(57)【要約】【課題】パワー素子に局部的に電流集中が生じることを防止するとともに、パワー素子の発熱による制御ＩＣの温度上昇を抑えたパワー半導体モジュールを提供することを課題とする。【解決手段】パワー半導体モジュールは、パワー素子１８と制御ＩＣ２２とを有するパワー半導体モジュールであって、パワー素子１８への電流供給用の第１アルミワイヤ２０ｐおよび第２アルミワイヤ２０ｑを有する。パワー素子１８の電極１８ｕ面における第１アルミワイヤ２０ｐの接続位置は、制御ＩＣ２２に近い側部１８ｓの角部のうち樹脂流動の上流側となるＩＣ側上流角部１８ｋにされ、パワー素子１８の電極１８ｕ面における第２アルミワイヤ２０ｑの接続位置は、ＩＣ側上流角部１８ｋに対して対角となる対角側角部１８ｊにされている。そして、第１アルミワイヤ２０ｐの電気抵抗は、第２アルミワイヤ２０ｑに比べて大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子と制御ＩＣとを有するパワー半導体モジュールであって、
前記パワー素子への電流供給用の２本のワイヤが、前記パワー素子の電極の角部のうち、前記制御ＩＣに近い側部を構成するＩＣ側角部と、前記ＩＣ側角部に対して対角となる対角側角部とにそれぞれ接続され、
前記ＩＣ側角部に接続された前記ワイヤの電気抵抗が、前記対角側角部に接続された前記ワイヤに比べて大きいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記ワイヤの径が何れも３００〜５００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１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、パワー素子を封止樹脂内に有するパワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー素子および制御ＩＣを樹脂封止してなるパワー半導体モジュール（パワーモジュール）が広く知られている。
【０００３】
パワー半導体モジュールの使用時には、パワー素子での電力の消費量が大きい。このため、パワー半導体モジュールでは、パワー素子とパワー素子に電力を供給するリードとを、複数本のワイヤで配線して、１本あたりに流れる電流を下げることにより、ＯＮ抵抗を下げることが図られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１３５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、パワー素子で電流集中によるＯＮ抵抗（入力抵抗）の増大を更に抑えたいという要望がある。また、パワー素子でＯＮ抵抗が増大することによりパワー素子の温度が上昇し、この結果、制御ＩＣの温度が上昇するという懸念もある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、パワー素子に局部的に電流集中が生じることを防止するとともに、パワー素子の発熱による制御ＩＣの温度上昇を抑えたパワー半導体モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールは、パワー素子と制御ＩＣとを有するパワー半導体モジュールであって、前記パワー素子への電流供給用の２本のワイヤが、前記パワー素子の電極の角部のうち、前記制御ＩＣに近い側部を構成するＩＣ側角部と、前記ＩＣ側角部に対して対角となる対角側角部とにそれぞれ接続され、前記ＩＣ側角部に接続された前記ワイヤの電気抵抗が、前記対角側角部に接続された前記ワイヤに比べて大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、パワー素子に局部的に電流集中が生じることを防止するとともに、パワー素子の発熱による制御ＩＣの温度上昇を抑えたパワー半導体モジュールとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの平面図、側面図（第１側面図）、背面図、および、リード突出側の側面図（第２側面図）である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの内部構成を説明する模式的な平面図である。
【図３】本発明の一実施形態で、樹脂封止する際にゲートからキャビティ内に流動樹脂を注入することを説明する模式的な側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体モジュールの内部構成の変形例を説明する模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、すでに説明したものと同一または類似の構成要素には同一または類似の符号を付し、その詳細な説明を適宜省略している。以下の説明では、パワー素子に電力を供給するために接続するワイヤがアルミワイヤである例で説明する。
【００１１】
また、図面は模式的なものであり、寸法比などは現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法比などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面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もちろんである。
