JP2003197837A - Semiconductor device for electric power - Google Patents

Semiconductor device for electric power

Info

Publication number
JP2003197837A
JP2003197837A JP2001401238A JP2001401238A JP2003197837A JP 2003197837 A JP2003197837 A JP 2003197837A JP 2001401238 A JP2001401238 A JP 2001401238A JP 2001401238 A JP2001401238 A JP 2001401238A JP 2003197837 A JP2003197837 A JP 2003197837A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating substrate
base plate
heat
peltier effect
silicon chip
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.)
Pending
Application number
JP2001401238A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Muneyoshi Kawaguchi
宗良 河口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2001401238A priority Critical patent/JP2003197837A/en
Publication of JP2003197837A publication Critical patent/JP2003197837A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power module in which the heat generated at a silicon chip, etc., is rapidly and effectively released outward. <P>SOLUTION: A copper base plate 3 is fitted to a bottom of a case 2 of a power module 1a. In a space of the case 2, an insulating substrate 6 that is made of ceramic, etc., and provided with a lower copper pattern 4 and an upper copper pattern 5 is bonded to the copper base plate 3 with solder 7. A Peltier effect element 8a is bonded to the upper surface of the upper copper pattern 5 with the solder 7. A silicon chip 9 is bonded to the upper surface of the Peltier effect element 8a with the solder 7. The heat that is generated at the silicon chip 9 when the power module 1a is operated is released to the outside of a device through the Peltier effect element 8a, the insulating substrate 6 and the copper base plate 3. At this time, the Peltier effect element 8a is energized in forward direction to lower its temperature, and heat release is accelerated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンチップ等
の半導体チップで発生した熱をペルチェ効果により吸収
して装置外部に放出するペルチェ素子を備えた電力用半
導体装置の内部構造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 structure of a power semiconductor device having a Peltier element that absorbs heat generated by a semiconductor chip such as a silicon chip by the Peltier effect and discharges the heat to the outside of the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、パワーモジュール(電力用半導
体装置)では、これを構成するシリコンチップ等の半導
体でかなり大量の熱が発生するので、この熱を迅速かつ
有効に外部に放出することが必要である。そして、従来
のパワーモジュールでは、通常、シリコンチップ等で発
生した熱は、絶縁基板やベース板を通して外部へ放出さ
れるようになっている。以下、かかる従来のパワーモジ
ュールにおける、シリコンチップ等で発生する熱の放出
形態を具体的に説明する。
2. Description of the Related Art Generally, in a power module (power semiconductor device), a considerably large amount of heat is generated in a semiconductor such as a silicon chip, which must be quickly and effectively released to the outside. Is. In the conventional power module, the heat generated in the silicon chip or the like is normally radiated to the outside through the insulating substrate and the base plate. Hereinafter, the mode of releasing heat generated by a silicon chip or the like in such a conventional power module will be specifically described.

【0003】図3は、シリコンチップで発生した熱を、
絶縁基板、ベース板等を介して装置外部に放出するよう
になっている従来のパワーモジュールの一例を示す断面
図である。図3に示すように、この従来のパワーモジュ
ール101では、ケース102内において、銅ベース板
103の上面に、下面銅パターン104及び上面銅パタ
ーン105を伴った絶縁基板106が配設されている。
ここで、下面銅パターン104は、半田107により銅
ベース板103に接合されている。また、上面銅パター
ン105の上面には、半田107によりシリコンチップ
109が接合されている。そして、ケース102内には
ゲル110が充填され、このゲル110の上端部は樹脂
111とふた112とによって閉止されている。なお、
ケース102には、電極113が取り付けられている。
FIG. 3 shows that the heat generated in the silicon chip is
It is sectional drawing which shows an example of the conventional power module which is made to discharge | release to the exterior of an apparatus through an insulating substrate, a base plate, etc. As shown in FIG. 3, in this conventional power module 101, an insulating substrate 106 having a lower surface copper pattern 104 and an upper surface copper pattern 105 is arranged on the upper surface of a copper base plate 103 in a case 102.
Here, the lower surface copper pattern 104 is joined to the copper base plate 103 by the solder 107. Further, a silicon chip 109 is bonded to the upper surface of the upper surface copper pattern 105 with solder 107. Then, the case 102 is filled with the gel 110, and the upper end of the gel 110 is closed by the resin 111 and the lid 112. In addition,
An electrode 113 is attached to the case 102.

