JP6873791B2 - Power module and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本実施の形態は、パワーモジュールおよびその製造方法に関する。 The present embodiment relates to a power module and a method for manufacturing the same.

近年、パワーモジュールの高放熱化(低熱抵抗化)が求められており、グラファイト基板が注目されている。一般的な銅の熱伝導率(約398W/mK)やアルミの熱伝導率(約236W/mK)に比べ、グラファイトは、約1500W/mK(配向面内方向)程度の高い熱伝導率を有する。 In recent years, high heat dissipation (low thermal resistance) of power modules has been required, and graphite substrates have been attracting attention. Compared to general copper thermal conductivity (about 398 W / mK) and aluminum thermal conductivity (about 236 W / mK), graphite has a high thermal conductivity of about 1500 W / mK (in-plane orientation direction). ..

特開2007−19130号公報JP-A-2007-19130 特開2005−210035号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-210035

山田靖、久野敦輝、澤木聖斗、成田恭典、竹馬克洋、「炭素系異方伝熱材料のパワー半導体モジュールへの適用可能性」大同大学紀要 第50巻(2014) pp.133−pp.135Yasushi Yamada, Atsushi Kuno, Seito Sawaki, Yasunori Narita, Katsuhiro Takema, "Applicability of Carbon-based Heterogeneous Heat Transfer Materials to Power Semiconductor Modules" Bulletin of Daido University Vol. 50 (2014) pp. 133-pp. 135

しかしながら、グラファイトの熱伝導率は、配向面内方向に垂直な法線方向には約5W/mKであり、通常、配向が縦(XZ配向)になるように基板を作製する(後述する)。この場合、基板のXY方向に異方性が生じる。特に、CTE(Coefficient of Thermal Expansion、熱膨張率)は、X方向に約25ppm/K、Y方向に約−0.6ppm/Kであるため、各方向のCTEのミスマッチによりグラファイト基板に反りが発生してしまう。このような反りを発熱毎に繰り返すことは、パワーモジュール内の配線の断線や耐湿性の低下等で信頼性を低下させる恐れが有った。 However, the thermal conductivity of graphite is about 5 W / mK in the normal direction perpendicular to the in-plane orientation direction, and the substrate is usually prepared so that the orientation is vertical (XZ orientation) (described later). In this case, anisotropy occurs in the XY direction of the substrate. In particular, since the CTE (Coefficient of Thermal Expansion) is about 25 ppm / K in the X direction and about -0.6 ppm / K in the Y direction, the graphite substrate is warped due to the mismatch of CTE in each direction. Resulting in. Repeating such warping for each heat generation may reduce reliability due to disconnection of wiring in the power module, deterioration of moisture resistance, and the like.

本実施の形態は、パワーモジュールに用いるグラファイト基板の反りを抑制し、信頼性を向上することができるパワーモジュールおよびその製造方法を提供する。 The present embodiment provides a power module capable of suppressing warpage of a graphite substrate used for the power module and improving reliability, and a method for manufacturing the same.

本実施の形態の一態様によれば、異方性を有する基板と、前記基板上に実装された半導体デバイスと、前記基板上に積層された樹脂とを備え、前記基板面の任意の方向をX方向、前記X方向に直交する方向をY方向とした場合、前記基板は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さく、前記樹脂は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さいパワーモジュールが提供される。 According to one aspect of the present embodiment, an anisotropic substrate, a semiconductor device mounted on the substrate, and a resin laminated on the substrate are provided, and an arbitrary direction of the substrate surface is provided. When the X direction and the direction orthogonal to the X direction are the Y direction, the substrate has a smaller thermal expansion rate in the Y direction than the X direction, and the resin has the Y direction as compared with the X direction. Is provided with a power module having a small thermal expansion rate.

本実施の形態の他の一態様によれば、異方性を有する基板が形成される工程と、前記基板上に半導体デバイスが実装される工程と、前記基板上に樹脂が積層される工程とを有し、前記基板面の任意の方向をX方向、前記X方向に直交する方向をY方向とした場合、前記基板は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さくなるように形成され、前記樹脂は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さくなるように前記Y方向の一端から樹脂を注入して形成されるパワーモジュールの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a step of forming an anisotropic substrate, a step of mounting a semiconductor device on the substrate, and a step of laminating a resin on the substrate. When the arbitrary direction of the substrate surface is the X direction and the direction orthogonal to the X direction is the Y direction, the substrate has a smaller thermal expansion rate in the Y direction than the X direction. Provided is a method for manufacturing a power module, which is formed by injecting a resin from one end in the Y direction so that the thermal expansion rate is smaller in the Y direction than in the X direction.

本実施の形態によれば、反りを抑制することができるパワーモジュールおよびその製造方法を提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a power module capable of suppressing warpage and a method for manufacturing the same.

比較例に係るパワーモジュールの要部を示す模式的鳥瞰構成図。A schematic bird's-eye view configuration diagram showing a main part of a power module according to a comparative example. 実施の形態に係るパワーモジュールの要部を示す模式的鳥瞰構成図。A schematic bird's-eye view configuration diagram showing a main part of a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールが備える液晶ポリマーの異方性制御方法を示す模式的側面構成図。The schematic side view which shows the anisotropy control method of the liquid crystal polymer provided in the power module which concerns on embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールのシミュレーションの構造モデルを示す模式的鳥瞰構成図であり、(a)分解構造、(b)積層構造。It is a schematic bird's-eye view configuration diagram which shows the structural model of the simulation of the power module which concerns on embodiment, (a) decomposition structure, (b) laminated structure. 実施の形態に係るパワーモジュールのシミュレーションに用いるパラメータの説明図。The explanatory view of the parameter used for the simulation of the power module which concerns on embodiment. 図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合に発生する構造モデルの反りを示す模式的鳥瞰構成図であり、(a)Low−CTE、(b)Middle−CTE、(c)High−CTE、(d)Asym−CTE。It is a schematic bird's-eye view configuration diagram showing the warp of the structural model that occurs when simulating under the conditions shown in FIGS. 4 and 5, and is (a) Low-CTE, (b) Middle-CTE, and (c) High-CTE. , (D) Simulation-CTE. 図6に示される4つの構造モデルの反りを比較するグラフ。The graph which compares the warpage of the four structural models shown in FIG. 図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合に樹脂にかかるミーゼス応力を示す模式的鳥瞰構成図であり、(a)Low−CTE、(b)Middle−CTE、(c)High−CTE、(d)Asym−CTE。FIG. 5 is a schematic bird's-eye view configuration diagram showing Mises stress applied to the resin when simulated under the conditions shown in FIGS. 4 and 5, wherein (a) Low-CTE, (b) Middle-CTE, and (c) High-CTE. (D) Asym-CTE. 図8に示される4つの構造モデルの樹脂にかかるミーゼス応力の最大値を比較するグラフ。The graph which compares the maximum value of Mises stress applied to the resin of four structural models shown in FIG. 図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合にグラファイト基板にかかるミーゼス応力を示す模式的鳥瞰構成図であり、(a)Low−CTE、(b)Middle−CTE、(c)High−CTE、(d)Asym−CTE。It is a schematic bird's-eye view configuration diagram showing the Mises stress applied to the graphite substrate when simulated under the conditions shown in FIGS. 4 and 5, and is (a) Low-CTE, (b) Middle-CTE, and (c) High-CTE. , (D) Asym-CTE. 図10に示される4つの構造モデルのグラファイト基板にかかるミーゼス応力の最大値を比較するグラフ。The graph which compares the maximum value of Mises stress applied to the graphite substrate of four structural models shown in FIG. 実施例1に係るパワーモジュールの説明図であり、(a)模式的側面構造図、(b)模式的平面構造図。It is explanatory drawing of the power module which concerns on Example 1, (a) schematic side structure view, (b) schematic plan structure view. 実施例2に係るパワーモジュールの模式的側面構造図。The schematic side structure view of the power module which concerns on Example 2. FIG. 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能なグラファイトプレートを構成するグラファイトシートの積層構造の模式的鳥瞰構成図。FIG. 6 is a schematic bird's-eye view of a laminated structure of graphite sheets constituting a graphite plate applicable to the power module according to the embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能なグラファイトプレートの一例であって、(a)第1のグラファイトプレートGP(XY)を例示する模式的鳥瞰構成図、(b)第2のグラファイトプレートGP(XZ)を例示する模式的鳥瞰構成図。An example of a graphite plate applicable to the power module according to the embodiment, (a) a schematic bird's-eye view configuration diagram illustrating the first graphite plate GP (XY), and (b) the second graphite plate GP ( A schematic bird's-eye view configuration diagram illustrating XZ). 実施の形態に係るパワーモジュールであって、(a)ワンインワン(1 in 1)モジュールのSiC MOSFETの模式的回路表現図、(b)1 in 1モジュールのIGBTの模式的回路表現図。The power module according to the embodiment, (a) a schematic circuit representation diagram of a SiC MOSFET of a one-in-one (1 in 1) module, and (b) a schematic circuit representation diagram of an IGBT of a 1 in 1 module. 実施の形態に係るパワーモジュールであって、1 in 1モジュールのSiC MOSFETの詳細回路表現図。FIG. 6 is a detailed circuit representation diagram of a 1 in 1 module SiC MOSFET, which is a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールであって、(a)ツーインワン(2 in 1)モジュールのSiC MOSFETの模式的回路表現図、(b)2 in 1モジュールのIGBTの模式的回路表現図。The power module according to the embodiment, (a) a schematic circuit representation diagram of a SiC MOSFET of a two-in-one (2 in 1) module, and (b) a schematic circuit representation diagram of an IGBT of a 2 in 1 module. 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、ソースパッド電極SPD、ゲートパッド電極GPDを含むSiC MOSFETの模式的断面構造図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structural view of a SiC MOSFET including a source pad electrode SPD and a gate pad electrode GPD, which is an example of a semiconductor device applicable to the power module according to the embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、エミッタパッド電極EPD、ゲートパッド電極GPDを含むIGBTの模式的断面構造図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structural view of an IGBT including an emitter pad electrode EPD and a gate pad electrode GPD, which is an example of a semiconductor device applicable to the power module according to the embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、SiC DI(Double Implanted)MOSFETの模式的断面構造図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram of a SiC DI (Double Implanted) MOSFET, which is an example of a semiconductor device applicable to a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、SiC T(Trench)MOSFETの模式的断面構造図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram of a SiC T (Trench) MOSFET, which is an example of a semiconductor device applicable to a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した3相交流インバータの回路構成において、(a)半導体デバイスとしてSiC MOSFETを適用し、電源端子PL・接地端子NL間にスナバコンデンサを接続した回路構成例、(b)半導体デバイスとしてIGBTを適用し、電源端子PL・接地端子NL間にスナバコンデンサを接続した回路構成例。In the circuit configuration of a three-phase AC inverter configured using the power module according to the embodiment, (a) a circuit configuration example in which a SiC MOSFET is applied as a semiconductor device and a snubber capacitor is connected between the power supply terminal PL and the ground terminal NL. , (B) A circuit configuration example in which an IGBT is applied as a semiconductor device and a snubber capacitor is connected between the power supply terminal PL and the ground terminal NL. 実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した3相交流インバータの回路構成において、半導体デバイスとしてSiC MOSFETを適用した3相交流インバータの回路構成図。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a three-phase AC inverter to which a SiC MOSFET is applied as a semiconductor device in a circuit configuration of a three-phase AC inverter configured by using the power module according to the embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した3相交流インバータの回路構成において、半導体デバイスとしてIGBTを適用した3相交流インバータの回路構成図。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a three-phase AC inverter to which an IGBT is applied as a semiconductor device in a circuit configuration of a three-phase AC inverter configured by using the power module according to the embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールであって、半導体デバイスとしてSiC MOSFETを適用した2 in 1モジュール(ハーフブリッジ内蔵モジュール)の模式的鳥瞰パターン構成図。FIG. 6 is a schematic bird's-eye view pattern configuration diagram of a 2 in 1 module (module with a built-in half bridge) to which a SiC MOSFET is applied as a semiconductor device, which is a power module according to the embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールであって、モールドタイプのモジュールとして、ハーフブリッジ内蔵モジュールの樹脂モールド後の模式的鳥瞰構成図。A schematic bird's-eye view configuration diagram of a module with a built-in half bridge after resin molding as a mold type module, which is a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールであって、シックスインワン(6 in 1)モジュールの模式的鳥瞰パターン構成図。FIG. 6 is a schematic bird's-eye view pattern configuration diagram of a six-in-one (6 in 1) module, which is a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールの概略構成を示す、(a)模式的鳥瞰パターン構成図、(b)模式的平面パターン構成図。(A) A schematic bird's-eye view pattern configuration diagram and (b) a schematic plane pattern configuration diagram showing a schematic configuration of a power module according to an embodiment. 実施の形態に係るパワーモジュールの概略構成を示す、(a)模式的鳥瞰パターン構成図、(b)模式的平面パターン構成図。(A) A schematic bird's-eye view pattern configuration diagram and (b) a schematic plane pattern configuration diagram showing a schematic configuration of a power module according to an embodiment.

次に、図面を参照して、本実施の形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Next, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings described below, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness of each component and the plane dimensions is different from the actual one. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following explanation. In addition, it goes without saying that parts of the drawings having different dimensional relationships and ratios are included.

また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置などを特定するものではない。この実施の形態は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea, and do not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of each component. This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.

[比較例]
まず、比較例に係るパワーモジュールについて説明する。パワーモジュールの全体構造は後述することとし、ここでは反りの原因となる構造に着目して説明する。
[Comparison example]
First, the power module according to the comparative example will be described. The overall structure of the power module will be described later, and here, the structure that causes warpage will be focused on.

比較例に係るパワーモジュールの要部は、図1に示すように表される。図1に示すように、比較例に係るパワーモジュールでは、異方性を有するグラファイト基板61の表面が等方材料の樹脂62Aで封止された構造を採用している。一般的に、封止樹脂はトランスファー成型され、封止樹脂としては、等方的な物性を有するエポキシ樹脂が利用される。既に説明したように、グラファイト基板61のCTEは、X方向に約25ppm/K、Y方向に約−0.6ppm/Kであるため、CTEのミスマッチによりグラファイト基板61に反りが発生してしまう。 The main part of the power module according to the comparative example is shown as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the power module according to the comparative example adopts a structure in which the surface of the anisotropic graphite substrate 61 is sealed with the isotropic resin 62A. Generally, the sealing resin is transfer-molded, and as the sealing resin, an epoxy resin having isotropic physical characteristics is used. As described above, the CTE of the graphite substrate 61 is about 25 ppm / K in the X direction and about −0.6 ppm / K in the Y direction, so that the graphite substrate 61 is warped due to the mismatch of the CTE.

[実施の形態]
以下、実施の形態に係るパワーモジュールについて説明する。
[Embodiment]
Hereinafter, the power module according to the embodiment will be described.

(熱可塑性樹脂)
実施の形態に係るパワーモジュールの要部は、図2に示すように表される。図2に示すように、実施の形態に係るパワーモジュールでは、熱可塑性樹脂62のCTEの異方性をグラファイト基板61のCTEの異方性と組み合わせる構造を採用している。これにより、CTEマッチングが可能となるため、反りを抑制することができる。
(Thermoplastic resin)
The main part of the power module according to the embodiment is shown as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the power module according to the embodiment employs a structure in which the anisotropy of the CTE of the thermoplastic resin 62 is combined with the anisotropy of the CTE of the graphite substrate 61. As a result, CTE matching becomes possible, and warpage can be suppressed.

