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JP2020098882A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2020098882A
JP2020098882A JP2018237094A JP2018237094A JP2020098882A JP 2020098882 A JP2020098882 A JP 2020098882A JP 2018237094 A JP2018237094 A JP 2018237094A JP 2018237094 A JP2018237094 A JP 2018237094A JP 2020098882 A JP2020098882 A JP 2020098882A
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Japan
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lead frame
insulating sheet
semiconductor device
semiconductor module
outer peripheral
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Application number
JP2018237094A
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Japanese (ja)
Inventor
良平 角
Ryohei Sumi
良平 角
康弘 粂
Yasuhiro Kume
康弘 粂
豊 堀田
Yutaka Hotta
豊 堀田
誠二 安井
Seiji Yasui
誠二 安井
慎也 大須賀
Shinya Osuga
慎也 大須賀
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Aisin AW Co Ltd
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Aisin AW Co Ltd
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Abstract

【課題】電気絶縁性(耐圧)を十分高く確保できる半導体装置を提供する。【解決手段】 半導体装置1は、半導体モジュール10、放熱板20及び電気絶縁シート30を備える。半導体モジュール10は、板状にそれぞれ形成された半導体素子11及びリードフレーム12を有し、リードフレーム12の一方の側面が、半導体素子11の一方の側面に重ね合わせられるようにして電気的に接続され、半導体素子11及びリードフレーム12のうち、リードフレーム12の他方の側面を除く部分が電気絶縁性材料からなる封止部13によって覆われている。放熱板20は、リードフレーム12の他方の側面に対面配置される。電気絶縁シート30は、半導体モジュール10と放熱板20との間に挟み込まれる。放熱板20は、電気絶縁シート30の外周縁部を取り囲む壁面を有し、電気絶縁シート30の外周縁部を拘束して電気絶縁シート30の外周縁部が外側へ伸びるように変形することを抑制する拘束部(枠部22又は凹部RP)を備える。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of ensuring sufficiently high electric insulation (breakdown voltage). A semiconductor device (1) includes a semiconductor module (10), a heat dissipation plate (20), and an electrical insulation sheet (30). The semiconductor module 10 has a semiconductor element 11 and a lead frame 12 each formed in a plate shape, and one side surface of the lead frame 12 is electrically connected so as to be superposed on one side surface of the semiconductor element 11. The semiconductor element 11 and the lead frame 12 are covered with the sealing portion 13 made of an electrically insulating material, except for the other side surface of the lead frame 12. The heat dissipation plate 20 is arranged facing the other side surface of the lead frame 12. The electrically insulating sheet 30 is sandwiched between the semiconductor module 10 and the heat dissipation plate 20. The heat dissipation plate 20 has a wall surface that surrounds the outer peripheral edge portion of the electric insulating sheet 30, restrains the outer peripheral edge portion of the electric insulating sheet 30, and deforms so that the outer peripheral edge portion of the electric insulating sheet 30 extends outward. The restraint part (frame part 22 or recessed part RP) is provided. [Selection diagram] Figure 2

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method.

例えば、下記特許文献1に記載されているように、複数の半導体素子及びリードフレームを備えた半導体モジュールは知られている。半導体素子は、その作動に伴い発熱する。特に、出力電力が比較的大きい半導体素子の発熱量は大きい。そこで、半導体素子の熱破壊を防止するため、半導体モジュールに、放熱器(例えば、放熱フィン)が装着されて、半導体モジュールの冷却効率が高められている。 For example, as described in Patent Document 1 below, a semiconductor module including a plurality of semiconductor elements and a lead frame is known. The semiconductor element generates heat as it operates. Particularly, the amount of heat generated by a semiconductor device having a relatively large output power is large. Therefore, in order to prevent thermal destruction of the semiconductor element, a radiator (for example, a radiation fin) is attached to the semiconductor module to improve the cooling efficiency of the semiconductor module.

一般に、上記のような従来の半導体装置は、次のようにして製造される。まず、半導体モジュールが、次のようにして製造される。薄板状の半導体素子の側面(例えば、下面)にリードフレーム(ダイパッド)が接合される。つぎに、半導体素子及びリードフレームの耐衝撃性を向上させるため、及び電極間の沿面放電を防止するため、半導体素子及びリードフレームの一部が電気絶縁性材料(合成樹脂材)で封止される。具体的には、リードフレームに接合された半導体素子が、所定の型枠内に載置され、その金型内に合成樹脂材(例えば、熱硬化性樹脂材)が流し込まれ、合成樹脂材が固化される。このようにして半導体モジュールが製造される。上記のように、半導体モジュールの構成部品のうち、リードフレームの下面を除く部分が合成樹脂材によって覆われている。 Generally, the conventional semiconductor device as described above is manufactured as follows. First, a semiconductor module is manufactured as follows. A lead frame (die pad) is bonded to a side surface (for example, a lower surface) of the thin plate semiconductor element. Next, in order to improve the impact resistance of the semiconductor element and the lead frame and to prevent the creeping discharge between the electrodes, a part of the semiconductor element and the lead frame is sealed with an electrically insulating material (synthetic resin material). It Specifically, a semiconductor element bonded to a lead frame is placed in a predetermined mold, a synthetic resin material (for example, a thermosetting resin material) is poured into the mold, and the synthetic resin material is Solidified. In this way, the semiconductor module is manufactured. As described above, of the components of the semiconductor module, the portion other than the lower surface of the lead frame is covered with the synthetic resin material.

