JP2005057212A - 浸漬式両面放熱パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来のパワーモジュールでは、パワーモジュールと冷却器との間に絶縁スペーサを介して、冷却器をパワーモジュールへ圧接させるだけの構成となっていたので、パワーモジュールから冷却器へ熱が伝わる際に、パワーモジュールと冷却器との圧接面に熱抵抗が生じて、効率良い放熱を行うことができなかった。
【解決手段】 パワー素子３１を備えたモジュール仕組み３を収容し、冷却器５内の冷却水に浸漬されるパッケージ２を箱状に形成し、モジュール仕組み３の両面を、それぞれ熱伝導性絶縁層４を介してパッケージ２の内面に密着させ、モジュール仕組み３が密着される箱状のパッケージ２の一面に、該一面と対向する他面との間隔を調節可能な蓋体２２を設け、該蓋体２２によりモジュール仕組み３を押圧固定する。
【選択図】 図１
【解決手段】 パワー素子３１を備えたモジュール仕組み３を収容し、冷却器５内の冷却水に浸漬されるパッケージ２を箱状に形成し、モジュール仕組み３の両面を、それぞれ熱伝導性絶縁層４を介してパッケージ２の内面に密着させ、モジュール仕組み３が密着される箱状のパッケージ２の一面に、該一面と対向する他面との間隔を調節可能な蓋体２２を設け、該蓋体２２によりモジュール仕組み３を押圧固定する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、パワーモジュール仕組みを収容したパッケージを冷却水に浸漬することで、パワーモジュールの放熱性向上を図る浸漬式両面放熱パワーモジュールの構成に関する。
一般的に、ＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタ等のパワー素子を使用したパワーモジュールは動作に伴い発熱するため、この熱を効率良く外部に放熱することが重要であるが、効率良く放熱させるためには、パワーモジュールの両面から冷却することが考えられる。
パワーモジュールを両面から冷却する構成のパワーモジュールとしては、例えば特許文献１に示すようなものがある。
つまり、パワーモジュール（特許文献１における半導体モジュール）の両面に冷却器（特許文献１における冷媒チューブ）を接触させることで、パワーモジュールの両面から放熱するようにしている。
パワーモジュールを両面から冷却する構成のパワーモジュールとしては、例えば特許文献１に示すようなものがある。
つまり、パワーモジュール（特許文献１における半導体モジュール）の両面に冷却器（特許文献１における冷媒チューブ）を接触させることで、パワーモジュールの両面から放熱するようにしている。
パワーモジュールに冷却器を接触させて放熱を行う場合、パワーモジュールと冷却器とをはんだ等の良熱伝導材料にて接合すると効率良く放熱することができる。
しかし、冷却器は熱容量が大きく熱伝導性が高いため、はんだ接合等を行うときに冷却器の接合面を必要な温度まで加熱することが難しく、量産工程にてはんだ接合等を行うことは現実的には困難である。
従って、前述の如くのパワーモジュールでは、パワーモジュールと冷却器との間に絶縁スペーサを介して、冷却器をパワーモジュールへ圧接させるだけの構成となっている。
しかし、冷却器は熱容量が大きく熱伝導性が高いため、はんだ接合等を行うときに冷却器の接合面を必要な温度まで加熱することが難しく、量産工程にてはんだ接合等を行うことは現実的には困難である。
従って、前述の如くのパワーモジュールでは、パワーモジュールと冷却器との間に絶縁スペーサを介して、冷却器をパワーモジュールへ圧接させるだけの構成となっている。
このように、冷却器をパワーモジュールへ圧接させるだけでは、パワーモジュールから冷却器へ熱が伝わる際に、パワーモジュールと冷却器との圧接面に熱抵抗が生じて、効率良い放熱を行うことができない。
圧接面の熱抵抗を低減する方法としては、パワーモジュールと冷却器との圧接面に熱伝導性のシリコングリスを塗布してパワーモジュールと冷却器との接触度合いを高めることが考えられるが、シリコングリスははんだ材や金属に比べて格段に熱伝導率が低いため、あまり改善効果を得ることはできない。
