JP2000068447A - パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パワーモジュール内に封止された半導体チッ
プを効果的に冷却することができなかった。 【解決手段】 半導体チップ４は絶縁基板６を介して、
パッケージ２９の金属基板２４に載置されている。ま
た、半導体チップ４上のエミッタ電極１４には、導電性
の良い金属板３４が超音波溶接で接合されており、金属
板３４は比較的大きな面積を有しているため熱伝導性が
高く、半導体チップ４で発生した熱を効果的に放熱する
ことができる。
プを効果的に冷却することができなかった。 【解決手段】 半導体チップ４は絶縁基板６を介して、
パッケージ２９の金属基板２４に載置されている。ま
た、半導体チップ４上のエミッタ電極１４には、導電性
の良い金属板３４が超音波溶接で接合されており、金属
板３４は比較的大きな面積を有しているため熱伝導性が
高く、半導体チップ４で発生した熱を効果的に放熱する
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車に使用
される電力用パワーモジュールに関する。
される電力用パワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車等（ハイブリッド自動車を含
む）の電動機のコイルに所定の交流電力を供給するイン
バータは、電力用スイッチング素子等で構成されてい
る。電力用半導体としては、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦ
ＥＴ等の半導体チップに形成されたパワー素子が用いら
れている。パワー素子が形成された半導体チップは、制
御回路等と共に一つのパワーモジュールに封止されてい
る。
む）の電動機のコイルに所定の交流電力を供給するイン
バータは、電力用スイッチング素子等で構成されてい
る。電力用半導体としては、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦ
ＥＴ等の半導体チップに形成されたパワー素子が用いら
れている。パワー素子が形成された半導体チップは、制
御回路等と共に一つのパワーモジュールに封止されてい
る。
【０００３】このようなパワーモジュールにおいては、
封止されているパワー素子自体に大電流が流れるため、
このパワー素子が発熱し熱破壊が起こる場合がある。こ
のような熱破壊を防止するために、従来、封止されてい
る半導体チップを絶縁板を介して金属基板に取り付け、
その金属基板には放熱フィンを取り付け、冷却が行われ
ていた。
封止されているパワー素子自体に大電流が流れるため、
このパワー素子が発熱し熱破壊が起こる場合がある。こ
のような熱破壊を防止するために、従来、封止されてい
る半導体チップを絶縁板を介して金属基板に取り付け、
その金属基板には放熱フィンを取り付け、冷却が行われ
ていた。
【０００４】図１には、従来のパワーモジュールが示さ
れている。パワーモジュール２内には、表面にパワー素
子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂ
ｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成された半
導体チップ４が、絶縁基板６上の金属膜８に半田９で固
定されている。
れている。パワーモジュール２内には、表面にパワー素
子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂ
ｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が形成された半
導体チップ４が、絶縁基板６上の金属膜８に半田９で固
定されている。
【０００５】金属膜８はコレクタ用電極端子（図示せ
ず）に接続されており、半導体チップ４の半導体基板に
コレクタ電圧を供給する。ＡｌやＡｕ等の金属細線でで
きている金属細線１０の両端は、半導体チップ４上のゲ
ート電極１１と絶縁基板６上の金属膜１２に超音波溶接
で接合されている。金属膜１２はゲート用電極端子（図
示せず）に接続されているため、金属細線１０とゲート
用電極端子は電気的に接続され、ゲート用電極端子から
金属細線１０にゲート電圧が供給される。また、ボンデ
ィングワイヤ１３の両端は、半導体チップ４上のエミッ
タ電極１４と絶縁基板６上の金属膜１６に超音波溶接で
接合されている。エミッタ用電極端子１８は半田２０で
金属膜１６に取り付けられているので、ボンディングワ
イヤ１３とエミッタ用電極端子１８は電気的に接続さ
れ、エミッタ用電極端子１８からボンディングワイヤ１
３にエミッタ電圧が供給される。
ず）に接続されており、半導体チップ４の半導体基板に
コレクタ電圧を供給する。ＡｌやＡｕ等の金属細線でで
きている金属細線１０の両端は、半導体チップ４上のゲ
ート電極１１と絶縁基板６上の金属膜１２に超音波溶接
で接合されている。金属膜１２はゲート用電極端子（図
