JP2012004468A - Method for manufacturing semiconductor module unit - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体モジュールの外筺体を放熱体上に実装してなる半導体モジュールユニットの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor module unit in which an outer casing of a semiconductor module is mounted on a radiator.
半導体モジュールと、これが実装されるヒートシンクとの間には、熱伝達を良くする熱伝導層として高熱伝導性のグリース層が設けられる。しかし、例えば2W/mK以上の熱伝導率を持つ熱伝導性グリースは、粘度が高く塗布が困難であるため、実装プロセスに難点があった。その一方で、粘度を低くするべく基油の分子量を下げた場合には、ブリードや揮発が発生し易く、信頼性に欠けるという問題点がある。 Between the semiconductor module and the heat sink on which it is mounted, a highly thermally conductive grease layer is provided as a thermally conductive layer that improves heat transfer. However, for example, a thermal conductive grease having a thermal conductivity of 2 W / mK or more has a difficulty in the mounting process because of its high viscosity and difficult application. On the other hand, when the molecular weight of the base oil is lowered in order to reduce the viscosity, there is a problem that bleeding and volatilization are likely to occur, and reliability is lacking.
グリース層におけるオイルのブリードを防止するために、グリース層の代わりにゲルを用いるものが示されている(例えば特許文献1)。塗布後の加熱反応によってゲル化するものを用いれば塗布が容易であり、塗布後にブリードは生じない。 In order to prevent oil bleed in the grease layer, a gel is used instead of the grease layer (for example, Patent Document 1). If a material that gels by a heating reaction after coating is used, coating is easy, and bleeding does not occur after coating.
特許文献1に示されるようなゲルシートを熱伝導層として用いる場合、塗布後の加熱反応によって硬化したゲルシートは、パッケージや基材の反りが大きい場合これに追従できず信頼性に欠けるという問題がある。さらに、高温で熱膨張するため、熱抵抗が上昇するという問題もある。
When a gel sheet as shown in
そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、塗布性、信頼性が良く、基材の反りへの追従性も良い熱伝導性グリースを用いた半導体モジュールの実装方法の提供を目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a method for mounting a semiconductor module using a thermally conductive grease that has good coatability and reliability, and also has good followability to warpage of a substrate.
本発明の第1の半導体モジュールユニットの製造方法は、半導体モジュールの外筺体を放熱体上に実装してなる半導体モジュールユニットの製造方法であって、(a)半導体モジュール又は放熱体の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の熱伝導性グリースを塗布する工程と、(b)半導体モジュールを放熱体上にグリース塗布面を介して実装する工程と、(c)工程(b)の後、グリースを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程とを備える。 A first method for manufacturing a semiconductor module unit of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor module unit in which an outer casing of a semiconductor module is mounted on a radiator, and (a) on the mounting surface of the semiconductor module or the radiator. Applying a thermally conductive grease having a viscosity of 130 Pa · s or less at 20 ° C. and a shear rate of 5 / sec; and (b) mounting a semiconductor module on a radiator via a grease application surface; ) After the step (b), the grease is thickened so that the yield value of the viscosity at 20 ° C. is 40 Pa or more and 300 Pa or less.
また、本発明の第2の半導体モジュールユニットの製造方法は、(a)半導体モジュール又は放熱体の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の熱伝導性グリースを塗布する工程と、(b)熱伝導性グリースを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程と、(c)工程(b)の後、半導体モジュールを放熱体上に熱伝導性グリース塗布面を介して実装する工程とを備える。 In the second method for producing a semiconductor module unit of the present invention, (a) a thermally conductive grease having a viscosity of 130 Pa · s or less at 20 ° C. and a shear rate of 5 / sec is applied to the mounting surface of the semiconductor module or radiator. A step of applying, a step of (b) increasing the viscosity of the thermally conductive grease so that the yield value of the viscosity at 20 ° C. is 40 Pa or more and 300 Pa or less, and (c) after step (b), the semiconductor module is made a radiator. And a process of mounting via a thermally conductive grease application surface.
