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JP2003218291A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same

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JP2003218291A
JP2003218291A JP2002014583A JP2002014583A JP2003218291A JP 2003218291 A JP2003218291 A JP 2003218291A JP 2002014583 A JP2002014583 A JP 2002014583A JP 2002014583 A JP2002014583 A JP 2002014583A JP 2003218291 A JP2003218291 A JP 2003218291A
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JP
Japan
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resin
heat
heat dissipation
bus bar
bus bars
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JP2002014583A
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Japanese (ja)
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Mikio Naruse
幹夫 成瀬
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モールド部材により一体化されたバスバー上
に半導体素子を実装する半導体装置において、放熱性能
に優れた半導体装置の製造方法を提供することである。 【解決手段】 最初に、複数のバスバー11〜13をそ
れらの表面および裏面が露出するようにモールド樹脂1
でモールドして一体化する。2番目に、一体化されたバ
スバー11〜13およびモールド部材1の裏面全体に高
熱伝導性の放熱樹脂8を塗布し、硬化させる。3番目
に、放熱用樹脂8の表面8aにヒータ15の加熱面15
aを当接させて放熱樹脂8を加熱処理して均一化する。
これにより、バスバー11〜13およびモールド部材1
の裏面と放熱樹脂8との密着性が向上するとともに、放
熱樹脂8の表面8aが加熱面15aにより平坦化され
る。その後、バスバー12上に半導体素子22を実装し
て、ヒートシンクの冷却面に固定する。
(57) [Problem] To provide a method of manufacturing a semiconductor device having excellent heat dissipation performance in a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a bus bar integrated by a mold member. SOLUTION: First, a plurality of bus bars 11 to 13 are molded resin 1 so that their front and back surfaces are exposed.
And integrated. Secondly, a heat radiation resin 8 having high thermal conductivity is applied to the entire back surfaces of the integrated bus bars 11 to 13 and the mold member 1 and cured. Third, the heating surface 15a of the heater 15 is provided on the surface 8a of the heat dissipation resin 8.
a is brought into contact with the heat-dissipating resin 8 to make it uniform by heat treatment.
Thereby, the bus bars 11 to 13 and the mold member 1
The adhesion between the back surface of the heat dissipation resin 8 and the heat dissipation resin 8 is improved, and the front surface 8a of the heat dissipation resin 8 is flattened by the heating surface 15a. After that, the semiconductor element 22 is mounted on the bus bar 12 and fixed to the cooling surface of the heat sink.

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、モールド部材によ
り一体化されたバスバー上に半導体素子を実装した半導
体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a bus bar integrated by a molding member, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】バスバー上に半導体素子を実装し、その
バスバーを樹脂でモールドした半導体装置として特開2
001−110985号公報に開示されているようなも
のが知られている。複数のバスバーは樹脂モールドによ
り一体とされ、一つのモジュールを形成している。各バ
スバーの表裏面は露出しており、バスバーの表面には半
導体素子がハンダ等により接合され、裏面側はヒートシ
ンク等の冷却面に固定されている。バスバーと冷却面と
の間には、電気絶縁性の放熱シートが設けられる。
2. Description of the Related Art A semiconductor device in which a semiconductor element is mounted on a bus bar and the bus bar is molded with a resin is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-212058
The one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 001-110985 is known. The plurality of bus bars are integrated by resin molding to form one module. The front and back surfaces of each bus bar are exposed, a semiconductor element is joined to the front surface of the bus bar by soldering, and the back surface side is fixed to a cooling surface such as a heat sink. An electrically insulating heat dissipation sheet is provided between the bus bar and the cooling surface.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、各バスバー
は、バスバーと放熱シートとの接触が確実となるよう
に、バスバーの裏面がモールド部材よりも突出するよう
にモールドされている。そのため、モジュールの裏面は
平坦ではなく凹凸形状となっている。その結果、放熱シ
ートとバスバーとの密着性が損なわれ、バスバーと放熱
シートとの間に空気層が生じてしまうという欠点があっ
た。また、バスバー、放熱シートおよびヒートシンクの
各接触面は、微視的に見ると平滑ではなく凹凸面となっ
ており、接触状態は実質的に多数の点接触部から成ると
みなすことができる。
By the way, each bus bar is molded such that the back surface of the bus bar projects beyond the molding member so that the contact between the bus bar and the heat dissipation sheet is ensured. Therefore, the back surface of the module is not flat but has an uneven shape. As a result, there is a drawback in that the adhesion between the heat dissipation sheet and the bus bar is impaired and an air layer is generated between the bus bar and the heat dissipation sheet. Further, the contact surfaces of the bus bar, the heat dissipation sheet, and the heat sink are not smooth when viewed microscopically, but are uneven surfaces, and the contact state can be regarded as substantially consisting of many point contact portions.

【0004】その結果、実質的な接触面積は見かけより
も小さくなり、微視的凹凸面の隙間にも空気層が介在す
ることになる。空気の熱伝導率は放熱シートと比較する
と非常に小さいため、バスバーからヒートシンクへの熱
伝達を効率良く行うことができず、半導体素子の発熱に
対して十分な放熱性能が得られないことがあった。
As a result, the actual contact area becomes smaller than it appears, and the air layer also intervenes in the gap between the microscopically uneven surfaces. Since the thermal conductivity of air is much smaller than that of a heat dissipation sheet, it may not be possible to efficiently transfer heat from the bus bar to the heat sink, and sufficient heat dissipation performance may not be obtained for the heat generated by the semiconductor element. It was