圧接面の熱抵抗を低減する方法としては、パワーモジュールと冷却器との圧接面に熱伝導性のシリコングリスを塗布してパワーモジュールと冷却器との接触度合いを高めることが考えられるが、シリコングリスははんだ材や金属に比べて格段に熱伝導率が低いため、あまり改善効果を得ることはできない。
そこで、本発明では、従来のパワーモジュールのような熱抵抗要因を排除した、高い放熱構造を備える浸漬式両面放熱パワーモジュールを提供するものである。
上記課題を解決する本発明の浸漬式両面放熱パワーモジュールは、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１においては、パワー素子を備えたモジュール仕組みを収容し、冷却器内の冷却水に浸漬されるパッケージを箱状に形成し、モジュール仕組みの両面を、それぞれ熱伝導性絶縁層を介してパッケージの内面に密着させ、モジュール仕組みが密着される箱状パッケージの一面に、該一面と対向する他面との間隔を調節可能な蓋体を設け、該蓋体によりモジュール仕組みを押圧固定する。
これにより、モジュール仕組みの厚みを厳密に管理することなく、モジュール仕組みの両面とパッケージとを密着させるとともに、パッケージの防水性を確保することができる。
従って、従来のパワーモジュールのような熱抵抗要因を排除して、信頼性が高く放熱効率が高い浸漬式両面放熱パワーモジュールを構成することが可能となる。
即ち、請求項１においては、パワー素子を備えたモジュール仕組みを収容し、冷却器内の冷却水に浸漬されるパッケージを箱状に形成し、モジュール仕組みの両面を、それぞれ熱伝導性絶縁層を介してパッケージの内面に密着させ、モジュール仕組みが密着される箱状パッケージの一面に、該一面と対向する他面との間隔を調節可能な蓋体を設け、該蓋体によりモジュール仕組みを押圧固定する。
これにより、モジュール仕組みの厚みを厳密に管理することなく、モジュール仕組みの両面とパッケージとを密着させるとともに、パッケージの防水性を確保することができる。
従って、従来のパワーモジュールのような熱抵抗要因を排除して、信頼性が高く放熱効率が高い浸漬式両面放熱パワーモジュールを構成することが可能となる。
また、請求項２においては、前記箱状パッケージは、パッケージ本体と前記蓋体との二部材にて構成され、モジュール仕組みを収容する箱状パッケージ内の空間に封止材を充填した。
これにより、モジュール仕組みにおける各電極間等の絶縁性を高めて、パワーモジュールの信頼性向上を図ることができる。
これにより、モジュール仕組みにおける各電極間等の絶縁性を高めて、パワーモジュールの信頼性向上を図ることができる。
また、請求項３においては、前記浸漬式両面放熱パワーモジュールは、冷却器に設置された状態で、箱状パッケージの冷却水に浸漬されている部分に第一のモジュール仕組みを収容するとともに、箱状パッケージの外部露出面に第二のモジュール仕組みを設置する。
これにより、第一のモジュール仕組みと第二のモジュール仕組みといった複数のモジュール仕組みをコンパクトに設置することができ、それぞれのモジュール仕組みを別個に構成した場合に比べて、省スペース化を図ることができる。
これにより、第一のモジュール仕組みと第二のモジュール仕組みといった複数のモジュール仕組みをコンパクトに設置することができ、それぞれのモジュール仕組みを別個に構成した場合に比べて、省スペース化を図ることができる。
本発明によれば、信頼性が高く放熱効率が高い浸漬式両面放熱パワーモジュールを構成することが可能となる。
また、モジュール仕組みにおける各電極間等の絶縁性を高めて、パワーモジュールの信頼性向上を図ることができる。
さらに、複数のモジュール仕組みを備えるパワーモジュールでは、設置スペースの省スペース化を図ることができる。
また、モジュール仕組みにおける各電極間等の絶縁性を高めて、パワーモジュールの信頼性向上を図ることができる。
さらに、複数のモジュール仕組みを備えるパワーモジュールでは、設置スペースの省スペース化を図ることができる。