示せず）に接続されているため、金属細線１０とゲート
用電極端子は電気的に接続され、ゲート用電極端子から
金属細線１０にゲート電圧が供給される。また、ボンデ
ィングワイヤ１３の両端は、半導体チップ４上のエミッ
タ電極１４と絶縁基板６上の金属膜１６に超音波溶接で
接合されている。エミッタ用電極端子１８は半田２０で
金属膜１６に取り付けられているので、ボンディングワ
イヤ１３とエミッタ用電極端子１８は電気的に接続さ
れ、エミッタ用電極端子１８からボンディングワイヤ１
３にエミッタ電圧が供給される。
【０００６】絶縁基板６下面は、金属膜２２を介して、
金属基板２４上に半田２６で取り付けられている。プラ
スチック等の材質で形成された外殻ケース２８と金属基
板２４とでパッケージ２９が構成され、半導体チップ
４、絶縁基板６、金属膜８、１２、１６、金属細線１
０、１３とエミッタ用電極端子１８の一部分は、パッケ
ージ２９に封止されており、一つのパワーモジュールを
構成している。金属基板２４には図示していない放熱フ
ィンが設置されており、半導体チップ４で発生した熱は
金属基板２４を介して半導体チップ４の下面に放熱され
ることにより、半導体チップ４が冷却される。
金属基板２４上に半田２６で取り付けられている。プラ
スチック等の材質で形成された外殻ケース２８と金属基
板２４とでパッケージ２９が構成され、半導体チップ
４、絶縁基板６、金属膜８、１２、１６、金属細線１
０、１３とエミッタ用電極端子１８の一部分は、パッケ
ージ２９に封止されており、一つのパワーモジュールを
構成している。金属基板２４には図示していない放熱フ
ィンが設置されており、半導体チップ４で発生した熱は
金属基板２４を介して半導体チップ４の下面に放熱され
ることにより、半導体チップ４が冷却される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属基
板２４で半導体チップ４を冷却する場合、半導体チップ
４と金属基板２４との間に、熱伝導率が低い絶縁基板６
や半田９、２６が介在している。そのため、半導体チッ
プ４を十分に冷却することができない。また、金属細線
１０、１３は一般に熱伝導率が高い材質であるが、金属
細線であるため、効果的な放熱ができない。そのため、
半導体チップ４の発熱量が増大すると、チップ破壊が生
じる場合がある。
板２４で半導体チップ４を冷却する場合、半導体チップ
４と金属基板２４との間に、熱伝導率が低い絶縁基板６
や半田９、２６が介在している。そのため、半導体チッ
プ４を十分に冷却することができない。また、金属細線
１０、１３は一般に熱伝導率が高い材質であるが、金属
細線であるため、効果的な放熱ができない。そのため、
半導体チップ４の発熱量が増大すると、チップ破壊が生
じる場合がある。
【０００８】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、封止されたパワー素子を効果的に冷却することが
できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
あり、封止されたパワー素子を効果的に冷却することが
できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、パワー素子を
内蔵するパワー素子モジュールであって、外部との電気
的接続を行う電極端子と、この電極端子と前記パワー素
子を電気的に接続する接続線路と、を含み、前記接続線
路の少なくとも一部が金属板からなることを特徴とす
る。
内蔵するパワー素子モジュールであって、外部との電気
的接続を行う電極端子と、この電極端子と前記パワー素
子を電気的に接続する接続線路と、を含み、前記接続線
路の少なくとも一部が金属板からなることを特徴とす
る。
【００１０】また、本発明は、パワー素子を内蔵するパ
ワー素子モジュールであって、外部との電気的接続を行
う電極端子と、この電極端子と前記パワー素子を電気的
に接続する接続線路と、内部に冷却液が流通する金属製
の冷却板と、を含み、前記接続線路の少なくとも一部は
金属板からなり、この金属板が絶縁体を介し前記冷却板
に接続されていることを特徴とする。
ワー素子モジュールであって、外部との電気的接続を行
う電極端子と、この電極端子と前記パワー素子を電気的
に接続する接続線路と、内部に冷却液が流通する金属製
の冷却板と、を含み、前記接続線路の少なくとも一部は
金属板からなり、この金属板が絶縁体を介し前記冷却板
に接続されていることを特徴とする。
【００１１】パワー素子は、その動作に応じて発熱す
る。接続線路は、電気的接続を行う導電体であり、パワ
ー素子の熱は接続線路を通じて伝達されやすい。そし
て、この接続線路が金属板となっている。金属板は、比
較的大きな面積としやすく、この金属板から効果的に放
熱を行える。
る。接続線路は、電気的接続を行う導電体であり、パワ
ー素子の熱は接続線路を通じて伝達されやすい。そし
て、この接続線路が金属板となっている。金属板は、比
較的大きな面積としやすく、この金属板から効果的に放
熱を行える。
