(57)【要約】【課題】モールド樹脂で封止する前に塗布されるプライマの膜厚を均一化させる技術を提供する。【解決手段】半導体モジュール１は、リードフレーム１２，１４、リードフレーム１２，１４の主面の一部に固定されている半導体素子２２，２４、リードフレーム１２，１４と半導体素子２２，２４を封止するモールド樹脂４２、及び、リードフレーム１２，１４とモールド樹脂４２の間に設けられているプライマ、を備える。リードフレーム１２，１４は、主面の一部に周囲よりも突出する台座部１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂを有する。台座部１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂの側面は、外側に向けて傾斜する。半導体素子２２，２４は、台座部１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ上に固定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リードフレームと、
前記リードフレームの主面の一部に固定されている半導体素子と、
前記リードフレームと前記半導体素子を封止するモールド樹脂と、
前記リードフレームと前記モールド樹脂の間に設けられているプライマと、を備えており、
前記リードフレームは、前記主面の一部に周囲よりも突出する台座部を有しており、
前記台座部の側面は、外側に向けて傾斜しており、
前記半導体素子は、前記台座部上に固定されている、半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示される半導体モジュールは、リードフレーム、リードフレームの主面の一部に固定されている半導体素子、リードフレームと半導体素子を封止するモールド樹脂、及び、リードフレームとモールド樹脂の間に設けられているプライマを備える。プライマは、モールド樹脂でリードフレームと半導体素子を封止する前に、リードフレームの主面に塗布される。プライマは、リードフレームとモールド樹脂の密着力を高めるために用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２４４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図６Ａ〜図６Ｃを参照し、プライマに生じるヒケについて説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、リードフレーム１０１と半導体素子１０２の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示す。図６Ａに示されるように、半導体素子１０２は、リードフレーム１０１の主面の一部にはんだを介して固定されている。次に、図６Ｂに示されるように、リードフレーム１０１の主面にプライマ１０３が塗布される。このとき、リードフレーム１０１の主面と半導体素子１０２の側面で構成される角部にプライマ１０３が溜まり、半導体素子１０２の周囲においてプライマ１０３が肉厚に形成される。図６Ｃに示されるように、プライマ１０３を塗布してからモールド樹脂で封止するまでの間にプライマ１０３に含まれる溶剤が揮発すると、プライマ１０３の膜厚の不均一に起因してヒケ１０３ａが形成される。
【０００５】
ヒケ１０３ａが形成されると、その部分のプライマ１０３の膜厚が薄くなる。このため、ヒケ１０３ａが形成される部分では、リードフレーム１０１とモールド樹脂の密着力が低下する。ヒケ１０３ａが形成される部分、即ち、リードフレーム１０１と半導体素子１０２の固定部周囲は、リードフレーム１０１と半導体素子１０２の熱膨張差に基づく熱応力が高い部分である。このような高熱応力部分でリードフレーム１０１とモールド樹脂の密着力が低いと、モールド樹脂が剥離するという問題が発生する。
【０００６】
上記したように、プライマに生じるヒケは、プライマの膜厚の不均一に起因する。このため、プライマに生じるヒケを抑えるためには、プライマの膜厚を均一化させることが肝要である。本明細書は、プライマの膜厚を均一化させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示する半導体モジュールの一実施形態は、リードフレーム、リードフレームの主面の一部に固定されている半導体素子、リードフレームと半導体素子を封止するモールド樹脂、及び、リードフレームとモールド樹脂の間に設けられているプライマ、を備える。リードフレームは、主面の一部に周囲よりも突出する台座部を有する。台座部の側面は、外側に向けて傾斜する。半導体素子は、台座部上に固定されている。
【０００８】
上記実施形態の半導体モジュールでは、半導体素子がリードフレームの台座部上に固定され、その台座部の側面が外側に向けて傾斜することを１つの特徴とする。台座部の側面が傾斜していると、その部分でのプライマの流動性が高まり、その部分にプライマが溜まることが抑えられる。これにより、半導体素子の周囲においてプライマが肉厚に形成されることが抑えられ、プライマの膜厚が均一化される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の半導体モジュールの断面図を模式的に示す。
【図２】本実施形態のリードフレームと半導体素子の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示す。
【図３】本実施形態のリードフレームと半導体素子の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示しており、台座部の特徴を表す長さ及び傾斜角を説明するための図である。