【0005】本発明の目的は、放熱性能に優れた半導体
装置およびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having excellent heat dissipation performance and a manufacturing method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図3,4,8〜10に対応付けて説明する。 (1)図3に対応付けて説明すると、請求項1の発明に
よる半導体装置は、複数のバスバー11〜13をそれら
の表面および裏面が露出するようにモールド部材でモー
ルドして一体化した半導体実装部10と、バスバー12
の表面に実装される半導体素子22と、半導体実装部1
0のバスバー11〜13およびモールド部材1の裏面全
体を覆う高熱伝導性の放熱用樹脂8と、放熱用樹脂8の
表面が冷却面2bに接触するように半導体実装部10が
装着される冷却装置2とを備えて上述の目的を達成す
る。 (2)図8に対応付けて説明すると、請求項2の発明
は、請求項1に記載の半導体装置において、モールド部
材1の裏面1eに凹凸を形成したものである。 (3)図10に対応付けて説明すると、請求項3の発明
は、請求項1または2に記載の半導体装置において、放
熱用樹脂8の厚みは、その中部分より他の部分が薄くな
るような凸面としたものである。 (4)図9に対応付けて説明すると、請求項4の発明
は、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置におい
て、放熱用樹脂8の表面8aと冷却面2bとで挟持され
るように熱伝導性材料の箔17を設けたものである。 (5)図3および4に対応付けて説明すると、請求項5
の発明による半導体装置の製造方法は、複数のバスバー
11〜13をそれらの表面および裏面が露出するように
モールド部材1でモールドして一体化する第1の工程
(図4(a))と、一体化されたバスバー11〜13お
よびモールド部材1の裏面全体を高熱伝導性の放熱用樹
脂8で覆う第2の工程(図4(b))と、放熱用樹脂8
の表面8aに加熱装置15の加熱面15aを当接させて
放熱用樹脂8を加熱処理する第3の工程(図4(c))
と、バスバー12の表面に半導体素子22を実装する第
4の工程(図4(c))と、放熱用樹脂8の表面8aに
冷却装置2の冷却面2bを固設する第5の工程とを備え
て上述の目的を達成する。
An embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. (1) Describing in association with FIG. 3, the semiconductor device according to the invention of claim 1 is a semiconductor mounting in which a plurality of bus bars 11 to 13 are molded by a molding member so that their front and back surfaces are exposed and integrated. Part 10 and bus bar 12
The semiconductor element 22 mounted on the surface of the
No. 0 busbars 11 to 13 and a heat-dissipating resin 8 having high thermal conductivity that covers the entire back surface of the molding member 1, and a cooling device in which the semiconductor mounting portion 10 is mounted so that the surface of the heat-dissipating resin 8 contacts the cooling surface 2b. And 2 to achieve the above-mentioned object. (2) When it is described in association with FIG. 8, the invention of claim 2 is the semiconductor device according to claim 1, wherein the back surface 1e of the mold member 1 is provided with irregularities. (3) Describing in association with FIG. 10, the invention according to claim 3 is the semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the heat dissipation resin 8 has a thickness such that other parts are thinner than the middle part. It is a convex surface. (4) Describing in association with FIG. 9, the invention of claim 4 is, in the semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, sandwiched between the surface 8a of the heat dissipation resin 8 and the cooling surface 2b. Thus, the foil 17 of the heat conductive material is provided. (5) When it is described in association with FIGS.
The method for manufacturing a semiconductor device according to the invention comprises a first step (FIG. 4A) in which a plurality of bus bars 11 to 13 are molded and integrated with a molding member 1 so that their front and back surfaces are exposed, A second step (FIG. 4B) of covering the entire back surfaces of the integrated bus bars 11 to 13 and the molding member 1 with the heat-dissipating resin 8 having high thermal conductivity, and the heat-dissipating resin 8
Third step of heating the heat radiation resin 8 by bringing the heating surface 15a of the heating device 15 into contact with the front surface 8a of the heating device 15 (FIG. 4C)
And a fourth step of mounting the semiconductor element 22 on the surface of the bus bar 12 (FIG. 4C), and a fifth step of fixing the cooling surface 2b of the cooling device 2 to the surface 8a of the heat dissipation resin 8. To achieve the above object.

【0007】[0007]

【発明の効果】(1)請求項1の発明によれば、バスバ
ーおよびモールド部材の裏面全体に放熱用樹脂が密着す
るため、半導体実装部から放熱用樹脂への熱伝達性能が
向上する。 (2)請求項2の発明では、請求項1の発明の効果に加
えて、モールド部材と放熱用樹脂との接触面積が増加
し、モールド部材を介した放熱用部材への熱伝達性能が
さらに向上する。 (3)請求項3の発明では、請求項1および2の発明の
効果に加えて、放熱用樹脂と冷却面との間における空気
の残留を防止することができ、放熱用樹脂から冷却装置
への熱伝達性能が向上する。 (4)請求項4の発明では、請求項1〜3の発明の効果
に加えて、異物等の挟み込みに対して箔が緩衝剤となる
ことにより、バスバーと冷却装置との間の電気的短絡の
発生を防止することができる。 (5)請求項5の発明によれば、放熱用樹脂を加熱処理
することにより、バスバーおよびモールド部材の裏面全
体を覆う放熱用樹脂とバスバーおよびモールド部材との
密着性が向上する。また、放熱用樹脂の表面を加熱面に
よって平坦化することができ、冷却面との密着性の向上
が図れる。その結果、半導体実装部から冷却装置への放
熱効果の向上を図ることができる。
(1) According to the invention of claim 1, the heat radiation resin adheres to the entire back surface of the bus bar and the molding member, so that the heat transfer performance from the semiconductor mounting portion to the heat radiation resin is improved. (2) In the invention of claim 2, in addition to the effect of the invention of claim 1, the contact area between the mold member and the heat dissipation resin is increased, and the heat transfer performance to the heat dissipation member via the mold member is further improved. improves. (3) In the invention of claim 3, in addition to the effects of the inventions of claims 1 and 2, it is possible to prevent air from remaining between the heat-dissipating resin and the cooling surface. Heat transfer performance is improved. (4) In the invention of claim 4, in addition to the effects of the inventions of claims 1 to 3, the foil serves as a cushioning agent against the entrapment of foreign matter or the like, so that an electrical short circuit occurs between the bus bar and the cooling device. Can be prevented. (5) According to the invention of claim 5, the heat treatment of the heat dissipation resin improves the adhesion between the heat dissipation resin covering the entire back surface of the bus bar and the mold member and the bus bar and the mold member. Further, the surface of the heat dissipation resin can be flattened by the heating surface, and the adhesion with the cooling surface can be improved. As a result, the heat radiation effect from the semiconductor mounting part to the cooling device can be improved.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図1は、半導体素子21,22を用
いて直流P,Nを交流U,V,Wに変換するインバータ
の電力変換部回路の一部を示す図であり、U,V,Wの
内の1相分、例えばU相、に関する部分を示したもので
ある。図1に示す例では、半導体素子21,22として
MOSFETが用いられている。11はP極用のバスバー、1
2はインバータ出力用のバスバー、13はN極用のバス
バーである。また、51,52は、半導体素子21,2
2の各々のゲートGに駆動信号を印加するゲート端子で
ある。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a part of a power converter circuit of an inverter that converts direct current P, N into alternating current U, V, W by using semiconductor elements 21, 22. It shows a portion related to a phase component, for example, a U phase. In the example shown in FIG. 1, the semiconductor elements 21 and 22 are
MOSFET is used. 11 is a bus bar for P pole, 1
2 is a bus bar for inverter output, and 13 is a bus bar for N pole. Further, 51 and 52 are semiconductor elements 21 and 2.
2 is a gate terminal for applying a driving signal to each of the gates G of 2.

