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JP3321092B2 - Power semiconductor module - Google Patents
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JP3321092B2 - Power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module

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JP3321092B2
JP3321092B2 JP17971998A JP17971998A JP3321092B2 JP 3321092 B2 JP3321092 B2 JP 3321092B2 JP 17971998 A JP17971998 A JP 17971998A JP 17971998 A JP17971998 A JP 17971998A JP 3321092 B2 JP3321092 B2 JP 3321092B2
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power semiconductor
metal base
insulating plate
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bump
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康子 岡田
博子 小川
美香 山川
利勝 岡田
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30Die-attach connectors

Landscapes

  • Die Bonding (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は,ダイオード,サイ
リスタ,トランジスタ等の電力用半導体チップの複数個
が,1つの金属ベースに搭載される電力用半導体モジュ
ールに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor module in which a plurality of power semiconductor chips such as diodes, thyristors, transistors and the like are mounted on one metal base.

【0002】[0002]

【従来の技術】溶接機,無停電電源装置,通信用電源,
充電器,めっき用電源,モータコントロール等の電源装
置は,交流電源をダイオード又はサイリスタを用いて整
流し,この整流した直流をバイポーラトランジスタ,M
OSFET,IGBT等のトランジスタを制御素子とす
るインバータにより高周波交流に変換している。さら
に,出力に直流を得る場合には,この高周波交流を変圧
器により変圧し,この変圧された交流をダイオードを用
いて再度整流して,直流を得ている。これにより,電源
装置は小型化されるという特長を有している。
2. Description of the Related Art Welders, uninterruptible power supplies, communication power supplies,
Power supplies such as a charger, a plating power supply, and a motor control rectify an AC power supply using a diode or a thyristor, and convert the rectified DC into a bipolar transistor
High-frequency AC is converted by an inverter using a transistor such as an OSFET or IGBT as a control element. Further, when obtaining a direct current at the output, the high-frequency alternating current is transformed by a transformer, and the transformed alternating current is rectified again using a diode to obtain a direct current. As a result, the power supply device has the feature of being reduced in size.

【0003】これら電源装置には,ダイオード,サイリ
スタ,トランジスタ等の電力用半導体素子が複数個チッ
プの状態で1つのモジュール内に収納され,電力用半導
体モジュールとして用いられている。この電力用半導体
モジュールの概略平面図を図2に示す。4はセラミック
ス等の絶縁板で,この絶縁板4には予め一方の面には銅
箔による配線パターンが形成され,他方の面には全面に
銅箔が形成されている。2は金属ベースで,この金属ベ
ース2の上に半田チップが載置され,この半田チップの
上に絶縁板4が載置される。さらに,この絶縁板4の配
線パターンの必要個所にクリーム半田が塗布され,この
半田の上に電力用半導体チップ26a〜26d,28a
〜28d,30a,30bが載置され,リフロー炉によ
り半田付けされている。
[0003] In these power supply devices, power semiconductor elements such as diodes, thyristors, and transistors are housed in a single module in the form of a plurality of chips, and are used as power semiconductor modules. FIG. 2 shows a schematic plan view of the power semiconductor module. Numeral 4 is an insulating plate made of ceramics or the like. A wiring pattern of copper foil is formed on one surface of the insulating plate 4 in advance, and copper foil is formed on the entire surface of the other surface. Reference numeral 2 denotes a metal base, on which a solder chip is mounted, and an insulating plate 4 is mounted on the solder chip. Further, cream solder is applied to necessary portions of the wiring pattern of the insulating plate 4, and the power semiconductor chips 26a to 26d, 28a
28d, 30a and 30b are placed and soldered by a reflow furnace.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが,複数の電力
用半導体チップ26a〜26d,28a〜28d,30
a,30bが搭置する絶縁板4の面積は大きなものにな
る。このため,絶縁板4と金属ベース2との半田付け時
に,空気又はガスが絶縁板4と金属ベース2との間から
抜けずに,図の破線で示すように,絶縁板4と金属ベー
ス2とが半田付けされないボイド32a,32bが発生
する。そして,ボイド32a,32bの上部に電力用半
導体チップ26a,26b,28dがある場合,電力用
半導体モジュールの実装時に,電力用半導体チップ26
a,26b,28dが発生する熱がボイド32a,32
bによって金属ベース2を介して放出できない。このた
め,電力用半導体チップ26a,26b,28dが損傷
するという問題が発生する。
However, a plurality of power semiconductor chips 26a to 26d, 28a to 28d, 30
The area of the insulating plate 4 on which a and 30b are mounted becomes large. Therefore, when soldering the insulating plate 4 and the metal base 2, air or gas does not escape from between the insulating plate 4 and the metal base 2, and as shown by a broken line in FIG. Voids 32a and 32b are generated where solder is not soldered. When the power semiconductor chips 26a, 26b, 28d are located above the voids 32a, 32b, the power semiconductor chips 26
a, 26b, and 28d are generated by the voids 32a and 32d.
b cannot be released through the metal base 2. This causes a problem that the power semiconductor chips 26a, 26b, 28d are damaged.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の電力用半導体モ
ジュールは,金属ベースと,上記金属ベース上に設けら
れ,一方の面に配線パターンが形成された絶縁板と,上
記配線パターンに半田付けされる複数の電力用半導体チ
ップと,上記金属ベースの端部に接着された樹脂ケース
と,上記樹脂ケース内に注入し,上記電力用半導体チッ
プを封止する封止剤とを備えた電力用半導体モジュール
において,上記電力用半導体チップの下部の絶縁板の他
方の面に,電力用半導体チップの大きさと同等又はやや
大きい高温半田のバンプが設けられ,かつ,上記金属ベ
ースと上記絶縁板とが上記バンプを形成する高温半田よ
り低い低温のクリーム半田で半田付けられている。
A power semiconductor module according to the present invention comprises a metal base, an insulating plate provided on the metal base and having a wiring pattern formed on one surface thereof, and a soldering to the wiring pattern. A plurality of power semiconductor chips to be used, a resin case bonded to an end of the metal base, and a sealant injected into the resin case and sealing the power semiconductor chip. In the semiconductor module, a high-temperature solder bump equivalent to or slightly larger than the size of the power semiconductor chip is provided on the other surface of the insulating plate below the power semiconductor chip, and the metal base and the insulating plate are connected to each other. The solder is soldered with a low-temperature cream solder lower than the high-temperature solder forming the bumps.