具体的には、グラファイト基板61のCTEは、X方向に約25ppm/K、Y方向に約−0.6ppm/Kである。この場合、熱可塑性樹脂62のCTEも、X方向に約25ppm/K、Y方向に約−0.6ppm/Kとする。熱可塑性樹脂(特に、液晶ポリマー)62は、成型時の樹脂注入方向に従って異方性が生じる。成型条件や注入方向を制御することで、本構造を実現することが可能である。なお、以下の説明では、樹脂、熱可塑性樹脂、および液晶ポリマーに同じ符号62を用いる。 Specifically, the CTE of the graphite substrate 61 is about 25 ppm / K in the X direction and about −0.6 ppm / K in the Y direction. In this case, the CTE of the thermoplastic resin 62 is also set to about 25 ppm / K in the X direction and about −0.6 ppm / K in the Y direction. The thermoplastic resin (particularly, the liquid crystal polymer) 62 is anisotropy according to the resin injection direction at the time of molding. This structure can be realized by controlling the molding conditions and the injection direction. In the following description, the same reference numeral 62 is used for the resin, the thermoplastic resin, and the liquid crystal polymer.

(樹脂の異方性制御方法)
実施の形態に係るパワーモジュールは、射出成型によって成型され、封止樹脂としては、熱可塑性の液晶ポリマー62が利用される。液晶ポリマー62は、結晶化潜熱が小さく、流動方向に異方性を有する。液晶ポリマー62の配向を制御することで、CTEを制御する。具体的には、液晶ポリマー62のX方向、Y方向のCTEをグラファイト基板61のX方向、Y方向のCTEに合せるようにする。
(Resin anisotropy control method)
The power module according to the embodiment is molded by injection molding, and a thermoplastic liquid crystal polymer 62 is used as the sealing resin. The liquid crystal polymer 62 has a small latent heat of crystallization and has anisotropy in the flow direction. CTE is controlled by controlling the orientation of the liquid crystal polymer 62. Specifically, the CTE in the X direction and the Y direction of the liquid crystal polymer 62 is matched with the CTE in the X direction and the Y direction of the graphite substrate 61.

CTEを合せるとは、CTEを完全に一致させることを意味するものではない。少なくとも、グラファイト基板61がX方向に比べてY方向に熱膨張率が小さい場合は、樹脂62もX方向に比べてY方向に熱膨張率が小さければよい。 Matching CTEs does not mean matching CTEs perfectly. At least, when the graphite substrate 61 has a smaller coefficient of thermal expansion in the Y direction than the X direction, the resin 62 may also have a smaller coefficient of thermal expansion in the Y direction than the X direction.

実施の形態に係るパワーモジュールが備える液晶ポリマー62の異方性制御方法は、図3に示すように表される。図3に示すように、液晶ポリマー62の流動方向73に液晶が配向するため、低CTE方向に液晶ポリマー62の注入ゲート71,72を配置する。注入ゲート71,72から液晶ポリマー62を注入する注入スピードや、注入ゲート71,72のゲート位置などを調整することで、液晶ポリマー62のX方向、Y方向のCTEを制御する。液晶ポリマー62の注入方向71A,72Aは、Y方向(流動方向73)を基準として、例えば−45度以上+45度以下であればよい。 The method for controlling the anisotropy of the liquid crystal polymer 62 included in the power module according to the embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 3, since the liquid crystal is oriented in the flow direction 73 of the liquid crystal polymer 62, the injection gates 71 and 72 of the liquid crystal polymer 62 are arranged in the low CTE direction. The CTE of the liquid crystal polymer 62 in the X direction and the Y direction is controlled by adjusting the injection speed at which the liquid crystal polymer 62 is injected from the injection gates 71 and 72, the gate position of the injection gates 71 and 72, and the like. The injection directions 71A and 72A of the liquid crystal polymer 62 may be, for example, −45 degrees or more and +45 degrees or less with respect to the Y direction (flow direction 73).

このような異方性制御方法を採用した場合、液晶ポリマー62には、低CTE方向に注入ゲート71,72が配置されたときのゲート痕71B,72Bが形成されることになる。これにより、ゲート痕71B,72Bに基づいて、低CTE方向に注入ゲート71,72が配置されたことを確認することが可能である。 When such an anisotropy control method is adopted, the liquid crystal polymer 62 is formed with gate marks 71B and 72B when the injection gates 71 and 72 are arranged in the low CTE direction. This makes it possible to confirm that the injection gates 71 and 72 are arranged in the low CTE direction based on the gate marks 71B and 72B.

また、液晶の配向方向をX線により認識することができる場合もある。その場合は、X線により認識される液晶の配向方向に基づいて、低CTE方向に注入ゲート71,72が配置されたことを確認することも可能である。 In some cases, the orientation direction of the liquid crystal can be recognized by X-rays. In that case, it is also possible to confirm that the injection gates 71 and 72 are arranged in the low CTE direction based on the orientation direction of the liquid crystal recognized by X-rays.

(シミュレーションの構造モデル)
実施の形態に係るパワーモジュールのシミュレーションの構造モデルは、図4(a)に示すように表される。図4に示すように、40mm×40mm×3mmのグラファイト基板61が50mm×50mm×6mmの樹脂62で封止された構造モデルとする。図4(b)は、図4(a)の1/4モデルを表しており、61の表面および側面を62で封止している様子を表し、図の右下角を変位の原点とする。温度条件は、40℃から300℃に加熱した場合を想定する。
(Simulation structural model)
The structural model of the simulation of the power module according to the embodiment is shown as shown in FIG. 4 (a). As shown in FIG. 4, a structural model in which a 40 mm × 40 mm × 3 mm graphite substrate 61 is sealed with a 50 mm × 50 mm × 6 mm resin 62 is used. FIG. 4B represents a 1/4 model of FIG. 4A, showing a state in which the surface and side surfaces of 61 are sealed by 62, and the lower right corner of the figure is the origin of displacement. The temperature condition is assumed to be the case of heating from 40 ° C. to 300 ° C.

シミュレーションに用いるパラメータは、図5に示すように表される。図5に示すように、グラファイト基板GFのCTEはX方向に−0.6ppm/K、Y方向に25ppm/K、Z方向に−0.6ppm/Kとする。グラファイト基板GFのヤング率Eは50GPaとし、グラファイト基板GFのポアソン比νは0.3とする。一方、樹脂62としては、等方的な樹脂(Low−CTE),樹脂(Middle−CTE),樹脂(High−CTE)と、異方性の樹脂(Asym−CTE)とを用いる。以下、樹脂(Low−CTE)を樹脂RA,樹脂(Middle−CTE)を樹脂RB,樹脂(High−CTE)を樹脂RC、異方性の樹脂(Asym−CTE)を樹脂RDという。 The parameters used in the simulation are represented as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the CTE of the graphite substrate GF is −0.6 ppm / K in the X direction, 25 ppm / K in the Y direction, and −0.6 ppm / K in the Z direction. The Young's modulus E of the graphite substrate GF is 50 GPa, and the Poisson's ratio ν of the graphite substrate GF is 0.3. On the other hand, as the resin 62, an isotropic resin (Low-CTE), a resin (Middle-CTE), a resin (High-CTE), and an anisotropic resin (Asym-CTE) are used. Hereinafter, the resin (Low-CTE) is referred to as resin RA, the resin (Middle-CTE) is referred to as resin RB, the resin (High-CTE) is referred to as resin RC, and the anisotropic resin (Asym-CTE) is referred to as resin RD.

樹脂RAのCTEは−0.6ppm/K、樹脂RBのCTEは12ppm/K、樹脂RCのCTEは25ppm/Kとする。樹脂RDのCTEはX方向に−0.6ppm/K、Y方向に25ppm/K、Z方向に12ppm/Kとする。これら4つの樹脂RA,RB,RC,RDのヤング率Eは全て10GPaとし、ポアソン比νは全て0.3とする。 The CTE of the resin RA is −0.6 ppm / K, the CTE of the resin RB is 12 ppm / K, and the CTE of the resin RC is 25 ppm / K. The CTE of the resin RD is −0.6 ppm / K in the X direction, 25 ppm / K in the Y direction, and 12 ppm / K in the Z direction. The Young's modulus E of these four resins RA, RB, RC, and RD is 10 GPa, and the Poisson's ratio ν is 0.3.

(シミュレーション結果)
次に、シミュレーション結果について説明する。
(simulation result)
Next, the simulation results will be described.

―反り結果―
図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合に発生する構造モデルの反りは、図6および図7に示すように表される。図6(a)は、グラファイト基板GFが樹脂RAで封止された構造モデル62aの反りを示している。図6(b)は、グラファイト基板GFが樹脂RBで封止された構造モデル62bの反りを示している。図6(c)は、グラファイト基板GFが樹脂RCで封止された構造モデル62cの反りを示している。図6(d)は、グラファイト基板GFが樹脂RDで封止された構造モデル62dの反りを示している。図7は、図6に示される4つの構造モデル62a,62b,62c,62dの反りを比較している。
-Warp result-
The warpage of the structural model that occurs when simulating under the conditions shown in FIGS. 4 and 5 is represented as shown in FIGS. 6 and 7. FIG. 6A shows the warp of the structural model 62a in which the graphite substrate GF is sealed with the resin RA. FIG. 6B shows the warp of the structural model 62b in which the graphite substrate GF is sealed with the resin RB. FIG. 6C shows the warp of the structural model 62c in which the graphite substrate GF is sealed with the resin RC. FIG. 6D shows the warp of the structural model 62d in which the graphite substrate GF is sealed with the resin RD. FIG. 7 compares the warpage of the four structural models 62a, 62b, 62c, 62d shown in FIG.

図6(a)および図7に示すように、樹脂RAで封止された構造モデル62aは、+280μm程度、端部が反っている。また、図6(b)および図7に示すように、樹脂RBで封止された構造モデル62bは、−130μm〜+130μm程度、端部が反っている。また、図6(c)および図7に示すように、樹脂RCで封止された構造モデル62cは、−280μm程度、端部が反っている。また、図6(d)および図7に示すように、樹脂RDで封止された構造モデル62dは、ほとんど反りが発生していない。 As shown in FIGS. 6A and 7, the structural model 62a sealed with the resin RA has a warped end portion of about +280 μm. Further, as shown in FIGS. 6B and 7, the structural model 62b sealed with the resin RB has its end warped by about −130 μm to +130 μm. Further, as shown in FIGS. 6C and 7, the structural model 62c sealed with the resin RC has a warped end portion of about 280 μm. Further, as shown in FIGS. 6D and 7, the structural model 62d sealed with the resin RD hardly warps.

このように、等方的な樹脂RA,樹脂RB,樹脂RCを用いた場合は、CTEを変動させても、反りの抑制が困難である。それに対して、異方性の樹脂RDを用いた場合は、反りを抑制することが可能である。 As described above, when the isotropic resin RA, the resin RB, and the resin RC are used, it is difficult to suppress the warp even if the CTE is changed. On the other hand, when the anisotropic resin RD is used, it is possible to suppress the warp.

―応力結果―
次に、図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合に樹脂RA,RB,RC,RDやグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力について説明する。ミーゼス応力とは、[数1]の定義式に示すように、物体内部に生じる応力状態を単一の値で示すために用いられる相当応力の1つである。定義式中のσ1は最大主応力、σ2は中間主応力、σ3は最小主応力である。
-Stress result-
Next, the Mises stress applied to the resins RA, RB, RC, RD and the graphite substrate GF when simulated under the conditions shown in FIGS. 4 and 5 will be described. The Mises stress is one of the equivalent stresses used to indicate the stress state generated inside an object with a single value, as shown in the definition formula of [Equation 1]. In the definition formula, σ1 is the maximum principal stress, σ2 is the intermediate principal stress, and σ3 is the minimum principal stress.

Figure 0006873791
Figure 0006873791

図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合に樹脂RA,RB,RC,RDにかかるミーゼス応力σは、図8および図9に示すように表される。図8(a)は、構造モデル62aの樹脂RAにかかるミーゼス応力σを示している。図8(b)は、構造モデル62bの樹脂RBにかかるミーゼス応力σを示している。図8(c)は、構造モデル62cの樹脂RCにかかるミーゼス応力σを示している。図8(d)は、構造モデル62dの樹脂RDにかかるミーゼス応力σを示している。図9は、図8に示される4つの構造モデル62a,62b,62c,62dの樹脂RA,RB,RC,RDにかかるミーゼス応力σの最大値を比較している。 The Mises stress σ R applied to the resins RA, RB, RC, and RD when simulated under the conditions shown in FIGS. 4 and 5 is represented as shown in FIGS. 8 and 9. FIG. 8A shows the Mises stress σ R applied to the resin RA of the structural model 62a. FIG. 8B shows the Mises stress σ R applied to the resin RB of the structural model 62b. FIG. 8C shows the Mises stress σ R applied to the resin RC of the structural model 62c. FIG. 8D shows the Mises stress σ R applied to the resin RD of the structural model 62d. FIG. 9 compares the maximum values of the Mises stress σ R applied to the resins RA, RB, RC, and RD of the four structural models 62a, 62b, 62c, and 62d shown in FIG.

図8(a)および図9に示すように、構造モデル62aの樹脂RAには、最大で80MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。また、図8(b)および図9に示すように、構造モデル62bの樹脂RBには、最大で70MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。また、図8(c)および図9に示すように、構造モデル62cの樹脂RCには、最大で140MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。また、図8(d)および図9に示すように、構造モデル62dの樹脂RDには、最大で50MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。すなわち、グラファイト基板GFとCTEが合っている樹脂RA,RB,RC,RDにかかるミーゼス応力σは低いことが分かる。 As shown in FIGS. 8A and 9, the resin RA of the structural model 62a is subjected to a Mises stress σ R of about 80 MPa at the maximum. Further, as shown in FIGS. 8 (b) and 9, the resin RB of the structural model 62b is subjected to a Mises stress σ R of about 70 MPa at the maximum. Further, as shown in FIGS. 8C and 9, the resin RC of the structural model 62c is subjected to a Mises stress σ R of about 140 MPa at the maximum. Further, as shown in FIGS. 8D and 9, the resin RD of the structural model 62d is subjected to a Mises stress σ R of about 50 MPa at the maximum. That is, it can be seen that the von Mises stress σ R applied to the resins RA, RB, RC, and RD in which the graphite substrate GF and CTE match is low.

図4および図5に示される条件でシミュレーションした場合にグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σは、図10および図11に示すように表される。図10(a)は、構造モデル62aのグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σを示している。図10(b)は、構造モデル62bのグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σを示している。図10(c)は、構造モデル62cのグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σを示している。図10(d)は、構造モデル62dのグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σを示している。図11は、図10に示される4つの構造モデル62a,62b,62c,62dのグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σの最大値を比較している。 The Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF when simulated under the conditions shown in FIGS. 4 and 5 is represented as shown in FIGS. 10 and 11. FIG. 10A shows the Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF of the structural model 62a. FIG. 10B shows the Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF of the structural model 62b. FIG. 10 (c) shows the Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF of the structural model 62c. FIG. 10D shows the Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF of the structural model 62d. FIG. 11 compares the maximum values of the Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF of the four structural models 62a, 62b, 62c, and 62d shown in FIG.

