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JP7625988B2 - 半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description

本発明は、電力変換装置等に適用される半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法に関する。
近年、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)を中心として、パワー半導体モジュールが電力変換装置に広く用いられるようになっている。パワー半導体モジュールは、1つ又は複数のパワー半導体チップを内蔵して変換接続の一部または全体を構成し、かつ、パワー半導体チップとベース板又は冷却面との間が電気的に絶縁された構造を持つパワー半導体デバイスである。
特許文献1には、ボンディングワイヤの剥離の発生を低減することができる半導体装置が開示されている。特許文献2には、高温で動作させても封止樹脂の剥離を抑制することができる半導体装置が開示されている。特許文献3には、部分的な粗化処理を短時間で可能にする金属プレス加工方法及びそれにより得られる樹脂封止用の金属部品の樹脂に対する接着性、密着性を確保し、封止性及び剥離強度に優れた樹脂封止金属部品が開示されている。特許文献4には、熱応力が作用したときに、樹脂の剥離を防止して、信頼性を向上させる半導体装置が開示されている。
特開2014-229848号公報 特開2012-204366号公報 特開2012-64880号公報 特開2003-124406号公報
パワー半導体モジュールには、高電流化や高耐圧化に伴い、小型化から大型化までの様々な大きさが要求されている。このような状況下、パワー半導体モジュールに設けられた封止樹脂と密着する構造物の表面に発生する応力が増大し、封止樹脂が当該構造物から剥離する恐れがある。封止樹脂が当該構造物から剥離すると、封止樹脂内に設けられてワイヤーボンディングに用いられるワイヤーに断線が発生するという問題がある。
本発明の目的は、半導体素子との接続に用いられる接続部が配置される側における封止樹脂の剥離を防止できる半導体モジュール及び半導体モジュールの製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体モジュールは、複数の半導体素子が配置される空間を画定する外枠と、前記複数の半導体素子を覆って前記空間に形成された封止樹脂と、前記半導体素子に接続され該半導体素子を制御する制御信号が出力される制御端子と、前記半導体素子との接続部を露出させた状態の前記制御端子が配置され、前記外枠に張り渡されて前記空間を複数の領域に仕切る仕切部とを備え、前記仕切部は、隣り合う前記領域を接続し該領域に形成された前記封止樹脂と連続する封止樹脂が形成された貫通孔を有する。
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体モジュールの製造方法は、半導体素子に接続され該半導体素子を制御する制御信号が出力される制御端子が配置された第一部材を形成し、前記第一部材を貫通する貫通孔を形成し、前記第一部材を所定の金型に設置し、前記金型に樹脂を流して前記半導体素子が配置される空間を画定する外枠と、前記外枠と一体に形成され前記第一部材とともに前記空間を複数の領域に仕切る仕切部とを形成する。
本発明の一態様によれば、半導体素子との接続に用いられる接続部が配置される側における封止樹脂の剥離を防止できる。
本発明の一実施形態による半導体モジュールの概略構成の一例を示す平面図である。 本発明の一実施形態による半導体モジュールの概略構成の一例を示す図であって図1中に示すX-X線で切断した断面図である。 本発明の一実施形態による半導体モジュールに設けられたインバータ回路の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態による半導体モジュールに備えられた仕切部を説明する図であって、図2中に示す仕切部近傍を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施形態による半導体モジュールの製造方法を説明する図(その1)である。 本発明の一実施形態による半導体モジュールの製造方法を説明する図(その2)である。 本発明の一実施形態による半導体モジュールの製造方法を説明する図(その3)である。
本発明の各実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、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ない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
本発明の一実施形態による半導体モジュールについてについて図1から図7を用いて説明する。まず、本実施形態による半導体モジュールの概略構成について図1から図4を用いて説明する。本実施形態では、半導体モジュールとして直流交流変換が可能な電力変換モジュールを例にとって説明する。なお、図1では、半導体モジュールに備えられた封止樹脂の図示が省略されている。また、図1では、貫通孔などの隠れ線が破線で図示されている。さらに、図2では、ゲート信号出力端子などの隠れ線が破線で図示されている。
図1に示すように、本実施形態による半導体モジュール1は、複数(本実施形態では6個)の半導体素子Sua,Sub,Sva,Svb,Swa,Swbが配置される空間11を画定する外枠103を備えている。外枠103は、平面視で長方形状に空間11を画定する。外枠103は、例えば絶縁性の熱可塑性樹脂で形成されている。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリブチレンサクシネート(PBS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)樹脂等がある。
図2に示すように、半導体モジュール1は、複数の半導体素子Sua~Swbを覆って空間11に形成された封止樹脂61u,61v,61wを備えている。封止樹脂61u,61v,61wは、例えば外枠103とは異なる材料で形成されている。封止樹脂61u,61v,61wは、例えばエポキシ樹脂で形成されている。封止樹脂61u,61v,61wは、空間11に設けられた複数の半導体素子Sua~Swbや複数の半導体素子Sua~Swbが実装される積層基板14u,14v,14wなどの構成要素を封止する封止部材である。封止樹脂61u,61v,61wは、積層基板14u,14v,14wを封止することによって、積層基板14u,14v,14wのそれぞれに形成された所定の導電パターン(詳細は後述)の間の絶縁性の向上を図ることができる。さらに、封止樹脂61u,61v,61wは、積層基板14u,14v,14wにワイヤーボンディングによって接続される各種制御端子(詳細は後述)及び当該ワイヤーボンディングに用いられるワイヤーなどを封止することで、当該各種制御端子及び当該ワイヤーの接合部に発生する応力や歪を抑制することができる。これにより、封止樹脂61u,61v,61wは、半導体モジュール1の信頼性の向上を図ることができる。
図1に戻って、半導体モジュール1は、半導体素子Sua~Swbに接続され半導体素子Sua~Swbを制御するゲートパルス信号(制御信号の一例)が出力されるゲート信号出力端子31ua,31ub,31va,31vb,31wa,31wb(制御端子の一例)及び基準信号が出力される基準信号出力端子32ua,32ub,32va,32vb,32wa,32wb(制御端子の一例)を備えている。ゲート信号出力端子31uaなどの端子の詳細は後述する。
半導体モジュール1は、半導体素子Sua~Swbとの接続部31を露出させた状態のゲート信号出力端子31ua~31wb及び半導体素子Sua~Swbとの接続部31を露出させた状態の基準信号出力端子32ua~32wbが配置され、外枠103に張り渡されて空間11を複数の収納部111u,111v,111w(複数の領域の一例)に仕切る仕切部101,102を備えている。仕切部101,102は、外枠103と同一の材料で一体に形成されている。仕切部101,102及び外枠103によってケース10が構成されている。仕切部101,102の詳細は後述する。