本発明の第1の半導体モジュールユニットの製造方法は、(a)半導体モジュール又は放熱体の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の熱伝導性グリースを塗布する工程と、(b)半導体モジュールを放熱体上にグリース塗布面を介して実装する工程と、(c)工程(b)の後、グリースを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程とを備える。熱伝導性グリースの粘度を塗布時に低くすることによって、擦れることなく塗布できると共に、半導体モジュールを放熱体上に実装した後に増粘することによって、ポンピングアウトを防止し信頼性のあるグリースとなる。さらに、20℃における粘度の降伏値を300Pa以下とすることによって、半導体モジュールの反りに追従することも可能である。加えて、グリースはゲルシートや接着剤とは異なり容易に形状変化するため、高温で熱膨張することによる熱抵抗増加が生じないという利点を有する。 According to the first method of manufacturing a semiconductor module unit of the present invention, (a) a thermally conductive grease having a viscosity of 130 Pa · s or less at 20 ° C. and a shear rate of 5 / sec is applied to a mounting surface of a semiconductor module or a radiator. And (b) a step of mounting the semiconductor module on the radiator via the grease application surface, and (c) after step (b), the yield value of the viscosity of the grease at 20 ° C. is 40 Pa or more and 300 Pa or less. And a step of increasing the viscosity. By reducing the viscosity of the heat conductive grease at the time of application, it can be applied without rubbing, and by increasing the viscosity after mounting the semiconductor module on the radiator, pumping out is prevented and a reliable grease is obtained. Furthermore, it is possible to follow the warpage of the semiconductor module by setting the yield value of the viscosity at 20 ° C. to 300 Pa or less. In addition, unlike the gel sheet and the adhesive, the grease easily changes its shape, and thus has an advantage that the thermal resistance does not increase due to thermal expansion at a high temperature.
また、本発明の第2の半導体モジュールユニットの製造方法は、半導体モジュールの外筺体を放熱体上に実装してなる半導体モジュールユニットの製造方法であって、(a)半導体モジュール又は放熱体の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の熱伝導性グリースを塗布する工程と、(b)熱伝導性グリースを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程と、(c)工程(b)の後、半導体モジュールを放熱体上に熱伝導性グリース塗布面を介して実装する工程とを備える。熱伝導性グリースの粘度を塗布時に低くすることによって、擦れることなく塗布できると共に、熱伝導性グリースを増粘した後に半導体モジュールを放熱体上に実装することにより、ポンピングアウトを防止し信頼性のあるグリースとなる。さらに、20℃における粘度の降伏値を300Pa以下とすることによって、半導体モジュールの反りに追従することも可能である。加えて、グリースはゲルシートや接着剤とは異なり容易に形状変化するため、高温で熱膨張することによる熱抵抗増加が生じない。 A second method for manufacturing a semiconductor module unit of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor module unit in which an outer casing of a semiconductor module is mounted on a radiator, and (a) mounting of the semiconductor module or the radiator. Applying a thermally conductive grease having a viscosity of 130 Pa · s or less at 20 ° C. and a shear rate of 5 / sec to the surface; and (b) a yield value of the viscosity at 20 ° C. of the thermal conductive grease being 40 Pa or more and 300 Pa or less. And (c) after the step (b), a step of mounting the semiconductor module on the radiator via a thermally conductive grease application surface. By reducing the viscosity of the thermal conductive grease at the time of application, it can be applied without rubbing, and after thickening the thermal conductive grease, the semiconductor module is mounted on the radiator to prevent pumping out and improve reliability. It becomes a certain grease. Furthermore, it is possible to follow the warpage of the semiconductor module by setting the yield value of the viscosity at 20 ° C. to 300 Pa or less. In addition, since the shape of a grease is easily changed unlike a gel sheet or an adhesive, an increase in thermal resistance due to thermal expansion at a high temperature does not occur.
