the source of the upper arm (also the drain of the lower arm) to the source electrode of the motor cutoff MOSFET.
ＭＯＳＦＥＴは縦構造のパワー半導体素子１０、１１であり、ドレイン電極が各パワー半導体素子１０、１１の下面電極、ソース電極が各パワー半導体素子１０、１１の上面電極となっているため、前述の上アームのＭＯＳＦＥＴ（例えば図１の右側のパワー半導体素子１０）から下アームのＭＯＳＦＥＴ（パワー半導体素子１１）への配線は、上アームのＭＯＳＦＥＴ（図１の右側のパワー半導体素子１０）の上面にあるソース電極から、２層目のリードフレーム１３を通過し、下アームのＭＯＳＦＥＴ（パワー半導体素子１１）の下面にあるドレイン電極に配線ができる。さらに２層目のリードフレーム１３からモータ遮断用ＭＯＳＦＥＴ（図１の左側のパワー半導体素子１０）の上面のソース電極への配線も同時に可能となる。 The MOSFETs are power semiconductor elements 10 and 11 having a vertical structure, and the drain electrode serves as the lower surface electrode of each power semiconductor element 10 and 11, and the source electrode serves as the upper surface electrode of each power semiconductor element 10 and 11. The wiring from the arm MOSFET (for example, the right power semiconductor element 10 in FIG. 1) to the lower arm MOSFET (the power semiconductor element 11) is on the upper surface of the upper arm MOSFET (the right power semiconductor element 10 in FIG. 1). Wiring can be made from the source electrode to the drain electrode on the lower surface of the lower arm MOSFET (power semiconductor element 11) through the second lead frame 13. Further, wiring from the lead frame 13 of the second layer to the source electrode on the upper surface of the motor cutoff MOSFET (the power semiconductor element 10 on the left side in FIG. 1) can be simultaneously performed.
１層構造の場合、上アームから下アームの配線の場合バスバーを使う必要があり、バスバー分の実装スペースが発生するのに対し、本実施形態のごとく２層目のリードフレーム１３を採用することでスペースを削減できる。さらに配線も短くすることができる。 In the case of a one-layer structure, it is necessary to use a bus bar for wiring from the upper arm to the lower arm, and a mounting space corresponding to the bus bar is generated. Can save space. Furthermore, the wiring can be shortened.
また、２層目のリードフレーム１３の一部（延設部４０）は、１層目のリードフレーム１２と同じモジュール下面の放熱面Ｓまで導出されている（図１参照）。この延設部４０により、２層目に搭載したパワー半導体素子１１の熱を放熱することができる。当該延設部４０は、熱伝導性のよい金属、例えば銅製であり、放熱経路として機能しながら、なおかつ一定の熱量を一時的に貯熱しておく熱容量としても機能する。 Further, a part of the second-layer lead frame 13 (extending portion 40) is led out to the heat radiation surface S on the lower surface of the same module as the first-layer lead frame 12 (see FIG. 1). With the extended portion 40, the heat of the power semiconductor element 11 mounted on the second layer can be radiated. The extended portion 40 is made of a metal having good thermal conductivity, for example, copper, and functions as a heat capacity for temporarily storing a certain amount of heat while functioning as a heat dissipation path.
以上の実施の形態における半導体モジュール１の貫通孔３０の位置、数や形状はこれに限られない。 The position, number and shape of the through holes 30 of the semiconductor module 1 in the above embodiment are not limited to this.
例えば貫通孔３０は、図５に示すように各接合面１３ａに対し複数、例えば２つ設けられていてもよい。 For example, a plurality of, for example, two through holes 30 may be provided for each joint surface 13a as shown in FIG.
