WO2013171882A1 - 半導体モジュールおよび半導体装置 - Google Patents

半導体モジュールおよび半導体装置 Download PDF

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Definitions

  • the fixing screw hole formed in the mold resin needs to have a certain size. Therefore, by providing a region for forming the screw hole in the mold resin portion, downsizing of the semiconductor module is limited. Further, when fixing with a screw through a mold resin, since a long-term load is applied to the mold resin, it is necessary to consider deformation due to a creep phenomenon.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is an object of the present invention to obtain a semiconductor module capable of reducing the load applied to the mold resin and enabling fixing to a fixing target while further reducing the size.

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Abstract

　モールド樹脂に加わる負荷の軽減を図るとともに、より一層の小型化を図りつつ固定対象への固定を可能とする半導体モジュールを得るために、半導体モジュール７は、半導体素子１と、半導体素子１が載置される載置フレーム２と、半導体素子１を制御する制御部品１４が実装される制御基板５と、半導体素子１、載置フレーム２、および制御基板５を一括でモールドするモールド樹脂８と、を備える。制御基板５には、モールド樹脂８から露出して、半導体モジュール７を固定対象に固定させる固定基部５ａが設けられている。

Description

半導体モジュールおよび半導体装置
　本発明は、半導体素子とともに制御基板をモールド樹脂にて封止した半導体モジュールおよびそれを用いた半導体装置に関する。
　従来、半導体素子とともに制御基板をモールド樹脂にて封止することで、サイズの小型化が図られた半導体モジュールが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。このような半導体モジュールは、固定対象としてのシャーシに固定された半導体装置として用いられる場合がある。半導体モジュールをシャーシに固定するために、モールド樹脂にネジ穴が形成される。
特開２００６－５４２４５号公報
　しかしながら、モールド樹脂に形成される固定用のネジ穴は、ある程度のサイズが必要となる。そのため、ネジ穴を形成するための領域をモールド樹脂部分に設けることで、半導体モジュールの小型化が制限される。また、モールド樹脂を介してネジで固定する場合には、モールド樹脂に長期的な負荷が加わるため、クリープ現象による変形への配慮も必要となる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モールド樹脂に加わる負荷の軽減を図るとともに、より一層の小型化を図りつつ固定対象への固定を可能とする半導体モジュールを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体素子と、半導体素子が載置される載置フレームと、半導体素子を制御する制御部品が実装される制御基板と、半導体素子、載置フレーム、および制御基板を一括でモールドするモールド樹脂と、を備える半導体モジュールであって、制御基板には、モールド樹脂から露出して、半導体モジュールを固定対象に固定させる固定基部が設けられていることを特徴とする。
　本発明にかかる半導体モジュールは、制御基板に固定基部が設けられることで、モールド樹脂に加わる負荷の軽減を図るとともに、より一層の小型化を図りつつ固定対象への固定を可能とするという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の概略構成を示す平面図である。 図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った矢視断面図である。
