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JP5843539B2 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents

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JP5843539B2
JP5843539B2 JP2011202706A JP2011202706A JP5843539B2 JP 5843539 B2 JP5843539 B2 JP 5843539B2 JP 2011202706 A JP2011202706 A JP 2011202706A JP 2011202706 A JP2011202706 A JP 2011202706A JP 5843539 B2 JP5843539 B2 JP 5843539B2
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Description

この発明は、熱伝導性絶縁部材を有する半導体装置と当該半導体装置の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a thermally conductive insulating member and a method for manufacturing the semiconductor device.

従来の半導体装置では、発熱部である半導体素子と放熱部材との間に配置されて、半導体素子と放熱部材とを接着して熱を放熱部材へ伝達させ、且つ絶縁層としても機能する熱伝導性絶縁部材として、熱硬化性樹脂に無機充填材を添加した熱伝導性樹脂組成物が用いられている。
電力用半導体装置の場合では、この熱伝導性樹脂組成物として熱硬化性樹脂シートなどが用いられている。
このような電力用半導体装置用の熱伝導性絶縁樹脂シートは、例えば２５００Ｖの交流電圧に１分間耐え得るなどの高い耐電圧特性が要求されるが、熱伝導性絶縁樹脂シート内に内在する気泡（いわゆる、ボイド）が耐電圧特性を低下させる要因となっている。 In a conventional semiconductor device, the heat conduction which is disposed between a semiconductor element which is a heat generating part and a heat radiating member, adheres the semiconductor element and the heat radiating member, transfers heat to the heat radiating member, and also functions as an insulating layer. As the conductive insulating member, a heat conductive resin composition in which an inorganic filler is added to a thermosetting resin is used.
In the case of a power semiconductor device, a thermosetting resin sheet or the like is used as the thermally conductive resin composition.
Such a heat conductive insulating resin sheet for a power semiconductor device is required to have a high withstand voltage characteristic, such as being able to withstand an AC voltage of 2500 V for 1 minute, for example. However, the bubbles present in the heat conductive insulating resin sheet (So-called voids) are factors that reduce the withstand voltage characteristics.

しかし、パッシェンの法則に示されているように、熱伝導性絶縁樹脂シート内のボイドの大きさと放電電圧には相関関係があるため、ボイドの大きさを小さくすることで放電開始電圧を高めて、熱伝導性絶縁樹脂シートの耐電圧特性、すなわち電気絶縁性を向上させることができる。
ボイドの大きさを小さくする方法として、電力用半導体装置の製造工程において１０ＭＰａにも及ぶ高圧力を未硬化状態の熱伝導性絶縁樹脂シートに印加してボイドを潰したり、あるいはボイドを隣接する硬化途中のモールド樹脂内に押し出すという、例えば特許文献１に記載するような半導体装置と半導体装置の製造方法が提案されている。 However, as shown in Paschen's law, there is a correlation between the size of the void in the thermally conductive insulating resin sheet and the discharge voltage, so the discharge start voltage can be increased by reducing the size of the void. In addition, the withstand voltage characteristic of the heat conductive insulating resin sheet, that is, the electric insulation can be improved.
As a method of reducing the size of the void, a high pressure of up to 10 MPa is applied to the uncured thermally conductive insulating resin sheet in the manufacturing process of the power semiconductor device, or the void is crushed or the void is cured adjacently. For example, a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device described in Patent Document 1 that are extruded into a mold resin in the middle have been proposed.

特開２００４−１６５２８１号公報 （第１３頁 段落[００６７]）JP 2004-165281 A (page 13, paragraph [0067])

従来の半導体装置及び半導体装置の製造方法では、高圧力を印加しても潰しきれないボイドが熱伝導性絶縁樹脂シートの内部に残存したり、隣接する硬化途中のモールド樹脂内に押し出せなかったボイドが熱伝導性絶縁樹脂シートの界面に残存するために、高い電気絶縁性を持つ熱伝導性絶縁樹脂シートを有する半導体装置を安定的に提供することが難しいという課題があった。   In the conventional semiconductor device and semiconductor device manufacturing method, voids that cannot be crushed even when high pressure is applied cannot remain inside the thermally conductive insulating resin sheet or be extruded into the adjacent mold resin during curing. Since voids remain at the interface of the thermally conductive insulating resin sheet, there is a problem that it is difficult to stably provide a semiconductor device having a thermally conductive insulating resin sheet having high electrical insulation.

この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、ボイドが抑制され良好な電気絶縁性が確保された熱伝導性絶縁部材を有する半導体装置と、当該半導体装置の製造方法の提供を目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. A semiconductor device having a thermally conductive insulating member in which voids are suppressed and good electrical insulation is ensured, and a method for manufacturing the semiconductor device. For the purpose of provision.

この発明に係る半導体装置は、
半導体素子と、
半導体素子が固着される金属配線部材と、
半導体素子と金属配線部材の下面以外とを封止してパワーモジュールを形成するモールド樹脂と、
金属配線部材の下面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して接着されるヒートシンクとを備えた半導体装置において、
熱伝導性絶縁樹脂シートは、ヒートシンクまたはパワーモジュールの少なくともいずか一方に設けられたシート接着凹部に封入され、
シート接着凹部の周縁と相対するモールド樹脂の面は、パワーモジュールの上方に向けてモールド樹脂内に突出して、熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分が充填されると共に熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドを内包する空間部を有する窪みを備えたものである。 The semiconductor device according to the present invention is
A semiconductor element;
A metal wiring member to which the semiconductor element is fixed;
Mold resin that forms a power module by sealing the semiconductor element and other than the lower surface of the metal wiring member;
In a semiconductor device comprising a heat sink adhered to the lower surface of the metal wiring member via a heat conductive insulating resin sheet,
The thermally conductive insulating resin sheet is enclosed in a sheet bonding recess provided in at least one of the heat sink and the power module,
The surface of the mold resin facing the peripheral edge of the sheet bonding recess protrudes into the mold resin toward the upper side of the power module, and is filled with the excess of the heat conductive insulating resin sheet and pushed out of the heat conductive insulating resin sheet. the those with a recess having a space for containing the voice mode.

この発明に係る半導体装置の製造方法は、
特許請求の範囲の請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
モールド樹脂を加熱しながらモールド樹脂の上面の中央部を加圧し、加圧範囲をパワーモジュールの外周に向けて徐々に拡大させて、加圧によりシート接着用凹部から溶出した熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と、熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを窪みに誘導するものである。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
While heating the mold resin, pressurize the central part of the upper surface of the mold resin, gradually expand the pressurizing range toward the outer periphery of the power module, and heat-dissipating insulating resin sheet eluted from the sheet bonding recess by pressurization And the voids extruded from the thermally conductive insulating resin sheet are guided to the recesses.

