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JP7419781B2 - semiconductor module - Google Patents
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Description

本発明は、半導体モジュール、特に電力変換に用いるパワー半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor module, and particularly to a power semiconductor module used for power conversion.

リード端子による配線を利用し、樹脂により封止されたパワー半導体モジュールを開示した文献として、次の特許文献1のパワー半導体モジュールが知られている。特許文献1の図1、図2には、半導体素子をリード端子で電気的に接合し、樹脂で封止した構造が開示されている。 A power semiconductor module disclosed in Patent Document 1 is known as a document disclosing a power semiconductor module sealed with resin using wiring using lead terminals. 1 and 2 of Patent Document 1 discloses a structure in which semiconductor elements are electrically connected with lead terminals and sealed with resin.

また、特許文献2には、半導体素子の電極上に選択的に設けられた第1の保護膜及びめっき膜と、該めっき膜および該保護膜が接する部分を覆う第2の保護膜とを設け、めっき膜とはんだとの密着性を向上することが開示されている。 Furthermore, Patent Document 2 discloses that a first protective film and a plating film are selectively provided on the electrodes of a semiconductor element, and a second protective film that covers a portion in contact with the plating film and the protective film is provided. , has been disclosed to improve the adhesion between the plating film and the solder.

特開2006-202885JP2006-202885 特開2017-59720JP2017-59720

特許文献1のように、半導体素子の上面に銅(Cu)等のリード端子がはんだ接合され、樹脂封止された構造では、半導体素子の発熱によるパワーサイクルにより、半導体素子の表面に形成されるAl膜電極や、Al-Si合金膜にクラックが発生する問題があった。 As in Patent Document 1, in a structure in which a lead terminal made of copper (Cu) or the like is soldered to the top surface of a semiconductor element and sealed with resin, lead terminals are formed on the surface of the semiconductor element due to power cycles caused by heat generation of the semiconductor element. There was a problem that cracks occurred in the Al film electrode and the Al-Si alloy film.

これは発熱の際に発生する応力を要因としており、リード端子と半導体素子のシリコン(Si)の熱膨張係数差(銅の線膨張係数:16.7×10-6/℃、Siの熱膨張係数:3.0×10-6/℃)によるものである。 This is due to the stress generated during heat generation, and the difference in thermal expansion coefficient between the lead terminal and silicon (Si) of the semiconductor element (linear expansion coefficient of copper: 16.7 × 10 -6 /℃, thermal expansion of Si) coefficient: 3.0×10 −6 /°C).

さらに、リード端子の立ち上がり部の熱膨張により半導体素子に垂直方向に引張り圧縮の力が繰り返し発生することによって、性能及び信頼性に悪影響が生じることも考えられた。 Furthermore, it has been considered that performance and reliability may be adversely affected due to the repeated generation of tensile and compressive forces in the vertical direction on the semiconductor element due to thermal expansion of the rising portions of the lead terminals.

また、半導体素子表面の電極上にはポリイミドでパターニングされたガードリングとゲートランナーが配置され、ポリイミドパターン内部には電極保護膜が形成されるが、これら材料の密着性は良好ではなく、熱履歴を経るごとにポリイミドの熱収縮により隙間が広がることによる性能及び信頼性の劣化が考えられた。 Additionally, guard rings and gate runners patterned with polyimide are placed on the electrodes on the surface of the semiconductor element, and an electrode protective film is formed inside the polyimide pattern, but the adhesion of these materials is not good and thermal history It was thought that performance and reliability would deteriorate as the gap widened due to thermal contraction of the polyimide over time.

また、リード端子との接合時や実動作時にはんだが広がり、応力集中だけでなく、応力拡大点となり寿命を低下させる恐れが考えられた。 In addition, the solder spreads during bonding with lead terminals or during actual operation, which not only causes stress concentration but also becomes a stress magnification point, which may reduce the lifespan.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、リード端子接合を利用した半導体モジュールにおいて、半導体素子の発熱による熱応力を低減し、信頼性の高い半導体モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to reduce thermal stress caused by heat generation of semiconductor elements in a semiconductor module using lead terminal bonding, and to provide a highly reliable semiconductor module. do.

また、高電力密度化が可能であり、小型化・高出力化が可能で信頼性の高い半導体モジュールを提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor module that is capable of high power density, miniaturization, and high output.

本発明の半導体モジュールは、
半導体素子と、
当該半導体素子が実装された積層基板と、
当該半導体素子の表面に形成された電極層と、
当該電極層上に形成され、第1の開口を有する第1の絶縁膜と、
当該第1の開口内に形成された金属層と、
当該第1の開口の縁部における当該第1の絶縁膜及び当該金属層を覆うように形成され、かつ当該金属層を露出し、曲線で囲まれた形状を有する第2の開口を有する第2の絶縁膜と、
当該第2の開口内に形成されたはんだ部と、を有している。
The semiconductor module of the present invention includes:
a semiconductor element;
a laminated substrate on which the semiconductor element is mounted;
an electrode layer formed on the surface of the semiconductor element;
a first insulating film formed on the electrode layer and having a first opening;
a metal layer formed within the first opening;
A second opening formed to cover the first insulating film and the metal layer at the edge of the first opening, exposing the metal layer, and having a second opening surrounded by a curved line. an insulating film,
and a solder portion formed within the second opening.

本発明の半導体モジュールによれば、高温連続動作時においても高い信頼性を得ることができる。また、大電流を小スペースで扱えることから高電力密度化が可能となり、パワー半導体モジュールの小型化・高出力化が可能となる。 According to the semiconductor module of the present invention, high reliability can be obtained even during continuous high temperature operation. Furthermore, since large currents can be handled in a small space, it becomes possible to increase power density, making it possible to downsize and increase the output of power semiconductor modules.