【0004】そして、図3に示す従来のパワーモジュー
ル101においては、シリコンチップ109で発生した
熱の大部分は、半田107と、両銅パターン104、1
05を伴った絶縁基板106と、銅ベース板103とを
介して、熱伝導により装置外部に放出される。
In the conventional power module 101 shown in FIG. 3, most of the heat generated in the silicon chip 109 is solder 107 and both copper patterns 104, 1.
It is released to the outside of the device by heat conduction through the insulating substrate 106 accompanied by 05 and the copper base plate 103.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のパワーモジュール101では、単に熱伝導で
放熱が行われるだけであるので、迅速かつ有効に放熱を
行うことができず、シリコンチップ109、絶縁基板1
06、銅ベース板103等の温度が上昇することがあ
る。そして、パワーモジュール101を構成しているシ
リコンチップ109、絶縁基板106、銅ベース板10
3等は、熱膨張率が互いに異なるので、パワーモジュー
ル101内の温度が上昇したときには、これらの間に生
じる熱膨張差に起因して、絶縁基板106に割れないし
はそりが発生したり、半田107にクラックが発生した
り、銅ベース板103にそりが発生することがあるとい
った問題がある。
However, in such a conventional power module 101, since heat is simply dissipated by heat conduction, heat cannot be dissipated quickly and effectively, and the silicon chip 109, Insulating substrate 1
06, the temperature of the copper base plate 103, etc. may rise. Then, the silicon chip 109, the insulating substrate 106, and the copper base plate 10 which constitute the power module 101.
Since Nos. 3 and 3 have different thermal expansion coefficients, when the temperature inside the power module 101 rises, the insulating substrate 106 is cracked or warped due to the difference in thermal expansion between them, and the solder 107 There is a problem in that cracks may occur in the metal and warpage may occur in the copper base plate 103.

【0006】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、シリコンチップ等で発生した
熱を、迅速かつ有効に装置外部に放出することができ、
絶縁基板の割れないしはそり、半田のクラック、ベース
板のそり等の発生を有効に防止することができるパワー
モジュールないしは電力用半導体装置を提供することを
解決すべき課題とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and the heat generated in a silicon chip or the like can be quickly and effectively released to the outside of the device.
It is an object to be solved to provide a power module or a power semiconductor device capable of effectively preventing the occurrence of cracks or warpage of an insulating substrate, cracks of solder, warpage of a base plate, and the like.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の第1の態様にかかる電力用半導体装
置(パワーモジュール)は、半導体チップ(例えば、シ
リコンチップ)で発生した熱が、順に絶縁基板(例え
ば、セラミック基板)と放熱用のベース板(例えば、銅
ベース板)とを介して、装置外部に放出されるようにな
っている電力用半導体装置であって、半導体チップと絶
縁基板との間に、半導体チップから流入する熱の一部を
吸収(装置外部に放出)して半導体チップから絶縁基板
への熱伝達量を低減し、半導体チップと絶縁基板との間
の熱膨張差(ないしは応力)を緩和(抑制)する、ペル
チェ効果を有する素子(以下、「ペルチェ効果素子」と
いう。)が介設されていることを特徴とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A power semiconductor device (power module) according to a first aspect of the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, has a structure in which heat generated in a semiconductor chip (for example, a silicon chip) is used. , A power semiconductor device that is to be discharged to the outside of the device through an insulating substrate (for example, a ceramic substrate) and a heat radiating base plate (for example, a copper base plate) in that order, and a semiconductor chip Part of the heat that flows in from the semiconductor chip to the insulating substrate is absorbed (dissipated to the outside of the device) to reduce the amount of heat transfer from the semiconductor chip to the insulating substrate, and the heat between the semiconductor chip and the insulating substrate is reduced. An element having a Peltier effect (hereinafter, referred to as “Peltier effect element”) for relaxing (suppressing) a difference in expansion (or stress) is interposed.