この発明に係る半導体装置によれば、熱伝導性絶縁樹脂シート内のボイドが低減され、良好な電機絶縁性を確保することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, voids in the heat conductive insulating resin sheet are reduced, and good electrical insulation can be ensured.

この発明に係る半導体装置の製造方法は、
モールド樹脂を加熱しながらモールド樹脂の上面の中央部を加圧し、加圧範囲をパワーモジュールの外周に向けて徐々に拡大させて、加圧によりシート接着用凹部から溶出した熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と、熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを窪みに誘導するものなので、
熱伝導性絶縁樹脂シート内のボイドを低減することができる。 A method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes:
While heating the mold resin, pressurize the central part of the upper surface of the mold resin, gradually expand the pressurizing range toward the outer periphery of the power module, and heat-dissipating insulating resin sheet eluted from the sheet bonding recess by pressurization , And voids extruded from the thermally conductive insulating resin sheet are guided into the depressions.
Voids in the thermally conductive insulating resin sheet can be reduced.

この発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る熱伝導性樹脂シートの設置圧着工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the installation crimping | compression-bonding process of the heat conductive resin sheet which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係るパワーモジュールと加圧前の電力用半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the power module which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the semiconductor device for electric power before pressurization. この発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の加圧中における断面図である。It is sectional drawing in the pressurization of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置のシート接着用凹部の構成例である。It is an example of a structure of the sheet | seat adhesion recessed part of the semiconductor device for electric power which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置と電力用半導体装置の加圧中における断面図である。It is sectional drawing in the pressurization of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention, and a power semiconductor device. この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の断面図と、モールド樹脂の平面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power which concerns on Embodiment 3 of this invention, and a top view of mold resin. この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置の加圧時における断面の連続図である。It is a continuation figure of the section at the time of pressurization of the power semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置の断面図とモールド樹脂の平面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power which concerns on Embodiment 4 of this invention, and a top view of mold resin. この発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device for electric power which concerns on Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態６に係る熱伝導性絶縁樹脂シートの要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the heat conductive insulating resin sheet which concerns on Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the power semiconductor device which concerns on Embodiment 7 of this invention.

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、電力用半導体装置１００の断面図である。
半導体素子１は、例えばインバータやコンバータ等を構成するＩＧＢＴ素子のような発熱性の電力用素子である。
半導体素子１の上面と主端子２ａは半田３ａにより半田付けされており、半導体素子１の下面と金属配線部材４は半田３ｂにより半田付けされている。
また、主端子２ｂと金属配線部材４も半田３ｃにより半田付けされている。 Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the power semiconductor device 100.
The semiconductor element 1 is a heat-generating power element such as an IGBT element that constitutes an inverter, a converter, or the like.
The upper surface of the semiconductor element 1 and the main terminal 2a are soldered by solder 3a, and the lower surface of the semiconductor element 1 and the metal wiring member 4 are soldered by solder 3b.
The main terminal 2b and the metal wiring member 4 are also soldered with the solder 3c.

半導体素子１と、主端子２ａ、２ｂと、金属配線部材４の下面以外とをモールド樹脂５で封止してパワーモジュール２０を形成する。
主端子２ａ、２ｂの半田付けされていない側の端部はモールド樹脂５の外側に突出している。
また、金属配線部材４の下面は上述の通りモールド樹脂５に覆われていないため、パワーモジュール２０より露出しており、この露出した金属配線部材４の下面に熱伝導性絶縁樹脂シート３０を介してヒートシンク７を接着して、電力用半導体装置１００を形成する。 The power module 20 is formed by sealing the semiconductor element 1, the main terminals 2 a and 2 b, and the portion other than the lower surface of the metal wiring member 4 with a mold resin 5.
The end portions of the main terminals 2 a and 2 b on the side not soldered protrude from the mold resin 5.
Further, since the lower surface of the metal wiring member 4 is not covered with the mold resin 5 as described above, it is exposed from the power module 20, and the exposed lower surface of the metal wiring member 4 is interposed with a heat conductive insulating resin sheet 30. The heat sink 7 is bonded to form the power semiconductor device 100.

発熱性の電力用素子で構成された半導体素子１は、高電圧、高電流という環境下で使用されるために、非常に高温になる。半導体素子１の正常な動作を確保するためにはこの発生した熱を逃がし、半導体素子１の適切な動作温度を維持する必要がある。
そこで、金属配線部材４は、主端子２ａと接続されて半導体素子１に通電をするという電極としての役割のみならず、ヒートスプレッダとしての役割をも兼ねている。
すなわち、半導体素子１にて発生した熱は、半田３ｂを介して金属配線部材４の全体に広がり、金属配線部材４に接着されている放熱板であるヒートシンク７に広範囲に渡って放熱されることで、電力用半導体装置１００の放熱性が向上するのである。 Since the semiconductor element 1 composed of a heat-generating power element is used in an environment with a high voltage and a high current, the temperature becomes extremely high. In order to ensure the normal operation of the semiconductor element 1, it is necessary to release the generated heat and maintain an appropriate operating temperature of the semiconductor element 1.
Therefore, the metal wiring member 4 serves not only as an electrode that is connected to the main terminal 2a and energizes the semiconductor element 1, but also as a heat spreader.
That is, the heat generated in the semiconductor element 1 spreads over the entire metal wiring member 4 via the solder 3b and is radiated over a wide range to the heat sink 7 which is a heat radiating plate bonded to the metal wiring member 4. Thus, the heat dissipation of the power semiconductor device 100 is improved.

このように、金属配線部材４は２つの役割をもつので、金属配線部材４の材料としては、熱伝導性および電気伝導性の良いものが好ましく、例えば銅や、半田付け可能なようにニッケルメッキされたアルミニウム等を用いるとよい。勿論、これらの材料に限らず、熱および電気を伝導できる材料であれば、他の材料を用いてもよい。
一方、ヒートシンク７は、アルミニウムや銅など導電性の金属で構成されており、ヒートシンク７内を流れる導電性溶液を通じて、ラジエータなど周辺部品と接続されて冷却を行うという水冷方式が一般的に用いられている。 Thus, since the metal wiring member 4 has two roles, the material of the metal wiring member 4 is preferably a material having good thermal conductivity and electrical conductivity, such as copper or nickel plating so that it can be soldered. Aluminum that has been used may be used. Of course, the present invention is not limited to these materials, and other materials may be used as long as they can conduct heat and electricity.
On the other hand, the heat sink 7 is made of a conductive metal such as aluminum or copper, and a water cooling method is generally used in which cooling is performed by connecting to peripheral components such as a radiator through a conductive solution flowing in the heat sink 7. ing.

