JP2001007281A - Power semiconductor module - Google Patents
Power semiconductor moduleInfo
- Publication number
- JP2001007281A JP2001007281A JP17192999A JP17192999A JP2001007281A JP 2001007281 A JP2001007281 A JP 2001007281A JP 17192999 A JP17192999 A JP 17192999A JP 17192999 A JP17192999 A JP 17192999A JP 2001007281 A JP2001007281 A JP 2001007281A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power semiconductor
- conductive layer
- semiconductor element
- copper
- heat sink
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/013—Alloys
- H01L2924/0132—Binary Alloys
- H01L2924/01322—Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は内部絶縁型の半導体
モジュールに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an internal insulation type semiconductor module.
【０００２】[0002]
【従来の技術】パワー半導体モジュールおよびパワー半
導体モジュールの制御用回路を内臓したＩＰＭ(Intelig
ent Power Module)は、ＩＧＢＴ等パワー素子の大容量
化と、家電品のインバータ化から使用用途が広がってい
る。使用用途の拡大に伴い、小容量から大容量の幅広い
領域での製品対応および各容量域での低価格化が必要と
なっている。2. Description of the Related Art A power semiconductor module and an IPM (Intelig) incorporating a control circuit for the power semiconductor module.
The use of ent Power Modules is expanding due to the increase in the capacity of power elements such as IGBTs and the conversion of home appliances into inverters. With the expansion of usage, it is necessary to support products in a wide range from small capacity to large capacity and to reduce the price in each capacity area.
【０００３】パワー半導体モジュールにおいては、通常
搭載されているパワー半導体素子の高発熱性を考慮し、
金属等の高熱伝導の放熱板と、高熱伝導性絶縁材料の絶
縁層と、回路パターンを形成された良導体の導電層から
なるのが一般的である。搭載部品の発熱量に応じて、前
記絶縁層の材料が選択されている。In a power semiconductor module, in consideration of the high heat generation of a normally mounted power semiconductor element,
In general, it is composed of a heat-dissipating plate of high thermal conductivity such as metal, an insulating layer of a high thermal conductive insulating material, and a conductive layer of a good conductor on which a circuit pattern is formed. The material of the insulating layer is selected according to the heat value of the mounted component.
【０００４】大、中容量パワー半導体モジュールの構造
を図５に示す。銅の放熱板101と、銅の回路パターン502
を表裏面に設けたセラミック基板501と、前期回路パタ
ーン502a上に半田により接合されたダイオード104bやＩ
ＧＢＴ104a等のパワー半導体素子104と、前期回路パタ
ーン502aとパワー半導体素子104を結線する金属細線105
と、パワー用外部接続端子108a、信号用外部接続端子10
8bと、ケース106と、セラミック基板501と回路パターン
502とパワー半導体素子104を封止する樹脂107からな
る。セラミック基板501の裏面の銅パターン502bは放熱
板101に半田接合されている。発熱量の大きな大、中容
量品では、主として、高価であるが熱伝導率の大きい、
アルミナセラミックス、窒化アルミニウムセラミックス
等のセラミックスが絶縁層として用いられている。FIG. 5 shows the structure of a large and medium capacity power semiconductor module. Copper heat sink 101 and copper circuit pattern 502
Are mounted on the front and back surfaces of the ceramic substrate 501, and the diode 104b and the I
A power semiconductor element 104 such as a GBT 104a; a thin metal wire 105 connecting the circuit pattern 502a and the power semiconductor element 104;
And power external connection terminal 108a, signal external connection terminal 10
8b, case 106, ceramic substrate 501 and circuit pattern
It is made of a resin 107 for sealing the power semiconductor element 104 and 502. The copper pattern 502b on the back surface of the ceramic substrate 501 is soldered to the heat sink 101. Large and medium-capacity products with large calorific value are mainly expensive but have high thermal conductivity.
Ceramics such as alumina ceramics and aluminum nitride ceramics are used as insulating layers.
【０００５】一方、小容量パワー半導体モジュールの構
造を図６に示す。アルミ製の放熱板101と、前期放熱板1
01上に樹脂絶縁層102を介して接合された導電層103と、
前期導電層103上に半田により接合されたダイオード104
bやＩＧＢＴ104a等のパワー半導体素子104と、前期導電
層103とパワー半導体素子104を結線する金属細線105
と、パワー用外部接続端子108a、信号用外部接続端子10
8bと、ケース106と、導電層103とパワー半導体素子104
を封止する樹脂107からなる。発熱量が比較的小さい小
容量パワー半導体モジュールでは、比較的熱伝導率が小
さいが安価である樹脂絶縁層を用いている。On the other hand, the structure of a small capacity power semiconductor module is shown in FIG. Aluminum heat sink 101 and heat sink 1
01, a conductive layer 103 bonded via a resin insulating layer 102,
Diode 104 bonded by solder on conductive layer 103
b, IGBT 104a, etc., a power semiconductor element 104, and a thin metal wire 105 connecting the conductive layer 103 and the power semiconductor element 104.
And power external connection terminal 108a, signal external connection terminal 10
8b, case 106, conductive layer 103 and power semiconductor element 104
Made of a resin 107 for sealing. A small-capacity power semiconductor module that generates a relatively small amount of heat uses a resin insulating layer that has a relatively low thermal conductivity but is inexpensive.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】樹脂絶縁層を用いたパ
ワー半導体モジュールを中、大容量域に適用出来れば、
高価なアルミナセラミックス、窒化アルミニウムセラミ
ックス等のセラミックスを使用する必要が無くコスト低
減を図ることが出来る。しかし、絶縁樹脂は熱伝導率が
小さいために、パワー半導体モジュールの熱抵抗が大き
くなり、発熱量の大きな中、大容量パワー半導体モジュ
ールに適用した際に、パワー半導体素子の温度が上昇し
て動作不良の原因となる。従って、中、大容量のパワー
半導体に絶縁樹脂層を用いる際はパワー半導体素子の発
熱の放散が課題となる。If a power semiconductor module using a resin insulating layer can be applied to a medium and large capacity region,
It is not necessary to use expensive ceramics such as alumina ceramics and aluminum nitride ceramics, and the cost can be reduced. However, since the thermal conductivity of the insulating resin is low, the thermal resistance of the power semiconductor module increases, and when applied to a large-capacity power semiconductor module while the calorific value is large, the temperature of the power semiconductor element rises and operates. Failure to do so. Therefore, when an insulating resin layer is used for a medium or large-capacity power semiconductor, heat dissipation from the power semiconductor element becomes a problem.
