JP2003133514A - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、複数の半導体を一体化したパワーモジ
ュールは、リードフレームによりプリント基板と電気的
接続を得ているために、プリント基板と放熱器との間の
デッドスペースが大きく、さらなる小型化の障害になっ
ている。 【解決手段】 本発明では、複数の半導体チップ1と、
これらの半導体チップ1を支持する複数のヒートスプレ
ッダ2と、このヒートスプレッダ2を支持する熱伝導性
絶縁部5と、前記複数の半導体チップ1に設けた電極部
3とを備えたパワーモジュール15であり、前記熱伝導
性絶縁部側を放熱面とし、前記電極部により電気的接合
を行うことを特徴とするパワーモジュールを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はIGBTやMOSF
ETなどの、電気機器に用いられる半導体装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、インバータ装置などのパワー変換
装置はさらなる小型化、高効率化が求められている。例
えばインバータ装置を小型化する手段のひとつとして、
複数のパワーデバイスを一体化したパワーモジュールが
使われている。このようなパワーモジュールを用いるこ
とにより、パワーデバイスを別々に実装した場合に比べ
てインバータ回路を小型化することができる。図4は従
来のパワーモジュール実装例の一つである。図4のパワ
ーモジュール14は半導体チップ1、ヒートスプレッダ
2、アルミワイヤ12、熱伝導性絶縁部5、リードフレ
ーム13から構成される。リードフレーム13によりプ
リント基板10との電気的接続が構成されており、放熱
は熱伝導性絶縁材料5と放熱材料8を経て、放熱器9に
行っている。放熱材料8はパワーモジュール14と放熱
器9の間に空気の層ができて熱伝導が悪化するのを防止
するために用いられることが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図4の実装例では、リ
ードフレームによりプリント基板と電気的接続を得てい
るために、プリント基板と放熱器との間のデッドスペー
スが大きく、さらなる小型化の障害になっている。本発
明では上記課題を解決するための小型でかつ高熱伝導な
パワーモジュールを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるパワーモ
ジュールは、複数の半導体チップと、この半導体チップ
を支持するヒートスプレッダと、このヒートスプレッダ
を支持する熱伝導性絶縁部と、前記半導体チップに設け
た電極部とを備え、前記熱伝導性絶縁部側を放熱面と
し、前記半導体チップに設けた電極部により電気的接合
を行う。このような構成にすることにより、一方の面に
半導体の電極を電気的に接合するための電極部を、反対
側の面に前記半導体で発生する熱を絶縁して伝導する熱
伝導性絶縁部を備え、電極部をプリント基板と接続する
ことにより従来のリードフレームに比べて接続距離を減
少させ、非常に小型でかつ高熱伝導性を有するパワーモ
ジュールを提供することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明にかかるパワーモジュール
は、複数の半導体チップと、この半導体チップを支持す
るヒートスプレッダと、このヒートスプレッダを支持す
る熱伝導性絶縁部と、前記半導体チップに設けた電極部
とを備え、前記熱伝導性絶縁部側を放熱面とし、前記半
導体チップに設けた電極部により電気的接合を行う。一
方の面に半導体の電極を電気的に接合するための電極部
を、反対の面に前記半導体で発生する熱を絶縁して伝導
する熱伝導性絶縁部を備えており、電極部をプリント基
板と接続することにより従来のリードフレームに比べて
配線距離を減少させ、非常に小型でかつ高熱伝導性を有
するパワーモジュールを提供することができる。
【0006】さらに本件発明は、一つのヒートスプレッ
ダが複数の半導体チップを支持してもよい。
【0007】さらに本件発明のヒートスプレッダ上に配
置した突起部は、パワーモジュールとプリント基板を構
造的に支持すると同時に実装高さ精度を確保することが
できる。
【0008】さらに、本件発明の突起部は電気伝導性を
有しているため、半導体チップが縦型半導体の場合には
パワーモジュール電極部として用いることができる。