【0008】本発明の第2の態様にかかる電力用半導体
装置は、半導体チップで発生した熱が、順に絶縁基板と
放熱用のベース板とを介して、装置外部に放出されるよ
うになっている電力用半導体装置であって、絶縁基板と
ベース板との間に、絶縁基板から流入する熱の一部を吸
収して絶縁基板からベース板への熱伝達量を低減し、絶
縁基板とベース板との間の熱膨張差を緩和するペルチェ
効果素子が介設されていることを特徴とするものであ
る。
In the power semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the heat generated in the semiconductor chip is released to the outside of the device through the insulating substrate and the heat radiating base plate in order. A semiconductor device for electric power, which absorbs a part of the heat flowing from the insulating substrate between the insulating substrate and the base plate to reduce the amount of heat transfer from the insulating substrate to the base plate. It is characterized in that a Peltier effect element for relaxing a difference in thermal expansion between the plate and the plate is interposed.

【0009】なお、特開平5−243437号公報、特
開昭55−140257号公報、特開平1−25844
9号公報、特開平4−303955号公報、実開昭62
−60042号公報、特開平3−116892号公報又
は特開昭60−124955号公報には、ペルチェ効果
素子を用いて半導体チップ等を冷却するようにした半導
体装置、集積回路パッケージ、半導体パッケージ、金属
回路基板ないしは半導体素子冷却装置(以下、これらを
「ペルチェ効果素子付き半導体装置」と総称する。)が
開示されている。しかしながら、これらの各公報に開示
されたペルチェ効果素子付き半導体装置では、ペルチェ
効果素子は、半導体チップと絶縁基板との間の熱膨張
差、あるいは絶縁基板とベース板との間の熱膨張差を緩
和ないしは抑制するものではなく、本発明にかかる電力
用半導体装置とは、明らかに構成が異なるものである。
Incidentally, JP-A-5-243437, JP-A-55-140257 and JP-A-1-25844.
No. 9, JP-A-4-303955, Japanese Utility Model Laid-Open No. 62
No. 60042, JP-A-3-116892, or JP-A-60-124955 discloses a semiconductor device, an integrated circuit package, a semiconductor package, and a metal in which a semiconductor chip or the like is cooled by using a Peltier effect element. A circuit board or a semiconductor element cooling device (hereinafter collectively referred to as "semiconductor device with Peltier effect element") is disclosed. However, in the semiconductor device with a Peltier effect element disclosed in each of these publications, the Peltier effect element causes a difference in thermal expansion between the semiconductor chip and the insulating substrate or a difference in thermal expansion between the insulating substrate and the base plate. It is not intended to alleviate or suppress, and the configuration is obviously different from that of the power semiconductor device according to the present invention.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。 実施の形態1.まず、本発明の実施の形態1にかかるパ
ワーモジュール(電力用半導体装置)を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be specifically described below. Embodiment 1. First, a power module (power semiconductor device) according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0011】図1に示すように、実施の形態1にかかる
パワーモジュール1aにはケース2(外囲ケース)が設
けられ、このケース2の下端部には、熱伝導度が大きい
銅ベース板3が強固に取り付けられている。ここで、ケ
ース2は、例えば樹脂(プラスチック)で形成される。
そして、ケース2の空間部内において、銅ベース板3の
上面には、下面銅パターン4及び上面銅パターン5を伴
った絶縁基板6が、半田7により接合されている。な
お、絶縁基板6は、例えばセラミック等で形成される。
また、両銅パターン4、5は、絶縁基板6を他の部品に
容易に半田づけできるように設けられている。
As shown in FIG. 1, a power module 1a according to the first embodiment is provided with a case 2 (enclosed case), and a copper base plate 3 having a large thermal conductivity is provided at a lower end portion of the case 2. Is firmly attached. Here, the case 2 is formed of, for example, resin (plastic).
Then, in the space of the case 2, the insulating substrate 6 with the lower surface copper pattern 4 and the upper surface copper pattern 5 is joined to the upper surface of the copper base plate 3 by the solder 7. The insulating substrate 6 is made of, for example, ceramic.
Both copper patterns 4 and 5 are provided so that the insulating substrate 6 can be easily soldered to other components.