【０００７】これらパワー半導体素子の発熱を有効に放
散する手段として、図７に示すように、パワー半導体素
子素子104と回路パターンを有する導電層103との間に、
モリブデン等の低熱膨張率を有する金属で構成される熱
拡散板701を介するものがある。パワー半導体素子104の
発熱は熱拡散板701内で横方向に広がり、結果として、
パワー半導体モジュールの熱抵抗は低減する。また、モ
リブデンは熱膨張率が、放熱板101を構成するアルミお
よび導電層103を構成する銅と、パワー半導体素子104の
主たる構成材料のシリコンの間であり、運転時にパワー
半導体素子104の下面の接合部に生じる熱歪みを緩和す
る効果がある。しかし、熱拡散板701を設置する方法
は、モリブデン等の低熱膨張率の金属が高価で有ること
と、熱拡散板の接合のプロセスが必要であることからコ
スト上の問題がある。As means for effectively dissipating the heat generated by these power semiconductor elements, as shown in FIG. 7, between the power semiconductor element elements 104 and the conductive layer 103 having a circuit pattern,
There is a device via a heat diffusion plate 701 made of a metal having a low coefficient of thermal expansion such as molybdenum. The heat generated by the power semiconductor element 104 spreads laterally in the heat diffusion plate 701, and as a result,
The thermal resistance of the power semiconductor module is reduced. Further, molybdenum has a coefficient of thermal expansion between aluminum constituting the heat sink 101 and copper constituting the conductive layer 103, and silicon as a main constituent material of the power semiconductor element 104, and the lower surface of the power semiconductor element 104 during operation. This has the effect of reducing the thermal strain generated at the joint. However, the method of installing the heat diffusion plate 701 has a problem in terms of cost because a metal having a low coefficient of thermal expansion such as molybdenum is expensive and a process of joining the heat diffusion plate is required.
【０００８】一方、導電層を厚膜化することにより、導
電層に熱拡散の機能を持たせ、等価的に伝熱面積を広げ
る手段がある。導電層の厚膜化に効果的な手段として、
特開平09-129822号に開示されている、厚膜の導電層を
回路パターンに用いるものがある。導電層に使用する材
料は抵抗率が小さいことが望まれる。しかし、導電層に
銅やアルミニウム等の低抵抗率の金属を用いると、これ
らの低抵抗率の金属とパワー半導体素子の熱膨張率の差
が大きいために、運転中に導電層とパワー半導体素子の
接合部に熱歪みが発生する。例えば、銅の熱膨張率は１
７×１０~6／Ｋ、アルミの熱膨張率は２４×１０~6／Ｋ
である。一方、パワー半導体素子の主たる構成材料は、
主にシリコンである。シリコンの熱膨張率は、３×１０
~6／Ｋである。接合部に発生する熱歪みは、導電層とパ
ワー半導体素子の熱膨張率の差が大きいほど大きくな
る。また、パワー半導体素子の寸法が大きいほど、つま
り、中、大容量パワー半導体モジュール程、熱歪みが大
きくなる。熱歪みが大きいほど接合部の信頼性は低下す
る。運転時に発生する熱歪みのために、銅、アルミとい
った、低抵抗の金属を導電層に用いると、パワー半導体
モジュールの大容量化に限界がある。本発明の目的は、
安価な樹脂絶縁層を用いて、低熱抵抗かつ、運転時の熱
歪みの小さい高信頼性の中、大容量パワー半導体モジュ
ールを得ることにある。On the other hand, there is a means for increasing the thickness of the conductive layer so that the conductive layer has a function of diffusing heat and equivalently increasing the heat transfer area. As an effective means for thickening the conductive layer,
There is one disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-129822 in which a thick conductive layer is used for a circuit pattern. It is desired that the material used for the conductive layer has low resistivity. However, if a low-resistivity metal such as copper or aluminum is used for the conductive layer, the difference in thermal expansion coefficient between the low-resistance metal and the power semiconductor element is large. Thermal distortion occurs at the joints of. For example, the coefficient of thermal expansion of copper is 1
7 × 10 ~ 6 / K, the thermal expansion coefficient of aluminum is 24 × 10 ~ 6 / K
It is. On the other hand, the main constituent materials of power semiconductor elements are:
Mainly silicon. The coefficient of thermal expansion of silicon is 3 × 10
~ 6 / K. The thermal strain generated at the junction increases as the difference between the thermal expansion coefficients of the conductive layer and the power semiconductor element increases. In addition, the larger the size of the power semiconductor element, that is, the larger or larger the power semiconductor module, the larger the thermal strain. The greater the thermal strain, the lower the reliability of the joint. When a low-resistance metal such as copper or aluminum is used for the conductive layer due to thermal strain generated during operation, there is a limit to increasing the capacity of the power semiconductor module. The object of the present invention is
It is an object of the present invention to obtain a high-capacity power semiconductor module with low thermal resistance and low thermal distortion during operation and high reliability using an inexpensive resin insulating layer.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決する手段として、金属など熱伝導率の高い材料の放
熱板と、前期放熱板と樹脂絶縁層を介して接合された良
導体の導電層と、前記導電層と接するように構成された
パワー半導体素子と、外部との接続用の端子からなり、
前記パワー半導体素子と前記導電層の一部または全部が
樹脂で封止されたパワー半導体モジュールにおいて、前
期導電層が板厚０．５ｍｍ以上の銅と銅の酸化物の複合
材料とする。上記発明により、上記課題が達成される理
由を以下に示す。銅と銅の酸化物の複合材料は、低抵抗
率の銅と、低熱膨張率の酸化銅を複合させた材料であ
る。銅と銅の酸化物の複合材料の熱膨張率は、銅と酸化
銅の混合比により変化し、銅と酸化銅の間の値となる。
酸化銅の含有率は３０〜７０％の範囲でで制御可能であ
り、熱膨張率は５〜１４×１０~6／Ｋの範囲で酸化銅の
含有率の上昇に伴い、低下する。銅と銅の酸化物の複合
材料は低熱膨張率であるので、運転時に発生する導電層
とパワー半導体素子の接合部に発生する熱歪みを低減す
ることが可能であり、銅と銅の酸化物の複合材料を導電
層に用いたパワー半導体モジュールは高信頼性を得るこ
とが出来る。一方、銅と銅の酸化物の複合材料は高抵抗
率である酸化銅を含むために、原材料の銅と比較して抵
抗率が大きくなる。銅と銅の酸化物の複合材料の抵抗率
は、例えば、酸化銅の含有量が３０％の場合は銅の２倍
程度、酸化銅の含有量が５０％程度の場合は銅の５倍程
度に大きくなる。本発明では、銅と銅の酸化物の複合材
料を用いて、導電層の厚さを０．５ｍｍ以上とし、熱拡
散機能を持たせる。この結果、導電層で発生するジュー
ル熱を低減することが出来る。According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problems, a heat radiating plate made of a material having a high thermal conductivity such as a metal, and a conductive material of a good conductor bonded to the heat radiating plate via a resin insulating layer are used. A power semiconductor element configured to be in contact with the conductive layer, and a terminal for connection to the outside,
In the power semiconductor module in which a part or all of the power semiconductor element and the conductive layer are sealed with resin, the conductive layer is a composite material of copper and copper oxide having a plate thickness of 0.5 mm or more. The reason why the above-mentioned object is achieved by the above-mentioned invention will be described below. The composite material of copper and copper oxide is a material in which low-resistance copper and low-thermal-expansion copper oxide are composited. The coefficient of thermal expansion of the composite material of copper and copper oxide changes depending on the mixing ratio of copper and copper oxide, and takes a value between copper and copper oxide.