【００１２】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための例示であって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の実施の形態は、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【００１３】
図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態（以下、本実施形態という）の半導体モジュールの平面図、側面図（第１側面図）、背面図、および、リード突出側の側面図（第２側面図）である。図２は、本実施形態の半導体モジュールの内部構成を説明する模式的な平面図である。図３は、本実施形態で、樹脂封止する際にゲートからキャビティ内（金型内）に流動樹脂を注入することを説明する模式的な側面図である。
【００１４】
本実施形態のパワー半導体モジュール１０では、封止樹脂１２からリード１４ａ〜ｆが突出している。そして、基板１６上の所定位置に配置されたパワー素子１８（ＭＯＳ、ＩＧＢＴなど）と、パワー素子１８とリード１４ａとを接続する第１アルミワイヤ２０ｐおよび第２アルミワイヤ２０ｑと、基板１６上の所定位置に配置された制御ＩＣ（制御素子）２２と、制御ＩＣ２２とリード１４ｃ〜ｆとをそれぞれ接続する金ワイヤ２４ｃ〜ｆと、を封止樹脂１２内に備えている。また、制御ＩＣ２２とパワー素子１８とがゲートワイヤ２６で接続されている。制御ＩＣ２２は電気絶縁性の樹脂で基板上に接着されており、パワー素子１８ははんだ付けで基板１６に実装されている。
【００１５】
本実施形態では、アルミワイヤはパワー素子１８への電力供給用に２本配置されている。そして、パワー素子１８の電極１８ｕ面における第１アルミワイヤ２０ｐの接続位置は、パワー素子１８における制御ＩＣ２２に近い側部１８ｓの角部のうち上記流動の上流側となるＩＣ側上流角部１８ｋにされ、パワー素子１８の電極１８ｕ面における第２アルミワイヤ２０ｑの接続位置は、ＩＣ側上流角部１８ｋに対して対角となるパワー素子１８の対角側角部１８ｊにされている。なお、本明細書では、「パワー素子の角部」の領域（範囲）は、パワー素子を角部毎に等分した各領域（例えば、パワー素子が平面視で長方形状なら、各角部をそれぞれ含む四等分した各領域）をいう。
【００１６】
図３に示すように、第１アルミワイヤ２０ｐは、ＩＣ側上流角部１８ｋに、パワー素子１８の電極１８ｕ面に平行な接続部２０ｐ１で接続されている。そして、第１アルミワイヤ２０ｐは、接続部２０ｐ１から斜め上方向（基板表面から離れる方向）に曲げられて延び出し、水平方向（基板表面に平行な方向）に向くように曲げられ、更に斜め下方向（基板表面に近づく方向）に曲げられ、リード１４ａに平行な接続部２０ｐ２でリード１４ａに接続されている。第２アルミワイヤ２０ｑも同様である。
【００１７】
そして、本実施形態では、ＩＣ側上流角部１８ｋとリード１４ａとの距離が、対角側角部１８ｊとリード１４ａとの距離よりも長いため、第１アルミワイヤ２０ｐの長さが、第２アルミワイヤ２０ｑに比べて長い。また、本実施形態では、第１アルミワイヤ２０ｐと第２アルミワイヤ２０ｑとで線径（ワイヤ径）は同じである。
【００１８】
ゲートワイヤ２６および金ワイヤ２４は第１アルミワイヤ２０ｐや第２アルミワイヤ２０ｑに比べて細い。一例としては、第１アルミワイヤ２０ｐや第２アルミワイヤ２０ｑの径は何れも３００〜５００μｍの範囲であり、金ワイヤ２４ｃ〜ｆの径は何れも３０〜５０μｍの範囲である。
【００１９】
（作用、効果）
以下、本実施形態の作用、効果について説明する。図３に示すように、本実施形態では、キャビティ内で流動樹脂が効果的に押し上げられるように、ゲートＧ１の高さ位置は、第１アルミワイヤ２０ｐの接続部２０ｐ１の高さ位置ｈ以下とされている。
【００２０】
パワー半導体モジュール１０を製造するには、まず、パワー素子１８と制御ＩＣ２２とを基板１６上の所定位置にそれぞれ配置する素子配置工程を行う。本実施形態では、図２に示すように、樹脂封止する際に用いる金型のゲートＧ１は、キャビティの角部に開口している。本実施形態では、パワー素子１８および制御ＩＣ２２を基板１６上に配置する際、基板１６を金型内に配置したときにゲートＧ１に近い側となる所定位置にパワー素子１８を配置し、基板１６を金型内に配置したときにゲートＧ１からパワー素子１８を越えた位置となる所定位置に制御ＩＣ２２を配置する。
【００２１】
次に、制御ＩＣ２２とリード１４ｃ〜ｆとをそれぞれ金ワイヤ２４ｃ〜ｆで接続するとともに、パワー素子１８とリード１４ａとを第１アルミワイヤ２０ｐおよび第２アルミワイヤ２０ｑで接続するワイヤ接続工程を行う。このワイヤ接続工程では、第１アルミワイヤ２０ｐおよび第２アルミワイヤ２０ｑの配置位置を、樹脂封止するために注入した樹脂の流動を金ワイヤ２４に対してブロックする位置とする。具体的には、第１アルミワイヤ２０ｐをパワー素子１８のＩＣ側上流角部１８ｋに接続し、第２アルミワイヤ２０ｑをパワー素子１８の対角側角部１８ｊに接続する。また、制御ＩＣ２２とパワー素子１８とをゲートワイヤ２６で接続する。
【００２２】