図1に示すように、ケース10は、仕切部101,102によって、U相用のインバータ部を収納する収納部111u、V相用のインバータ部を収納する収納部111v及びW相用のインバータ部を収納する収納部111wの3つの領域に空間11を分割している。仕切部101は、収納部111u及び収納部111vに空間11の一部を仕切り、仕切部102は、収納部111v及び収納部111wに空間11の他の一部を仕切るようになっている。
収納部111uは、平面視で長方形状を有している。収納部111uは、外周四辺のうちの連続する三辺(2つの短辺及び1つの長辺)に配置された外枠103の一部と、残余の一辺(残余の長辺)に配置された仕切部101とによって画定されている。収納部111vは、平面視で長方形状を有している。収納部111vは、外周四辺のうちの対向する短辺に配置された外枠103の他の一部と、対向する長辺に配置された仕切部101及び仕切部102とによって画定されている。収納部111wは、平面視で長方形状を有している。収納部111wは、外周四辺のうちの連続する三辺(2つの短辺及び1つの長辺)に配置された外枠103の残余の部分と、残余の一辺(残余の長辺)に配置された仕切部102とによって画定されている。
図1に示すように、半導体モジュール1は、収納部111uに収納されたU相用の積層基板14uと、積層基板14uに実装されたU相用のインバータ回路15uとを有している。半導体モジュール1は、収納部111vに収納されたV相用の積層基板14vと、積層基板14vに実装されたV相用のインバータ回路15vとを有している。半導体モジュール1は、収納部111wに収納されたW相用の積層基板14wと、積層基板14wに実装されたW相用のインバータ回路15wとを有している。
図1に示すように、半導体モジュール1は、外部から直流電力が入力されるU相の電力入力端子21uと、当該直流電力が入力されるV相の電力入力端子21vと、当該直流電力が入力されるW相の電力入力端子21wとを有している。電力入力端子21u,21v,21wのそれぞれは、当該直流電力の正極側に接続される正極端子211と、当該直流電力の負極側に接続される負極端子212とを有している。
半導体モジュール1は、収納部111uを挟んで電力入力端子21uに対向し外枠103の一部に配置された電力出力端子81uを有している。半導体モジュール1は、収納部111vを挟んで電力入力端子21vに対向し外枠103の一部に配置された電力出力端子81vを有している。半導体モジュール1は、収納部111wを挟んで電力入力端子21wに対向し外枠103の一部に配置された電力出力端子81wを有している。
電力入力端子21uの正極端子211は、積層基板14uに形成されて半導体素子Suaが接続された正極部パターン41に接続されている。電力入力端子21uの負極端子212は、積層基板14uに形成されて半導体素子Subが接続された負極部パターン42に接続されている。電力出力端子81uは、積層基板14uに形成された出力部パターン43に接続されている。これにより、半導体モジュール1は、電力入力端子21uを介して外部から供給される直流電力を用いて、インバータ回路15uによってU相交流電力を生成し、生成したU相交流電力を電力出力端子81uから駆動対象となる例えばモータM(図1では不図示、図3参照)に供給することができる。
電力入力端子21vの正極端子211は、積層基板14vに形成されて半導体素子Svaが接続された正極部パターン41に接続されている。電力入力端子21vの負極端子212は、積層基板14vに形成されて半導体素子Svbが接続された負極部パターン42に接続されている。電力出力端子81vは、積層基板14vに形成された出力部パターン43に接続されている。これにより、半導体モジュール1は、電力入力端子21vを介して外部から供給される直流電力を用いて、インバータ回路15vによってV相交流電力を生成し、生成したV相交流電力を電力出力端子81vから駆動対象となる例えばモータMに供給することができる。
電力入力端子21wの正極端子211は、積層基板14wに形成されて半導体素子Swaが接続された正極部パターン41に接続されている。電力入力端子21wの負極端子212は、積層基板14wに形成されて半導体素子Swbが接続された負極部パターン42に接続されている。電力出力端子81wは、積層基板14wに形成された出力部パターン43に接続されている。これにより、半導体モジュール1は、電力入力端子21wを介して外部から供給される直流電力を用いて、インバータ回路15wによってW相交流電力を生成し、生成したW相交流電力を電力出力端子81wから駆動対象となる例えばモータMに供給することができる。
図1に示すように、仕切部101には、インバータ回路15uに接続される基準信号出力端子32ua、ゲート信号出力端子31ua、ゲート信号出力端子31ub及び基準信号出力端子32ubが電力入力端子21u側から電力出力端子81u側に向かってこの順に並んで配置されている。仕切部101の延在方向に並んで配置されるゲート信号出力端子31ua,31ub及び基準信号出力端子32ua,32ubの順序及び個数は、図1に示す順序及び個数に限られず、積層基板14uに設けられるインバータ回路15uの構成や配置パターンなどに応じて異なっていてもよい。
仕切部102には、インバータ回路15vに接続される基準信号出力端子32va、ゲート信号出力端子31va、ゲート信号出力端子31vb及び基準信号出力端子32vbが電力入力端子21v側から電力出力端子81v側に向かってこの順に並んで配置されている。仕切部102の延在方向に並んで配置されるゲート信号出力端子31va,31vb及び基準信号出力端子32va,32vbの順序及び個数は、図1に示す順序及び個数に限られず、積層基板14vに設けられるインバータ回路15vの構成や配置パターンなどに応じて異なっていてもよい。
仕切部101,102に平行であって収納部111wを画定する外枠103の一部である端子配置領域103aには、インバータ回路15wに接続される基準信号出力端子32wa、ゲート信号出力端子31wa、ゲート信号出力端子31wb及び基準信号出力端子32wbが電力入力端子21w側から電力出力端子81w側に向かってこの順に並んで配置されている。端子配置領域103aの延在方向に並んで配置されるゲート信号出力端子31wa,31wb及び基準信号出力端子32wa,32wbの順序及び個数は、図1に示す順序及び個数に限られず、積層基板14wに設けられるインバータ回路15wの構成や配置パターンなどに応じて異なっていてもよい。
仕切部101に配置されたゲート信号出力端子31ua及び基準信号出力端子32uaは、インバータ回路15uを構成する半導体素子Suaとワイヤーボンディングによって電気的にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート信号出力端子31uaの接続部311及び基準信号出力端子32uaの接続部321は、個別のワイヤー150によって半導体素子Suaに接続されている。また、ゲート信号出力端子31uaの入力部312及び基準信号出力端子32uaの入力部322は、インバータ回路15u,15v,15wを制御する制御回路(不図示)にそれぞれ接続されている。
仕切部101に配置されたゲート信号出力端子31ub及び基準信号出力端子32ubは、インバータ回路15uを構成する半導体素子Subとワイヤーボンディングによって電気的にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート信号出力端子31ubの接続部311及び基準信号出力端子32ubの接続部321は、異なるワイヤー150によって半導体素子Subに接続されている。また、ゲート信号出力端子31uaの入力部312及び基準信号出力端子32uaの入力部322は、インバータ回路15u,15v,15wを制御する制御回路(不図示)にそれぞれ接続されている。
仕切部102に配置されたゲート信号出力端子31va及び基準信号出力端子32vaは、インバータ回路15vを構成する半導体素子Svaとワイヤーボンディングによって電気的にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート信号出力端子31vaの接続部311及び基準信号出力端子32vaの接続部321は、個別のワイヤー150によって半導体素子Svaに接続されている。また、ゲート信号出力端子31vaの入力部312及び基準信号出力端子32vaの入力部322は、インバータ回路15u,15v,15wを制御する制御回路(不図示)にそれぞれ接続されている。