つぎに、放熱器の表面に、電気絶縁シートが載置され、その電気絶縁シートの上に、半導体モジュールが載置される。つまり、リードフレームの下面が電気絶縁シートの上面に当接される。なお、電気絶縁シートは、電気絶縁材(例えば、熱可塑性樹脂材)で構成され、リードフレームと放熱器との間を電気的に絶縁する。最後に、電気絶縁シート(又は装置全体)が加熱されて、電気絶縁シートの表面が軟化され、半導体モジュールと電気絶縁シートが密着されるとともに、放熱器と電気絶縁シートが密着される。その後、電気絶縁シートが冷却されて固化する。このように、電気絶縁シートは、半導体モジュールと放熱器とを電気的に絶縁するだけでなく、両者を接着する機能を有する。 Next, the electric insulating sheet is placed on the surface of the radiator, and the semiconductor module is placed on the electric insulating sheet. That is, the lower surface of the lead frame is brought into contact with the upper surface of the electrical insulating sheet. The electrically insulating sheet is made of an electrically insulating material (for example, a thermoplastic resin material) and electrically insulates between the lead frame and the radiator. Finally, the electric insulating sheet (or the entire apparatus) is heated to soften the surface of the electric insulating sheet, and the semiconductor module and the electric insulating sheet are brought into close contact with each other, and the radiator and the electric insulating sheet are brought into close contact with each other. Then, the electrically insulating sheet is cooled and solidified. Thus, the electrically insulating sheet not only electrically insulates the semiconductor module and the radiator, but also has a function of adhering the two.

特開2003−153554号公報JP, 2003-153554, A

半導体装置の組み立て工程において、半導体モジュールと電気絶縁シートを密着させるとともに、放熱器と電気絶縁シートを密着させるため、半導体モジュールを放熱器側へ押圧しながら電気絶縁シートを軟化させると良い。その際、半導体モジュール内の半導体素子が押圧されて破壊されることを防止するため、半導体モジュールのうち、半導体素子の直上からすこし離れた部分を押圧することが好ましい。例えば、半導体モジュールの外周縁部を部分的に押圧するとよい。しかし、この場合、図11に示すように、電気絶縁シートの外周縁部が集中的に押圧されて、当該部分が外側へ伸びるように変形する(はみ出す)虞がある。特に、半導体モジュールの下面の外周縁部が中央部に比べて下方へ沈みこむように反った場合、上記のはみ出し量が大きくなり、電気絶縁シートの外周縁部の押し潰し量が比較的大きくなる。よって、半導体モジュールと放熱器との電気絶縁距離が比較的小さくなる。つまり、電気絶縁性(耐圧)が低下する。 In the process of assembling the semiconductor device, the semiconductor module and the electric insulating sheet are brought into close contact with each other, and the radiator and the electric insulating sheet are brought into close contact with each other. Therefore, it is preferable to soften the electric insulating sheet while pressing the semiconductor module toward the radiator. At this time, in order to prevent the semiconductor element in the semiconductor module from being pressed and destroyed, it is preferable to press a part of the semiconductor module that is slightly away from directly above the semiconductor element. For example, the outer peripheral edge of the semiconductor module may be partially pressed. However, in this case, as shown in FIG. 11, the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet may be intensively pressed and the portion may be deformed (protruded) to extend outward. In particular, when the outer peripheral edge portion of the lower surface of the semiconductor module is warped so as to sink downward as compared with the central portion, the above-mentioned protrusion amount becomes large and the crushing amount of the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet becomes relatively large. Therefore, the electrical insulation distance between the semiconductor module and the radiator becomes relatively small. That is, the electrical insulation (breakdown voltage) is reduced.

本発明は上記課題に対処するためになされたもので、その目的は、電気絶縁性(耐圧)を十分高く確保できる半導体装置及びその製造方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of ensuring a sufficiently high electrical insulation property (breakdown voltage) and a method for manufacturing the same. In the following description of each constituent feature of the present invention, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals of corresponding portions of the embodiment are shown in parentheses, but each constituent feature of the present invention is It should not be construed as being limited to the configuration of corresponding portions indicated by the reference numerals of the embodiment.