　以下に、本発明の実施の形態にかかる半導体モジュールおよび半導体装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の概略構成を示す平面図である。図２は、図１に示すＡ－Ａ線に沿った矢視断面図である。半導体装置２０は、半導体モジュール７とシャーシ（固定対象）９とを備え、半導体モジュール７がシャーシ９に固定される。半導体モジュール７は、図２に示すように、半導体素子１と、リードフレーム（載置フレーム）２と、絶縁シート３と、シールド板４と、制御基板５と、放熱部品６と、モールド樹脂８を備える。
　半導体素子１は、リードフレーム２上に載置される。リードフレーム２は、その一部がモールド樹脂８の外部に露出し、外部配線（図示せず）などに接続される。半導体素子１は、リードフレーム２を介して外部配線と接続される。なお、半導体素子１が載置される対象は、外部配線と接続されるリードフレーム２に限られず、半導体素子１の載置場所が確保される部材であれば他の部材であってもよい。
　リードフレーム２の下部には、絶縁シート３を挟んで放熱部品６が設けられる。放熱部品６は、熱伝導性の高い部材、例えば金属を用いて構成される。半導体素子１およびリードフレーム２の上方には、制御基板５が設けられる。制御基板５には、半導体素子を制御するための制御部品１４が実装される。制御基板５と半導体素子１との間には、シールド板４が設けられる。本実施の形態では、半導体素子１側となる制御基板５の１面に形成されたベタパターンがシールド板４として機能する。
　モールド樹脂８は、半導体素子１、リードフレーム２、絶縁シート３、シールド板４、制御基板５、放熱部品６を覆うように樹脂でモールドして形成され、半導体モジュール７の外郭を構成する。モールド樹脂８は、半導体モジュール７の底面に放熱部品の１面が露出するように設けられる。
　制御基板５は、その一部が半導体モジュール７から露出するように形成されており、その露出部分が、半導体モジュール７をシャーシ９に固定するための固定基部５ａとなる。本実施の形態では、４箇所の固定基部５ａが設けられているが、その数はこれに限られない。
　固定基部５ａには、ネジ穴１０が形成される。半導体モジュール７は、固定基部５ａに形成されたネジ穴１０を介して、ねじ１１でシャーシ９に固定される。半導体モジュール７が、安定してシャーシ９に固定されるように、モールド樹脂８を挟んだ一方側と他方側の両方に露出するように固定基部５ａが設けられている。
　半導体モジュール７は、図２に示すように、シャーシ９に固定されることで、その底面がシャーシ９に密着する。これにより、半導体モジュール７の底面から露出した放熱部品６がシャーシ９に密着することとなる。なお、制御基板５の固定基部５ａとシャーシ９との間にスペーサ１３を設けてもよい。スペーサ１３が、シャーシ９に一体成形されていてもよい。シャーシ９はアルミニウム等の金属で成形されている。シャーシ９は、アース１２に接続される。
　以上説明したように、半導体モジュール７をシャーシ９に密着させることで、半導体素子１がスイッチングすることにより発生した熱を、シャーシ９から放熱させることができる。また、半導体モジュール７をねじ１１でシャーシ９に固定するためのネジ穴１０が、モールド樹脂８ではなく制御基板５の固定基部５ａに形成されているので、モールド樹脂８にネジ穴１０を形成しなくてもよい。そのため、ネジ穴１０を形成するための余分な領域をモールド樹脂８に設けずにすむため、半導体モジュール７および半導体装置２０のより一層の小型化を図ることが可能となる。また、モールド樹脂８の樹脂量を抑えて、コスト抑制を図ることができる。また、半導体モジュール７が小型化することで、シャーシ９への固定箇所の削減も図ることができる。これにより、半導体モジュール７をシャーシ９に固定する際の、取付工数や部材の削減を図ることができる。
　また、半導体モジュール７をねじ１１で固定するため、ネジ穴１０部分には長期的に負荷が加わる。モールド樹脂８に長期的に負荷が加わると、クリープ現象によって変形が生じる場合がある。本実施の形態では、制御基板５にネジ穴１０を形成しているので、モールド樹脂８にはシャーシ９への固定のための負荷が加わりにくい。そのため、モールド樹脂８にクリープ現象による変形が生じにくくなり、製品の信頼性の向上を図ることができる。
　なお、モールド樹脂８として、エポキシ系の樹脂を用いることで、シリコン系のゲル状樹脂を用いるよりも放熱性の向上を図ることができる。これにより、制御基板５に実装された制御部品１４から発生した熱を、モールド樹脂８を介して効率的に放熱することができ、制御基板５上への部品の高密度実装が可能となる。
　また、シールド板４をシャーシ９と接続すれば、半導体素子１や制御基板５に実装された部品で発生した熱をシャーシ９へと逃がすことができるため放熱性が向上し、半導体モジュール７の小型化を図ることができる。なお、本実施の形態では、制御基板５に形成したベタパターンとしてシールド板４をモールド樹脂８から露出させることで、スペーサ１３を介してシャーシ９に接続させている。