仕切部102に配置されたゲート信号出力端子31vb及び基準信号出力端子32vbは、インバータ回路15vを構成する半導体素子Svbとワイヤーボンディングによって電気的にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート信号出力端子31vbの接続部311及び基準信号出力端子32vbの接続部321は、異なるワイヤー150によって半導体素子Svbに接続されている。また、ゲート信号出力端子31vaの入力部312及び基準信号出力端子32vaの入力部322は、インバータ回路15u,15v,15wを制御する制御回路(不図示)にそれぞれ接続されている。
外枠103の端子配置領域103aに配置されたゲート信号出力端子31wa及び基準信号出力端子32waは、インバータ回路15wを構成する半導体素子Swaとワイヤーボンディングによって電気的にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート信号出力端子31waの接続部311及び基準信号出力端子32waの接続部321は、個別のワイヤー150によって半導体素子Swaに接続されている。また、ゲート信号出力端子31waの入力部312及び基準信号出力端子32waの入力部322は、インバータ回路15u,15v,15wを制御する制御回路(不図示)にそれぞれ接続されている。
外枠103の端子配置領域103aに配置されたゲート信号出力端子31wb及び基準信号出力端子32wbは、インバータ回路15wを構成する半導体素子Swbとワイヤーボンディングによって電気的にそれぞれ接続されている。具体的には、ゲート信号出力端子31wbの接続部311及び基準信号出力端子32wbの接続部321は、異なるワイヤー150によって半導体素子Swbに接続されている。また、ゲート信号出力端子31waの入力部312及び基準信号出力端子32waの入力部322は、インバータ回路15u,15v,15wを制御する制御回路(不図示)にそれぞれ接続されている。
詳細は後述するが、仕切部101は、隣り合う収納部111u及び収納部111vを接続し収納部111uに形成された封止樹脂61u(図2参照)及び収納部111vに形成された封止樹脂61v(図2参照)と連続する封止樹脂62(図2参照)が形成された貫通孔101c(図1及び図2参照)を有している。仕切部101は、複数(本実施形態では6個)の貫通孔101cを有している。同様に、仕切部102は、隣り合う収納部111v及び収納部111wを接続し収納部111vに形成された封止樹脂61v及び収納部111wに形成された封止樹脂61w(図2参照)と連続する封止樹脂63(図2参照)が形成された貫通孔102c(図1及び図2参照)を有している。仕切部102は、複数(本実施形態では6個)の貫通孔102cを有している。
図2に示すように、半導体モジュール1は、ケース10に取り付けられた冷却器16を有している。冷却器16は、ケース10に例えば接着剤161によって機械的に固定されている。積層基板14u,14v,14wは、冷却器16に例えばはんだ付けされている。これにより、半導体モジュール1は、積層基板14u,14v,14wのそれぞれに設けられた半導体素子Sua~Swbから生じる熱を、冷却器16を介して外部に放出できるようになっている。
収納部111uに配置された積層基板14uは、矩形平板状の絶縁基板141と、絶縁基板141の下面(冷却器16側)に形成された矩形平板状の伝熱部材142とを有している。絶縁基板141は、例えばセラミックで形成されている。伝熱部材142は、例えば銅で形成されている。伝熱部材142は、例えば半田付けによって冷却器16に接続されている。絶縁基板141の上面(伝熱部材142が設けられ面とは反対の面)には、インバータ回路15uが設けられている。
収納部111uに配置された積層基板14u、積層基板14uの絶縁基板141の上面に設けられたインバータ回路15uは、収納部111uに形成された封止樹脂61uによって覆われている。また、ゲート信号出力端子31ubと半導体素子Subとを接続するワイヤー150、半導体素子Subと出力部パターン43とを接続するワイヤー150及びインバータ回路15uにおいてワイヤーボンディングに用いされるその他のワイヤー150(図2では不図示)も封止樹脂61uに覆われている。封止樹脂61uは、収納部111uを構成する空間に満たされた状態でインバータ回路15uなどを封止する。これにより、封止樹脂61uは、絶縁基板141上に形成された正極部パターン41、負極部パターン42及び出力部パターン43の互いの間隙にも形成される。その結果、封止樹脂61uは、積層基板14uにおける絶縁性の向上を図ることができる。また、封止樹脂61uは、ゲート信号出力端子31ua,31ubのそれぞれの接続部311、基準信号出力端子32ub,32ubのそれぞれの接続部321、インバータ回路15uにおいて電気的接続に用いられる接続部及びワイヤー150などの金属部分を覆った状態で収納部111uに形成されている。その結果、封止樹脂61uは、接続部及びワイヤー150などを封止することで、各接続部及びワイヤー150の接合部に発生する応力や歪みを抑制することができるので、半導体モジュール1の信頼性の向上を図ることができる。
図2に示すように、収納部111vに配置された積層基板14vと、収納部111vに形成された封止樹脂61vとは、収納部111uにおける積層基板14u及び封止樹脂61uの状態と同様の状態を有している。このため、封止樹脂61vは、積層基板14vの絶縁基板141上に形成された正極部パターン41、負極部パターン42及び出力部パターン43の互いの間隙にも形成される。その結果、封止樹脂61vは、積層基板14vにおける絶縁性の向上を図ることができる。また、封止樹脂61vは、ゲート信号出力端子31va,31vbのそれぞれの接続部311、基準信号出力端子32vb,32vbのそれぞれの接続部321、インバータ回路15vにおいて電気的接続に用いられる接続部及びワイヤー150などの金属部分を覆った状態で収納部111uに形成されている。その結果、封止樹脂61vは、接続部及びワイヤー150などを封止することで、各接続部及びワイヤー150の接合部に発生する応力や歪みを抑制することができるので、半導体モジュール1の信頼性の向上を図ることができる。
図2に示すように、収納部111wに配置された積層基板14wと、収納部111wに形成された封止樹脂61wとは、収納部111uにおける積層基板14u及び封止樹脂61uの状態と同様の状態を有している。このため、封止樹脂61wは、積層基板14wの絶縁基板141上に形成された正極部パターン41、負極部パターン42及び出力部パターン43の互いの間隙にも形成される。その結果、封止樹脂61wは、積層基板14wにおける絶縁性の向上を図ることができる。また、封止樹脂61wは、ゲート信号出力端子31wa,31wbのそれぞれの接続部311、基準信号出力端子32wb,32wbのそれぞれの接続部321、インバータ回路15wにおいて電気的接続に用いられる接続部及びワイヤー150などの金属部分を覆った状態で収納部111wに形成されている。その結果、封止樹脂61wは、接続部及びワイヤー150などを封止することで、各接続部及びワイヤー150の接合部に発生する応力や歪みを抑制することができるので、半導体モジュール1の信頼性の向上を図ることができる。
次に、半導体モジュール1に備えられたインバータ回路15u,15v,15wの回路構成について図3を用いて説明する。
図3に示すように、半導体モジュール1に設けられたインバータ回路15uは、電力入力端子21uの正極端子211及び負極端子212の間で直列に接続された半導体素子Sua及び半導体素子Subを備えている。半導体素子Suaと半導体素子Subと接続部は、U相交流電力が出力される電力出力端子81uに接続されている。インバータ回路15uにおいて、半導体素子Suaは、U相交流電力の上アームを構成し、半導体素子Subは、U相交流電力の下アームを構成している。