<半導体モジュール>
図1に、本実施の形態の半導体モジュールの一例であるモールド型のインバーターモジュールの断面構造を示す。モールド型インバーターモジュールは、リードフレーム1と、リードフレーム1に高熱伝導導電性のダイボンド5を介して実装されるパワー素子4と、複数のリードフレーム1間を導通するワイヤーボンド3とを備える。さらに、モールド型インバーターモジュールは、リードフレーム1の背面に設けられて放熱機能を有するインナーヒートスプレッター6と、インナーヒートスプレッター6の背面に設けられる熱伝導性絶縁シート7と、熱伝導性絶縁シート7の背面に設けられる銅箔8と、銅箔8とリードフレーム1の一部を露出させてそれ以外の上述の構成要素を封止する封止樹脂2とを備える。インナーヒートスプレッター6、熱伝導性絶縁シート7、銅箔8を介して、パワー素子4の熱が放熱される構成となっている。
<Semiconductor module>
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a molded inverter module which is an example of the semiconductor module of the present embodiment. The mold-type inverter module includes a
図2に、本実施の形態の半導体モジュールの別の例であるケース型のインバーターモジュールの断面構造を示す。ケース型インバーターモジュールは、金属ベース板13と、金属ベース板13上に高熱伝導導電性のダイボンド5を介して形成される複数のDBC(Direct Bonding Copper)セラミック基板12と、DBCセラミック基板12上にそれぞれ実装されるパワー素子4と、複数のパワー素子4間を導通するワイヤーボンド3とを備える。さらに、ケース型のインバーターモジュールは、金属ベース板13上において、パワー素子4が実装された領域を囲うように設けられる樹脂ケース枠10と、ワイヤーボンド3を樹脂ケース枠10の外部に導通するために樹脂ケース枠10に埋め込まれた埋め込みブスバー9と、樹脂ケース枠10内を封止するシリコーンゲル11とを備える。金属ベース板13を介して、パワー素子4の熱が放熱される構成となっている。
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a case type inverter module which is another example of the semiconductor module of the present embodiment. The case type inverter module includes a
図1に示したインバーターモジュールは、図3(a),(b),(c)の手順に示すように、銅箔8側の面に熱伝導層14を介してヒートシンク15に実装され、半導体モジュールユニットとなる。ヒートシンク15に実装する際には、図4に示すように、インバーターモジュールがヒートシンク15と固定されるよう皿ばね17と皿ばね支持体18を用いて加圧する。
The inverter module shown in FIG. 1 is mounted on a
<熱伝導層>
インバーターモジュールとヒートシンク15の間に設けられる熱伝導層14には、従来から、熱伝導性グリースの他、ゲルシートあるいはゴムシートや、硬化性接着剤などが用いられる。
<Heat conduction layer>
For the heat
図5に、熱伝導層に用いる材料の夫々について長所と短所を示す。最も良く用いられるのはオイルにフィラーを添加した熱伝導性グリースであるが、導電率を2.0W/m・K以上にするべくフィラー量を増加すると、粘度が上がり塗布に支障をきたす。低粘度化するためにはオイル成分の低分子量化が有効であるが、揮発しやすくなるため耐熱性の低下を招く。また、低粘度にすれば塗布が容易であるが、実装した後の素子動作に伴うヒートサイクルによりポンピングアウトが発生し、グリースが半導体モジュールとヒートシンク15の間から徐々に外に移動するため熱抵抗が増加し、信頼性に欠ける。このように、熱伝導性グリースを用いる場合には塗布性と信頼性の間にトレードオフが発生するため、両者を満足するものは得られない。
FIG. 5 shows the advantages and disadvantages of each of the materials used for the heat conductive layer. The most commonly used is a thermally conductive grease in which a filler is added to oil. However, if the amount of filler is increased so that the electrical conductivity is 2.0 W / m · K or more, the viscosity increases and the coating is hindered. In order to reduce the viscosity, it is effective to reduce the molecular weight of the oil component, but since it tends to volatilize, the heat resistance is reduced. In addition, if the viscosity is low, coating is easy, but pumping out occurs due to the heat cycle accompanying the operation of the element after mounting, and the grease gradually moves outside between the semiconductor module and the
ポンピングアウトはグリースのようなオイル状の物性に由来するものであるから、半導体モジュールとヒートシンク15に挟み込むものが固体であればこの問題は解決する。ゲル状あるいはゴム状の高熱伝導シートが市販されており、これらはカットしたものをヒートシンクに載せて半導体モジュールで挟み込むだけであるため、実装プロセスが容易で特殊な装置を必要としない。また、簡単に取り外せるのでリペア性にも優れている。しかしながら、これらはグリースと異なり薄く広がる性質のものではないので、膜厚が厚くなり熱抵抗が大きくなってしまう。さらに、高温ではシートが熱膨張して熱抵抗が増大する。また、半導体モジュールやヒートシンクに接する界面での熱抵抗が大きいという欠点も有している。