上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置(1)は、板状にそれぞれ形成された半導体素子(11)及びリードフレーム(12)を有し、前記リードフレームの一方の側面が、前記半導体素子の一方の側面に重ね合わせられるようにして電気的に接続され、前記半導体素子及び前記リードフレームのうち前記リードフレームの他方の側面を除く部分が電気絶縁性材料からなる封止部(13)によって覆われていて、前記リードフレームの他方の側面が露出している半導体モジュール(10)と、前記リードフレームの他方の側面に対面配置された放熱器(20)と、加熱されて粘度が変化する電気絶縁材から構成され、前記半導体モジュールと前記放熱器との間に挟み込まれた電気絶縁シート(30)と、を備え、前記放熱器は、前記電気絶縁シートの外周縁部を取り囲む拘束部(22、RP)を備える。また、本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体モジュールの外周部を前記放熱器側へ押圧しながら、前記電気絶縁シートの外周部と中央部との間に温度差を付与する工程を含む。 In order to achieve the above object, a semiconductor device (1) according to the present invention has a semiconductor element (11) and a lead frame (12) each formed in a plate shape, and one side surface of the lead frame is A sealing portion that is electrically connected so as to be superposed on one side surface of the semiconductor element, and a portion of the semiconductor element and the lead frame other than the other side surface of the lead frame is made of an electrically insulating material ( 13) a semiconductor module (10) covered by the other side surface of the lead frame and a radiator (20) facing the other side surface of the lead frame, and heated to a viscosity. And an electric insulating sheet (30) sandwiched between the semiconductor module and the radiator, the radiator surrounding an outer peripheral edge portion of the electric insulating sheet. A restraint portion (22, RP) is provided. Further, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes the step of applying a temperature difference between the outer peripheral portion and the central portion of the electrical insulating sheet while pressing the outer peripheral portion of the semiconductor module toward the radiator. ..

本発明の一態様において、前記放熱器の表面から突出した凸部からなる枠部(22)である。 In one aspect of the present invention, the frame portion (22) is a convex portion protruding from the surface of the radiator.

本発明の他の態様において、前記拘束部は、前記放熱器の表面に設けられた凹部(RP)である。 In another aspect of the present invention, the restraint portion is a recess (RP) provided on the surface of the radiator.

本発明に係る半導体装置において、電気絶縁シートの外周縁部が、拘束部に取り囲まれている。よって、電気絶縁シートの外周縁部は、下方へ押圧されたとしても、外側へ伸びる(半導体モジュールからはみ出す)ように変形することができない。よって、電気絶縁シートの外周縁部が押し潰され難い。そのため、電気絶縁性(耐圧)を十分高く確保できる。 In the semiconductor device according to the present invention, the outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet is surrounded by the restraint portion. Therefore, even if the outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet is pressed downward, it cannot be deformed so as to extend outward (extend from the semiconductor module). Therefore, the outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet is unlikely to be crushed. Therefore, electric insulation (breakdown voltage) can be sufficiently high.

本発明の一実施形態に係る半導体装置(インバータ装置)の斜視図である。It is a perspective view of a semiconductor device (inverter device) concerning one embodiment of the present invention. 図1に示した半導体装置の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示した半導体装置の平面図である。2 is a plan view of the semiconductor device shown in FIG. 1. FIG. 図3のA−A断面図であるFIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG. 3. 図4に示した半導体装置において、半導体モジュールが反って、半導体モジュールと電気絶縁シートとの間に隙間が形成された状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the semiconductor module is warped and a gap is formed between the semiconductor module and the electrically insulating sheet in the semiconductor device shown in FIG. 4. 図5に示した半導体装置において、電気絶縁シートの中央部に外周縁部の一部が流動して、前記隙間が埋められた状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a part of an outer peripheral edge portion of the semiconductor device shown in FIG. 5 flows in a central portion of an electrically insulating sheet to fill the gap. 本発明の変形例に係る半導体装置の前後方向に垂直な断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view perpendicular to the front-rear direction of a semiconductor device according to a modification of the present invention. 本発明の他の変形例に係る半導体装置の前後方向に垂直な断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to another modification of the present invention, which is perpendicular to the front-rear direction. 図8に示した半導体装置において、半導体モジュールの周端面及び凹部の周壁面に傾斜面を設けた例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an example in which an inclined surface is provided on the peripheral end surface of the semiconductor module and the peripheral wall surface of the recess in the semiconductor device shown in FIG. 8. 図9に示した半導体装置において、半導体モジュールを放熱板に接着した状態を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the semiconductor module is bonded to a heat dissipation plate in the semiconductor device shown in FIG. 9. 従来の半導体装置の電気絶縁シートの外周縁部及びその周辺部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outer peripheral part of the electrically insulating sheet of the conventional semiconductor device, and its peripheral part.