【００１２】また、金属板とパワー素子の接続は、スポ
ット溶接で行うことが好ましい。複数点におけるスポッ
ト溶接によって、面積の広い金属板とパワー素子の電極
面との接続を確実に行うことができる。スポット溶接は
超音波接合が好ましい。
ット溶接で行うことが好ましい。複数点におけるスポッ
ト溶接によって、面積の広い金属板とパワー素子の電極
面との接続を確実に行うことができる。スポット溶接は
超音波接合が好ましい。
【００１３】なお、パワー素子は、通常絶縁基板上に固
定されている。従って、この絶縁基板側からの放熱は、
従来通り行える。本発明では、接続線路を介して放熱で
きる熱量が大きくなり、効果的な放熱が達成できる。
定されている。従って、この絶縁基板側からの放熱は、
従来通り行える。本発明では、接続線路を介して放熱で
きる熱量が大きくなり、効果的な放熱が達成できる。
【００１４】また、本発明では、金属板が絶縁体を介し
て、冷却板に接続されていてもよい。金属板は、比較的
大きな面積としやすいため、この金属板から冷却板に効
果的に熱を伝達できる。冷却板は内部に冷却液が流通し
ており、かつ熱伝導率の高い金属製であるため、より効
果的な放熱が行える。
て、冷却板に接続されていてもよい。金属板は、比較的
大きな面積としやすいため、この金属板から冷却板に効
果的に熱を伝達できる。冷却板は内部に冷却液が流通し
ており、かつ熱伝導率の高い金属製であるため、より効
果的な放熱が行える。
【００１５】また、前記金属板と冷却板の間に介在する
絶縁体は、熱伝導性のよい材質を採用することが好まし
い。これによって、金属板から冷却板へ向けての熱の流
れをスムーズなものにでき、放熱効果を上昇することが
できる。
絶縁体は、熱伝導性のよい材質を採用することが好まし
い。これによって、金属板から冷却板へ向けての熱の流
れをスムーズなものにでき、放熱効果を上昇することが
できる。
【００１６】また、電極端子を外部に引き出す部分を除
くパワー素子の周囲を金属製の冷却板により覆うように
構成することで、パワー素子の放熱を上昇できる。ま
た、電極端子を外部に引き出す部分は、プラスチック材
で構成し、冷却板とこのプラスチック材とで、パワー素
子の周囲を封止する封止体を構成することが好ましい。
くパワー素子の周囲を金属製の冷却板により覆うように
構成することで、パワー素子の放熱を上昇できる。ま
た、電極端子を外部に引き出す部分は、プラスチック材
で構成し、冷却板とこのプラスチック材とで、パワー素
子の周囲を封止する封止体を構成することが好ましい。
【００１７】更に、冷却板を二層構造として、各層間の
間隙を冷却液の通路にすることが好ましい。この構成に
より、冷却液の通路を容易に形成することができる。
間隙を冷却液の通路にすることが好ましい。この構成に
より、冷却液の通路を容易に形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。
実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１９】図２（ａ）には第一の実施形態の冷却手段
を備えたパワーモジュールの断面図が、図２（ｂ）には
図２（ａ）のＡ−Ａ’線での平面図が示されている。パ
ワーモジュール２内には、表面にパワー素子としてＩＧ
ＢＴが形成された半導体チップ４が、絶縁基板６上の金
属膜８に半田９で固定されている。絶縁基板６は金属膜
２２を介して、金属基板２４に半田２６を介して取り付
けられている。絶縁基板６によって、金属膜２２と半導
体チップ４は電気的に絶縁される。
を備えたパワーモジュールの断面図が、図２（ｂ）には
図２（ａ）のＡ−Ａ’線での平面図が示されている。パ
ワーモジュール２内には、表面にパワー素子としてＩＧ
ＢＴが形成された半導体チップ４が、絶縁基板６上の金
属膜８に半田９で固定されている。絶縁基板６は金属膜
２２を介して、金属基板２４に半田２６を介して取り付
けられている。絶縁基板６によって、金属膜２２と半導
体チップ４は電気的に絶縁される。
【００２０】なお、ここでは、パワー素子としてＩＧＢ
Ｔを使用しているが、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ
Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｅｉｌ
ｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の他のパ
ワー素子を用いてもよい。
Ｔを使用しているが、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ
Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｅｉｌ
ｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の他のパ
ワー素子を用いてもよい。
【００２１】パワー素子としてＩＧＢＴを用いた場合、
半導体チップ４上のゲート電極１１、エミッタ電極１４