図10(a)および図11に示すように、構造モデル62aのグラファイト基板GFには、最大で310MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。また、図10(b)および図11に示すように、構造モデル62bのグラファイト基板GFには、最大で240MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。また、図10(c)および図11に示すように、構造モデル62cのグラファイト基板GFには、最大で350MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。また、図10(d)および図11に示すように、構造モデル62dのグラファイト基板GFには、最大で120MPa程度のミーゼス応力σがかかっている。すなわち、樹脂RA,RB,RCよりも、CTEが合っているRDの方がグラファイト基板GFにかかるミーゼス応力σは低いことが分かる。 As shown in FIGS. 10A and 11, the graphite substrate GF of the structural model 62a is subjected to a Mises stress σ G of about 310 MPa at the maximum. Further, as shown in FIGS. 10B and 11, the graphite substrate GF of the structural model 62b is subjected to a Mises stress σ G of about 240 MPa at the maximum. Further, as shown in FIGS. 10C and 11, the graphite substrate GF of the structural model 62c is subjected to a Mises stress σ G of about 350 MPa at the maximum. Further, as shown in FIGS. 10D and 11, the graphite substrate GF of the structural model 62d is subjected to a Mises stress σ G of about 120 MPa at the maximum. That is, it can be seen that the Mises stress σ G applied to the graphite substrate GF is lower in the RD having the same CTE than in the resins RA, RB, and RC.

(実施例)
次に、実施例に係るパワーモジュールについて説明する。ここでは、基本構造として、1in1タイプのパワーモジュールを例示する。
(Example)
Next, the power module according to the embodiment will be described. Here, a 1in1 type power module is illustrated as a basic structure.

−実施例1−
実施例1に係るパワーモジュールの模式的側面構造は、図12(a)に示すように表され、その模式的平面構造は、図12(b)に示すように表される。図12(a)(b)に示すように、実施例1に係るパワーモジュールは、異方性を有する基板61と、基板61上に実装された半導体デバイス(チップ)64と、基板61上に積層された樹脂62とを備え、基板面の任意の方向をX方向、X方向に直交する方向をY方向とした場合、基板61は、X方向に比べてY方向に熱膨張率が小さく、樹脂62は、X方向に比べてY方向に熱膨張率が小さい。
− Example 1-
The schematic side structure of the power module according to the first embodiment is shown as shown in FIG. 12 (a), and the schematic planar structure thereof is shown as shown in FIG. 12 (b). As shown in FIGS. 12A and 12B, the power module according to the first embodiment has an anisotropic substrate 61, a semiconductor device (chip) 64 mounted on the substrate 61, and a substrate 61. When the laminated resin 62 is provided and an arbitrary direction of the substrate surface is the X direction and the direction orthogonal to the X direction is the Y direction, the substrate 61 has a smaller thermal expansion rate in the Y direction than the X direction. The resin 62 has a smaller thermal expansion rate in the Y direction than in the X direction.

具体的には、基板61は、グラファイト基板61であってもよい。 Specifically, the substrate 61 may be a graphite substrate 61.

また、グラファイト基板61は、面方向よりも厚み方向に熱伝導率が相対的に高い配向を備えてもよい(後述する)。 Further, the graphite substrate 61 may have an orientation in which the thermal conductivity is relatively high in the thickness direction rather than the plane direction (described later).

また、樹脂62は、熱可塑性樹脂62であってもよい。 Further, the resin 62 may be a thermoplastic resin 62.

また、熱可塑性樹脂62は、液晶ポリマー62であってもよい。 Further, the thermoplastic resin 62 may be a liquid crystal polymer 62.

また、パワーモジュールは、射出成型によって成型され、樹脂62は、成型時の注入方向に従って異方性が生じ、低熱膨張率方向に注入ゲート71,72が配置されたときのゲート痕71B,72Bを備えてもよい(図3参照)。 Further, the power module is molded by injection molding, the resin 62 is anisotropy according to the injection direction at the time of molding, and the gate marks 71B and 72B when the injection gates 71 and 72 are arranged in the low coefficient of thermal expansion direction. It may be provided (see FIG. 3).

また、樹脂62の注入方向71A,72Aは、Y方向を基準として−45度以上+45度以下であってもよい(図3参照)。 Further, the injection directions 71A and 72A of the resin 62 may be −45 degrees or more and +45 degrees or less with respect to the Y direction (see FIG. 3).

また、基板61上に銅層63が形成され、銅層63上に半導体デバイス64が形成され、半導体デバイス64がワイヤ65を介してパワー端子66に接続され、パワー端子66の一部を除き、樹脂62により封止されていてもよい。 Further, a copper layer 63 is formed on the substrate 61, a semiconductor device 64 is formed on the copper layer 63, the semiconductor device 64 is connected to the power terminal 66 via a wire 65, and a part of the power terminal 66 is removed. It may be sealed with a resin 62.

また、パワーモジュールは、Si系またはSiC系のIGBT、ダイオード、MOSFET、GaN系FETのいずれかを備えてもよい。 Further, the power module may include any of Si-based or SiC-based IGBTs, diodes, MOSFETs, and GaN-based FETs.

また、パワーモジュールは、ワンインワンモジュール、ツーインワンモジュール、フォーインワンモジュール、シックスインワンモジュール、セブンインワンモジュール、エイトインワンモジュール、トゥエルブインワンモジュール、またはフォーティーンインワンモジュールのいずれかを構成してもよい。 Further, the power module may constitute any one of a one-in-one module, a two-in-one module, a four-in-one module, a six-in-one module, a seven-in-one module, an eight-in-one module, a twelve-in-one module, or a fourteen-in-one module.

以上のように、実施例1に係るパワーモジュールによれば、CTEをマッチングするように樹脂を注入するようにしたので、グラファイト基板61の反りを抑制することができる。 As described above, according to the power module according to the first embodiment, since the resin is injected so as to match the CTE, the warp of the graphite substrate 61 can be suppressed.

−実施例2−
次に、実施例2に係るパワーモジュールを実施例1と異なる点のみ説明する。
− Example 2-
Next, only the differences between the power module according to the second embodiment and the first embodiment will be described.

実施例2に係るパワーモジュールの模式的側面構造は、図13に示すように表される。図13に示すように、グラファイト基板61と対向する位置に別のグラファイト基板69が配置され、グラファイト基板61,69の対向面及び側面が樹脂62で封止されている。半導体デバイス64は、銅などのスペーサー67(柱状電極)と、グラファイト基板69上に形成された銅層68とを介して、パワー端子66に接続されている。この場合も、グラファイト基板61,69は、X方向に比べてY方向に熱膨張率が小さく、樹脂62は、X方向に比べてY方向に熱膨張率が小さい点は実施例1と同様である。 The schematic side structure of the power module according to the second embodiment is shown as shown in FIG. As shown in FIG. 13, another graphite substrate 69 is arranged at a position facing the graphite substrate 61, and the facing surfaces and side surfaces of the graphite substrates 61 and 69 are sealed with the resin 62. The semiconductor device 64 is connected to the power terminal 66 via a spacer 67 (columnar electrode) such as copper and a copper layer 68 formed on the graphite substrate 69. Also in this case, the graphite substrates 61 and 69 have a smaller coefficient of thermal expansion in the Y direction than the X direction, and the resin 62 has a smaller coefficient of thermal expansion in the Y direction than the X direction, as in the first embodiment. is there.

以上のように、実施例2に係るパワーモジュールでも、実施例1と同様、CTEマッチングが可能となるとともに、グラファイト基板61,69の反りが互いの反りを打ち消すようになるため、より反りを抑制することができる。 As described above, in the power module according to the second embodiment, CTE matching is possible as in the first embodiment, and the warpage of the graphite substrates 61 and 69 cancel each other out, so that the warp is further suppressed. can do.

−パワーモジュールの製造方法−
次に、実施例に係るパワーモジュールの製造方法について説明する。
-Manufacturing method of power module-
Next, a method of manufacturing the power module according to the embodiment will be described.

実施例に係るパワーモジュールの製造方法は、異方性を有する基板61が形成される工程と、基板61上に半導体デバイス64が実装される工程と、基板61上に樹脂62が積層される工程とを有し、基板面の任意の方向をX方向、X方向に直交する方向をY方向とした場合、基板61は、X方向に比べてY方向に熱膨張率が小さくなるように形成され、樹脂62は、X方向に比べてY方向に熱膨張率が小さくなるように形成される。 The method for manufacturing the power module according to the embodiment includes a step of forming the anisotropic substrate 61, a step of mounting the semiconductor device 64 on the substrate 61, and a step of laminating the resin 62 on the substrate 61. When the arbitrary direction of the substrate surface is the X direction and the direction orthogonal to the X direction is the Y direction, the substrate 61 is formed so that the thermal expansion rate is smaller in the Y direction than in the X direction. , The resin 62 is formed so that the thermal expansion rate is smaller in the Y direction than in the X direction.

以上のように、実施例に係るパワーモジュールの製造方法によれば、CTEマッチングが可能となるため、反りを抑制することができるパワーモジュールを製造することが可能である。 As described above, according to the power module manufacturing method according to the embodiment, since CTE matching is possible, it is possible to manufacture a power module capable of suppressing warpage.

また、半導体デバイスの上方に、基板と対向するように(その熱膨張率が基板の異方性と同じ方向に)第2の基板を配置する工程と、各端子と基板および第2の基板の対向する面と反対側の面の一部を除き、樹脂により封止する工程とを更に有してもよい。 Further, a step of arranging the second substrate above the semiconductor device so as to face the substrate (the coefficient of thermal expansion thereof is in the same direction as the anisotropy of the substrate), and each terminal, the substrate, and the second substrate. It may further have a step of sealing with a resin except for a part of the surface opposite to the opposite surface.

(グラファイト基板)
次に、グラファイト基板61(69)について詳細に説明する。
(Graphite substrate)
Next, the graphite substrate 61 (69) will be described in detail.

グラファイト基板61を構成するグラファイトシート(グラフェン)GSの模式的構成(積層構造例)は、図14に示すように表わされる。 The schematic configuration (laminated structure example) of the graphite sheet (graphene) GS constituting the graphite substrate 61 is shown as shown in FIG.

グラファイトプレートGPには、厚み方向よりも面方向に熱伝導率が高いXY配向を有する第1のグラファイトプレートGP(XY)と、面方向よりも厚み方向に熱伝導率が高いXZ配向を有する第2のグラファイトプレートGP(XZ)とがあり、第1のグラファイトプレートGP(XY)は図15(a)に示すように表わされ、第2のグラファイトプレートGP(XZ)は図15(b)に示すように表わされる。 The graphite plate GP has a first graphite plate GP (XY) having an XY orientation having a higher thermal conductivity in the plane direction than the thickness direction, and a first graphite plate GP (XY) having an XZ orientation having a higher thermal conductivity in the thickness direction than the plane direction. There are two graphite plate GPs (XZ), the first graphite plate GP (XY) is represented as shown in FIG. 15 (a), and the second graphite plate GP (XZ) is shown in FIG. 15 (b). It is expressed as shown in.

図14に示すように、n層からなる各面のグラファイトシートGS1・GS2・GS3・…・GSnは、1つの積層結晶構造の中に多数の六方晶系の共有結合を有し、各面のグラファイトシートGS1・GS2・GS3・…・GSn間がファンデルワールス力によって結合されるようになっている。 As shown in FIG. 14, the graphite sheets GS1, GS2, GS3, ..., GSn on each surface composed of n layers have a large number of hexagonal covalent bonds in one laminated crystal structure, and each surface has a covalent bond. The graphite sheets GS1, GS2, GS3, ..., and GSn are connected by van der Waals force.

すなわち、炭素系異方伝熱材料であるグラファイトは、炭素原子の六角形網目構造の層状結晶体であって、熱伝導も異方性を持っており、図14に示すグラファイトシートGS1・GS2・GS3・…・GSnは、結晶面方向(XY面上)に対して、Z軸の厚さ方向よりも大きな熱伝導度(高い熱伝導率)を有する。 That is, graphite, which is a carbon-based anisotropic heat transfer material, is a layered crystal body having a hexagonal network structure of carbon atoms, and has anisotropic thermal conductivity. Graphite sheets GS1, GS2, shown in FIG. GS3 ..... GSn has a higher thermal conductivity (high thermal conductivity) in the crystal plane direction (on the XY plane) than in the thickness direction of the Z axis.

したがって、図15(a)に示すように、XY配向を有する第1のグラファイトプレートGP(XY)は、例えば、X=1500(W/mK)程度、Y=1500(W/mK)程度、Z=5(W/mK)程度の熱伝導率を備える。 Therefore, as shown in FIG. 15A, the first graphite plate GP (XY) having an XY orientation is, for example, about X = 1500 (W / mK), about Y = 1500 (W / mK), Z. It has a thermal conductivity of about 5 (W / mK).

一方、図15(b)に示すように、XZ配向を有する第2のグラファイトプレートGP(XZ)は、例えば、X=1500(W/mK)程度、Y=5(W/mK)程度、Z=1500(W/mK)程度の熱伝導率を備える。 On the other hand, as shown in FIG. 15B, the second graphite plate GP (XZ) having the XZ orientation is, for example, X = 1500 (W / mK), Y = 5 (W / mK), Z. It has a thermal conductivity of about 1500 (W / mK).

なお、第1のグラファイトプレートGP(XY)と第2のグラファイトプレートGP(XZ)は、共に、密度が2.2(g/cm3 )程度であり、厚さが0.7mm〜10mm程度であり、大きさが40mm×40mm程度以下である。 Both the first graphite plate GP (XY) and the second graphite plate GP (XZ) have a density of about 2.2 (g / cm 3 ) and a thickness of about 0.7 mm to 10 mm. Yes, the size is about 40 mm × 40 mm or less.

なお、本実施の形態に係るパワーモジュール2においては、主として1 in 1モジュール(基本構成)、2 in 1モジュールについて説明したが、これに限らず、例えばフォーインワン(4 in 1)モジュール、シックスインワン(6 in 1)モジュール、6 in 1モジュールュールにスナバコンデンサなどを備えたセブンインワン(7 in 1)モジュール、エイトインワン(8 in 1)モジュール、トゥエルブインワン(12 in 1)モジュール、フォーティーンイン(14 in 1)ワンモジュールなどにも適用できる。 In the power module 2 according to the present embodiment, the 1 in 1 module (basic configuration) and the 2 in 1 module have been mainly described, but the present invention is not limited to this, and for example, a four-in-one (4 in 1) module and a six-in-one module. (6 in 1) module, 7 in 1 module with snubber capacitor in 6 in 1 module, eight in one (8 in 1) module, twelve in one (12 in 1) module, fourteen in (14 in) 1) It can also be applied to one module.

(半導体デバイスの具体例)
実施の形態に係るパワーモジュールであって、1 in 1モジュール50のSiC MOSFETの模式的回路表現は、図16(a)に示すように表され、1 in 1モジュール50のIGBTの模式的回路表現は、図16(b)に示すように表される。図16(a)には、MOSFETに逆並列接続されるダイオードDIが示されている。MOSFETの主電極は、ドレイン端子DTおよびソース端子STで表される。同様に、図16(b)には、IGBTに逆並列接続されるダイオードDIが示されている。IGBTの主電極は、コレクタ端子CTおよびエミッタ端子ETで表される。
(Specific example of semiconductor device)
The schematic circuit representation of the SiC MOSFET of the 1 in 1 module 50, which is the power module according to the embodiment, is represented as shown in FIG. 16 (a), and the schematic circuit representation of the IGBT of the 1 in 1 module 50. Is represented as shown in FIG. 16 (b). FIG. 16A shows a diode DI connected in antiparallel to the MOSFET. The main electrode of the MOSFET is represented by a drain terminal DT and a source terminal ST. Similarly, FIG. 16B shows a diode DI connected in antiparallel to the IGBT. The main electrode of the IGBT is represented by a collector terminal CT and an emitter terminal ET.