本発明の一実施形態に係る半導体装置1は、図1乃至図3に示すように、半導体モジュール10、放熱板20及び電気絶縁シート30を備える。半導体装置1は、半導体装置1は、ハイブリッド車の走行用の電動モータ(三相交流モータ)を駆動するインバーター装置である。すなわち、半導体装置1は、電動モータ、制御装置及び直流電源装置に接続されており、制御装置から供給された駆動信号に基づいて、直流電源装置から供給された直流電力を三相交流電力に変換して、電動モータに供給する。なお、本実施形態は、本発明をインバーター装置に適用した例であるが、本発明は、他の半導体装置にも適用可能である。 As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention includes a semiconductor module 10, a heat dissipation plate 20, and an electrical insulating sheet 30. The semiconductor device 1 is an inverter device that drives an electric motor (three-phase AC motor) for running a hybrid vehicle. That is, the semiconductor device 1 is connected to the electric motor, the control device, and the DC power supply device, and converts the DC power supplied from the DC power supply device into three-phase AC power based on the drive signal supplied from the control device. And supply it to the electric motor. Note that the present embodiment is an example in which the present invention is applied to an inverter device, but the present invention is also applicable to other semiconductor devices.

半導体モジュール10は、長方形の板状に形成されている。以下の説明において、半導体モジュール10の厚さ方向に平行な方向を上下方向と呼ぶ。また、半導体モジュール10の長辺の延設方向に平行な方向を左右方向と呼ぶ。また、半導体モジュール10の短辺の延設方向に平行な方向を前後方向と呼ぶ。 The semiconductor module 10 is formed in a rectangular plate shape. In the following description, the direction parallel to the thickness direction of the semiconductor module 10 is called the vertical direction. Further, a direction parallel to the extending direction of the long side of the semiconductor module 10 is called a left-right direction. The direction parallel to the extending direction of the short side of the semiconductor module 10 is called the front-back direction.

半導体モジュール10は、図4に示すように、複数の半導体素子(トランジスタ)11及びリードフレーム12を備える。 As shown in FIG. 4, the semiconductor module 10 includes a plurality of semiconductor elements (transistors) 11 and a lead frame 12.

半導体素子11は、薄板状に形成されている。半導体素子11は、その板厚方向が上下方向に一致するように配置されている。半導体素子11は、その平面視において略正方形を呈する。半導体素子11の一方の辺が左右方向に平行であって、他方の辺が前後方向に平行である。 The semiconductor element 11 is formed in a thin plate shape. The semiconductor element 11 is arranged so that the plate thickness direction thereof coincides with the vertical direction. The semiconductor element 11 has a substantially square shape in plan view. One side of the semiconductor element 11 is parallel to the left-right direction, and the other side is parallel to the front-rear direction.

リードフレーム12は、金属製(例えば、アルミニウム製又は銅製)の板状部材である。リードフレーム12は、その板厚方向が上下方向に一致するように配置されている。リードフレーム12の上面に、複数の半導体素子11が電気的に接続されている。上記の複数の半導体素子11が、リードフレーム12の上面において、左右方向に等間隔に配置されている。なお、半導体素子11とは異なる図示しない電子部品、端子などが、リードフレーム12の上側に配置され、それらが、半導体素子11及びリードフレーム12に電気的に接続されている。 The lead frame 12 is a plate-shaped member made of metal (for example, aluminum or copper). The lead frame 12 is arranged so that the plate thickness direction thereof coincides with the vertical direction. A plurality of semiconductor elements 11 are electrically connected to the upper surface of the lead frame 12. The plurality of semiconductor elements 11 are arranged on the upper surface of the lead frame 12 at equal intervals in the left-right direction. Electronic parts, terminals, and the like (not shown) different from the semiconductor element 11 are arranged on the upper side of the lead frame 12, and are electrically connected to the semiconductor element 11 and the lead frame 12.

上記のように互いに接続された複数の部品が、図示しない型枠内に配置され、その型枠内に熱硬化性樹脂材が流し込まれる。そして、熱硬化性樹脂材が固化されて、封止部13が形成される。つまり、リードフレーム12の下面から見て上方に位置する部分が、熱硬化性樹脂材からなる封止部13によって覆われている。言い換えれば、半導体モジュール10において、リードフレーム12の下面のみが露出しており、その他の部分は、封止部13によって覆われている。 A plurality of components connected to each other as described above are arranged in a mold (not shown), and the thermosetting resin material is poured into the mold. Then, the thermosetting resin material is solidified to form the sealing portion 13. That is, the portion of the lead frame 12 located above when viewed from the lower surface is covered with the sealing portion 13 made of a thermosetting resin material. In other words, in the semiconductor module 10, only the lower surface of the lead frame 12 is exposed and the other portions are covered by the sealing portion 13.