及びコレクタ電極（即ち、半導体チップ４の半導体基
板）に電圧を供給するために、チップ上のそれぞれの電
極と、チップ外部へ電気的に接続される電極端子とを接
続する必要がある。
半導体チップ４上のゲート電極１１、エミッタ電極１４
及びコレクタ電極（即ち、半導体チップ４の半導体基
板）に電圧を供給するために、チップ上のそれぞれの電
極と、チップ外部へ電気的に接続される電極端子とを接
続する必要がある。
【００２２】半導体チップ４上のゲート電極１１への電
圧供給は、ゲート用電極端子３０から行われる。ゲート
電極１１は、金属細線１０を介してゲート用電極端子３
０に電気的に接続される。まず、金属細線１０の両端
は、一方がゲート電極１１に、もう一方が絶縁基板６上
の金属膜１２にスポット溶接される。スポット溶接は超
音波溶接が好ましい。さらに、金属膜１２はゲート用電
極端子３０に半田で接合されるので、金属細線１０とゲ
ート用電極端子３０は電気的に接続される。
圧供給は、ゲート用電極端子３０から行われる。ゲート
電極１１は、金属細線１０を介してゲート用電極端子３
０に電気的に接続される。まず、金属細線１０の両端
は、一方がゲート電極１１に、もう一方が絶縁基板６上
の金属膜１２にスポット溶接される。スポット溶接は超
音波溶接が好ましい。さらに、金属膜１２はゲート用電
極端子３０に半田で接合されるので、金属細線１０とゲ
ート用電極端子３０は電気的に接続される。
【００２３】半導体チップ４上のコレクタ電極、即ち、
半導体チップ４の半導体基板への電圧供給は、コレクタ
用電極端子３２から、半導体チップ４の下面に半田９で
取り付けられている金属膜８を介して行われる。
半導体チップ４の半導体基板への電圧供給は、コレクタ
用電極端子３２から、半導体チップ４の下面に半田９で
取り付けられている金属膜８を介して行われる。
【００２４】半導体チップ４上のエミッタ電極１４への
電圧供給は、エミッタ用電極端子１８から行われる。エ
ミッタ電極１４には、金属板３４が接続されている。金
属板３４にはさらに配線用金属端子３８が接続されてい
る。配線用金属端子３８は金属膜１６に半田４０で接合
されており、金属膜１６にはエミッタ用電極端子１８が
半田２０で接合されている。このように、エミッタ電極
１４は、金属板３４、配線用金属端子３８、半田４０、
金属膜１６、半田２０を介してエミッタ用電極端子１８
に電気的に接続されている。
電圧供給は、エミッタ用電極端子１８から行われる。エ
ミッタ電極１４には、金属板３４が接続されている。金
属板３４にはさらに配線用金属端子３８が接続されてい
る。配線用金属端子３８は金属膜１６に半田４０で接合
されており、金属膜１６にはエミッタ用電極端子１８が
半田２０で接合されている。このように、エミッタ電極
１４は、金属板３４、配線用金属端子３８、半田４０、
金属膜１６、半田２０を介してエミッタ用電極端子１８
に電気的に接続されている。
【００２５】エミッタ電極１４とエミッタ用電極端子１
８との接続線路は、従来用いられていた金属細線ではな
く、金属板３４を使用しており、金属板３４は金属細線
と比較して大きな面積を有している。そのため、金属板
３４とエミッタ電極１４及び配線用金属端子３８との接
続はそれぞれ接合部３６及び接合部３９において、スポ
ット溶接することが好ましい。接合部３６及び接合部３
９の複数点でスポット溶接を行うことにより、面積の広
い金属板３４と、エミッタ電極１４および配線用金属端
子３８との接続を確実に行うことができる。スポット溶
接は超音波溶接であることが好ましい。なお、金属板３
４と配線用金属端子３８との接続はレーザ溶接を用いて
も良い。
８との接続線路は、従来用いられていた金属細線ではな
く、金属板３４を使用しており、金属板３４は金属細線
と比較して大きな面積を有している。そのため、金属板
３４とエミッタ電極１４及び配線用金属端子３８との接
続はそれぞれ接合部３６及び接合部３９において、スポ
ット溶接することが好ましい。接合部３６及び接合部３
９の複数点でスポット溶接を行うことにより、面積の広
い金属板３４と、エミッタ電極１４および配線用金属端
子３８との接続を確実に行うことができる。スポット溶
接は超音波溶接であることが好ましい。なお、金属板３
４と配線用金属端子３８との接続はレーザ溶接を用いて
も良い。
【００２６】また、本実施形態では、金属板３４と配線
用金属端子３８と接続し、エミッタ電極１４とエミッタ
用電極端子１８との接続線路として用いたが、金属板３
４と配線用金属端子３８とを一体とした金属製の部材を
用いても構わない。
用金属端子３８と接続し、エミッタ電極１４とエミッタ
用電極端子１８との接続線路として用いたが、金属板３
４と配線用金属端子３８とを一体とした金属製の部材を
用いても構わない。
【００２７】また、各電極端子１８、３０、３２、配線
用金属端子３８と金属板３４は、導電性の良い材料が用
いられるのが好ましい。そして、金属板３４は、配線用
金属端子３８およびエミッタ電極１４に超音波溶接で接
合されるので、配線用金属端子３８およびエミッタ電極