また、実施の形態に係るパワーモジュールにであって、1 in 1モジュール50のSiC MOSFETの詳細回路表現は、図17に示すように表される。 Further, in the power module according to the embodiment, the detailed circuit representation of the SiC MOSFET of the 1 in 1 module 50 is shown as shown in FIG.

1 in 1モジュール50は、例えば、1個のMOSFETが1つのモジュールに内蔵されているが、そのMOSFETは、複数(例えば2〜5個)の半導体チップを並列接続したものでもよい。SiC トランジスタを用いる場合には、大きなチップサイズで形成することが難しいので、特に有用な方法となる。なお、各チップの内、一部をダイオードDI用として搭載することも可能である。 In the 1 in 1 module 50, for example, one MOSFET is built in one module, and the MOSFET may be one in which a plurality of (for example, 2 to 5) semiconductor chips are connected in parallel. When a SiC transistor is used, it is difficult to form it with a large chip size, which is a particularly useful method. It is also possible to mount a part of each chip for diode DI.

さらに詳細には、図17に示すように、MOSFETQに並列にセンス用MOSFETQsが接続される。センス用MOSFETQsは、MOSFETQと同一チップ内に、微細トランジスタとして形成されている。図17において、SSはソースセンス端子、CSは電流センス端子であり、Gはゲート信号端子である。実施の形態に係るパワーモジュールにおいても、MOSFETQには、センス用MOSFETQsが同一チップ内に、微細トランジスタとして形成されていても良い。 More specifically, as shown in FIG. 17, sense MOSFET Qs are connected in parallel with the MOSFET Q. The sense MOSFET Qs are formed as fine transistors in the same chip as the MOSFET Q. In FIG. 17, SS is a source sense terminal, CS is a current sense terminal, and G is a gate signal terminal. Also in the power module according to the embodiment, the sense MOSFET Qs may be formed as fine transistors in the same chip in the MOSFET Q.

(回路構成)
実施の形態に係るパワーモジュールであって、2 in 1モジュール100のSiC MOSFETの模式的回路表現は、図18(a)に示すように表され、2 in 1モジュール100のIGBTの模式的回路表現は、図18(b)に示すように表される。
(Circuit configuration)
The schematic circuit representation of the SiC MOSFET of the 2 in 1 module 100, which is the power module according to the embodiment, is represented as shown in FIG. 18 (a), and the schematic circuit representation of the IGBT of the 2 in 1 module 100. Is represented as shown in FIG. 18 (b).

実施の形態に係るパワーモジュールであって、2個(組)の半導体デバイスQ1・Q4が1つのモールド樹脂に封止された2 in 1タイプのモジュールについて説明する。 A 2 in 1 type module in which two (sets) of semiconductor devices Q1 and Q4 are sealed in one mold resin, which is a power module according to the embodiment, will be described.

半導体デバイスQ1・Q4として、SiC MOSFETを適用した2 in 1モジュール100は、図18(a)に示すように、2個(組)のSiC MOSFETQ1・Q4が内蔵されたハーフブリッジ構成を備える。 As shown in FIG. 18A, the 2 in 1 module 100 to which the SiC MOSFETs are applied as the semiconductor devices Q1 and Q4 has a half-bridge configuration in which two (sets) of SiC MOSFETs Q1 and Q4 are incorporated.

ここで、各半導体デバイスは、1つの大きなトランジスタとみなすことができるが、内蔵トランジスタが1チップまたは複数チップの場合がある。また、モジュールには、1 in 1、2 in 1、4 in 1、6 in 1などがあり、例えば、1つのモジュールにおいて、2個分のトランジスタ(チップ)からなるハーフブリッジを内蔵したモジュールは2 in 1、2 in 1を2組み内蔵したモジュールは4 in 1、2 in 1を3組み内蔵したモジュールは6 in 1と呼ばれる。 Here, each semiconductor device can be regarded as one large transistor, but the built-in transistor may be one chip or a plurality of chips. Further, there are 1 in 1, 2 in 1, 4 in 1, 6 in 1 and the like. For example, in one module, 2 modules have a half bridge composed of two transistors (chips). A module with two sets of in 1, 2 in 1 built in is called a module with three sets of 4 in 1, 2 in 1 built in, and a module with three sets built in is called 6 in 1.

図18(a)に示すように、2 in 1モジュール100には、直列接続された2個のSiC MOSFETQ1・Q4と、SiC MOSFETQ1・Q4にそれぞれ逆並列接続されるダイオードDI1・DI4が内蔵される。図18(a)において、G1はMOSFETQ1のゲート信号用のリード端子であり、S1はMOSFETQ1のソース信号用のリード端子である。同様に、G4はMOSFETQ4のゲート信号用のリード端子であり、S4はMOSFETQ4のソース信号用のリード端子である。Pは正側電力端子であり、Nは負側電力端子であり、Oは出力端子電極である。 As shown in FIG. 18A, the 2 in 1 module 100 contains two SiC MOSFETs Q1 and Q4 connected in series and diodes DI1 and DI4 connected in antiparallel to the SiC MOSFETs Q1 and Q4, respectively. .. In FIG. 18A, G1 is a lead terminal for the gate signal of MOSFET Q1, and S1 is a lead terminal for the source signal of MOSFET Q1. Similarly, G4 is a lead terminal for the gate signal of MOSFET Q4, and S4 is a lead terminal for the source signal of MOSFET Q4. P is a positive power terminal, N is a negative power terminal, and O is an output terminal electrode.

また、半導体デバイスQ1・Q4として、IGBTを適用した2 in 1モジュール100には、図18(b)に示すように、直列接続された2個のIGBTQ1・Q4と、IGBTQ1・Q4にそれぞれ逆並列接続されるダイオードDI1・DI4が内蔵される。図18(b)において、G1はIGBTQ1のゲート信号用のリード端子であり、E1はIGBTQ1のエミッタ信号用のリード端子である。同様に、G4はIGBTQ4のゲート信号用のリード端子であり、E4はIGBTQ4のエミッタ信号用のリード端子である。 Further, as shown in FIG. 18B, in the 2 in 1 module 100 to which the IGBT is applied as the semiconductor devices Q1 and Q4, two IGBTs Q1 and Q4 connected in series and the IGBT Q1 and Q4 are inversely parallel to each other. The diodes DI1 and DI4 to be connected are built-in. In FIG. 18B, G1 is a lead terminal for the gate signal of the IGBT Q1, and E1 is a lead terminal for the emitter signal of the IGBT Q1. Similarly, G4 is a lead terminal for the gate signal of the IGBT Q4, and E4 is a lead terminal for the emitter signal of the IGBT Q4.

実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ2・Q5、および半導体デバイスQ3・Q6についても同様である。 The same applies to the semiconductor devices Q2 and Q5 and the semiconductor devices Q3 and Q6 applicable to the power module according to the embodiment.

(デバイス構造)
実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ1・Q4の例であって、ソースパッド電極SPD、ゲートパッド電極GPDを含むSiC MOSFET130Aの模式的断面構造は、図19に示すように表される。
(Device structure)
An example of the semiconductor devices Q1 and Q4 applicable to the power module according to the embodiment, the schematic cross-sectional structure of the SiC MOSFET 130A including the source pad electrode SPD and the gate pad electrode GPD is shown as shown in FIG. Ru.

図19に示すように、SiC MOSFET130Aは、n-高抵抗層からなる半導体層31と、半導体層31の表面側に形成されたpボディ領域32と、pボディ領域32の表面に形成されたソース領域33と、pボディ領域32間の半導体層31の表面上に配置されたゲート絶縁膜34と、ゲート絶縁膜34上に配置されたゲート電極35と、ソース領域33およびpボディ領域32に接続されたソース電極36と、半導体層31の表面と反対側の裏面に配置されたn+ドレイン領域37と、n+ドレイン領域37に接続されたドレイン電極38とを備える。 As shown in FIG. 19, the SiC MOSFET 130A has a semiconductor layer 31 composed of an n- high resistance layer, a p-body region 32 formed on the surface side of the semiconductor layer 31, and a source formed on the surface of the p-body region 32. The gate insulating film 34 arranged on the surface of the semiconductor layer 31 between the region 33 and the p-body region 32, the gate electrode 35 arranged on the gate insulating film 34, and the source region 33 and the p-body region 32 are connected to each other. The source electrode 36 is provided, an n + drain region 37 arranged on the back surface opposite to the front surface of the semiconductor layer 31, and a drain electrode 38 connected to the n + drain region 37.

ゲートパッド電極GPDは、ゲート絶縁膜34上に配置されたゲート電極35に接続され、ソースパッド電極SPDは、ソース領域33およびpボディ領域32に接続されたソース電極36に接続される。また、ゲートパッド電極GPDおよびソースパッド電極SPDは、図19に示すように、SiC MOSFET130Aの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜39上に配置される。 The gate pad electrode GPD is connected to the gate electrode 35 arranged on the gate insulating film 34, and the source pad electrode SPD is connected to the source electrode 36 connected to the source region 33 and the p body region 32. Further, as shown in FIG. 19, the gate pad electrode GPD and the source pad electrode SPD are arranged on the passive interlayer insulating film 39 covering the surface of the SiC MOSFET 130A.

なお、ゲートパッド電極GPDおよびソースパッド電極SPDの下方の半導体層31内には、図示していないが、微細構造のトランジスタ構造が形成されていても良い。 Although not shown, a transistor structure having a fine structure may be formed in the semiconductor layer 31 below the gate pad electrode GPD and the source pad electrode SPD.

さらに、図19に示すように、中央部のトランジスタ構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜39上にソースパッド電極SPDが延在して配置されていても良い。 Further, as shown in FIG. 19, in the transistor structure in the central portion, the source pad electrode SPD may be extended and arranged on the interlayer insulating film 39 for passivation.

図19において、SiC MOSFET130Aは、プレーナゲート型のnチャネル縦型SiC MOSFETで構成されているが、後述する図22に示すように、トレンチゲート型のnチャネル縦型SiC TMOSFET130Dなどで構成されていても良い。 In FIG. 19, the SiC MOSFET 130A is composed of a planar gate type n-channel vertical SiC MOSFET, but as shown in FIG. 22 described later, it is composed of a trench gate type n-channel vertical SiC TMOSFET 130D and the like. Is also good.

または、実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ1・Q4としては、SiC MOSFET130Aの代わりに、GaN系FETなどを採用することもできる。 Alternatively, as the semiconductor devices Q1 and Q4 applicable to the power module according to the embodiment, a GaN-based FET or the like can be adopted instead of the SiC MOSFET 130A.

実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ2・Q5、および半導体デバイスQ3・Q6についても同様である。 The same applies to the semiconductor devices Q2 and Q5 and the semiconductor devices Q3 and Q6 applicable to the power module according to the embodiment.

さらには、実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ1〜Q6には、バンドギャップエネルギーが、例えば、1.1eV〜8eVのワイドバンドギャップ型と称される半導体を用いることができる。 Further, as the semiconductor devices Q1 to Q6 applicable to the power module according to the embodiment, a semiconductor having a bandgap energy of, for example, 1.1 eV to 8 eV, which is called a wide bandgap type, can be used.

同様に、実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ1・Q4の例であって、エミッタパッド電極EPD、ゲートパッド電極GPDを含むIGBT130Bの模式的断面構造は、図20に示すように表される。 Similarly, as shown in FIG. 20, a schematic cross-sectional structure of the IGBT 130B including the emitter pad electrode EPD and the gate pad electrode GPD, which is an example of the semiconductor devices Q1 and Q4 applicable to the power module according to the embodiment, is shown. expressed.

図20に示すように、IGBT130Bは、n-高抵抗層からなる半導体層31と、半導体層31の表面側に形成されたpボディ領域32と、pボディ領域32の表面に形成されたエミッタ領域33Eと、pボディ領域32間の半導体層31の表面上に配置されたゲート絶縁膜34と、ゲート絶縁膜34上に配置されたゲート電極35と、エミッタ領域33Eおよびpボディ領域32に接続されたエミッタ電極36Eと、半導体層31の表面と反対側の裏面に配置されたp+コレクタ領域37Pと、p+コレクタ領域37Pに接続されたコレクタ電極38Cとを備える。 As shown in FIG. 20, the IGBT 130B includes a semiconductor layer 31 composed of an n- high resistance layer, a p-body region 32 formed on the surface side of the semiconductor layer 31, and an emitter region formed on the surface of the p-body region 32. It is connected to the gate insulating film 34 arranged on the surface of the semiconductor layer 31 between the 33E and the p-body region 32, the gate electrode 35 arranged on the gate insulating film 34, and the emitter region 33E and the p-body region 32. The emitter electrode 36E is provided, a p + collector region 37P arranged on the back surface opposite to the front surface of the semiconductor layer 31, and a collector electrode 38C connected to the p + collector region 37P.

ゲートパッド電極GPDは、ゲート絶縁膜34上に配置されたゲート電極35に接続され、エミッタパッド電極EPDは、エミッタ領域33Eおよびpボディ領域32に接続されたエミッタ電極36Eに接続される。また、ゲートパッド電極GPDおよびエミッタパッド電極EPDは、図20に示すように、IGBT130Bの表面を覆うパッシベーション用の層間絶縁膜39上に配置される。 The gate pad electrode GPD is connected to the gate electrode 35 arranged on the gate insulating film 34, and the emitter pad electrode EPD is connected to the emitter electrode 36E connected to the emitter region 33E and the p body region 32. Further, as shown in FIG. 20, the gate pad electrode GPD and the emitter pad electrode EPD are arranged on the passive interlayer insulating film 39 covering the surface of the IGBT 130B.

なお、ゲートパッド電極GPDおよびエミッタパッド電極EPDの下方の半導体層31内には、図示していないが、微細構造のIGBT構造が形成されていても良い。 Although not shown, an IGBT structure having a fine structure may be formed in the semiconductor layer 31 below the gate pad electrode GPD and the emitter pad electrode EPD.

さらに、図20に示すように、中央部のIGBT構造においても、パッシベーション用の層間絶縁膜39上にエミッタパッド電極EPDが延在して配置されていても良い。 Further, as shown in FIG. 20, even in the central IGBT structure, the emitter pad electrode EPD may be extended and arranged on the passive interlayer insulating film 39.

図20において、IGBT130Bは、プレーナゲート型のnチャネル縦型IGBTで構成されているが、トレンチゲート型のnチャネル縦型IGBTなどで構成されていても良い。 In FIG. 20, the IGBT 130B is composed of a planar gate type n-channel vertical IGBT, but it may be composed of a trench gate type n-channel vertical IGBT or the like.

実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスQ2・Q5、および半導体デバイスQ3・Q6についても同様である。 The same applies to the semiconductor devices Q2 and Q5 and the semiconductor devices Q3 and Q6 applicable to the power module according to the embodiment.

半導体デバイスQ1〜Q6としては、後述するようなSiC DIMOSFET、SiC TMOSFETなどのSiC系パワーデバイス、或いはGaN系HEMTなどのGaN系パワーデバイスを適用可能である。また、場合によっては、Si系MOSFETやSiC系IGBTなどのパワーデバイスも適用可能である。 As the semiconductor devices Q1 to Q6, a SiC power device such as a SiC DIMOSFET or a SiC TMOSFET, or a GaN power device such as a GaN-based HEMT, which will be described later, can be applied. In some cases, power devices such as Si-based MOSFETs and SiC-based IGBTs can also be applied.

―SiC DIMOSFET―
実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、SiC DIMOSFET130Cの模式的断面構造は、図21に示すように表される。
-SiC DIMOSFET-
An example of a semiconductor device applicable to the power module according to the embodiment, the schematic cross-sectional structure of the SiC DIMOSFET 130C is shown as shown in FIG.