放熱板20は、金属製(例えば、アルミニウム製又は銅製)の板状部材である。放熱板20は、本体部21及び枠部22を備える。本体部21と枠部22とが一体的に形成されている。本体部21は、略長方形の板状部である。本体部21の板厚方向が上下方向に一致するように放熱板20が配置されている。 The heat sink 20 is a plate-shaped member made of metal (for example, aluminum or copper). The heat sink 20 includes a main body portion 21 and a frame portion 22. The main body 21 and the frame 22 are integrally formed. The body portion 21 is a substantially rectangular plate-shaped portion. The heat radiating plate 20 is arranged so that the plate thickness direction of the main body portion 21 coincides with the vertical direction.

枠部22は、本体部21の上面から突出している。枠部22は、本体部21の中央部に配置されている。枠部22は、左右方向に延びる長方形を呈する。すなわち、枠部22は、その長辺を構成する前後一対の凸部221,222と、短辺を構成する左右一対の凸部223,224を有する。凸部221,222及び凸部223,224の長手方向に垂直な断面は、略正方形を呈する(図4参照)。枠部22の内周縁部の左右方向の寸法及び前後方向の寸法)が、半導体モジュール10の外周縁部の左右方向の寸法及び前後方向の寸法と同等である。なお、枠部22は、本発明の拘束部に相当する。 The frame portion 22 projects from the upper surface of the main body portion 21. The frame portion 22 is arranged in the central portion of the main body portion 21. The frame portion 22 has a rectangular shape extending in the left-right direction. That is, the frame portion 22 has a pair of front and rear convex portions 221 and 222 forming its long side and a pair of left and right convex portions 223 and 224 forming its short side. The cross sections perpendicular to the longitudinal direction of the convex portions 221, 222 and the convex portions 223, 224 have a substantially square shape (see FIG. 4 ). The left-right dimension and the front-rear dimension of the inner peripheral edge of the frame portion 22 are equal to the left-right dimension and the front-rear dimension of the outer peripheral edge of the semiconductor module 10. The frame portion 22 corresponds to the restraint portion of the present invention.

電気絶縁シート30は、熱可塑性樹脂製のシート状部材である。電気絶縁シート30の形状及び大きさは、半導体モジュール10の下面の形状及び大きさと同一である。 The electric insulating sheet 30 is a sheet-shaped member made of a thermoplastic resin. The shape and size of the electrically insulating sheet 30 are the same as the shape and size of the lower surface of the semiconductor module 10.

半導体モジュール10と放熱板20とが、次のようにして、電気絶縁シート30によって接着される(接着工程)。まず、電気絶縁シート30が、半導体モジュール10と放熱板20との間に挟み込まれる。図4に示すように、電気絶縁シート30の外周縁部が、封止部13の外周縁部の下方に位置している。つぎに、半導体モジュール10の上面における外周縁部が下方へ押圧されながら、半導体モジュール10、放熱板20及び電気絶縁シート30が加熱されて、電気絶縁シート30が軟化される。その後、半導体モジュール10、放熱板20及び電気絶縁シート30が冷却される。これにより、電気絶縁シート30が固化して、半導体モジュール10と放熱板20とが、電気絶縁シート30によって接着される。 The semiconductor module 10 and the heat sink 20 are adhered to each other by the electric insulating sheet 30 as follows (adhesion step). First, the electrically insulating sheet 30 is sandwiched between the semiconductor module 10 and the heat sink 20. As shown in FIG. 4, the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet 30 is located below the outer peripheral edge portion of the sealing portion 13. Next, the semiconductor module 10, the heat dissipation plate 20, and the electrical insulating sheet 30 are heated while the outer peripheral edge portion on the upper surface of the semiconductor module 10 is pressed downward, and the electrical insulating sheet 30 is softened. After that, the semiconductor module 10, the heat sink 20 and the electrical insulating sheet 30 are cooled. As a result, the electrically insulating sheet 30 is solidified, and the semiconductor module 10 and the heat sink 20 are bonded by the electrically insulating sheet 30.