　また、モールド樹脂８は絶縁耐圧が高いので、ゲート信号やゲート駆動回路など異種電源の部品でも実装間隔やパターンを狭くする事ができ、さらなる部品の高密度実装が実現できる。また、従来はＩＣなどピンのピッチが狭い部品の場合、リークが発生し、回路誤動作を引き起こすため、この部分をヒューミシールなどのコーティング剤でコーティングする必要があった。本実施の形態では、絶縁体である樹脂で制御基板５ごとモールドしてモールド樹脂８を形成しているので、狭ピッチのＩＣを搭載する場合でもコーティングが不要となる。また、パターン間を狭くし、小型の部品を高密度実装することで、制御基板５を小型化し、半導体モジュール７の小型化にも寄与できる。
　また、半導体素子１にＳｉＣ、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体素子を用いれば、電力損失の低減を図ることができ、チップサイズがさらに小型化されるため（例えば、約１／３のチップサイズとなる）、半導体モジュール７の小型化に寄与することができる。また、半導体素子１の耐熱性も高くなるため、放熱部品６の小型化も可能となり、より一層の小型化を図ることができる。
　また、半導体素子１のスイッチングにより発生するノイズは、制御基板５や他の電子機器の誤動作の原因となる。半導体素子１に、ＳｉＣ、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体素子を用いた場合、スイッチングノイズが増加するが、制御基板５にシールド板４としてベタパターンを形成し、アース１２へと電気的に接続すれば、ノイズを逃がして制御基板５や他の電子機器の誤動作を抑えることができる。本実施の形態では、シールド板４をねじ１１に接触させることで、ねじ１１、シャーシ９を介してアース１２にシールド板４が接続される。
　なお、本実施の形態では、固定基部５ａを介してねじ固定によって半導体モジュール７をシャーシ９に固定する例を挙げて説明したが、これに限られず、シャーシ９への固定力が固定基部５ａに加わる態様であれば、本発明を適用することができる。例えば、固定基部５ａをシャーシ９側に折り曲げて、固定基部５ａ自体がシャーシ９に係止されるように構成してもよい。
　以上のように、本発明にかかる半導体モジュールは、制御基板と半導体素子とを一括して樹脂でモールドした半導体モジュールに有用である。
　１　半導体素子
　２　リードフレーム（載置フレーム）
　３　絶縁シート
　４　シールド板（ベタパターン）
　５　制御基板
　５ａ　固定基部
　６　放熱部品
　７　半導体モジュール
　８　モールド樹脂
　９　シャーシ（固定対象）
　１０　ネジ穴
　１１　ねじ
　１２　アース
　１３　スペーサ
　１４　制御部品
　２０　半導体装置

Claims (7)

  1. 　半導体素子と、前記半導体素子が載置される載置フレームと、前記半導体素子を制御する制御部品が実装される制御基板と、前記半導体素子、前記載置フレーム、および前記制御基板を一括でモールドするモールド樹脂と、を備える半導体モジュールであって、
    　前記制御基板には、前記モールド樹脂から露出して、前記半導体モジュールを固定対象に固定させる固定基部が設けられていることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 　前記固定基部は、少なくとも前記モールド樹脂を挟んだ一方側と他方側に露出するように複数設けられ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。
  3. 　前記固定基部には、ネジ穴が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  4. 　前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体素子であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
  5. 　前記載置フレームは、前記制御基板の前記制御部品が実装される面の反対面側に配置され、
    　前記制御基板の前記制御部品が実装される面の反対面には、ベタパターンが形成されることを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の半導体モジュール。
  6. 　前記ベタパターンは、アースに接続されることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
  7. 　請求項１～６のいずれか１つに記載の半導体モジュールと、
    　前記固定対象としての金属製のシャーシと、を備え、
    　前記半導体モジュールを前記シャーシに固定することで、前記モールド樹脂が前記シャーシに密着することを特徴とする半導体装置。
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