その後、金型内に基板１６をセットし、樹脂注入してパワー素子１８および制御ＩＣ２２を樹脂封止する封止工程を行う。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態では、第１アルミワイヤ２０ｐの長さは第２アルミワイヤ２０ｑよりも長い。従って、第１アルミワイヤ２０ｐと第２アルミワイヤ２０ｑの線径が同じであっても、第１アルミワイヤ２０ｐの電気抵抗が第２アルミワイヤ２０ｑよりも大きいので、第１アルミワイヤ２０ｐに流れる電流は第２アルミワイヤ２０ｑに流れる電流よりも少ない。よって、第１アルミワイヤ２０ｐが接続されているＩＣ側上流角部１８ｋで温度が上昇することを抑えることができるので、パワー素子１８の発熱による制御ＩＣ２２の温度上昇を抑えることができる。
【００２４】
また、電極１８ｕ面上で第１アルミワイヤ２０ｐの接続位置と第２アルミワイヤ２０ｑの接続位置とが対角上に位置して効率良く離れている。従って、パワー半導体モジュール１０の使用時に、パワー素子１８に局部的に電流集中が生じることを効率良く防止でき、パワー素子１８での電流のＯＮ抵抗（入力抵抗）を効果的に抑えることができる。
【００２５】
また、第１アルミワイヤ２０ｐおよび第２アルミワイヤ２０ｑの線径が３００〜５００μｍの範囲である。すなわち、線径が３００μｍ以上なので、高い電流（特に２０Ａ以上の電流）を流す上で効率的であり、線径が５００μｍ以下なので、アルミワイヤの接合近辺を破壊することなくアルミワイヤをパワー素子１８の電極１８ｕに良好に接続させ易い。なお、高い電流（特に２０Ａ以上の電流）を流す場合、線径が３００μｍ未満では電気抵抗が大きく、アルミワイヤの本数を増やす必要が生じ、その分の配置面積が基板１６に必要になってしまう。また、線径が５００μｍよりも太いと、超音波でのボンディングによる接合が難しく、接合近辺の電極部分が破壊され易くなる。
【００２６】
なお、第１アルミワイヤ２０ｐの電極１８ｕへの接続位置を、ＩＣ側上流角部１８ｋではなく、制御ＩＣ２２に近い側部１８ｓの角部のうち樹脂流動の下流側となるＩＣ側下流角部１８ｍ（図２参照）にし、第２アルミワイヤ２０ｑの電極１８ｕへの接続位置を、対角側角部１８ｊではなく、ＩＣ側下流角部１８ｍの対角となる対角側角部１８ｎにしても、これらの効果を奏することができる。
【００２７】
また、封止工程では、ゲートＧ１から注入された流動性の樹脂は、キャビティ内でＩＣ側上流角部１８ｋに到達しても、そのまま直接に金ワイヤ２４（特に金ワイヤ２４ｃ）に向けて流れることは第１アルミワイヤ２０ｐによって防止され、対角側角部１８ｊに向けて流れるように流動方向が変更される。従って、金ワイヤ２４が流動樹脂によって変形していわゆるつぶれが生じることを、部品点数を増やすことなく効果的に防止することができる。
【００２８】
ここで、図２に示すように、第１アルミワイヤ２０ｐのゲート側の端部２０ｐｔに到達した流動樹脂は、矢印Ｄに示すように、ゲートワイヤ２６により制御ＩＣ２２のゲート側の縁部２２ｔに案内される。そして、リード１４ｃ〜ｆに向けて流れ、金ワイヤ２４ｃ〜ｆの周囲では金ワイヤ２４ｃ〜ｆにほぼ沿った方向に流れる。従って、従来のように流動樹脂が金ワイヤ２４ｃ〜ｆ（特に金ワイヤ２４ｃ）に側方から直接に当たることが回避されている。
【００２９】
また、第１アルミワイヤ２０ｐがＩＣ側上流角部１８ｋに接続され、第２アルミワイヤ２０ｑが対角側角部１８ｊに接続されているので、このような流動方向の変更を第１アルミワイヤ２０ｐによって効率的に行うことができている。
【００３０】
また、パワー半導体モジュール１０は、パワー半導体モジュール１０の裏面側にパワー素子１８を露出させるように封止樹脂１２で封止したハーフモールドのモジュールであってもよいし、パワー素子１８を封止樹脂１２内に内包したフルモールドのモジュールであってもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、パワー素子１８と制御ＩＣ２２とをゲートワイヤ２６で接続した例で説明したが、図４に示すように、ゲートワイヤ２６に代えて、ゲートワイヤ２６よりも電気抵抗が小さい金ワイヤ３６ａ〜ｃで接続してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明に係るパワー半導体モジュールでは、パワー素子への電流供給用の２本のワイヤが、パワー素子の電極の角部のうち、制御ＩＣに近い側部を構成するＩＣ側角部と、ＩＣ側角部に対して対角となる対角側角部とにそれぞれ接続され、ＩＣ側角部に接続されたワイヤの電気抵抗が、対角側角部に接続されたワイヤに比べて大きいので、パワー素子に局部的に電流集中が生じることを防止するとともに、パワー素子の発熱による制御ＩＣの温度上昇を抑えたパワー半導体モジュールとして用いるのに好適である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  パワー半導体モジュール
１８  パワー素子
１８ｊ  対角側角部
１８ｋ  ＩＣ側上流角部（ＩＣ側角部）
１８ｍ  ＩＣ側下流角部（ＩＣ側角部）
１８ｎ  対角側角部
１８ｓ  側部
１８ｕ  電極
２０ｐ  第１アルミワイヤ（ワイヤ）
２０ｑ  第２アルミワイヤ（ワイヤ）
２２  制御ＩＣ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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