図21に示すSiC DIMOSFET130Cは、n-高抵抗層からなる半導体層31と、半導体層31の表面側に形成されたpボディ領域32と、pボディ領域32の表面に形成されたn+ソース領域33と、pボディ領域32間の半導体層31の表面上に配置されたゲート絶縁膜34と、ゲート絶縁膜34上に配置されたゲート電極35と、ソース領域33およびpボディ領域32に接続されたソース電極36と、半導体層31の表面と反対側の裏面に配置されたn+ドレイン領域37と、n+ドレイン領域37に接続されたドレイン電極38とを備える。 The SiC DIMOSFET 130C shown in FIG. 21 has a semiconductor layer 31 composed of an n- high resistance layer, a p-body region 32 formed on the surface side of the semiconductor layer 31, and an n + source region formed on the surface of the p-body region 32. The gate insulating film 34 arranged on the surface of the semiconductor layer 31 between the 33 and the p-body region 32, the gate electrode 35 arranged on the gate insulating film 34, and the source region 33 and the p-body region 32 are connected to each other. The source electrode 36 is provided with an n + drain region 37 arranged on the back surface opposite to the front surface of the semiconductor layer 31, and a drain electrode 38 connected to the n + drain region 37.

図21において、SiC DIMOSFET130Cは、pボディ領域32と、pボディ領域32の表面に形成されたn+ソース領域33が、ダブルイオン注入(DII)で形成され、ソースパッド電極SPDは、ソース領域33およびpボディ領域32に接続されたソース電極36に接続される。 In FIG. 21, the SiC DIMOSFET 130C has a p-body region 32 and an n + source region 33 formed on the surface of the p-body region 32 formed by double ion implantation (DII), and the source pad electrode SPD has a source region 33. And connected to the source electrode 36 connected to the p-body region 32.

図示を省略するゲートパッド電極GPDは、ゲート絶縁膜34上に配置されたゲート電極35に接続される。また、ソースパッド電極SPDおよびゲートパッド電極GPDは、図21に示すように、SiC DIMOSFET130Cの表面を覆うように、パッシベーション用の層間絶縁膜39上に配置される。 The gate pad electrode GPD (not shown) is connected to the gate electrode 35 arranged on the gate insulating film 34. Further, as shown in FIG. 21, the source pad electrode SPD and the gate pad electrode GPD are arranged on the interlayer insulating film 39 for passivation so as to cover the surface of the SiC DIMOSFET 130C.

SiC DIMOSFET130Cは、図21に示すように、pボディ領域32に挟まれたn-高抵抗層からなる半導体層31内に、破線で示されるような空乏層が形成されるため、接合型FET(JFET)効果に伴うチャネル抵抗R JFETが形成される。また、pボディ領域32/半導体層31間には、図21に示すように、ボディダイオードBDが形成される。 As shown in FIG. 21, the SiC DIMOSFET 130C has a junction FET (junction FET) because a depletion layer as shown by a broken line is formed in a semiconductor layer 31 composed of an n-high resistance layer sandwiched between p body regions 32. A channel resistor R JFET is formed with the JFET) effect. Further, as shown in FIG. 21, a body diode BD is formed between the p-body region 32 and the semiconductor layer 31.

―SiC TMOSFET―
実施の形態に係るパワーモジュールに適用可能な半導体デバイスの例であって、SiC TMOSFET130Dの模式的断面構造は、図22に示すように表される。
-SiC TMOSFET-
An example of a semiconductor device applicable to the power module according to the embodiment, the schematic cross-sectional structure of the SiC TMOSFET 130D is shown as shown in FIG.

図22に示すSiC TMOSFET130Dは、n層からなる半導体層31Nと、半導体層31Nの表面側に形成されたpボディ領域32と、pボディ領域32の表面に形成されたn+ソース領域33と、pボディ領域32を貫通し、半導体層31Nまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜34および層間絶縁膜39U・39Bを介して形成されたトレンチゲート電極35TGと、ソース領域33およびpボディ領域32に接続されたソース電極36と、半導体層31Nの表面と反対側の裏面に配置されたn+ドレイン領域37と、n+ドレイン領域37に接続されたドレイン電極38とを備える。 The SiC TMOSFET 130D shown in FIG. 22 includes a semiconductor layer 31N composed of n layers, a p-body region 32 formed on the surface side of the semiconductor layer 31N, and an n + source region 33 formed on the surface of the p-body region 32. The trench gate electrode 35TG formed through the p-body region 32 and formed through the gate insulating film 34 and the interlayer insulating films 39U / 39B in the trench formed up to the semiconductor layer 31N, and the source region 33 and the p-body region 32. It includes a connected source electrode 36, an n + drain region 37 arranged on the back surface opposite to the front surface of the semiconductor layer 31N, and a drain electrode 38 connected to the n + drain region 37.

図22において、SiC TMOSFET130Dは、pボディ領域32を貫通し、半導体層31Nまで形成されたトレンチ内にゲート絶縁膜34および層間絶縁膜39U・39Bを介してトレンチゲート電極35TGが形成され、ソースパッド電極SPDは、ソース領域33およびpボディ領域32に接続されたソース電極36に接続される。 In FIG. 22, the SiC TMOSFET 130D penetrates the p-body region 32, and the trench gate electrode 35TG is formed in the trench formed up to the semiconductor layer 31N via the gate insulating film 34 and the interlayer insulating films 39U / 39B, and the source pad is formed. The electrode SPD is connected to the source electrode 36 connected to the source region 33 and the p-body region 32.

図示を省略するゲートパッド電極GPDは、ゲート絶縁膜34上に配置されたトレンチゲート電極35TGに接続される。また、ソースパッド電極SPDおよびゲートパッド電極GPDは、図20に示すように、SiC TMOSFET130Dの表面を覆うように、パッシベーション用の層間絶縁膜39U上に配置される。 The gate pad electrode GPD (not shown) is connected to the trench gate electrode 35TG arranged on the gate insulating film 34. Further, as shown in FIG. 20, the source pad electrode SPD and the gate pad electrode GPD are arranged on the passivation interlayer insulating film 39U so as to cover the surface of the SiC TMOSFET 130D.

SiC TMOSFET130Dでは、SiC DIMOSFET130CのようなJFET効果に伴うチャネル抵抗R JFETは形成されない。pボディ領域32/半導体層31N間には、図21と同様に、ボディダイオードBDが形成される。 In the SiC TMOSFET 130D, the channel resistor R JFET associated with the JFET effect like the SiC DIMOSFET 130C is not formed. A body diode BD is formed between the p-body region 32 and the semiconductor layer 31N as in FIG. 21.

(応用例)
実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した3相交流インバータ40Aの回路構成において、半導体デバイスとしてSiC MOSFETを適用し、電源端子PL・接地端子NL間にスナバコンデンサCを接続した回路構成例は、図23(a)に示すように表される。同様に、半導体デバイスとしてIGBTを適用し、電源端子PL・接地端子NL間にスナバコンデンサCを接続した3相交流インバータ40Bの回路構成例は、図23(b)に示すように表される。
(Application example)
In the circuit configuration of the three-phase AC inverter 40A configured by using the power module according to the embodiment, a circuit configuration example in which a SiC MOSFET is applied as a semiconductor device and a snubber capacitor C is connected between the power supply terminal PL and the ground terminal NL is shown. , As shown in FIG. 23 (a). Similarly, a circuit configuration example of a three-phase AC inverter 40B in which an IGBT is applied as a semiconductor device and a snubber capacitor C is connected between the power supply terminal PL and the ground terminal NL is shown in FIG. 23 (b).

パワーモジュールを電源Eと接続し、スイッチング動作を行うと、接続ラインの有するインダクタンスLによって、SiC MOSFETやIGBTのスイッチング速度が速いため、大きなサージ電圧Ldi/dtを生ずる。例えば、電流変化di=300Aとし、スイッチングに伴う時間変化dt=100nsecとすると、di/dt=3×10(A/s)となる。 When the power module is connected to the power supply E and the switching operation is performed, the switching speed of the SiC MOSFET or the IGBT is high due to the inductance L of the connection line, so that a large surge voltage Ldi / dt is generated. For example, if the current change di = 300A and the time change dt = 100nsec accompanying switching, then di / dt = 3 × 10 9 (A / s).

インダクタンスLの値により、サージ電圧Ldi/dtの値は変化するが、電源Eに、このサージ電圧Ldi/dtが重畳される。電源端子PL・接地端子NL間に接続されるスナバコンデンサCによって、このサージ電圧Ldi/dtを吸収することができる。 The value of the surge voltage Ldi / dt changes depending on the value of the inductance L, but the surge voltage Ldi / dt is superimposed on the power supply E. This surge voltage Ldi / dt can be absorbed by the snubber capacitor C connected between the power supply terminal PL and the ground terminal NL.

(具体例)
次に、図24を参照して、半導体デバイスとしてSiC MOSFETを適用した3相交流インバータ42Bについて説明する。
(Concrete example)
Next, with reference to FIG. 24, a three-phase AC inverter 42B to which a SiC MOSFET is applied as a semiconductor device will be described.

図24に示すように、3相交流インバータ42Aは、複数のスイッチング素子が形成されたパワーモジュール部200と、各スイッチング素子のスイッチング動作を制御するためのゲートドライバ(GD)180と、各スイッチング素子による出力が夫々接続された3相交流モータ部51と、電源もしくは蓄電池(E)53と、電源53の電力を変換して各スイッチング素子に電力を供給するコンバータ55とを備える。パワーモジュール部200は、3相交流モータ部51のU相、V相、W相に対応して、U相、V相、W相のインバータが接続されている。 As shown in FIG. 24, the three-phase AC inverter 42A includes a power module unit 200 in which a plurality of switching elements are formed, a gate driver (GD) 180 for controlling the switching operation of each switching element, and each switching element. A three-phase AC motor unit 51 to which the outputs of the above are connected, a power supply or a storage battery (E) 53, and a converter 55 that converts the power of the power supply 53 and supplies power to each switching element. In the power module unit 200, U-phase, V-phase, and W-phase inverters are connected corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase AC motor unit 51.

ここで、GD180は、SiC MOSFETQ1・Q4、SiC MOSFETQ2・Q5、およびSiC MOSFETQ3・Q6の各ゲート端子にそれぞれ接続され、各MOSFETのスイッチング動作を制御する。 Here, the GD180 is connected to each gate terminal of the SiC MOSFETs Q1 and Q4, the SiC MOSFETs Q2 and Q5, and the SiC MOSFETs Q3 and Q6, respectively, and controls the switching operation of each MOSFET.

パワーモジュール部200は、電源もしくは蓄電池(E)53が接続されたコンバータ55のプラス端子(+)Pとマイナス端子(−)Nとの間に接続され、インバータ構成のSiC MOSFETQ1・Q4、Q2・Q5、およびQ3・Q6を備える。また、SiC MOSFETQ1〜Q6のソース・ドレイン間には、フリーホイールダイオードDI1〜DI6がそれぞれ逆並列に接続されている。 The power module unit 200 is connected between the positive terminal (+) P and the negative terminal (-) N of the converter 55 to which the power supply or the storage battery (E) 53 is connected, and has an inverter configuration of SiC MOSFETs Q1, Q4, Q2, and so on. It includes Q5 and Q3 / Q6. Further, freewheel diodes DI1 to DI6 are connected in antiparallel between the source and drain of the SiC MOSFETs Q1 to Q6, respectively.

次に、図25を参照して、半導体デバイスとしてIGBTを適用し、実施の形態に係るパワーモジュールを用いて構成した3相交流インバータ42Bについて説明する。 Next, with reference to FIG. 25, a three-phase AC inverter 42B configured by applying an IGBT as a semiconductor device and using the power module according to the embodiment will be described.

図25に示すように、3相交流インバータ42Bは、パワーモジュール部200と、GD180と、3相交流モータ部51と、電源もしくは蓄電池(E)53と、コンバータ55とを備える。パワーモジュール部200は、3相交流モータ部51のU相、V相、W相に対応して、U相、V相、W相のインバータが接続されている。 As shown in FIG. 25, the three-phase AC inverter 42B includes a power module unit 200, a GD 180, a three-phase AC motor unit 51, a power supply or a storage battery (E) 53, and a converter 55. In the power module unit 200, U-phase, V-phase, and W-phase inverters are connected corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase AC motor unit 51.

ここで、GD180は、IGBTQ1・Q4、IGBTQ2・Q5、およびIGBTQ3・Q6に接続されている。 Here, the GD180 is connected to the IGBT Q1 · Q4, the IGBT Q2 · Q5, and the IGBT Q3 · Q6.

パワーモジュール部200は、蓄電池(E)53が接続されたコンバータ55のプラス端子(+)Pとマイナス端子(−)Nとの間に接続され、インバータ構成のIGBT Q1・Q4、Q2・Q5、およびQ3・Q6を備える。また、IGBT Q1〜Q6のエミッタ・コレクタ間には、フリーホイールダイオードDI1〜DI6がそれぞれ逆並列に接続されている。 The power module unit 200 is connected between the positive terminal (+) P and the negative terminal (-) N of the converter 55 to which the storage battery (E) 53 is connected, and has an inverter configuration IGBT Q1 / Q4, Q2 / Q5, And Q3 and Q6 are provided. Further, freewheel diodes DI1 to DI6 are connected in antiparallel between the emitter and collector of the IGBTs Q1 to Q6, respectively.

[別の実施の形態1]
以上説明したような反りを抑制する構成を適用可能なパワーモジュールを幾つか例示する。以下に例示するパワーモジュールでも、基板としてグラファイト基板を採用し、グラファイト基板上に樹脂を積層し、樹脂のX方向、Y方向のCTEをグラファイト基板のX方向、Y方向のCTEに合せることが可能である。なお、以下の説明では、パワーモジュールを「PM」と記載する場合がある。
[Another Embodiment 1]
Some power modules to which the configuration for suppressing warpage as described above can be applied will be illustrated. Even in the power module illustrated below, it is possible to use a graphite substrate as the substrate, laminate the resin on the graphite substrate, and match the CTE in the X and Y directions of the resin with the CTE in the X and Y directions of the graphite substrate. Is. In the following description, the power module may be referred to as "PM".

実施の形態に係るPM1であって、樹脂モールド前の模式的鳥瞰パターン構成は図26に示すように表される。なお、ここでは、パワー素子系の半導体デバイス(パワーデバイス)として、SiC MOSFETQ1・Q4を適用した、2 in 1モジュールタイプのハーフブリッジ内蔵モジュールを例に説明する。 In PM1 according to the embodiment, a schematic bird's-eye view pattern configuration before the resin mold is shown as shown in FIG. Here, as a power device-based semiconductor device (power device), a 2 in 1 module type half-bridge built-in module to which SiC MOSFETs Q1 and Q4 are applied will be described as an example.

そして、実施の形態に係るPM1であって、モールドタイプのモジュールとして、ハーフブリッジ内蔵モジュールの樹脂モールド後の模式的鳥瞰構成は、図27に示すように表わされる。 A schematic bird's-eye view configuration of the PM1 according to the embodiment after resin molding of the module with a built-in half bridge as a mold type module is shown as shown in FIG. 27.

なお、実施の形態に係るPM1は、直列接続された2個のSiC MOSFETQ1・Q4が、1つのモジュールに内蔵されたハーフブリッジ内蔵モジュールの構成を備える。 The PM1 according to the embodiment includes a half-bridge built-in module in which two SiC MOSFETs Q1 and Q4 connected in series are built in one module.