次に金属配線部材４とヒートシンク７間に熱伝導性絶縁樹脂シート３０を設置する理由について説明する。
例えばパワーモジュール２０がインバータである場合に、金属配線部材４には直流電圧または交流電圧が印加されるため、パワーモジュール２０の動作中に、金属配線部材４には電位が発生する。
このため、金属配線部材４とヒートシンク７とは電気的に絶縁分離される必要がある。
もしこの絶縁分離が十分でないと、ヒートシンク７は周辺部材とも接続されているので、最悪の場合に半導体素子１がヒートシンク７を介してアースと短絡し、半導体素子１が故障する可能性もある。
そのため、金属配線部材４とヒートシンク７間に、シート接着用凹部５１という凹み部を設け、ここに熱を伝達する特性を有するだけでなく電気絶縁性も有する熱伝導性絶縁樹脂シート３０を封入することで、金属配線部材４とヒートシンク７を絶縁分離している。 Next, the reason why the thermally conductive insulating resin sheet 30 is installed between the metal wiring member 4 and the heat sink 7 will be described.
For example, when the power module 20 is an inverter, a DC voltage or an AC voltage is applied to the metal wiring member 4, so that a potential is generated in the metal wiring member 4 during the operation of the power module 20.
For this reason, the metal wiring member 4 and the heat sink 7 need to be electrically insulated and separated.
If this insulation separation is not sufficient, the heat sink 7 is also connected to the peripheral members. In the worst case, the semiconductor element 1 may be short-circuited to the ground via the heat sink 7 and the semiconductor element 1 may be broken.
Therefore, a concave portion called a sheet bonding concave portion 51 is provided between the metal wiring member 4 and the heat sink 7, and a heat conductive insulating resin sheet 30 having not only a property of transferring heat but also an electric insulation is enclosed therein. Thus, the metal wiring member 4 and the heat sink 7 are insulated and separated.

以下、電力用半導体装置１００の製造工程における熱伝導性絶縁樹脂シート３０の設置、圧着方法の概要について、フロー図を基に説明する。
図２は、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の設置、圧着工程の概要を示すフロー図である。
まずヒートシンク７を設置し（Ｓ１）、その上に熱伝導性絶縁樹脂シート３０を載置（Ｓ２）する。
そして熱伝導性絶縁樹脂シート３０が、シート接着用凹部５１内に配置されるように上方からパワーモジュール２０を重ねて（Ｓ３）、電力用半導体装置１００を組み立てる。 Hereinafter, the outline of the installation and pressure bonding method of the heat conductive insulating resin sheet 30 in the manufacturing process of the power semiconductor device 100 will be described based on the flow chart.
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of the installation and pressure bonding process of the heat conductive insulating resin sheet 30.
First, the heat sink 7 is installed (S1), and the thermally conductive insulating resin sheet 30 is placed thereon (S2).
Then, the power module 20 is stacked from above so that the heat conductive insulating resin sheet 30 is disposed in the sheet bonding recess 51 (S3), and the power semiconductor device 100 is assembled.

ここで、真空式ヒータープレス装置８（以降、プレス装置８という）で電力用半導体装置１００全体を減圧下におき（Ｓ４）、電力用半導体装置１００の加熱を開始する（Ｓ５）。
熱伝導性絶縁樹脂シート３０として用いる熱硬化性樹脂は、固体状態時に加熱すると最初は軟化するという性質を有する。加熱によって熱伝導性絶縁樹脂シート３０が軟化した後に、金属配線部材４の中央部の鉛直上方付近のパワーモジュール２０の上面を、プレス装置８で鉛直下方に加圧する（Ｓ６）。 Here, the entire power semiconductor device 100 is placed under reduced pressure by the vacuum heater press device 8 (hereinafter referred to as the press device 8) (S4), and heating of the power semiconductor device 100 is started (S5).
The thermosetting resin used as the heat conductive insulating resin sheet 30 has a property that it is initially softened when heated in a solid state. After the heat conductive insulating resin sheet 30 is softened by heating, the upper surface of the power module 20 in the vicinity of the vertically upper portion of the central portion of the metal wiring member 4 is pressed vertically downward by the pressing device 8 (S6).

パワーモジュール２０の上部を鉛直下方に加圧することで、その圧力が軟化された熱伝導性絶縁樹脂シート３０に加わり、ボイドが潰しこまれる。
また、加熱された熱硬化性樹脂は加圧されると流動性を持つので、流動化した熱伝導性絶縁樹脂シート３０内をボイドが移動して、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の外へボイドが押し出される（詳細は後述）。
ここで、電力用半導体装置１００全体を減圧下におく理由は、減圧下でパワーモジュール２０の上部に圧力を加えることで、熱伝導性絶縁樹脂シート３０とヒートシンク７の界面、および熱伝導性絶縁樹脂シート３０と金属配線部材４の界面に挟みこまれた空気層を低圧膨張させて、排出させやすくするためである。 By pressurizing the upper part of the power module 20 vertically downward, the pressure is applied to the softened heat conductive insulating resin sheet 30 and the voids are crushed.
In addition, since the heated thermosetting resin has fluidity when pressurized, the void moves inside the fluidized thermally conductive insulating resin sheet 30, and the void is moved out of the thermally conductive insulating resin sheet 30. Is pushed out (details will be described later).
Here, the reason why the entire power semiconductor device 100 is under reduced pressure is that pressure is applied to the upper portion of the power module 20 under reduced pressure, so that the interface between the heat conductive insulating resin sheet 30 and the heat sink 7 and the heat conductive insulation are applied. This is because the air layer sandwiched between the interface between the resin sheet 30 and the metal wiring member 4 is inflated at a low pressure to be easily discharged.

軟化した熱伝導性絶縁樹脂シート３０は、シート接着用凹部５１の形状に沿いながらシート接着用凹部５１内に熱伝導性絶縁樹脂層を形成して圧着され、更なる加熱の継続により最後は硬化する。
熱伝導性絶縁樹脂シート３０が完全に硬化した後に、パワーモジュール２０の加圧を停止し（Ｓ７）、続いて電力用半導体装置１００の加熱を停止し（Ｓ８）、最後にプレス装置８の減圧を停止して（Ｓ９）、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の設置圧着工程を終了する（Ｓ１０）。 The softened thermally conductive insulating resin sheet 30 is pressure-bonded by forming a thermally conductive insulating resin layer in the sheet bonding recess 51 along the shape of the sheet bonding recess 51, and finally cured by further heating. To do.
After the heat conductive insulating resin sheet 30 is completely cured, the pressurization of the power module 20 is stopped (S7), the heating of the power semiconductor device 100 is stopped (S8), and finally the pressure of the press device 8 is reduced. Is stopped (S9), and the installation pressure bonding process of the heat conductive insulating resin sheet 30 is finished (S10).