【0009】図2は図1に示した回路に相当する部分の
実装構造を示した斜視図である。半導体素子21はP極
用バスバー11の上面に実装され、半導体素子22はイ
ンバータ出力用バスバー12の上面に実装されている。
バスバー11〜13はモールド部材であるモールド樹脂
1により一体とされ、半導体実装部であるモジュールケ
ース10が形成されている。各バスバー11〜13は電
位が異なるので、互いに接触しないような間隔で配置さ
れている。モールド樹脂1はバスバー11〜13間を電
気的に絶縁する機能も果たしている。バスバー11〜1
3の材質には熱伝導率が大きく、また、体積抵抗率が小
さいものが良く、例えば、銅(Cu)やアルミニウム
(Al)やこれらを含む合金などが用いられる。
FIG. 2 is a perspective view showing a mounting structure of a portion corresponding to the circuit shown in FIG. The semiconductor element 21 is mounted on the upper surface of the P pole bus bar 11, and the semiconductor element 22 is mounted on the upper surface of the inverter output bus bar 12.
The busbars 11 to 13 are integrated by the molding resin 1 which is a molding member, and the module case 10 which is a semiconductor mounting portion is formed. Since the bus bars 11 to 13 have different potentials, they are arranged at intervals so that they do not contact each other. The mold resin 1 also has a function of electrically insulating between the bus bars 11 to 13. Bus bars 11-1
It is preferable that the material of 3 has a high thermal conductivity and a low volume resistivity. For example, copper (Cu), aluminum (Al), or an alloy containing these is used.

【0010】各半導体素子21,22は接合材であるハ
ンダ31,32によりバスバー11,12上に面接合さ
れており、各半導体素子21,22の裏面側に形成され
たドレインDはそれぞれハンダ31,32を介してバス
バー11,12と電気的に接続されている。ハンダ32
は電気的接続だけでなく半導体素子22の熱をバスバー
12に伝達する機能も担っており、ハンダに代えて銀フ
ィラーを含む導電ペーストを用いても良い。
The semiconductor elements 21 and 22 are surface-bonded on the bus bars 11 and 12 by solders 31 and 32 which are bonding materials, and the drains D formed on the back surfaces of the semiconductor elements 21 and 22 are solder 31 respectively. , 32 are electrically connected to the bus bars 11, 12. Solder 32
Has a function of transmitting heat of the semiconductor element 22 to the bus bar 12 as well as electrical connection, and a conductive paste containing a silver filler may be used instead of the solder.

【0011】半導体素子21,22の上面側にはソース
SおよびゲートGが形成されている。半導体素子21の
ソースSは金属ワイヤ41によりバスバー12の上面に
接続され、ゲートGは金属ワイヤ61によりゲート端子
51に接続されている。一方、半導体素子22のソース
Sは金属ワイヤ42によりN極用バスバー13の上面に
接続され、ゲートGは金属ワイヤ62によりゲート端子
52に接続されている。このように、半導体素子21,
22が実装されることにより、一相分のモジュールMが
形成される。
A source S and a gate G are formed on the upper surfaces of the semiconductor elements 21 and 22. The source S of the semiconductor element 21 is connected to the upper surface of the bus bar 12 by the metal wire 41, and the gate G is connected to the gate terminal 51 by the metal wire 61. On the other hand, the source S of the semiconductor element 22 is connected to the upper surface of the N pole bus bar 13 by the metal wire 42, and the gate G is connected to the gate terminal 52 by the metal wire 62. In this way, the semiconductor element 21,
The module M for one phase is formed by mounting 22.

【0012】モジュールMの裏面側には放熱樹脂8が設
けられており、モジュールMは放熱樹脂8を挟むように
ヒートシンク2に固定される。ヒートシンク2内には冷
却水等の冷媒が流れる流路2aが形成されている。半導
体素子21,22で発生した熱はバスバー11,12お
よび放熱樹脂8を介してヒートシンク2に伝えられ、流
路2aを流れる冷媒に放熱される。
A heat radiation resin 8 is provided on the back surface side of the module M, and the module M is fixed to the heat sink 2 so as to sandwich the heat radiation resin 8. A flow path 2a through which a coolant such as cooling water flows is formed in the heat sink 2. The heat generated in the semiconductor elements 21 and 22 is transferred to the heat sink 2 via the bus bars 11 and 12 and the heat radiation resin 8 and is radiated to the refrigerant flowing in the flow path 2a.