【0009】さらに、本件発明は、パワーモジュールの
熱伝導性絶縁部と一体で放熱器を設けることで、より小
型なパワーモジュールを提供することができる。
【0010】さらに本件発明は、パワーモジュールと、
前記パワーモジュールの電極部と電気的に接合するプリ
ント基板と、前記パワーモジュールの熱伝導性絶縁部と
接する放熱器とを備え、前記パワーモジュールは、複数
の半導体チップと、この複数の半導体チップを支持する
ヒートスプレッダと、このヒートスプレッダを支持する
熱伝導性絶縁部と、前記複数の半導体チップに設けた電
極部とを備え、前記半導体チップに設けた電極部により
電気的接合をなすモータ駆動装置としてもよい。
【0011】さらに本件発明はパワーモジュールと、前
記パワーモジュールの電極部と電気的に接合するプリン
ト基板とを備え、前記パワーモジュールは、複数の半導
体チップと、この複数の半導体チップを支持するヒート
スプレッダと、このヒートスプレッダを支持する熱伝導
性絶縁部と、前記複数の半導体チップに設けた電極部と
を備えた、パワーモジュールの熱伝導性絶縁部と一体で
放熱器を設け、前記半導体チップに設けた電極部により
電気的接合をなすモータ駆動装置としてもよい。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照に
しながら説明する。
【0013】(実施例1)図1はパワーモジュール15
を上面から見た(絶縁封止材料7を除いた図)状態を示
している。パワーモジュール15は半導体チップ1、半
導体チップ1の上部に、半導体電極とプリント基板10
を接続するための電極部3、半導体チップ1を下方で支
持し、且つ半導体チップ1で発生した熱を拡散するヒー
トスプレッダ2、構造的な支持と高さ精度を確保するた
めと同時に電極としても利用する突起部4、半導体チッ
プ1と電極部3を保護するための封止材料6から構成さ
れる。なお、電極部3、突起部4の一部は、パワーモジ
ュール15の上面に露出している。
【0014】このパワーモジュール15は、1個の熱伝
導性絶縁部5に対して、複数の半導体チップ1と複数の
ヒートスプレッダ2があり、それぞれのヒートスプレッ
ダ2のすべてに、半導体チップ1が乗っている。なお、
1個のヒートスプレッダ2の上に、複数の半導体チップ
1を乗せてもよい。
【0015】このパワーモジュール15をプリント基板
10に取り付けた状態の断面図を図2に示す。パワーモ
ジュール15は電極部3と突起部4によりプリント基板
10と電気的に接続されており、絶縁封止材料7はプリ
ント基板上の絶縁距離を確保するためにプリント基板1
0とパワーモジュール15の間に充填する。熱伝導性絶
縁部5は、放熱材料8を介して放熱器9と接触してい
る。放熱材料8はパワーモジュール15と放熱器9の間
に空気の層ができて熱伝導が悪化するのを防止する。放
熱材料8は例えば、放熱グリースや熱伝導性シートなど
を用いてもよい。基板支持部11はプリント基板10と
放熱器9の間隔を規定すると同時にプリント基板10を
放熱器9と固定し、パワーモジュール15を放熱器9に
密着させるために設けられる。
【0016】突起部4はパワーモジュール15とプリン
ト基板10の接続を構造的に支持するとともに、突起部
4の高さを規定することによりパワーモジュール15の
実装高さ精度を確保することができる。
【0017】さらに半導体チップ1とヒートスプレッダ
2は通常はんだ付けなどの導電性材料でろう付けされて
いるため、半導体チップ1が縦型半導体の場合は半導体
裏面の電極をヒートスプレッダ2と突起部4を介して電
気的に接続することができる。また電極部3と半導体チ
ップ1は固相拡散接合やろう付けなどの手段により接続
されている。半導体チップ1からの電気信号は電極部3
と突起部4を経てプリント基板上の回路へと伝わる。一
方、半導体チップ1で発生した熱はヒートスプレッダ2
から熱伝導性絶縁部5、放熱材料8を経て放熱器9へと
伝導される。図4のような従来のパワーモジュール14
を使用した構成に比べて、半導体チップ1から放熱器9
までの距離が短くなり、より良い熱伝導性を得ることが
できる。熱伝導性絶縁部5は絶縁性と熱伝導性の両方を
兼ね備えた特性が必要であり、例えばエポキシ系樹脂や
セラミックなどを用いてもよい。
【0018】本発明によるパワーモジュール15は半導
体チップ1上の電極部3とプリント基板10を接続して
いるために、従来のパワーモジュール14のようなリー
ドフレーム13による接続よりも接続距離が短い構成と