好ましくは、加熱ステップ（Ｓ５）において、減圧下での加熱を一定時間以上保持するとよい。こうすることで硬化前の熱伝導性絶縁樹脂シート３０に内包された溶剤や水分が気化し、排出されやすくなり、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の絶縁性が高まるからである。
本来この溶剤を使用しないことがボイド対策として有効であるが、この溶剤は熱伝導性絶縁樹脂シート３０の加工を容易にするものであり、溶剤がないと熱伝導性絶縁樹脂シート３０は粘度が高過ぎて加工性が非常に悪くなる。 Preferably, in the heating step (S5), heating under reduced pressure may be maintained for a certain time or longer. By doing so, the solvent and moisture contained in the thermally conductive insulating resin sheet 30 before curing are vaporized and easily discharged, and the insulating property of the thermally conductive insulating resin sheet 30 is increased.
Originally, it is effective not to use this solvent as a countermeasure against voids, but this solvent facilitates the processing of the thermally conductive insulating resin sheet 30. Without the solvent, the thermally conductive insulating resin sheet 30 has a viscosity. Too high and workability becomes very bad.

以下、電力用半導体装置１００を加圧する工程（Ｓ６）およびこの工程（Ｓ６）にてボイドを潰しこむ作用について図を用いて詳しく説明する。
図３（ａ）は、熱伝導性絶縁樹脂シート３０を取り付ける前のパワーモジュール２０の断面図である。
図３（ｂ）は、ヒートシンク７の上に載置された熱伝導性絶縁樹脂シート３０が、シート接着用凹部５１内にくるように上方からパワーモジュール２０を重ねた図である。
図４は、プレス装置８により加圧される電力用半導体装置１００の断面図である。 Hereinafter, the step of pressurizing the power semiconductor device 100 (S6) and the action of crushing voids in this step (S6) will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 3A is a cross-sectional view of the power module 20 before the heat conductive insulating resin sheet 30 is attached.
FIG. 3B is a diagram in which the power module 20 is stacked from above so that the heat conductive insulating resin sheet 30 placed on the heat sink 7 comes into the recess 51 for sheet bonding.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the power semiconductor device 100 pressed by the pressing device 8.

図３（ｂ）に示すように、シート接着用凹部５１の厚み（ｄ１）よりも大きい厚み（ｄ２）を持つ熱伝導性絶縁樹脂シート３０を用いる。
このように熱伝導性絶縁樹脂シート３０の厚み（ｄ２）を、シート接着用凹部５１の厚み（ｄ１）より大きくして、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の体積をシート接着用凹部５１の体積よりも大きくする理由は、熱伝導性絶縁樹脂シート３０内の溶剤が加熱により気化して押し出されるために、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の硬化後の体積が加熱加圧前に比べて約１０％減少するからである。
シート接着用凹部５１の厚み（ｄ１）は絶縁性を確保するために必要な厚みであり、熱伝導性絶縁樹脂シート３０がこの厚みを確保できるように、予め体積の大きな熱伝導性絶縁樹脂シート３０を用意している。 As shown in FIG. 3B, a thermally conductive insulating resin sheet 30 having a thickness (d2) larger than the thickness (d1) of the sheet bonding recess 51 is used.
In this way, the thickness (d2) of the heat conductive insulating resin sheet 30 is made larger than the thickness (d1) of the sheet bonding recess 51, and the volume of the heat conductive insulating resin sheet 30 is made larger than the volume of the sheet bonding recess 51. This is because the solvent in the heat conductive insulating resin sheet 30 is vaporized and extruded by heating, so that the volume after curing of the heat conductive insulating resin sheet 30 is about 10% of that before heating and pressing. This is because it decreases.
The thickness (d1) of the concave portion 51 for sheet bonding is a thickness necessary for ensuring insulation, and the heat conductive insulating resin sheet having a large volume in advance so that the heat conductive insulating resin sheet 30 can secure this thickness. 30 are available.

シート接着用凹部５１の周縁と相対するモールド樹脂５の面には、パワーモジュール２０の上方に向けて突出する窪みである余剰吸収部５２が設けられている。
図１、図４に示すように、余剰吸収部５２は、シート接着用凹部５１内に収まりきらない熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分を収容する場所である。
この余剰吸収部５２を設けていないと、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分が、パワーモジュール２０とヒートシンク７との接触部分（Ｐ１）に不規則にはみ出し、熱伝導性絶縁樹脂シート３０を封止するシート接着用凹部５１が閉鎖された空間とならず、熱伝導性絶縁樹脂シート３０に圧力を加えたとしても、この圧力が開放されてしまい、ボイド９を潰す作用が不十分となる。
一旦、熱伝導性絶縁樹脂シート３０がはみ出る流路が発生すると、パワーモジュール２０への加圧により、更にシート接着用凹部５１内から熱伝導性絶縁樹脂が流出し、結果として熱伝導性絶縁樹脂シート３０の厚みが非常に薄くなってしまい、所望の絶縁性が得られなくなる。 On the surface of the mold resin 5 facing the peripheral edge of the sheet bonding recess 51, an excess absorbing portion 52, which is a recess protruding upward from the power module 20, is provided.
As shown in FIGS. 1 and 4, the surplus absorbing portion 52 is a place for accommodating a surplus portion of the thermally conductive insulating resin sheet 30 that does not fit in the recessed portion 51 for sheet bonding.
If this surplus absorption part 52 is not provided, the surplus portion of the heat conductive insulating resin sheet 30 protrudes irregularly at the contact portion (P1) between the power module 20 and the heat sink 7, and the heat conductive insulating resin sheet 30 is removed. Even if a pressure is applied to the thermally conductive insulating resin sheet 30, the sheet bonding recess 51 to be sealed does not become a closed space, and this pressure is released and the action of crushing the void 9 becomes insufficient. .
Once the flow path from which the heat conductive insulating resin sheet 30 protrudes is generated, the heat conductive insulating resin further flows out from the inside of the sheet bonding recess 51 due to the pressurization to the power module 20, and as a result, the heat conductive insulating resin The thickness of the sheet 30 becomes very thin, and desired insulation cannot be obtained.