【0012】そして、上面銅パターン5の上面には、ペ
ルチェ効果素子8a(ペルチェ効果を有する素子)が、
半田7により接合されている。さらに、ペルチェ効果素
子8aの上面には、シリコンチップ9(半導体チップ)
が、半田7により接合されている。なお、詳しくは図示
していないが、ペルチェ効果素子8aは、P型、N型の
2種の半導体からなるサーモカップルであって、順方向
に通電されたときには、ペルチェ効果により、絶縁基板
6とシリコンチップ9との間に挟まれている部分の温度
を低下させる(冷却する)ようになっている。
The Peltier effect element 8a (element having the Peltier effect) is formed on the upper surface of the upper surface copper pattern 5.
It is joined by solder 7. Further, a silicon chip 9 (semiconductor chip) is formed on the upper surface of the Peltier effect element 8a.
Are joined by solder 7. Although not shown in detail, the Peltier effect element 8a is a thermocouple composed of two types of semiconductors of P type and N type, and when it is energized in the forward direction, it is separated from the insulating substrate 6 by the Peltier effect. The temperature of the portion sandwiched between the silicon chip 9 and the silicon chip 9 is lowered (cooled).

【0013】また、ケース2内の空間部にはゲル10が
充填され、このゲル10の上部は、樹脂11とふた12
とによって閉止されている。なお、ケース2には、シリ
コンチップ9等を外部機器に接続するための電極13
(外部接続端子)が取り付けられている。
The space inside the case 2 is filled with a gel 10, and the upper portion of the gel 10 is covered with a resin 11 and a lid 12.
Closed by and. The case 2 has electrodes 13 for connecting the silicon chip 9 and the like to an external device.
(External connection terminal) is attached.

【0014】このパワーモジュール1aにおいては、そ
の動作時にシリコンチップ9でかなり大量の熱が発生す
る。この熱は、基本的には、各半田7と、ペルチェ効果
素子8aと、両銅パターン4、5を伴った絶縁基板6
と、銅ベース板3とを介して、熱伝導により装置外部に
放出される。その際、ペルチェ効果素子8aは、順方向
に通電され、その絶縁基板6とシリコンチップ9との間
に挟まれている部分の温度が低下する。これにより、シ
リコンチップ9から流入する熱の一部が吸収され、ない
しは装置外部に放出され、シリコンチップ9から絶縁基
板6への熱伝達量が低減される。その結果、シリコンチ
ップ9と絶縁基板6とが低温に維持され、両者間の熱膨
張差(応力)が緩和ないし抑制される。なお、これに伴
って、銅ベース板3も低温に維持される。
In the power module 1a, a considerable amount of heat is generated in the silicon chip 9 during its operation. This heat is basically generated by the solder 7, the Peltier effect element 8a, and the insulating substrate 6 with both copper patterns 4 and 5.
Through the copper base plate 3 and is released to the outside of the device by heat conduction. At this time, the Peltier effect element 8a is energized in the forward direction, and the temperature of the portion sandwiched between the insulating substrate 6 and the silicon chip 9 decreases. As a result, part of the heat that flows in from the silicon chip 9 is absorbed or released to the outside of the device, and the amount of heat transfer from the silicon chip 9 to the insulating substrate 6 is reduced. As a result, the silicon chip 9 and the insulating substrate 6 are maintained at a low temperature, and the difference in thermal expansion (stress) between them is relaxed or suppressed. Along with this, the copper base plate 3 is also maintained at a low temperature.