【図４】プライマのヒケ評価試験の結果を示す。
【図５】プライマのヒケ評価試験の結果をプロットした図を示す。
【図６Ａ】従来のリードフレームと半導体素子の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示しており、プライマを塗布する前の図である。
【図６Ｂ】従来のリードフレームと半導体素子の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示しており、プライマを塗布した直後の図である。
【図６Ｃ】従来のリードフレームと半導体素子の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示しており、プライマにヒケが形成された様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示されるように、半導体モジュール１は、第１リードフレーム１２、第２リードフレーム１４、ゲートフレーム１６、第１半導体素子２２、第２半導体素子２４、第１スペーサーブロック３２、第２スペーサーブロック３４及びモールド樹脂４２を備える。
【００１１】
第１リードフレーム１２は、本体部１２Ａ及び一対の台座部１２ａ，１２ｂを有する。本体部１２Ａは、平板状の形態を有する。台座部１２ａ，１２ｂは、本体部１２Ａ上に形成されており、第１リードフレーム１２の主面の一部が突出して構成されている。この例では、台座部１２ａ，１２ｂが本体部１２Ａと一体で構成されている。この例に代えて、台座部１２ａ，１２ｂは、本体部１２Ａと別体で構成されていてもよい。第１半導体素子２２がはんだを介して台座部１２ａ上に固定されており、第２半導体素子２４がはんだを介して台座部１２ｂ上に固定されている。第１リードフレーム１２の他方の主面は、モールド樹脂４２から露出しており、絶縁部材（図示省略）を介して冷却器（図示省略）に接続されている。第１リードフレーム１２の材料は、Ａｌ、Ｃｕ、ＣｕにＮｉメッキ又はＣｕにＡｕメッキである。このように、第１リードフレーム１２は、半導体素子２２，２４を流れる電流のための導電路であるとともに、半導体素子２２，２４で発生した熱を冷却器まで放熱するための放熱板としても機能する。
【００１２】
第２リードフレーム１４は、第１リードフレーム１２から所定距離を隔てて対向配置されており、本体部１４Ａ及び一対の台座部１４ａ，１４ｂを有する。本体部１４Ａは、平板状の形態を有する。台座部１４ａ，１４ｂは、本体部１４Ａ上に形成されており、第２リードフレーム１４の主面の一部が突出して構成されている。この例では、台座部１４ａ，１４ｂが本体部１４Ａと一体で構成されている。この例に代えて、台座部１４ａ，１４ｂは、本体部１４Ａと別体で構成されていてもよい。第１スペーサーブロック３２がはんだを介して第２リードフレーム１４の台座部１４ａに固定されており、第２スペーサーブロック３４がはんだを介して第２リードフレーム１４の台座部１４ｂに固定されている。換言すると、第１半導体素子２２が第１スペーサーブロック３２及びはんだを介して第２リードフレーム１４の台座部１４ａに固定されており、第２半導体素子２４が第２スペーサーブロック３４及びはんだを介して第２リードフレーム１４の台座部１４ｂに固定されている。第２リードフレーム１４の他方の主面は、モールド樹脂４２から露出しており、絶縁部材（図示省略）を介して冷却器（図示省略）に接続されている。第２リードフレーム１４の材料は、Ａｌ、Ｃｕ、ＣｕにＮｉメッキ又はＣｕにＡｕメッキである。このように、第２リードフレーム１４は、半導体素子２２，２４を流れる電流のための導電路であるとともに、半導体素子２２，２４で発生した熱を冷却器まで放熱するための放熱板としても機能する。
【００１３】
第１半導体素子２２は、縦型のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。第１半導体素子２２のゲートは、ボンディングワイヤを介してゲートフレーム１６に電気的に接続されている。第２半導体素子２４は、縦型のダイオードである。第２半導体素子２４は、第１半導体素子２２がオフしたときに、負荷電流を還流させるフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）として機能する。
【００１４】
第１スペーサーブロック３２及び第２スペーサーブロック３４は、第１半導体素子２２のゲートに接続するボンディングワイヤのための空間を確保するために設けられている。第１スペーサーブロック３２及び第２スペーサーブロック３４の各々の材料は、例えば、Ｃｕである。第１スペーサーブロック３２と第１半導体素子２２がはんだを介して固定されており、第２スペーサーブロック３４と第２半導体素子２４がはんだを介して固定されている。
【００１５】
モールド樹脂４２は、第１リードフレーム１２と第２リードフレーム１４の間の空間に封入されており、第１リードフレーム１２、第２リードフレーム１４、ゲートフレーム１６、第１半導体素子２２、第２半導体素子２４、第１スペーサーブロック３２及び第２スペーサーブロック３４を封止する。モールド樹脂４２は、各部材を封止することにより、各部材を保護する。モールド樹脂４２の材料は、エポキシ樹脂である。なお、図示を省略しているが、後述するように、モールド樹脂４２とリードフレーム１２，１４の間には、モールド樹脂４２とリードフレーム１２，１４の密着力を高めるためのプライマが設けられている。
【００１６】
図２に、第１リードフレーム１２の台座部１２ａと第１半導体素子２２の固定部周囲の要部拡大断面図を模式的に示す。なお、台座部１２ｂと第２半導体素子２４の組、台座部１４ａと第１スペーサーブロック３２の組、及び、台座部１４ｂと第２スペーサーブロック３４の組の形態的特徴も、台座部１２ａと第１半導体素子２２の組の形態的特徴と共通する。したがって、以下では、台座部１２ａと第１半導体素子２２の組の形態的特徴を代表して説明する。