そこで、シート接着用凹部５１の体積より大きな体積を持つ熱伝導性絶縁樹脂シート３０を用い、余剰吸収部５２を設けておくことによって、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分を余剰吸収部５２に排出させる。
パワーモジュール２０を鉛直下方に加圧することで、パワーモジュール２０とヒートシンク７との隙間（ｄ１とｄ２の差による隙間）は閉じられ、余剰分は余剰吸収部５２に収納される。
こうして、パワーモジュール２０とヒートシンク７の接触部分（Ｐ１）に余剰分がはみ出すことなく、シート接着用凹部５１を余すところなく熱伝導性絶縁樹脂で充填することができるので、熱伝導性絶縁樹脂層の十分な厚みが確保される。
こうして、金属配線部材４とヒートシンク７間の高い絶縁性を確保させつつ、ボイド９を確実に潰し込むという効果を得ることができる。 Therefore, by using the thermally conductive insulating resin sheet 30 having a volume larger than the volume of the sheet adhering recess 51 and providing the surplus absorbing portion 52, the surplus absorbing portion 52 is used to remove the surplus portion of the thermally conductive insulating resin sheet 30. To discharge.
By pressing the power module 20 vertically downward, the gap between the power module 20 and the heat sink 7 (the gap due to the difference between d1 and d2) is closed, and the surplus is stored in the surplus absorber 52.
In this way, it is possible to fill the sheet bonding concave portion 51 with the heat conductive insulating resin without leaving a surplus in the contact portion (P1) between the power module 20 and the heat sink 7, so that the heat conductive insulating resin layer can be filled. A sufficient thickness is ensured.
In this way, it is possible to obtain the effect of reliably crushing the void 9 while ensuring high insulation between the metal wiring member 4 and the heat sink 7.

熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分は、余剰吸収部５２の体積内で確実に収まるように設定する必要がある。
シート接着用凹部５１の表面に存在する微少な凹凸や、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の圧縮率の変化によりこの余剰分は多少増減するものの、この増減分の最大想定値で余剰分を想定することによって、余剰分は余剰吸収部５２からあふれない。
また、シート接着用凹部５１の体積および余剰吸収部５２の体積を合算して得られる空間の体積を、硬化前の熱伝導性絶縁樹脂シート３０の体積と同等程度に設定する方法を用いても、余剰分の体積が余剰吸収部５２の体積を超えることはない。
こうして、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の余剰分が余剰吸収部５２から流出することを防止することができる。 It is necessary to set the surplus of the heat conductive insulating resin sheet 30 so as to be surely contained within the volume of the surplus absorbing portion 52.
Although the surplus is slightly increased or decreased due to minute irregularities present on the surface of the concave portion 51 for sheet bonding or the change in the compression ratio of the heat conductive insulating resin sheet 30, the surplus is assumed by the maximum assumed value of the increase or decrease. As a result, the surplus does not overflow from the surplus absorption part 52.
Moreover, even if it uses the method of setting the volume of the space obtained by adding the volume of the recessed part 51 for sheet | seat adhesion | attachment, and the volume of the excess absorption part 52 to the extent equivalent to the volume of the heat conductive insulating resin sheet 30 before hardening. The volume of the surplus does not exceed the volume of the surplus absorbing portion 52.
In this way, it is possible to prevent the surplus portion of the heat conductive insulating resin sheet 30 from flowing out of the surplus absorbing portion 52.

次にパワーモジュール２０の上面加圧時における、ボイド９の熱伝導性絶縁樹脂シート３０外への押し出し作用について説明する。
図３（ｂ）に示すように、加圧前の熱伝導性絶縁樹脂シート３０には多数のボイド９が内包されている。ここでパワーモジュール２０の上面を、プレス装置８で鉛直下方に加圧する。この加圧によりパワーモジュール２０に、鉛直下方にしなる弓形状の反りが発生する。（図４参照）
熱伝導性絶縁樹脂シート３０内のボイド９は、加熱及び加圧により軟化して流動化した熱伝導性絶縁樹脂シート３０の浮力を受けて熱伝導性絶縁樹脂シート３０内の高い位置、すなわちシート接着用凹部５１の外周側にかけて徐々に移動し、最後は熱伝導性絶縁樹脂シート３０から排出されて余剰吸収部５２に収納される。（図１） Next, the pushing action of the void 9 to the outside of the thermally conductive insulating resin sheet 30 when the upper surface of the power module 20 is pressurized will be described.
As shown in FIG. 3B, a large number of voids 9 are included in the thermally conductive insulating resin sheet 30 before pressurization. Here, the upper surface of the power module 20 is pressed vertically downward by the press device 8. Due to this pressurization, a bow-shaped warp that is vertically downward occurs in the power module 20. (See Figure 4)
The voids 9 in the heat conductive insulating resin sheet 30 receive a buoyancy of the heat conductive insulating resin sheet 30 softened and fluidized by heating and pressurization, that is, a high position in the heat conductive insulating resin sheet 30, that is, the sheet It moves gradually toward the outer peripheral side of the bonding recess 51, and finally is discharged from the heat conductive insulating resin sheet 30 and stored in the surplus absorbing portion 52. (Figure 1)

ここで絶縁性が最も懸念される箇所は、図１に太線Ａ部として示す金属配線部材４とヒートシンク７間の沿面放電距離である。
ヒートシンク７と金属配線部材４間の電位差により生じる等電位線を考えた時に、金属配線部材４とヒートシンク７の間の熱伝導性絶縁樹脂シート３０にはきわめて大きい勾配の電界が生じるが、余剰吸収部５２はこの領域から離して配置されており、沿面放電距離も十分に長くなるため余剰吸収部５２において絶縁破壊は起きにくい。 Here, the place where the insulation is most concerned is the creeping discharge distance between the metal wiring member 4 and the heat sink 7 shown as the thick line A portion in FIG.
When considering an equipotential line generated by a potential difference between the heat sink 7 and the metal wiring member 4, an electric field having a very large gradient is generated in the thermally conductive insulating resin sheet 30 between the metal wiring member 4 and the heat sink 7. The portion 52 is arranged away from this region, and the creeping discharge distance becomes sufficiently long, so that dielectric breakdown does not easily occur in the surplus absorption portion 52.

図５は、シート接着用凹部５１をヒートシンク７側に設置する場合の１例である。
図５に示すようにシート接着用凹部５１をパワーモジュール２０側でなくヒートシンク７の上面に設ける場合でも、また、図示しないがシート接着用凹部５１をパワーモジュール２０とヒートシンク７の上面の両方に設置して互いを連通させても同様の効果を得られることは勿論のことである。 FIG. 5 shows an example in which the sheet bonding concave portion 51 is installed on the heat sink 7 side.
As shown in FIG. 5, even when the sheet bonding recess 51 is provided on the upper surface of the heat sink 7 instead of the power module 20 side, the sheet bonding recess 51 is installed on both the power module 20 and the upper surface of the heat sink 7 although not shown. Of course, the same effect can be obtained even if they are communicated with each other.