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図１に示すように、浸漬式両面放熱パワーモジュールであるパワーモジュール１は、パワー素子３１を備えたモジュール仕組み３を、パッケージ２内に収容して構成されており、冷却水が充満される冷却器５内に浸漬されている。
図１に示すように、浸漬式両面放熱パワーモジュールであるパワーモジュール１は、パワー素子３１を備えたモジュール仕組み３を、パッケージ２内に収容して構成されており、冷却水が充満される冷却器５内に浸漬されている。
パッケージ２は、上面及び下面が開放されたパッケージ本体２１と、該パッケージ本体２１の下面を閉塞する蓋体２２とで構成され、側面視において略Ｌ字形状となる箱型に形成されており、上下方向に空間が伸びる垂直部２ａと、水平方向に空間が伸びる水平部２ｂとを備えている。
モジュール仕組み３は、パッケージ２の水平部２ｂに配置されるパワー素子３１と、パワー素子３１の一面（図１においては下面）と接合される第一の電極３２と、ヒートシンク３５を介してパワー素子３１の他面（図１においては上面）と接合される第二の電極３３と、パワー素子３１の他面にワイヤを介して接合される第三の電極３４（第三の電極３４はセンシング用、制御用の信号線であり、複数本の場合がある）とを備えている。
パワー素子３１と第一の電極３２、パワー素子３１とヒートシンク３５、及びヒートシンク３５と第二の電極３３とは、はんだ３６により接合されている。
また、第一の電極３２、第二の電極３３、第三の電極３４は、パッケージ２の水平部２ｂから垂直部２ａを通じて、該垂直部２ａの上方まで延出されている。
また、第一の電極３２、第二の電極３３、第三の電極３４は、パッケージ２の水平部２ｂから垂直部２ａを通じて、該垂直部２ａの上方まで延出されている。
第一の電極３２の外側面は、熱伝導性絶縁層４を介してパッケージ２の内面に接合されており、第一の電極３２の内側面には、熱伝導性絶縁層４を介して第三の電極３４が接合されている。
また、第二の電極３３の外側面も、第一の電極３２が接合されるパッケージ２の内面に対向する内面に、熱伝導性絶縁層４を介して接合されている。
また、第二の電極３３の外側面も、第一の電極３２が接合されるパッケージ２の内面に対向する内面に、熱伝導性絶縁層４を介して接合されている。
すなわち、下方から順に第一の電極３２、パワー素子３１、ヒートシンク３５、及び第二の電極３３が積層状態となったモジュール仕組み３が、パッケージ２の水平部２ｂ内に収納されており、モジュール仕組み３の上面と水平部２ｂの上面との間、及びモジュール仕組み３の下面と水平部２ｂの下面との間に熱伝導性絶縁層４を介装して、モジュール仕組み３の上下面をそれぞれ水平部２ｂ内の上下面に接合している。
パッケージ２の垂直部２ａの上部には取付用フランジ２３が形成されており、該取付用フランジ２３を締結部材等で冷却器５の上面５１に取付固定することで、パワーモジュール１を冷却水に浸漬させた状態で冷却器５に取り付けている。
冷却器５の上面５１と取付用フランジ２３との間には液体ガスケット６を塗布して、冷却水が外部に漏出しないようにシールしている。なお、取付固定は、溶接や摩擦攪拌接合等の手法を用いてもよい。
冷却器５の上面５１と取付用フランジ２３との間には液体ガスケット６を塗布して、冷却水が外部に漏出しないようにシールしている。なお、取付固定は、溶接や摩擦攪拌接合等の手法を用いてもよい。
また、パワーモジュール１のパッケージ２内における、モジュール仕組み３の収容部分以外の空間には、シリコーンゲルやエポキシ樹脂等で構成される封止材７を充填してモジュール仕組み３における各電極３２・３３・３４間等の絶縁性を高めている。
各電極３２・３３・３４は銅やアルミニウムや銅・モリブデン等により構成され、熱伝導性絶縁層４はセラミックスや樹脂等により構成され、パッケージ本体２１及び蓋体２２はアルミニウム等により構成されている。
このように構成されるパワーモジュール１は、図２に示すように組み立てられる。
すなわち、まず、モジュール仕組み３をパッケージ本体２１に下方から挿入する。次に、モジュール仕組み３が収容されたパッケージ本体２１の下端の開口部に蓋体２２を嵌装して、該開口部を閉じる。