Since pumping out is derived from oily physical properties such as grease, this problem can be solved if the semiconductor module and the
また、熱硬化性あるいは湿気硬化性樹脂にフィラーを添加した接着剤をモジュールまたはヒートシンク15に塗布し、両者を貼り合わせた後接着剤を硬化する場合もポンピングアウトの発生を無くすことができる。これらの接着剤は塗布後硬化するため成分が揮発することがない。そのため、低分子量の成分を用いて、塗布時に低粘度にすることができ、容易に塗布することができる。また半導体モジュールやヒートシンク15界面に対して強固に接着するため界面熱抵抗は比較的低い。しかしながら、冷熱に起因するモジュールの反りに追従することができず、一度クラックや剥離が発生すると熱抵抗が大きく増大し、もとに戻らないという欠点がある。またゲルシートやゴムシートの場合と同様に、高温では接着剤が熱膨張して熱抵抗が増加する。
Also, when an adhesive obtained by adding a filler to a thermosetting or moisture curable resin is applied to the module or the
ところで、半導体モジュールとヒートシンク15間の隙間は、モジュール動作時に発生する熱に起因するモジュールの反りにより増加するものである。例えばモールド型インバーターモジュールの場合は、室温で0.05mmであった隙間が125℃では0.2mmに達する。半導体モジュールとヒートシンク15間に挟み込む熱伝導層14は、モジュールの反りに追従して流動し、半導体モジュールとヒートシンク15間を充填する必要があるため、液状でなければならない。そこで、発明者らは塗布性、耐ポンピングアウト性、反り追従性、耐熱性を考慮し、パワーモジュール実装の際にモジュールとヒートシンク15間に充填する熱伝導層14として、増粘性グリースを用いることが最適であることを見出した。本発明の増粘性グリースは、未初期状態では塗布するのに最適な粘度であり、反応後は信頼性の面から最適な粘度に変化するものである。増粘は加熱、光、放射線、湿気、溶剤乾燥の何れかで発現する。
By the way, the gap between the semiconductor module and the
<増粘性グリース>
用いる増粘性グリースの増粘前の粘度、増粘後の粘度と実際の塗布性、信頼性評価結果について検討を重ねた。粘度とスクリーン印刷仕上がり結果の検討結果を図6に示す。市販の7種類のグリース(グリース1〜グリース7)を、スクリーン印刷機を用いて0.5mm厚のSUSステンシル版に印刷した。50mm角パターンを3×5配列で印刷し、ウレタン平スキージを用いてスキージ角度75°、塗布速度は5mm/secとした。このときの、室温(20℃)における、剪断速度5(1/sec)及び剪断速度1(1/sec)で測定した粘度(Pa・s)と、降伏値(Pa)、擦れの有無を示している。
<Thickening grease>
The viscosity before thickening of the thickening grease to be used, the viscosity after thickening, the actual applicability, and the reliability evaluation results were repeatedly investigated. The examination result of the viscosity and the screen printing finish result is shown in FIG. Seven types of commercially available greases (
この結果から、印刷性(塗布性)を評価する場合は、グリースの粘度を剪断速度5(1/sec)で測定するのが好ましいことが分かった。これ以上速い速度だと、高粘度のグリースの場合、グリースが回転速度に追従できず、回転板とグリースの希釈型間に滑りが発生し、再現性のあるデータが得にくい。実際の塗布性との相関を検討した結果、20℃、5(1/sec)での粘度が150Pa・s以上であると、スクリーン印刷機での塗布精度が著しく低くなり、擦れが生じやすくなることが分かった。そして、130Pa・s以下であれば擦れが生じず塗布性が良い。 From this result, it was found that when the printability (applicability) is evaluated, it is preferable to measure the viscosity of the grease at a shear rate of 5 (1 / sec). If the speed is higher than this, in the case of grease with high viscosity, the grease cannot follow the rotational speed, and slipping occurs between the rotating plate and the grease dilution type, making it difficult to obtain reproducible data. As a result of examining the correlation with the actual coating property, when the viscosity at 20 ° C. and 5 (1 / sec) is 150 Pa · s or more, the coating accuracy on the screen printing machine is remarkably lowered, and rubbing easily occurs. I understood that. If it is 130 Pa · s or less, rubbing does not occur and coating properties are good.
