JP2003289124A - 半導体モジュール - Google Patents
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- H01L2224/85148—Aligning involving movement of a part of the bonding apparatus
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- Wire Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子やマイコンの温度上昇を抑えた信
頼性の高い半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体素子の上部に放熱部材を配置し、
高熱伝導のゲルによって絶縁封止を行うことで、半導体
素子の上部から冷却する半導体モジュール構造を用い
る。また、半導体素子とマイコンの間に放熱部材を配置
することで、マイコンの温度上昇を防止する。
頼性の高い半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体素子の上部に放熱部材を配置し、
高熱伝導のゲルによって絶縁封止を行うことで、半導体
素子の上部から冷却する半導体モジュール構造を用い
る。また、半導体素子とマイコンの間に放熱部材を配置
することで、マイコンの温度上昇を防止する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体モジュールに
関するものである。
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体モジュールは、一般消費者
の省エネルギーやランニングコスト低減への意識が高ま
るにつれ、従来用いられてきた鉄道車両用などの用途だ
けでなく、家電製品などへと使用用途が広がっている。
の省エネルギーやランニングコスト低減への意識が高ま
るにつれ、従来用いられてきた鉄道車両用などの用途だ
けでなく、家電製品などへと使用用途が広がっている。
【０００３】この使用用途の広がりによって、半導体モ
ジュールにはより一層の小型化や高付加価値化への要求
が高まっている。
ジュールにはより一層の小型化や高付加価値化への要求
が高まっている。
【０００４】小型化としては、高密度な半導体素子の開
発や、高効率な冷却構造の開発による放熱面積の縮小な
どが行われている。モジュール冷却の従来技術として、
例えば特開平９−３０７０４０号公報や、特開２０００
−１７４１８０号公報などがある。
発や、高効率な冷却構造の開発による放熱面積の縮小な
どが行われている。モジュール冷却の従来技術として、
例えば特開平９−３０７０４０号公報や、特開２０００
−１７４１８０号公報などがある。
【０００５】高付加価値化としては、従来の半導体モジ
ュールに対して、インテリジェントパワーモジュール
（Intelligent Power module）と呼ばれるドライバ回路
や保護回路を内蔵した半導体モジュールが実用化されて
おり、今後も更なる高付加価値化が要求されている。な
お、高付加価値を目的とした半導体モジュールの従来技
術として、例えば特開平１１−２０４７００号公報があ
る。
ュールに対して、インテリジェントパワーモジュール
（Intelligent Power module）と呼ばれるドライバ回路
や保護回路を内蔵した半導体モジュールが実用化されて
おり、今後も更なる高付加価値化が要求されている。な
お、高付加価値を目的とした半導体モジュールの従来技
術として、例えば特開平１１−２０４７００号公報があ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】半導体モジュールを小
型化した場合、半導体素子の発熱密度の上昇や放熱面積
の減少などにより、半導体素子の温度上昇が顕著とな
る。その結果、熱による半導体素子の故障や熱疲労によ
るはんだ接合部の寿命低下などにより、半導体モジュー
ルの信頼性が低下する。そこで、半導体モジュールの冷
却を高効率で行うために、例えば特開平９−３０７０４
０号公報の様にモジュール下部にある金属板内部に冷却
水を通して冷却を行う構造が従来技術にある。しかし、
この構造では半導体素子を下面からのみ冷却し、上面か
らの冷却は行えない。上面と下面両方から冷却を行う方
法としては、例えば特開２０００−１７４１８０号公報
の様に半導体素子の上下面に冷却板を接続する従来技術
がある。しかし、この構造では、半導体素子が剛性の高
い上下の放熱板に接しているため、半導体モジュールの
温度変化によって半導体素子や接合部に生じる熱応力が
大きくなり、その熱応力によって半導体素子の破壊や接
合部の寿命低下などが起きる。また、半導体素子の上面
にワイヤをボンディングして半導体素子と回路基板の電
気的導通をとることができないといった制約が生じる。
型化した場合、半導体素子の発熱密度の上昇や放熱面積
の減少などにより、半導体素子の温度上昇が顕著とな
る。その結果、熱による半導体素子の故障や熱疲労によ
るはんだ接合部の寿命低下などにより、半導体モジュー
ルの信頼性が低下する。そこで、半導体モジュールの冷
却を高効率で行うために、例えば特開平９−３０７０４
０号公報の様にモジュール下部にある金属板内部に冷却