The content of copper oxide can be controlled in the range of 30 to 70%, and the coefficient of thermal expansion falls in the range of 5 to 14 × 10 6 / K as the content of copper oxide increases. Since the composite material of copper and copper oxide has a low coefficient of thermal expansion, it is possible to reduce the thermal strain generated at the junction between the conductive layer and the power semiconductor element during operation, and to reduce the copper and copper oxide. The power semiconductor module using the composite material of (1) for the conductive layer can achieve high reliability. On the other hand, a composite material of copper and copper oxide contains copper oxide, which has high resistivity, and thus has a higher resistivity than copper, which is a raw material. The resistivity of the composite material of copper and copper oxide is, for example, about twice that of copper when the content of copper oxide is 30%, and about five times that of copper when the content of copper oxide is about 50%. Become larger. In the present invention, the conductive layer is made to have a thickness of 0.5 mm or more by using a composite material of copper and copper oxide to have a heat diffusion function. As a result, Joule heat generated in the conductive layer can be reduced.
【００１０】また、逆並列接続したダイオードと自己消
弧型スイッチング素子を前期パワー半導体素子として用
い、前記導電層の複合材料の熱伝導率に異方性を持た
せ、前記ダイオードから逆並列接続した前期自己消弧型
スイッチング素子方向の前期導電層の熱伝導率が大きく
なるように、パワー半導体素子を配置する。[0010] Further, the diode and the self-extinguishing type switching element connected in anti-parallel are used as the power semiconductor element, the composite material of the conductive layer has anisotropy in thermal conductivity, and the diode is connected in anti-parallel from the diode. The power semiconductor elements are arranged such that the thermal conductivity of the conductive layer in the direction of the self-extinguishing type switching element increases.
【００１１】パワー半導体素子として、逆並列接続した
ダイオードと自己消弧型スイッチング素子を用いたパワ
ー半導体モジュールは、インバータ動作時には、自己消
弧型スイッチング素子の方が逆並列接続されたダイオー
ドよりも発熱が大きい。一方、コンバータ動作時には、
ダイオードの方が逆並列接続された自己消弧型スイッチ
ング素子よりも発熱が大きい。熱伝導率に異方性を持た
せた導電層上に、前記ダイオードから逆並列接続した前
期自己消弧型スイッチング素子方向の前期導電層の熱伝
導率が大きくなるように、パワー半導体素子を配置する
ことにより、自己消弧型スイッチング素子の発熱が大き
い時には、自己消弧型スイッチング素子の発熱を、導電
層を通して逆並列接続したダイオードの方向に逃がし、
一方、ダイオードの発熱が大きい時には、ダイオードの
発熱を、導電層を通して逆並列接続した自己消弧型スイ
ッチング素子の方向に逃がすことにより、効率的にパワ
ー半導体素子の冷却が出来るので、上記課題を達成し、
かつ、パワー半導体モジュールの小型化が可能である。In a power semiconductor module using a diode connected in anti-parallel and a self-extinguishing type switching element as a power semiconductor element, the self-extinguishing type switching element generates more heat during operation of the inverter than a diode connected in anti-parallel. Is big. On the other hand, during converter operation,
The diode generates more heat than the self-extinguishing type switching element connected in anti-parallel. A power semiconductor element is arranged on a conductive layer having anisotropy in thermal conductivity such that the thermal conductivity of the conductive layer in the direction of the self-extinguishing type switching element connected in anti-parallel from the diode becomes large. By doing so, when the self-arc-extinguishing type switching element generates a large amount of heat, the self-arc-extinguishing type switching element emits heat in the direction of the diode connected in anti-parallel through the conductive layer,
On the other hand, when the heat generated by the diode is large, the heat generated by the diode is released in the direction of the self-extinguishing type switching element connected in anti-parallel through the conductive layer, so that the power semiconductor element can be efficiently cooled. And
In addition, the size of the power semiconductor module can be reduced.
【００１２】また、熱伝導率の高い材料の放熱板と、前
期放熱板と樹脂絶縁層を介して接合された良導体の導電
層と、前記放熱板と前記樹脂絶縁層を介して接合された
有機材料の積層基板と、前記積層基板上に構成された信
号回路と、前記導電層と接するように構成されたパワー
半導体素子と、外部との接続用の端子からなり、前記パ
ワー半導体素子と前記信号回路と前記導電層の一部また
は全部が樹脂で封止されたパワー半導体モジュールにお
いて、前記放熱板に銅と銅の酸化物の複合材料を用い、
前期放熱板の熱伝導率に異方性を持たせ、前期パワー半
導体素子から前期信号回路方向の前期放熱板の熱伝導率
が大きくなるように、パワー半導体素子と信号回路を配
置する。A heat sink made of a material having a high thermal conductivity, a conductive layer of a good conductor joined to the heat sink through a resin insulating layer, and an organic joint joined to the heat sink through the resin insulating layer. A laminated substrate made of a material, a signal circuit formed on the laminated substrate, a power semiconductor element configured to be in contact with the conductive layer, and a terminal for connection to the outside; and the power semiconductor element and the signal In a power semiconductor module in which a circuit or a part or the whole of the conductive layer is sealed with a resin, a composite material of copper and copper oxide is used for the heat sink,
The power semiconductor element and the signal circuit are arranged such that the thermal conductivity of the heat radiating plate has anisotropy and the thermal conductivity of the heat radiating plate in the direction from the power semiconductor element to the signal circuit direction becomes large.