次にポンピングアウトの評価を行った(図6)。50mm×35mmの2mm厚のアルミ板中央に、スクリーン印刷で直径10mmの丸パターンを厚さ110ミクロンで印刷し、100ミクロンスペーサーを介して同形状のガラス板を上から被せ、両端をクリップで留めた。グリースはガラス板とアルミ板の両方に接していることを確認した。 Next, pumping out was evaluated (FIG. 6). On the center of a 2 mm thick aluminum plate of 50 mm x 35 mm, a 10 mm diameter round pattern is printed by screen printing at a thickness of 110 microns, covered with a glass plate of the same shape from above via a 100 micron spacer, and both ends are clipped It was. It was confirmed that the grease was in contact with both the glass plate and the aluminum plate.
できあがった試料を、長手方向を下に直角に立てた状態でヒートサイクル試験装置に入れ、−40℃/120℃で500サイクルを経た後取り出し、初期位置からたれ落ちたグリースの位置を測定し、その長さをポンピングアウトしやすさの指標とした。この結果も図6に示している。たれ長さと粘度の関係を見ると、降伏値で評価することがもっとも適当であることが分かる。 The resulting sample was placed in a heat cycle test apparatus with the longitudinal direction standing at a right angle downward, taken out after 500 cycles at −40 ° C./120° C., and the position of the grease dripping from the initial position was measured. The length was used as an index of ease of pumping out. This result is also shown in FIG. From the relationship between the sagging length and the viscosity, it can be seen that it is most appropriate to evaluate the yield value.
図6に示した降伏値は(1)式に示すカッソン式から導かれる。 The yield value shown in FIG. 6 is derived from the Casson equation shown in equation (1).
ここで、τはずり応力、η∞はずり速度が無限大のときの粘度(極限粘度)、Dはずり速度であり、τ0が降伏値となる。よって、ずり応力の1/2乗とずり速度の1/2乗を図7に示すようにプロットしたときに描かれる直線のy軸切片から、降伏値が求められる。
Here, τ shear stress, η∞ shear viscosity (infinite viscosity) and D shear rate when the shear rate is infinite, and τ 0 is the yield value. Therefore, the yield value is obtained from the y-axis intercept of a straight line drawn when the
ヒートサイクル試験(−50℃/125℃、500サイクル、モジュール垂直設置)後の熱抵抗測定結果より、降伏値は40Pa以上であるのが好ましいことが判明した。またトランスファーモールド型インバーターモジュールCT300DAB060(三菱電機製)を125℃に昇温して反りを測定した場合、約0.1mmであった。このインバーターモジュールにグリースを塗布した上でヒートシンクに実装し、熱を発生させて熱抵抗を測定したところ、20℃での降伏値が300Pa以上のグリースの場合には、グリースが反りに追従せずボイドが発生していると思われる熱抵抗増大が見られた。 From the results of thermal resistance measurement after the heat cycle test (−50 ° C./125° C., 500 cycles, module vertical installation), it was found that the yield value is preferably 40 Pa or more. Further, when the transfer mold type inverter module CT300DAB060 (manufactured by Mitsubishi Electric Corporation) was heated to 125 ° C. and the warpage was measured, it was about 0.1 mm. After applying grease to this inverter module and mounting it on a heat sink, heat was generated and the thermal resistance was measured. In the case of grease with a yield value of 300 Pa or higher at 20 ° C, the grease does not follow the warp. An increase in thermal resistance, which is thought to have voids, was observed.