水を通して冷却を行う構造が従来技術にある。しかし、
この構造では半導体素子を下面からのみ冷却し、上面か
らの冷却は行えない。上面と下面両方から冷却を行う方
法としては、例えば特開２０００−１７４１８０号公報
の様に半導体素子の上下面に冷却板を接続する従来技術
がある。しかし、この構造では、半導体素子が剛性の高
い上下の放熱板に接しているため、半導体モジュールの
温度変化によって半導体素子や接合部に生じる熱応力が
大きくなり、その熱応力によって半導体素子の破壊や接
合部の寿命低下などが起きる。また、半導体素子の上面
にワイヤをボンディングして半導体素子と回路基板の電
気的導通をとることができないといった制約が生じる。
【０００７】ところで、半導体モジュールの高付加価値
化のためには、モジュール内部にマイコン等を搭載する
ことが有効である。しかし、マイコンは熱に弱く、半導
体素子の発熱によってマイコンの温度が上昇すると、故
障や誤作動を起こすことがある。
化のためには、モジュール内部にマイコン等を搭載する
ことが有効である。しかし、マイコンは熱に弱く、半導
体素子の発熱によってマイコンの温度が上昇すると、故
障や誤作動を起こすことがある。
【０００８】本発明の目的は、上記の従来技術における
状況に鑑み、半導体素子を上下両面から冷却し、熱応力
による影響を軽減可能な半導体モジュールを得ることに
ある。
状況に鑑み、半導体素子を上下両面から冷却し、熱応力
による影響を軽減可能な半導体モジュールを得ることに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題は、半導体モジ
ュールの封止ゲル内部に放熱部材を設け、放熱部材とボ
ンディングワイヤが接触することなく放熱部材と半導体
素子の距離を短くできるワイヤ形状とすることで、従来
主に金属ベース下面からのみ放出していた熱を、半導体
素子を上面からも放出することで解決される。また、封
止ゲルには熱伝導率２Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導の材料を
用いることで解決される。を形成することで解決され
る。また、半導体素子とマイコンの間に放熱部材を設
け、半導体素子の熱がマイコンに伝わるのを防止するこ
とで解決される。
ュールの封止ゲル内部に放熱部材を設け、放熱部材とボ
ンディングワイヤが接触することなく放熱部材と半導体
素子の距離を短くできるワイヤ形状とすることで、従来
主に金属ベース下面からのみ放出していた熱を、半導体
素子を上面からも放出することで解決される。また、封
止ゲルには熱伝導率２Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導の材料を
用いることで解決される。を形成することで解決され
る。また、半導体素子とマイコンの間に放熱部材を設
け、半導体素子の熱がマイコンに伝わるのを防止するこ
とで解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例である半
導体モジュールを、図を参照して説明する。図１（ａ）
は、本発明の第1の実施例である半導体モジュールの断
面図である。図１（ｂ）は、第1の実施例の半導体モジ
ュールの平面図である。
導体モジュールを、図を参照して説明する。図１（ａ）
は、本発明の第1の実施例である半導体モジュールの断
面図である。図１（ｂ）は、第1の実施例の半導体モジ
ュールの平面図である。
【００１１】図１（ａ）において、半導体モジュール１
は、半導体素子１１と絶縁セラミック基板１４の表面に
設けられている導電層１３、さらに金属ベース１５をは
んだ１２で接合することで、半導体素子１１と金属ベー
ス１５の絶縁がとられている。導電層と金属ベースには
それぞれＣｕを用い、絶縁セラミック基板には窒化アル
ミやアルミナを用いている。また、半導体素子１１と導
電層１３はボンディングワイヤ２１によって導通が取ら
れている。ボンディングワイヤ２１は可撓性が大きく半
導体モジュール稼動時の温度変化によって生じる熱変形
を吸収することができるので、半導体素子や絶縁セラミ
ック基板に大きな熱応力が加わることを防ぐことができ
る。導電層１３には端子２０が接続され、マイコン１９
などを搭載する制御基板１８との導通が取られている。
この制御基板１８によって、半導体素子１１の動作を制
御することで、半導体モジュール１はモジュール単体で
インバータとしての機能を果たすことができる。
は、半導体素子１１と絶縁セラミック基板１４の表面に
設けられている導電層１３、さらに金属ベース１５をは
んだ１２で接合することで、半導体素子１１と金属ベー
ス１５の絶縁がとられている。導電層と金属ベースには
それぞれＣｕを用い、絶縁セラミック基板には窒化アル
ミやアルミナを用いている。また、半導体素子１１と導
電層１３はボンディングワイヤ２１によって導通が取ら
れている。ボンディングワイヤ２１は可撓性が大きく半
導体モジュール稼動時の温度変化によって生じる熱変形
を吸収することができるので、半導体素子や絶縁セラミ
ック基板に大きな熱応力が加わることを防ぐことができ
る。導電層１３には端子２０が接続され、マイコン１９
などを搭載する制御基板１８との導通が取られている。
この制御基板１８によって、半導体素子１１の動作を制
御することで、半導体モジュール１はモジュール単体で