本発明の第1の実施形態に係るパワー半導体モジュールの断面を模式的に示す断面図である。1 is a sectional view schematically showing a cross section of a power semiconductor module according to a first embodiment of the present invention. 半導体素子14の表面上に設けられた第1の絶縁膜25を図示する平面図である。2 is a plan view illustrating a first insulating film 25 provided on the surface of a semiconductor element 14. FIG. 半導体素子14の表面上に設けられた第1の絶縁膜25を図示する断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a first insulating film 25 provided on the surface of a semiconductor element 14. FIG. 第1の絶縁膜25上に設けられた第2の絶縁膜33を図示する平面図である。3 is a plan view illustrating a second insulating film 33 provided on a first insulating film 25. FIG. 第1の絶縁膜25上に設けられた第2の絶縁膜33を図示する断面図である。3 is a cross-sectional view illustrating a second insulating film 33 provided on a first insulating film 25. FIG. 本実施形態の半導体素子14の電極構造及びリード端子16の接続を図示する平面図である。FIG. 2 is a plan view illustrating the electrode structure of the semiconductor element 14 and the connections of the lead terminals 16 of the present embodiment. 本実施形態の半導体素子14の電極構造及びリード端子16の接続を図示する断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the electrode structure of the semiconductor element 14 and the connection of the lead terminals 16 of the present embodiment. はんだ部15が第2の絶縁膜33との間に間隙を有するように形成されている場合を示す図である。3 is a diagram showing a case where solder portion 15 is formed with a gap between it and second insulating film 33. FIG. はんだ部15のはんだがリード端子16の接合部16aの先端側面16t、又は側部側面16sの一部を覆っているように構成されている場合を模式的に示す部分拡大断面図である。FIG. 7 is a partially enlarged sectional view schematically showing a case in which the solder of the solder portion 15 is configured to cover a part of the tip side surface 16t or the side surface 16s of the joint portion 16a of the lead terminal 16. リード端子16の接合部16a(平板部)の面積に対する接合面積の割合(%)と熱抵抗との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the ratio (%) of the bonding area to the area of the bonding portion 16a (flat plate portion) of the lead terminal 16 and thermal resistance. 本実施形態の半導体モジュールの信頼性試験(TjP/C試験)の結果を、従来構造の場合と比較して示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of a reliability test (T j P/C test) of the semiconductor module of the present embodiment in comparison with a case of a conventional structure. リード端子16の接合部16aと複数のはんだ部15との他の接続形態を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing another form of connection between a joint portion 16a of a lead terminal 16 and a plurality of solder portions 15;

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。これらを適宜改変し、組合せて適用することができる。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. These can be modified as appropriate and applied in combination. Further, in the following description and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals. Note that the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be implemented with appropriate modifications within the scope without changing the gist thereof.

また、以下においては、半導体モジュール10が半導体素子としてパワー半導体素子を実装したパワー半導体モジュールである場合について説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るパワー半導体モジュール10の断面を模式的に示す断面図である。
Further, in the following, a case will be described in which the semiconductor module 10 is a power semiconductor module in which a power semiconductor element is mounted as a semiconductor element.
[First embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a power semiconductor module 10 according to a first embodiment of the present invention.

図1に示すように、パワー半導体モジュール10は、冷却器19と、冷却器19上にはんだ11を介して設けられた積層基板12と、積層基板12上にはんだ13を介して設けられた半導体素子14と、半導体素子14と積層基板12とをリード端子下はんだ15(以下、単にはんだ15という。)を介して電気的に接続するリード端子16とが、冷却器19上に立設された枠状のケース17内に収容されている。 As shown in FIG. 1, the power semiconductor module 10 includes a cooler 19, a laminated substrate 12 provided on the cooler 19 via a solder 11, and a semiconductor layer provided on the laminated substrate 12 via a solder 13. The element 14 and lead terminals 16 that electrically connect the semiconductor element 14 and the laminated substrate 12 via the lead terminal lower solder 15 (hereinafter simply referred to as the solder 15) are erected on the cooler 19. It is housed in a frame-shaped case 17.

また、枠状のケース17内には封止樹脂18が充填され、はんだ11と、積層基板12と、半導体素子14と、リード端子16とが封止されている。 Further, the frame-shaped case 17 is filled with a sealing resin 18, and the solder 11, the laminated substrate 12, the semiconductor element 14, and the lead terminals 16 are sealed.

ケース17及び封止樹脂18の外形は略直方体であり、封止樹脂18は、上面と上面に対向し冷却器19に接する下面とを備えている。冷却器19の上面、積層基板12、半導体素子14及び封止樹脂18の上面はほぼ平行となるよう配置されている。 The outer shapes of the case 17 and the sealing resin 18 are substantially rectangular parallelepipeds, and the sealing resin 18 has an upper surface and a lower surface that faces the upper surface and contacts the cooler 19 . The upper surface of the cooler 19, the upper surfaces of the laminated substrate 12, the semiconductor element 14, and the sealing resin 18 are arranged so as to be substantially parallel to each other.

なお、本明細書において、上面又は下面とは、説明の目的で添付図中の上下を指す相対的な用語であって、パワー半導体モジュール10の使用態様等との関係で上下を限定するものではない。 Note that in this specification, the upper surface or the lower surface is a relative term that refers to the upper and lower sides in the attached drawings for the purpose of explanation, and does not limit the upper and lower sides in relation to the usage mode of the power semiconductor module 10. do not have.

積層基板12は、絶縁基板と導電性板が積層された基板で、DCB(Direct Copper Bonding)基板またはAMB(Active Metal Blazing)基板などがある。より詳細には、積層基板12は、セラミックなどの絶縁基板12Bの下面に金属箔12Aが配置され、上面に回路層12Cが配置されている。金属箔および回路層は銅などの導電性金属が用いられ、所定のパターンに加工されていてもよい。前記絶縁基板は、熱伝導度の高いセラミックス、例えば酸化アルミニウム(アルミナ)や窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが用いられる。 The laminated substrate 12 is a substrate in which an insulating substrate and a conductive plate are laminated, and may be a DCB (Direct Copper Bonding) substrate or an AMB (Active Metal Blazing) substrate. More specifically, in the laminated board 12, a metal foil 12A is arranged on the lower surface of an insulating substrate 12B made of ceramic or the like, and a circuit layer 12C is arranged on the upper surface. The metal foil and the circuit layer are made of conductive metal such as copper, and may be processed into a predetermined pattern. The insulating substrate is made of ceramics with high thermal conductivity, such as aluminum oxide (alumina), aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, or the like.

積層基板下はんだ11(以下、単にはんだ11という。)は金属箔12Aと冷却器19とを熱的、機械的に接続する。すなわち、半導体素子14から積層基板12(DCB基板)に伝わった熱は冷却器19に伝熱される。はんだ11としては、高信頼性のために高強度はんだが好適であり、Sn-Sb系はんだやSn-Sb-Ag系はんだが好ましい。 The laminated substrate lower solder 11 (hereinafter simply referred to as solder 11) connects the metal foil 12A and the cooler 19 thermally and mechanically. That is, the heat transferred from the semiconductor element 14 to the laminated substrate 12 (DCB substrate) is transferred to the cooler 19. As the solder 11, high-strength solder is suitable for high reliability, and Sn-Sb-based solder or Sn-Sb-Ag-based solder is preferred.