【0015】このように、ペルチェ効果素子8aによっ
て、シリコンチップ9と絶縁基板6とが低温に維持さ
れ、両者間の熱膨張差が緩和ないし抑制されるので、シ
リコンチップ9で大量の熱が発生した場合でも、シリコ
ンチップ9ないしは絶縁基板6には割れないしはそりが
発生せず、かつシリコンチップ9と絶縁基板6との間の
半田7にクラックが発生しない。また、銅ベース板3も
低温に維持されるので、これにそりが生じない。さら
に、銅ベース板3の材料として、とくに熱伝導率が高い
高価なものを用いる必要がないので、該パワーモジュー
ル1aのコストを低減することができる。
As described above, the Peltier effect element 8a keeps the silicon chip 9 and the insulating substrate 6 at a low temperature and alleviates or suppresses the difference in thermal expansion between them, so that a large amount of heat is generated in the silicon chip 9. Even in this case, the silicon chip 9 or the insulating substrate 6 is not cracked or warped, and the solder 7 between the silicon chip 9 and the insulating substrate 6 is not cracked. Moreover, since the copper base plate 3 is also maintained at a low temperature, no warpage occurs in it. Furthermore, since it is not necessary to use an expensive material having a particularly high thermal conductivity as the material of the copper base plate 3, it is possible to reduce the cost of the power module 1a.

【0016】実施の形態2.以下、図2を参照しつつ、
本発明の実施の形態2にかかるパワーモジュール(電力
用半導体装置)を説明する。なお、図2中において、図
1に示す実施の形態1にかかるパワーモジュール1aの
構成要素と共通の構成要素には、実施の形態1の場合と
同一の参照番号が付されている。
Embodiment 2. Hereinafter, referring to FIG.
A power module (power semiconductor device) according to a second embodiment of the present invention will be described. In FIG. 2, the same components as those of the power module 1a according to the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as in the first embodiment.

【0017】図2に示すように、実施の形態2にかかる
パワーモジュール1bにおいても、図1に示す実施の形
態1にかかるパワーモジュール1aの場合と同様に、ケ
ース2の下端部に銅ベース板3が強固に取り付けられて
いる。しかしながら、実施の形態1の場合とは異なり、
銅ベース板3の上面には、ペルチェ効果素子8bが配設
されている。なお、ペルチェ効果素子8bの基本的な構
造及び機能は、実施の形態1におけるペルチェ効果素子
8aのそれと同様である。
As shown in FIG. 2, also in the power module 1b according to the second embodiment, as in the case of the power module 1a according to the first embodiment shown in FIG. 3 is firmly attached. However, unlike the case of the first embodiment,
A Peltier effect element 8b is provided on the upper surface of the copper base plate 3. The basic structure and function of the Peltier effect element 8b are similar to those of the Peltier effect element 8a in the first embodiment.

【0018】ここで、ペルチェ効果素子8bの上面に
は、下面銅パターン4及び上面銅パターン5を伴ったセ
ラミック等からなる絶縁基板6が、半田7により接合さ
れている。そして、上面銅パターン5の上面には、シリ
コンチップ9(半導体チップ)が、半田7により接合さ
れている。また、ケース2内の空間部にはゲル10が充
填され、このゲル10の上部は、樹脂11とふた12と
によって閉止されている。さらに、ケース2には、シリ
コンチップ9等を外部機器に接続するための電極13
(外部接続端子)が取り付けられている。
Here, an insulating substrate 6 made of ceramic or the like with a lower surface copper pattern 4 and an upper surface copper pattern 5 is joined to the upper surface of the Peltier effect element 8b by solder 7. Then, the silicon chip 9 (semiconductor chip) is joined to the upper surface of the upper surface copper pattern 5 by the solder 7. The space inside the case 2 is filled with the gel 10, and the upper portion of the gel 10 is closed by the resin 11 and the lid 12. Further, the case 2 has an electrode 13 for connecting the silicon chip 9 or the like to an external device.
(External connection terminal) is attached.