なるため、デッドスペースが小さくなり、電気機器をよ
り小型化することができる。
【0019】特にモータ制御装置に使用するパワーモジ
ュールは、他のパワーモジュールに比べて発熱が大き
く、小型にすることが非常に困難であったが、このよう
な構成とすることにより小型化が可能になる。なお、こ
のようなパワーモジュールは、モータ制御装置にかぎら
ず、インバータ装置、電源装置等に用いても同様の効果
を得ることができる。
【0020】(実施例2)図3に実施例2の断面図を示
す。実施例2では、パワーモジュール自身が放熱器9を
備えている構成のため、電気機器の構造にとらわれずに
プリント基板10の表裏どちら側にも実装でき、基板レ
イアウトの自由度が向上する。また放熱器9の大きさも
発熱量によって適当に変えられるので、電気機器をより
小型化するのにも有効である。この場合放熱材料8は使
わずに、絶縁封止材料7のみで放熱器と一体成型しても
よい。
【0021】
【発明の効果】本発明によるパワーモジュールは、一方
の面では電気的に最短距離で接続され、反対の面では熱
的に最短距離で接続できるため、従来のパワーモジュー
ルと比べて電気機器の小型化に有効である。また電気的
接合距離を短くすることで電気抵抗を低減させ、電気機
器の効率改善に有効である。さらにパワーモジュール自
体に放熱器を備える構造をとることにより、基板レイア
ウトの自由度が向上し、電気機器のさらなる小型化が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のパワーモジュールを上から見た図
【図2】同モータ制御装置の断面図
【図3】実施例2のモータ制御装置の断面図
【図4】従来のモータ制御装置を示す図
【符号の説明】
1 半導体チップ 2 ヒートスプレッダ 3 電極部 4 突起部 5 熱伝導性絶縁部 6 封止材料 7 絶縁封止材料 8 放熱材料 9 放熱器 10 プリント基板 11 基板支持部 12 アルミワイヤ 13 リードフレーム 14 従来のパワーモジュール 15 本発明に係るパワーモジュール

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の半導体チップと、これらの半導体
    チップを支持する複数のヒートスプレッダと、このヒー
    トスプレッダを支持する熱伝導性絶縁部と、前記半導体
    チップの表面に設けた電極部とを備えたパワーモジュー
    ルであり、前記熱伝導性絶縁部側を放熱面とし、前記電
    極部により電気的接合を行うことを特徴とするパワーモ
    ジュール。
  2. 【請求項2】 一つのヒートスプレッダは複数の半導体
    チップを支持する請求項1記載のパワーモジュール。
  3. 【請求項3】 ヒートスプレッダ上に構造的な支持と実
    装高さ精度を確保するための突起部を備えた請求項1記
    載のパワーモジュール。
  4. 【請求項4】 突起部は電気伝導性を有し、パワーモジ
    ュールの電極部となることを特徴とする請求項3記載の
    パワーモジュール。
  5. 【請求項5】 パワーモジュールの熱伝導性絶縁部に、
    放熱器を設けた請求項1記載のパワーモジュール。
  6. 【請求項6】 パワーモジュールと、前記パワーモジュ
    ールの電極部と電気的に接合するプリント基板と、前記
    パワーモジュールの熱伝導性絶縁部と接する放熱器とを
    備え、前記パワーモジュールは、複数の半導体チップ
    と、この半導体チップを支持するヒートスプレッダと、
    このヒートスプレッダを支持する熱伝導性絶縁部と、前
    記半導体チップに設けた電極部とを備えたパワーモジュ
    ールであり、前記半導体チップに設けた電極部により電
    気的接合をなすモータ制御装置。
  7. 【請求項7】 パワーモジュールと、前記パワーモジュ
    ールの電極部と電気的に接合するプリント基板とを備
    え、前記パワーモジュールは、複数の半導体チップと、
    この複数の半導体チップを支持するヒートスプレッダ
    と、このヒートスプレッダを支持する熱伝導性絶縁部
    と、前記複数の半導体チップに設けた電極部とを備えた
    パワーモジュールであり、パワーモジュールの熱伝導性
    絶縁部に放熱器を設け、前記半導体チップに設けた電極
    部により電気的接合をなすモータ制御装置。
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