【００１３】パワー半導体素子からなるパワー回路部
と、前期パワー回路部を制御する制御用素子を搭載した
信号回路を設けたパワー半導体モジュールにおいて、パ
ワー回路部は信号回路部よりも発熱が大きい。放熱板の
熱伝導率に異方性を持たせ、前期パワー半導体素子から
前期信号回路方向の前期放熱板の熱伝導率が大きくなる
ように、パワー半導体素子と信号回路を配置することに
より、パワー回路部の発熱を、放熱板を通し、発熱の小
さい信号回路部方向に逃がすことにより、効率的にパワ
ー回路部を冷却することが出来る。In a power semiconductor module provided with a power circuit section composed of a power semiconductor element and a signal circuit on which a control element for controlling the power circuit section is mounted, the power circuit section generates more heat than the signal circuit section. By providing the heat conductivity of the heat sink with anisotropy and arranging the power semiconductor element and the signal circuit so that the heat conductivity of the heat sink in the direction of the signal circuit from the power semiconductor element increases from the power semiconductor element The power circuit can be efficiently cooled by releasing the heat generated by the circuit through the heat radiating plate and in the direction of the signal circuit generating less heat.
【００１４】以上の様に、本発明によれば、絶縁樹脂を
用い、運転時に発生する熱歪みが小さく、パワー半導体
素子の発熱を効率的に放散する高信頼性の中、大容量パ
ワー半導体モジュールが得られる。As described above, according to the present invention, a high-reliability, large-capacity power semiconductor module which uses an insulating resin, has a small thermal strain generated during operation, and efficiently dissipates heat generated by a power semiconductor element. Is obtained.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図１、
図２、図３、図４について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
2, 3 and 4 will be described.
【００１６】ただし、本発明は下記の実施例に限られる
ものではない。However, the present invention is not limited to the following embodiments.
【００１７】（実施例１）図１に、本発明の第一の実施
形態である、本発明を３相パワー回路を含むパワー半導
体モジュールを示す。図１ｂは、本実施形態の平面構造
を示す。図１ａは図１ｂのＡ−Ａ断面を示す。本実施形
態の構造は、放熱板101の上に、樹脂絶縁層102を設け、
樹脂絶縁層102上に導電層103を接合し、導電層103上の
所定の位置にパワー半導体素子104を半田により接合
し、金属細線105で導電層103とパワー半導体素子104を
結線している。樹脂絶縁層102上に接合したケース106
と、封止樹脂107によりモールドしている。導電層103は
パワー用外部端子108aおよび信号用外部端子108bにより
外部と接続される。パワー半導体素子104として、導電
層103の回路パターンの同一部位に、逆並列接続された
ＩＧＢＴ104aとダイオード104bを搭載している。(Example 1) FIG. 1 shows a power semiconductor module according to a first embodiment of the present invention including a three-phase power circuit. FIG. 1b shows a planar structure of the present embodiment. FIG. 1a shows a section AA of FIG. 1b. In the structure of the present embodiment, a resin insulating layer 102 is provided on a heat sink 101,
The conductive layer 103 is bonded to the resin insulating layer 102, the power semiconductor element 104 is bonded to a predetermined position on the conductive layer 103 by soldering, and the conductive layer 103 and the power semiconductor element 104 are connected by the thin metal wire 105. Case 106 bonded on resin insulation layer 102
Is molded with the sealing resin 107. The conductive layer 103 is connected to the outside through a power external terminal 108a and a signal external terminal 108b. As the power semiconductor element 104, an IGBT 104a and a diode 104b, which are connected in anti-parallel, are mounted on the same portion of the circuit pattern of the conductive layer 103.
【００１８】放熱板101には、パワー半導体モジュール
の冷却フィンへの取り付け用の穴109を設けてある。放
熱板101の材料として、高熱伝導の金属である、アル
ミ、銅等が用いられる。また、放熱板101内の熱広がり
によるパワー半導体モジュールの熱抵抗の低減の効果を
考慮し、放熱板101厚は、２〜５ｍｍの範囲とする。The heat radiating plate 101 is provided with a hole 109 for attaching the power semiconductor module to the cooling fin. As a material of the heat radiating plate 101, aluminum, copper, or the like, which is a metal having high thermal conductivity, is used. Also, in consideration of the effect of reducing the thermal resistance of the power semiconductor module due to the heat spread in the heat sink 101, the thickness of the heat sink 101 is set in the range of 2 to 5 mm.
【００１９】樹脂絶縁層102は、低熱抵抗および高絶縁
が必要である。樹脂絶縁層102には、フィラーが分散さ
れたエポキシ樹脂を用いている。フィラーには、高熱伝
導率を有する無機化合物、例えば酸化珪素、酸化アルミ
等が用いられる。フィラーの含有率を増すほど樹脂絶縁
層102の熱抵抗は低減するが、エポキシ樹脂中に分散可
能なフィラーの量には限界がある。フィラーの含有量を
７５〜９５％とすることで、樹脂絶縁層102の熱伝導率
は２〜５Ｗ／ｍｋ程度の範囲となる。また、低熱抵抗の
樹脂絶縁層102を得るためには、樹脂絶縁層厚102を薄く
することが有効である。しかし、樹脂絶縁層102を薄く
すると、樹脂絶縁層102の絶縁耐圧が小さくなるととも
に、樹脂絶縁層102にピンホール等が発生しやすくな
り、信頼性を低下させる。よって、樹脂絶縁層102の薄
化には限界がある。本実施例での、樹脂絶縁層102の厚
さは５０〜２５０μｍ程度である。樹脂絶縁層102は、
絶縁を目的とするものであり、導電層103の直下部と、
導電層103の周囲の放熱板101を、必要とされる絶縁耐圧
に相当する縁面距離分以上は覆っている必要がある。本
実施例では、放熱板101の導電層103側の主面の全面を樹
脂絶縁層102で覆っている。The resin insulation layer 102 needs to have low thermal resistance and high insulation. For the resin insulating layer 102, an epoxy resin in which a filler is dispersed is used. As the filler, an inorganic compound having high thermal conductivity, for example, silicon oxide, aluminum oxide, or the like is used. As the content of the filler increases, the thermal resistance of the resin insulating layer 102 decreases, but the amount of the filler that can be dispersed in the epoxy resin is limited. By setting the content of the filler to 75 to 95%, the thermal conductivity of the resin insulating layer 102 is in a range of about 2 to 5 W / mk. Further, in order to obtain the resin insulation layer 102 having low heat resistance, it is effective to reduce the thickness 102 of the resin insulation layer. However, when the thickness of the resin insulating layer 102 is reduced, the withstand voltage of the resin insulating layer 102 is reduced, and pinholes and the like are easily generated in the resin insulating layer 102, thereby lowering reliability. Therefore, there is a limit to the thickness of the resin insulating layer 102. In this embodiment, the thickness of the resin insulating layer 102 is about 50 to 250 μm. The resin insulation layer 102
For the purpose of insulation, and immediately below the conductive layer 103,
It is necessary to cover the heat sink 101 around the conductive layer 103 by an edge distance equal to or more than the required withstand voltage. In the present embodiment, the entire surface of the heat dissipation plate 101 on the conductive layer 103 side is covered with the resin insulating layer 102.