以上の検討結果より、本発明の熱伝導層14に用いる増粘性グリースは、増粘前では20℃、剪断速度5(1/sec)における粘度が130Pa・s以下であり、且つ増粘後には20℃での降伏値が40Pa以上、300Pa以下であることが好ましいことが判明した。しかしながら、図6に掲載したグリース1〜7の中でその両者を満足するものはない。両者を満足するグリースとしては、反応性グリースや塗布後溶剤を揮発させる事により増粘する溶剤希釈グリースが挙げられる。これらのグリースはパッケージ側または基板・ヒートシンク側のどちらに塗布しても、良好な熱抵抗を得ることが可能である。
From the above examination results, the thickening grease used for the heat
(実施の形態1)
実施の形態1の半導体モジュールユニットの製造方法では、増粘性グリースとして反応性グリースを用いる。図8では、図1に示したトランスファーモールド型半導体モジュールであるCT300DAB060(三菱電機製)を、金属ベース板19に実装して半導体モジュールユニットとする工程を示す。なお、図8において、図3,4で示した構成要素と同一のものについては同一の参照符号を付している。
(Embodiment 1)
In the manufacturing method of the semiconductor module unit of the first embodiment, reactive grease is used as the thickening grease. FIG. 8 shows a process of mounting the CT300DAB060 (manufactured by Mitsubishi Electric Corp.), which is the transfer mold type semiconductor module shown in FIG. 1, on the
図8に示すように、図8(a)の半導体モジュールの外筺体(封止樹脂2および銅箔8の外面)のうち銅箔8が形成された面(放熱側)を上にして、その面に反応性グリース14aを厚さ50μmのステンシル版を用いてスクリーン印刷する(図8(b))。反応性グリース14aは、市販のシリコーン系グリース(図6のグリース3)100gに対し、市販の粘度0.1Pa・sの付加型シリコーンコーティング材を7g加えて良く撹拌し、さらに熱硬化性を有する反応性グリースを調合したものを用いる。混合後の粘度は、20℃、剪断速度5(1/sec)で120Pa・sとなる。印刷パターンは、59×39mmの印刷範囲に9mm角の正方形パターンを1mmピッチで配列する(図9)。グリース厚は約50μmである。なお、反応性グリース14aは半導体モジュールではなく銅ベース板19(放熱体)にスクリーン印刷しても良い。
As shown in FIG. 8, the outer surface of the semiconductor module (the outer surface of the sealing
次に、印刷面(グリース塗布面)を下にして、半導体モジュールを厚さ3mmのニッケルメッキの銅ベース板19に実装し、リードフレーム1の3箇所をブスバー20にねじ止めする。さらに、皿バネ17と皿ばね支持体18を用いて半導体モジュールと金属ベース板19が動かないように固定し、上から約400Nの加重を行う。そのままの状態で150℃、1時間加熱して反応性グリース14aを増粘させることにより、半導体モジュールを銅ベース板19に実装した半導体モジュールユニットを得る(図8(c))。反応性グリース14aは、150℃で1時間過熱した後に室温まで冷却したところ降伏値が190Paとなった。以上の工程を経た反応性グリース14aは、粘度の降伏値が上述した40Pa以上300Pa以下の条件を満たしており、ポンピングアウトを生じることなくモジュールの反りに追従する望ましい特性となった。なお、反応前と反応後の粘度とずり速度の関係を図10に示す。
Next, the semiconductor module is mounted on a 3 mm-thick nickel-plated
以上の説明では、半導体モジュールを金属ベース板19に実装した後に反応性グリース14aの増粘を行ったが、反応性グリースを用いる場合には実装の前に増粘プロセスを行っても良い。また、増粘方法は加熱に限らずグリースの材料に応じて、光照射や照射線放射、また水分供給等の方法によっても良い。
In the above description, the
<効果>
本実施の形態の半導体モジュールユニットの製造方法によれば、以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態1の半導体モジュールユニットの製造方法は、半導体モジュールの外筺体を放熱体(金属ベース板19)上に実装してなる半導体モジュールユニットの製造方法であって、(a)半導体モジュールまたは金属ベース板19の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の反応性グリース14aを塗布する工程と、(b)半導体モジュールを金属ベース板19上にグリース塗布面を介して実装する工程と、(c)工程(b)の後、反応性グリース14aを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程とを備える。反応性グリース14aの粘度を塗布時に低くすることによって、擦れることなく塗布できると共に、半導体モジュールを金属ベース板19に実装した後に増粘することによって、ポンピングアウトを防止し信頼性のあるグリースとなる。さらに、20℃における粘度の降伏値を300Pa以下とすることによって、半導体モジュールの反りに追従することも可能である。加えて、反応性グリース14aはゲルシートや接着剤とは異なり高温で熱膨張することによる熱抵抗増加が生じない。
<Effect>
According to the manufacturing method of the semiconductor module unit of the present embodiment, the following effects are obtained. That is, the manufacturing method of the semiconductor module unit according to the first embodiment is a manufacturing method of a semiconductor module unit in which an outer casing of a semiconductor module is mounted on a radiator (metal base plate 19), and (a) a semiconductor module Alternatively, a step of applying a