すなわち、まず、モジュール仕組み３をパッケージ本体２１に下方から挿入する。次に、モジュール仕組み３が収容されたパッケージ本体２１の下端の開口部に蓋体２２を嵌装して、該開口部を閉じる。
この場合、モジュール仕組み３とパッケージ本体２１の内面とは、熱伝導性絶縁層４を介して接合され、熱伝導性絶縁層４とモジュール仕組み３及びパッケージ本体２１とは、ろう付けや熱圧着等により接合される。
ろう付けや熱圧着等を行う場合、パッケージ２の熱容量が、従来のパワーモジュールの冷却器の熱容量に比べると十分小さいので、接合時の加熱等の加工が容易となっている。
ろう付けや熱圧着等を行う場合、パッケージ２の熱容量が、従来のパワーモジュールの冷却器の熱容量に比べると十分小さいので、接合時の加熱等の加工が容易となっている。
また、パッケージ本体２１と下方から嵌装された蓋体２２とは、溶接や摩擦攪拌接合で接合を行う。また、嵌装部分におけるパッケージ本体２１と蓋体２２とのクリアランスは極僅かな寸法とすることが可能であるので、両者の接合を樹脂等の接着材により行うこともできる。
このように接合したパッケージ本体２１と蓋体２２との接合部分は、十分な防水性及び信頼性を備えることができる。
このように接合したパッケージ本体２１と蓋体２２との接合部分は、十分な防水性及び信頼性を備えることができる。
組み立てられたパワーモジュール１は、冷却器５の上面５１に取り付けられる。
取り付けの際には、上面５１の裏面に液体ガスケット６を塗布した後に、取付用フランジ２３を該上面５１の裏面に重ね合わせ、締結部材等で締結する。
取り付けの際には、上面５１の裏面に液体ガスケット６を塗布した後に、取付用フランジ２３を該上面５１の裏面に重ね合わせ、締結部材等で締結する。
ここで、浸漬式両面放熱構造のパワーモジュール１のパッケージ２は、少なくとも以下の特性を備えることが必要である。
第一に、パワー素子３１から発生した熱を、パワーモジュール１が浸漬されている冷却水に効率良く伝達することが求められる。
この特性を備えるためには、パワー素子３１が第一の電極３２や第二の電極３３等といった電極面等を通じて、パッケージ２の内面に一定圧以上の面圧で圧接するか、良熱伝導性の接合材等により密着又は接合していることが必要である。
従って、パワー素子３１とパッケージ２内面との間に隙間が生じることは許されない。
第一に、パワー素子３１から発生した熱を、パワーモジュール１が浸漬されている冷却水に効率良く伝達することが求められる。
この特性を備えるためには、パワー素子３１が第一の電極３２や第二の電極３３等といった電極面等を通じて、パッケージ２の内面に一定圧以上の面圧で圧接するか、良熱伝導性の接合材等により密着又は接合していることが必要である。
従って、パワー素子３１とパッケージ２内面との間に隙間が生じることは許されない。
第二に、パッケージ２が防水性を備えていることが求められる。つまり、パッケージ２は二以上の部材を組み合わせて形成されるが、この複数の部材の組み合わせ面に隙間が生じないようにしなければならない。
複数の部材を組み合わせて接合する方法としては、かしめ、溶接、ガスケット、及び樹脂シール等があるが、何れの場合でも接合面に隙間が生じないように、又は隙間が生じるとしても極僅かな隙間に抑えなければならない。
複数の部材を組み合わせて接合する方法としては、かしめ、溶接、ガスケット、及び樹脂シール等があるが、何れの場合でも接合面に隙間が生じないように、又は隙間が生じるとしても極僅かな隙間に抑えなければならない。
複数の部材を溶接等で接合してパッケージを構成する場合、仮に、図１に示すような本発明のパワーモジュール１におけるパッケージ構造を用いないとすると、半割り状に分割された第一のパッケージ部材と第二のパッケージ部材とを対向させて、モジュール仕組みを挟み込むように接合するパッケージ構造が考えられる。
例えば、図３に示すように、縦の半割り状に分割された第一パッケージ１０２ａと第二パッケージ１０２ｂとでパッケージ１０２を構成したパワーモジュール１０１の場合、図４に示すように、該第一パッケージ１０２ａと第二パッケージ１０２ｂとを対向させ、モジュール仕組み１０３を挟み込むように接合することで、パッケージ１０２が構成される。