【００２０】導電層103は、銅と銅の酸化物の複合材料
により構成される。銅と銅の酸化物の複合材料の、酸化
銅の含有率は３０〜７０％の範囲であり、熱膨張率は５
〜１４×１０~6／Ｋの範囲である。導電層103は図１ｂ
に示すような回路パターンを形成している。導電層103
の板厚は０．５ｍｍ以上とする。銅と銅の酸化物の複合
材料は加工性に優れるので、板厚０．５ｍｍ以上の任意
の形状の回路パターンを、プレス加工にて作製出来る。
導電層103の厚さを０．５ｍｍ以上とすると、後述する
金属細線105の断面積に比べて大きく、ジュール発熱は
問題とならない。The conductive layer 103 is made of a composite material of copper and copper oxide. The copper oxide content of the composite material of copper and copper oxide is in the range of 30 to 70%, and the coefficient of thermal expansion is 5%.
１４14 × 10 ~ 6 / K. The conductive layer 103 is shown in FIG.
The circuit pattern shown in FIG. Conductive layer 103
Is 0.5 mm or more. Since the composite material of copper and copper oxide has excellent workability, a circuit pattern having an arbitrary shape with a thickness of 0.5 mm or more can be formed by press working.
When the thickness of the conductive layer 103 is 0.5 mm or more, it is larger than the cross-sectional area of the metal wire 105 described later, and the Joule heat does not pose a problem.
【００２１】銅と銅の酸化物の複合材料を導電層103に
用いるとにより、銅を用いた場合と比べて、パワー半導
体素子104との接合部に発生する熱歪みを緩和すること
ができ、図１に示すような、複数の部位からなる回路パ
ターンの導電層103を備えるパワー半導体素子において
は、パワー半導体素子を搭載した導電層103aのみに、抵
抗率が銅と比べて大きい、銅と銅の酸化物の複合材料を
用いてもジュール発熱の問題はない。また、搭載された
パワー半導体素子104のサイズ、発熱により、回路パタ
ーンの部位毎に導電層103の酸化銅の含有率を最適化す
ることが出来る。By using a composite material of copper and copper oxide for the conductive layer 103, thermal strain generated at the junction with the power semiconductor element 104 can be reduced as compared with the case where copper is used. As shown in FIG. 1, in a power semiconductor device including a conductive layer 103 of a circuit pattern including a plurality of portions, only a conductive layer 103a on which the power semiconductor device is mounted has a larger resistivity than copper, such as copper and copper. There is no problem of Joule heat even if a composite material of the oxide is used. In addition, the content of copper oxide in the conductive layer 103 can be optimized for each part of the circuit pattern due to the size and heat generation of the mounted power semiconductor element 104.
【００２２】また、導電層103の表面をNi,Ag,Pt,Sn,Sb,
Cu,Zn,Pdの群から選択された少なくとも１種の金属、ま
たは、Ni,Ag,Pt,Sn,Sb,Cu,Zn,Pdの群から選択された少
なくとも１種以上の金属を含む合金により被覆すること
により良好な半田濡れ性を得ることが出来る。The surface of the conductive layer 103 is made of Ni, Ag, Pt, Sn, Sb,
Cu, Zn, at least one metal selected from the group of Pd, or an alloy containing at least one metal selected from the group of Ni, Ag, Pt, Sn, Sb, Cu, Zn, Pd Good solder wettability can be obtained by coating.
【００２３】パワー半導体素子104と導電層103を接合す
る半田は、Ｓｎ６３Ｐｂ３７等の錫と鉛の共晶組成に近
い合金が、プロセス温度が低くてよい。また、鉛を含有
していない半田として、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系等がある。
これらの半田は半田接合部に発生する熱歪みを低減する
ために、半田層の厚さを５０μｍ以上としている。As the solder for joining the power semiconductor element 104 and the conductive layer 103, an alloy such as Sn63Pb37 having a eutectic composition of tin and lead may be used at a low process temperature. Further, as a solder containing no lead, there is a Sn-Ag-Bi-based solder or the like.
In these solders, the thickness of the solder layer is set to 50 μm or more in order to reduce thermal distortion generated in the solder joint.
【００２４】ケース106は、前期放熱板101に樹脂絶縁層
102を介して接着している。ケース106の材料に、耐熱性
を有するＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を用い
ることにより、前期パワー半導体素子104の導電層103へ
の半田接合と同時に、樹脂絶縁層102に接着することが
可能である。The case 106 has a resin insulating layer formed on the heat radiating plate 101.
Glued through 102. By using heat-resistant PPS (polyphenylene sulfide) as the material of the case 106, it is possible to bond the power semiconductor element 104 to the resin insulating layer 102 at the same time as the solder bonding to the conductive layer 103.
【００２５】パワー半導体素子104と導電層103は、金属
細線105により接合されている。金属細線105には、φ３
００〜５００μｍ程度のＡｌ合金のワイヤを用いる。The power semiconductor element 104 and the conductive layer 103 are joined by a thin metal wire 105. Φ3 for the metal wire 105
An Al alloy wire of about 00 to 500 μm is used.
【００２６】また、導電層103には、外部との接続用の
端子108が配置されている。導電層103やパワー半導体素
子104、金属細線105、外部接続端子108の一部は、熱伝
導率の高い樹脂107によって封止されている。この封止
樹脂107は、エポキシ樹脂等の比較的硬い熱硬化性樹脂
を使用するのが一般的であるが、封止の際や使用時に封
止樹脂が金属細線や素子に悪影響を与えることを防止す
るために、シリコンゲル等の比較的柔らかい材料を用い
る。In the conductive layer 103, terminals 108 for connection to the outside are arranged. A part of the conductive layer 103, the power semiconductor element 104, the thin metal wires 105, and the external connection terminals 108 are sealed with a resin 107 having high thermal conductivity. As the sealing resin 107, a relatively hard thermosetting resin such as an epoxy resin is generally used. However, it is necessary to consider that the sealing resin has an adverse effect on the thin metal wires and elements at the time of sealing or use. To prevent this, a relatively soft material such as silicon gel is used.