また、上記工程(c)では、加熱、光もしくは放射線照射、水分供給のいずれかによりグリース14を増粘させることにより、塗布性と信頼性の両方を実現するグリースとすることが可能である。
Moreover, in the said process (c), it is possible to make it the grease which implement | achieves both applicability | paintability and reliability by thickening the
さらに、上記工程(a)において熱硬化性を有するグリースを含む反応性グリース14aを塗布する場合は、工程(c)で反応性グリース14aを加熱することにより増粘させて、塗布性と信頼性の両方を実現するグリースとすることが可能である。
Further, when the
(実施の形態2)
実施の形態2の半導体モジュールユニットの製造方法では、増粘性グリースとして溶剤希釈グリースを用いる。図11では、図1に示したトランスファーモールド型半導体モジュールであるCT300DAB060(三菱電機製)を、金属ベース板19に実装して半導体モジュールユニットとする工程を示す。なお、図11において、図8で示した構成要素と同一のものについては同一の参照符号を付している。
(Embodiment 2)
In the method for manufacturing the semiconductor module unit of the second embodiment, solvent diluted grease is used as the thickening grease. FIG. 11 shows a process of mounting the CT300DAB060 (manufactured by Mitsubishi Electric Corp.), which is the transfer mold type semiconductor module shown in FIG. 1, on the
図11に示すように、図11(a)の半導体モジュールの外筺体(封止樹脂2および銅箔8の外面)のうち銅箔8が形成された面(放熱側)を上にして、その面に溶剤希釈グリース14bを厚さ50μmのステンシル版を用いてスクリーン印刷する(図11(b))。溶剤希釈グリース14bは、市販のシリコーン系グリース(図6のグリース3)100gに揮発性の溶媒としてトルエン5gを添加したものを用いる。混合後の粘度は、20℃、剪断速度5(1/sec)で120Pa・sとなる。印刷パターンは59×39mmで長方形抜きパターンとする。グリース厚は約55μmである。なお、溶剤希釈グリース14bは半導体モジュールではなく銅ベース板19(放熱体)にスクリーン印刷しても良い。
As shown in FIG. 11, the outer surface of the semiconductor module of FIG. 11A (the outer surface of the sealing
次に、溶剤希釈グリース14bを印刷した半導体モジュールをグリース塗布面になにも触れないようにしながら70℃で30分、さらに150℃で1時間加熱し、グリース中のトルエンを揮発させて増粘させる。このように溶剤希釈グリース14bを用いる場合は、溶剤を揮発させる必要があるため、実装工程の前に増粘工程を行う。トルエン揮発後のグリースの降伏値は、トルエン添加前の降伏値とほぼ同じ52Paになった。但し膜厚は若干減少して50μmとなった。
Next, the semiconductor module on which the solvent-diluted
その後、印刷面(グリース塗布面)を下にして、厚さ3mmのニッケルメッキの銅ベース板19に実装し、上から溶剤希釈グリース14bを潰す目的で約1000Nの加圧を20秒間かけ(図11(c))、その後加圧を緩めた後、リードフレーム1の3箇所をブスバー20にねじ止めした。さらに、皿バネ17と皿ばね支持体18を用いて上から約400Nの加重をかけることにより、半導体モジュールを銅ベース板19に実装した半導体モジュールユニットを得る(図11(d))。
After that, the printed surface (grease-applied surface) is mounted on a nickel-plated
以上の説明では、加熱することにより溶剤希釈グリース14bを増粘させたが、増粘方法は加熱に限らずグリースの材料に応じて、光照射や照射線放射、また水分供給等の方法によっても良い。
In the above description, the solvent-diluted
<効果>
本実施の形態の半導体モジュールユニットの製造方法によれば、以下の効果を奏する。すなわち、実施の形態2の半導体モジュールユニットの製造方法は、半導体モジュールの外筺体を放熱体(金属ベース板19)上に実装してなる半導体モジュールユニットの製造方法であって、(a)半導体モジュールまたは金属ベース板19の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の溶剤希釈グリース14bを塗布する工程と、(b)溶剤希釈グリース14bを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程と、(c)半導体モジュールを金属ベース板19上にグリース塗布面を介して実装する工程と、を備える。溶剤希釈グリース14bの粘度を塗布時に低くすることによって、擦れることなく塗布できると共に、溶剤希釈グリース14bを増粘した後に半導体モジュールを金属ベース板19上に実装することによって、ポンピングアウトを防止し信頼性のあるグリースとなる。さらに、20℃における粘度の降伏値を300Pa以下とすることによって、半導体モジュールの反りに追従することも可能である。加えて、溶剤希釈グリース14bはゲルシートや接着剤とは異なり高温で熱膨張することによる熱抵抗増加が生じない。
<Effect>