上記のように、半導体モジュール10と放熱板20とを接着する工程において、半導体モジュール10の外周縁部が下方へ押圧されている。そのため、電気絶縁シート30の外周縁部が封止部13の外周縁部によって下方へ押圧される。ここで、電気絶縁シート30の周端面は、枠部22によって取り囲まれている。つまり、電気絶縁シート30の周端面が、枠部22の内周面(壁面)に対面している。よって、電気絶縁シート30の外周縁部は、下方へ押圧されたとしても、外側へ伸びる(半導体モジュール10からはみ出す)ように変形することができない。そのため、電気絶縁シート30の外周縁部が押し潰され難い。したがって、本実施形態によれば、電気絶縁性(電気絶縁距離)を十分高く確保できる。 As described above, in the step of bonding the semiconductor module 10 and the heat dissipation plate 20, the outer peripheral edge portion of the semiconductor module 10 is pressed downward. Therefore, the outer peripheral edge of the electrical insulating sheet 30 is pressed downward by the outer peripheral edge of the sealing portion 13. Here, the peripheral end surface of the electrically insulating sheet 30 is surrounded by the frame portion 22. That is, the peripheral end surface of the electrical insulating sheet 30 faces the inner peripheral surface (wall surface) of the frame portion 22. Therefore, the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet 30 cannot be deformed so as to extend outward (extend from the semiconductor module 10) even if pressed downward. Therefore, the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet 30 is unlikely to be crushed. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to secure a sufficiently high electrical insulation property (electrical insulation distance).

ところで、従来の半導体モジュールにおいて、その外周縁部が中央部に比べて下方へ沈み込むように反っている場合には、半導体モジュールの下面と電気絶縁シートとの間に隙間(空気層)が形成される。この場合、半導体モジュールの放熱性が低下する。さらに、この場合、接着面積が比較的小さく、半導体モジュールと放熱器との接合強度が低い。 By the way, in the conventional semiconductor module, when the outer peripheral edge portion is warped so as to sink downward as compared with the central portion, a gap (air layer) is formed between the lower surface of the semiconductor module and the electrical insulating sheet. To be done. In this case, the heat dissipation of the semiconductor module is reduced. Further, in this case, the bonding area is relatively small and the bonding strength between the semiconductor module and the radiator is low.

本実施形態では、電気絶縁シート30の外周縁部が外側へ伸びるように変形できないため、半導体モジュール10の上面の外周縁部を下方へ押圧しても、半導体モジュール10の外周部が中央部に比べて下方へ沈み込むように変形し難い。つまり、半導体モジュール10の反りを抑制できる。 In the present embodiment, since the outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet 30 cannot be deformed so as to extend outward, even if the outer peripheral edge portion of the upper surface of the semiconductor module 10 is pressed downward, the outer peripheral portion of the semiconductor module 10 becomes the central portion. It is difficult to deform so that it sinks downward compared to. That is, the warp of the semiconductor module 10 can be suppressed.

ここで、図5に示すように、半導体モジュール10が多少反って、半導体モジュール10の下面と電気絶縁シート30との間に隙間Sが形成された場合について述べる。この場合、電気絶縁シート30の外周縁部は、枠部22によって、外側へ伸びるように変形することが規制されている。ただし、電気絶縁シート30の外周縁部の一部が、電気絶縁シート30の中央部側へ移動(流動)することは可能である。これにより、図6に示すように、電気絶縁シート30の中央部の肉厚が少し大きくなり、隙間Sが埋められる。すなわち、半導体モジュール10の下面に電気絶縁シート30が密着する。これにより、半導体モジュール10の放熱性が高く維持される。さらに、半導体モジュール10と放熱板20との接合強度が高く維持される。 Here, as shown in FIG. 5, a case will be described in which the semiconductor module 10 is slightly warped and a gap S is formed between the lower surface of the semiconductor module 10 and the electrical insulating sheet 30. In this case, the outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet 30 is restricted by the frame portion 22 from deforming so as to extend outward. However, a part of the outer peripheral edge portion of the electrical insulation sheet 30 can move (flow) to the central portion side of the electrical insulation sheet 30. As a result, as shown in FIG. 6, the thickness of the central portion of the electrically insulating sheet 30 is slightly increased, and the gap S is filled. That is, the electrical insulating sheet 30 is in close contact with the lower surface of the semiconductor module 10. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor module 10 is maintained high. Furthermore, the joint strength between the semiconductor module 10 and the heat sink 20 is maintained high.

また、半導体モジュール10の外周縁部と放熱板20とを締結部材(ボルト)を用いて固定した場合に比べて、部品点数が少ない。また、半導体装置1を小型化できる。 Further, the number of parts is smaller than that in the case where the outer peripheral edge portion of the semiconductor module 10 and the heat dissipation plate 20 are fixed using fastening members (bolts). Further, the semiconductor device 1 can be downsized.

なお、電気絶縁シート30は、フィラー(例えば、六方晶窒化ホウ素)を含んでいてもよい。この場合、電気絶縁シート30のシート厚方向にフィラーが配列されて、電気絶縁シート30のシート厚方向の熱伝導率が高く設定されるとよい。 The electrically insulating sheet 30 may include a filler (eg, hexagonal boron nitride). In this case, it is preferable that fillers are arranged in the sheet thickness direction of the electrical insulation sheet 30 so that the thermal conductivity of the electrical insulation sheet 30 in the sheet thickness direction is set high.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.