【００２７】本実施形態におけるパワー半導体モジュー
ルは、低熱膨張率である銅と銅の酸化物の複合材料の導
電層103を用いることにより、比較的大容量のパワー半
導体素子104を実装した場合においても、運転時にパワ
ー半導体素子104と導電層103の接合部に生じる熱歪みを
抑制し高信頼性を得ている。また、導電層103の板厚を
０．５ｍｍ以上とすることによって、高抵抗である銅と
銅の複合材料の導電層103においても充分低い電気抵抗
が得られ、導電層103部のジュール発熱が抑制出来ると
ともに、従来例の様に、モリブデンの様な高価な熱拡散
板用いることなく、パワー半導体素子で発生した熱を導
電層103内部で効果的に拡散させパワー半導体モジュー
ルの熱抵抗を低減している。The power semiconductor module according to the present embodiment uses the conductive layer 103 of a composite material of copper and copper oxide having a low coefficient of thermal expansion, so that the power semiconductor module 104 having a relatively large capacity can be mounted. In addition, thermal distortion generated at the junction between the power semiconductor element 104 and the conductive layer 103 during operation is suppressed, and high reliability is obtained. Further, by setting the thickness of the conductive layer 103 to 0.5 mm or more, a sufficiently low electrical resistance can be obtained even in the conductive layer 103 of a high-resistance composite material of copper and copper, and the Joule heat generated in the conductive layer 103 portion is reduced. The heat generated in the power semiconductor element can be effectively diffused inside the conductive layer 103 without using an expensive heat diffusion plate such as molybdenum as in the conventional example, and the thermal resistance of the power semiconductor module can be reduced. ing.
【００２８】（実施例２）図２に本発明を、単相パワー
回路を含むパワー半導体モジュールに適用した例を示
す。本実施形態は、逆並列接続されたＩＧＢＴ104aとダ
イオード104bが、それぞれ２チップずつ並列接続され、
同一の回路パターンの導電層103a上に搭載されている。
また、銅と銅の酸化物で構成された導電層103aに、図２
ａに示す方向の熱伝導率が大きくなるような熱伝導率の
異方性を持たせている。また、パワー半導体素子104
は、ＩＧＢＴ104aから逆並列されたダイオード104b方向
の、導電層103の熱伝導率が大きくなる様に配置されて
いる。図２ｂに図２ａのＡ−Ａ断面図を示す。図２ｂに
図２ａのＢ−Ｂ断面図を示す。図２ａ、図２ｂにはイン
バータ動作時の熱流を矢印で模式的に示している。イン
バータ動作時は、ＩＧＢＴ104aの方が逆並列接続したダ
イオード104bよりも発熱が大きい。導電層103には図２
ａに示す方向の熱伝導率の異方性を持たせているので、
ＩＧＢＴ104aの発熱の広がりは、図２ａに示す逆並列接
続されたダイオード104bへの方向の方が、図２ｃに示す
並列接続されたＩＧＢＴ104aへの方向よりも大きい。よ
って、インバータ動作時のＩＧＢＴ104aの発熱は、導電
層103内を、熱伝導率の大きい方向、つまり、逆並列し
た発熱の小さいダイオード104b方向へ広がり、効率的に
冷却される。一方、コンバータ動作時は、ダイオード10
4bの方が逆並列接続したＩＧＢＴ104aよりも発熱が大き
い。ダイオード104bの発熱は、導電層103内を、熱伝導
率の大きい方向、つまり、逆並列した発熱の小さいＩＧ
ＢＴ104a方向へ広がり、同様に、効率的に冷却される。(Embodiment 2) FIG. 2 shows an example in which the present invention is applied to a power semiconductor module including a single-phase power circuit. In the present embodiment, the IGBT 104a and the diode 104b connected in anti-parallel are connected in parallel by two chips each,
It is mounted on the conductive layer 103a having the same circuit pattern.
FIG. 2 shows a conductive layer 103a made of copper and a copper oxide.
Anisotropy of the thermal conductivity is provided so that the thermal conductivity in the direction indicated by a becomes large. In addition, the power semiconductor element 104
Are arranged such that the thermal conductivity of the conductive layer 103 in the direction of the diode 104b, which is antiparallel to the IGBT 104a, increases. FIG. 2B is a sectional view taken along line AA of FIG. 2A. FIG. 2B is a sectional view taken along line BB of FIG. 2A. 2A and 2B schematically show the heat flow during the operation of the inverter with arrows. During the operation of the inverter, the IGBT 104a generates more heat than the diode 104b connected in anti-parallel. As shown in FIG.
Since it has anisotropy of thermal conductivity in the direction shown by a,
The spread of heat generation of the IGBT 104a is larger in the direction toward the anti-parallel connected diode 104b shown in FIG. 2A than in the direction toward the parallel connected IGBT 104a shown in FIG. 2C. Therefore, the heat generated by the IGBT 104a during the operation of the inverter spreads in the conductive layer 103 in the direction of higher thermal conductivity, that is, in the direction of the anti-parallel diode 104b that generates less heat, and is efficiently cooled. On the other hand, when the converter is
4b generates more heat than the IGBT 104a connected in anti-parallel. The heat generated by the diode 104b is generated in the conductive layer 103 in a direction in which the thermal conductivity is large, that is, an IG with a small heat generation in antiparallel.
It spreads in the direction of the BT 104a, and is similarly efficiently cooled.
【００２９】（実施例３）図３に、本発明の第三の実施
形態である、３相パワー回路とパワー回路を制御する制
御用素子を含む信号回路からなる、パワー半導体モジュ
ールに適用した例を示す。図３ｂは本実施例の平面構造
を示す。図３ａは図３ｂのＡ−Ａ断面を示す。なお、図
１を用いて説明した、第一の実施例であるパワー半導体
モジュールと同一の構成については、同一の符号を付
し、重複する説明を省略する。(Embodiment 3) FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention applied to a power semiconductor module comprising a three-phase power circuit and a signal circuit including a control element for controlling the power circuit. Is shown. FIG. 3B shows a planar structure of the present embodiment. FIG. 3a shows a section AA of FIG. 3b. The same components as those of the power semiconductor module according to the first embodiment described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００３０】樹脂絶縁層102上に、ガラスエポキシ製の
多層基板301が接着剤により接合されている。ガラスエ
ポキシ製の多層基板301には、信号回路302が形成されて
いる（図３ｂには省略されている）。信号回路はパワー
半導体素子104を制御する制御用半導体素子303を含む。
ガラスエポキシ製の積層基板301は導電層103と同時に、
放熱板101に樹脂絶縁層102を介して、接着剤により接合
される。ＩＧＢＴ104aおよびダイオード104bは、信号回
路302および導電層103の所定の箇所に金属細線105によ
り結線される。また、放熱板101の下主面が露出するよ
うに、エポキシ樹脂の封止樹脂107で、トランスファー
形成により樹脂封止されている。On the resin insulating layer 102, a glass epoxy multilayer substrate 301 is bonded by an adhesive. A signal circuit 302 is formed on a glass epoxy multilayer substrate 301 (not shown in FIG. 3B). The signal circuit includes a control semiconductor element 303 for controlling the power semiconductor element 104.
The glass epoxy laminated substrate 301 is the same as the conductive layer 103,
The heatsink 101 is bonded to the heatsink 101 via a resin insulating layer 102 with an adhesive. The IGBT 104a and the diode 104b are connected to predetermined portions of the signal circuit 302 and the conductive layer 103 by thin metal wires 105. The resin is sealed with an epoxy resin sealing resin 107 by transfer formation so that the lower main surface of the heat sink 101 is exposed.