半導体モジュール1に設けられたインバータ回路15vは、電力入力端子21vの正極端子211及び負極端子212の間で直列に接続された半導体素子Sva及び半導体素子Svbを備えている。半導体素子Svaと半導体素子Svbと接続部は、V相交流電力が出力される電力出力端子81vに接続されている。半導体素子Svaは、V相交流電力の上アームを構成し、半導体素子Svbは、V相交流電力の下アームを構成している。
半導体モジュール1に設けられたインバータ回路15wは、電力入力端子21wの正極端子211及び負極端子212の間で直列に接続された半導体素子Swa及び半導体素子Swbを備えている。半導体素子Swaと半導体素子Swbと接続部は、W相交流電力が出力される電力出力端子81wに接続されている。半導体素子Swaは、W相交流電力の上アームを構成し、半導体素子Swbは、W相交流電力の下アームを構成している。
図3に示すように、半導体素子Suaは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)であるトランジスタQuaと、トランジスタQuaに逆並列に接続された還流ダイオードDuaとを有している。トランジスタQua及び還流ダイオードDuaは例えば、1つの半導体基板に形成されて1チップ化されている。半導体素子Subは、例えばIGBTであるトランジスタQubと、トランジスタQubに逆並列に接続された還流ダイオードDubとを有している。トランジスタQub及び還流ダイオードDubは例えば、1つの半導体基板に形成されて1チップ化されている。
トランジスタQuaのコレクタC及び還流ダイオードDuaのカソードKは、互いに接続されて電力入力端子21uの正極端子211に接続されている。トランジスタQuaのエミッタE及び還流ダイオードDuaのアノードAは、互いに接続されている。トランジスタQubのコレクタC及び還流ダイオードDubのカソードKは、互いに接続されている。トランジスタQuaのエミッタE及び還流ダイオードDuaのアノードAと、トランジスタQubのコレクタC及び還流ダイオードDubのカソードKとは、互いに接続されて電力出力端子81uに接続されている。トランジスタQubのエミッタE及び還流ダイオードDubのアノードAは、互いに接続されて電力入力端子21uの負極端子212に接続されている。
トランジスタQuaのゲートGは、ワイヤー150によってゲート信号出力端子31uaの接続部311(図1参照)に接続されている。トランジスタQuaのエミッタEは、ワイヤー150によって基準信号出力端子32uaの接続部321(図1参照)に接続されている。
図3に示すように、半導体素子Svaは、例えばIGBTであるトランジスタQvaと、トランジスタQvaに逆並列に接続された還流ダイオードDvaとを有している。トランジスタQva及び還流ダイオードDvaは例えば、1つの半導体基板に形成されて1チップ化されている。半導体素子Svbは、例えばIGBTであるトランジスタQvbと、トランジスタQvbに逆並列に接続された還流ダイオードDvbとを有している。トランジスタQvb及び還流ダイオードDvbは例えば、1つの半導体基板に形成されて1チップ化されている。
トランジスタQvaのコレクタC及び還流ダイオードDvaのカソードKは、互いに接続されて電力入力端子21vの正極端子211に接続されている。トランジスタQvaのエミッタE及び還流ダイオードDvaのアノードAは、互いに接続されている。トランジスタQvbのコレクタC及び還流ダイオードDvbのカソードKは、互いに接続されている。トランジスタQvaのエミッタE及び還流ダイオードDvaのアノードAと、トランジスタQvbのコレクタC及び還流ダイオードDvbのカソードKとは、互いに接続されて電力出力端子81vに接続されている。トランジスタQvbのエミッタE及び還流ダイオードDvbのアノードAは、互いに接続されて電力入力端子21vの負極端子212に接続されている。
トランジスタQvaのゲートGは、ワイヤー150によってゲート信号出力端子31vaの接続部311(図1参照)に接続されている。トランジスタQvaのエミッタEは、ワイヤー150によって基準信号出力端子32vaの接続部321(図1参照)に接続されている。
図3に示すように、半導体素子Swaは、例えばIGBTであるトランジスタQwaと、トランジスタQwaに逆並列に接続された還流ダイオードDwaとを有している。トランジスタQwa及び還流ダイオードDwaは例えば、1つの半導体基板に形成されて1チップ化されている。半導体素子Swbは、例えばIGBTであるトランジスタQwbと、トランジスタQwbに逆並列に接続された還流ダイオードDwbとを有している。トランジスタQwb及び還流ダイオードDwbは例えば、1つの半導体基板に形成されて1チップ化されている。
トランジスタQwaのコレクタC及び還流ダイオードDwaのカソードKは、互いに接続されて電力入力端子21wの正極端子211に接続されている。トランジスタQwaのエミッタE及び還流ダイオードDwaのアノードAは、互いに接続されている。トランジスタQwbのコレクタC及び還流ダイオードDwbのカソードKは、互いに接続されている。トランジスタQwaのエミッタE及び還流ダイオードDwaのアノードAと、トランジスタQwbのコレクタC及び還流ダイオードDwbのカソードKとは、互いに接続されて電力出力端子81wに接続されている。トランジスタQwbのエミッタE及び還流ダイオードDwbのアノードAは、互いに接続されて電力入力端子21wの負極端子212に接続されている。
トランジスタQwaのゲートGは、ワイヤー150によってゲート信号出力端子31waの接続部311(図1参照)に接続されている。トランジスタQwaのエミッタEは、ワイヤー150によって基準信号出力端子32waの接続部321(図1参照)に接続されている。
半導体素子Suaに設けられたトランジスタQuaのゲートGには、制御回路(不図示)から出力されるゲートパルス信号が入力され、半導体素子Suaに設けられたトランジスタQuaのエミッタEには、当該制御回路から出力される直流の基準信号が入力される。このため、当該ゲートパルス信号の電位と当該基準信号の電位との電位差がゲートエミッタ間電圧としてトランジスタQuaに印加される。
半導体素子Subに設けられたトランジスタQubには、制御回路から出力されるゲートパルス信号の電位と基準信号の電位との電位差がゲートエミッタ間電圧として印加される。半導体素子Svaに設けられたトランジスタQvaには、制御回路から出力されるゲートパルス信号の電位と基準信号の電位との電位差がゲートエミッタ間電圧として印加される。半導体素子Svbに設けられたトランジスタQvbには、制御回路から出力されるゲートパルス信号の電位と基準信号の電位との電位差がゲートエミッタ間電圧として印加される。半導体素子Swaに設けられたトランジスタQwaには、制御回路から出力されるゲートパルス信号の電位と基準信号の電位との電位差がゲートエミッタ間電圧として印加される。半導体素子Swbに設けられたトランジスタQwbには、制御回路から出力されるゲートパルス信号の電位と基準信号の電位との電位差がゲートエミッタ間電圧として印加される。
トランジスタQua,Qub,Qva,Qvb,Qwa,Qwbは例えば、ゲートパルス信号の電圧レベルが高レベルの場合にオン状態となり、ゲートパルス信号の電圧レベルが低レベルの場合にオフ状態となる。詳細な説明は省略するが、インバータ回路15uに設けられたトランジスタQua,Qub、インバータ回路15vに設けられたトランジスタQva,Qvb及びインバータ回路15wに設けられたトランジスタQwa,Qwbが所定のタイミング及び組み合せでオン状態及びオフ状態を繰り返す。これにより、半導体モジュール1は、位相が所定量だけ互いにずれたU相交流電力、V相交流電力及びW相交流電力をインバータ回路15u,15v,15wの電力出力端子81u,81v,81wからモータMに供給することができる。
(仕切部の構成)
次に、本実施形態による半導体モジュール1に備えられた仕切部101,102の構成について図1から図3を参照しつつ、図4を用いて説明する。なお、図4では、ゲート信号出力端子31ubの隠れ線が破線で図示されている。仕切部101及び仕切部102は、同一の構成を有している。このため、仕切部101,102の構成について仕切部101を例にとって説明する。