実施の形態に係るPM1は、図27に示すように、樹脂モールド層115に被覆されたセラミックス基板21の第1の辺に配置された正側電源入力端子電極(正側電力端子)Pおよび負側電源入力端子電極(負側電力端子)Nと、第1の辺に隣接する第2の辺に配置されたゲート端子(ゲート)GT1・ソースセンス端子SST1と、第1の辺に対向する第3の辺に配置された出力端子電極(出力端子)Oと、第2の辺に対向する第4の辺に配置されたゲート端子GT4・ソースセンス端子SST4とを備える。 As shown in FIG. 27, PM1 according to the embodiment has a positive power input terminal electrode (positive power terminal) P arranged on the first side of the ceramic substrate 21 coated on the resin mold layer 115 and a negative power terminal. Side power input terminal electrode (negative power terminal) N, gate terminal (gate) GT1 and source sense terminal SST1 arranged on the second side adjacent to the first side, and the first side facing the first side. It includes an output terminal electrode (output terminal) O arranged on the side 3 and a gate terminal GT4 and a source sense terminal SST4 arranged on the fourth side facing the second side.

なお、実施の形態に係るPM1は、出力端子Oを2個備えた4電力端子構造のパワーモジュールとなっている。 The PM1 according to the embodiment is a power module having a 4-power terminal structure including two output terminals O.

ここで、図26〜図27に示すように、ゲート端子GT1・ソースセンス端子SST1は、SiC MOSFETQ1のゲート信号電極パターンGL1・ソース信号電極パターンSL1に接続され、ゲート端子GT4・ソースセンス端子SST4は、SiC MOSFETQ4のゲート信号電極パターンGL4・ソース信号電極パターンSL4に接続される。 Here, as shown in FIGS. 26 to 27, the gate terminal GT1 and the source sense terminal SST1 are connected to the gate signal electrode pattern GL1 and the source signal electrode pattern SL1 of the SiC MOSFET Q1, and the gate terminal GT4 and the source sense terminal SST4 are connected. , SiC MOSFET Q4 is connected to the gate signal electrode pattern GL4 and the source signal electrode pattern SL4.

図26〜図27に示すように、ゲート信号電極パターンGL1・GL4およびソース信号電極パターンSL1・SL4には、外部取り出し用のゲート端子GT1・GT4およびソースセンス端子SST1・SST4がハンダ付けなどによって接続される。 As shown in FIGS. 26 to 27, the gate signal electrode patterns GL1 and GL4 and the source signal electrode patterns SL1 and SL4 are connected to the gate terminals GT1 and GT4 for external extraction and the source sense terminals SST1 and SST4 by soldering or the like. Will be done.

なお、図26〜図27に示すように、ゲート信号電極パターンGL1・GL4およびソース信号電極パターンSL1・SL4は信号基板261・264上に配置され、信号基板261・264はセラミックス基板21上にハンダ付けなどによって接続されている。 As shown in FIGS. 26 to 27, the gate signal electrode patterns GL1 and GL4 and the source signal electrode patterns SL1 and SL4 are arranged on the signal substrates 261, 264, and the signal substrates 261, 264 are soldered on the ceramic substrate 21. It is connected by soldering.

信号基板261・264は、セラミックス基板で形成可能である。セラミックス基板は、例えば、Al2O3、AlN、SiN、AlSiC、若しくは、少なくとも表面が絶縁性のSiCなどで形成されていても良い。 The signal substrates 261, 264 can be formed of a ceramic substrate. The ceramic substrate may be formed of, for example, Al2O3, AlN, SiN, AlSiC, or at least SiC having an insulating surface.

また、図26〜図27においては、図示を省略しているが、SiC MOSFETQ1・Q4のD1・S1間およびD4・S4間に、逆並列にダイオードが接続されていても良い。 Further, although not shown in FIGS. 26 to 27, diodes may be connected in antiparallel between D1 and S1 and between D4 and S4 of the SiC MOSFETs Q1 and Q4.

正側電力端子P・負側電力端子N、外部取り出し用のゲート端子GT1・GT4およびソースセンス端子SST1・SST4は、例えば、Cuで形成可能である。 The positive power terminal P / negative power terminal N, the gate terminals GT1 / GT4 for external extraction, and the source sense terminals SST1 / SST4 can be formed by, for example, Cu.

主配線導体である電極パターン25D1・25D4・25DNは、例えば、Cuによって形成可能である。 The electrode patterns 25D1, 25D4, and 25DN, which are the main wiring conductors, can be formed by, for example, Cu.

ここで、図26〜図27に示された例では、2 in 1モジュールタイプのハーフブリッジ内蔵モジュールにおいて、電極パターン25D1が、ハイ(High)側デバイス(SiC MOSFETQ1)用のドレイン電極パターンとして機能する。 Here, in the example shown in FIGS. 26 to 27, in the module with a built-in half bridge of the 2 in 1 module type, the electrode pattern 25D1 functions as a drain electrode pattern for the high side device (SiC MOSFET Q1). ..

また、電極パターン25D4が、ロウ(Low)側デバイス(SiC MOSFETQ4)用のドレイン電極パターンとして機能すると共に、ハイ側デバイス用のソース電極パターン(25S1)としても機能する。すなわち、ドレイン電極パターン25D4は、SiC MOSFETQ4のドレイン電極であると同時に、SiC MOSFETQ1のソース電極となる。 Further, the electrode pattern 25D4 functions as a drain electrode pattern for the low side device (SiC MOSFETQ4) and also as a source electrode pattern (25S1) for the high side device. That is, the drain electrode pattern 25D4 is a drain electrode of the SiC MOSFET Q4 and at the same time a source electrode of the SiC MOSFET Q1.

さらに、負側電力端子Nに接続される電極パターン25DNが、ロウ側デバイス用のソース電極パターン(25S4)としても機能する。 Further, the electrode pattern 25DN connected to the negative power terminal N also functions as a source electrode pattern (25S4) for the row side device.

すなわち、実施の形態に係るPM1においては、図26〜図27に示すように、SiC MOSFETQ1は電極パターン25D1上に搭載されて、ドレインD1が電極パターン25D1と接続されると共に、ソースS1がリードフレームSM1を介して電極パターン25D4と接続される。同様に、SiC MOSFETQ4は電極パターン25D4上に搭載されて、ドレインD4が電極パターン25D4と接続されると共に、ソースS4がリードフレームSM4を介して電極パターン25DNと接続される。 That is, in PM1 according to the embodiment, as shown in FIGS. 26 to 27, the SiC MOSFET Q1 is mounted on the electrode pattern 25D1, the drain D1 is connected to the electrode pattern 25D1, and the source S1 is the lead frame. It is connected to the electrode pattern 25D4 via SM1. Similarly, the SiC MOSFET Q4 is mounted on the electrode pattern 25D4, the drain D4 is connected to the electrode pattern 25D4, and the source S4 is connected to the electrode pattern 25DN via the lead frame SM4.

なお、以下の説明では、ソースパッド電極SP1とリードフレームSM1との接合部をデバイス側接合部(第1接合部)DCとし、デバイス側接合部DCと離隔し、デバイス側接合部DCよりも発熱の影響が小さくて相対的に温度が低いリードフレームSM1とソース電極パターン25S1との接合部を、ランド側接合部(第2接合部)SCとする。 In the following description, the joint between the source pad electrode SP1 and the lead frame SM1 is the device-side joint (first joint) DC, separated from the device-side joint DC, and generates more heat than the device-side joint DC. The joint portion between the lead frame SM1 and the source electrode pattern 25S1 which are less affected by the above and have a relatively low temperature is referred to as a land side joint portion (second joint portion) SC.

図26〜図27に示すように、実施の形態に係るPM1にあっては、ランド側接合部SC側において、リードフレームSM1をソース信号電極パターンSL1に接続するソースセンス用ボンディングワイヤ(第1ボンディングワイヤ)SSW1と、ランド側接合部SCに対向するデバイス側接合部DC側において、ゲートパッド電極GP1をゲート信号電極パターンGL1に接続するゲート信号用ボンディングワイヤ(第2ボンディングワイヤ)GW1とを備える。 As shown in FIGS. 26 to 27, in the PM1 according to the embodiment, the source sense bonding wire (first bonding) for connecting the lead frame SM1 to the source signal electrode pattern SL1 on the land side bonding portion SC side. A wire) SSW1 and a gate signal bonding wire (second bonding wire) GW1 for connecting the gate pad electrode GP1 to the gate signal electrode pattern GL1 on the device-side bonding portion DC side facing the land-side bonding portion SC.

同様に、ランド側接合部SC側において、リードフレームSM4をソース信号電極パターンSL4に接続するソースセンス用ボンディングワイヤ(第1ボンディングワイヤ)SSW4と、ランド側接合部SCに対向するデバイス側接合部DC側において、ゲートパッド電極GP4をゲート信号電極パターンGL4に接続するゲート信号用ボンディングワイヤ(第2ボンディングワイヤ)GW4とを備える。 Similarly, on the land side bonding portion SC side, the source sense bonding wire (first bonding wire) SSW4 for connecting the lead frame SM4 to the source signal electrode pattern SL4 and the device side bonding portion DC facing the land side bonding portion SC. On the side, a gate signal bonding wire (second bonding wire) GW4 for connecting the gate pad electrode GP4 to the gate signal electrode pattern GL4 is provided.

実施の形態に係るPM2であって、シックスインワン(6 in 1)モジュールの模式的鳥瞰パターン構成は、図28に示すように表わされる。 The schematic bird's-eye view pattern configuration of the six-in-one (6 in 1) module of PM2 according to the embodiment is shown as shown in FIG. 28.

なお、実施の形態に係るPM2は、PM1を3個、共通のセラミックス基板21A上に並列に配置し、6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュールを構成した場合の例である。 The PM2 according to the embodiment is an example in which three PM1s are arranged in parallel on a common ceramic substrate 21A to form a 6 in 1 module type switching module.

ここで、6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュールの場合、基本的な構造は、1 in 1モジュールタイプのPMや2 in 1モジュールタイプのPMと同様である。すなわち、実施の形態に係るPM2であって、6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュールは、図28に示すように、2 in 1モジュールタイプのPM11・12・13を備える。 Here, in the case of a 6 in 1 module type switching module, the basic structure is the same as that of the 1 in 1 module type PM and the 2 in 1 module type PM. That is, in the PM2 according to the embodiment, the 6 in 1 module type switching module includes 2 in 1 module type PM11 / 12/13 as shown in FIG. 28.

PM11は、半導体デバイスとして、例えばSiC MOSFETQ1・Q4を搭載し、PM12は、例えばSiC MOSFETQ2・Q5を搭載し、PM13は、例えばSiC MOSFETQ3・Q6を搭載し、PM11・12・13はPM1と同様であり、詳しい説明は省略する。 PM11 is equipped with, for example, SiC MOSFETs Q1 and Q4 as semiconductor devices, PM12 is equipped with, for example, SiC MOSFETs Q2 and Q5, PM13 is equipped with, for example, SiC MOSFETs Q3 and Q6, and PM11, 12 and 13 are the same as PM1. Yes, detailed explanation is omitted.

なお、実施の形態に係るPM2であって、6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュールは、例えば、2 in 1モジュールタイプのPM11・12・13を、図示省略の共通のモールド樹脂またはケースによって一体的に封止してなる構成を備える。 In the PM2 according to the embodiment, as the 6 in 1 module type switching module, for example, the 2 in 1 module type PM11 / 12/13 are integrally formed by a common mold resin or a case (not shown). It has a sealed structure.

すなわち、6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュール(実施の形態に係るPM2)においては、PM11・12・13を共通のセラミックス基板21A上に並列に配置して一体型のパッケージ(図示省略の樹脂モールド層)として封止すると共に、裏面電極パターン23Rを共通化(一体化)することが可能である。 That is, in the 6 in 1 module type switching module (PM2 according to the embodiment), PM11, 12 and 13 are arranged in parallel on the common ceramic substrate 21A and integrated package (resin mold layer (not shown)). ), And the back surface electrode pattern 23R can be shared (integrated).

若しくは、個別のモールド樹脂またはケースによって別体として封止した2 in 1モジュールタイプのPM11・12・13を、さらに共通のセラミックス基板21A上に並列に配置して、6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュールとすることも可能である。 Alternatively, 2 in 1 module type PM11, 12 and 13 sealed separately by individual mold resins or cases are further arranged in parallel on a common ceramic substrate 21A to form a 6 in 1 module type switching module. It is also possible to.

このような実施の形態に係るPM2の構成(6 in 1モジュールタイプのスイッチングモジュール)とした場合にも、図28に示すように、PM11・12・13において、ソースパッド電極SP1・SP4、SP2・SP5、SP3・SP6とソース電極パターン25S1(25D4)・25S4(25DN)、25S2(25D5)・25S5(25DN)、25S3(25D6)・25S6(25DN)との間に接続されるリードフレームSM1・SM4、SM2・SM5、SM3・SM6と、ランド側接合部SCのリードフレームSM1・SM4、SM2・SM5、SM3・SM6とソース信号電極パターンSL1・SL4、SL2・SL5、SL3・SL6との間を接続するソースセンス用ボンディングワイヤSSW1・SSW4、SSW2・SSW5、SSW3・SSW6とを備えることにより、高温になる動作によるワイヤ接続への熱の影響を軽減でき、ワイヤ接続性に対する高耐熱化および信頼性を向上させることが可能となる。 Even when the PM2 configuration (6 in 1 module type switching module) according to such an embodiment is adopted, as shown in FIG. 28, the source pad electrodes SP1, SP4, SP2, and so on are formed in PM11 / 12/13. Lead frames SM1 / SM4 connected between SP5, SP3 / SP6 and the source electrode patterns 25S1 (25D4) / 25S4 (25DN), 25S2 (25D5) / 25S5 (25DN), 25S3 (25D6) / 25S6 (25DN). , SM2 / SM5, SM3 / SM6, and the lead frames SM1 / SM4, SM2 / SM5, SM3 / SM6 of the land side junction SC and the source signal electrode patterns SL1 / SL4, SL2 / SL5, SL3 / SL6. By providing the bonding wires SSW1 / SSW4, SSW2 / SSW5, and SSW3 / SSW6 for source sense, the influence of heat on the wire connection due to the operation of high temperature can be reduced, and the heat resistance and reliability of the wire connectivity can be improved. It is possible to improve.

なお、ソースセンス用ボンディングワイヤSSW1・SSW4、SSW2・SSW5、SSW3・SSW6は、ランド側接合部SC側において、ソース電極パターン25S1(25D4)・25S4(25DN)、25S2(25D5)・25S5(25DN)、25S3(25D6)・25S6(25DN)と接続されても良い。 The source sense bonding wires SSW1 / SSW4, SSW2 / SSW5, SSW3 / SSW6 have source electrode patterns 25S1 (25D4) / 25S4 (25DN), 25S2 (25D5) / 25S5 (25DN) on the land side bonding portion SC side. , 25S3 (25D6) and 25S6 (25DN) may be connected.

[別の実施の形態2]
実施の形態に係るPM1であって、ワイヤボンディングおよび樹脂モールド前の模式的鳥瞰パターン構成は図29(a)に示すように表わされ、模式的平面パターン構成は図29(b)に示すように表わされる。なお、図29(a)および図29(b)は、PM1における半導体デバイスの配置の具体例を示すものであって、半導体デバイスQとして、SiC MOSFETQ1・Q4を適用した、2 in 1モジュールタイプのハーフブリッジ内蔵モジュールが例示されている。
[Another Embodiment 2]
In PM1 according to the embodiment, the schematic bird's-eye view pattern configuration before wire bonding and resin molding is shown as shown in FIG. 29 (a), and the schematic plane pattern configuration is shown as shown in FIG. 29 (b). It is represented by. Note that FIGS. 29 (a) and 29 (b) show specific examples of the arrangement of semiconductor devices in PM1, and are 2 in 1 module types to which SiC MOSFETs Q1 and Q4 are applied as semiconductor devices Q. A module with a built-in half bridge is illustrated.