【００３１】（実施例４）図４に、本発明の第四の実施
形態である、本発明をパワー半導体素子104から構成さ
れる３相パワー回路部401とパワー回路部401を制御する
制御用素子303を含む信号回路部402からなる、パワー半
導体モジュールに適用した例を示す。図４ｂは本実施例
の平面構造を示す。図４ａは図４ｂのＡ−Ａ断面を示
す。なお、図３を用いて説明した、第三の実施例である
パワー半導体モジュールと同一の構成については、同一
の符号を付し、重複する説明を省略する。(Embodiment 4) FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the present invention is applied to a three-phase power circuit section 401 composed of a power semiconductor element 104 and a control circuit for controlling the power circuit section 401. An example in which the present invention is applied to a power semiconductor module including a signal circuit unit 402 including an element 303 will be described. FIG. 4B shows a planar structure of this embodiment. FIG. 4a shows a cross section AA of FIG. 4b. Note that the same components as those of the power semiconductor module according to the third embodiment described with reference to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
【００３２】導電層103には、導電率の高い金属もしく
は、熱膨張率の小さい銅と銅酸化物の複合材料を用い
る。パワー半導体素子の容量により、小容量域において
は、銅などの導電率が高く、熱膨張率の大きい金属を導
電層103に用いる。この際は、導電層103の厚さは０．５
ｍｍ以下で問題はない。中、大容量域においては、熱膨
張率の小さい銅と銅の酸化物の複合材料を用いる。この
際、導電層103の厚さは、０．５ｍｍ以上とする。放熱
板101には銅と銅酸化物の複合材料を用いる。放熱板101
に、図４ｂに示す方向の熱伝導率が大きくなるような熱
伝導率の異方性を持たせている。また、パワー回路部お
よび信号回路部は、パワー回路部から信号回路部方向の
放熱板101の熱伝導率が大きくなる様に配置されてい
る。運転時の、熱流を図４ａに矢印で模式的に示す。パ
ワー回路部は信号回路部よりも発熱が大きい。パワー回
路部の発熱は、熱伝導率が大きい信号回路部の方向に広
がり、効率的に冷却される。For the conductive layer 103, a metal having high conductivity or a composite material of copper and copper oxide having a low coefficient of thermal expansion is used. Depending on the capacity of the power semiconductor element, a metal having high conductivity and high thermal expansion coefficient, such as copper, is used for the conductive layer 103 in a small capacity region. At this time, the thickness of the conductive layer 103 is 0.5
There is no problem below mm. In the middle and large capacity regions, a composite material of copper and copper oxide having a low coefficient of thermal expansion is used. At this time, the thickness of the conductive layer 103 is 0.5 mm or more. The heat sink 101 is made of a composite material of copper and copper oxide. Heat sink 101
FIG. 4B shows an anisotropy of the thermal conductivity such that the thermal conductivity in the direction shown in FIG. The power circuit section and the signal circuit section are arranged so that the heat conductivity of the heat radiating plate 101 in the direction from the power circuit section to the signal circuit section increases. The heat flow during operation is schematically shown in FIG. 4a by arrows. The power circuit generates more heat than the signal circuit. The heat generated in the power circuit portion spreads in the direction of the signal circuit portion having a high thermal conductivity and is efficiently cooled.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、安価な樹
脂絶縁層を用いて、低熱抵抗かつ、運転時の熱歪みの小
さい高信頼性の中、大容量パワー半導体モジュールを得
ることができた。As described above, according to the present invention, an inexpensive resin insulating layer can be used to obtain a high-capacity power semiconductor module with low thermal resistance and low thermal distortion during operation and high reliability. did it.
【図１】本発明によるパワー半導体モジュールの第一の
実施例を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of a power semiconductor module according to the present invention.
【図２】本発明によるパワー半導体モジュールの第二の
実施例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the power semiconductor module according to the present invention.
【図３】本発明によるパワー半導体モジュールの第三の
実施例を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a third embodiment of the power semiconductor module according to the present invention.
【図４】本発明によるパワー半導体モジュールの第四の
実施例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a fourth embodiment of the power semiconductor module according to the present invention.
【図５】本発明によるパワー半導体モジュールの従来例
を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a conventional example of a power semiconductor module according to the present invention.
【図６】本発明によるパワー半導体モジュールの従来例
を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory view showing a conventional example of a power semiconductor module according to the present invention.
【図７】本発明によるパワー半導体モジュールの従来例
を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing a conventional example of a power semiconductor module according to the present invention.
【符号の説明】 101…放熱板、102…樹脂絶縁層、103…導電層、104…パ
ワー半導体素子、105…金属細線、106…ケース、107…
封止樹脂、108…外部接続端子、109…取り付け穴、301
…ガラスエポキシ製多層基板、302…信号回路、303…制
御用素子、401…パワー回路部、402…信号回路部、501
…セラミック基板、502…回路パターン、701…熱拡散
板。[Description of Signs] 101: heat sink, 102: resin insulating layer, 103: conductive layer, 104: power semiconductor element, 105: thin metal wire, 106: case, 107:
Sealing resin, 108 ... external connection terminal, 109 ... mounting hole, 301
... multilayer board made of glass epoxy, 302 ... signal circuit, 303 ... control element, 401 ... power circuit section, 402 ... signal circuit section, 501
... ceramic substrate, 502 ... circuit pattern, 701 ... heat diffusion plate.
フロントページの続き (72)発明者 平井 強 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 鈴木 和弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鴨志田 陸男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 斉藤 直人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 佐々木 康二 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 飛山 芳郎 茨城県日立市弁天町三丁目10番２号 日立 原町電子工業株式会社内Continuing from the front page (72) Inventor Tsuyoshi Hirai 3-1-1 Sachicho, Hitachi-shi, Ibaraki Pref. Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (72) Inventor Kazuhiro Suzuki 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratories (72) Inventor Rikuo Kamoshida 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratory Co., Ltd. (72) Koji Sasaki, 502, Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki, Japan Machinery Research Laboratory (72) Yoshiro Tobiyama 3-1-2, Benten-cho, Hitachi, Ibaraki, Japan Hitachi Haramachi Electronics Co., Ltd.