インバータとしての機能を果たすことができる。
【００１２】放熱部材１６は半導体素子１１の上部なお
かつ制御基板１８の下部に配置されている。金属ベース
１５には樹脂製のケース２２と蓋２３が付き、ケース内
部には高熱伝導な封止ゲル１７を充填することで半導体
素子１１、ボンディングワイヤ２１、導電層１３、放熱
部材１６の絶縁がとられている。
かつ制御基板１８の下部に配置されている。金属ベース
１５には樹脂製のケース２２と蓋２３が付き、ケース内
部には高熱伝導な封止ゲル１７を充填することで半導体
素子１１、ボンディングワイヤ２１、導電層１３、放熱
部材１６の絶縁がとられている。
【００１３】半導体モジュールの動作時には、半導体素
子１１が発熱する。半導体素子１１で生じた熱は、一部
は下面の金属ベース板下面から放出され、残りは封止ゲ
ル１７を介して放熱部材１６において放出される。な
お、本実施例では、放熱部材１６にＣｕ製の中空のパイ
プを用い、パイプ内部に冷却水を通すことで冷却を行な
った。
子１１が発熱する。半導体素子１１で生じた熱は、一部
は下面の金属ベース板下面から放出され、残りは封止ゲ
ル１７を介して放熱部材１６において放出される。な
お、本実施例では、放熱部材１６にＣｕ製の中空のパイ
プを用い、パイプ内部に冷却水を通すことで冷却を行な
った。
【００１４】従来用いられていた封止ゲルの熱伝導率は
０．２Ｗ／ｍＫ程度であった。一方、本実施例では従来
よりも熱伝導率が１桁以上大きい高熱伝導な封止ゲルを
用い、発熱体である半導体素子から放熱部材への熱の流
れを大きくすることで冷却能力を上げることが可能とな
る。熱伝導率の大きい封止ゲルを用いた場合、半導体素
子で発生した熱が封止ゲルを介してマイコンに大きく伝
わるため、マイコンの温度が上昇して誤作動を起こすこ
とが考えられる。しかし、本実施例では半導体素子とマ
イコンの間に放熱部材を配置することで半導体素子の熱
がマイコンに伝わることを防ぎ、マイコンの温度上昇を
抑えている。
０．２Ｗ／ｍＫ程度であった。一方、本実施例では従来
よりも熱伝導率が１桁以上大きい高熱伝導な封止ゲルを
用い、発熱体である半導体素子から放熱部材への熱の流
れを大きくすることで冷却能力を上げることが可能とな
る。熱伝導率の大きい封止ゲルを用いた場合、半導体素
子で発生した熱が封止ゲルを介してマイコンに大きく伝
わるため、マイコンの温度が上昇して誤作動を起こすこ
とが考えられる。しかし、本実施例では半導体素子とマ
イコンの間に放熱部材を配置することで半導体素子の熱
がマイコンに伝わることを防ぎ、マイコンの温度上昇を
抑えている。
【００１５】放熱部材１６に用いている水冷パイプの断
面形状は垂直方向に対して水平方向を長くして、半導体
素子１１の発熱を効率よく冷却できる形状としている。
また、本実施例ではパイプの材料にＣｕを用いたが、他
の材料を用いることも可能である。
面形状は垂直方向に対して水平方向を長くして、半導体
素子１１の発熱を効率よく冷却できる形状としている。
また、本実施例ではパイプの材料にＣｕを用いたが、他
の材料を用いることも可能である。
【００１６】放熱部材１６とボンディングワイヤ２１が
接触すると、電気的な短絡が生じる。これを避けるため
には、放熱部材１６を半導体素子１１から５ｍｍ程度離
して配置する必要がある。従来の熱伝導率０．２Ｗ／ｍ
Ｋの封止ゲルを用いた場合、放熱部材１６と半導体素子
１１の間に５ｍｍの封止ゲルがあることで熱の流れは非
常に悪くなり、放熱部材の効果は小さい。図２に、半導
体素子１１と放熱部材１６が５ｍｍ離れているときの、
封止ゲルの熱伝導率と半導体素子の温度上昇量の関係を
示す。従来用いていた封止ゲルの熱伝導率０．２Ｗ／ｍ
Ｋでは、半導体素子の温度上昇量は放熱部材１６が無い
場合とほぼ同じである。しかし、封止ゲルの熱伝導率が
２Ｗ／ｍＫのときの半導体素子の温度上昇量は放熱部材
１６が無いときの約半分となり、放熱部材が効果的に作
用していることが分かる。さらに、熱伝導率が２Ｗ／ｍ
Ｋ以上のときは半導体素子の温度上昇量はより減少す
る。そこで、本実施例では熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の
熱伝導率のゲルを用いた。
接触すると、電気的な短絡が生じる。これを避けるため
には、放熱部材１６を半導体素子１１から５ｍｍ程度離
して配置する必要がある。従来の熱伝導率０．２Ｗ／ｍ
Ｋの封止ゲルを用いた場合、放熱部材１６と半導体素子
１１の間に５ｍｍの封止ゲルがあることで熱の流れは非
常に悪くなり、放熱部材の効果は小さい。図２に、半導
体素子１１と放熱部材１６が５ｍｍ離れているときの、
封止ゲルの熱伝導率と半導体素子の温度上昇量の関係を
示す。従来用いていた封止ゲルの熱伝導率０．２Ｗ／ｍ
Ｋでは、半導体素子の温度上昇量は放熱部材１６が無い
場合とほぼ同じである。しかし、封止ゲルの熱伝導率が
２Ｗ／ｍＫのときの半導体素子の温度上昇量は放熱部材
１６が無いときの約半分となり、放熱部材が効果的に作
用していることが分かる。さらに、熱伝導率が２Ｗ／ｍ
Ｋ以上のときは半導体素子の温度上昇量はより減少す
る。そこで、本実施例では熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上の
熱伝導率のゲルを用いた。
【００１７】さらに、本実施例では半導体素子１１と放
熱部材１６の距離を小さくするため、ボンディングワイ