例えば、上記実施形態では、放熱板20の本体部21と枠部22とが一体的に形成されているが、図7に示すように、本体部21と枠部22とが別体として形成されていてもよい。この場合、枠部材22は、合成樹脂製であってもよい。さらに、この場合、本体部21に、枠部22が嵌め込まれる溝部G22を設けるとよい。これにとれば、本体部21における枠部22の位置を既定し易く、半導体モジュール10及び電気絶縁シート30の位置ずれを防止できる。 For example, in the above embodiment, the main body 21 and the frame 22 of the heat dissipation plate 20 are integrally formed, but as shown in FIG. 7, the main body 21 and the frame 22 are formed as separate bodies. May be In this case, the frame member 22 may be made of synthetic resin. Further, in this case, it is preferable to provide the main body portion 21 with the groove portion G 22 into which the frame portion 22 is fitted. In this case, the position of the frame portion 22 in the main body portion 21 can be easily fixed, and the displacement of the semiconductor module 10 and the electrical insulating sheet 30 can be prevented.

また、本体部21の上面から突出した枠部22を設けるのではなく、図8に示すように、本体部21の中央部に、電気絶縁シート30及び半導体モジュール10が収容される凹部RPを設けてもよい。つまり、凹部RPの底壁面RPaを上下方向に対して垂直とするとともに凹部RPの周壁面RPbを底壁面RPaに対して垂直とし、電気絶縁シート30の周端面を、周壁面RPbに対面させればよい。 Further, instead of providing the frame portion 22 protruding from the upper surface of the main body portion 21, as shown in FIG. 8, a concave portion RP for accommodating the electrically insulating sheet 30 and the semiconductor module 10 is provided in the central portion of the main body portion 21. May be. That is, the bottom wall surface RPa of the recessed portion RP is perpendicular to the vertical direction, and the peripheral wall surface RPb of the recessed portion RP is perpendicular to the bottom wall surface RPa, so that the peripheral end surface of the electrical insulating sheet 30 faces the peripheral wall surface RPb. Good.

この場合、図9及び図10に示すように、凹部RPの周壁面RPbの下半部RPb1を底壁面RPaに対して垂直とし、且つ周壁面RPbの上半部RPb2を下半部RPb1に対して傾斜させてもよい。そして、封止部13の周端面13aを、上半部RPb2に合致するように傾斜させればよい。これによれば、半導体モジュール10の上面の外周縁部を下方へ押圧すると、半導体モジュール10が凹部RPを押し広げようとする力が作用する(くさび効果)。すなわち、半導体モジュール10が凹部RPに圧入される。よって、電気絶縁シート30の接着力のみによって半導体モジュール10と放熱板20とが接合される場合に比べて、半導体モジュール10と放熱板20との接合力が大きい。 In this case, as shown in FIGS. 9 and 10, the lower half portion RPb1 of the peripheral wall surface RPb of the recess RP is perpendicular to the bottom wall surface RPa, and the upper half portion RPb2 of the peripheral wall surface RPb is lower than the lower half portion RPb1. May be inclined. Then, the peripheral end surface 13a of the sealing portion 13 may be inclined so as to match the upper half portion RPb2. According to this, when the outer peripheral edge portion of the upper surface of the semiconductor module 10 is pressed downward, a force for the semiconductor module 10 to spread the concave portion RP acts (wedge effect). That is, the semiconductor module 10 is pressed into the recess RP. Therefore, compared with the case where the semiconductor module 10 and the heat sink 20 are joined only by the adhesive force of the electrical insulating sheet 30, the joining force between the semiconductor module 10 and the heat sink 20 is large.

また、接着工程において、電気絶縁シート30の中央部よりも外周縁部の温度を低くして、中央部に比べて、外周縁部の粘度が低くなるようにするとよい。例えば、まず、電気絶縁シート30の中央部を加熱し、その後、電気絶縁シート30の全体を加熱するとよい。また、例えば、電気絶縁シート30の全体を加熱しておき、半導体モジュール10の外周縁部のみを冷却した状態で半導体モジュール10を電気絶縁シート30に押し付けてもよい。これによれば、電気絶縁シート30の外周縁部が押し潰され難いので、電気絶縁性を十分高く確保し易い。 In addition, in the bonding step, the temperature of the outer peripheral edge portion may be lower than that of the central portion of the electrical insulating sheet 30 so that the viscosity of the outer peripheral edge portion is lower than that of the central portion. For example, first, the central portion of the electrically insulating sheet 30 may be heated, and then the entire electrically insulating sheet 30 may be heated. Further, for example, the semiconductor module 10 may be pressed against the electrical insulating sheet 30 in a state where the entire electrical insulating sheet 30 is heated and only the outer peripheral edge portion of the semiconductor module 10 is cooled. According to this, the outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet 30 is unlikely to be crushed, so that it is easy to secure sufficiently high electrical insulation.