【0019】この実施の形態2にかかるパワーモジュー
ル1bにおいても、実施の形態1の場合と同様に、その
動作時にシリコンチップ9でかなり大量の熱が発生す
る。この熱は、基本的には、各半田7と、両銅パターン
4、5を伴った絶縁基板6と、ペルチェ効果素子8b
と、銅ベース板3とを介して、熱伝導により装置外部に
放出される。その際、ペルチェ効果素子8bは、順方向
に通電され、その絶縁基板6と銅ベース板3との間に挟
まれている部分の温度が低下する。これにより、絶縁基
板6から流入する熱の一部が吸収され、ないしは装置外
部に放出され、絶縁基板6から銅ベース板3への熱伝達
量が低減される。その結果、絶縁基板6と銅ベース板3
とが低温に維持され、両者間の熱膨張差(応力)が緩和
ないし抑制される。なお、その結果、シリコンチップ9
の冷却も促進され、該シリコンチップ9も低温に維持さ
れる。
Also in the power module 1b according to the second embodiment, as in the case of the first embodiment, a considerable amount of heat is generated in the silicon chip 9 during its operation. This heat is basically caused by each solder 7, the insulating substrate 6 with both copper patterns 4, 5, and the Peltier effect element 8b.
Through the copper base plate 3 and is released to the outside of the device by heat conduction. At that time, the Peltier effect element 8b is energized in the forward direction, and the temperature of the portion sandwiched between the insulating substrate 6 and the copper base plate 3 is lowered. As a result, a part of the heat flowing from the insulating substrate 6 is absorbed or released to the outside of the device, and the amount of heat transfer from the insulating substrate 6 to the copper base plate 3 is reduced. As a result, the insulating substrate 6 and the copper base plate 3
Are maintained at a low temperature, and the difference in thermal expansion (stress) between them is relaxed or suppressed. As a result, the silicon chip 9
Is also accelerated, and the silicon chip 9 is also maintained at a low temperature.

【0020】このように、ペルチェ効果素子8bによっ
て、絶縁基板6と銅ベース板3とが低温に維持され、両
者間の熱膨張差が緩和ないし抑制されるので、シリコン
チップ9で大量の熱が発生した場合でも、絶縁基板6に
は割れないしはそりが発生せず、かつ銅ベース板3には
そりが発生しない。また、絶縁基板6とペルチェ効果素
子8bとの間の半田7にクラックが発生しない。なお、
シリコンチップ9も低温に維持されるので、これに割れ
が生じない。さらに、銅ベース板3の材料として、とく
に熱伝導率が高い高価なものを用いる必要がないので、
該パワーモジュール1bのコストを低減することができ
る。
As described above, the Peltier effect element 8b keeps the insulating substrate 6 and the copper base plate 3 at a low temperature and reduces or suppresses the difference in thermal expansion between them, so that a large amount of heat is generated in the silicon chip 9. Even if it occurs, the insulating substrate 6 is not cracked or warped, and the copper base plate 3 is not warped. Moreover, no cracks occur in the solder 7 between the insulating substrate 6 and the Peltier effect element 8b. In addition,
Since the silicon chip 9 is also kept at a low temperature, it does not crack. Furthermore, since it is not necessary to use an expensive material having a high thermal conductivity as the material of the copper base plate 3,
The cost of the power module 1b can be reduced.