１４の材質により、超音波溶接が容易にできる材料を適
宜選択するのが好ましい。例えば、エミッタ電極１４が
Ａｌで形成されている場合、金属板３４もＡｌ等のＡｌ
と超音波溶接が容易にできる材料のものが良い。
用金属端子３８と金属板３４は、導電性の良い材料が用
いられるのが好ましい。そして、金属板３４は、配線用
金属端子３８およびエミッタ電極１４に超音波溶接で接
合されるので、配線用金属端子３８およびエミッタ電極
１４の材質により、超音波溶接が容易にできる材料を適
宜選択するのが好ましい。例えば、エミッタ電極１４が
Ａｌで形成されている場合、金属板３４もＡｌ等のＡｌ
と超音波溶接が容易にできる材料のものが良い。
【００２８】半導体チップ４が載置された絶縁基板６の
下面は、金属膜２２を介して、金属基板２４上に半田２
６で取り付けられている。チップ側面側は外殻ケース２
８で囲まれており、外殻ケース２８の下部には金属基板
２４が、上部冷却板４４が取り付けられている。外殻ケ
ース２８は、電極端子１８、３０、３２を外部に引き出
すため、プラスチック等の絶縁部材で構成されている。
これらの金属基板２４、外殻ケース２８と上部冷却板４
４より、パッケージ２９が構成される。パッケージ２９
内には、半導体チップ４、絶縁基板６、金属膜８、１
２、１６、金属細線１０、金属板３４と、ゲート用電極
端子３０、コレクタ用電極端子３２、エミッタ用電極端
子１８の一部分が封止され、一つのパワーモジュール２
を構成している。なお、金属基板２４及び上部冷却板４
４は熱伝導率が良い金属製であることが好ましい。
下面は、金属膜２２を介して、金属基板２４上に半田２
６で取り付けられている。チップ側面側は外殻ケース２
８で囲まれており、外殻ケース２８の下部には金属基板
２４が、上部冷却板４４が取り付けられている。外殻ケ
ース２８は、電極端子１８、３０、３２を外部に引き出
すため、プラスチック等の絶縁部材で構成されている。
これらの金属基板２４、外殻ケース２８と上部冷却板４
４より、パッケージ２９が構成される。パッケージ２９
内には、半導体チップ４、絶縁基板６、金属膜８、１
２、１６、金属細線１０、金属板３４と、ゲート用電極
端子３０、コレクタ用電極端子３２、エミッタ用電極端
子１８の一部分が封止され、一つのパワーモジュール２
を構成している。なお、金属基板２４及び上部冷却板４
４は熱伝導率が良い金属製であることが好ましい。
【００２９】半導体チップ４は絶縁基板６を介して、冷
却された金属基板２４に載置されているので、絶縁基板
６を介しての放熱を従来通り行うことが可能である。
却された金属基板２４に載置されているので、絶縁基板
６を介しての放熱を従来通り行うことが可能である。
【００３０】また、エミッタ電極１４に接続される金属
板３４は、絶縁膜４８を介して、上部冷却板４４に接続
される。金属板３４は比較的面積が広いため、半導体チ
ップ４で発生する熱を効果的に上部冷却板４４に伝達す
ることができる。上部冷却板４４は比較的面積が広く、
金属製であるため、半導体チップ４で発生する熱を効果
的に放熱できる。なお、絶縁膜４８は、金属板３４と上
部冷却板４４とを電気的に絶縁できればよいが、上部冷
却板４４から半導体チップ４に効果的に熱を伝達する必
要があるため、シリコンゴム等の熱伝導率が高く厚さを
薄くできる材質の物が好ましい。
板３４は、絶縁膜４８を介して、上部冷却板４４に接続
される。金属板３４は比較的面積が広いため、半導体チ
ップ４で発生する熱を効果的に上部冷却板４４に伝達す
ることができる。上部冷却板４４は比較的面積が広く、
金属製であるため、半導体チップ４で発生する熱を効果
的に放熱できる。なお、絶縁膜４８は、金属板３４と上
部冷却板４４とを電気的に絶縁できればよいが、上部冷
却板４４から半導体チップ４に効果的に熱を伝達する必
要があるため、シリコンゴム等の熱伝導率が高く厚さを
薄くできる材質の物が好ましい。
【００３１】このように、第一の実施形態では、半導体
チップ４は比較的面積の大きな金属板３４を介して、比
較的面積の大きな上部冷却板４４と接続されている。そ
のため、金属板３４を介して、半導体チップ４から上部
冷却板４４へ逃げる熱量が大きくなり、効果的な放熱が
達成できる。そのため、半導体チップ４を絶縁基板６側
と上部冷却板４４側の両側より冷却することができるの
で、従来より効果的に半導体チップ４を冷却することが
できる。
チップ４は比較的面積の大きな金属板３４を介して、比
較的面積の大きな上部冷却板４４と接続されている。そ
のため、金属板３４を介して、半導体チップ４から上部
冷却板４４へ逃げる熱量が大きくなり、効果的な放熱が
達成できる。そのため、半導体チップ４を絶縁基板６側
と上部冷却板４４側の両側より冷却することができるの
で、従来より効果的に半導体チップ４を冷却することが
できる。
【００３２】次に、第二の実施形態の冷却手段を備えた
パワーモジュールについて説明する。
パワーモジュールについて説明する。
【００３３】図３（ａ）には第二の実施形態の冷却手段
を備えたパワーモジュールの断面図が、図３（ｂ）には