なお、貫通孔３０は、１層目のリードフレーム１２に形成され、その１層目の上層のパワー半導体素子１０との間のはんだ２０に通じていてもよい。このとき、貫通孔３０は、リードフレーム１２におけるパワー半導体素子１０と接合する接合面１２ａの中央の位置に形成されていてもよい。また、貫通孔３０は、パワー半導体素子１０を挟んでリードフレーム１２側とリードフレーム１３側の両方に設けられていてもよい。さらに、貫通孔３０は、２層目のリードフレーム１３に形成され、その２層目の上層のパワー半導体素子１１との間のはんだ２０に通じていてもよい。このとき、貫通孔３０は、リードフレーム１３におけるパワー半導体素子１１と接合する接合面１３ｂの中央の位置に形成され、延設部４０を上下方向に貫通していてもよい。 The through hole 30 may be formed in the first lead frame 12 and may lead to the solder 20 between the first power semiconductor element 10 and the upper layer. At this time, the through hole 30 may be formed at the center position of the joint surface 12 a that joins the power semiconductor element 10 in the lead frame 12. Further, the through hole 30 may be provided on both the lead frame 12 side and the lead frame 13 side with the power semiconductor element 10 interposed therebetween. Further, the through hole 30 may be formed in the second-layer lead frame 13 and communicate with the solder 20 between the second-layer upper power semiconductor element 11. At this time, the through hole 30 may be formed at the center position of the joint surface 13 b that joins the power semiconductor element 11 in the lead frame 13, and may penetrate the extended portion 40 in the vertical direction.
以上の半導体モジュール１において、図６及び図７に示すようにリードフレーム１３におけるパワー半導体素子１０との接合面１３ａに凹部６０が形成され、貫通孔３０は、凹部６０に通じていてもよい。凹部６０は、例えばリードフレーム１３の前後方向（図６の紙面前後方向）の両端に亘る溝状に形成される。かかる場合、パワー半導体素子１０とリードフレーム１３との接合強度をさらに向上させることができる。なお、凹部６０の形状は、これに限られない。また、このときの貫通孔３０も図８に示すように複数、例えば２つ設けられていてもよい。 In the semiconductor module 1 described above, as shown in FIGS. 6 and 7, the recess 60 is formed in the joint surface 13 a of the lead frame 13 with the power semiconductor element 10, and the through hole 30 may communicate with the recess 60. For example, the recess 60 is formed in a groove shape extending over both ends of the lead frame 13 in the front-rear direction (front-rear direction in FIG. 6). In such a case, the bonding strength between the power semiconductor element 10 and the lead frame 13 can be further improved. In addition, the shape of the recessed part 60 is not restricted to this. In addition, a plurality of, for example, two through holes 30 may be provided as shown in FIG.
以上の半導体モジュール１は、車両、各種産業機械及び各種駆動装置等のモータの回路に利用できる。例えば半導体モジュール１は、図９に示すように車両に搭載される駆動装置としての電動パワーステアリング装置１００のモータ１１０に利用することができる。電動パワーステアリング装置１００は、例えばコラムタイプのものである。図９において、符号Ｈはステアリングホイール、符号１００ａはステアリング入力軸、符号１００ｂはステアリング出力軸、符号１１１はラック・ピニオン運動変換機構、符号１１２はウォーム減速機構、符号１１３はハウジング、符号１１４はトルクセンサ、符号１１５はステアリングシャフト、符号１１６，１１７は自在継手、符号１１８は連結部材をそれぞれ示す。 The semiconductor module 1 described above can be used for motor circuits such as vehicles, various industrial machines, and various drive devices. For example, the semiconductor module 1 can be used for a motor 110 of an electric power steering device 100 as a drive device mounted on a vehicle as shown in FIG. The electric power steering device 100 is, for example, a column type. In FIG. 9, reference numeral H is a steering wheel, reference numeral 100a is a steering input shaft, reference numeral 100b is a steering output shaft, reference numeral 111 is a rack and pinion motion conversion mechanism, reference numeral 112 is a worm reduction mechanism, reference numeral 113 is a housing, reference numeral 114 is torque Reference numeral 115 denotes a steering shaft, reference numerals 116 and 117 denote universal joints, and reference numeral 118 denotes a connecting member.