【0013】図3は図2のA−A断面図であり、分かり
やすいようにモジュールMとヒートシンク2とを離して
図示した。モールド樹脂1の周辺部分に形成されたフラ
ンジ部1aにはボルト取付用の貫通穴1bが複数形成さ
れており、モールド樹脂1により一体化されたバスバー
11〜13はボルト9によりヒートシンク2の冷却面2
bに固定される。2cはヒートシンク2に形成された取
付用ネジ穴である。モールド樹脂1により形成された素
子空間にはシリコーンを主成分としたゲル部材4が充填
され、図2に示した半導体素子21,22および金属ワ
イヤ41,42,61,62はゲル部材4によって封止
されている。なお、図2ではゲル部材4の図示を省略し
た。
FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2, in which the module M and the heat sink 2 are shown separated for easy understanding. A plurality of through holes 1b for mounting bolts are formed in the flange portion 1a formed in the peripheral portion of the mold resin 1. The bus bars 11 to 13 integrated with the mold resin 1 are cooled by the bolts 9 on the cooling surface of the heat sink 2. Two
fixed to b. Reference numeral 2c is a mounting screw hole formed in the heat sink 2. The element space formed by the mold resin 1 is filled with a gel member 4 containing silicone as a main component, and the semiconductor elements 21, 22 and the metal wires 41, 42, 61, 62 shown in FIG. It has been stopped. The gel member 4 is not shown in FIG.

【0014】バスバー11〜13の裏面はモールド樹脂
1の裏面よりも突出しており、本実施の形態では、バス
バー11〜13およびモールド樹脂1の裏面を覆うよう
に放熱樹脂8の層が形成される。放熱樹脂8はエポキシ
等の耐熱性が高い樹脂が主成分であって、樹脂中にはア
ルミナ(Al)、窒化アルミ(AlN)等のセラ
ミックスやガラスのフィラーが含有されている。これら
のフィラーを含有させることにより、放熱樹脂8の熱伝
導率を樹脂だけのものよりも大きくすることができる。
また、放熱樹脂8の厚さに関しては放熱の観点からは薄
い方が良いが、絶縁性の観点からは厚い方が良い。本実
施の形態では、厚さを0.05mm〜0.5mm程度と
することにより、耐熱性、放熱性および絶縁性を確保し
ている。
The back surfaces of the bus bars 11 to 13 project more than the back surface of the mold resin 1. In this embodiment, a layer of the heat dissipation resin 8 is formed so as to cover the bus bars 11 to 13 and the back surfaces of the mold resin 1. . The heat dissipation resin 8 is mainly composed of a resin having a high heat resistance such as epoxy, and the resin contains ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN) or a filler of glass. By including these fillers, the thermal conductivity of the heat dissipation resin 8 can be made higher than that of the resin alone.
Further, the thickness of the heat dissipation resin 8 is preferably thin from the viewpoint of heat dissipation, but is preferably thick from the viewpoint of insulation. In the present embodiment, heat resistance, heat dissipation and insulation are secured by setting the thickness to about 0.05 mm to 0.5 mm.

【0015】次に、図4を参照して半導体装置の製造手
順について説明する。図4(a)に示す工程では、バス
バー11〜13およびモールド樹脂1から成るモジュー
ルケース10を射出成形により形成する。すなわち、バ
スバー11〜13を樹脂成型用金型にインサートしてモ
ールド用の樹脂を射出することにより、一体のモジュー
ルケース10が形成される。このとき、バスバー裏面
(図示上側の面)がモールド樹脂1よりも突出するよう
に成型する。
Next, the procedure for manufacturing the semiconductor device will be described with reference to FIG. In the step shown in FIG. 4A, the module case 10 including the bus bars 11 to 13 and the molding resin 1 is formed by injection molding. That is, the integrated module case 10 is formed by inserting the bus bars 11 to 13 into the resin molding die and injecting the molding resin. At this time, molding is performed so that the back surface of the bus bar (the surface on the upper side in the drawing) projects beyond the molding resin 1.

【0016】図4(b)に示す工程では、モジュールケ
ース10の裏面に放熱樹脂8の層を形成する。放熱樹脂
8の層を形成する際には、メタルマスクまたはシルク印
刷によりペースト状の放熱樹脂8を印刷し、その後硬化
させることにより得られる。このときの放熱樹脂8の厚
さは、メタルマスクまたはシルクの厚さを管理すること
により行われる。放熱樹脂8の他の形成方法としては、
予め所定厚さのシート状未硬化放熱樹脂を形成し、その
シート状未硬化放熱樹脂をモジュールケース10の裏面
に貼り合わせた後に硬化させるようにしても良い。この
ように、未硬化の放熱樹脂8でもモジュールケース10
の裏面全体を覆うようにしたので、放熱樹脂8とバスバ
ー11〜13およびモールド樹脂1の各裏面との密着性
は、従来の放熱シートを用いる場合に比べて向上する。
In the step shown in FIG. 4B, a layer of heat dissipation resin 8 is formed on the back surface of the module case 10. When the layer of the heat dissipation resin 8 is formed, it is obtained by printing the heat dissipation resin 8 in a paste form by a metal mask or silk printing and then curing it. The thickness of the heat dissipation resin 8 at this time is controlled by controlling the thickness of the metal mask or silk. As another method of forming the heat dissipation resin 8,
A sheet-shaped uncured heat dissipation resin having a predetermined thickness may be formed in advance, and the sheet-shaped uncured heat dissipation resin may be attached to the back surface of the module case 10 and then cured. In this way, the uncured heat dissipation resin 8 can be used for the module case 10
Since the entire back surface of the heat radiation resin 8 is covered, the adhesion between the heat radiation resin 8 and the respective back surfaces of the bus bars 11 to 13 and the molding resin 1 is improved as compared with the case of using the conventional heat radiation sheet.

