(57)【要約】      （修正有）【課題】大型の放熱板を不要とするパワー半導体モジュールの小型軽量化を提供する。【解決手段】パワー半導体モジュール１において、基板２の回路パターン３にパワー半導体素子４の下面を金属粒子焼結結合でダイボンディング接続するとともに、回路パターン３とパワー半導体素子４の上面とを超音波ワイヤーボンディングで接続後、回路パターン３に端子７を接続し、全ての接続部分を樹脂８で封止する。パワー半導体素子４の直下方に位置する基板２の下面の回路パターン９は樹脂８から露出させる。パワー半導体モジュール１の全ての接続部分が、封止する樹脂８のガラス転移点よりも高い融点を有する。【選択図】図１
2020178032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、
前記全ての接続部分が、封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有することを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記基板の上面の回路パターンにパワー半導体素子を実装するとともに、パワー半導体素子の直下方に位置する基板の下面の回路パターンを樹脂から露出させたことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記回路パターンとパワー半導体素子の下面とを金属粒子焼成結合により接続するとともに、前記回路パターンとパワー半導体素子の上面及び端子とを超音波接合により接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子を基板に実装するとともに樹脂で封止した構造のパワー半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電力制御等に大電流を流すことができる電子部品としてパワー半導体モジュールが広く利用されている。
【０００３】
このパワー半導体モジュールの一例として、パワー半導体素子を基板に実装するとともに樹脂で封止した構造のものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。このパワー半導体モジュールでは、内部の接続にはんだを用い、放熱板を設けて放熱を行う構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６５４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のパワー半導体モジュールでは、内部の接続に封止する樹脂よりも融点が低いはんだを用いているために、稼働時に大電流が内部を流れることで発生した多大な熱によって内部のはんだが溶出して接続部分が破断するおそれがあった。
【０００６】
そのため、上記従来のパワー半導体モジュールでは、より多くの熱を放射することができるように大型の放熱板を設ける必要があり、大型で重量なものとなっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、請求項１に係る本発明では、基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、前記全ての接続部分が、封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有することにした。
【０００８】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記基板の上面の回路パターンにパワー半導体素子を実装するとともに、パワー半導体素子の直下方に位置する基板の下面の回路パターンを樹脂から露出させることにした。
【０００９】
また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記回路パターンとパワー半導体素子の下面とを金属粒子焼成結合により接続するとともに、前記回路パターンとパワー半導体素子の上面及び端子とを超音波接合により接続することにした。
【発明の効果】
【００１０】
そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。
【００１１】
すなわち、本発明では、基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、前記全ての接続部分が、封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有することにしているために、大型の放熱板を設ける必要がなくなり、パワー半導体モジュールの小型軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るパワー半導体モジュールを示す断面模式図。
【図２】同製造工程を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係るパワー半導体モジュールの具体的な構成について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１に示すように、パワー半導体モジュール１は、基板２の上面の回路パターン３にパワー半導体素子４の下面をダイアタッチ材５を用いてダイボンディングで接続するとともに、回路パターン３とパワー半導体素子４の上面とをワイヤー６を用いてワイヤーボンディングで接続し、さらに、回路パターン３に端子７を接続し、全ての接続部分を樹脂８で封止している。
【００１５】
このパワー半導体モジュール１では、基板２の上面の回路パターン３にパワー半導体素子４を実装するとともに、パワー半導体素子４の直下方に位置する基板２の下面の回路パターン９を封止した樹脂８から外部に露出させている。
【００１６】
ここで、基板２は、セラミックス板製で表面（上面及び下面）に銅からなる回路パターン3,9を形成している。
【００１７】
