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公開番号2025102286
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-08
出願番号2023219633
出願日2023-12-26
発明の名称半導体モジュール
出願人富士電機株式会社
代理人個人
主分類H01L 21/60 20060101AFI20250701BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】パワーサイクル耐量を向上させることができる半導体モジュールを提供すること。
【解決手段】半導体チップ1の裏面は、回路基板2のおもて面の導電性板22aに接合部材11を介して接合されている。回路基板2は、ケース4の内部に収納されている。LF5は、半導体チップ1のおもて面電極で構成される電極パッド1aに接合部材13を介して接合されている。また、LF5は、回路基板2のおもて面の導電性板22bで構成される電極パッド2aに接合部材14を介して接合されている。LF5は、電極パッド1a,2a同士を電気的に接続する。半導体チップ1、回路基板2およびLF5は、封止材6および絶縁層8で保護されている。絶縁層8は、封止材6よりも弾性率の小さい電気絶縁材料で形成されている。絶縁層8は、封止材6の全面を覆い、半導体チップ1の厚さ方向にLF5に対向する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
上面に導電性板を有する積層基板と、
裏面を前記積層基板の上面に接合され、おもて面におもて面電極を有する半導体チップと、
前記おもて面電極と前記導電性板とを電気的に接続するリードフレームと、
前記半導体チップ、前記積層基板および前記リードフレームを封止する封止材と、
前記リードフレームの前記積層基板側に対して反対側に設けられ、前記半導体チップの厚さ方向に前記リードフレームに対向する絶縁層と、
を備え、
前記絶縁層は、前記封止材よりも弾性率の小さい電気絶縁材料からなることを特徴とする半導体モジュール。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記絶縁層は、前記リードフレームの全体に対向することを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記絶縁層は、前記リードフレームに接することを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記絶縁層の厚さは、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記リードフレームは、
前記おもて面電極に面接合される平板状の接合部と、
前記接合部の端部から折れ曲がって立ち上がってなり、前記接合部と一端を共有する平板状の立ち上がり部と、
前記立ち上がり部の他端を共有して前記立ち上がり部の他端から折れ曲がってなり、前記立ち上がり部の他端と前記導電性板とを電気的に接続する平板状の連結部と、を有し、
前記絶縁層は、前記半導体チップの厚さ方向に前記立ち上がり部の他端に対向することを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記絶縁層は、前記連結部の前記積層基板側に対して反対側の全面に接することを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記絶縁層は、前記連結部から前記立ち上がり部に沿って前記接合部の前記おもて面電極との接合面に対して反対側の非接合面まで延在することを特徴とする請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記絶縁層は、前記立ち上がり部の他端のみに設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記立ち上がり部の他端に、前記リードフレームとの間に前記絶縁層を挟み込んで保持する鉤状部を備えることを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この開示は、半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半導体チップの表面電極の強度を高めて半導体チップやパワーモジュールのパワーサイクル評価での寿命を延ばす技術が記載されている。特許文献２にも同様な技術が記載される。特許文献３には、リードフレーム配線の電極パターンとの接合部にかかる応力を低減してパワーサイクル試験の疲労寿命を延ばす技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－９６６４３号公報
特開２０２３－１５２１４号公報
特開２０１８－４６１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、リード端子が封止材によって位置固定されるため、パワーサイクル試験時に半導体チップが熱膨張すると、リード端子の半導体チップのおもて面電極から立ち上がった部分が変形する。このリード端子の立ち上がり部の変形の悪影響を受けて、半導体チップのおもて面電極にひずみが発生して破壊に至る。上記特許文献２においてもリード材を用いた構造において上記特許文献１と同様の問題が生じる。上記特許文献３においても上記特許文献１と同様の問題が生じる。
【０００５】
この開示は、パワーサイクル耐量を向上させることができる半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この開示の一態様にかかる半導体モジュールは、以下の通りである。半導体チップは、裏面を前記積層基板の上面に接合され、おもて面におもて面電極を有する。リードフレームは、前記おもて面電極と前記導電性板とを電気的に接続する。封止材は、前記半導体チップ、前記積層基板および前記リードフレームを封止する。絶縁層は、前記リードフレームの前記積層基板側に対して反対側に設けられ、前記半導体チップの厚さ方向に前記リードフレームに対向する。前記絶縁層は、前記封止材よりも弾性率の小さい電気絶縁材料からなる。
【発明の効果】
【０００７】
本開示にかかる半導体モジュールによれば、パワーサイクル耐量を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態１にかかる半導体モジュールを回路基板のおもて面側から見たレイアウト例を示す平面図である。
図１の矩形で囲む部分Ａを拡大して示す平面図である。
図１の切断線Ｂ－Ｂ’における断面構造を模式的に示す断面図である。
図１の切断線Ｂ－Ｂ’における断面構造の別例を模式的に示す断面図である。
実施の形態２にかかる半導体モジュールの構造を示す断面図である（その１）。
実施の形態２にかかる半導体モジュールの構造を示す断面図である（その２）。
実施の形態２にかかる半導体モジュールの構造の別例を示す断面図である（その１）。
実施の形態２にかかる半導体モジュールの構造の別例を示す断面図である（その２）。
実施の形態３にかかる半導体モジュールの構造を示す断面図である。
実施例および参考例の半導体チップのおもて面電極のひずみ量をシミュレーションした結果を示すグラフである。
実施例および参考例の半導体モジュール内の部材の熱ストレスによる変形時の状態をシミュレーションした結果を示す等高線図である。
実施例および参考例の絶縁層の厚さと半導体チップのおもて面電極のひずみ量との関係をシミュレーションした結果を示す特性図である。
参考例の半導体装置の構造を示す断面図である。
参考例の半導体モジュールの変形メカニズムに示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本開示の実施形態の概要＞
（１）この開示の一態様にかかる半導体モジュールは、以下の通りである。積層基板は、上面に導電性板を有する。半導体チップは、裏面を前記積層基板の上面に接合され、おもて面におもて面電極を有する。リードフレームは、前記おもて面電極と前記導電性板とを電気的に接続する。封止材は、前記半導体チップ、前記積層基板および前記リードフレームを封止する。絶縁層は、前記リードフレームの前記積層基板側に対して反対側に設けられ、前記半導体チップの厚さ方向に前記リードフレームに対向する。前記絶縁層は、前記封止材よりも弾性率の小さい電気絶縁材料からなる。
【００１０】
上述した開示によれば、リードフレームに対向して設けられた絶縁層によって封止材によるリードフレームへの支持力を低下させることができるため、半導体チップの熱膨張によってリードフレームの立ち上がり部を上方へ押し上げる応力が生じても、リードフレームの立ち上がり部が上方へ移動しやすく、変形しにくい。これによって、半導体チップのおもて面電極の端部に応力集中しにくく、半導体チップのおもて面電極の端部のひずみ量を低減することができるため、パワーサイクル耐量を向上させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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