【0006】すなわち,高温半田のバンプが電力用半導
体チップの下部の絶縁板の他方の面に設けられて,その
大きさが電力用半導体チップと同等又はやや大きい程度
であるため,バンプと絶縁板との間には,ボイドの発生
は抑制される。また,この部分にボイドが発生しても,
バンプが小さいため,ボイドも小さいものとなる。さら
に,バンプと金属ベースとの間は,低温半田で半田付け
されるので,バンプと金属ベースとの半田付け時に,バ
ンプの下部の余分な半田がバンプから外側に押し出され
て,ボイドの発生は抑制される。
That is, a bump made of high-temperature solder is provided on the other surface of the insulating plate below the power semiconductor chip, and its size is about the same as or slightly larger than the power semiconductor chip. In between, the generation of voids is suppressed. Also, even if voids occur in this part,
Since the bump is small, the void is also small. Furthermore, since the solder between the bump and the metal base is soldered with low-temperature solder, during the soldering between the bump and the metal base, excess solder under the bump is pushed out of the bump to the outside, and voids are not generated. Is suppressed.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明を,その実施の形態を示し
た図1に基づき説明する。図1において,2は金属ベー
ス,4は絶縁板である。絶縁板4は予め,一方の面に銅
箔による配線パターン8aが形成され,他方の面には全
面に銅箔8bが形成されている。6は電力用半導体チッ
プで,この電力用半導体チップ6が半田付けされる配線
パターン8aの下部の絶縁板4の他方の面に,電力用半
導体チップ6aの大きさと同等ないし1.5倍程度のや
や大きい高温半田のバンプ12が形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to FIG. 1 showing an embodiment thereof. In FIG. 1, 2 is a metal base, and 4 is an insulating plate. The insulating plate 4 has a wiring pattern 8a made of copper foil on one surface and a copper foil 8b formed on the entire surface of the other surface. Numeral 6 denotes a power semiconductor chip, on the other surface of the insulating plate 4 below the wiring pattern 8a to which the power semiconductor chip 6 is to be soldered, having a size equal to or about 1.5 times the size of the power semiconductor chip 6a. A slightly large high-temperature solder bump 12 is formed.

【0008】そして,金属ベース2に上記高温半田より
低温のクリーム半田が塗布され,この上に絶縁板4が載
置される。この絶縁板4の配線パターン8aの必要個所
に,上記高温半田より低温のクリーム半田10が塗布さ
れ,このクリーム半田10の上に,電力用半導体チップ
6が載置される。この時,図示しないが外部引き出し端
子も配線パターン上に載置され,リフロー炉により電力
用半導体チップ6が配線パターン8a上に半田付けさ
れ,また,端子も他の配線パターン上に半田付けされ
る。なお,上記電力用半導体チップ6は,図2のように
電力用半導体チップ26a〜26d,28a〜28d,
30a,30bの複数個が配線パターン上に半田付けさ
れる。
Then, cream solder having a lower temperature than the high-temperature solder is applied to the metal base 2, and an insulating plate 4 is mounted thereon. A cream solder 10 having a lower temperature than the high-temperature solder is applied to necessary portions of the wiring pattern 8a of the insulating plate 4, and the power semiconductor chip 6 is mounted on the cream solder 10. At this time, although not shown, the external lead terminals are also mounted on the wiring pattern, the power semiconductor chip 6 is soldered on the wiring pattern 8a by a reflow furnace, and the terminals are also soldered on other wiring patterns. . The power semiconductor chip 6 includes power semiconductor chips 26a to 26d, 28a to 28d, as shown in FIG.
A plurality of 30a and 30b are soldered on the wiring pattern.