According to the manufacturing method of the semiconductor module unit of the present embodiment, the following effects are obtained. In other words, the method for manufacturing a semiconductor module unit according to the second embodiment is a method for manufacturing a semiconductor module unit in which an outer casing of a semiconductor module is mounted on a radiator (metal base plate 19), and (a) a semiconductor module Or a step of applying a solvent
また、上記工程(b)では、加熱または室温での溶剤乾燥によって溶剤希釈グリース14bを増粘させることにより、塗布性と信頼性の両方を実現するグリースとすることが可能である。
Moreover, in the said process (b), it is possible to make it the grease which implement | achieves both applicability | paintability and reliability by making the
さらに、上記工程(a)において揮発性の溶媒を含む溶剤希釈グリース14bを塗布する場合には、上記工程(b)において溶媒を揮発させることによりグリースを増粘させ、塗布性と信頼性の両方を実現するグリースとすることが可能である。
Furthermore, in the case where the solvent
1 リードフレーム、2 封止樹脂、3 ワイヤーボンド、4 パワー素子、5 ダイボンド、6 ヒートスプレッタ、7 熱伝導性絶縁シート、8 銅箔、9 埋め込みブスバー、10 樹脂ケース枠、11 シリコーンゲル、12 DBCセラミック基板、13 金属ベース板、14 熱伝導層 14a 反応性グリース、14b 溶剤希釈グリース、15 ヒートシンク、17 皿ばね、18 皿ばね支持体、19 金属ベース板、20 ブスバー。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(a)前記半導体モジュール又は前記放熱体の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の熱伝導性グリースを塗布する工程と、
(b)前記半導体モジュールを前記放熱体上に前記グリース塗布面を介して実装する工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記グリースを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程とを備える、半導体モジュールユニットの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module unit comprising an outer casing of a semiconductor module mounted on a radiator,
(A) applying a thermally conductive grease having a viscosity of 130 Pa · s or less at 20 ° C. and a shear rate of 5 / sec to the mounting surface of the semiconductor module or the radiator;
(B) mounting the semiconductor module on the radiator via the grease application surface;
(C) After the said process (b), the process of making the said grease thicken so that the yield value of the viscosity in 20 degreeC may be 40 Pa or more and 300 Pa or less, The manufacturing method of a semiconductor module unit.
(a)前記半導体モジュールまたは前記放熱体の実装面に、20℃、剪断速度5/secにおける粘度が130Pa・s以下の熱伝導性グリースを塗布する工程と、
(b)前記熱伝導性グリースを20℃における粘度の降伏値が40Pa以上300Pa以下となるように増粘させる工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記半導体モジュールを前記放熱体上に前記熱伝導性グリース塗布面を介して実装する工程とを備える、半導体モジュールユニットの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module unit comprising an outer casing of a semiconductor module mounted on a radiator,
(A) applying a thermally conductive grease having a viscosity of 130 Pa · s or less at 20 ° C. and a shear rate of 5 / sec to the mounting surface of the semiconductor module or the radiator;
(B) increasing the viscosity of the thermally conductive grease so that the viscosity yield value at 20 ° C. is 40 Pa or more and 300 Pa or less;
(C) After the step (b), a step of mounting the semiconductor module on the radiator via the thermally conductive grease application surface.
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