はんだ15は、リード端子16の下面と半導体素子14の表面電極とを電気的および熱的に接続している。はんだ15の引張強さが高い場合には、半導体素子14の表面電極に高い応力が発生するため、引張強さが低く比較的柔らかいはんだが好ましい。具体的には、引張強さは50MPa以下が好ましく、より好ましくは30MPa以下である。例えば、Sn-Cu系はんだが好ましい。なお、引張強さは、応力-ひずみ曲線の最大引張力を試料の断面積で割って求められる(JIS Z2241)
リード端子16は、はんだ15を介して半導体素子14の上面に電気的および熱的に接続されている。リード端子16は、平板状の接合部16a,16eと、接合部16aから上方に立ち上がっている平板状の立ち上がり部16bと、立ち上がり部16bと立ち下がり部16dとを接続する平板状の接続部分16cとにより構成されている。
Solder 15 electrically and thermally connects the lower surface of lead terminal 16 and the surface electrode of semiconductor element 14 . If the tensile strength of the solder 15 is high, high stress will be generated on the surface electrode of the semiconductor element 14, so a relatively soft solder with low tensile strength is preferable. Specifically, the tensile strength is preferably 50 MPa or less, more preferably 30 MPa or less. For example, Sn--Cu solder is preferred. The tensile strength is determined by dividing the maximum tensile force of the stress-strain curve by the cross-sectional area of the sample (JIS Z2241).
Lead terminal 16 is electrically and thermally connected to the upper surface of semiconductor element 14 via solder 15 . The lead terminal 16 includes flat joining parts 16a and 16e, a flat rising part 16b rising upward from the joining part 16a, and a flat connecting part 16c connecting the rising part 16b and the falling part 16d. It is composed of.

リード端子16は帯状の導電性の板を折り曲げて製造される。リード端子16は、平板状の先端部である接合部16aがはんだ15を介して半導体素子14の表面電極に接合されている。また、リード端子16は、接合部16eがはんだを介して積層基板12の回路板12cに接合されている。 The lead terminal 16 is manufactured by bending a strip-shaped conductive plate. The lead terminal 16 has a joint portion 16a, which is a flat end portion, joined to the surface electrode of the semiconductor element 14 via the solder 15. Further, the lead terminal 16 has a joint portion 16e joined to the circuit board 12c of the laminated board 12 via solder.

リード端子16の材質は、電気抵抗が低く熱伝導率が高い金属が好適に用いられ、具体的には電気抵抗が低い、CuまたはCu銅合金、AlまたはAl合金が好ましい。また、Niめっきなどの表面処理を行っても良い。垂直部を有するリード端子16の厚みは0.3mm~0.8mm程度が高寿命を得るためには好ましい。 As the material of the lead terminal 16, a metal having low electrical resistance and high thermal conductivity is preferably used, and specifically, Cu or Cu copper alloy, Al or Al alloy, which has low electrical resistance, is preferably used. Further, surface treatment such as Ni plating may be performed. The thickness of the lead terminal 16 having the vertical portion is preferably about 0.3 mm to 0.8 mm in order to obtain a long life.

封止樹脂18は、所定の絶縁性能があり、曲げ弾性率が低く、熱膨張係数が内部材料を鑑みて調整され、成形性がよいものが好ましい。エポキシ樹脂やマレイミド樹脂などを骨格にもつ樹脂材料が適しているが、これらに限定されない。これら樹脂には、例えば熱伝導性を向上させるためにフィラーが混合されており、フィラー量により熱膨張係数や曲げ弾性率を調整可能である。 It is preferable that the sealing resin 18 has a predetermined insulation performance, a low bending modulus, a thermal expansion coefficient adjusted in consideration of the internal material, and good moldability. Resin materials having skeletons such as epoxy resins and maleimide resins are suitable, but are not limited to these. Filler is mixed in these resins in order to improve thermal conductivity, for example, and the coefficient of thermal expansion and modulus of bending elasticity can be adjusted by adjusting the amount of filler.

ヒートシンクである冷却器19は、内部が空洞であり、複数のフィンを備えている。フィンの間が冷媒通路になっている。冷媒としては、特に限定されないが、例えば、エチレングリコール系の冷媒や水などの液体冷媒を用いることも可能であり、空冷も可能である。冷却器19は、DCB基板の金属箔12Aに熱的に接続されている。 The cooler 19, which is a heat sink, is hollow inside and includes a plurality of fins. There is a refrigerant passage between the fins. Although the refrigerant is not particularly limited, for example, it is possible to use an ethylene glycol refrigerant or a liquid refrigerant such as water, and air cooling is also possible. The cooler 19 is thermally connected to the metal foil 12A of the DCB board.

半導体素子14は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)あるいはダイオードチップ等のパワーチップであるが、種々のSiデバイス、あるいはSiCデバイス、GaNデバイスなどのワイドギャップ半導体素子を用いることもできる。また、これらのデバイスを組み合わせて用いても良い。例えば、Si-IGBTとSiC-SBD(Schottky Barrier Diode:ショットキーバリアダイオード)を用いたハイブリッドモジュールなどを用いることができる。 The semiconductor element 14 is, for example, a power chip such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a diode chip, but various Si devices, or wide gap semiconductor elements such as a SiC device or a GaN device can also be used. Further, these devices may be used in combination. For example, a hybrid module using a Si-IGBT and a SiC-SBD (Schottky Barrier Diode) can be used.

なお、半導体素子14の搭載数は、図示する形態に限定されるものではなく、積層基板12上に複数搭載することもできる。 Note that the number of semiconductor elements 14 to be mounted is not limited to the illustrated form, and a plurality of semiconductor elements 14 may be mounted on the laminated substrate 12.

また、半導体素子14、リード端子16の組を複数備えている構造にしてもよい。半導体素子14を複数並列接続で並べることにより半導体モジュール10の定格出力を増加することができる。また、複数の半導体素子14の種類をそれぞれ異なる種類の半導体素子に変えてもよい。例えば、IGBTとFWD(Free Wheeling Diode)を並列接続にする構造としてもよい。 Further, a structure including a plurality of sets of semiconductor elements 14 and lead terminals 16 may be used. By arranging a plurality of semiconductor elements 14 in parallel connection, the rated output of the semiconductor module 10 can be increased. Further, the types of the plurality of semiconductor elements 14 may be changed to different types of semiconductor elements. For example, a structure may be used in which an IGBT and a FWD (Free Wheeling Diode) are connected in parallel.

次に、本発明の第1の実施形態に係る半導体モジュール10の半導体素子14の表面の電極部分の構造について、図面を参照して詳細に説明する。図2A,2Bは、それぞれ半導体素子14の表面上に設けられた、保護膜としても機能する絶縁膜25(以下、第1の絶縁膜25という。)を説明する平面図及び断面図であり、図3A,3Bは、それぞれ第1の絶縁膜25上に設けられた、保護膜としても機能する絶縁膜33(以下、第2の絶縁膜33という。)を説明する平面図及び断面図である。 Next, the structure of the electrode portion on the surface of the semiconductor element 14 of the semiconductor module 10 according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, illustrating an insulating film 25 (hereinafter referred to as the first insulating film 25) provided on the surface of the semiconductor element 14 and also functioning as a protective film. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, illustrating an insulating film 33 (hereinafter referred to as a second insulating film 33) provided on the first insulating film 25 and also functioning as a protective film. .