【００１７】
図２に示されるように、台座部１２ａは、頂面１２Ｓａ及び側面１２Ｓｂを有する。頂面１２Ｓａは、本体部１２Ａの主面に対して平行である。側面１２Ｓｂは、平面で構成されており、本体部１２Ａの主面に対して傾斜する。側面１２Ｓｂは、頂面１２Ｓａの端部から外側に向けて傾斜する。本体部１２Ａの主面に平行な断面で計測したときの台座部１２ａの断面積は、頂面１２Ｓａから離れるにつれて増加する。
【００１８】
第１半導体素子２２は、台座部１２ａの頂面１２Ｓａにはんだを介して固定されている。半導体モジュール１を平面視したときに（図１及び図２の紙面上下方向から観測したときに）、第１半導体素子２２の存在範囲は、台座部１２ａの頂面１２Ｓａの存在範囲内に収まる。より望ましくは、図２に示されるように、半導体モジュール１を平面視したときに、第１半導体素子２２の存在範囲は、台座部１２ａの頂面１２Ｓａの存在範囲に一致する。換言すると、第１半導体素子２２の側面２２Ｓの延長線が、台座部１２ａの頂面１２Ｓａと側面１２Ｓｂで構成される角部に交差する。
【００１９】
図２に示されるように、第１リードフレーム１２とモールド樹脂４２の間には、プライマ４４が設けられている。プライマ４４は、モールド樹脂４２で封止される前に第１リードフレーム１２の主面に塗布される。プライマ４４は、ポリイミド樹脂であり、第１リードフレーム１２とモールド樹脂４２の密着力を高めるために用いられる。この例に代えて、プライマ４４の材料は、ポリアミドイミド、シリコーン又はエポキシ系樹脂であってもよい。
【００２０】
半導体モジュール１では、半導体素子２２が第１リードフレーム１２の台座部１２ａ上に固定され、その台座部１２ａの側面１２Ｓｂが外側に向けて傾斜することを特徴とする。台座部１２ａの側面１２Ｓｂが傾斜していると、プライマ４４を塗布したときに、その部分でのプライマ４４の流動性が高まり、その部分にプライマ４４が溜まることが抑えられる。これにより、第１半導体素子２２の周囲においてプライマ４４が肉厚に形成されることが抑えられ、プライマ４４の膜厚が均一化される。この結果、背景技術で説明したように、プライマ４４の膜厚の不均一に起因するヒケの発生が抑えられる。このため、第１半導体素子２２の周囲の高熱応力部においても、第１リードフレーム１２とモールド樹脂４２が強固に結合される。半導体モジュール１は、高い信頼性を有することができる。
【００２１】
（ヒケ評価試験）
台座部１２ａの側面１２Ｓｂが傾斜することでヒケが抑えられることを確かめるために、ヒケ評価試験を実施した。図３に示されるように、ヒケ評価試験では、台座部１２ａの頂面１２Ｓａの端部から側面１２Ｓｂの端部までの本体部１２Ａの主面と平行な方向の長さＬと傾斜角α（本体部１２Ａの主面と台座部１２ａの側面１２Ｓｂがなす角）を評価因子とした。
【００２２】
ヒケ評価試験は、次の手順である。まず、リードフレームの台座部上に半導体素子及びスペーサーブロックを固定した後に、希釈用シンナーで希釈した液体ポリイミドのプライマをリードフレームの主面に塗布する。なお、液体ポリイミドはＤｕｐｏｎｔ社製ＰＩ２５２５であり、希釈用シンナーはＮＭＰである。液体ポリイミドとＮＭＰの希釈率は２：５である。リードフレームの材料はＣｕである。次に、１２０℃で１時間の予備乾燥を実施する。次に、窒素雰囲気化において２１０℃で１時間の本乾燥を実施する。その後、リードフレーム上のプライマの膜厚を測定する。
【００２３】
背景技術で説明したように、リードフレームの主面に被覆されたプライマは、その膜厚の不均一に起因してヒケが生じることがある。ヒケが形成された部分の膜厚が０．５μｍを下回ると、リードフレームとモールド樹脂の密着力が顕著に低下することが知られている。これは、ヒケが形成された部分の膜厚が０．５μｍを下回ると、プライマ自体がリードフレームから剥離するという破壊モードとなり、リードフレームとモールド樹脂の密着力が顕著に低下するからである。したがって、評価基準は、プライマの膜厚が０．５μｍ以上のときに良（○）とし、プライマの膜厚が０．５μｍ未満の場合に不良（×）とした。
【００２４】
図４にヒケ評価試験の結果を示し、図５にそのヒケ評価試験の結果をプロットした図を示す。この結果から、リードフレームの台座部は、次のいずれかの特徴を有しているのが望ましいことが確認された。
（１）長さＬが５０μｍ以上１００μｍ未満のとき、傾斜角αが４〜８度。
（２）長さＬが１００μｍ以上１５０μｍ未満のとき、傾斜角αが２〜５度。
（３）長さＬが１５０μｍ以上２００μｍ未満のとき、傾斜角αが２〜４度。
【００２５】
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み合わ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み合わ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】
【００２６】
１：半導体モジュール
１２，１４：リードフレーム
１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ：台座部
１６：ゲートフレーム
２２，２４：半導体素子
３２，３４：スペーサーブロック
４２：モールド樹脂
４４：プライマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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