ヤ２１を、図３に示すように半導体素子１１と接合する
角度θ１に対して導電層と接合する角度θ２が大きくな
るように形成している。これによって、放熱部材１６を
ボンディングワイヤに接することなく半導体素子１１と
放熱部材１６の距離Ｌ１を５ｍｍ以下に小さくすること
ができるので放熱部材の効果がさらに上がる。
熱部材１６の距離を小さくするため、ボンディングワイ
ヤ２１を、図３に示すように半導体素子１１と接合する
角度θ１に対して導電層と接合する角度θ２が大きくな
るように形成している。これによって、放熱部材１６を
ボンディングワイヤに接することなく半導体素子１１と
放熱部材１６の距離Ｌ１を５ｍｍ以下に小さくすること
ができるので放熱部材の効果がさらに上がる。
【００１８】ところで、半導体モジュール１には動作時
に温度変化が生じ、熱変形によってボンディングワイヤ
の両端の距離Ｌ２が変化する。ボンディングワイヤの両
端の接合角度θ１、θ２が共に小さい場合、距離Ｌ２の
長さ変化によってワイヤに生じるひずみが大きく、ワイ
ヤが断線するといった問題が考えられる。そこで、本実
施例では半導体素子とボンディングワイヤの接合角度θ
１は小さくする一方、他方の接合角度θ２を大きくする
ことで距離Ｌ２の長さ変化による断線を防止している。
に温度変化が生じ、熱変形によってボンディングワイヤ
の両端の距離Ｌ２が変化する。ボンディングワイヤの両
端の接合角度θ１、θ２が共に小さい場合、距離Ｌ２の
長さ変化によってワイヤに生じるひずみが大きく、ワイ
ヤが断線するといった問題が考えられる。そこで、本実
施例では半導体素子とボンディングワイヤの接合角度θ
１は小さくする一方、他方の接合角度θ２を大きくする
ことで距離Ｌ２の長さ変化による断線を防止している。
【００１９】なお、水冷パイプの材料に絶縁材料を用い
た場合、水冷パイプとボンディングワイヤの接触が許さ
れるため、半導体素子１１と放熱部材１６の距離Ｌ１を
さらに小さくすることが可能である。
た場合、水冷パイプとボンディングワイヤの接触が許さ
れるため、半導体素子１１と放熱部材１６の距離Ｌ１を
さらに小さくすることが可能である。
【００２０】図１（ｂ）は、本発明の第1の実施例であ
る半導体モジュールの平面図である。図１（ｂ）では蓋
２３、制御基板１８、マイコン１９、端子２０は省略し
た。
る半導体モジュールの平面図である。図１（ｂ）では蓋
２３、制御基板１８、マイコン１９、端子２０は省略し
た。
【００２１】本実施例では、放熱部材１６に水冷パイプ
を用いており、ケース２２に接着材で固定されている。
水冷パイプは半導体モジュール１の内部に継手を持たな
いため、モジュール内部で冷却水が漏れる可能性が小さ
い。
を用いており、ケース２２に接着材で固定されている。
水冷パイプは半導体モジュール１の内部に継手を持たな
いため、モジュール内部で冷却水が漏れる可能性が小さ
い。
【００２２】半導体モジュール１は、モジュール内部に
６個の半導体素子を持つ。ここで、放熱部材は端子やボ
ンディングワイヤに接触しない範囲で面積を大きくする
ことができる。そこで、放熱部材１６の幅ｔ３を発熱個
所である半導体素子１１の１辺長ｔ４よりも大きくし、
なおかつ放熱部材１６が６個の半導体素子１１全体を覆
う様に配置することで放熱部材の効果を上げている。
６個の半導体素子を持つ。ここで、放熱部材は端子やボ
ンディングワイヤに接触しない範囲で面積を大きくする
ことができる。そこで、放熱部材１６の幅ｔ３を発熱個
所である半導体素子１１の１辺長ｔ４よりも大きくし、
なおかつ放熱部材１６が６個の半導体素子１１全体を覆
う様に配置することで放熱部材の効果を上げている。
【００２３】また、放熱部材１６が固定されるケース２
２は、水冷パイプを固定する辺の厚さｔ１を他の辺ｔ２
よりも厚くすることで、剛性を上げている。
２は、水冷パイプを固定する辺の厚さｔ１を他の辺ｔ２
よりも厚くすることで、剛性を上げている。
【００２４】なお、放熱部材１６と半導体素子１１の間
には柔らかい封止ゲル１７があるため、半導体モジュー
ルの温度変化によってモジュール全体が変形をした場合
であっても放熱部材１６から半導体素子１１に大きな荷
重は加わらず、半導体素子の破壊や接続部であるはんだ
１２の寿命低下を避けることができる。
には柔らかい封止ゲル１７があるため、半導体モジュー
ルの温度変化によってモジュール全体が変形をした場合
であっても放熱部材１６から半導体素子１１に大きな荷
重は加わらず、半導体素子の破壊や接続部であるはんだ
１２の寿命低下を避けることができる。
【００２５】図４に、本実施例の半導体モジュール１を
実装した状態を示す。図４（ａ）は実装状態を側面から
示した図であり、図４（ｂ）は実装状態を上面から示し
た図である。半導体モジュール１が実装される放熱板３
２は、内部に冷却水を循環させることで冷却されてお
り、半導体モジュール１が接続する面に、内部の冷却水
の経路につながるパイプ３３が２本設置されている。
実装した状態を示す。図４（ａ）は実装状態を側面から
示した図であり、図４（ｂ）は実装状態を上面から示し
た図である。半導体モジュール１が実装される放熱板３
２は、内部に冷却水を循環させることで冷却されてお
り、半導体モジュール１が接続する面に、内部の冷却水
の経路につながるパイプ３３が２本設置されている。
【００２６】半導体モジュール１を放熱板３２に実装す
る場合、はじめに金属ベース１５の下面に熱伝導グリー
ス３１を塗布し、放熱板３２にボルト止めする。次に、
放熱板から出ているパイプ３３と半導体モジュール１か
ら出ているパイプ１６を、それぞれ１本ずつ接続部材３
４を用いて接続する。ここで、接続部材３４には例えば
ゴムなどの弾性体のパイプを用いている。また、接続部
材３４とパイプとの継ぎ目からの冷却水漏れを防ぐた
め、ベルト３５を用いて継ぎ目の隙間を塞いでいる。
る場合、はじめに金属ベース１５の下面に熱伝導グリー
ス３１を塗布し、放熱板３２にボルト止めする。次に、
放熱板から出ているパイプ３３と半導体モジュール１か
ら出ているパイプ１６を、それぞれ１本ずつ接続部材３
４を用いて接続する。ここで、接続部材３４には例えば
ゴムなどの弾性体のパイプを用いている。また、接続部
材３４とパイプとの継ぎ目からの冷却水漏れを防ぐた
め、ベルト３５を用いて継ぎ目の隙間を塞いでいる。
【００２７】この様に放熱板から出ているパイプ３３と
半導体モジュール１から出ているパイプ１６を接続する
ことで、放熱板３２の内部を循環している冷却水はパイ
プ３３の内の１本と接続部材３４を通って半導体モジュ
ール１の水冷パイプ１６内を通過して半導体モジュール
１を冷却し、その後他方のパイプ３３を通って再び放熱
板３２内を循環させることができる。
半導体モジュール１から出ているパイプ１６を接続する
ことで、放熱板３２の内部を循環している冷却水はパイ
プ３３の内の１本と接続部材３４を通って半導体モジュ
ール１の水冷パイプ１６内を通過して半導体モジュール
１を冷却し、その後他方のパイプ３３を通って再び放熱
板３２内を循環させることができる。
【００２８】冷却パイプ１６を流れる冷却水と放熱板３
２内部を循環する冷却水と共通とすることで、冷却水の
経路を共通化することができ、冷却パイプ１６を流れる
冷却水のための専用経路を設ける必要がなくなる。な
お、本実施例では、放熱部材１６内部の冷却媒体に水を
用いたが、他の液体や気体でも良い。
２内部を循環する冷却水と共通とすることで、冷却水の
経路を共通化することができ、冷却パイプ１６を流れる
冷却水のための専用経路を設ける必要がなくなる。な
お、本実施例では、放熱部材１６内部の冷却媒体に水を
用いたが、他の液体や気体でも良い。
【００２９】図５に、放熱板３２が空冷フィンなどで内
部に冷却水経路を持たない場合の実装形態の１例を示
す。半導体モジュール１は熱伝導グリース１を介して放
熱板３２にボルト止めされる。半導体素子１の上面には
冷却フィン５１が配置され、放熱部材１６は接続部材３
４を用いて放熱フィン５１に接続される。放熱部材内部
に液体を入れて内圧を小さくすることで、放熱部材１６
と放熱フィン５１はヒートパイプとして働き、半導体モ
ジュール１の冷却を行う。なお、冷却フィン５１は半導
体モジュール１の上部に配置する必要はなく、図６の様
に半導体モジュール１の横側に配置することもできる。
部に冷却水経路を持たない場合の実装形態の１例を示
す。半導体モジュール１は熱伝導グリース１を介して放
熱板３２にボルト止めされる。半導体素子１の上面には
冷却フィン５１が配置され、放熱部材１６は接続部材３
４を用いて放熱フィン５１に接続される。放熱部材内部
に液体を入れて内圧を小さくすることで、放熱部材１６
と放熱フィン５１はヒートパイプとして働き、半導体モ
ジュール１の冷却を行う。なお、冷却フィン５１は半導
体モジュール１の上部に配置する必要はなく、図６の様
に半導体モジュール１の横側に配置することもできる。
【００３０】図７は、本発明の第２の実施例である半導
体モジュールの断面図である。本実施例では、半導体素
子１１と金属ベース１５の絶縁を絶縁セラミック基板で
はなく、金属ベース１５の表面に貼られた絶縁樹脂シー
ト７１によって行っている。この様な構造の半導体モジ
ュールにおいても、本発明を実施することで実施例１と
同様に、半導体素子１１やマイコン１９の温度上昇を抑
えることができる。
体モジュールの断面図である。本実施例では、半導体素
子１１と金属ベース１５の絶縁を絶縁セラミック基板で
はなく、金属ベース１５の表面に貼られた絶縁樹脂シー
ト７１によって行っている。この様な構造の半導体モジ
ュールにおいても、本発明を実施することで実施例１と
同様に、半導体素子１１やマイコン１９の温度上昇を抑
えることができる。
【００３１】図８は、本発明の第３の実施例である半導
体モジュールの断面図である。本実施例では、放熱部材
１６は封止ゲル１７に完全には埋まっていない。この状
態であっても、放熱部材１６と半導体素子１１の間に封
止ゲルが満たされているので、半導体素子１１から放熱
部材１６へ熱は流れ、放熱部材の効果は大きい。また、
本実施例では制御基板１８は封止ゲル１７と接しておら
ず、間に空間が設けられている。したがって、制御基板
１８上に配置されているマイコン１９に半導体素子１１
から伝わる熱は、制御基板１８と封止ゲル１７が接して
いる構造よりも小さくなる。
体モジュールの断面図である。本実施例では、放熱部材
１６は封止ゲル１７に完全には埋まっていない。この状
態であっても、放熱部材１６と半導体素子１１の間に封
止ゲルが満たされているので、半導体素子１１から放熱
部材１６へ熱は流れ、放熱部材の効果は大きい。また、
本実施例では制御基板１８は封止ゲル１７と接しておら
ず、間に空間が設けられている。したがって、制御基板
１８上に配置されているマイコン１９に半導体素子１１
から伝わる熱は、制御基板１８と封止ゲル１７が接して
いる構造よりも小さくなる。
【００３２】図９は、本発明の第４の実施例である半導
体モジュールの断面図である。本実施例では、放熱部材
１６は中空構造でなく、Ｃｕなどの熱伝導率の高い材料
をムクの形状で用いている。
体モジュールの断面図である。本実施例では、放熱部材
１６は中空構造でなく、Ｃｕなどの熱伝導率の高い材料
をムクの形状で用いている。
【００３３】図１０は、本発明の第５の実施例である半
導体モジュールの断面図である。半導体素子１１の上部
に制御基板１８を持たない半導体モジュールの場合、蓋
２３と放熱部材１６を一体化させ、蓋２３に放熱部材の
働きをさせることができる。このとき、蓋２３を、半導
体素子の上部に位置する個所だけが半導体素子に近づく
形状とすることで、蓋２３と封止ゲル１７の間には空間
７２ができる。封止ゲルは線膨張係数が他の部材と比べ
て大きいので、半導体モジュールの作動時の温度変化に
よる体積変化が大きい。しかし、本実施例では蓋２３と
封止ゲル１７の間の空間によって、この体積変化を吸収
することができる。蓋２３にはＣｕなどの熱伝導率の高
い材料を用いる。
導体モジュールの断面図である。半導体素子１１の上部
に制御基板１８を持たない半導体モジュールの場合、蓋
２３と放熱部材１６を一体化させ、蓋２３に放熱部材の
働きをさせることができる。このとき、蓋２３を、半導
体素子の上部に位置する個所だけが半導体素子に近づく
形状とすることで、蓋２３と封止ゲル１７の間には空間
７２ができる。封止ゲルは線膨張係数が他の部材と比べ
て大きいので、半導体モジュールの作動時の温度変化に
よる体積変化が大きい。しかし、本実施例では蓋２３と
封止ゲル１７の間の空間によって、この体積変化を吸収
することができる。蓋２３にはＣｕなどの熱伝導率の高
い材料を用いる。
【００３４】図１１は、本発明の第６の実施例である半
導体モジュールの断面図である。実施例５と同様に蓋２
３に放熱部材の効果を持たせた構造であるが、封止ゲル
１７を硬化させる時に半導体モジュールを９０°傾ける
ことで、蓋２３と封止ゲル１７の間の空間７２はモジュ
ールの上部にできる。このため、実装例５と比較して蓋
２３のより広い面積が封止ゲルと接しており、放熱効果
を高めることができる。
導体モジュールの断面図である。実施例５と同様に蓋２
３に放熱部材の効果を持たせた構造であるが、封止ゲル
１７を硬化させる時に半導体モジュールを９０°傾ける
ことで、蓋２３と封止ゲル１７の間の空間７２はモジュ
ールの上部にできる。このため、実装例５と比較して蓋
２３のより広い面積が封止ゲルと接しており、放熱効果
を高めることができる。
【００３５】半導体モジュールの製造工程では、封止ゲ
ルの充填は最後の工程となる。そして、本実施例の半導
体モジュールの製造工程では、ゲルを充填する直前にＵ
型の放熱部材１６をケースに挿入して固定すれば良く、
それ以前の工程は放熱部材を持たない従来構造の半導体
モジュールと同じである。したがって、構造、製造工程
ともに従来の放熱部材を持たない半導体モジュールに対
して大きな変更しなくてもモジュールを製造することが
できる。
ルの充填は最後の工程となる。そして、本実施例の半導
体モジュールの製造工程では、ゲルを充填する直前にＵ
型の放熱部材１６をケースに挿入して固定すれば良く、
それ以前の工程は放熱部材を持たない従来構造の半導体
モジュールと同じである。したがって、構造、製造工程
ともに従来の放熱部材を持たない半導体モジュールに対
して大きな変更しなくてもモジュールを製造することが
できる。
【００３６】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるこ
とは言うまでもない。
明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるこ
とは言うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子やマイコン
の温度上昇による故障や誤作動を防いだ信頼性の高い半
導体モジュールを提供できる。
の温度上昇による故障や誤作動を防いだ信頼性の高い半
導体モジュールを提供できる。
【図１】本発明を備えた半導体モジュールの第一の実施
例を説明する図である。
例を説明する図である。
【図２】本発明の効果を説明するグラフ図である。
【図３】本発明を備えた半導体モジュールの第一の実施
例を説明する図である。
例を説明する図である。
【図４】本発明を備えた半導体モジュールの第一の実装
状態を説明する図である。
状態を説明する図である。
【図５】本発明を備えた半導体モジュールの第二の実装
状態を説明する図である。
状態を説明する図である。
【図６】本発明を備えた半導体モジュールの第三の実装
状態を説明する図である。
状態を説明する図である。
【図７】本発明を備えた半導体モジュールの第二の実施
例を説明する図である。
例を説明する図である。
【図８】本発明を備えた半導体モジュールの第三の実施
例を説明する図である。
例を説明する図である。
【図９】本発明を備えた半導体モジュールの第四の実施
例を説明する図である。
例を説明する図である。
【図１０】本発明を備えた半導体モジュールの第五の実
施例を説明する図である。
施例を説明する図である。
【図１１】本発明を備えた半導体モジュールの第六の実
施例を説明する図である。
施例を説明する図である。
１…半導体モジュール、１１…半導体素子、１２…はん
だ、１３…導電層、１４…絶縁セラミック基板、１５…
金属ベース、１６…放熱部材、１７…封止ゲル、１８…
制御基板、１９…マイコン、２０…端子、２１…ボンデ
ィングワイヤ、２２…ケース、２３…蓋、３１…熱伝導
グリース、３２…放熱板、３３…冷却水パイプ、３４…
接続部材、３５…ベルト、３６…冷却水の流れ方向、５
１…冷却フィン、７１…絶縁樹脂シート、７２…蓋と封
止ゲルの隙間。
だ、１３…導電層、１４…絶縁セラミック基板、１５…
金属ベース、１６…放熱部材、１７…封止ゲル、１８…
制御基板、１９…マイコン、２０…端子、２１…ボンデ
ィングワイヤ、２２…ケース、２３…蓋、３１…熱伝導
グリース、３２…放熱板、３３…冷却水パイプ、３４…
接続部材、３５…ベルト、３６…冷却水の流れ方向、５
１…冷却フィン、７１…絶縁樹脂シート、７２…蓋と封
止ゲルの隙間。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 川瀬 大助
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所インバータ推進本部内
(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
Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA10 BB05 BB21 BF05
5F044 AA02 CC05
Claims (3)
- 【請求項１】 金属ベース上面に設けられた半導体素子
と、その半導体素子の上方に設けられ少なくとも当該半
導体素子の幅よりも大きな幅を有する放熱部材と、その
放熱部材と前記半導体素子との間に充填された封止ゲル
と、前記半導体素子と前記金属ベース上面に設けられた
導電層とを結ぶボンディングワイヤとを備え、そのボン
ディングワイヤと前記半導体素子との接合角度が、当該
ボンディングワイヤと前記導電層との接合角度よりも小
さい半導体モジュール。 - 【請求項２】前記封止ゲルの熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上
である請求項１記載の半導体モジュール。 - 【請求項３】半導体モジュール内部に複数の半導体素子
を持ち、すべての半導体素子の上部に前記放熱部材が配
置されている請求項１記載の半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090192A JP3726767B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002090192A JP3726767B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 半導体モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003289124A true JP2003289124A (ja) | 2003-10-10 |
| JP3726767B2 JP3726767B2 (ja) | 2005-12-14 |
Family
ID=29235549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002090192A Expired - Fee Related JP3726767B2 (ja) | 2002-03-28 | 2002-03-28 | 半導体モジュール |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3726767B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011129797A (ja) * | 2009-12-21 | 2011-06-30 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 制御装置 |
| JP2011155147A (ja) * | 2010-01-27 | 2011-08-11 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 半導体装置 |
| CN102163594A (zh) * | 2010-02-22 | 2011-08-24 | 三菱电机株式会社 | 树脂密封型电子控制装置及其制造方法 |
| JP2014502786A (ja) * | 2010-12-15 | 2014-02-03 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | ダウンホールツール熱デバイス |
| JP2014020994A (ja) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Denso Corp | 温度検出装置 |
| US8787022B2 (en) | 2009-07-24 | 2014-07-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor storage device and method of manufacturing the same |
| JP2015220398A (ja) * | 2014-05-20 | 2015-12-07 | 富士電機株式会社 | パワー半導体モジュール |
| WO2019082783A1 (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-02 | 三菱電機株式会社 | ヒートシンクおよび回路装置 |
| CN109983478A (zh) * | 2016-11-04 | 2019-07-05 | 智能包装技术公司 | 用于芯片卡的电子模块的制造方法 |
-
2002
- 2002-03-28 JP JP2002090192A patent/JP3726767B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2011171663A (ja) * | 2010-02-22 | 2011-09-01 | Mitsubishi Electric Corp | 樹脂封止形電子制御装置及びその製造方法 |
| US8274791B2 (en) | 2010-02-22 | 2012-09-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Resin-sealed electronic control device and method of fabricating the same |
| DE102010044499B4 (de) | 2010-02-22 | 2022-06-30 | Mitsubishi Electric Corp. | Harz versiegelte elektronische Steuervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben |
| JP2014502786A (ja) * | 2010-12-15 | 2014-02-03 | シュルンベルジェ ホールディングス リミテッド | ダウンホールツール熱デバイス |
| US9217677B2 (en) | 2012-07-20 | 2015-12-22 | Denso Corporation | Temperature measuring apparatus with sensor assembly of sensing devices connected together |
| JP2014020994A (ja) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Denso Corp | 温度検出装置 |
| JP2015220398A (ja) * | 2014-05-20 | 2015-12-07 | 富士電機株式会社 | パワー半導体モジュール |
| CN109983478A (zh) * | 2016-11-04 | 2019-07-05 | 智能包装技术公司 | 用于芯片卡的电子模块的制造方法 |
| JP2019536186A (ja) * | 2016-11-04 | 2019-12-12 | スマート パッケージング ソリューションズ（エス．ピー．エス）Ｓｍａｒｔ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ （Ｓ．Ｐ．Ｓ） | チップカード用電子モジュールの製造方法 |
| JP2022078128A (ja) * | 2016-11-04 | 2022-05-24 | スマート パッケージング ソリューションズ（エス．ピー．エス） | チップカード用電子モジュールの製造方法 |
| JP7166527B2 (ja) | 2016-11-04 | 2022-11-08 | スマート パッケージング ソリューションズ | チップカード用電子モジュールの製造方法 |
| JP7273209B2 (ja) | 2016-11-04 | 2023-05-12 | スマート パッケージング ソリューションズ | チップカード用電子モジュールの製造方法 |
| WO2019082783A1 (ja) * | 2017-10-26 | 2019-05-02 | 三菱電機株式会社 | ヒートシンクおよび回路装置 |
| GB2580262A (en) * | 2017-10-26 | 2020-07-15 | Mitsubishi Electric Corp | Heat sink and circuit device |
| GB2580262B (en) * | 2017-10-26 | 2022-09-14 | Mitsubishi Electric Corp | Heat sink and circuit device |
| US11557521B2 (en) | 2017-10-26 | 2023-01-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Heat sink and circuit device |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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