半導体モジュール１は、以下のようにして製造することができる。すなわち、１層目のリードフレーム１２、パワー半導体素子１０、貫通孔３０を有する２層目のリードフレーム１３、パワー半導体素子１１を下から交互に積層し、互いにはんだ２０で接合し、パワー半導体素子１１と１層目のリードフレーム１２とをバスバー５０により接続する。続いて、エポキシ樹脂の熱硬化性樹脂を用いたトランスファー成形により、パワー半導体素子１０、１１やリードフレーム１２、１３を封止してモールド１４を形成する。 The semiconductor module 1 can be manufactured as follows. That is, the first lead frame 12, the power semiconductor element 10, the second lead frame 13 having the through hole 30, and the power semiconductor element 11 are alternately stacked from below, and are joined to each other with the solder 20. 11 and the first lead frame 12 are connected by a bus bar 50. Subsequently, the power semiconductor elements 10 and 11 and the lead frames 12 and 13 are sealed to form a mold 14 by transfer molding using an epoxy resin thermosetting resin.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.
例えば上記実施の形態において、半導体モジュール１の立体構造は、２層のリードフレームとパワー半導体素子が積層され、互いに電気的に接続されていれば、パワー半導体素子やリードフレームの配置、大きさ、形状、数、接続など他の構成を有するものであってもよい。パワー半導体素子１０はＭＯＳＦＥＴであったが、ダイオード、他のトランジスタなどの他のパワー半導体素子であってもよい。半導体モジュール１は、電動パワーステアリング装置１００のモータ１１０以外のメガトルクモータなどの他のモータの電子回路にも適用できる。 For example, in the above-described embodiment, the three-dimensional structure of the semiconductor module 1 is such that two layers of lead frames and power semiconductor elements are stacked and electrically connected to each other as long as the power semiconductor elements and lead frames are arranged, sized, You may have other structures, such as a shape, a number, and a connection. The power semiconductor element 10 is a MOSFET, but may be another power semiconductor element such as a diode or another transistor. The semiconductor module 1 can also be applied to an electronic circuit of another motor such as a mega torque motor other than the motor 110 of the electric power steering apparatus 100.
本発明は、半導体モジュールの小型化を図りつつ、パワー半導体素子とリードフレームとの接合強度を向上させる際に有用である。 The present invention is useful for improving the bonding strength between a power semiconductor element and a lead frame while reducing the size of a semiconductor module.
１ 半導体モジュール
１０、１１ パワー半導体素子
１２、１３ リードフレーム
１３ａ 接合面
１４ モールド
２０ はんだ
３０ 貫通孔
Ｓ 放熱面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor module 10, 11 Power semiconductor element 12, 13 Lead frame 13a Joint surface 14 Mold 20 Solder 30 Through-hole S Heat radiation surface
Claims (9)
２層のリードフレームとパワー半導体素子とが積層され、それらがモールドされた立体構造を有し、
前記２層の各リードフレームと前記パワー半導体素子は、はんだにより接合されており、
前記２層のリードフレームのうちの少なくともいずれかのリードフレームには、前記パワー半導体素子との間のはんだに通じ、はんだが入り込む貫通孔が形成されている、半導体モジュール。 In a semiconductor module used in an electronic circuit for driving a motor,
A two-layer lead frame and a power semiconductor element are stacked and have a three-dimensional structure in which they are molded,
Each lead frame of the two layers and the power semiconductor element are joined by solder,
A semiconductor module, wherein at least one of the two layers of lead frames is formed with a through-hole through which the solder between the power semiconductor element and the solder enters.
前記貫通孔は、前記凹部に通じている、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体モジュール。 A concave portion is formed in a joint surface that joins the power semiconductor element in the lead frame,
The semiconductor module according to claim 1, wherein the through hole communicates with the recess.
２層のリードフレームとパワー半導体素子とを積層し、それらをモールドして立体構造を形成し、
前記立体構造を形成するにあたり、前記２層の各リードフレームと前記パワー半導体素子をはんだにより接合し、
前記２層のリードフレームのうちの少なくともいずれかのリードフレームには、前記パワー半導体素子との間のはんだに通じ、はんだが入り込む貫通孔が形成される、半導体モジュールの製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor module used in an electronic circuit for driving a motor,
Laminate two layers of lead frames and power semiconductor elements, mold them to form a three-dimensional structure,
In forming the three-dimensional structure, each lead frame of the two layers and the power semiconductor element are joined by solder,
A method of manufacturing a semiconductor module, wherein at least one of the two layers of lead frames is formed with a through-hole through which the solder between the power semiconductor element and the solder enters.
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2016
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