図4に示すように、仕切部101は、隣り合う収納部111u及び収納部111vを接続し収納部111uに形成された封止樹脂61u(図2参照)及び収納部111vに形成された封止樹脂61v(図2参照)と連続する封止樹脂62が形成された貫通孔101cを有している。仕切部101は、貫通孔101cが形成されて外枠103とは別体の第一部材101aと、貫通孔101cが形成されずに外枠103と一体の第二部材101bとを有している。第二部材101bは、第一部材101aに固定されている。
第一部材101aは、冷却器16に固定される基部101a1と、基部101a1から突出する壁部101a2とを有している。基部101a1及び壁部101a2は一体に形成されている。壁部101a2は、基部101a1の収納部111v側に偏って基部101a1上に配置されている。貫通孔101cは、第一部材101aに形成され、より具体的には壁部101a2に形成されている。
第二部材101bは、第一部材101a上に壁部101a2に接触して配置されている。第二部材101bは、壁部101a2とほぼ同じ厚さの壁状に形成されている。第二部材101bは、ゲート信号出力端子31ubの入力部312が突出する第一部材101aの上面、電力入力端子21u及び電力出力端子81uが配置されたそれぞれの外枠103に対向する第一部材101aの側面を覆って配置されている。すなわち、第二部材101bは、壁部101a2の連続する三つの側面を覆って配置されている。これにより、仕切部101は、屈曲した形状を有する。仕切部101は、延在方向に直交する断面がL字形状を有している。
図4に示すように、貫通孔101cは、接続部311の配置されている側の開口が接続部311の配置されていない側の開口よりも高くなるように傾斜している。換言すると、仕切部101に形成された貫通孔101cは、収納部111u側の開口が収納部111v側の開口よりも高くなるように傾斜して形成されている。ここで、貫通孔101cの開口の高さの基準は、仕切部101が冷却器16に接触する位置である。仕切部101に形成された全ての貫通孔101cは、ほぼ同じ角度に傾斜している。このように、貫通孔101cが傾斜していることにより、収納部111u,111vに形成される封止樹脂61u,61vが貫通孔101cに進入して封止樹脂62が形成される際に泡抜きをすることができる。これにより、封止樹脂62に気泡に起因する空洞が形成されることが防止される。
貫通孔101cは、例えば円柱状に形成されている。貫通孔101cは、例えば1mm以上3mm以下の直径を有している。しかしながら、複数の貫通孔101cは、円柱状に限られず、例えば角柱状などの他の形状に形成されていてもよい。また、本実施形態では、貫通孔101cは、ほぼ一定の直径を有しているが、例えば接続部311の配置されている側(収納部111u側)から接続部311が配置されていない側(収納部111v側)に向かって直径が長くなる円錐台形状を有していてもよい。また、貫通孔101cは、接続部311の配置されている側(収納部111u側)から接続部311が配置されていない側(収納部111v側)に向かって広くなる例えば角錐台形状を有していてもよい。
複数の貫通孔101cの開口のそれぞれは、接続部311,321が配置された面に対して直交する方向に配置されている。複数の貫通孔101cの開口のそれぞれは、仕切部101の第一部材101aの壁状に形成された壁部101a2に設けられている。このため、複数の貫通孔101cの一方の開口は、収納部111uの側壁の一部を開口する開口部となり、複数の貫通孔101cの他方の開口は、収納部111vの側壁の一部を開口する開口部となる。これにより、複数の貫通孔101cは、隣り合う収納部111uと収納部111vとを繋げる空洞を形成する。その結果、収納部111u,111vに封止樹脂61u,61vを形成する際に、複数の貫通孔101cの一方の開口から進入する封止樹脂61uと、複数の貫通孔101cの他方の開口から進入する封止樹脂61vとは、複数の貫通孔101cのそれぞれの内部で接触するとともに固化されて封止樹脂62が形成される。このように、封止樹脂62は、封止樹脂61uの一部及び封止樹脂61vの一部によって形成される。
複数の貫通孔101cを満たした状態で封止樹脂62が形成されることにより、仕切部101に設けられた複数の貫通孔101cに形成された封止樹脂62、収納部111uに形成された封止樹脂61u及び収納部111vに形成された封止樹脂61vは、一体化されて一続きの連続する樹脂となる。
上述のとおり、半導体素子Suaと、ゲート信号出力端子31ua及び基準信号出力端子32uaとは、ワイヤーボンディングによって接続されている。半導体素子Subと、ゲート信号出力端子31ub及び基準信号出力端子32ubは、ワイヤーボンディングによって接続されている。このため、ゲート信号出力端子31uaの接続部311及び基準信号出力端子32uaの接続部321は、半導体素子Suaとワイヤー150との接合部である。同様に、ゲート信号出力端子31ubの接続部311及び基準信号出力端子32ubの接続部321は、半導体素子Subとワイヤー150との接合部である。
詳細は後述するが、半導体モジュール1に温度負荷が加わって、半導体モジュール1の封止樹脂に変形が生じると、図4に太矢印で示すように、仕切部101において、接続部311が配置された側(以下、「接続部側」と称する場合がある)及び接続部311が配置されていない側(以下、「裏面側」と称する場合がある)には、向きが反対の引張応力が発生する。つまり、仕切部101の両面には、向きが反対の引張応力が加わる。その結果、封止樹脂61u,61vには、仕切部101から剥離される力が加わる。仕切部101の貫通孔101cには、封止樹脂61u,61vと一体の封止樹脂62が形成されている。封止樹脂61u,61v及び封止樹脂62が一体の状態を維持する強度は、仕切部101に発生した引張応力に起因して封止樹脂61u,61vが仕切部101から剥離される力よりも大きい。これにより、仕切部101から封止樹脂61u,61vが剥離されるのが防止されるので、仕切部101に配置されたゲート信号出力端子31ubの接続部311でのワイヤー150の断線を防止できる。
仕切部102は、仕切部101と同じ構造を有している。図2に示すように、仕切部102は、隣り合う収納部111v及び収納部111wを接続し収納部111vに形成された封止樹脂61v及び収納部111wに形成された封止樹脂61wと連続する封止樹脂63が形成された貫通孔102cを有している。仕切部102は、貫通孔102cが形成されて外枠103とは別体の第一部材102aと、貫通孔102cが形成されずに外枠103と一体の第二部材102bとを有している。第二部材102bは、第一部材102aに固定されている。
第一部材102aは、冷却器16に固定される基部102a1と、基部102a1から突出する壁部102a2とを有している。基部102a1及び壁部102a2は一体に形成されている。壁部102a2は、基部102a1の収納部111w側に偏って基部102a1上に配置されている。貫通孔102cは、第一部材102aに形成され、より具体的には壁部102a2に形成されている。
図1及び図2に示すように、第一部材102aは、仕切部101の第一部材101aと同じ形状を有し、第二部材102bは、仕切部101の第二部材101bと同じ形状を有している。このため、仕切部102には、仕切部101に配置されたゲート信号出力端子31uaなどと同様に、仕切部102の屈曲形状に沿うように屈曲した状態でゲート信号出力端子31va,31vb及び基準信号出力端子32va,32vbが配置されている。
貫通孔102cは、ゲート信号出力端子31va,31vb及び基準信号出力端子32va,32vbを避けて仕切部102に形成されている。仕切部102は、複数の貫通孔102cを有している。複数の貫通孔102cのいずれも、第一部材102aの壁部102a2に形成されている。
貫通孔102cは、接続部311の配置されている側の開口が接続部311の配置されていない側の開口よりも高くなるように傾斜している。換言すると、仕切部102に形成された貫通孔102cは、収納部111v側の開口が収納部111w側の開口よりも高くなるように傾斜して形成されている。ここで、貫通孔102cの開口の高さの基準は、仕切部102が冷却器16に接触する位置である。仕切部102に形成された全ての貫通孔102cは、ほぼ同じ角度に傾斜している。このように、貫通孔102cが傾斜していることにより、収納部111v,111wに形成される封止樹脂61v,61wが貫通孔102cに進入して封止樹脂63が形成される際に泡抜きをすることができる。これにより、封止樹脂63に気泡に起因する空洞が形成されることが防止される。