より詳細には、図2Aは、半導体素子14の表面に設けられた第1の絶縁膜25を説明する平面図であり、図2Bは、図2Aに示す線A-Aに沿った半導体素子14の表面部分の断面を模式的に示す断面図である。 More specifically, FIG. 2A is a plan view illustrating the first insulating film 25 provided on the surface of the semiconductor element 14, and FIG. 2B is a plan view illustrating the semiconductor element 14 along the line AA shown in FIG. 2A. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface portion of.

まず、図2Bに示すように、半導体素子14の半導体層23の表面に形成された電極層である表面電極24が設けられている。表面電極24は、例えばAl-Si膜であるが、Al-Si膜やAl膜、あるいはTi膜等を含む複数の金属層からなっていてもよい。 First, as shown in FIG. 2B, a surface electrode 24, which is an electrode layer formed on the surface of the semiconductor layer 23 of the semiconductor element 14, is provided. The surface electrode 24 is, for example, an Al--Si film, but may be made of a plurality of metal layers including an Al--Si film, an Al film, a Ti film, or the like.

図2A、図2Bに示すように、表面電極24上には、例えばポリイミド等の第1の絶縁膜25のパターニングによって被覆されたゲートランナー31やガードリング32が配置されている。第1の絶縁膜25は、複数の第1の開口部25A(以下、複数の第1の開口25Aと称する。)を有している。ゲートランナー31やガードリング32はパッド電極26に電気的に接続されている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, on the surface electrode 24, a gate runner 31 and a guard ring 32 are arranged, which are covered by patterning a first insulating film 25 such as polyimide. The first insulating film 25 has a plurality of first openings 25A (hereinafter referred to as a plurality of first openings 25A). The gate runner 31 and guard ring 32 are electrically connected to the pad electrode 26.

なお、ガードリング32とは、素子の外側を囲むように、素子内部にp型かn型の領域が形成されたもので、電界集中を防ぐためのものである。また、ゲートランナーとはトランジスタのゲート電極に電圧を印加するための配線で、断面図では、周囲を絶縁膜で囲まれており、取出し端子に接続される。また、第1の絶縁膜は、SiO2(酸化ケイ素)やTEOS(オルトケイ酸テトラエチル)などの絶縁性材料でもよい。 The guard ring 32 is a p-type or n-type region formed inside the element so as to surround the outside of the element, and is used to prevent electric field concentration. Further, a gate runner is a wiring for applying a voltage to the gate electrode of a transistor, and in a cross-sectional view, it is surrounded by an insulating film and is connected to an extraction terminal. Further, the first insulating film may be an insulating material such as SiO 2 (silicon oxide) or TEOS (tetraethyl orthosilicate).

図3A、図3Bは、図2A,2Bと同様な図であり、図3Aは、第2の絶縁膜33を説明する平面図であり、図3Bは、図3Aに示す線B-Bに沿った半導体素子14の表面部分の断面を模式的に示す断面図である。 3A and 3B are views similar to FIGS. 2A and 2B, and FIG. 3A is a plan view illustrating the second insulating film 33, and FIG. 3B is a view taken along line BB shown in FIG. 3A. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a surface portion of a semiconductor element 14. FIG.

より具体的には、図3B及び図2Bを参照すると、第1の絶縁膜25の第1の開口25A内の表面電極24上には、すなわち第1の絶縁膜25から露出する表面電極24上には金属層(例えば、電極保護膜)27が形成されている。金属層27は、例えばNi膜と当該Ni膜上に形成されたAu膜とからなるが、これに限定されない。 More specifically, with reference to FIGS. 3B and 2B, on the surface electrode 24 in the first opening 25A of the first insulating film 25, that is, on the surface electrode 24 exposed from the first insulating film 25. A metal layer (for example, an electrode protective film) 27 is formed thereon. The metal layer 27 is composed of, for example, a Ni film and an Au film formed on the Ni film, but is not limited thereto.

図3B及び図2Bを参照すると、ポリイミド等からなる第2の絶縁膜33が、第1の開口25Aの縁部(すなわち、第1の絶縁膜25の縁部。図3A、破線で示している)における第1の絶縁膜25及び金属層27を覆うように形成されている。また、第2の絶縁膜33は、曲線で囲まれた形状を有する複数の第2の開口部33A(以下、複数の第2の開口33Aと称する。)を有している。 Referring to FIGS. 3B and 2B, the second insulating film 33 made of polyimide or the like is attached to the edge of the first opening 25A (that is, the edge of the first insulating film 25, which is indicated by a broken line in FIG. 3A). ) is formed so as to cover the first insulating film 25 and the metal layer 27. Further, the second insulating film 33 has a plurality of second openings 33A (hereinafter referred to as a plurality of second openings 33A) each having a shape surrounded by a curved line.

また、製造方法としては、第1の絶縁膜25を形成後、金属層27をめっき法によりNi膜、Au膜を形成し、その後、第2の絶縁膜33を第1の絶縁膜25と金属層27の境界を覆うように形成することができる。 In addition, as a manufacturing method, after forming the first insulating film 25, a Ni film and an Au film are formed on the metal layer 27 by plating, and then the second insulating film 33 is formed between the first insulating film 25 and the metal layer 27. It can be formed to cover the boundaries of layer 27.

本実施の形態では、複数の第2の開口33Aの各々が楕円形状を有する場合を例に示しているが、第2の開口33Aの形状はこれには限定されず、曲線形状を有していれば良い。また、第2の絶縁膜33が複数の開口33Aを有する場合を例に示しているが、1つの開口を有していても良い。 In this embodiment, each of the plurality of second openings 33A has an elliptical shape, but the shape of the second opening 33A is not limited to this, and may have a curved shape. That's fine. Moreover, although the case where the second insulating film 33 has a plurality of openings 33A is shown as an example, it may have one opening.

より具体的には、第2の開口33A形状は、上面から見て、直線と直線によって形成される角を有しないことが好ましい。例えば第2の開口33Aに四角形のような直線と直線によって形成される角が存在すると、その角部において、はんだ材と第2の絶縁膜33との間で応力集中が生じて割れや剥離が生じ易い。 More specifically, the shape of the second opening 33A preferably does not have an angle formed by two straight lines when viewed from the top. For example, if the second opening 33A has a corner formed by two straight lines, such as a quadrangle, stress concentration will occur between the solder material and the second insulating film 33 at the corner, resulting in cracking or peeling. Easy to occur.