【0009】その後,電力用半導体チップ及び端子がワ
イヤボンディングにより相互に接続され,図示しない樹
脂ケースが金属ベースの端部に接着され,この樹脂ケー
ス内にシリコンゲル等の封止剤を注入し,電力用半導体
チップを封止して電力用半導体モジュールを形成する。
Thereafter, the power semiconductor chip and the terminal are connected to each other by wire bonding, a resin case (not shown) is bonded to an end of the metal base, and a sealing agent such as silicon gel is injected into the resin case. The power semiconductor chip is sealed to form a power semiconductor module.

【0010】このようにして,形成された電力用半導体
モジュールでは,バンプ12は電力用半導体チップ6の
下部に配置され,面積も絶縁板4よりも十分小さく,電
力用半導体チップと同等ないし1.5倍よりやや大きい
程度であるため,バンプ12と他方の面の銅箔8bとの
間には,ボイドの発生が抑制される。もし,ボイドが発
生してもそのボイドは小さいものとなる。また,バンプ
12とその下の金属ベース2との間の半田は薄く,半田
付け時にバンプ12の下部のクリーム半田がバンプ12
の下部から外側に押し出され,ボイドの発生は抑制され
る。もし,ボイドが発生してもボイドが小さく,その厚
みも薄いものとなる。従って,電力用半導体モジュール
の実装時のボイドによる熱損失が小さく,電力用半導体
チップ6が発生する熱は,金属ベースから確実に放出さ
れる。
In the power semiconductor module thus formed, the bumps 12 are arranged below the power semiconductor chip 6, have a sufficiently smaller area than the insulating plate 4, and are equal to or smaller than the power semiconductor chip. Since it is slightly larger than five times, the generation of voids between the bump 12 and the copper foil 8b on the other surface is suppressed. If a void occurs, the void will be small. Further, the solder between the bump 12 and the metal base 2 thereunder is thin, and the cream solder under the bump 12 is replaced by the cream solder at the time of soldering.
Is extruded outward from the lower part, and the generation of voids is suppressed. Even if voids are generated, the voids are small and the thickness is small. Therefore, heat loss due to voids when mounting the power semiconductor module is small, and the heat generated by the power semiconductor chip 6 is reliably released from the metal base.

【0011】なお,上記実施例は,絶縁板に高温半田の
バンプを形成しているが,金属ベース側に高温半田のバ
ンプを形成してもよい。
In the above embodiment, the high-temperature solder bump is formed on the insulating plate, but the high-temperature solder bump may be formed on the metal base side.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明の電力用半導体モジュールは,電
力用半導体チップの下部の絶縁板と金属ベースとの間に
は,ボイドの発生が抑制され,ボイドの発生が生じても
その量は小さく薄いため,電力用半導体モジュールの実
装時の電力用半導体チップの熱は金属ベースから確実に
放出され,電力用半導体モジュールの損傷は回避され
る。
According to the power semiconductor module of the present invention, the generation of voids is suppressed between the insulating plate below the power semiconductor chip and the metal base. Since the power semiconductor module is thin, heat of the power semiconductor chip when the power semiconductor module is mounted is reliably released from the metal base, and damage to the power semiconductor module is avoided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電力用半導体モジュールの一実施の形
態を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a power semiconductor module of the present invention.

【図2】電力用半導体モジュールの内部構造の概略平面
図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of the internal structure of the power semiconductor module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 金属ベース 4 絶縁板 6 電力用半導体チップ 8a 配線パターン 8b 銅箔 10,14 低温半田 12 (高温半田の)バンプ 2 Metal Base 4 Insulating Plate 6 Power Semiconductor Chip 8a Wiring Pattern 8b Copper Foil 10, 14 Low Temperature Solder 12 (High Temperature Solder) Bump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 北島 健次 (56)参考文献 特開 平4−192340(JP,A) 特開 平6−152094(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/52 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page Examiner Kenji Kitajima (56) References JP-A-4-192340 (JP, A) JP-A-6-152094 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7) , DB name) H01L 21/52

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属ベースと,上記金属ベース上に設け
られ,一方の面に配線パターンが形成された絶縁板と,
上記配線パターンに半田付けされる複数の電力用半導体
チップと,上記金属ベースの端部に接着された樹脂ケー
スと,上記樹脂ケース内に注入し,上記電力用半導体チ
ップを封止する封止剤とを備えた電力用半導体モジュー
ルにおいて,上記電力用半導体チップの下部の絶縁板の
他方の面に,電力用半導体チップの大きさと同等又はや
や大きい高温半田のバンプが設けられ,かつ,上記金属
ベースと上記絶縁板とが上記バンプを形成する高温半田
より低い低温のクリーム半田で半田付けられていること
を特徴とする電力用半導体モジュール。
A metal base; an insulating plate provided on the metal base and having a wiring pattern formed on one surface thereof;
A plurality of power semiconductor chips to be soldered to the wiring pattern; a resin case bonded to an end of the metal base; and a sealing agent injected into the resin case to seal the power semiconductor chip. And a high-temperature solder bump having a size equal to or slightly larger than the size of the power semiconductor chip is provided on the other surface of the insulating plate below the power semiconductor chip. And the insulating plate is soldered with a low-temperature cream solder lower than the high-temperature solder forming the bump.
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