図３（ａ）のＡ−Ａ’線での平面図が示されている。
を備えたパワーモジュールの断面図が、図３（ｂ）には
図３（ａ）のＡ−Ａ’線での平面図が示されている。
【００３４】第二の実施形態においては、パッケージ２
９内に、封止された半導体チップ４を取り囲むように数
個の冷却溝４６が形成されている。冷却溝４６内には冷
却液が循環されており、パッケージ２９の金属基板２４
と上部冷却板４４が冷却液により冷却されている。金属
板３４は、絶縁膜４８を介して、上部冷却板４４に接続
されいる。金属板３４は比較的面積が大きく、半導体チ
ップ４で発生した熱を上部冷却板４４に容易に伝達でき
る。そのため、上部冷却板４４から半導体チップ４を効
果的に冷却することができる。
９内に、封止された半導体チップ４を取り囲むように数
個の冷却溝４６が形成されている。冷却溝４６内には冷
却液が循環されており、パッケージ２９の金属基板２４
と上部冷却板４４が冷却液により冷却されている。金属
板３４は、絶縁膜４８を介して、上部冷却板４４に接続
されいる。金属板３４は比較的面積が大きく、半導体チ
ップ４で発生した熱を上部冷却板４４に容易に伝達でき
る。そのため、上部冷却板４４から半導体チップ４を効
果的に冷却することができる。
【００３５】このように、第二の実施形態では、半導体
チップ４を絶縁基板６側と上部冷却板４４側の両側より
冷却することができるので、従来より効果的に半導体チ
ップ４を冷却することができる。特に、上部冷却板４４
は、半導体チップ４と比較的面積の大きな金属板３４を
介して接続されているため、半導体チップ４から上部冷
却板４４に逃げる熱量が大きくなり、効果的な放熱が達
成できる。
チップ４を絶縁基板６側と上部冷却板４４側の両側より
冷却することができるので、従来より効果的に半導体チ
ップ４を冷却することができる。特に、上部冷却板４４
は、半導体チップ４と比較的面積の大きな金属板３４を
介して接続されているため、半導体チップ４から上部冷
却板４４に逃げる熱量が大きくなり、効果的な放熱が達
成できる。
【００３６】図４には、二層構造のパッケージを備えた
パワーモジュールの断面図が示されている。図４では、
図３におけるパッケージ２９を二層構造にし、層と層の
間に冷却液を循環させている。上部冷却板４４、外殻ケ
ース２８、金属基板２４で第一の封止層が構成され、第
一の封止層の外側に第二の封止層５２が形成されてい
る。第一の封止層は三方が第二の封止層５２に囲まれて
おり、第一の封止層と第二の封止層５２との間の冷却溝
４６に冷却液が流されている。
パワーモジュールの断面図が示されている。図４では、
図３におけるパッケージ２９を二層構造にし、層と層の
間に冷却液を循環させている。上部冷却板４４、外殻ケ
ース２８、金属基板２４で第一の封止層が構成され、第
一の封止層の外側に第二の封止層５２が形成されてい
る。第一の封止層は三方が第二の封止層５２に囲まれて
おり、第一の封止層と第二の封止層５２との間の冷却溝
４６に冷却液が流されている。
【００３７】第一の封止層と第二の封止層５２との間に
冷却液を流すための、冷却液の流入口を確保するため金
属板５４及び５６が取り付けネジ５８、６０、６２、６
４で第一の封止層及び第二の封止層５２に固定されてい
る。なお、本実施形態では、冷却液の流入口の確保は、
金属板５４及び５６を取り付けネジ５８、６０、６２、
６４で取り付ける方法で行った。しかしながら、流入口
の確保はこの方法に限定したものではなく、例えば、金
属板５４と５６を第二の封止層５２と一体型するなど、
流入口を確保できればよい。また、金属板５４と５６は
金属製である必要はなく、絶縁物でもよく、材料は適宜
選択することができる。
冷却液を流すための、冷却液の流入口を確保するため金
属板５４及び５６が取り付けネジ５８、６０、６２、６
４で第一の封止層及び第二の封止層５２に固定されてい
る。なお、本実施形態では、冷却液の流入口の確保は、
金属板５４及び５６を取り付けネジ５８、６０、６２、
６４で取り付ける方法で行った。しかしながら、流入口
の確保はこの方法に限定したものではなく、例えば、金
属板５４と５６を第二の封止層５２と一体型するなど、
流入口を確保できればよい。また、金属板５４と５６は
金属製である必要はなく、絶縁物でもよく、材料は適宜
選択することができる。
【００３８】このように、第一の封止層と第二の封止層
５２との間に冷却液が循環され、第一の封止層が冷却さ
れる。第一の封止層が冷却されると、上部冷却板４４お
よび金属基板２４により、半導体チップ４が冷却され
る。
５２との間に冷却液が循環され、第一の封止層が冷却さ
れる。第一の封止層が冷却されると、上部冷却板４４お
よび金属基板２４により、半導体チップ４が冷却され
る。
【００３９】二層構造のパッケージによる冷却方法は、
図５に示されるように、第一の封止層の四方を囲むよう
に冷却液を流してもよい。この場合、冷却液の流入口を
確保するために金属板６６が取り付けネジ６８、７０に
より、第二の封止層５２に取り付けられている。また、
エミッタ用電極端子１８と金属板６６とを電気的に絶縁