回路パターン３は、パワー半導体素子４と端子７とを電気的に接続する所要形状の配線パターンを形成している。
【００１８】
パワー半導体素子４は、化合物系パワーデバイス等の大電流を流すことができ電力制御に用いられる半導体素子であり、下面にダイボンディング用の電極が形成されるとともに、上面にワイヤーボンディング用の電極が形成されている。
【００１９】
ダイアタッチ材５は、回路パターン３とパワー半導体素子４とを金属粒子焼成結合させており、ここでは、銅ナノ粒子を用いている。
【００２０】
ワイヤー６は、アルミ細線製で端子７が接続される回路パターン３とパワー半導体素子４とを超音波接合（溶接）によって接続している。
【００２１】
端子７は、銅板製のリードフレーム10を樹脂８で封止した後に所定形状に切断して形成しており、回路パターン３に超音波接合（溶接）によって接続している。
【００２２】
樹脂８は、シリコン系封止材やエポキシ系封止材などを用いることができるが、耐熱性を向上させるためにガラス転移点（ガラス転移温度）が高いものが望ましい。
【００２３】
回路パターン９は、稼働時に発生するパワー半導体素子４の熱を放射するために基板２の下面に全体的に形成している。
【００２４】
パワー半導体モジュール１は、以上に説明したように構成している。
【００２５】
特に、上記パワー半導体モジュール１では、回路パターン３とパワー半導体素子４の下面との接続部分、及び、回路パターン３とパワー半導体素子４の上面との接続部分、並びに、回路パターン３と端子７との接続部分が、封止する樹脂８のガラス転移点よりも高い融点を有するようにしている。
【００２６】
そのため、上記構成のパワー半導体モジュール１では、封止材よりも先に内部の接続が溶断等することが無く、これにより、大型の放熱板を設ける必要もなくなり、パワー半導体モジュール１の小型軽量化を図ることができ、高耐熱性で高信頼性のパワー半導体モジュール１とすることができる。
【００２７】
このパワー半導体モジュール１は、以下に説明するようにして製造することができる。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、基板２の上面及び下面に所要形状の回路パターン3,9を形成する。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、基板２の上面の回路パターン３の所定位置にダイアタッチ材５を塗布するとともにパワー半導体素子４を載置し、回路パターン３とパワー半導体素子４の下面の電極とを金属粒子焼成結合する。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、パワー半導体素子４の上面の電極と回路パターン３とにワイヤー６の端部をそれぞれ超音波接合する。
【００３１】
次に、図２（ｄ）に示すように、基板２の回路パターン３にリードフレーム10の端子７部分先端を超音波接合する。
【００３２】
次に、図２（ｅ）に示すように、基板２の下面の回路パターン９を露出させた状態で、回路パターン３とパワー半導体素子４の下面との接続部分、及び、回路パターン３とパワー半導体素子４の上面との接続部分、並びに、回路パターン３と端子７との接続部分を樹脂８で成形封止する。
【００３３】
最後に、図２（ｆ）に示すように、リードフレーム10から端子７を切断して、パワー半導体モジュール１を製造する。
【符号の説明】
【００３４】
１  パワー半導体モジュール            ２  基板
３  回路パターン                      ４  パワー半導体素子
５  ダイアタッチ材                    ６  ワイヤー
７  端子                              ８  樹脂
９  回路パターン                      10  リードフレーム
【図１】
2020178032.tif 000003
【図２】
2020178032.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月8日(2020.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーを用いてワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、
前記全ての接続部分が、前記パワー半導体素子と前記ワイヤーと前記全ての接続部分とを封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有して、前記樹脂のガラス転移よりも先に前記接続部分が溶断しないことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記基板の上面の回路パターンにパワー半導体素子を実装するとともに、パワー半導体素子の直下方に位置する基板の下面の回路パターンを樹脂から露出させたことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記回路パターンとパワー半導体素子の下面とを金属粒子焼成結合により接続するとともに、前記回路パターンとパワー半導体素子の上面及び端子とを超音波接合により接続したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパワー半導体モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
そこで、請求項１に係る本発明では、基板の回路パターンにパワー半導体素子の下面をダイボンディングで接続するとともに、回路パターンとパワー半導体素子の上面とをワイヤーを用いてワイヤーボンディングで接続し、回路パターンに端子を接続し、全ての接続部分を樹脂で封止したパワー半導体モジュールにおいて、前記全ての接続部分が、前記パワー半導体素子と前記ワイヤーと前記全ての接続部分とを封止する樹脂のガラス転移点よりも高い融点を有して、前記樹脂のガラス転移よりも先に前記接続部分が溶断しないことにした。