【0021】なお、実施の形態1、2にかかるパワーモ
ジュール1a、1bのいずれにおいても、ペルチェ効果
素子8a、8bを、電極13(外部出力端子)に接合
し、シリコンチップ9から電極13に伝達された熱を吸
収するようになっているのが好ましい。このようにすれ
ば、パワーモジュール1a、1bをさらに迅速かつ効果
的に冷却することができる。
In each of the power modules 1a and 1b according to the first and second embodiments, the Peltier effect elements 8a and 8b are bonded to the electrode 13 (external output terminal) and transmitted from the silicon chip 9 to the electrode 13. It is preferably adapted to absorb the heat generated. In this way, the power modules 1a and 1b can be cooled more quickly and effectively.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明の第1の態様にかかる電力用半導
体装置においては、半導体チップと絶縁基板との間に、
半導体チップから絶縁基板への熱伝達量を低減し、半導
体チップと絶縁基板との間の熱膨張差を緩和するペルチ
ェ効果素子が介設されている。このため、半導体チップ
で大量の熱が発生した場合でも、半導体チップないしは
絶縁基板には割れないしはそりが発生しない。また、ベ
ース板も低温に維持されるので、これにそりが生じな
い。さらに、ベース板の材料として、とくに熱伝導率が
高い高価なものを用いる必要がないので、該電力用半導
体装置のコストを低減することができる。
In the power semiconductor device according to the first aspect of the present invention, between the semiconductor chip and the insulating substrate,
A Peltier effect element that reduces the amount of heat transfer from the semiconductor chip to the insulating substrate and reduces the difference in thermal expansion between the semiconductor chip and the insulating substrate is provided. Therefore, even if a large amount of heat is generated in the semiconductor chip, the semiconductor chip or the insulating substrate is not cracked or warped. Further, since the base plate is also maintained at a low temperature, no warpage occurs in it. Further, since it is not necessary to use an expensive material having a high thermal conductivity as the material of the base plate, the cost of the power semiconductor device can be reduced.

【0023】本発明の第2の態様にかかる電力用半導体
装置においては、絶縁基板とベース板との間に、絶縁基
板からベース板への熱伝達量を低減し、絶縁基板とベー
ス板との間の熱膨張差を緩和するペルチェ効果素子が介
設されている。このため、半導体チップで大量の熱が発
生した場合でも、絶縁基板には割れないしはそりが発生
せず、ベース板にはそりが発生しない。また、半導体チ
ップも低温に維持されるので、これに割れが生じない。
さらに、ベース板の材料として、とくに熱伝導率が高い
高価なものを用いる必要がないので、該電力用半導体装
置のコストを低減することができる。
In the power semiconductor device according to the second aspect of the present invention, the amount of heat transfer from the insulating substrate to the base plate is reduced between the insulating substrate and the base plate, and the insulating substrate and the base plate are separated from each other. A Peltier effect element for reducing the difference in thermal expansion between the two is interposed. Therefore, even if a large amount of heat is generated in the semiconductor chip, the insulating substrate is not cracked or warped, and the base plate is not warped. Further, since the semiconductor chip is also kept at a low temperature, it does not crack.
Further, since it is not necessary to use an expensive material having a high thermal conductivity as the material of the base plate, the cost of the power semiconductor device can be reduced.