本実施形態では、貫通孔102cは、貫通孔101cと同じ形状を有しているが、異なる形状を有していてもよい。複数の貫通孔102cの開口のそれぞれは、接続部311,321が配置された面に対して直交する方向に配置されている。複数の貫通孔102cの開口のそれぞれは、仕切部102の第一部材102aの壁状に形成された壁部102a2に設けられている。このため、複数の貫通孔102cの一方の開口は、収納部111vの側壁の一部を開口する開口部となり、複数の貫通孔102cの他方の開口は、収納部111wの側壁の一部を開口する開口部となる。これにより、複数の貫通孔102cは、隣り合う収納部111vと収納部111wとを繋げる空洞を形成する。その結果、収納部111v,111wに封止樹脂61v,61wを形成する際に、複数の貫通孔102cの一方の開口から進入する封止樹脂61vと、複数の貫通孔102cの他方の開口から進入する封止樹脂61wとは、複数の貫通孔102cのそれぞれの内部で接触するとともに固化されて封止樹脂63が形成される。このように、封止樹脂63は、封止樹脂61vの一部及び封止樹脂61wの一部によって形成される。
複数の貫通孔102cを満たした状態で封止樹脂63が形成されることにより、仕切部102に設けられた複数の貫通孔102cに形成された封止樹脂63、収納部111vに形成された封止樹脂61v及び収納部111wに形成された封止樹脂61wは、一体化されて一続きの連続する樹脂となる。封止樹脂61v,61w及び封止樹脂63が一体の状態を維持する強度は、封止樹脂61v,61wが仕切部102から剥離される力よりも大きい。このため、半導体モジュール1に温度負荷が加わって、半導体モジュール1に変形が生じたとしても、仕切部102から封止樹脂61v,61wが剥離されるのが防止される。その結果、仕切部102に配置されたゲート信号出力端子31va,31vbのそれぞれの接続部311及び基準信号出力端子32va,32vbのそれぞれの接続部321でのワイヤー150の断線を防止できる。
図2に示すように、積層基板14wに接続されるゲート信号出力端子31wa,31wb及び基準信号出力端子32wa,32wbが配置される外枠103の端子配置領域103aの形状は、仕切部101,102と同様に、屈曲した形状を有している。このため、外枠103の端子配置領域103aの屈曲形状に沿うように屈曲した状態でゲート信号出力端子31wa,31wb及び基準信号出力端子32wa,32wbが外枠103に配置されている。
外枠103の端子配置領域103aでは、接続部311,321が配置されない側が外部となり、封止樹脂が形成されていない。このため、半導体モジュール1に温度負荷に基づく変形が生じても、端子配置領域103aには、仕切部101,102と異なり、両面からの引張応力が発生しない。これにより、端子配置領域103aに配置された接続部311,321に接合されたワイヤー150(不図示)には、半導体モジュール1が変形した場合に収納部111wに形成された封止樹脂61wから引張応力が加わりにくい。このため、本実施形態では、外枠103の端子配置領域103aには、貫通孔が形成されていない。
(仕切部の作用・効果)
次に、半導体モジュール1に備えられた仕切部101,102の作用・効果について、図1から図4を用いて説明する。
本実施形態による半導体モジュール1では、上述のとおり、冷却器16に半田付けされた積層基板14u,14v,14wを収納部111u,111v,111wに収納した状態でケース10と冷却器16とが固定されている。さらに、収納部111u,111v,111wには、積層基板14u,14v,14wなどを覆って封止樹脂61u,61v,61wが形成されている(図2参照)。冷却器16は、例えばアルミニウムで形成され、積層基板14u,14v,14wのそれぞれに設けられた絶縁基板141は、例えばセラミックで形成されている。このため、冷却器16の線膨張係数は、絶縁基板141の線膨張係数よりも7から8倍程度大きい。
半導体モジュール1では、信頼性試験の一環として、冷熱衝撃試験が実施される。冷熱衝撃試験では、半導体モジュール1に温度負荷が掛かり、冷却器16及び封止樹脂61u.61v,61wの線膨張係数の相違により、半導体モジュール1は、ケース10の長手方向において加熱時には封止樹脂61u.61v,61wが膨張し、冷却時には封止樹脂61u.61v,61wが収縮する。このため、仕切部101と封止樹脂61u.61vとの間に応力が掛かり、仕切部102と封止樹脂61v,61wとの間にそれぞれ応力が掛かる。特に、冷却時には図2中に直線の太矢印で示すように、仕切部101には両面に引張応力が加わり、仕切部102にも両面に引張応力が加わる。これにより、封止樹脂61uには、仕切部101から剥離される方向に力が加わり、封止樹脂61vには、仕切部101,102から剥離される方向に力が加わり、封止樹脂61wには、仕切部102から剥離される方向に力が加わる。また、冷熱衝撃試験に限らず、封止樹脂61u,61v,61wの形成時の冷却による封止樹脂61u,61v,61wの収縮によっても半導体モジュール1の変形が生じ、封止樹脂61u,61v,61wから仕切部101,102に対する引張応力が加わる場合がある。
従来の半導体モジュールの仕切部の断面解体調査結果及び仕切部に加わる引張応力のシミュレーション解析を行った。調査された従来の半導体モジュールは、仕切部に貫通孔が形成されていない点を除いて、本実施形態による半導体モジュール1と同様の構造を有している。
引張応力のシミュレーション解析によって、仕切部の接続部側及び裏面側には、反対向きの引張応力が加わることが確認された。また、断面解体調査において、仕切部の接続部側及び裏面側のいずれか一方に仕切部と封止樹脂との剥離が確認された。しかしながら、接続部側からの封止樹脂の剥離と、裏面側からの封止樹脂の剥離とが同時に発生することはなかった。
接続部側に露出する制御端子(すなわちゲート信号出力端子及び基準信号出力端子)の接続部及び当該接続部に接合されたワイヤーは、封止樹脂に覆われている。換言すると、接続部及び当該接続部に接合されたワイヤーは、封止樹脂に埋め込まれて当該封止樹脂に固定された状態になっている。このため、仕切部が設けられた半導体モジュールが正反り方向に変形し、封止樹脂が仕切部の接続部側から剥離すると、当該封止樹脂に埋め込まれたワイヤーには、当該仕切部から離れる方向に力が加わる。その結果、当該ワイヤーは当該仕切部に配置された制御端子の接続部から離れる方向に力が加わり、当該接続部において当該ワイヤーが断線し、半導体モジュールにオープン不良が発生する場合がある。ワイヤーが断線すると、制御回路からゲートパルス信号や基準信号がインバータ回路に入力されなくなるため、半導体モジュールは、所定の動作をしなくなり、駆動対象の例えばモータに電力を供給できなくなる。
これに対し、本実施形態による半導体モジュール1では、仕切部101に形成された複数の貫通孔101cにそれぞれ形成された封止樹脂62によって封止樹脂61uと封止樹脂61vとが接続されている。さらに、封止樹脂61u、封止樹脂62及び封止樹脂61vが一体に形成されている。このため、仕切部101と封止樹脂61uとの密着性及び仕切部101と封止樹脂61vとの密着性は、貫通孔101cが形成されていない場合と比較して向上する。さらに、仕切部101と封止樹脂61u及び封止樹脂61vのそれぞれとの密着性は、貫通孔101cに形成された封止樹脂62の形成材料である母材で決定される。半導体モジュール1の変形に伴って仕切部101に加わる引張応力に対し、封止樹脂62の母材は、貫通孔101cが形成されていない場合の仕切部101と封止樹脂61u及び封止樹脂61vのそれぞれとの密着力よりも大きい強度を有している。その結果、半導体モジュール1の封止樹脂61u,61v,61wに収縮が生じても、仕切部101から封止樹脂61u,61vが剥離することが防止されるので、半導体モジュール1は、仕切部101に露出する接続部311,321におけるワイヤー150の断線を防止できる。