【0017】図4(c)に示す工程では、バスバー12
上にハンダ32および半導体素子22の順に載置し、放
熱樹脂8の表面8aをヒータ15の加熱面15aに接触
させて加熱する。この加熱によりハンダ32が溶融し、
半導体素子22とバスバー12とが接合される。同時
に、加熱によって放熱樹脂8の表面がヒータ面に倣って
平坦となるとともに、モジュールケース10の裏面側と
の密着性がさらに向上する。すなわち、加熱により放熱
樹脂8が若干軟化して、隙間を埋めるような作用が働
く。その後、ワイヤボンディングおよびゲル部材4の充
填を行うことにより、図2に示すようなモジュールMが
形成される。放熱樹脂8の表面8aは平坦化されている
ため、図3に示すようにモジュールMをボルト9により
ヒートシンク2に固定すると、放熱樹脂8の表面8aと
ヒートシンク2の冷却面2bとが密着する。
In the process shown in FIG. 4C, the bus bar 12
The solder 32 and the semiconductor element 22 are placed in this order on top, and the surface 8a of the heat dissipation resin 8 is brought into contact with the heating surface 15a of the heater 15 to heat it. This heating melts the solder 32,
The semiconductor element 22 and the bus bar 12 are joined. At the same time, the surface of the heat-dissipating resin 8 becomes flat by following the heater surface by heating, and the adhesion to the back surface side of the module case 10 is further improved. That is, the heat radiation resin 8 is slightly softened by heating, and acts to fill the gap. Thereafter, wire bonding and filling of the gel member 4 are performed to form a module M as shown in FIG. Since the surface 8a of the heat dissipation resin 8 is flattened, when the module M is fixed to the heat sink 2 with the bolt 9 as shown in FIG. 3, the surface 8a of the heat dissipation resin 8 and the cooling surface 2b of the heat sink 2 come into close contact with each other.

【0018】図5は、バスバー11,12およびモール
ド樹脂1からヒートシンク2への熱の流れを定性的に示
した図である。放熱樹脂8はバスバー11,12の微小
凹部に密着し、さらに、モールド樹脂1の裏面部分の凹
部にも放熱樹脂8が入り込んでモールド樹脂1の裏面に
密着している。また、放熱樹脂8の表面8aも加熱時に
加熱面15aに倣って平坦化されているため、放熱樹脂
8からヒートシンク2への放熱が効率良く行われる。加
えて、バスバー11,12の端面11a,12aに放熱
樹脂8が密着しているため、熱移動経路16に示すよう
にこの端面11a,12aからもヒートシンク2へと放
熱され、放熱効率の向上が図られる。
FIG. 5 is a diagram qualitatively showing the flow of heat from the bus bars 11 and 12 and the mold resin 1 to the heat sink 2. The heat-dissipating resin 8 adheres to the minute recesses of the bus bars 11 and 12, and the heat-dissipating resin 8 also enters the recesses of the back surface of the mold resin 1 and adheres to the back surface of the mold resin 1. Further, since the surface 8a of the heat dissipation resin 8 is also flattened following the heating surface 15a during heating, heat dissipation from the heat dissipation resin 8 to the heat sink 2 is efficiently performed. In addition, since the heat radiation resin 8 is in close contact with the end faces 11a, 12a of the bus bars 11, 12, heat is also radiated from the end faces 11a, 12a to the heat sink 2 as shown in the heat transfer path 16, which improves the heat radiation efficiency. Planned.

【0019】また、半導体素子接合時の加熱の際には、
バスバー11〜13の裏面にヒータを直接接触させるた
め、モールド時のバスバー同士の平面度を高い精度で合
わせる必要があった。しかし、本実施の形態では、上述
したようにヒータ15と接触するのは放熱樹脂8であっ
て、その放熱樹脂8は加熱により接触面が平坦化され
る。そのため、バスバー同士の平面度に対する要求精度
が緩和されるとともに、加熱効率の向上および加熱時間
の短縮が図れる。その結果、モジュール毎の実装時間の
ばらつきの回避、および実装時間の短縮を図ることがで
きる。
When heating the semiconductor elements,
Since the heaters are brought into direct contact with the back surfaces of the bus bars 11 to 13, it is necessary to adjust the flatness of the bus bars during molding with high accuracy. However, in the present embodiment, as described above, the heat radiation resin 8 is in contact with the heater 15, and the heat radiation resin 8 has its contact surface flattened by heating. Therefore, the accuracy required for the flatness of the bus bars can be relaxed, and the heating efficiency can be improved and the heating time can be shortened. As a result, it is possible to avoid variations in the mounting time for each module and reduce the mounting time.

【0020】また、バスバー11,12とモールド樹脂
1との境界面からゲル部材4が漏れ出すようなことがあ
った場合でも、モジュールケース10の裏面側に形成さ
れた放熱樹脂8によってゲル部材4がモジュールケース
10外に漏れるのを防止することができる。さらに、モ
ジュールケース10の裏面側の凹凸を埋めるように放熱
樹脂8が形成されているため、モジュールMをヒートシ
ンク2に固定した際の圧力分布の均一化を図ることがで
きる。その結果、絶縁層としての圧力に対する信頼性が
向上する。
Further, even if the gel member 4 leaks from the boundary surface between the bus bars 11 and 12 and the molding resin 1, the gel member 4 is formed by the heat dissipation resin 8 formed on the back surface side of the module case 10. Can be prevented from leaking out of the module case 10. Further, since the heat dissipation resin 8 is formed so as to fill the irregularities on the back surface side of the module case 10, it is possible to make the pressure distribution uniform when the module M is fixed to the heat sink 2. As a result, the reliability of the insulating layer against pressure is improved.

【0021】なお、上述したようにバスバー端面からの
放熱を考慮すると、樹脂モールド1の裏面側に露出する
端面の面積を、すなわち、図5の突出寸法tを大きくし
た方が良い。すなわち、バスバー11〜13の板厚を厚
くして突出寸法tを大きくする。その結果、放熱性能の
向上に加えてバスバー自体の剛性アップを図ることがで
きる。例えば、板厚が薄い場合にはモールド成形時にバ
スバーが反ったりしてしまい、バスバーの実装面やヒー
トシンク2との接触面に回り込んでしまうおそれがあ
る。板厚を厚くすることによりこのような不具合を避け
ることができる。バスバー11〜13に銅系の材料を用
いる場合には、その板厚を0.5mm以上とすることが
望ましい。また、板厚が厚くなることによりバスバーの
熱容量が大きくなり、半導体素子作動時の温度を低く抑
えることができる。その結果、従来、半導体素子の下に
別体で配置していたヒートスプレッダを省略することも
可能となる。さらに、バスバー断面積が増えることか
ら、電流経路における抵抗値が減少し、バスバー自体の
発熱による損失を抑えることができる。
In consideration of the heat radiation from the end surface of the bus bar as described above, it is better to increase the area of the end surface exposed on the back surface side of the resin mold 1, that is, the protruding dimension t in FIG. That is, the busbars 11 to 13 are made thicker to increase the protrusion dimension t. As a result, the rigidity of the bus bar itself can be increased in addition to the improvement of heat dissipation performance. For example, if the plate thickness is thin, the bus bar may warp during molding, and the bus bar may go around the mounting surface of the bus bar or the contact surface with the heat sink 2. Such a problem can be avoided by increasing the plate thickness. When using a copper-based material for the bus bars 11 to 13, it is desirable that the plate thickness be 0.5 mm or more. Further, the thicker the plate, the larger the heat capacity of the bus bar, and the lower the temperature when the semiconductor element operates. As a result, it is possible to omit the heat spreader, which is conventionally arranged separately under the semiconductor element. Furthermore, since the bus bar cross-sectional area increases, the resistance value in the current path decreases, and the loss due to heat generation of the bus bar itself can be suppressed.

【0022】一方、従来の半導体装置のようにモジュー
ルMを放熱シートを介してヒートシンクに取り付ける場
合には、以下に説明するように放熱性能の点で問題があ
る。図6は放熱シート3を用いた場合の断面図であり、
図3と同様の図である。放熱樹脂8の場合と同様に、放
熱シート3は半導体素子21,22からバスバー11,
12に伝達された熱をヒートシンク2に伝達するととも
に、バスバー11,12とヒートシンク2との間の電気
的絶縁を確保する役割を担っている。
On the other hand, when the module M is attached to the heat sink via the heat dissipation sheet as in the conventional semiconductor device, there is a problem in heat dissipation performance as described below. FIG. 6 is a sectional view when the heat dissipation sheet 3 is used,
It is a figure similar to FIG. Similar to the case of the heat dissipation resin 8, the heat dissipation sheet 3 includes the semiconductor elements 21, 22 to the bus bar 11,
It plays a role of transferring the heat transferred to the heat sink 2 to the heat sink 2 and ensuring electrical insulation between the bus bars 11 and 12 and the heat sink 2.

【0023】図7は、図6の符号Bで示した部分の拡大
図であり、バスバー11,12、放熱シート3およびヒ
ートシンク2の互いの接触状況を模式的に示したもので
ある。モジュールMの裏面は平坦ではなく凹凸形状とな
っているため、モールド樹脂1の裏面側には空気層5が
形成されてしまい、バスバー11,12の端面11a,
12aからの放熱は期待できなかった。
FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by reference symbol B in FIG. 6, and schematically shows the contact states of the bus bars 11 and 12, the heat radiation sheet 3 and the heat sink 2 with each other. Since the back surface of the module M is not flat but has an uneven shape, the air layer 5 is formed on the back surface side of the molding resin 1, and the end surfaces 11a of the bus bars 11, 12 are
The heat radiation from 12a could not be expected.

【0024】さらに、バスバー11,12、放熱シート
3およびヒートシンク2の各接触面は、微視的に見ると
平滑ではなく凹凸面となっており、接触状態は実質的に
多数の点接触部から成るとみなすことができる。そのた
め、実質的な接触面積は見かけよりも小さくなり、微視
的凹凸面の隙間にも空気層5が介在することになる。そ
の結果、バスバー11,12の熱は、図7の熱移動経路
6で示すように、バスバー11と放熱シートの点接触部
から放熱シート3とヒートシンク2との点接触部へと伝
達されことになり、放熱性能の低下を招いていた。
Further, the contact surfaces of the bus bars 11 and 12, the heat radiation sheet 3 and the heat sink 2 are not smooth when viewed microscopically but are uneven surfaces, and the contact state is substantially from a number of point contact portions. Can be considered to consist of Therefore, the actual contact area becomes smaller than it appears, and the air layer 5 also intervenes in the gap between the microscopically uneven surfaces. As a result, the heat of the busbars 11 and 12 is transferred from the point contact portion between the busbar 11 and the heat dissipation sheet to the point contact portion between the heat dissipation sheet 3 and the heatsink 2 as shown by the heat transfer path 6 in FIG. As a result, the heat dissipation performance is deteriorated.