するために、絶縁チューブ７２が設置される。なお、金
属板６６は冷却水の冷却口を確保できればよいので、第
二の封止層５２と一体型でもよいし、また、金属製でな
くてもよい。
図５に示されるように、第一の封止層の四方を囲むよう
に冷却液を流してもよい。この場合、冷却液の流入口を
確保するために金属板６６が取り付けネジ６８、７０に
より、第二の封止層５２に取り付けられている。また、
エミッタ用電極端子１８と金属板６６とを電気的に絶縁
するために、絶縁チューブ７２が設置される。なお、金
属板６６は冷却水の冷却口を確保できればよいので、第
二の封止層５２と一体型でもよいし、また、金属製でな
くてもよい。
【００４０】このように、以上の実施形態では、半導体
チップ４をチップ下面の金属板２４および上部冷却板４
４の両側から冷却するので、効果的に半導体チップ４を
冷却することができる。
チップ４をチップ下面の金属板２４および上部冷却板４
４の両側から冷却するので、効果的に半導体チップ４を
冷却することができる。
【００４１】なお、以上の実施形態では、絶縁基板６上
には一個の半導体チップのみを載置したが、二個以上の
半導体チップを絶縁基板６上に載置してもよい。
には一個の半導体チップのみを載置したが、二個以上の
半導体チップを絶縁基板６上に載置してもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、本発明では、パワー素子
が載置された絶縁基板側からとパワー素子と電気的に接
続された接続線路側の両側から、パワー素子を冷却する
ことが可能であり、特に接続線路側から逃げる熱量が大
きいので、パワー素子を効果的に冷却することが可能で
ある。
が載置された絶縁基板側からとパワー素子と電気的に接
続された接続線路側の両側から、パワー素子を冷却する
ことが可能であり、特に接続線路側から逃げる熱量が大
きいので、パワー素子を効果的に冷却することが可能で
ある。
【図１】 従来の冷却手段を備えたパワーモジュールの
概略図である。
概略図である。
【図２】 第一の実施形態のパワーモジュールの概略図
である。
である。
【図３】 第二の実施形態のパワーモジュールの概略図
である。
である。
【図４】 二層構造のパッケージを備えたパワーモジュ
ールの概略図である。
ールの概略図である。
【図５】 第４図に示したパッケージの他の実施例を示
す概略図である。
す概略図である。
２ パワーモジュール、４ 半導体チップ、６ 絶縁基
板、８、１２、１６、２２ 金属膜、９、２０、２６、
４０ 半田、１０、１３ 金属細線、１１ ゲート電
極、１４ エミッタ電極、１８ エミッタ用電極端子、
２４ 金属基板、２８ 外殻ケース、２９ パッケー
ジ、３０ ゲート用電極端子、３２ コレクタ用電極端
子、３４ 金属板、３６、３９ 接合部、３８ 配線用
金属端子、４４ 上部冷却板、４６ 冷却溝、４８ 絶
縁膜、５０ 第二の封止層、５４、５６、６６ 金属
板、５８、６０、６２、６４、６８、７０ 取り付けネ
ジ、７２絶縁チューブ。
板、８、１２、１６、２２ 金属膜、９、２０、２６、
４０ 半田、１０、１３ 金属細線、１１ ゲート電
極、１４ エミッタ電極、１８ エミッタ用電極端子、
２４ 金属基板、２８ 外殻ケース、２９ パッケー
ジ、３０ ゲート用電極端子、３２ コレクタ用電極端
子、３４ 金属板、３６、３９ 接合部、３８ 配線用
金属端子、４４ 上部冷却板、４６ 冷却溝、４８ 絶
縁膜、５０ 第二の封止層、５４、５６、６６ 金属
板、５８、６０、６２、６４、６８、７０ 取り付けネ
ジ、７２絶縁チューブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長瀬 宏 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 パワー素子を内蔵するパワー素子モジュ
ールであって、 外部との電気的接続を行う電極端子と、 この電極端子と前記パワー素子を電気的に接続する接続
線路と、 を含み、 前記接続線路の少なくとも一部が金属板からなることを
特徴とするパワー素子モジュール。 - 【請求項２】 パワー素子を内蔵するパワー素子モジュ
ールであって、 外部との電気的接続を行う電極端子と、 この電極端子と前記パワー素子を電気的に接続する接続
線路と、 内部に冷却液が流通する金属製の冷却板と、 を含み、 前記接続線路の少なくとも一部は金属板からなり、この
金属板が絶縁体を介し前記冷却板に接続されていること