また、第2の開口33Aは一部に直線部を有してもよい。開口の形状が直線と曲線からなる場合は、直線と曲線のなす角が90度より大きいことが好ましい。 Further, the second opening 33A may have a straight portion in part. When the shape of the opening consists of a straight line and a curved line, it is preferable that the angle between the straight line and the curved line is larger than 90 degrees.

また、第2の開口33Aは全て曲線で形成されていることが好ましく、楕円や円などでも良い。 Further, it is preferable that all of the second openings 33A are formed in a curved line, and may be an ellipse, a circle, or the like.

次に、図4A,4Bを参照して、本実施形態の半導体素子14の電極構造及びリード端子16の接続について説明する。図3Bに示す第2の開口33A内の金属層27上には、リード端子下はんだであるはんだ部15が形成されている。そして、リードフレームのリード端子16は、複数のはんだ部15に接続されている。 Next, the electrode structure of the semiconductor element 14 and the connection of the lead terminals 16 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 4A and 4B. A solder portion 15, which is solder under the lead terminal, is formed on the metal layer 27 in the second opening 33A shown in FIG. 3B. The lead terminals 16 of the lead frame are connected to a plurality of solder parts 15.

より詳細には、第2の絶縁膜33に設けられた複数の第2の開口33Aの各々内にはんだ部15が形成され、リード端子16の平板状の接合部16a(リード端子16の平板状の先端部)が、複数のはんだ部15に接続されている。 More specifically, the solder portion 15 is formed in each of the plurality of second openings 33A provided in the second insulating film 33, and the solder portion 15 is formed in each of the plurality of second openings 33A provided in the second insulating film 33. ) is connected to a plurality of solder parts 15 .

また、図4A,4Bに示すように、リード端子16の接合部16aは、リード端子16が接合される第2の開口33Aの全面を覆わないように(すなわち、リード端子16が接合されるはんだ部15の表面の一部15Aが露出するように部分的に覆うように)、複数のはんだ部15に接続される。 In addition, as shown in FIGS. 4A and 4B, the joint portion 16a of the lead terminal 16 is arranged so as not to cover the entire surface of the second opening 33A to which the lead terminal 16 is joined (i.e., the joint portion 16a of the lead terminal 16 is (partially covered so that a portion 15A of the surface of the portion 15 is exposed) is connected to the plurality of solder portions 15.

リード端子16がはんだ部15の全面を覆わない方が良い理由は、リード端子16がはんだ部15よりも外側にはみ出してオーバーハングが形成されると、はんだがリード端子16との間で鋭角に形成される箇所が生じ、当該箇所に応力が集中してはんだが剥がれるからである。 The reason why it is better for the lead terminal 16 not to cover the entire surface of the solder part 15 is that if the lead terminal 16 protrudes outside the solder part 15 and an overhang is formed, the solder may form an acute angle with the lead terminal 16. This is because the solder is formed at a certain point, and stress is concentrated at that point, causing the solder to peel off.

一方、図4A,4Bに示すように、はんだ部15の表面の一部15Aが露出するようにリード端子16が接続された場合では、応力集中箇所がなくなり、剥がれが生じない。また、はんだ部15の中央寄りの部分に応力集中箇所が生じても、変位が小さいので剥がれることはない。 On the other hand, as shown in FIGS. 4A and 4B, when the lead terminals 16 are connected so that a portion 15A of the surface of the solder portion 15 is exposed, there are no stress concentration points and peeling does not occur. Further, even if a stress concentration point occurs near the center of the solder portion 15, the solder portion 15 will not peel off because the displacement is small.

なお、上記においては、はんだ部15が第2の開口33Aの全体を充填するように形成されている場合について説明した(図4A)。しかし、図4Cに示すように、はんだ部15が第2の開口33Aの一部を覆うように、すなわち第2の絶縁膜33との間に間隙を有するように形成されていてもよい。 In addition, the case where the solder part 15 was formed so that the whole 2nd opening 33A was filled was demonstrated above (FIG. 4A). However, as shown in FIG. 4C, the solder portion 15 may be formed to partially cover the second opening 33A, that is, to have a gap between it and the second insulating film 33.

また、図4Dは、はんだ部15のはんだがリード端子16の接合部16aの先端部の外側(側面)、又は接合部16aの側部の外側(側面)に回り込んで接合部16aの先端側面16t、又は側部側面16sの一部を覆っているように構成されている場合を模式的に示す部分拡大断面図である。リード端子16の厚さをTA、接合部16aがはんだによって覆われる厚さをTBとした。 Further, in FIG. 4D, the solder of the solder portion 15 wraps around the outside (side surface) of the tip of the joint portion 16a of the lead terminal 16 or the outside (side surface) of the side portion of the joint portion 16a. 16t or a partially enlarged cross-sectional view schematically showing a case in which it is configured to cover a part of the side surface 16s. The thickness of the lead terminal 16 was defined as TA, and the thickness at which the joint portion 16a was covered with solder was defined as TB.

ここで、はんだがリード端子16の先端側面16t、又は側部側面16sを覆う割合(=TB/TA)は、20%以上が好ましい。これにより、強度が向上し、応力緩和効果も得られる。 Here, the ratio (=TB/TA) of the solder covering the tip side surface 16t or the side surface 16s of the lead terminal 16 is preferably 20% or more. This improves the strength and also provides stress relaxation effects.

また、上記したように、リード端子16の側部側面16sがはんだ部15の表面の一部15Aが露出するように、すなわちはんだ部15を部分的に覆うように形成されていることが好ましい(図4A)。例えば、半導体素子14は封止樹脂で埋め込まれていてもよいが、リード端子16がはんだ部15の表面全体を覆ってオーバーハングが生じるように形成されていると、リード端子16の下に樹脂が入り込み、リード端子16の端部下に入り込んだ樹脂の垂直方向の熱応力により、剥がれが生じやすくなる。 Further, as described above, it is preferable that the side surface 16s of the lead terminal 16 is formed so that a portion 15A of the surface of the solder portion 15 is exposed, that is, so as to partially cover the solder portion 15 ( Figure 4A). For example, the semiconductor element 14 may be embedded with sealing resin, but if the lead terminals 16 are formed so as to cover the entire surface of the solder portion 15 and cause an overhang, the resin may be buried under the lead terminals 16. The resin that has entered under the end of the lead terminal 16 is likely to peel off due to vertical thermal stress.