【0025】[第1変形例]図8は上述した実施の形態
の第1変形例を示す図であり、図5と同様の部分を示す
断面図である。第1変形例では、モールド樹脂1の下面
1e、すなわち、放熱樹脂8との接触面を凹凸形状とし
た。例えば、モジュールケース10を成形する際の成形
金型に凹凸形成することにより、面1eを凹凸形状とす
ることができる。その結果、モールド樹脂1と放熱樹脂
8との接触面積が増大し、バスバー→モールド樹脂1→
放熱樹脂8→ヒートシンク2という経路での放熱が増加
する。
[First Modification] FIG. 8 is a view showing a first modification of the above-described embodiment, and is a sectional view showing a portion similar to that of FIG. In the first modified example, the lower surface 1e of the mold resin 1, that is, the contact surface with the heat dissipation resin 8 has an uneven shape. For example, the surface 1e can be formed into an uneven shape by forming unevenness in the molding die used when molding the module case 10. As a result, the contact area between the mold resin 1 and the heat dissipation resin 8 increases, and the bus bar → mold resin 1 →
The heat radiation through the path from the heat radiation resin 8 to the heat sink 2 increases.

【0026】また、これによってモールド樹脂1と放熱
樹脂8との間にファンデルワールス力およびアンカー効
果が発生するため、例えば、モールド樹脂1にポリフェ
ニレンサルファイド(PPS)を放熱樹脂8にエポキシ
をそれぞれ使用した場合のように、接合が困難な樹脂を
組み合わせて用いても、接触面における密着状態を維持
することができ、剥離等を防止することができる。
Further, this causes a van der Waals force and an anchor effect between the mold resin 1 and the heat dissipation resin 8. Therefore, for example, polyphenylene sulfide (PPS) is used for the mold resin 1 and epoxy is used for the heat dissipation resin 8. As in the case described above, even if the resins that are difficult to join are used in combination, the contact state on the contact surface can be maintained and peeling or the like can be prevented.

【0027】[第2変形例]図9は第2変形例を示す図
であり、図3と同様の断面図である。第2変形例では放
熱樹脂8のヒートシンク2と接触する面に箔17を付加
した。箔17としては比較的柔らかい材質でかつ熱伝導
率の大きいものが良く、また、容易に入手可能なものが
好ましい。例えば、アルミ(Al)、銅(Cu)、若し
くはこれらを主成分とした合金の箔が良い。このような
箔17を設けたことにより、モジュール4をヒートシン
ク2への取り付ける際に微細な異物(特に導電性の異
物)を挟み込んでしまった場合でも、箔17が塑性変形
することによりモジュールケース10の底面をヒートシ
ンク2の表面に密着させることができる。また、箔17
が緩衝材となるため、異物を挟み込んだ部分に応力が集
中して放熱樹脂8に亀裂等が生じるおそれが無い。その
ため、導電性の異物を挟み込んだ場合であっても、モジ
ュールMとヒートシンク2との間に電気的短絡が生じる
おそれがない。
[Second Modification] FIG. 9 is a view showing a second modification and is a sectional view similar to FIG. In the second modification, the foil 17 is added to the surface of the heat dissipation resin 8 that contacts the heat sink 2. The foil 17 is preferably made of a relatively soft material and has a high thermal conductivity, and is preferably easily available. For example, aluminum (Al), copper (Cu), or an alloy foil containing these as main components is preferable. By providing such a foil 17, even when a fine foreign substance (particularly a conductive foreign substance) is caught when the module 4 is mounted on the heat sink 2, the foil 17 is plastically deformed to cause the module case 10 to be inserted. The bottom surface of the can be closely attached to the surface of the heat sink 2. Also, the foil 17
Since it serves as a cushioning material, there is no possibility that stress concentrates on the portion where the foreign matter is sandwiched and the heat dissipation resin 8 is cracked. Therefore, even if a conductive foreign matter is sandwiched, there is no possibility that an electrical short circuit will occur between the module M and the heat sink 2.

【0028】[第3変形例]図10は第3変形例を示す
断面図である。第3変形例では、放熱樹脂18の形状が
上述した放熱樹脂8と異なっている。放熱樹脂18の場
合、ヒートシンク2と接触する表面18aの形状は、モ
ジュールケース10の中央部が最も厚くなるような凸面
となっている。メタルマスクやシルク印刷を用いて放熱
樹脂18を製作する場合には、マスクの厚さを変えるこ
とでこのような凸面とすることができる。また、シート
状の放熱樹脂18を別に製作する場合には、モジュール
中央部に向かって凸となるように加工された成形型を用
いれば良い。
[Third Modification] FIG. 10 is a sectional view showing a third modification. In the third modified example, the shape of the heat dissipation resin 18 is different from that of the heat dissipation resin 8 described above. In the case of the heat dissipation resin 18, the shape of the surface 18a that contacts the heat sink 2 is a convex surface such that the central portion of the module case 10 is thickest. When the heat dissipation resin 18 is manufactured using a metal mask or silk printing, such a convex surface can be obtained by changing the thickness of the mask. Further, when the sheet-shaped heat dissipation resin 18 is separately manufactured, a molding die processed so as to be convex toward the central portion of the module may be used.

【0029】なお、バスバー上に半導体素子を実装する
際には、放熱樹脂18の凸面18aと密着する凹面形状
の専用治具をモジュールMに装着し、その専用治具をヒ
ータで加熱して半導体素子をバスバー上に接合すれば良
い。専用治具はカーボンや熱伝導率の高い銅(Cu)等
で形成される。
When the semiconductor element is mounted on the bus bar, a concave-shaped special jig that is in close contact with the convex surface 18a of the heat dissipation resin 18 is mounted on the module M, and the special jig is heated by a heater to form a semiconductor. It suffices to bond the element to the bus bar. The dedicated jig is formed of carbon, copper (Cu) having a high thermal conductivity, or the like.