この場合、収容されるモジュール仕組み１０３の一面（第一の電極３２が接合されている側の面）は第一パッケージ１０２ａの内側面に熱伝導性絶縁層４を介して接触し、他面（第二の電極３２が接合されている側の面）は第二パッケージ１０２ｂの内側面に熱伝導性絶縁層４を介して接触することとなる。
そして、収容されるモジュール仕組み１０３の両面を、それぞれパッケージ１０２の内側面に接触させるためには、モジュール仕組み１０３の厚みｄ１（積層されるパワー素子３１、第一の電極３２、ヒートシンク３５、第二の電極３３、及びこれらを接合するはんだ３６層の厚みに、両面の熱伝導性絶縁層４の厚みを加えたもの）と、パッケージ１０２の両内側面間の寸法ｄ２とを等しくしなければならない。
しかし、現実には、各部材の寸法精度等により、前記厚みｄ１と寸法ｄ２とを全く同じ値にすることは不可能であり、両者には寸法差が生じる。
例えば、図５に示すように、モジュール仕組み１０３の厚みｄ１がパッケージ１０２の寸法ｄ２よりも小さいと、モジュール仕組み１０３とパッケージ１０２の内側面との間に隙間ｓ１が生じて、モジュール仕組み１０３の両面をパッケージ１０２の内側面と接触させることができず、放熱性が著しく低下することになる。
例えば、図５に示すように、モジュール仕組み１０３の厚みｄ１がパッケージ１０２の寸法ｄ２よりも小さいと、モジュール仕組み１０３とパッケージ１０２の内側面との間に隙間ｓ１が生じて、モジュール仕組み１０３の両面をパッケージ１０２の内側面と接触させることができず、放熱性が著しく低下することになる。
逆に、図６に示すように、モジュール仕組み１０３の厚みｄ１がパッケージ１０２の寸法ｄ２よりも大きいと、第一パッケージ１０２ａと第二パッケージ１０２ｂとの間に隙間ｓ２が生じて、防水性を確保することができない。
このように、単に、縦の半割り状に分割された第一パッケージ１０２ａと第二パッケージ１０２ｂとを対向させて、モジュール仕組み１０３を挟み込むように接合するだけでは、パワー素子３１から発生した熱を効率良く冷却水へ伝達することと、パッケージ１０２の防水性を確保することの両方の要件を満足することは困難である。
しかし、パッケージ２にモジュール仕組み３を収容して構成した、本発明にかかるパワーモジュール１は、放熱性を防水性の両方の要件を満たすことができる。
つまり、パッケージ２の蓋体２２には、該蓋体２２の上面から寸法Ｒだけ下方へ延出する垂直部２２ａ（図１図示）が外周部に形成されており、この垂直部２２ａの寸法Ｒ分だけ蓋体２２とパッケージ本体２１の内周面とがオーバーラップして接している。
また、蓋体２２は、上下摺動可能にパッケージ本体２１に嵌装され、その後ろう付け等により接合される。
そして、モジュール仕組み３の厚みＨが設計中心寸法となっているときには、パッケージ本体２１の下端位置と蓋体２２の垂直部２２ａの下端位置とが揃った状態となる（図１に示す状態）。
また、蓋体２２は、上下摺動可能にパッケージ本体２１に嵌装され、その後ろう付け等により接合される。
そして、モジュール仕組み３の厚みＨが設計中心寸法となっているときには、パッケージ本体２１の下端位置と蓋体２２の垂直部２２ａの下端位置とが揃った状態となる（図１に示す状態）。
これに対し、モジュール仕組み３の厚みが、公差によりＨが設計中心寸法よりも小さく構成されたときは、厚みＨが設計中心寸法となっているときと同じ位置に蓋体２２を嵌装すると、モジュール仕組み３の上面とパッケージ本体２１との間、又はモジュール仕組み３の下面と蓋体２２との間に隙間が生じる。
しかし、図７に示すように、蓋体２２はパッケージ本体２１に対して上下摺動可能に嵌装されているので、厚みＨが設計中心寸法となっているときよりも、蓋体２２の垂直部２２ａの下端位置がパッケージ本体２１の下端位置蓋体に対して寸法ｈ１だけ上方に位置するように、該蓋体２２をパッケージ本体２１に深く挿入することができる。
これにより、モジュール仕組み３の上面とパッケージ本体２１、及びモジュール仕組み３の下面と蓋体２２とを、隙間を生じさせることなく密着させることができる。
