(57)【要約】【課題】放熱板の内面に半導体チップが固定されており、半導体チップの外面に放熱面が確保されており、半導体チップの周囲がモールド樹脂で被覆されている半導体モジュールを製造するためには、溶融樹脂が放熱面に侵入しないようにする堤を必要とする。製造公差によって、堤と溶融樹脂の充填型を密着させるのが難しい。【解決手段】堤の半導体チップ側に放熱板の外周に向けて開講する窪みを設ける。溶融樹脂の充填型に収容すると、窪みをつぶすように堤が変形して充填型の内面に密着する。溶融樹脂は窪み内に侵入し、可撓堤を充填型の内面に密着する。軽い型締め力によって溶融樹脂が放熱面に侵入しないようにできる。【選択図】図１
2015115510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが放熱板の内面に固定されており、
前記半導体チップの固定範囲を含む範囲の前記放熱板の外面が放熱面であり、
前記放熱面を一巡する範囲に堤が形成されており、
前記堤の前記半導体チップ側に前記放熱板の外周に向けて開口する窪みが形成されており、
硬化した樹脂が、前記放熱板の内面と前記堤より外周側の前記放熱板の外面に密着しており、前記窪み内に侵入しており、前記放熱面を覆っていないことを特徴とする半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、放熱板の一方の面に半導体チップが直接ないし間接に固定されており、放熱板の他方の面が放熱面となって半導体チップを冷却する半導体モジュールであって、半導体チップの側面と放熱板の内面に接する範囲に溶融樹脂を充填し、硬化した樹脂で半導体チップの周囲を被覆する半導体モジュールを開示する。本明細書では、半導体チップが固定される側の面（前記した放熱板の一方の面）を内面といい、放熱面となる側の面を外面という。
【背景技術】
【０００２】
上記の半導体モジュールを製造するためには、半導体チップの側面と放熱板の内面に接する範囲に溶融樹脂を充填する一方において、放熱面となる範囲には溶融樹脂が侵入しないようにする必要がある。そのための技術が特許文献１に記載されている。
特許文献１の技術では、放熱面を一巡する突起を設ける。すなわち、放熱面を一巡する堤を設ける。放熱板の内面に半導体チップを固定したものを溶融樹脂の充填型にセットして型を閉じると、型の内面が放熱面を一巡する堤の頂面に密着する。これによって放熱面に接する空間と、堤よりも外周側の空間が気密に仕切られ、溶融樹脂が放熱面に接する空間に侵入することを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９９４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
型を閉じることで、堤の頂面と型の内面が一様に密着する関係を得ることは難しい。特許文献１の技術では、（１）型を閉じる途中で、堤の頂面の一部と型の内面の一部が密着し、（２）その後は、接触部の頂面を変形させながら型を閉じてゆき、（３）型を閉じ終えた段階で、堤の頂面の全体が型の内面に密着する関係を得る。
【０００５】
半導体モジュールの量産時には、製造公差によって堤の高さが変動する。堤の頂面と型の内面が接触するタイミングは様々となる。特許文献１の技術では、堤の高さが最も低くて型締めの遅いタイミングで堤の頂面と型の内面が接触する場合でも、前記（１）〜（３）の現象が得られるようにする必要がある。この技術の場合、堤の高さが高い場合には、型締めまでの間に堤の頂面を大きく変形させる必要が生じる。特許文献１の技術は、大きな型締め力を必要とする。大きな型締め力を加えると、放熱板あるいは半導体チップ等が損傷するといった事象が生じる。
本明細書では、小さな型締め力で堤の頂面と型の内面を密着させる技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する半導体モジュールでは、半導体チップが放熱板の内面に固定されており、放熱板の外面に放熱面が確保されている。その放熱面を一巡する範囲に堤が形成されており、その堤の半導体チップ側に窪みが形成されている。その窪みは放熱板の外周に向けて開口している。
上記の放熱板と半導体チップが積層されたものを溶融樹脂の充填型にセットし、型を閉じ、溶融樹脂を充填する。溶融樹脂は、半導体チップの側面と放熱板の内面に接する空間を充填し、その空間から放熱板の外面に接する空間に至る。放熱板の外面に接する空間に至った溶融樹脂は、堤によってせき止められ、放熱面には至らない。
堤と窪みの組み合わせを用いると、硬化した樹脂が放熱板の内面と堤より外周側の放熱板の外面に密着している一方において、放熱面を覆っていない半導体モジュールが得られる。この半導体モジュールでは、硬化した樹脂が窪み内に侵入している。
【０００７】