同様に、仕切部102に形成された複数の貫通孔102cにそれぞれ形成された封止樹脂63によって封止樹脂61vと封止樹脂61wとが接続されている。さらに、封止樹脂61v、封止樹脂63及び封止樹脂61wが一体に形成されている。仕切部102と封止樹脂61vとの密着性及び仕切部102と封止樹脂61wとの密着性は、貫通孔102cが形成されていない場合と比較して向上する。さらに、仕切部102と封止樹脂61v及び封止樹脂61wのそれぞれとの密着性は、貫通孔102cに形成された封止樹脂63の形成材料である母材で決定される。半導体モジュール1の変形に伴って仕切部102に加わる引張応力に対し、封止樹脂63の母材は、貫通孔102cが形成されていない場合の仕切部102と封止樹脂61v及び封止樹脂61wのそれぞれとの密着力よりも大きい強度を有している。その結果、半導体モジュール1の封止樹脂61u,61v,61wに収縮が生じても、仕切部102から封止樹脂61v,61wが剥離することが防止されるので、半導体モジュール1は、仕切部102に露出する接続部311,321におけるワイヤー150の断線を防止できる。
半導体モジュール1の仕切部101,102に加わる引張応力は、ケース10の大きさよって異なる。当該引張応力は、例えばケース10が大きい方が強くなる。このため、ケース10の大きさに応じて、当該引張応力に対抗できる強度を有する材料を選択して封止樹脂61u,61v,61w及び封止樹脂62,63を形成することによって、半導体モジュール1は、仕切部101,102のそれぞれに露出する接続部311,321におけるワイヤー150の断線を防止できる。
(半導体モジュールの製造方法)
本実施形態による半導体モジュールの製造方法について、図4を参照しつつ図5から図7を用いて説明する。仕切部101及び仕切部102の製造方法は、同様である。このため、仕切部101及び仕切部102の製造方法について、仕切部101を例にとって説明する。図5及び図6は、仕切部101に設けられる第一部材101aの形成方法を説明する図である。図5(a)は、貫通孔101cが形成される前の第一部材101aを接続部側から壁部101a2を直交する方向に見た図であり、図5(b)は、図5(a)中に示すY-Y線で切断した第一部材101aの断面図である。図6(a)は、貫通孔101cが形成された後の第一部材101aを接続部側から壁部101a2を直交する方向に見た図であり、図6(b)は、図6(a)中に示すY-Y線で切断した第一部材101aの断面図である。なお、図5(b)及び図6(b)では、ゲート信号出力端子31ubの隠れ線が破線で図示されている。図7は、ケース10の形成方法を説明する図であって、図1中に示すX-X線に対応する位置でケース10を切断した断面図である。なお、図7では、ゲート信号出力端子31ub,31vb,31wbの隠れ線が破線で図示されている。
図5に示すように、本実施形態による半導体モジュール1の製造方法では、まず、半導体素子Sua,Sub(図5では不図示、図1参照)に接続され半導体素子Sua,Subを制御するゲートパルス信号(制御信号の一例)が出力されるゲート信号出力端子31ua,31ub(制御端子の一例)及び基準信号が出力される基準信号出力端子32ua,32ub(制御端子の一例)が配置された第一部材101aを形成する。
第一部材101aは、ゲート信号出力端子31ua,31ub及び基準信号出力端子32ua,32ubを設置した射出成形金型内に加熱溶融させた熱可塑性樹脂を射出注入し、設置したゲート信号出力端子31uaなどと樹脂とを一体化するインサート成形によって成形される。
次に、図6に示すように、第一部材101aを貫通する貫通孔101cを形成する。貫通孔101cは、第一部材101aが成形された後に、例えばドリル等による機械加工によって形成される。図6(a)に示すように、貫通孔101cは、ゲート信号出力端子31ua,31ub及び基準信号出力端子32ua,32ubを避けた複数箇所(本実施形態では6箇所)に形成される。また、図6(b)に示すように、貫通孔101cは、接続部側の開口が裏面側の開口よりも高くなるように傾斜して形成される。
第一部材101aと同様の方法により、仕切部102を構成する第一部材102aが形成される。さらに、貫通孔101c以外は第一部材101aと同じ形状に形成されて端子配置領域103aを構成する所定部材を形成する。
次に、貫通孔101cが形成された第一部材101a及び貫通孔102cが形成された第一部材102aを射出成形金型(所定の金型の一例)に設置する。その際、端子配置領域103aを構成する所定部材も当該射出成形金型に設置される。
次に、図7に示すように、当該射出成形金型に樹脂を流して半導体素子Sua,Sub,Sva,Svb,Swa,Swb(図7では不図示、図1参照)が配置される空間11を画定する外枠103と、外枠103と一体に形成され第一部材101a,102aとともに空間11を複数の収納部111u,111v,111w(複数の領域の一例)に仕切る仕切部101,102とを形成する。また、仕切部101,102の形成と同時に、ゲート信号出力端子31wa,31wb及び基準信号出力端子32wa,32wbが配置された端子配置領域103aも形成される。これにより、ケース10が形成される。
図示は省略するが、ケース10に積層基板14u,14v,14w及び冷却器16を取り付けた後に、封止樹脂61u,61v,61wを形成するための樹脂を収納部111u,111v,111wに同時に注入する。これにより、収納部111u,111v,111wに封止樹脂61u,61v,61wが満たされる過程において、貫通孔101cには、封止樹脂61u,61vが進入し、貫通孔102cには、封止樹脂61v,61wが進入する。これにより、収納部111u,111v,111wにおける封止樹脂61u,61v,61wの形成が完了するとともに、複数の貫通孔101cにおける封止樹脂62及び複数の貫通孔102cにおける封止樹脂63の形成が完了する。こうして、半導体モジュール1が完成する。
ところで、従来の射出成型金型は、上型及び下型の2種類に分離されている。このため、従来の射出成型金型では、上型の金型及び下型の金型が抜ける方向にしか形状を設けることができない。このため、従来の射出成型金型は、貫通孔101c,102cのような横方向の貫通孔を形成することが困難であるという問題を有している。
これに対し、本実施形態では、貫通孔101c,102cが形成された第一部材101a,102aを、ケース10を形成するための射出成型金型に設置するようになっている。このため、本実施形態では、上型及び下型の2種類に分離される構造を有する射出成型金型を用いてケース10を成形することができる。これにより、ケース10を形成するための工程が、従来の半導体モジュールのケースを形成するための工程よりも増加してしまうものの、特別な方法を用いずにケース10を成形することができる。
以上説明したように、本実施形態による半導体モジュール1は、複数の半導体素子Sua,Sub,Sva,Svb,Swa,Swbが配置される空間11を画定する外枠103と、複数の半導体素子Sua~Swbを覆って空間11に形成された封止樹脂61u,61v,61wと、半導体素子Sua~Swbに接続され半導体素子Sua~Swbを制御するゲートパルス信号が出力されるゲート信号出力端子31ua,31ub,31va,31vb,31wa,31wb及び基準信号が出力される基準信号出力端子32ua,32ub,32va,32vb,32wa,32wbと、半導体素子Sua~Swbとの接続部311,321を露出させた状態のゲート信号出力端子31ua~31wb及び基準信号出力端子32ua~32wbが配置され、外枠103に張り渡されて空間11を複数の収納部111u,111v,111wに仕切る仕切部101,102とを備えている。仕切部101は、隣り合う収納部111u及び収納部111vを接続し収納部111uに形成された封止樹脂61u(図2参照)及び収納部111vに形成された封止樹脂61v(図2参照)と連続する封止樹脂62が形成された貫通孔101cを有している。また、仕切部102は、隣り合う収納部111v及び収納部111wを接続し収納部111vに形成された封止樹脂61v及び収納部111wに形成された封止樹脂61w(図2参照)と連続する封止樹脂63が形成された貫通孔102cを有している。