これにより、モジュール仕組み３の上面とパッケージ本体２１、及びモジュール仕組み３の下面と蓋体２２とを、隙間を生じさせることなく密着させることができる。
逆に、図８に示すように、モジュール仕組み３の厚みが、公差によりＨが設計中心寸法よりも大きく構成されたときは、厚みＨが設計中心寸法となっているときと同じ位置にまで蓋体２２を挿入することはできず、浅く挿入されることとなる。すなわち、蓋体２２の垂直部２２ａの下端位置がパッケージ本体２１の下端位置蓋体に対して寸法ｈ２だけ下方に位置するように挿入される。
このように、蓋体２２を浅く挿入した場合でも、蓋体２２の垂直部２２ａは上下方向に寸法Ｒだけ形成されているので、蓋体２２とパッケージ本体２１とが、寸法Ｒから寸法ｈ２を引いた寸法だけオーバーラップすることができ、パッケージ２の防水性を確保することができる。
なお、この場合も、モジュール仕組み３の上面とパッケージ本体２１、及びモジュール仕組み３の下面と蓋体２２とを、隙間を生じさせることなく密着させることができる。
なお、この場合も、モジュール仕組み３の上面とパッケージ本体２１、及びモジュール仕組み３の下面と蓋体２２とを、隙間を生じさせることなく密着させることができる。
このように、パワーモジュール１は、パワー素子３１を備えたモジュール仕組み３を収容して、冷却器５内の冷却水に浸漬されるパッケージ１を箱状に形成し、該モジュール仕組み３の両面を、それぞれ熱伝導性絶縁層４を介してパッケージ２の内面に密着させ、モジュール仕組み３が密着される箱状のパッケージ２の一面（水平部２ｂの下面）に、該一面と対向する他面（水平部２ｂの上面）との間隔を調節可能な蓋体２２を設け（本実施形態の場合は、水平部２ｂの下面全体が蓋体２２となっている）、該蓋体２２によりモジュール仕組み３を押圧固定するように構成している。
これにより、第一の電極３２、パワー素子３１、ヒートシンク３５、及び第二の電極３３等が積層状態となったモジュール仕組み３の厚みＨが異なった場合でも、蓋体２２のパッケージ本体２１への挿入深さを調節することができるので、該厚みＨを厳密に管理することなく、モジュール仕組み３の両面とパッケージ２とを密着させるとともに、パッケージ２の防水性を確保することができる。
また、パワーモジュール１は、図９に示すように構成することもできる。
すなわち、図９に示すパワーモジュール１は、モジュール仕組み３を収納するパッケージ８を、縦の半割り状に分割された第一パッケージ本体８１と第二パッケージ本体８２と、第二パッケージ本体８２に形成される開口部８２ａに摺動可能に嵌装される蓋体８３とで構成し、第一パッケージ８１と第二パッケージ８２とを対向させ、モジュール仕組み３を挟み込むように接合して構成されている。
すなわち、図９に示すパワーモジュール１は、モジュール仕組み３を収納するパッケージ８を、縦の半割り状に分割された第一パッケージ本体８１と第二パッケージ本体８２と、第二パッケージ本体８２に形成される開口部８２ａに摺動可能に嵌装される蓋体８３とで構成し、第一パッケージ８１と第二パッケージ８２とを対向させ、モジュール仕組み３を挟み込むように接合して構成されている。
そして、収容されるモジュール仕組み３の一面（第一の電極３２が接合されている側の面）は、第一パッケージ本体８１の内側面に熱伝導性絶縁層４を介して接触し、他面（第二の電極３３が接合されている側の面）は第二パッケージ本体８２に嵌装される蓋体８３の内側面に熱伝導性絶縁層４を介して接触している。
このように、図１に示した垂直部２ａと水平部２ｂとを有した略Ｌ字状のパッケージ２だけでなく、図９に示した垂直部分のみで形成されるパッケージ８でも、モジュール仕組み３のパワー素子３１やヒートシンク３５等が積層される部分を、蓋体８３と、該蓋体８３と対向する第一パッケージ本体８１の内側面との間に配置することで、モジュール仕組み３の両面とパッケージ２とを密着させつつ、パッケージ２の防水性を確保したパワーモジュール１を構成することができる。
また、図１に示したパワーモジュール１の放熱性をさらに向上させるために、図１０のように構成することもできる。