【0030】モジュールMをヒートシンク2に固定する
際には、ボルト9を締め付けることにより放熱樹脂18
が変形して表面18aは平面状となり、モジュールMと
ヒートシンク2との隙間の空気は、モジュール中央部分
から周辺部分へと押し出される。よって、モジュールM
とヒートシンク2との間に空気が残留するのを防止する
ことができ、放熱性能を向上させることができる。な
お、モジュールMをヒートシンク2に固定する際に、モ
ジュールMをヒートシンク2方向に付勢しつつボルト9
を締め付けるようにしても良い。
When fixing the module M to the heat sink 2, the bolt 9 is tightened to dissipate the heat radiation resin 18.
Is deformed and the surface 18a becomes flat, and the air in the gap between the module M and the heat sink 2 is pushed out from the central portion of the module to the peripheral portion. Therefore, module M
Air can be prevented from remaining between the heat sink 2 and the heat sink 2, and the heat dissipation performance can be improved. When fixing the module M to the heat sink 2, the bolt 9 is urged while biasing the module M toward the heat sink 2.
May be tightened.

【0031】上述した実施の形態では、インバータの1
相分の回路を例に説明したが、複数のバスバーが樹脂モ
ールドによって一体成形され、そのバスバーを冷却装置
で冷却する構造であれば、本発明を適用することができ
る。
In the above-described embodiment, the inverter 1
Although the circuit for the phase has been described as an example, the present invention can be applied to any structure in which a plurality of bus bars are integrally molded by resin molding and the bus bars are cooled by a cooling device.

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

【図1】インバータにおける一相分の回路を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit for one phase in an inverter.

【図2】図1に示した回路に相当する部分の、実装構造
を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a mounting structure of a portion corresponding to the circuit shown in FIG.

【図3】図2に示した半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG.

【図4】半導体装置の製造手順を説明する図であり、
(a)〜(c)に各工程を示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing procedure of the semiconductor device,
Each step is shown in (a) to (c).

【図5】バスバー11,12およびモールド樹脂1から
ヒートシンク2への熱の流れを定性的に示した図であ
る。
FIG. 5 is a diagram qualitatively showing heat flows from the bus bars 11 and 12 and the mold resin 1 to the heat sink 2.

【図6】放熱シート3を用いた場合の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view when a heat dissipation sheet 3 is used.

【図7】図6の符号Bで示した部分の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by reference numeral B in FIG.

【図8】第1変形例を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a first modified example.

【図9】第2変形例を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a second modification.

【図10】第3変形例を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a third modification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 モールド樹脂 2 ヒートシンク 2b 冷却面 3 放熱シート 4 ゲル部材 5 空気層 8,18 放熱樹脂 10 モジュールケース 11〜13 バスバー 15 ヒータ 17 箔 21,22 半導体素子 M モジュール 1 Mold resin 2 heat sink 2b Cooling surface 3 heat dissipation sheet 4 Gel member 5 air layer 8,18 Heat dissipation resin 10 module case 11-13 Busbar 15 heater 17 foil 21,22 Semiconductor element M module

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数のバスバーをそれらの表面および裏
面が露出するようにモールド部材でモールドして一体化
した半導体実装部と、 前記バスバーの表面に実装される半導体素子と、 前記半導体実装部のバスバーおよびモールド部材の裏面
全体を覆う高熱伝導性の放熱用樹脂と、 前記放熱用樹脂の表面が冷却面に接触するように前記半
導体実装部が装着される冷却装置とを備える半導体装
置。
1. A semiconductor mounting part in which a plurality of bus bars are molded and integrated with a molding member so that their front and back surfaces are exposed, a semiconductor element mounted on the surface of the bus bar, and a semiconductor mounting part of the semiconductor mounting part. A semiconductor device comprising: a heat-dissipating resin having a high thermal conductivity, which covers the entire back surface of a bus bar and a molding member; and a cooling device in which the semiconductor mounting portion is mounted so that a surface of the heat-dissipating resin contacts a cooling surface.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置において、 前記モールド部材の裏面に凹凸を形成したことを特徴と
する半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein unevenness is formed on the back surface of the mold member.
【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体装置に
おいて、 前記放熱用樹脂の厚みは、その中部分より他の部分が薄
くなるような凸面としたことを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the heat dissipation resin is a convex surface such that other portions are thinner than the middle portion.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の半導体
装置において、 前記放熱用樹脂の表面と前記冷却面とで挟持されるよう
に熱伝導性材料の箔を設けたことを特徴とする半導体装
置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a foil of a heat conductive material is provided so as to be sandwiched between the surface of the heat dissipation resin and the cooling surface. Semiconductor device.
【請求項5】 複数のバスバーをそれらの表面および裏
面が露出するようにモールド部材でモールドして一体化
する第1の工程と、 一体化された前記バスバーおよび前記モールド部材の裏
面全体を高熱伝導性の放熱用樹脂で覆う第2の工程と、 前記放熱用樹脂の表面に加熱装置の加熱面を当接させて
前記放熱用樹脂を加熱処理する第3の工程と、 前記バスバーの表面に半導体素子を実装する第4の工程
と、 前記放熱用樹脂の表面に冷却装置の冷却面を固設する第
5の工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
5. A first step of molding a plurality of bus bars with a molding member so as to expose the front surface and the back surface of the bus bars, and integrating the bus bars and the back surfaces of the integrated bus bar and the molding member with high thermal conductivity. A second step of covering with a conductive heat-dissipating resin, a third step of heating the heat-dissipating resin by bringing a heating surface of a heating device into contact with the surface of the heat-dissipating resin, and a semiconductor on the surface of the bus bar. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a fourth step of mounting an element; and a fifth step of fixing a cooling surface of a cooling device to the surface of the heat dissipation resin.
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