堤の半導体チップ側に放熱板の外周に向けて開口する窪みを設けると、溶融樹脂の充填型を閉じる際に型が堤を半導体チップ側に押し、窪みを潰し、堤が外周側に倒れる現象が得られる。型を閉じる力が小さくても、前記現象が得られ、堤の頂面が型の内面に密着する現象が得られる。堤と、その堤の半導体チップ側において放熱板の外周に向けて開口する窪みの組み合わせによって、小さな型締め力で型の内面に密着する可撓堤が得られる。
可撓堤が溶融樹脂の充填型内で放熱板の外周側に倒れると、その姿勢は溶融樹脂の注入圧に対抗する姿勢となり、可撓堤の頂面が型の内面に密着し続ける。溶融樹脂の注入圧は可撓堤を放熱面側に押し戻す力を加えるが、その力は可撓堤の頂面を型の内面に密着させる力となる。窪みに入り込んだ溶融樹脂の注入圧もまた可撓堤を放熱面側に押し戻す力を加えるが、その力もまた可撓堤の頂面を型の内面に密着させる力となる。
堤の半導体チップ側に放熱板の外周に向けて開口する窪みを設けると、溶融樹脂の注入圧が可撓堤の頂面を型の内面に密着させる力となる。小さな型締め力で溶融樹脂が放熱面に侵入することを防止できる。大きな型締め力によって構成部品が損傷するといったことを防止できる。
【０００８】
本明細書で開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び実施例にて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は型締め前の堤の拡大断面図を示し、（Ｂ）は型締め前の半導体モジュールと溶融樹脂充填型の関係を示し、（Ｃ）は型締め後の堤の拡大断面図を示し、（Ｄ）は型締め後の半導体モジュールと溶融樹脂充填型の関係を示す。
【図２】（Ａ）は樹脂でモールドした半導体モジュールの堤の周辺を拡大して示し、（Ｂ）は樹脂でモールドした半導体モジュールの断面図を示す。
【図３】第２実施例の図１の（Ｄ）に対応する図を示す。
【図４】第３実施例を示す。（Ａ）は図１の（Ｂ）に対応する図であり、（Ｂ）は図１の（Ｄ）に対応する図である。
【図５】第４実施例の図１の（Ｄ）に対応する図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に説明する実施例の主要な特徴を下記に列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれが独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。
（特徴１）  変形前の堤の頂面は、放熱板の外周に近づくに従って、半導体チップから遠ざかる向きに傾斜している。
（特徴２）  堤は、板バネ状である。
（特徴３）  放熱面にフィンが形成されている。
（特徴４）  半導体チップの上下の両面に、放熱板が固定されている。
（特徴５）  変形前の堤の頂面は、製造公差内において最も低い状態でも、型締め後に型の内面に密着する高さに設計されている。
【実施例】
【００１１】
（第１実施例）
図２（Ｂ）に、第１実施例の半導体モジュール２の断面図を示す。参照番号４は下部放熱板であり、参照番号８は半導体チップであり、参照番号１２は伝熱部材であり、参照番号１６は上部放熱板である。参照番号６は下部放熱板４と半導体チップ８を固定する固定層であり、参照番号１０は半導体チップ６と伝熱部材１２を固定する固定層であり、参照番号１４は伝熱部材１２と上部放熱板１６を固定する固定層である。参照番号１８は、溶融樹脂が硬化した樹脂であり、半導体チップ８の側面と伝熱部材１２の側面と下部放熱板４の内面と上部放熱板１６の内面に接する空間を充填している。樹脂は上部放熱板１６の側面を超えて外面に接する空間まで延びている。ただし堤１６ａによってせき止められ、放熱面１６ｈには達していない。本実施例の場合、下部放熱板４の外面は平坦であり、外面の全体が樹脂１８から露出している。
【００１２】
図１の（Ｂ）は、下部放熱板４と半導体チップ８と伝熱部材１２と上部放熱板１６が積層され、固定層６，１０，１４で固定された状態のもの（以下ではモールド前モジュールという）を、溶融樹脂の充填型内にセットする様子を示している。充填型は、固定型２０と可動型２２を備えており、可動型２２を上方に持ち上げて型を開くことができる。
図１の（Ｄ）は、可動型２２を下降させて型を閉じ、半導体チップ８の側面と伝熱部材１２の側面と下部放熱板４の内面と上部放熱板１６の内面に接する空間に溶融樹脂を充填した様子を示している。上部放熱板１６の外面に形成されている堤１６ａ（放熱面１６ｈを一巡している）の頂面が可動型２２の内面に密着し、溶融樹脂が放熱面１６ｈの上方空間に侵入しない様子を示している。堤１６ａは放熱面１６ｈを一巡している。放熱面１６ｈは、半導体チップ８と伝熱部材１２を上部放熱板１６の内面に固定している固定層１４の形成範囲を含み、その外側に広がる範囲に確保されている。