また、電気絶縁シート30が熱可塑性樹脂材から構成されていてもよい。この場合にも、接着工程において、電気絶縁シート30の外周縁部の粘度が中央部に比べて低くなるように、電気絶縁シート30の中央部と外周縁部とに温度差を付与するとよい。 The electrically insulating sheet 30 may be made of a thermoplastic resin material. Also in this case, in the bonding step, a temperature difference may be applied between the central portion and the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet 30 so that the viscosity of the outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet 30 becomes lower than that of the central portion.

1…半導体装置、10…半導体モジュール、11…半導体素子、12…リードフレーム、13…封止部、20…放熱板、21…本体部、22…枠部、30…電気絶縁シート、RP…凹部、RPa…底壁面、RPb…周壁面、RPb1…下半部、RPb2…上半部、S…隙間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semiconductor device, 10... Semiconductor module, 11... Semiconductor element, 12... Lead frame, 13... Sealing part, 20... Heat sink, 21... Main body part, 22... Frame part, 30... Electrical insulating sheet, RP... Recessed part , RPa... bottom wall surface, RPb... peripheral wall surface, RPb1... lower half portion, RPb2... upper half portion, S... gap

Claims (4)

板状にそれぞれ形成された半導体素子及びリードフレームを有し、前記リードフレームの一方の側面が、前記半導体素子の一方の側面に重ね合わせられるようにして電気的に接続され、前記半導体素子及び前記リードフレームのうち前記リードフレームの他方の側面を除く部分が電気絶縁性材料からなる封止部によって覆われていて、前記リードフレームの他方の側面が露出している半導体モジュールと、
前記リードフレームの他方の側面に対面配置された放熱器と、
加熱されて粘度が変化する電気絶縁材から構成され、前記半導体モジュールと前記放熱器との間に挟み込まれた電気絶縁シートと、を備え、
前記放熱器は、前記電気絶縁シートの外周縁部を取り囲む拘束部を備えた、半導体装置。
A semiconductor device and a lead frame, each of which is formed in a plate shape, and one side surface of the lead frame is electrically connected so as to be superposed on one side surface of the semiconductor device. A semiconductor module in which a portion of the lead frame excluding the other side surface of the lead frame is covered with a sealing portion made of an electrically insulating material, and the other side surface of the lead frame is exposed,
A radiator arranged facing the other side surface of the lead frame,
An electrically insulating sheet, which is composed of an electrically insulating material whose viscosity is changed by being heated, and which is sandwiched between the semiconductor module and the radiator,
The semiconductor device, wherein the radiator includes a restraint portion that surrounds an outer peripheral edge portion of the electrically insulating sheet.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記拘束部は、前記放熱器の表面から突出した凸部からなる枠部である、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the restraint portion is a frame portion including a convex portion protruding from a surface of the radiator.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記拘束部は、前記放熱器の表面に設けられた凹部である、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the restraint portion is a recess provided on the surface of the radiator.
板状にそれぞれ形成された半導体素子及びリードフレームを有し、前記リードフレームの一方の側面が、前記半導体素子の一方の側面に重ね合わせられるようにして電気的に接続され、前記半導体素子及び前記リードフレームのうち前記リードフレームの他方の側面を除く部分が電気絶縁性材料からなる封止部によって覆われていて、前記リードフレームの他方の側面が露出している半導体モジュールと、前記リードフレームの他方の側面に対面配置された放熱器と、加熱されて粘度が変化する電気絶縁材から構成され、前記半導体モジュールと前記放熱器との間に挟み込まれた電気絶縁シートと、を備え、前記放熱器が、前記電気絶縁シートの外周縁部を取り囲む拘束部を備える半導体装置の製造方法であって、
前記半導体モジュールの外周部を前記放熱器側へ押圧しながら、前記電気絶縁シートの外周部と中央部との間に温度差を付与する工程を含む、半導体装置の製造方法。
A semiconductor device and a lead frame, each of which is formed in a plate shape, and one side surface of the lead frame is electrically connected so as to be superposed on one side surface of the semiconductor device. A portion of the lead frame excluding the other side surface of the lead frame is covered with a sealing portion made of an electrically insulating material, and the other side surface of the lead frame is exposed; A heat radiator disposed opposite to the other side surface, and an electric insulating sheet composed of an electric insulating material that changes in viscosity when heated, and an electric insulating sheet sandwiched between the semiconductor module and the heat radiator. Is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a restraint portion surrounding an outer peripheral edge portion of the electrical insulating sheet,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of applying a temperature difference between the outer peripheral portion and the central portion of the electrical insulating sheet while pressing the outer peripheral portion of the semiconductor module toward the radiator.
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