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

【図1】 本発明の実施の形態1にかかるパワーモジュ
ールの立面断面図である。
FIG. 1 is an elevational sectional view of a power module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態2にかかるパワーモジュ
ールの立面断面図である。
FIG. 2 is an elevation sectional view of a power module according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 従来のパワーモジュールの立面断面図であ
る。
FIG. 3 is an elevation sectional view of a conventional power module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a パワーモジュール、 1b パワーモジュール、
2 ケース、 3銅ベース板、 4 下面銅パター
ン、 5 上面銅パターン、 6 絶縁基板、7 半
田、 8a ペルチェ効果素子、 8b ペルチェ効果
素子、 9 シリコンチップ、 10 ゲル、 11
樹脂、 12 ふた、 13 電極。
1a power module, 1b power module,
2 cases, 3 copper base plate, 4 lower surface copper pattern, 5 upper surface copper pattern, 6 insulating substrate, 7 solder, 8a Peltier effect element, 8b Peltier effect element, 9 silicon chip, 10 gel, 11
Resin, 12 lids, 13 electrodes.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体チップで発生した熱が、順に絶縁
基板と放熱用のベース板とを介して、装置外部に放出さ
れるようになっている電力用半導体装置であって、 上記半導体チップと上記絶縁基板との間に、上記半導体
チップから流入する熱の一部を吸収して上記半導体チッ
プから上記絶縁基板への熱伝達量を低減し、上記半導体
チップと上記絶縁基板との間の熱膨張差を緩和する、ペ
ルチェ効果を有する素子が介設されていることを特徴と
する電力用半導体装置。
1. A power semiconductor device in which heat generated in a semiconductor chip is radiated to the outside of the device through an insulating substrate and a heat radiating base plate in that order. A part of the heat flowing from the semiconductor chip is absorbed between the semiconductor chip and the insulating substrate to reduce the amount of heat transfer from the semiconductor chip to the insulating substrate, and the heat between the semiconductor chip and the insulating substrate is reduced. An electric power semiconductor device, wherein an element having a Peltier effect for relaxing a difference in expansion is provided.
【請求項2】 半導体チップで発生した熱が、順に絶縁
基板と放熱用のベース板とを介して、装置外部に放出さ
れるようになっている電力用半導体装置であって、 上記絶縁基板と上記ベース板との間に、上記絶縁基板か
ら流入する熱の一部を吸収して上記絶縁基板から上記ベ
ース板への熱伝達量を低減し、上記絶縁基板と上記ベー
ス板との間の熱膨張差を緩和する、ペルチェ効果を有す
る素子が介設されていることを特徴とする電力用半導体
装置。
2. A power semiconductor device in which heat generated in a semiconductor chip is radiated to the outside of the device through an insulating substrate and a heat radiating base plate in that order. A part of the heat flowing from the insulating substrate is absorbed between the insulating plate and the base plate to reduce the amount of heat transfer from the insulating substrate to the base plate, and the heat between the insulating substrate and the base plate is reduced. An electric power semiconductor device, wherein an element having a Peltier effect for relaxing a difference in expansion is provided.
JP2001401238A 2001-12-28 2001-12-28 Semiconductor device for electric power Pending JP2003197837A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001401238A JP2003197837A (en) 2001-12-28 2001-12-28 Semiconductor device for electric power

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001401238A JP2003197837A (en) 2001-12-28 2001-12-28 Semiconductor device for electric power

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003197837A true JP2003197837A (en) 2003-07-11

Family

ID=27605343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001401238A Pending JP2003197837A (en) 2001-12-28 2001-12-28 Semiconductor device for electric power

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003197837A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008061375A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Daikin Ind Ltd Power converter
JP2011023593A (en) * 2009-07-16 2011-02-03 Denso Corp Electronic control unit
US8803275B2 (en) 2007-03-23 2014-08-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device including power semiconductor element, branch line, and thermoelectric conversion element, and electrically powered vehicle

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008061375A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Daikin Ind Ltd Power converter
US8803275B2 (en) 2007-03-23 2014-08-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device including power semiconductor element, branch line, and thermoelectric conversion element, and electrically powered vehicle
JP2011023593A (en) * 2009-07-16 2011-02-03 Denso Corp Electronic control unit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5324773B2 (en) Circuit module and manufacturing method thereof
JP3804861B2 (en) Electrical device and wiring board
JP4989552B2 (en) Electronic components
JPH10189845A (en) Heat sink for semiconductor device
JP2009224571A (en) Power module substrate with heat sink, and power module with the heat sink
JP3733783B2 (en) Module having heat dissipation structure of heating element
US20060220188A1 (en) Package structure having mixed circuit and composite substrate
JP2000040780A (en) Heat radiating member of heat releasing element
JP2007141932A (en) Power module base
JP2000058741A (en) Hybrid module
JP2008004688A (en) Semiconductor package
JP2008124187A (en) Base for power module
TWI660471B (en) Chip package
JP4375299B2 (en) Power semiconductor device
JP2003197837A (en) Semiconductor device for electric power
JP2011171656A (en) Semiconductor package and method for manufacturing the same
JP3855726B2 (en) Power module
JPH09213847A (en) Semiconductor integrated circuit device, manufacture thereof, and electronic device equipped therewith
JPH0677347A (en) Substrate
CN219917146U (en) Transistor assembly and laser device
JP4396366B2 (en) Semiconductor device
JPS61265849A (en) Power semiconductor device
JP2000091481A (en) Power transistor case and power transistor
JP2005079386A (en) Power semiconductor application apparatus
JP2003051572A (en) Electronic component