を特徴とするパワー素子モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24008398A JP3525753B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | パワーモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24008398A JP3525753B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | パワーモジュール |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003427683A Division JP4120581B2 (ja) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | パワーモジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068447A true JP2000068447A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3525753B2 JP3525753B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=17054239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24008398A Expired - Fee Related JP3525753B2 (ja) | 1998-08-26 | 1998-08-26 | パワーモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3525753B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008098586A (ja) * | 2006-10-16 | 2008-04-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2008205058A (ja) * | 2007-02-19 | 2008-09-04 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
| US7479693B2 (en) | 2005-03-15 | 2009-01-20 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Arrangement of conductive connectors in a power semiconductor device |
| WO2009081723A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Fuji Electric Device Technology Co., Ltd. | 半導体装置およびその製造方法 |
| US7671465B2 (en) | 2006-03-20 | 2010-03-02 | Hitachi, Ltd. | Power semiconductor module |
| DE10260663B4 (de) * | 2001-12-27 | 2011-02-10 | DENSO CORPORATION, Kariya-shi | Kühleinheit und Halbleitervorrichtung |
| JP2012142622A (ja) * | 2012-04-13 | 2012-07-26 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| DE10058446B4 (de) * | 1999-11-24 | 2012-12-27 | Denso Corporation | Halbleitervorrichtung mit Abstrahlungsbauteilen |
| WO2014054212A1 (ja) * | 2012-10-01 | 2014-04-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
| CN106098631A (zh) * | 2015-04-30 | 2016-11-09 | 迪尔公司 | 用于半导体器件的封装件 |
| CN106098640A (zh) * | 2015-04-30 | 2016-11-09 | 迪尔公司 | 用于半导体器件的封装件 |
| JP2018152591A (ja) * | 2013-03-14 | 2018-09-27 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | パワーオーバーレイ構造およびその製造方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012211952B4 (de) * | 2012-07-09 | 2019-04-25 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Leistungshalbleitermodul mit mindestens einem stressreduzierenden Anpasselement |
-
1998
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