本実施形態による半導体モジュール1は、仕切部101に形成された複数の貫通孔101cに封止樹脂61u,61vと一体の封止樹脂62を形成することにより、仕切部101と封止樹脂61u,61vとの密着力に加えて封止樹脂62の母材の強度によって仕切部101と封止樹脂61u,61vとの密着状態を維持できる。同様に、半導体モジュール1は、仕切部102に複数の貫通孔102cに封止樹脂61v,61wと一体の封止樹脂63を形成することにより、仕切部101と封止樹脂61v,61wとの密着力に加えて封止樹脂63の母材の強度によって仕切部102と封止樹脂61v,61wとの密着状態を維持できる。このため、半導体モジュール1は、複数の貫通孔101c,102cを有していない場合と比較して強固な密着力によって、仕切部101への封止樹脂61u,61vの密着状態及び仕切部102への封止樹脂61v,61wの密着状態を保持できる。これにより、半導体モジュール1は、半導体素子Sua,Sub,Sva,Svbとの接続に用いられるゲート信号出力端子31ua,31ub,31va,31vbのそれぞれの接続部311及び基準信号出力端子32ua,32ub,32va,32vbのそれぞれの接続部321が配置される側における封止樹脂61u,61vの剥離を防止できる。その結果、半導体モジュール1は、接続部311,321におけるワイヤー150の断線に起因するオープン不良の発生を防止することができる。
また、以上説明したように、本実施形態による半導体モジュール1の製造方法は、半導体素子Sua,Sub,Sva,Svbに接続され半導体素子Sua,Sub,Sva,Svbを制御するゲートパルス信号が出力されるゲート信号出力端子31ua,31ub,31va,31vb及び基準信号が出力される基準信号出力端子32ua,32ub,32va,32vbが配置された第一部材101a,102aを形成し、第一部材101aを貫通する貫通孔101c及び第一部材102aを貫通する貫通孔102cを形成し、第一部材101a,102aを射出成形金型に設置し、当該射出成形金型に樹脂を流して半導体素子Sua,Sub,Sva,Svbが配置される空間11を画定する外枠103と、外枠103と一体に形成され第一部材101a,102aとともに空間11を複数の収納部111u,111v,111wに仕切る仕切部101,102とを形成するようになっている。
本実施形態による半導体モジュール1の製造方法によれば、射出成形金型を用いるインサート成形によって、貫通孔101c,102cを有する仕切部101,102を備えるケース10を形成することができる。これにより、製造された半導体モジュール1は、接続部311,321におけるワイヤー150の断線に起因するオープン不良の発生を防止することができる。
本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、貫通孔101cは仕切部101に6個設けられ、貫通孔102cは仕切部102に6個設けられているが、本発明はこれに限られない。貫通孔101c,102cは、それぞれ1個又は6個以外の複数個、仕切部101,102に形成されていてもよい。また、貫通孔101c及び貫通孔102cのそれぞれの個数は、同数であってもよく、異数であってもよい。
上記実施形態では、複数の貫通孔101cはほぼ同じ高さ(すなわちほぼ一直線上)に形成され、複数の貫通孔102cはほぼ同じ高さ(すなわちほぼ一直線上)に形成されているが、本発明はこれに限られない。複数の貫通孔101cは、仕切部101に形成される高さが異なっていてもよい。同様に、複数の貫通孔102cは、仕切部102に形成される高さが異なっていてもよい。
上記実施形態では、貫通孔101cは、傾斜して仕切部101に形成されているが、仕切部101の接続部側及び裏面側を開口する開口部が同じ高さを有し、傾斜せずに仕切部101に形成されていてもよい。同様に、貫通孔102cは、仕切部102の接続部側及び裏面側を開口する開口部が同じ高さを有し、傾斜せずに仕切部102に形成されていてもよい。
上記実施形態による半導体モジュールの製造方法では、貫通孔101c,102cを形成した第一部材101a,102aを射出成形金型に設置してケース10を形成するようになっているが、本発明はこれに限られない。ケース10を形成した後に、仕切部101,102の所定箇所に、ドリル等による機械加工によって貫通孔101c,102cを形成することによって半導体モジュール1が製造されるようになっていてもよい。
上記実施形態では、半導体素子に設けられたトランジスタは、IGBTで構成されているが、MOSで構成されていてもよい。半導体素子の素材は、シリコンで構成されてもよいし、ワイドバンドギャップ半導体で構成されていてもよい。
本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
1 半導体モジュール
10 ケース
11 空間
14u,14v,14w 積層基板
15u,15v,15w インバータ回路
16 冷却器
21u,21v,21w 電力入力端子
31ua,31ub,31va,31vb,31wa,31wb ゲート信号出力端子
32ua,32ub,32va,32vb,32wa,32wb 基準信号出力端子
41 正極部パターン
42 負極部パターン
43 出力部パターン
61u,61v,61w 封止樹脂
81u,81v,81w 電力出力端子
101,102 仕切部
101a,102a 第一部材
101a1,102a1 基部
101a2,102a2 壁部
101b,102b 第二部材
101c,102c 貫通孔
103 外枠
103a 端子配置領域
111u,111v,111w 収納部
141 絶縁基板
142 伝熱部材
150 ワイヤー
161 接着剤
211 正極端子
212 負極端子
311,321 接続部
312,322 入力部
Sua,Sub,Sva,Svb,Swa,Swb 半導体素子

Claims (8)

  1. 複数の半導体素子が配置される空間を画定する外枠と、
    前記複数の半導体素子を覆って前記空間に形成された封止樹脂と、
    前記半導体素子に接続され該半導体素子を制御する制御信号が出力される制御端子と、
    前記半導体素子との接続部を露出させた状態の前記制御端子が配置され、前記外枠に張り渡されて前記空間を複数の領域に仕切る仕切部と
    を備え、
    前記仕切部は、隣り合う前記領域を接続し該領域に形成された前記封止樹脂と連続する封止樹脂が形成された貫通孔を有する
    半導体モジュール。
  2. 前記貫通孔は、前記接続部の配置されている側の開口が該接続部の配置されていない側の開口よりも高くなるように傾斜している
    請求項1に記載の半導体モジュール。
  3. 前記貫通孔は、前記制御端子を避けて前記仕切部に形成されている
    請求項1又は2に記載の半導体モジュール。
  4. 前記仕切部は、複数の前記貫通孔を有する
    請求項1から3までのいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  5. 前記仕切部は、前記貫通孔が形成されて前記外枠とは別体の第一部材と、前記貫通孔が形成されずに前記外枠と一体の第二部材とを有する
    請求項1から4までのいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  6. 前記貫通孔は、1mm以上3mm以下の直径を有している
    請求項1から5までのいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  7. 前記半導体素子及び前記制御端子は、ワイヤーボンディングによって接続され、
    前記接続部は、前記半導体素子とワイヤーとの接合部である
    請求項1から6までのいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  8. 半導体素子に接続され該半導体素子を制御する制御信号が出力される制御端子が配置された第一部材を形成し、
    前記第一部材を貫通する貫通孔を形成し、
    前記第一部材を所定の金型に設置し、
    前記金型に樹脂を流して前記半導体素子が配置される空間を画定する外枠と、前記外枠と一体に形成され前記第一部材とともに前記空間を複数の領域に仕切る仕切部とを形成する
    半導体モジュールの製造方法。
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