図5は、リード端子16の接合部16a(平板部)の面積に対する接合面積の割合(%)と熱抵抗との関係を示すグラフである。すなわち、縦軸は、接合部16a(平板部)の接合面積が100%の場合(すなわち、接合部16aの全面をはんだ部15とはんだ付けした場合)の熱抵抗を100(%)として示している。横軸は、接合部16aの接合面積の割合(%)を示している。このグラフから、接合部16aの面積に対する接合面積の割合を40%未満とすると熱抵抗が急速に増大すること、また接合面積の割合が40%以上であることが好ましいことが理解される。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the ratio (%) of the bonding area to the area of the bonding portion 16a (flat plate portion) of the lead terminal 16 and the thermal resistance. That is, the vertical axis indicates the thermal resistance as 100 (%) when the joint area of the joint 16a (flat plate part) is 100% (that is, when the entire surface of the joint 16a is soldered to the solder part 15). There is. The horizontal axis indicates the ratio (%) of the bonded area of the bonded portion 16a. From this graph, it is understood that if the ratio of the bonding area to the area of the bonding portion 16a is less than 40%, the thermal resistance increases rapidly, and that it is preferable that the ratio of the bonding area is 40% or more.

なお、図4Bに示す場合では、リード端子16の先端部である接合部16aは、接合部16aの延伸方向に沿って配置された2つのはんだ部15に接合されて接続されている。換言すれば、リード端子16の先端部である接合部16aの延伸方向が、複数のはんだ部15の配置方向に沿うようにリード端子16の接合部16aの向きが定められ、複数のはんだ部15に接合部16aが接合されている。 In the case shown in FIG. 4B, the joint portion 16a, which is the tip of the lead terminal 16, is joined and connected to two solder portions 15 arranged along the extending direction of the joint portion 16a. In other words, the joint part 16a of the lead terminal 16 is oriented so that the extending direction of the joint part 16a, which is the tip of the lead terminal 16, is along the arrangement direction of the plurality of solder parts 15, and the plurality of solder parts 15 A joint portion 16a is joined to.

本実施形態によれば、ポリイミド等の第2の絶縁膜(保護膜)は開口部の縁部が曲面形状を有し、半導体素子の発熱の際に第2の絶縁膜(保護膜)とはんだ接続材との間に生じる熱応力を低減し、またクラックが発生することを防止することができる。半導体素子が封止樹脂で覆われている場合は、保護膜とはんだ接続材と封止樹脂の間に生じる熱応力を低減することができる。また、リードフレーム下においては、はんだとリードフレームとに線膨張係数の差などにより生じる熱応力も、楕円状などの曲面形状とすることにより低減することができる。 According to this embodiment, the second insulating film (protective film) made of polyimide or the like has a curved edge at the opening, and when the semiconductor element generates heat, the second insulating film (protective film) and the solder It is possible to reduce the thermal stress generated between the connecting material and the connecting material, and also to prevent the occurrence of cracks. When the semiconductor element is covered with a sealing resin, thermal stress generated between the protective film, the solder connection material, and the sealing resin can be reduced. In addition, thermal stress caused by a difference in linear expansion coefficient between the solder and the lead frame under the lead frame can also be reduced by forming the lead frame into a curved shape such as an ellipse.

また、半導体素子表面の電極上にポリイミド等でパターニングされたガードリングとゲートランナーが設けられた場合においても、熱履歴を経ることによるポリイミド等の熱収縮により隙間が広がることを防止でき、性能及び信頼性を向上することができる。 Furthermore, even when guard rings and gate runners patterned with polyimide or the like are provided on the electrodes on the surface of the semiconductor element, it is possible to prevent gaps from widening due to heat shrinkage of the polyimide or the like due to thermal history, thereby improving performance and improving performance. Reliability can be improved.

また、リード端子との接合時や実動作時にはんだが広がり、応力集中、応力拡大点となり寿命を低下させる悪影響を低減することができる。 Further, during bonding with lead terminals or during actual operation, solder spreads, becomes a stress concentration and stress magnification point, and the negative effects of shortening life can be reduced.

半導体素子の表面構造として第2の絶縁膜33の開口33Aを楕円形状とした本実施形態の半導体モジュール10の信頼性(寿命)試験の結果を、第2の絶縁膜の開口の形状を矩形とした従来構造の場合と比較して図6に示す。なお、リード端子16とはんだとの接合面積を同一にし、矩形形状の開口部(従来構造)の面積と楕円形状の開口部(本実施形態)の面積とを同一として試験を行った。 The results of the reliability (lifetime) test of the semiconductor module 10 of this embodiment in which the opening 33A of the second insulating film 33 is shaped like an ellipse as the surface structure of the semiconductor element are compared with those in which the opening 33A of the second insulating film has a rectangular shape. FIG. 6 shows a comparison with the conventional structure. The test was conducted with the bonding area between the lead terminal 16 and the solder being the same, and the area of the rectangular opening (conventional structure) and the area of the elliptical opening (this embodiment) being the same.

信頼性試験としてTjP/C試験を行い、一定の放熱を与えた状態での半導体素子の発熱による温度サイクル試験とした。半導体素子の温度を1秒間で25℃から175℃まで上昇させ、その後、9秒間かけて25℃まで降下させた条件を1サイクルとし、特性異常を検知するまでのサイクル数を測定することで信頼性(寿命)の比較を行った。 A TjP/C test was performed as a reliability test, and a temperature cycle test was performed using heat generated by the semiconductor element under a certain amount of heat radiation. Reliability is determined by measuring the number of cycles until a characteristic abnormality is detected, with one cycle being defined as raising the temperature of the semiconductor element from 25°C to 175°C in 1 second and then dropping it to 25°C over 9 seconds. A comparison was made in terms of gender (lifespan).

図6に示すように、本実施形態の半導体モジュールの信頼性(寿命)は、従来構造の場合と比較して約45%向上することが確認された。
[第2の実施形態]
図7は、リード端子16の接合部16aと複数のはんだ部15との他の接続形態を示す断面図である。本接続形態においては、リード端子の接合部16aは、その先端方向に金属層27に近づく向きに傾斜して複数のはんだ部15に接合されている。
As shown in FIG. 6, it was confirmed that the reliability (life span) of the semiconductor module of this embodiment was improved by about 45% compared to the case of the conventional structure.
[Second embodiment]
FIG. 7 is a sectional view showing another form of connection between the joint portion 16a of the lead terminal 16 and the plurality of solder portions 15. In this connection form, the joint portion 16a of the lead terminal is joined to the plurality of solder portions 15 so as to be inclined toward the metal layer 27 in the direction of the tip thereof.