【００１３】
図１の（Ａ）は、型締め前の堤１６ａの拡大断面図を示している。堤１６ａの側面（上部放熱板１６の外周側の側面）に、窪み１６ｃが形成されている。窪み１６ｃは、上部放熱板１６の外周側に開口している。また、堤１６ａの頂面１６ｂは、上部放熱板１６の外周に近づくに従って半導体チップ８から遠ざかる向きに傾斜している。
【００１４】
図１の（Ｃ）は、可動型２２を下降させて型を閉じた状態を示す。外周側に開口している窪み１６ｃがつぶされ、堤１６ａが外周側に倒れ、可動側２２の内面に対して傾斜していた堤１６ａの頂面１６ｂが可動側２２の内面に密着する角度に変形し、堤１６ａの頂面１６ｂが可動型２２の内面２２ａに密着する。製造公差によって、頂面１６ｂの高さに上下方向のばらつきがあっても、小さな型締め力で、図１（Ｃ）に示す位置関係を得ることができる。窪み１６ｃの存在によって、堤１６ａが小さな型締め力で変形する可撓堤となることがわかる。
【００１５】
可撓堤１６ａと型２２が図１（Ｃ）の位置関係にある状態で、可撓堤１６ａの外周側に溶融樹脂が充填される。溶融樹脂の注入圧は可撓堤１６ａを放熱面１６ｈ側に押し戻す力を加えるが、その力は可撓堤１６ａの頂面１６ｂを型２２の内面２２ａに密着させる力となる。窪み１６ｃに入り込んだ溶融樹脂の注入圧もまた可撓堤１６ａを放熱面１６ｈ側に押し戻す力を加えるが、その力もまた可撓堤１６ａの頂面１６ｂを型２２の内面２２ａに密着させる力となる。可撓堤１６ａの半導体チップ８側に放熱板１６の外周に向けて開口する窪み１６ｃを設けると、溶融樹脂の注入圧によって可撓堤１６ａの頂面１６ｂを型２２の内面２２ａに密着させる力が得られる。小さな型締め力で溶融樹脂が放熱面１６ｈに侵入することを防止できる。図２（Ａ）に示すように、完成した半導体モジュールでは、窪み１６ｃ内で樹脂が硬化している。
【００１６】
（第２実施例）
第１実施例では、下部放熱板４の外面が平坦であり、型２０に密着させることによって下部放熱板４の外面に溶融樹脂が到達することを防止している。第２実施例では、図３に示すように、下部放熱板４の放熱面に放熱フィン４ｆを設ける。この場合には、放熱フィン４ｆを一巡する範囲に可撓堤４ａを設ける。この可撓堤４ａも、第１実施例で説明したのと同様の特徴を備えている。小さな型締め力で、溶融樹脂が放熱フィン４ｆの形成部位に侵入することを防止できる。
図３に示すように、上部放熱板１６の放熱面１６ｈに放熱フィン１６ｆを形成してもよい。
【００１７】
（第３実施例）
放熱面を一巡する可撓堤の形状は様々であり得る。型の内面形状を調整することで、小さな型締め力で可撓堤の頂面を型の内面に密着させ、可撓堤に作用する溶融樹脂の充填圧が可撓堤の頂面を型の内面に密着させる力を得るのに必要な可撓堤の形状をさまざまに変形させることができる。図４はその一例を示し、外周側に開口している窪み１６ｅに対応して外周側に近づくほど上昇している部分を可撓堤１６ｄに利用することができる。第３実施例では、板バネ状の堤１６ｄを利用する。
図４の（Ｂ）は型締めした状態を示し、型を閉じると可撓堤１６ｄの頂面が型の内面に密着する関係を得ることができ、可撓堤１６ｄに溶融樹脂の充填圧が作用すると可撓堤１６ｄの頂面を型の内面に密着させる力が得られることが確認できる。
【００１８】
（第４実施例）
この実施例は、第３実施例の可撓堤を下部放熱板にも適用したものである。この実施例では、上部放熱板１６の放熱面に放熱フィン１６ｆを設けている。
【００１９】
以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記の実施例では、下部放熱板と上部放熱板の間に半導体チップを積層しているが、半導体チップのいずれか一方の面にだけ放熱板が配置されている実施例にも適用することができる。また、伝熱部材１２を利用しないモジュールに本明細書に記載の技術を適用することもできる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２０】
２：半導体モジュール
４：下部放熱板（放熱フィンが形成されていることがある）
４ａ：堤（可撓堤）
４ｄ：堤
４ｅ：窪み
４ｆ：放熱フィン
６：固定層
８：半導体チップ
１０：固定層
１２：伝熱部材
１４：固定層
１６：上部放熱板（放熱フィンが形成されていることがある）
１６ａ：堤
１６ｂ：頂面
１６ｃ：窪み
１６ｄ：堤
１６ｅ：窪み
１６ｆ：放熱フィン
１６ｈ：放熱面
１８：モールド樹脂（硬化した樹脂）
２０：下型
２２：上型
２２ａ：密着面
【図１】
2015115510.tif 000003
【図２】
2015115510.tif 000004
【図３】
2015115510.tif 000005
【図４】
2015115510.tif 000006
【図５】
2015115510.tif 000007