すなわち、実施の形態に係るPM1は、直列接続された2個のSiC MOSFETQ1・Q4が、1つのモジュールに内蔵されたハーフブリッジ内蔵モジュールの構成を備える。 That is, the PM1 according to the embodiment includes a half-bridge built-in module in which two SiC MOSFETs Q1 and Q4 connected in series are built in one module.

実施の形態に係るPM1は、図示省略の樹脂モールド層に被覆されたセラミックス基板21の第1の辺に配置された正側電源入力端子電極(正側電力端子)Pおよび負側電源入力端子電極(負側電力端子)Nと、第1の辺に隣接する第2の辺に配置されたゲート端子GT1(ゲートG1)・ソースセンス端子SST1(ソースS1)と、第1の辺に対向する第3の辺に配置された出力端子電極(出力端子)Oと、第2の辺に対向する第4の辺に配置されたゲート端子GT4(ゲートG4)・ソースセンス端子SST4(ソースS4)とを備える。 PM1 according to the embodiment includes a positive power input terminal electrode (positive power terminal) P and a negative power input terminal electrode arranged on the first side of a ceramic substrate 21 coated with a resin mold layer (not shown). The (negative power terminal) N, the gate terminal GT1 (gate G1) and the source sense terminal SST1 (source S1) arranged on the second side adjacent to the first side, and the second side facing the first side. The output terminal electrode (output terminal) O arranged on the side of 3 and the gate terminal GT4 (gate G4) and the source sense terminal SST4 (source S4) arranged on the fourth side facing the second side are connected to each other. Be prepared.

なお、実施の形態に係るPM1は、2個の出力端子Oを備えた4電力端子構造のパワーモジュールとなっている。 The PM1 according to the embodiment is a power module having a 4-power terminal structure including two output terminals O.

ここで、図29(a)および図29(b)に示すように、2個(組)のSiC MOSFETQ1・Q4はそれぞれ3個のデバイス(チップ)を備え、SiC MOSFETQ1の各チップは、ゲート端子GT1・ソースセンス端子SST1に共通に接続(GT1の接続は未表示)され、SiC MOSFETQ4の各チップは、ゲート端子GT4・ソースセンス端子SST4に共通に接続(GT4の接続は未表示)される。 Here, as shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), the two (set) SiC MOSFETs Q1 and Q4 each include three devices (chips), and each chip of the SiC MOSFET Q1 has a gate terminal. It is commonly connected to the GT1 and the source sense terminal SST1 (the connection of the GT1 is not displayed), and each chip of the SiC MOSFET Q4 is commonly connected to the gate terminal GT4 and the source sense terminal SST4 (the connection of the GT4 is not displayed).

ゲート端子GT1・ソースセンス端子SST1は、SiC MOSFETQ1のゲート信号電極パターンGL1・ソース信号電極パターンSL1に接続され、ゲート端子GT4・ソースセンス端子SST4は、SiC MOSFETQ4のゲート信号電極パターンGL4・ソース信号電極パターンSL4に接続される。 The gate terminal GT1 and the source sense terminal SST1 are connected to the gate signal electrode pattern GL1 and the source signal electrode pattern SL1 of the SiC MOSFET Q1, and the gate terminal GT4 and the source sense terminal SST4 are the gate signal electrode pattern GL4 and the source signal electrode of the SiC MOSFET Q4. Connected to pattern SL4.

図29(a)および図29(b)に示すように、ゲート信号電極パターンGL1・GL4およびソース信号電極パターンSL1・SL4には、外部取り出し用のゲート端子GT1・GT4およびソースセンス端子SST1・SST4がハンダ付けなどによって接続される。 As shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), the gate signal electrode patterns GL1 and GL4 and the source signal electrode patterns SL1 and SL4 have gate terminals GT1 and GT4 for external extraction and source sense terminals SST1 and SST4. Is connected by soldering or the like.

なお、図29(a)および図29(b)に示すように、ゲート信号電極パターンGL1・GL4およびソース信号電極パターンSL1・SL4は信号基板261・264上に配置され、信号基板261・264はセラミックス基板21上にハンダ付けなどによって接続されていても良い。 As shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), the gate signal electrode patterns GL1 and GL4 and the source signal electrode patterns SL1 and SL4 are arranged on the signal boards 261, 264, and the signal boards 261 and 264 are It may be connected to the ceramic substrate 21 by soldering or the like.

信号基板261・264は、セラミックス基板で形成可能である。セラミックス基板は、例えば、Al2O3、AlN、SiN、AlSiC、若しくは、少なくとも表面が絶縁性のSiCなどで形成されていても良い。 The signal substrates 261, 264 can be formed of a ceramic substrate. The ceramic substrate may be formed of, for example, Al2O3, AlN, SiN, AlSiC, or at least SiC having an insulating surface.

また、図29(a)および図29(b)においては図示を省略しているが、SiC MOSFETQ1・Q4のドレインD1・ソースS1間およびドレインD4・ソースS4間に、逆並列にダイオード(DI1・DI4)が接続されていても良い。 Although not shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), diodes (DI1. DI4) may be connected.

正側電力端子P・負側電力端子N、外部取り出し用のゲート端子GT1・GT4およびソースセンス端子SST1・SST4は、例えば、Cuで形成可能である。 The positive power terminal P / negative power terminal N, the gate terminals GT1 / GT4 for external extraction, and the source sense terminals SST1 / SST4 can be formed by, for example, Cu.

主配線導体である表面電極パターン23(23D1・23D4・23DN)は、例えば、Cuによって形成可能である。 The surface electrode pattern 23 (23D1, 23D4, 23DN) which is the main wiring conductor can be formed by, for example, Cu.

ここで、図29(a)および図29(b)に示された例では、2 in 1モジュールタイプのハーフブリッジ内蔵モジュールにおいて、表面電極パターン23D1が、ハイ(High)側デバイス(SiC MOSFETQ1)用のドレイン電極パターンとして機能する。 Here, in the example shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), in the module with a built-in half bridge of the 2 in 1 module type, the surface electrode pattern 23D1 is for the high side device (SiC MOSFET Q1). Functions as a drain electrode pattern.

また、表面電極パターン23D4が、ロウ(Low)側デバイス(SiC MOSFETQ4)用のドレイン電極パターンとして機能すると共に、ハイ側デバイス用のソース電極パターン(23S1)としても機能する。つまり、ドレイン電極パターン23D4は、SiC MOSFETQ4のドレイン電極であると同時に、SiC MOSFETQ1のソース電極となる。 Further, the surface electrode pattern 23D4 functions as a drain electrode pattern for the low side device (SiC MOSFETQ4) and also as a source electrode pattern (23S1) for the high side device. That is, the drain electrode pattern 23D4 is a drain electrode of the SiC MOSFET Q4 and at the same time a source electrode of the SiC MOSFET Q1.

さらに、負側電力端子Nに接続される表面電極パターン23DNが、ロウ側デバイス用のソース電極パターン(23S4)として機能する。 Further, the surface electrode pattern 23DN connected to the negative power terminal N functions as a source electrode pattern (23S4) for the row side device.

すなわち、実施の形態に係るPM1においては、図29(a)および図29(b)に示すように、SiC MOSFETQ1は表面電極パターン23D1上に搭載されて、ドレインD1が表面電極パターン23D1と接続されると共に、ソースS1がボンディングワイヤ(図示省略のソース信号用ボンディングワイヤ)を介して表面電極パターン23D4と接続される。 That is, in PM1 according to the embodiment, as shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), the SiC MOSFET Q1 is mounted on the surface electrode pattern 23D1 and the drain D1 is connected to the surface electrode pattern 23D1. At the same time, the source S1 is connected to the surface electrode pattern 23D4 via a bonding wire (bonding wire for a source signal (not shown)).

同様に、SiC MOSFETQ4は表面電極パターン23D4上に搭載されて、ドレインD4が表面電極パターン23D4と接続されると共に、ソースS4がボンディングワイヤ(図示省略のソース信号用ボンディングワイヤ)を介して表面電極パターン23DNと接続される。 Similarly, the SiC MOSFET Q4 is mounted on the surface electrode pattern 23D4, the drain D4 is connected to the surface electrode pattern 23D4, and the source S4 is connected to the surface electrode pattern via a bonding wire (bonding wire for source signal (not shown)). Connected to 23DN.

また、実施の形態に係るPM1にあっては、図示していないが、SiC MOSFETQ1のソースセンスパッド電極をソース信号電極パターンSL1に接続するソースセンス用ボンディングワイヤと、ゲートパッド電極をゲート信号電極パターンGL1に接続するゲート信号用ボンディングワイヤとを備える。 Further, in PM1 according to the embodiment, although not shown, the source sense bonding wire for connecting the source sense pad electrode of the SiC MOSFET Q1 to the source signal electrode pattern SL1 and the gate pad electrode are connected to the gate signal electrode pattern. It includes a bonding wire for a gate signal connected to GL1.

同様に、図示していないが、SiC MOSFETQ4のソースセンスパッド電極をソース信号電極パターンSL4に接続するソースセンス用ボンディングワイヤと、ゲートパッド電極をゲート信号電極パターンGL4に接続するゲート信号用ボンディングワイヤとを備える。 Similarly, although not shown, a source sense bonding wire that connects the source sense pad electrode of the SiC MOSFET Q4 to the source signal electrode pattern SL4, and a gate signal bonding wire that connects the gate pad electrode to the gate signal electrode pattern GL4. To be equipped.

つまり、SiC MOSFETQ1・Q4の各ソース信号電極パターンSL1・SL4には、ソースセンスパッド電極を接続するための、ソースセンス用ボンディングワイヤがウエッジボンディングされる。 That is, a source sense bonding wire for connecting the source sense pad electrode is wedge-bonded to the source signal electrode patterns SL1 and SL4 of the SiC MOSFETs Q1 and Q4.

実施の形態に係るPM1は、図29(a)および図29(b)に示すように、セラミックス基板21と、セラミックス基板21の上面(第1面)に配置されたグラファイト基板18GHと、グラファイト基板18GH上に配置された表面電極パターン(第2電極パターン)23D1・23D4・23DNと、セラミックス基板21の下面(第2面)に配置された裏面電極パターン(第1電極パターン)(図示省略)とを備えるグラファイト絶縁基板と、表面電極パターン23D1・23D4上に図示矢印X方向に沿って並べて配置された複数のSiC MOSFETQ1・Q4とを備える。 As shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), PM1 according to the embodiment includes a ceramic substrate 21, a graphite substrate 18GH arranged on the upper surface (first surface) of the ceramic substrate 21, and a graphite substrate. A surface electrode pattern (second electrode pattern) 23D1, 23D4, 23DN arranged on 18GH and a back surface electrode pattern (first electrode pattern) (not shown) arranged on the lower surface (second surface) of the ceramic substrate 21. A graphite insulating substrate comprising the above, and a plurality of SiC MOSFETs Q1 and Q4 arranged side by side along the direction of the arrow X shown on the surface electrode patterns 23D1 and 23D4.

実施の形態に係るPM1において、グラファイト基板18GHのGH(YZ)配向は、複数のSiC MOSFETQ1・Q4の配置のX方向にほぼ直交する、Y方向にほぼ一致する配向方向TDとされる。つまり、X方向に並べて配置されるSiC MOSFETQ1・Q4の、GH(YZ)の配向方向TDに対する並びの方向PD1のずれの許容量(許容されるずれ量)は、X方向に対応する配向方向PDを基準とし、グラファイト基板18GHの平面(基板面)上において、時計方向に約−45度以上+45度以下の角度θの範囲、好ましくは、約−30度以上+30度以下の角度θの範囲とされる。 In PM1 according to the embodiment, the GH (YZ) orientation of the graphite substrate 18GH is an orientation direction TD that is substantially orthogonal to the X direction of the arrangement of the plurality of SiC MOSFETs Q1 and Q4 and substantially coincides with the Y direction. That is, the allowable amount of deviation (allowable deviation amount) of the alignment direction PD1 of the SiC MOSFETs Q1 and Q4 arranged side by side in the X direction with respect to the orientation direction TD of GH (YZ) is the orientation direction PD corresponding to the X direction. On the plane (board surface) of the graphite substrate 18GH, a range of an angle θ of about −45 degrees or more and +45 degrees or less in the clockwise direction, preferably a range of an angle θ of about -30 degrees or more and +30 degrees or less. Will be done.

なお、図29(a)および図29(b)において、半導体デバイスQがSiC MOSFETの場合、GT1・GT4は、SiC MOSFETQ1・Q4のゲート信号用のリード端子(いわゆる、ゲート端子)であり、SST1・SST4は、SiC MOSFETQ1・Q4のソース信号用のリード端子(いわゆる、ソースセンス端子)である。 In FIGS. 29 (a) and 29 (b), when the semiconductor device Q is a SiC MOSFET, the GT1 and GT4 are lead terminals (so-called gate terminals) for the gate signals of the SiC MOSFETs Q1 and Q4, and SST1 The SST4 is a lead terminal (so-called source sense terminal) for the source signal of the SiC MOSFETs Q1 and Q4.

これに対し、IGBTの場合には、GT1・GT4は、IGBTQ1・Q4のゲート信号用のリード端子となり、SST1・SST4は、IGBTQ1・Q4のエミッタ信号用のリード端子となる。 On the other hand, in the case of the IGBT, the GT1 and GT4 serve as lead terminals for the gate signals of the IGBT Q1 and Q4, and the SST1 and SST4 serve as lead terminals for the emitter signals of the IGBT Q1 and Q4.

実施の形態に係るPM1によれば、グラファイト基板18GHを適用したグラファイト絶縁基板の採用により、複数の半導体デバイスQの配置の方向PD1を、グラファイト基板18GHのGH(XZ)・GH(YZ)配向の配向方向TDにほぼ直交する熱伝導率の相対的に低い配向方向PDにより近似させることによって、高い熱拡散効果が期待できる。 According to PM1 according to the embodiment, by adopting the graphite insulating substrate to which the graphite substrate 18GH is applied, the direction PD1 of the arrangement of the plurality of semiconductor devices Q is set to the GH (XZ) / GH (YZ) orientation of the graphite substrate 18GH. A high thermal diffusion effect can be expected by approximating the orientation direction PD, which has a relatively low thermal conductivity and is substantially orthogonal to the orientation direction TD.

すなわち、実施の形態に係るPM1によっても、熱拡散性が良好で、構造的にも簡素であり、安価で、より低熱抵抗化が可能なパワーモジュールとすることができる。 That is, the PM1 according to the embodiment can also be used as a power module having good thermal diffusivity, structurally simple, inexpensive, and capable of lowering thermal resistance.

なお、2 in 1モジュールタイプのPM1としては、ソース電極パターンを半導体デバイスQ1・Q4の上方に備える構造のものにも適用可能であり、また、2 in 1モジュールタイプのものに限定されるものでもない。 The 2 in 1 module type PM1 can be applied to a structure in which a source electrode pattern is provided above the semiconductor devices Q1 and Q4, and is also limited to a 2 in 1 module type PM1. Absent.

実施の形態に係るPM1の模式的鳥瞰パターン構成は図30(a)に示すように表わされ、模式的平面パターン構成は図30(b)に示すように表わされる。なお、図30(a)および図30(b)では、3電力端子構造のPM1に適用した場合が例示されている。 The schematic bird's-eye view pattern configuration of PM1 according to the embodiment is shown as shown in FIG. 30 (a), and the schematic plane pattern configuration is shown as shown in FIG. 30 (b). In addition, in FIG. 30A and FIG. 30B, the case where it is applied to PM1 of the three-power terminal structure is illustrated.