また、リード端子16の接合部16aが接合されるはんだ部15が、接合部16aの先端の外側に回り込んで接合部16aの先端側面16tの一部を覆っているように構成されている。すなわち、接合部16aの先端側面16tを含む先端部がリード端子16の先端側に配されたはんだ部15Fに少なくとも部分的に埋め込まれ、接合部16aの後端が後端側のはんだ部15Rに接合されている。このようにリード端子16を保持することで、接合強度が増大され、またボイドなどの発生も低減される。 Further, the solder portion 15 to which the joint portion 16a of the lead terminal 16 is joined is configured to wrap around the outside of the tip of the joint portion 16a and cover a part of the side surface 16t of the tip of the joint portion 16a. That is, the distal end portion of the joint portion 16a including the distal side surface 16t is at least partially embedded in the solder portion 15F disposed on the distal end side of the lead terminal 16, and the rear end of the joint portion 16a is embedded in the solder portion 15R on the rear end side. It is joined. By holding the lead terminals 16 in this manner, the bonding strength is increased and the occurrence of voids and the like is also reduced.

また、図7に示すように、リード端子16の接合部16aは、リード端子16の立ち上がり部16bから折れ曲って形成されている。リード端子16の先端部(平板状の接合部16a及び平板状の立ち上がり部16b)の当該折れ曲がり部の角度(接合部16aと立ち上がり部16bのなす角度)θは90度以上(鈍角)であることが接合強度及び接合安定性の点で好ましい。 Further, as shown in FIG. 7, the joint portion 16a of the lead terminal 16 is bent from the rising portion 16b of the lead terminal 16. The angle of the bent portion (the angle between the joint portion 16a and the rising portion 16b) θ of the tip portion of the lead terminal 16 (the flat joining portion 16a and the flat rising portion 16b) shall be 90 degrees or more (obtuse angle). is preferable in terms of bonding strength and bonding stability.

リード端子16はヒートサイクルなどの熱ストレスを受けると、はんだに垂直方向、せん断方向の熱応力を生じさせる。リード端子16に角度をつけると、垂直方向の応力(垂直成分)は低減する。なお、鋭角でも垂直方向成分は低減するが、リード端子16の長さが長くなり好ましくない。また、垂直方向の応力は、はんだ下部の表面電極24を加圧するので好ましくない。 When the lead terminal 16 is subjected to thermal stress such as a heat cycle, thermal stress is generated in the solder in the vertical direction and the shear direction. When the lead terminal 16 is angled, the stress in the vertical direction (vertical component) is reduced. Although the vertical component is reduced with an acute angle, the length of the lead terminal 16 becomes longer, which is not preferable. Further, stress in the vertical direction is undesirable because it pressurizes the surface electrode 24 under the solder.

なお、リード端子16の接合部16aの先端側のはんだ部15Fと後端側のはんだ部15Rのはんだの厚さをそれぞれH2及びH1としたとき、H1>H2とすることが接合強度の点で好ましい。より具体的には、H1は、はんだ部15Rにおいて、リード端子16の接合部16aと表面電極24(又は金属層27)との距離が最も小さい箇所で測った厚さであり、H2は接合部16aの先端側のはんだ部15Fにおいて、リード端子16の接合部16aと表面電極24との距離が最も小さい箇所で測った厚さある。 In addition, when the thickness of the solder of the solder part 15F on the front end side and the solder part 15R on the rear end side of the joint part 16a of the lead terminal 16 is defined as H2 and H1, respectively, it is preferable to set H1>H2 in terms of joint strength. preferable. More specifically, H1 is the thickness measured at the point where the distance between the joint 16a of the lead terminal 16 and the surface electrode 24 (or metal layer 27) is the smallest in the solder portion 15R, and H2 is the thickness of the solder portion 15R. The solder portion 15F on the tip side of the lead terminal 16a has a thickness measured at a point where the distance between the joint portion 16a of the lead terminal 16 and the surface electrode 24 is the smallest.

より詳細には、熱履歴により、リード端子16からのせん断方向の応力が表面電極24にせん断力を印加する。H1>H2が好ましいのは、はんだは、リード端子16や半導体素子より柔らかく、応力が緩和するので、はんだの厚さを厚くすると、電極に加わる水平方向のせん断力は低下するからである。 More specifically, stress in the shearing direction from the lead terminal 16 applies shearing force to the surface electrode 24 due to thermal history. The reason why H1>H2 is preferable is that solder is softer than the lead terminal 16 or the semiconductor element and relieves stress, so increasing the thickness of the solder reduces the horizontal shearing force applied to the electrode.

なお、リード端子16は半導体素子14から積層基板12のターミナルへと接続され、リード端子16の両方の角(接合部16aと立ち上がり部16bとのなす角度(θ)及び立ち上がり部16bと接続部分16cとのなす角度)を鈍角にすると、必然的にH1>H2となり、安定して配置されるので好ましい。 Note that the lead terminal 16 is connected from the semiconductor element 14 to the terminal of the laminated substrate 12, and both corners of the lead terminal 16 (the angle (θ) between the joint portion 16a and the rising portion 16b and the angle (θ) between the rising portion 16b and the connecting portion 16c) It is preferable to make the angle (angle formed by

本実施形態の半導体モジュールによれば、リード端子の接合強度を増大することができ、また、半導体素子の発熱の際に、リード端子の立ち上がり部の熱膨張・熱収縮により半導体素子に垂直方向に加わる熱応力を低減でき、信頼性を向上することができる。 According to the semiconductor module of the present embodiment, the bonding strength of the lead terminals can be increased, and when the semiconductor element generates heat, the rising portions of the lead terminals are thermally expanded and contracted in a direction perpendicular to the semiconductor element. Applied thermal stress can be reduced and reliability can be improved.

また、本実施形態の半導体モジュールによれば、高温連続動作時においても高い信頼性を得ることができる。また、大電流を小スペースで扱えることから高電力密度化が可能となり、パワー半導体モジュールの小型化・高出力化が可能となる。 Moreover, according to the semiconductor module of this embodiment, high reliability can be obtained even during continuous high temperature operation. Furthermore, since large currents can be handled in a small space, it becomes possible to increase power density, making it possible to downsize and increase the output of power semiconductor modules.

10 半導体モジュール
11 セラミック絶縁基板下はんだ
12 積層基板
12A 金属箔
12B セラミック絶縁基板
12C 回路層
13 半導体素子下はんだ
14 半導体素子
15 リード端子下はんだ
16 リード端子
16a リード端子16の接合部
17 ケース
18 封止樹脂
19 冷却器
23 半導体層
24 表面電極
25 第1の絶縁膜
25A 第1の開口
26 パッド電極
27 金属層
31 ゲートランナー
33 第2の絶縁膜
33A 第2の開口
10 Semiconductor module 11 Ceramic insulating substrate lower solder 12 Laminated substrate 12A Metal foil 12B Ceramic insulating substrate 12C Circuit layer 13 Semiconductor element lower solder 14 Semiconductor element 15 Lead terminal lower solder 16 Lead terminal 16a Joint part 17 of lead terminal 16 Case 18 Sealing Resin 19 Cooler 23 Semiconductor layer 24 Surface electrode 25 First insulating film 25A First opening 26 Pad electrode 27 Metal layer 31 Gate runner 33 Second insulating film 33A Second opening

Claims (6)

半導体素子と、
前記半導体素子が実装された積層基板と、
前記半導体素子の表面に形成された電極層と、
前記電極層上に形成され、第1の開口を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の開口内に形成された金属層と、
前記第1の開口の縁部における前記第1の絶縁膜及び前記金属層を覆うように形成され、かつ前記金属層を露出し、前記金属層の露出側から見た形状が、なす角が90度より大きい直線と曲線でからなる形状、楕円、または円である第2の開口を有する第2の絶縁膜と、
前記第2の開口内に形成されたはんだ部と、を有する半導体モジュール。
a semiconductor element;
a laminated substrate on which the semiconductor element is mounted;
an electrode layer formed on the surface of the semiconductor element;
a first insulating film formed on the electrode layer and having a first opening;
a metal layer formed within the first opening;
It is formed to cover the first insulating film and the metal layer at the edge of the first opening, and exposes the metal layer, and the shape of the metal layer when viewed from the exposed side has an angle of 90 mm. a second insulating film having a second opening having a shape of a straight line and a curved line, an ellipse, or a circle that is larger than the angle ;
a solder portion formed within the second opening.
先端に接合部を有するリード端子を更に備え、
前記第2の開口は、各々内に前記はんだ部が形成された複数の第2の開口部を有し、前記リード端子の前記接合部は前記複数の第2の開口部の少なくとも1つのはんだ部に接続されている、請求項1に記載の半導体モジュール。
It further includes a lead terminal having a joint at its tip,
The second opening has a plurality of second openings each having the solder portion formed therein, and the joint portion of the lead terminal has a solder portion of at least one of the plurality of second openings. The semiconductor module according to claim 1, wherein the semiconductor module is connected to.
半導体素子と、
前記半導体素子が実装された積層基板と、
前記半導体素子の表面に形成された電極層と、
前記電極層上に形成され、第1の開口を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の開口内に形成された金属層と、
前記第1の開口の縁部における前記第1の絶縁膜及び前記金属層を覆うように形成され、かつ前記金属層を露出し、曲線で囲まれた形状を有する第2の開口を有する第2の絶縁膜と、
前記第2の開口内に形成されたはんだ部と、
先端に接合部を有するリード端子を更に備え、
前記第2の開口は、各々内に前記はんだ部が形成された複数の第2の開口部を有し、前記リード端子の前記接合部は前記複数の開口部分の少なくとも1つのはんだ部に接続されており、
前記リード端子の前記接合部は、前記接合部が接合される前記第2の開口部内のはんだ部をその表面の一部が露出するように覆っている、半導体モジュール。
a semiconductor element;
a laminated substrate on which the semiconductor element is mounted;
an electrode layer formed on the surface of the semiconductor element;
a first insulating film formed on the electrode layer and having a first opening;
a metal layer formed within the first opening;
A second opening formed to cover the first insulating film and the metal layer at the edge of the first opening, exposing the metal layer, and having a second opening surrounded by a curved line. an insulating film,
a solder portion formed within the second opening;
It further includes a lead terminal having a joint at its tip,
The second opening has a plurality of second openings each having the solder portion formed therein, and the joint portion of the lead terminal is connected to the solder portion of at least one of the plurality of opening portions. and
In the semiconductor module, the bonding portion of the lead terminal covers a solder portion in the second opening to which the bonding portion is bonded so that a part of the surface thereof is exposed .
前記リード端子の前記接合部の先端部が前記はんだ部に少なくとも部分的に埋め込まれて前記はんだ部に接合されている、請求項2又は3に記載の半導体モジュール。 4. The semiconductor module according to claim 2, wherein a tip of the joint portion of the lead terminal is at least partially embedded in the solder portion and joined to the solder portion. 前記リード端子は、その先端方向に前記金属層に近づく向きに傾斜して前記複数の第2の開口部のはんだ部に接続されている、請求項2ないし4のいずれか一項に記載の半導体モジュール。 The semiconductor according to any one of claims 2 to 4, wherein the lead terminal is connected to the solder portion of the plurality of second openings while being inclined in a direction toward the metal layer in the direction of the tip thereof. module. 前記リード端子の先端部は、角度90度を超える折れ曲がり部を有する、請求項2ないし5のいずれか一項に記載の半導体モジュール。 6. The semiconductor module according to claim 2, wherein the tip of the lead terminal has a bent portion having an angle of more than 90 degrees.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022185678A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185670A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185668A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185667A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185671A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185672A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185673A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185679A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185677A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185669A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185676A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP2022185674A (en) * 2021-06-03 2022-12-15 株式会社三洋物産 game machine
JP7694167B2 (en) * 2021-06-04 2025-06-18 株式会社デンソー Semiconductor Device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008160163A (en) 2008-03-24 2008-07-10 Renesas Technology Corp Semiconductor device, manufacturing method thereof, and electronic device
JP2010165923A (en) 2009-01-16 2010-07-29 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012199286A (en) 2011-03-18 2012-10-18 Mitsubishi Electric Corp Preliminary soldering method of electronic component
JP2015012065A (en) 2013-06-27 2015-01-19 株式会社デンソー Manufacturing method of semiconductor device
JP2016048760A (en) 2014-08-28 2016-04-07 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP2016111290A (en) 2014-12-10 2016-06-20 三菱電機株式会社 Semiconductor element, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor element
US20170117201A1 (en) 2015-10-23 2017-04-27 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
WO2018194153A1 (en) 2017-04-21 2018-10-25 三菱電機株式会社 Power semiconductor module, electronic component and method for producing power semiconductor module

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008160163A (en) 2008-03-24 2008-07-10 Renesas Technology Corp Semiconductor device, manufacturing method thereof, and electronic device
JP2010165923A (en) 2009-01-16 2010-07-29 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012199286A (en) 2011-03-18 2012-10-18 Mitsubishi Electric Corp Preliminary soldering method of electronic component
JP2015012065A (en) 2013-06-27 2015-01-19 株式会社デンソー Manufacturing method of semiconductor device
JP2016048760A (en) 2014-08-28 2016-04-07 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP2016111290A (en) 2014-12-10 2016-06-20 三菱電機株式会社 Semiconductor element, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor element
US20170117201A1 (en) 2015-10-23 2017-04-27 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP2017084881A (en) 2015-10-23 2017-05-18 富士電機株式会社 Semiconductor device
WO2018194153A1 (en) 2017-04-21 2018-10-25 三菱電機株式会社 Power semiconductor module, electronic component and method for producing power semiconductor module

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