熱伝導性絶縁樹脂シート３０の材料としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂のような熱硬化性樹脂が好ましい。
熱伝導性絶縁樹脂シート３０にはフィラーを含浸させることで、熱伝導率を格段に向上させることができるが、そのような材料としては、アルミナ、窒化ボロン、窒化シリコン、窒化アルミなどがある。フィラーの含有率としては、体積％で５０％〜８０％程度が好ましい。
すなわち、フィラーの含有率が５０％以下であると熱伝導率が低く、８０％以上、特に９０％以上では、ボロボロと脆い物質となり、容易に成形できなくなる。
また、８０％以上では、適切なフィラー粒径分布の配合比を選択しないと、十分な混ぜ込みができずにボイド９が残りやすい。
また、熱伝導性絶縁樹脂シート３０の厚みとしては、およそ１００μｍから５００μｍ程度が好ましい。 As a material of the heat conductive insulating resin sheet 30, for example, a thermosetting resin such as an epoxy resin, a silicone resin, or a polyimide resin is preferable.
Thermal conductivity can be remarkably improved by impregnating the thermally conductive insulating resin sheet 30 with a filler. Examples of such materials include alumina, boron nitride, silicon nitride, and aluminum nitride. The filler content is preferably about 50% to 80% by volume.
That is, if the filler content is 50% or less, the thermal conductivity is low, and if it is 80% or more, particularly 90% or more, it becomes a tattered and brittle substance and cannot be easily molded.
If it is 80% or more, sufficient mixing cannot be performed and voids 9 are likely to remain unless an appropriate blending ratio of filler particle size distribution is selected.
Moreover, as thickness of the heat conductive insulating resin sheet 30, about 100 micrometers-about 500 micrometers are preferable.

この発明の実施の形態１の半導体装置および当該半導体装置の製造方法によると、熱伝導性絶縁樹脂を封入するシート接着用凹部５１の周縁に余剰吸収部５２を設けることで、シート接着用凹部５１を余すところなく熱伝導性絶縁樹脂シート３０で充填することができ、また絶縁性能を低下させる要因となる熱伝導性絶縁樹脂シート３０内のボイド９を潰しこみ、あるいは絶縁性能に影響のない場所にボイド９を誘導することができるので、高い電気絶縁性を持つ熱伝導性絶縁樹脂シートを有する半導体装置を提供することができる。   According to the semiconductor device and the method of manufacturing the semiconductor device of the first embodiment of the present invention, the sheet absorbing recess 51 is provided at the periphery of the sheet bonding recess 51 enclosing the heat conductive insulating resin. A place that can be filled with the heat conductive insulating resin sheet 30 without any excess, and that the void 9 in the heat conductive insulating resin sheet 30 that causes deterioration of the insulating performance is crushed or does not affect the insulating performance. Since the void 9 can be induced in the semiconductor device, a semiconductor device having a heat conductive insulating resin sheet having high electrical insulation can be provided.

また、ボイド９が残らないことからシート接着用凹部５１の厚みを小さくすることができ、結果、パワーモジュール２０を小型化できる。これにより、パワーモジュール２０やヒートシンク７を覆うケース部材の重量や材料使用量を削減できるという効果も得られる。
また、部留まりが向上するので、電力用半導体装置１００に使用される半導体素子、半田接合剤などの環境負荷物質の使用量を低減することが可能となる。 Moreover, since the void 9 does not remain, the thickness of the concave portion 51 for sheet bonding can be reduced, and as a result, the power module 20 can be reduced in size. Thereby, the effect that the weight and material usage-amount of the case member which covers the power module 20 and the heat sink 7 can be reduced is also acquired.
In addition, since the partial yield is improved, it is possible to reduce the amount of environmental load substances such as semiconductor elements and solder bonding agents used in the power semiconductor device 100.

なお、本発明は電力用半導体装置以外の用途に使用する半導体装置に利用可能であることは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is applicable to semiconductor devices used for applications other than power semiconductor devices.

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図６は、この発明の実施の形態２に係る電力用半導体装置２００の断面図である。
パワーモジュール２２０は、その厚みが外周部から中央部に向かうに従って次第に薄くなるように、モールド樹脂２０５の上面が形成されている。
このモールド樹脂２０５の上面は緩やかな曲面で形成されており、その曲面の底部は金属配線部材４の中心部の鉛直方向上方にある。 Embodiment 2. FIG.
In the following, the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment.
FIG. 6 is a sectional view of a power semiconductor device 200 according to the second embodiment of the present invention.
The upper surface of the mold resin 205 is formed so that the thickness of the power module 220 gradually decreases from the outer peripheral portion toward the central portion.
The upper surface of the mold resin 205 is formed with a gently curved surface, and the bottom of the curved surface is above the center of the metal wiring member 4 in the vertical direction.

図６（ｂ）に示すように、プレス装置８にてこのような曲面を持つモールド樹脂２０５の上面を加圧すると、曲面の底を中心として鉛直下方にしなる弓形状の反りが発生し、その反りは実施の形態１に比べて促進されている。
このようにパワーモジュール２２０の上面に曲面を持たせて加圧時の弓形状の反りを促進することで、余剰吸収部５２へボイド９を排出する効果が高まる。
またこの曲面は、変曲点を持たない滑らかな面で構成されていると好ましい。 As shown in FIG. 6 (b), when the upper surface of the mold resin 205 having such a curved surface is pressed by the pressing device 8, a bow-shaped warp occurs vertically downward around the bottom of the curved surface, The warpage is promoted as compared with the first embodiment.
Thus, by providing a curved surface on the upper surface of the power module 220 to promote bow-shaped warpage during pressurization, the effect of discharging the void 9 to the surplus absorbing portion 52 is enhanced.
The curved surface is preferably a smooth surface having no inflection points.

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図７（ａ）は、この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置３００の断面図である。
図７（ｂ）は、この発明の実施の形態３に係るモールド樹脂３０５の平面図である。
図８（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態３に係る電力用半導体装置３００の加圧時における断面の連続図である。
パワーモジュール３２０は、モールド樹脂３０５の上面であって且つ金属配線部材４の中央近傍の鉛直上方の位置に、直線状の溝である直線状溝部３６０を有している。
このパワーモジュール３２０の加圧方法は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、まず、プレス装置３０８でモールド樹脂の上面の中央部を鉛直下方に加圧し、加圧範囲をパワーモジュール３２０の外周に向けて徐々に拡大させる。
プレス装置３０８の加圧面は、加圧後のパワーモジュール３２０の撓み傾斜相当となるように中心から外周に傾斜を持たせた形状となっている。 Embodiment 3 FIG.
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment.
FIG. 7A is a sectional view of a power semiconductor device 300 according to the third embodiment of the present invention.
FIG.7 (b) is a top view of the mold resin 305 which concerns on Embodiment 3 of this invention.
FIGS. 8A and 8B are continuous views of a cross section of the power semiconductor device 300 according to the third embodiment of the present invention during pressurization.
The power module 320 has a linear groove 360 that is a linear groove on the upper surface of the mold resin 305 and at a position vertically above the center of the metal wiring member 4.
As shown in FIGS. 8A and 8B, the pressurizing method of the power module 320 first presses the center of the upper surface of the mold resin vertically downward by the press device 308, and the pressurizing range is set to the power module 320. Gradually expand toward the outer periphery of the.
The pressing surface of the press device 308 has a shape with an inclination from the center to the outer periphery so as to correspond to the bending inclination of the pressed power module 320.