Claims (3)
と、前期放熱板と樹脂絶縁層を介して接合された良導体
の導電層と、前記導電層と接するように構成されたパワ
ー半導体素子と、外部との接続用の端子からなり、前記
パワー半導体素子と前記導電層の一部または全部が樹脂
で封止されたパワー半導体モジュールにおいて、前記導
電層が板厚０．５ｍｍ以上の銅と銅の酸化物の複合材料
であることを特徴とするパワー半導体モジュール。1. A heat sink made of a material having a high thermal conductivity such as a metal, a conductive layer of a good conductor joined to the heat sink through a resin insulating layer, and a power semiconductor element configured to be in contact with the conductive layer. And a power semiconductor module comprising a terminal for connection to the outside, and a part or all of the power semiconductor element and the conductive layer are sealed with resin, wherein the conductive layer is made of copper having a thickness of 0.5 mm or more. A power semiconductor module, which is a composite material of copper oxide.
オードと自己消弧型スイッチング素子を前記パワー半導
体素子として用い、前記導電層の複合材料の熱伝導率に
異方性を持たせ、前記ダイオードから前記自己消弧型ス
イッチング素子方向の前記導電層の熱伝導率が大きくな
るように、パワー半導体素子を配置したことを特徴とし
たパワー半導体モジュール。2. The diode according to claim 1, wherein an antiparallel-connected diode and a self-extinguishing switching element are used as the power semiconductor element, and a thermal conductivity of a composite material of the conductive layer is made anisotropic. A power semiconductor module, wherein a power semiconductor element is arranged such that the thermal conductivity of the conductive layer in the direction of the self-extinguishing type switching element increases.
熱板と樹脂絶縁層を介して接合された良導体の導電層
と、前記放熱板と前記樹脂絶縁層を介して接合された有
機材料の積層基板と、前記積層基板上に構成された信号
回路と、前記導電層と接するように構成されたパワー半
導体素子と、外部との接続用の端子からなり、前記パワ
ー半導体素子と前記信号回路と前記導電層の一部または
全部が樹脂で封止されたパワー半導体モジュールにおい
て、前記放熱板に銅と銅の酸化物の複合材料を用い、前
記放熱板の熱伝導率に異方性を持たせ、前記パワー半導
体素子から前記信号回路方向の前期放熱板の熱伝導率が
大きくなるように、パワー半導体素子と信号回路を配置
したことを特徴とするパワー半導体モジュール。3. A heat sink made of a material having a high thermal conductivity, a conductive layer of a good conductor joined to the heat sink through a resin insulating layer, and an organic joined to the heat sink through the resin insulating layer. A laminated substrate made of a material, a signal circuit formed on the laminated substrate, a power semiconductor element configured to be in contact with the conductive layer, and a terminal for connection to the outside; and the power semiconductor element and the signal In a power semiconductor module in which a part of or a whole of a circuit and the conductive layer is sealed with resin, a composite material of copper and copper oxide is used for the heat sink, and the heat conductivity of the heat sink has anisotropy. A power semiconductor module, wherein the power semiconductor element and the signal circuit are arranged such that the thermal conductivity of the heat sink in the signal circuit direction from the power semiconductor element increases.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17192999A JP3972519B2 (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Power semiconductor module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17192999A JP3972519B2 (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Power semiconductor module |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001007281A true JP2001007281A (en) | 2001-01-12 |
| JP3972519B2 JP3972519B2 (en) | 2007-09-05 |
Family
ID=15932464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17192999A Expired - Fee Related JP3972519B2 (en) | 1999-06-18 | 1999-06-18 | Power semiconductor module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3972519B2 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002325467A (en) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Yaskawa Electric Corp | Inverter device |
| DE10200372A1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-24 | Siemens Ag | Power semiconductor module has one contact surface of semiconductor element contacting metallized structure via solder material and second contact surface contacting metallized structure via bonding wire |
| JP2003303940A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Hitachi Ltd | Insulation circuit board and semiconductor device |
| JP2008218814A (en) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Power module |
| JP2012151354A (en) * | 2011-01-20 | 2012-08-09 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device |
| WO2015053219A1 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-16 | ローム株式会社 | Power module, and method for producing same |
| JP2016181536A (en) * | 2015-03-23 | 2016-10-13 | 住友ベークライト株式会社 | Power semiconductor device |
-
1999
- 1999-06-18 JP JP17192999A patent/JP3972519B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002325467A (en) * | 2001-04-25 | 2002-11-08 | Yaskawa Electric Corp | Inverter device |
| JP4691819B2 (en) * | 2001-04-25 | 2011-06-01 | 株式会社安川電機 | Inverter device |
| DE10200372A1 (en) * | 2002-01-08 | 2003-07-24 | Siemens Ag | Power semiconductor module has one contact surface of semiconductor element contacting metallized structure via solder material and second contact surface contacting metallized structure via bonding wire |
| JP2003303940A (en) * | 2002-04-12 | 2003-10-24 | Hitachi Ltd | Insulation circuit board and semiconductor device |
| JP2008218814A (en) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Power module |
| JP2012151354A (en) * | 2011-01-20 | 2012-08-09 | Denso Corp | Silicon carbide semiconductor device |
| WO2015053219A1 (en) * | 2013-10-07 | 2015-04-16 | ローム株式会社 | Power module, and method for producing same |
| US9773720B2 (en) | 2013-10-07 | 2017-09-26 | Rohm Co., Ltd. | Power module and fabrication method for the same |
| JP2016181536A (en) * | 2015-03-23 | 2016-10-13 | 住友ベークライト株式会社 | Power semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3972519B2 (en) | 2007-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7204770B2 (en) | Double-sided cooling power module and manufacturing method thereof | |
| US4556899A (en) | Insulated type semiconductor devices | |
| US5856913A (en) | Multilayer semiconductor device having high packing density | |
| JP4438489B2 (en) | Semiconductor device | |
| US6324072B1 (en) | Microelectronic component of sandwich construction | |
| KR101017333B1 (en) | Power semiconductor module | |
| US5767573A (en) | Semiconductor device | |
| US4538170A (en) | Power chip package | |
| JP4645406B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP3333409B2 (en) | Semiconductor module | |
| JP2003264265A (en) | Power semiconductor device | |
| JP2000164800A (en) | Semiconductor module | |
| US20060202324A1 (en) | Semiconductor power module | |
| JP5965687B2 (en) | Power semiconductor module | |
| JP5895220B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| WO2011040313A1 (en) | Semiconductor module, process for production thereof | |
| JP2007088030A (en) | Semiconductor device | |
| JP2007059860A (en) | Semiconductor package and semiconductor module | |
| KR20040007234A (en) | Power semiconductor device | |
| JP2000174180A (en) | Semiconductor device | |
| JP3603354B2 (en) | Hybrid integrated circuit device | |
| JP2008258547A (en) | Semiconductor device, and manufacturing method thereof | |
| JP4096741B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2001007281A (en) | Power semiconductor module | |
| US20110156094A1 (en) | Electrical module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050517 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060417 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070315 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20070320 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070425 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070522 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070604 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 3 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100622 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |