JP2004022983A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力用半導体素子のスイッチング動作時の発熱による性能悪化を低減する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置において、電力用半導体素子１１と、その電力用半導体素子１１で発生する熱を放熱させるための放熱用ブロック１３ａとをベース板１９上に取りつけ、その際、放熱用ブロック１３ａを電力用半導体素子１１の横側に配置する。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体装置において、電力用半導体素子１１と、その電力用半導体素子１１で発生する熱を放熱させるための放熱用ブロック１３ａとをベース板１９上に取りつけ、その際、放熱用ブロック１３ａを電力用半導体素子１１の横側に配置する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子を搭載した半導体モジュールにおける放熱技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電力用半導体素子を搭載し、その電力用半導体素子をスイッチング動作させることにより電力変換機能を実現する半導体モジュールがある。その半導体モジュールにおいて電力用半導体素子（以下「チップ」という。）をスイッチングさせ電流を流すと熱エネルギーが発生する。この発生した熱エネルギーによりチップが高温（通常、１５０℃以上）になると、チップの電気的特性が悪化したり、チップに接続するアルミワイヤの接合部の劣化が加速し、チップのパワーサイクル寿命が短くなるという問題がある。
【０００３】
このような発熱による高温化の問題に対応するため、従来においては、図４に示すように、発熱源であるチップ１１の下方に放熱用のヒートシンク用ブロック１３を配置する方法がある。チップ１１とヒートシンク用ブロック１３とはハンダ１２’により半田付けされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チップ１１は通常シリコンを材料とし、放熱用のヒートシンク用ブロック１３は銅やモリブデン等を材料とする。このため、図４に示すような構成では、チップ１１の熱膨張率と、放熱用のヒートシンク用ブロック１３の熱膨張率とが異なり、熱膨張率の差からチップ１１が割れるという問題がある。また、従来では、ブロック１３を融点が高い（例えば４００℃）高温ハンダで半田づけするため、その半田付け工程においてチップが高温状態（例えば４００℃）におかれ、チップの電気的特性（しきい値等）が変化してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、半導体モジュールであって電力用半導体素子のスイッチング動作時の発熱による性能悪化を低減する半導体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、電力用半導体素子と、その電力用半導体素子で発生する熱を放熱させるための放熱用ブロックとをベース板上に取りつけた半導体装置において、放熱用ブロックを電力用半導体素子の横側に取り付けた。このように電力用半導体素子の横側に放熱用ブロックを配置することにより熱抵抗を低減できるとともに、放熱用ブロックを介して配置された隣のチップからの熱干渉をも低減できる。また、電力用半導体素子の下側には厚みの薄い電流パターンしかないので、熱膨張率の違いから生じるチップの割れを防止できる。
【０００７】
上記半導体装置において、放熱用ブロックの断面形状は三角形にするのが好ましい。このような形状にすることにより放熱用ブロックの重心が安定し、ブロックの半田付けの際にその転倒を防止でき、作業効率を向上できる。
【０００８】
または、放熱用ブロックを電力用半導体素子を包囲するような形状にしてもよい。これにより、放熱用ブロックの高さ、幅を小さくすることができ、半導体装置全体として小型化が可能となる。
【０００９】
さらに、放熱用ブロックをベース板上の電流パターンに融点が２７０度以下のハンダで取り付けることが好ましい。放熱用ブロックを融点が２７０度以下の低温ハンダまたは中温ハンダで電流パターンに半田付けすることにより、電力用半導体素子を高温（例えば４００℃）に加熱することがなくなり、電力用半導体素子の電気的特性（しきい値等）の変化を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して、本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１に本発明に係る半導体装置の構成を示す。半導体装置はスイッチング機能を有する半導体素子（チップ）１１を備え、チップ１１はハンダ１２を介して導電性の電流パターン１５上に取り付けられている。電流パターン１５上は絶縁層１７を介してベース板１９上に設けられている。
【００１２】
さらに、半導体装置には放熱用ブロック１３ａが取り付けられており、この放熱用ブロック１３ａはチップ１１の横側に配置される。チップ１１の横側にブロック１３ａを配置することにより熱抵抗を低減できるとともに、ブロック１３ａを介して配置された隣のチップからの熱干渉を低減できる。
【００１３】
また、チップ１１で発生する熱は熱伝導性の高い電流パターン１５を介してチップ１１横に配置されたブロック１３ａに伝わるため、チップの放熱性が向上し、発熱による温度向上が低減される。
【００１４】
また、チップ１１の下側には厚みの薄い電流パターン１５しかないので、従来問題であった熱膨張率の違いから生じるチップの割れを防止できる。
【００１５】
放熱用ブロック１３ａはパターン１５上にハンダ１２により半田付けされて固定されるが、このハンダ１２には融点が３００度より低い中温または低温ハンダを使用する。例えば、融点が２７０度程度の中温ハンダや融点が２００度程度の低温ハンダを使用するのが好ましい。ブロック１３ａを低温または中温ハンダで電流パターン１５に半田付けすることにより、チップ１１を高温（例えば４００℃）に加熱することがなくなり、チップの電気的特性（しきい値等）の変化を防止できる。
【００１６】
なお、放熱用ブロック１３が吸収できる熱容量はブロックの体積に比例するため、ブロックの体積は必要な熱容量を考慮して決定される。
【００１７】
実施の形態２．
図２に本発明に係る半導体装置の別の構成例を示す。本実施形態の半導体装置では、放熱用ブロック１３ｂを図２（ａ）に示すようにその断面が三角形状になるような形状としている。例えば、図２（ｂ）に示すような三角柱形状や、図２（ｃ）に示すような三角錐形状（または四角錘形状）にする。このような形状にすることによりブロック１３ｂの重心が安定し、ブロック１３ｂの半田付けの際にブロック１３ｂの転倒を防止でき、作業効率を向上できる。
【００１８】
実施の形態３．
図３に本発明に係る半導体装置のさらに別の構成例を示す。図３（ａ）は半導体装置を横から見た断面図、図３（ｂ）は上から見た図である。
【００１９】
本実施形態の半導体装置では、放熱用ブロック１３ｃを、チップ１１の周囲にそれを包囲するような形状にしている。放熱用ブロックが吸収できる熱容量はブロックの体積に比例するため、図３に示すようにチップ１１の周囲にブロック１３ｃを配置することにより、同じ熱容量を確保する場合、実施の形態１のものに比してブロック１３ｃの高さ、幅を小さくすることができ、半導体装置全体として小型化が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、電力用半導体素子の横側に放熱用ブロックを配置することにより、熱抵抗を低減できるとともに、放熱用ブロックを介して配置された隣のチップからの熱干渉をも低減できる。また、電力用半導体素子の下側には厚みの薄い電流パターンしかないので、熱膨張率の違いから生じるチップの割れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示した図（横から見た断面図）。
【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を示した図（（ａ）半導体装置を横から見た断面図、（ｂ）放熱用ブロックの具体例１、（ｃ）放熱用ブロックの具体例２）。
【図３】本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を示した図（（ａ）横から見た断面図、（ｂ）上から見た図）。
【図４】従来の半導体装置の構成を示した図。
【符号の説明】
１１ 電力用半導体素子（チップ）、 １２，１２’ ハンダ、 １３，１３ａ〜１３ｃ 放熱用ブロック、 １５ 電流パターン、 １７ 絶縁層、 １９ ベース板。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子を搭載した半導体モジュールにおける放熱技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の電力用半導体素子を搭載し、その電力用半導体素子をスイッチング動作させることにより電力変換機能を実現する半導体モジュールがある。その半導体モジュールにおいて電力用半導体素子（以下「チップ」という。）をスイッチングさせ電流を流すと熱エネルギーが発生する。この発生した熱エネルギーによりチップが高温（通常、１５０℃以上）になると、チップの電気的特性が悪化したり、チップに接続するアルミワイヤの接合部の劣化が加速し、チップのパワーサイクル寿命が短くなるという問題がある。
【０００３】
このような発熱による高温化の問題に対応するため、従来においては、図４に示すように、発熱源であるチップ１１の下方に放熱用のヒートシンク用ブロック１３を配置する方法がある。チップ１１とヒートシンク用ブロック１３とはハンダ１２’により半田付けされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
チップ１１は通常シリコンを材料とし、放熱用のヒートシンク用ブロック１３は銅やモリブデン等を材料とする。このため、図４に示すような構成では、チップ１１の熱膨張率と、放熱用のヒートシンク用ブロック１３の熱膨張率とが異なり、熱膨張率の差からチップ１１が割れるという問題がある。また、従来では、ブロック１３を融点が高い（例えば４００℃）高温ハンダで半田づけするため、その半田付け工程においてチップが高温状態（例えば４００℃）におかれ、チップの電気的特性（しきい値等）が変化してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、半導体モジュールであって電力用半導体素子のスイッチング動作時の発熱による性能悪化を低減する半導体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、電力用半導体素子と、その電力用半導体素子で発生する熱を放熱させるための放熱用ブロックとをベース板上に取りつけた半導体装置において、放熱用ブロックを電力用半導体素子の横側に取り付けた。このように電力用半導体素子の横側に放熱用ブロックを配置することにより熱抵抗を低減できるとともに、放熱用ブロックを介して配置された隣のチップからの熱干渉をも低減できる。また、電力用半導体素子の下側には厚みの薄い電流パターンしかないので、熱膨張率の違いから生じるチップの割れを防止できる。
【０００７】
上記半導体装置において、放熱用ブロックの断面形状は三角形にするのが好ましい。このような形状にすることにより放熱用ブロックの重心が安定し、ブロックの半田付けの際にその転倒を防止でき、作業効率を向上できる。
【０００８】
または、放熱用ブロックを電力用半導体素子を包囲するような形状にしてもよい。これにより、放熱用ブロックの高さ、幅を小さくすることができ、半導体装置全体として小型化が可能となる。
【０００９】
さらに、放熱用ブロックをベース板上の電流パターンに融点が２７０度以下のハンダで取り付けることが好ましい。放熱用ブロックを融点が２７０度以下の低温ハンダまたは中温ハンダで電流パターンに半田付けすることにより、電力用半導体素子を高温（例えば４００℃）に加熱することがなくなり、電力用半導体素子の電気的特性（しきい値等）の変化を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付の図面を参照して、本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１に本発明に係る半導体装置の構成を示す。半導体装置はスイッチング機能を有する半導体素子（チップ）１１を備え、チップ１１はハンダ１２を介して導電性の電流パターン１５上に取り付けられている。電流パターン１５上は絶縁層１７を介してベース板１９上に設けられている。
【００１２】
さらに、半導体装置には放熱用ブロック１３ａが取り付けられており、この放熱用ブロック１３ａはチップ１１の横側に配置される。チップ１１の横側にブロック１３ａを配置することにより熱抵抗を低減できるとともに、ブロック１３ａを介して配置された隣のチップからの熱干渉を低減できる。
【００１３】
また、チップ１１で発生する熱は熱伝導性の高い電流パターン１５を介してチップ１１横に配置されたブロック１３ａに伝わるため、チップの放熱性が向上し、発熱による温度向上が低減される。
【００１４】
また、チップ１１の下側には厚みの薄い電流パターン１５しかないので、従来問題であった熱膨張率の違いから生じるチップの割れを防止できる。
【００１５】
放熱用ブロック１３ａはパターン１５上にハンダ１２により半田付けされて固定されるが、このハンダ１２には融点が３００度より低い中温または低温ハンダを使用する。例えば、融点が２７０度程度の中温ハンダや融点が２００度程度の低温ハンダを使用するのが好ましい。ブロック１３ａを低温または中温ハンダで電流パターン１５に半田付けすることにより、チップ１１を高温（例えば４００℃）に加熱することがなくなり、チップの電気的特性（しきい値等）の変化を防止できる。
【００１６】
なお、放熱用ブロック１３が吸収できる熱容量はブロックの体積に比例するため、ブロックの体積は必要な熱容量を考慮して決定される。
【００１７】
実施の形態２．
図２に本発明に係る半導体装置の別の構成例を示す。本実施形態の半導体装置では、放熱用ブロック１３ｂを図２（ａ）に示すようにその断面が三角形状になるような形状としている。例えば、図２（ｂ）に示すような三角柱形状や、図２（ｃ）に示すような三角錐形状（または四角錘形状）にする。このような形状にすることによりブロック１３ｂの重心が安定し、ブロック１３ｂの半田付けの際にブロック１３ｂの転倒を防止でき、作業効率を向上できる。
【００１８】
実施の形態３．
図３に本発明に係る半導体装置のさらに別の構成例を示す。図３（ａ）は半導体装置を横から見た断面図、図３（ｂ）は上から見た図である。
【００１９】
本実施形態の半導体装置では、放熱用ブロック１３ｃを、チップ１１の周囲にそれを包囲するような形状にしている。放熱用ブロックが吸収できる熱容量はブロックの体積に比例するため、図３に示すようにチップ１１の周囲にブロック１３ｃを配置することにより、同じ熱容量を確保する場合、実施の形態１のものに比してブロック１３ｃの高さ、幅を小さくすることができ、半導体装置全体として小型化が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、電力用半導体素子の横側に放熱用ブロックを配置することにより、熱抵抗を低減できるとともに、放熱用ブロックを介して配置された隣のチップからの熱干渉をも低減できる。また、電力用半導体素子の下側には厚みの薄い電流パターンしかないので、熱膨張率の違いから生じるチップの割れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における半導体装置の構成を示した図（横から見た断面図）。
【図２】本発明の実施の形態２における半導体装置の構成を示した図（（ａ）半導体装置を横から見た断面図、（ｂ）放熱用ブロックの具体例１、（ｃ）放熱用ブロックの具体例２）。
【図３】本発明の実施の形態３における半導体装置の構成を示した図（（ａ）横から見た断面図、（ｂ）上から見た図）。
【図４】従来の半導体装置の構成を示した図。
【符号の説明】
１１ 電力用半導体素子（チップ）、 １２，１２’ ハンダ、 １３，１３ａ〜１３ｃ 放熱用ブロック、 １５ 電流パターン、 １７ 絶縁層、 １９ ベース板。
Claims (4)
- 電力用半導体素子と、その電力用半導体素子で発生する熱を放熱させるための放熱用ブロックとをベース板上に取りつけた半導体装置において、
前記放熱用ブロックを電力用半導体素子の横側に取り付けたことを特徴とする半導体装置。 - 前記放熱用ブロックの断面形状を三角形にしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
- 前記放熱用ブロックを、前記電力用半導体素子を包囲するような形状にしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
- 前記放熱用ブロックを前記ベース板上の電流パターンに融点が３００度以下のハンダで取り付けたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002178823A JP2004022983A (ja) | 2002-06-19 | 2002-06-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002178823A JP2004022983A (ja) | 2002-06-19 | 2002-06-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004022983A true JP2004022983A (ja) | 2004-01-22 |
Family
ID=31176428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002178823A Pending JP2004022983A (ja) | 2002-06-19 | 2002-06-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004022983A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011007624A1 (de) | 2010-05-20 | 2011-11-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
| JP2017123439A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 株式会社デンソー | 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 |
| JP2017123440A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 株式会社デンソー | 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 |
| WO2018190289A1 (ja) * | 2017-04-11 | 2018-10-18 | 株式会社デンソー | 電動パワーステアリング制御装置および電子ユニット |
-
2002
- 2002-06-19 JP JP2002178823A patent/JP2004022983A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011007624A1 (de) | 2010-05-20 | 2011-11-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
| US8362829B2 (en) | 2010-05-20 | 2013-01-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
| DE102011007624B4 (de) * | 2010-05-20 | 2017-09-14 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
| JP2017123440A (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 株式会社デンソー | 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 |
| WO2017119263A1 (ja) * | 2016-01-08 | 2017-07-13 | 株式会社デンソー | 電子制御ユニット、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 |
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| CN108463883A (zh) * | 2016-01-08 | 2018-08-28 | 株式会社电装 | 电子控制单元及使用该电子控制单元的电动助力转向装置 |
| CN108476601A (zh) * | 2016-01-08 | 2018-08-31 | 株式会社电装 | 电子控制单元及使用该电子控制单元的电动助力转向装置 |
| CN108476601B (zh) * | 2016-01-08 | 2020-04-07 | 株式会社电装 | 电子控制单元及使用该电子控制单元的电动助力转向装置 |
| US10674639B2 (en) | 2016-01-08 | 2020-06-02 | Denso Corporation | Electronic control unit and electric power steering device using the same |
| US11084521B2 (en) | 2016-01-08 | 2021-08-10 | Denso Corporation | Electronic control unit and electric power steering device using the same |
| WO2018190289A1 (ja) * | 2017-04-11 | 2018-10-18 | 株式会社デンソー | 電動パワーステアリング制御装置および電子ユニット |
| JP2018176943A (ja) * | 2017-04-11 | 2018-11-15 | 株式会社デンソー | 電動パワーステアリング制御装置および電子ユニット。 |
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