ここで、図30(a)および図30(b)に示すように、実施の形態に係るPM1は、電力端子構造を除けば、実施の形態に係るPM1とほぼ同一の構成を備える。 Here, as shown in FIGS. 30A and 30B, the PM1 according to the embodiment has substantially the same configuration as the PM1 according to the embodiment except for the power terminal structure.

すなわち、実施の形態に係るPM1は、図30(a)および図30(b)に示すように、セラミックス基板21と、セラミックス基板21の上面(第1面)に配置されたグラファイト基板18GHと、グラファイト基板18GH上に配置された表面電極パターン(第2電極パターン)23D1・23D4・23DNと、セラミックス基板21の下面(第2面)に配置された裏面電極パターン(第1電極パターン)(図示省略)とを備えるグラファイト絶縁基板と、表面電極パターン23D1・23D4上に図示矢印X方向に沿って並べて配置された複数の半導体デバイス(モジュール)Q1・Q4とを備える。 That is, as shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b), the PM1 according to the embodiment includes the ceramic substrate 21, the graphite substrate 18GH arranged on the upper surface (first surface) of the ceramic substrate 21, and the graphite substrate 18GH. The surface electrode pattern (second electrode pattern) 23D1, 23D4, 23DN arranged on the graphite substrate 18GH and the back surface electrode pattern (first electrode pattern) arranged on the lower surface (second surface) of the ceramics substrate 21 (not shown). ), And a plurality of semiconductor devices (modules) Q1 and Q4 arranged side by side along the direction of the arrow X shown on the surface electrode patterns 23D1 and 23D4.

実施の形態に係るPM1において、グラファイト基板18GHの配向方向TDにおけるGH(YZ)配向は、複数の半導体デバイスQ1・Q4のX方向に沿う配向方向PDにほぼ直交する方向とされる。 In PM1 according to the embodiment, the GH (YZ) orientation in the orientation direction TD of the graphite substrate 18GH is a direction substantially orthogonal to the orientation direction PD along the X direction of the plurality of semiconductor devices Q1 and Q4.

図30(a)および図30(b)において、Pは、正側電源入力端子電極であり、Nは、負側電源入力端子電極であり、Oは、出力端子電極であり、1個の出力端子電極Oを備えた3電力端子構造のPMとなっている。 In FIGS. 30 (a) and 30 (b), P is a positive power input terminal electrode, N is a negative power input terminal electrode, and O is an output terminal electrode, which is one output. It is a PM with a three-power terminal structure equipped with a terminal electrode O.

なお、図30(a)および図30(b)において、GL1は、SiC MOSFETQ1のゲート信号用のリード端子(図示省略)が接続されるゲート信号電極パターンであり、SL1は、SiC MOSFETQ1のソース信号用のリード端子(図示省略)が接続されるソース信号電極パターンである。同様に、GL4は、SiC MOSFETQ4のゲート信号用のリード端子(図示省略)が接続されるゲート信号電極パターンであり、SL4は、SiC MOSFETQ4のソース信号用のリード端子(図示省略)が接続されるソース信号電極パターンである。 In FIGS. 30A and 30B, GL1 is a gate signal electrode pattern to which a lead terminal (not shown) for a gate signal of SiC MOSFET Q1 is connected, and SL1 is a source signal of SiC MOSFET Q1. It is a source signal electrode pattern to which a lead terminal (not shown) is connected. Similarly, GL4 is a gate signal electrode pattern to which a lead terminal for a gate signal of SiC MOSFETQ4 (not shown) is connected, and SL4 is connected to a lead terminal for a source signal of SiC MOSFETQ4 (not shown). Source signal electrode pattern.

また、図中におけるBW1は、SiC MOSFETQ1のソースパッド電極をソース電極としても機能する表面電極パターン23D4に共通に接続するためのソース信号用ボンディングワイヤであり、BW4は、SiC MOSFETQ4のソースパッド電極をソース電極としても機能する表面電極パターン23DNに共通に接続するためのソース信号用ボンディングワイヤである。 Further, BW1 in the figure is a bonding wire for a source signal for connecting the source pad electrode of SiC MOSFET Q1 to the surface electrode pattern 23D4 which also functions as a source electrode, and BW4 is a bonding wire for a source signal of SiC MOSFET Q4. It is a bonding wire for a source signal for being commonly connected to a surface electrode pattern 23DN that also functions as a source electrode.

実施の形態に係るPM1によっても、グラファイト基板18GHの基板面上、複数の半導体デバイスQ1・Q4の配置の方向PD1を、グラファイト基板18GHのGH(YZ)配向に対応する配向方向(Y方向)TDにほぼ直交する配向方向(X方向)PDとすることにより、熱拡散性が良好で、構造的にも簡素であり、安価で、より低熱抵抗化が可能となる。 Also in the PM1 according to the embodiment, the orientation PD1 of the arrangement of the plurality of semiconductor devices Q1 and Q4 on the substrate surface of the graphite substrate 18GH is set to the orientation direction (Y direction) TD corresponding to the GH (YZ) orientation of the graphite substrate 18GH. By setting the PD in the orientation direction (X direction) substantially orthogonal to the above, the thermal diffusivity is good, the structure is simple, the cost is low, and the thermal resistance can be further reduced.

以上説明したように、本実施の形態によれば、反りを抑制することができるパワーモジュールおよびその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power module capable of suppressing warpage and a method for manufacturing the power module.

[その他の実施の形態]
上記のように、いくつかの実施の形態について記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As mentioned above, some embodiments have been described, but the statements and drawings that form part of the disclosure are exemplary and should not be understood to be limiting. This disclosure will reveal to those skilled in the art various alternative embodiments, examples and operational techniques.

このように、本実施の形態は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, the present embodiment includes various embodiments not described here.

本実施の形態のパワーモジュールは、Si基板やSiC基板やGaN基板を用いたIGBTモジュール、ダイオードモジュール、MOSモジュールなどの各種の半導体モジュール技術に利用することができ、HEV(Hybrid Electric Vehicle)/EV(Electric Vehicle)向けのインバータ、ロボットなどの産業機器や家電向けのインバータやコンバータなど、幅広い応用分野に適用可能である。 The power module of this embodiment can be used for various semiconductor module technologies such as an IGBT module, a diode module, and a MOS module using a Si substrate, a SiC substrate, or a GaN substrate, and can be used for HEV (Hybrid Electric Vehicle) / EV. It can be applied to a wide range of application fields such as inverters for (Electric Vehicles), industrial equipment such as robots, and inverters and converters for home appliances.

61,69,GF…基板(グラファイト基板)
64…半導体デバイス
62,RA,RB,RC,RD…樹脂(熱可塑性樹脂,液晶ポリマー)
71,72…(樹脂)注入ゲート
71B,72B…ゲート痕
71A,72A…(樹脂)注入方向
63,68…銅層
64…半導体デバイス
65…ワイヤ
66…パワー端子
67…スペーサー(柱状電極)
61, 69, GF ... Substrate (graphite substrate)
64 ... Semiconductor device 62, RA, RB, RC, RD ... Resin (thermoplastic resin, liquid crystal polymer)
71, 72 ... (resin) injection gate 71B, 72B ... gate marks 71A, 72A ... (resin) injection direction 63, 68 ... copper layer 64 ... semiconductor device 65 ... wire 66 ... power terminal 67 ... spacer (columnar electrode)

Claims (20)

熱膨張率に異方性を有する基板と、
前記基板上に実装された半導体デバイスと、
前記基板上に積層され、前記半導体デバイスを封止する樹脂と
を備え、
前記基板の前記半導体デバイスが実装される面の任意の方向をX方向、前記X方向に直交する方向をY方向とした場合、
前記基板は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さく、
前記樹脂は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さい
ことを特徴とするパワーモジュール。
A substrate having anisotropy in the coefficient of thermal expansion and
The semiconductor device mounted on the substrate and
A resin laminated on the substrate and sealing the semiconductor device is provided.
When the arbitrary direction of the surface of the substrate on which the semiconductor device is mounted is the X direction, and the direction orthogonal to the X direction is the Y direction.
The substrate has a smaller coefficient of thermal expansion in the Y direction than the X direction.
The resin is a power module characterized in that the coefficient of thermal expansion is smaller in the Y direction than in the X direction.
前記基板は、グラファイト基板であることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。 The power module according to claim 1, wherein the substrate is a graphite substrate. 前記グラファイト基板は、面方向よりも厚み方向に熱伝導率が相対的に高い配向を備えることを特徴とする請求項2に記載のパワーモジュール。 The power module according to claim 2, wherein the graphite substrate has an orientation in which the thermal conductivity is relatively higher in the thickness direction than in the plane direction. 前記樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のパワーモジュール。 The power module according to any one of claims 1 to 3, wherein the resin is a thermoplastic resin. 前記熱可塑性樹脂は、液晶ポリマーであることを特徴とする請求項4に記載のパワーモジュール。 The power module according to claim 4, wherein the thermoplastic resin is a liquid crystal polymer. 前記パワーモジュールの前記樹脂は、射出成型によって成型され、
前記樹脂は、成型時の注入方向に沿う方向の熱膨張率が小さいように異方性が生じ、前記基板の低熱膨張率方向の一端に注入ゲートが配置されたときのゲート痕を備える
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
The resin of the power module is molded by injection molding.
The resin is anisotropy so that the coefficient of thermal expansion in the direction along the injection direction at the time of molding is small, and has a gate mark when the injection gate is arranged at one end in the direction of the low coefficient of thermal expansion of the substrate. The power module according to any one of claims 1 to 5, which is characterized.
前記樹脂の注入方向は、前記Y方向を基準として−45度以上+45度以下であることを特徴とする請求項6に記載のパワーモジュール。 The power module according to claim 6, wherein the resin injection direction is −45 degrees or more and +45 degrees or less with respect to the Y direction. 前記基板上に配線パターンを有する銅層が形成され、
前記銅層上に前記半導体デバイスが搭載され、
前記半導体デバイスがパワー端子および出力端子に接続され、
前記各端子の一部を除き、前記樹脂により封止されている
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
A copper layer having a wiring pattern is formed on the substrate, and a copper layer having a wiring pattern is formed.
The semiconductor device is mounted on the copper layer,
The semiconductor device is connected to the power terminal and the output terminal,
The power module according to any one of claims 1 to 7, wherein the power module is sealed with the resin except for a part of each terminal.
前記パワーモジュールは、Si系またはSiC系のIGBT、ダイオード、MOSFET、GaN系FETのいずれかを備えることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のパワーモジュール。 The power module according to any one of claims 1 to 8, wherein the power module includes any one of a Si-based or SiC-based IGBT, a diode, a MOSFET, and a GaN-based FET. 前記パワーモジュールは、ワンインワンモジュール、ツーインワンモジュール、フォーインワンモジュール、シックスインワンモジュール、セブンインワンモジュール、エイトインワンモジュール、トゥエルブインワンモジュール、またはフォーティーンインワンモジュールのいずれかを構成することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のパワーモジュール。 The power module comprises any one of a one-in-one module, a two-in-one module, a four-in-one module, a six-in-one module, a seven-in-one module, an eight-in-one module, a twelve-in-one module, and a fourteen-in-one module. The power module according to any one of 9 to 9. 熱膨張率に異方性を有する基板が形成される工程と、
前記基板上に半導体デバイスが実装される工程と、
前記基板上に前記半導体デバイスを封止するように樹脂が積層される工程と
を有し、
前記基板面の任意の方向をX方向、前記X方向に直交する方向をY方向とした場合、
前記基板は、前記X方向に比べて前記Y方向に熱膨張率が小さくなるように形成され、
前記樹脂は、前記Y方向の一端から樹脂を注入して形成される
ことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
The process of forming a substrate having anisotropy in the coefficient of thermal expansion,
The process of mounting a semiconductor device on the substrate and
It has a step of laminating a resin on the substrate so as to seal the semiconductor device.
When the arbitrary direction of the substrate surface is the X direction and the direction orthogonal to the X direction is the Y direction,
The substrate is formed so that the coefficient of thermal expansion is smaller in the Y direction than in the X direction.
A method for manufacturing a power module, wherein the resin is formed by injecting the resin from one end in the Y direction.
前記基板は、グラファイト基板であることを特徴とする請求項11に記載のパワーモジュールの製造方法。 The method for manufacturing a power module according to claim 11, wherein the substrate is a graphite substrate. 前記グラファイト基板は、面方向よりも厚み方向に熱伝導率が相対的に高い配向を備えることを特徴とする請求項12に記載のパワーモジュールの製造方法。 The method for manufacturing a power module according to claim 12, wherein the graphite substrate has an orientation in which the thermal conductivity is relatively higher in the thickness direction than in the plane direction. 前記樹脂は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。 The method for manufacturing a power module according to any one of claims 11 to 13, wherein the resin is a thermoplastic resin. 前記熱可塑性樹脂は、液晶ポリマーであることを特徴とする請求項14に記載のパワーモジュールの製造方法。 The method for manufacturing a power module according to claim 14, wherein the thermoplastic resin is a liquid crystal polymer. 前記パワーモジュールは、射出成型によって成型され、
前記樹脂は、成型時の注入方向に沿って低熱膨張率になるように異方性が生じ、前記基板の低熱膨張率方向と同じ方向に注入ゲートが配置されている
ことを特徴とする請求項11〜15のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。
The power module is molded by injection molding.
The claim is characterized in that the resin is anisotropy so as to have a low coefficient of thermal expansion along the injection direction at the time of molding, and the injection gate is arranged in the same direction as the direction of the low coefficient of thermal expansion of the substrate. The method for manufacturing a power module according to any one of 11 to 15.
前記樹脂の注入方向は、前記Y方向を基準として−45度以上+45度以下であることを特徴とする請求項16に記載のパワーモジュールの製造方法。 The method for manufacturing a power module according to claim 16, wherein the injection direction of the resin is −45 degrees or more and +45 degrees or less with respect to the Y direction. 前記半導体デバイスの上方に、前記基板と対向するように第2の基板を配置する工程と、
前記各端子と前記基板および前記第2の基板の対向する面と反対側の面の一部を除き、前記樹脂により封止する工程とを更に有する
ことを特徴とする請求項11〜17のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。
A step of arranging a second substrate above the semiconductor device so as to face the substrate, and
Any of claims 11 to 17, further comprising a step of sealing with the resin except for a part of each terminal, the substrate, and a surface opposite to the opposite surface of the second substrate. The method for manufacturing a power module according to item 1.
前記パワーモジュールは、Si系またはSiC系のIGBT、ダイオード、MOSFET、GaN系FETのいずれかを備えることを特徴とする請求項11〜18のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。 The method for manufacturing a power module according to any one of claims 11 to 18, wherein the power module includes any one of a Si-based or SiC-based IGBT, a diode, a MOSFET, and a GaN-based FET. 前記パワーモジュールは、ワンインワンモジュール、ツーインワンモジュール、フォーインワンモジュール、シックスインワンモジュール、セブンインワンモジュール、エイトインワンモジュール、トゥエルブインワンモジュール、またはフォーティーンインワンモジュールのいずれかを構成することを特徴とする請求項11〜19のいずれか1項に記載のパワーモジュールの製造方法。 11. The power module comprises any one of a one-in-one module, a two-in-one module, a four-in-one module, a six-in-one module, a seven-in-one module, an eight-in-one module, a twelve-in-one module, and a fourteen-in-one module. The method for manufacturing a power module according to any one of 19 to 19.
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