この加圧方法によると、加圧の初期段階でモールド樹脂３０５が反り、次第にプレス装置３０８の下面がモールド樹脂の上面全体に接触するので、パワーモジュール３２０を安定的に加圧して撓ませることができる。
このようにパワーモジュール３２０の平面部とプレス装置３０８の平面部とで加圧が進められることから、加圧工程におけるプロセス条件が安定する。
特に複数の半導体装置を加圧する場合に、各半導体装置の加圧におけるプロセス条件を一致させることができるので、各半導体装置で同等のボイド低減効果を得ることが可能になる。 According to this pressurizing method, the mold resin 305 is warped in the initial stage of pressurization, and the lower surface of the press device 308 gradually contacts the entire upper surface of the mold resin, so that the power module 320 can be stably pressed and bent. it can.
In this way, pressurization is advanced between the flat portion of the power module 320 and the flat portion of the press device 308, so that the process conditions in the pressurization step are stabilized.
In particular, when pressurizing a plurality of semiconductor devices, the process conditions in pressurization of each semiconductor device can be matched, so that the same void reduction effect can be obtained in each semiconductor device.

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図９（ａ）は、この発明の実施の形態４に係る電力用半導体装置４００の断面図である。
図９（ｂ）は、この発明の実施の形態４に係るモールド樹脂４０５部の平面図である。
パワーモジュール４２０は、その上面に十字形の溝である十字状溝部４６１を有している。
この十字状溝部４６１を設けることによりパワーモジュール４２０の更なる反りを、パワーモジュール４２０の四方に渡って発生させることができ、余剰吸収部５２へボイドを誘導する効果が高まる。 Embodiment 4 FIG.
Hereinafter, the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment.
FIG. 9A is a cross-sectional view of a power semiconductor device 400 according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9B is a plan view of the mold resin 405 portion according to Embodiment 4 of the present invention.
The power module 420 has a cross-shaped groove portion 461 that is a cross-shaped groove on the upper surface thereof.
By providing the cross-shaped groove portion 461, further warping of the power module 420 can be generated over the four sides of the power module 420, and the effect of inducing voids to the surplus absorbing portion 52 is enhanced.

実施の形態５．
以下、この発明の実施の形態５を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１０は、この発明の実施の形態５に係る電力用半導体装置５００の断面図である。
シート接着用凹部５１上に２個の半導体素子１が設置されている。 Embodiment 5 FIG.
In the following, the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment.
FIG. 10 is a sectional view of a power semiconductor device 500 according to the fifth embodiment of the present invention.
Two semiconductor elements 1 are installed on the sheet bonding recess 51.

一般に電力用半導体装置が自動車のモーター駆動用である場合には、小型化、軽量化が自動車の基本性能である燃費に直結するため、重要な要素となってくる。
またレイアウト設計において半導体素子が小型であると、設計の自由度が増すと共に、基板が小型化できるなど、利点が多いことから半導体の小型化要求は高い。
こうして複数の半導体素子１を近づけて配置して小型化された電力用半導体装置５００においても、複数の半導体素子１の下にシート接着用凹部５１と余剰吸収部５２を設けることで、同様のボイドの低減効果を得ることができる。 In general, when a power semiconductor device is used for driving a motor of an automobile, miniaturization and weight reduction are directly connected to fuel consumption, which is a basic performance of the automobile, and thus become an important factor.
In addition, if a semiconductor element is small in layout design, there are many advantages such as an increase in design freedom and a reduction in the size of the substrate.
Even in the power semiconductor device 500 that is miniaturized by arranging the plurality of semiconductor elements 1 close to each other, the same voids can be obtained by providing the sheet bonding concave portions 51 and the surplus absorbing portions 52 under the plurality of semiconductor elements 1. Can be obtained.

実施の形態６．
以下、この発明の実施の形態６を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１１は、この発明の実施の形態６に係る熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の要部拡大図である。
熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の周縁の厚みは中央部の厚みよりも大きくなるように形成されている。
一般に、パワーモジュールを構成する金属配線部材およびモールド樹脂の線膨張率は、ヒートシンクとの線膨張率と差が生じる。
例えば金属配線部材が銅の場合は、モールド樹脂を銅の線膨張率に合わせて、パワーモジュール全体として、ほぼ銅の線膨張率（１６＊１０＾−６／℃）と等価となるように調節して、パワーモジュールの半田３ａ、３ｂ、３ｃの信頼性を確保する。
しかしヒートシンクはアルミニウム（２３＊１０＾−６／℃）等を通常使用するために、パワーモジュールとヒートシンクに線膨張率の差が生じるのである。 Embodiment 6 FIG.
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, focusing on portions different from the first embodiment.
FIG. 11 is an enlarged view of a main part of a heat conductive insulating resin sheet 630 according to Embodiment 6 of the present invention.
The thickness of the periphery of the heat conductive insulating resin sheet 630 is formed to be larger than the thickness of the central portion.
Generally, the linear expansion coefficient of the metal wiring member and the mold resin constituting the power module is different from that of the heat sink.
For example, when the metal wiring member is copper, the mold resin is adjusted to match the linear expansion coefficient of copper so that the power module as a whole is approximately equivalent to the linear expansion coefficient of copper (16 * 10 ^ -6 / ° C). Thus, the reliability of the solder 3a, 3b, 3c of the power module is ensured.
However, since aluminum (23 * 10 ^ -6 / ° C.) or the like is normally used for the heat sink, a difference in linear expansion coefficient occurs between the power module and the heat sink.

この線膨張率の差によって、熱伝導性樹脂シート６３０の周縁（図中太線Ｂ部）からモールド樹脂の剥離が進展し、剥離が電位の発生する金属配線部材まで到達した場合には、金属配線部材とヒートシンクが通電する可能性がある
そのため、パワーモジュールとヒートシンクとの間に挟まれる熱伝導性絶縁樹脂シート６３０によって、その線膨張率差を吸収する必要がある。
ここでパワーモジュールとヒートシンクの線膨張率差に起因する熱応力が最も大きくかかる熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の場所は、熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の周縁である。
よって、熱伝導性絶縁樹脂シート６３０の周縁の厚みを大きくすることで、熱伝導性絶縁樹脂シート６３０にかかる熱応力を緩和して、モールド樹脂５の剥離進展を抑制することができる。 Due to this difference in the coefficient of linear expansion, when the mold resin peels off from the peripheral edge of the thermally conductive resin sheet 630 (the bold line B portion in the figure) and the peeling reaches the metal wiring member where the potential is generated, the metal wiring There is a possibility that the member and the heat sink are energized. Therefore, it is necessary to absorb the difference in linear expansion coefficient by the heat conductive insulating resin sheet 630 sandwiched between the power module and the heat sink.
Here, the place of the thermally conductive insulating resin sheet 630 where the thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the power module and the heat sink is the largest is the periphery of the thermally conductive insulating resin sheet 630.
Therefore, by increasing the thickness of the peripheral edge of the heat conductive insulating resin sheet 630, the thermal stress applied to the heat conductive insulating resin sheet 630 can be relaxed, and the peeling progress of the mold resin 5 can be suppressed.

実施の形態７．
以下、この発明の実施の形態７を実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図１２は、この発明の実施の形態７に係る電力用半導体装置の要部拡大図である。
モールド樹脂５の外周のヒートシンク７との接触部に、水分進入を防止する樹脂である水分進入抑制樹脂７７０を設けている。
これによりパワーモジュールの側面とヒートシンク７との接触部が隙間のない状態となり、高湿度環境下において熱伝導性絶縁樹脂シート３０が封止されているシート接着用凹部５１への水分の浸入が抑止でき、絶縁性低下を抑制出来る。
ここでの水分進入抑制樹脂７７０の材料としては、ポリイミド系樹脂などが好ましい。 Embodiment 7 FIG.
The seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, focusing on the differences from the first embodiment.
FIG. 12 is an enlarged view of a main part of the power semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
A moisture intrusion suppression resin 770 that is a resin that prevents moisture ingress is provided at a contact portion between the outer periphery of the mold resin 5 and the heat sink 7.
As a result, the contact portion between the side surface of the power module and the heat sink 7 has no gap, and intrusion of moisture into the sheet bonding recess 51 where the heat conductive insulating resin sheet 30 is sealed in a high humidity environment is suppressed. It is possible to suppress a decrease in insulation.
As a material of the moisture ingress suppression resin 770 here, a polyimide resin or the like is preferable.

なお、以上で述べた実施の形態１乃至実施の形態７は、それぞれ組み合わせて使用してもよい。
また技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以上の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。 Note that Embodiments 1 to 7 described above may be used in combination.
Further, various technically preferable limitations are given, but the scope of the present invention is not limited to these forms unless specifically described in the above description to limit the present invention.

１ 半導体素子、４ 金属配線部材、５，２０５，３０５，４０５ モールド樹脂、
７ ヒートシンク、８，３０８ プレス装置、９ ボイド、
２０，２２０，３２０，４２０，５２０ パワーモジュール、
３０，６３０ 熱伝導性絶縁樹脂シート、５１ シート接着用凹部、５２ 余剰吸収部、１００，２００，３００，４００，５００ 電力用半導体装置、３６０ 直線状溝部、
４６１ 十字状溝部、７７０ 水分進入抑制樹脂。 1 semiconductor element, 4 metal wiring member, 5,205,305,405 mold resin,
7 Heat sink, 8,308 Press device, 9 Void,
20, 220, 320, 420, 520 power module,
30,630 Thermally conductive insulating resin sheet, 51 concave portion for sheet bonding, 52 surplus absorbing portion, 100, 200, 300, 400, 500 power semiconductor device, 360 linear groove portion,
461 Cross-shaped groove, 770 Moisture penetration inhibiting resin.

Claims (8)

半導体素子と、
前記半導体素子が固着される金属配線部材と、
前記半導体素子と前記金属配線部材の下面以外とを封止してパワーモジュールを形成するモールド樹脂と、
前記金属配線部材の下面に熱伝導性絶縁樹脂シートを介して接着されるヒートシンクとを備えた半導体装置において、
前記熱伝導性絶縁樹脂シートは、前記ヒートシンクまたは前記パワーモジュールの少なくともいずか一方に設けられたシート接着用凹部に封入され、
前記シート接着用凹部の周縁と相対する前記モールド樹脂の面は、前記パワーモジュールの上方に向けて前記モールド樹脂内に突出して、前記熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分が充填されると共に前記熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドを内包する空間部を有する窪みを備えた半導体装置。 A semiconductor element;
A metal wiring member to which the semiconductor element is fixed;
Mold resin that forms a power module by sealing the semiconductor element and other than the lower surface of the metal wiring member;
In a semiconductor device comprising a heat sink adhered to the lower surface of the metal wiring member via a thermally conductive insulating resin sheet,
The thermally conductive insulating resin sheet is sealed in a sheet bonding recess provided in at least one of the heat sink or the power module,
Periphery a surface opposed the mold resin of the sheet bonding recess, the upwardly of the power module project into the mold resin, before with excess of the thermal-conductive insulating resin sheet is filled SL semiconductor device provided with a recess having a space for containing the Boi de extruded from thermally conductive insulating resin sheet. 前記パワーモジュールの厚みは外周部から中央部に向かうに従って薄くなるように前記モールド樹脂の上面を形成する請求項１に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper surface of the mold resin is formed so that the thickness of the power module decreases from the outer periphery toward the center. 前記モールド樹脂の上面であって且つ前記金属配線部材の中央近傍の鉛直上方の位置に、直線状の溝を設けた請求項１または請求項２に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a linear groove is provided on the upper surface of the mold resin and at a position vertically above the center of the metal wiring member. 前記直線状の溝は十字形である請求項３に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the linear groove has a cross shape. 前記パワーモジュールを構成する前記半導体素子を複数個配置した請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the semiconductor elements constituting the power module are arranged. 前記熱伝導性絶縁樹脂シートの外周部側の厚みを中央部側の厚みに比べて大きくなるように形成された請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness of an outer peripheral portion side of the thermally conductive insulating resin sheet is formed to be larger than a thickness of a central portion side. 前記モールド樹脂の外周の前記ヒートシンクとの接触部に、水分進入抑制樹脂を配置した請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein a moisture intrusion suppression resin is disposed at a contact portion between the outer periphery of the mold resin and the heat sink. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記モールド樹脂を加熱しながら前記モールド樹脂の上面の中央部を加圧し、加圧範囲を前記パワーモジュールの外周に向けて徐々に拡大させて、加圧により前記シート接着用凹部から溶出した前記熱伝導性絶縁樹脂シートの余剰分と、前記熱伝導性絶縁樹脂シートから押し出されたボイドとを前記窪みに誘導する半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1,
While the mold resin is heated, the center portion of the upper surface of the mold resin is pressurized, the pressure range is gradually expanded toward the outer periphery of the power module, and the heat eluted from the concave portion for sheet bonding by pressurization. The manufacturing method of the semiconductor device which guides the surplus part of conductive insulating resin sheet, and the void extruded from the said heat conductive insulating resin sheet to the said hollow.
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