図１０に示すパワーモジュール１には、パッケージ本体２１におけるモジュール仕組み３が接合している部分（水平部２ｂの上面）、及び蓋体２２におけるモジュール仕組み３が接合している部分に、外側方向へ突出するフィン２１ｂ・２２ｂが、それぞれ形成されている。
図１０に示すパワーモジュール１には、パッケージ本体２１におけるモジュール仕組み３が接合している部分（水平部２ｂの上面）、及び蓋体２２におけるモジュール仕組み３が接合している部分に、外側方向へ突出するフィン２１ｂ・２２ｂが、それぞれ形成されている。
このように、パッケージ本体２１及び蓋体２２のモジュール仕組み３が接合する部分にフィン２１ｂ・２２ｂをそれぞれ形成することで、パッケージ本体２１及び蓋体２２と冷却水との接触面積を増加させることができ、パワー素子３１からの発熱をさらに効率良く冷却水へ伝達することが可能となる。
さらに、図９で示したパワーモジュール１の場合でも、図１１に示すように、第一パッケージ本体８１及び蓋体８３のモジュール仕組み３が接合する部分にフィン８１ｂ・８３ｂを形成して、放熱効率を向上させることができる。
また、前述の如く、パワーモジュール１のパッケージ２内における、モジュール仕組み３収容部分以外の空間には、シリコーンゲルやエポキシ樹脂等で構成される封止材７が充填されている。
このように、パッケージ２内に封止材７を充填することで、モジュール仕組み３における各電極３２・３３・３４間等の絶縁性を高めて、パワーモジュール１の信頼性を図っている。
このように、パッケージ２内に封止材７を充填することで、モジュール仕組み３における各電極３２・３３・３４間等の絶縁性を高めて、パワーモジュール１の信頼性を図っている。
封止材７は、パッケージ２内の空間に隙間なく充填することが望ましいが、パッケージ２内にゲル状又はペースト状の封止材７を注入する際に気泡をかみ込んで、封止材７が硬化した後も気泡が残った状態となり易い。
たとえ、封止材７を真空注入したとしても、モジュール仕組み３の構成部品や封止材７内に含まれている気体により封止材７に気泡が発生するため、硬化後の封止材７から完全に気泡を取り除くことは困難である。
たとえ、封止材７を真空注入したとしても、モジュール仕組み３の構成部品や封止材７内に含まれている気体により封止材７に気泡が発生するため、硬化後の封止材７から完全に気泡を取り除くことは困難である。
しかし、本パワーモジュール１では、図１２に示すように構成することで、封止材７内に発生する気泡を除去するようにすることが可能である。
つまり、パッケージ２の水平部２ｂにおける上端部に、該水平部２ｂの上面よりも高位置に位置する気泡トラップ用空間２ｃを形成する。
つまり、パッケージ２の水平部２ｂにおける上端部に、該水平部２ｂの上面よりも高位置に位置する気泡トラップ用空間２ｃを形成する。
このように、気泡トラップ用空間２ｃをパッケージ２内に形成しておくことで、封止材７内の気泡を気泡トラップ用空間２ｃへ逃がすことができ、封止材７の硬化後に気泡が残留することを防ぐことができる。
これにより、モジュール仕組み３における高電界部分に気泡が形成された状態で封止材７が硬化することを防いで、絶縁破壊の発生を防止することができる。
これにより、モジュール仕組み３における高電界部分に気泡が形成された状態で封止材７が硬化することを防いで、絶縁破壊の発生を防止することができる。
また、パワーモジュール１を、複数のモジュール仕組みを備えた構造とすることもできる。
図１３に示すパワーモジュール１は、冷却器５の上面５１に取り付けられ、パッケージ２に収容される前述のモジュール仕組み３と、該パッケージ２の取付用フランジ２３上に構成されるモジュール仕組み９とを備えている。
図１３に示すパワーモジュール１は、冷却器５の上面５１に取り付けられ、パッケージ２に収容される前述のモジュール仕組み３と、該パッケージ２の取付用フランジ２３上に構成されるモジュール仕組み９とを備えている。
モジュール仕組み９は、パワー素子９１と、パワー素子９１の一面（図１３においては下面）に接合される第一の電極９２と、パワー素子９１の他面（図１３においては上面）に接合される第二の電極９３と、パワー素子９１の他面にワイヤを介して接合される第三の電極９４とを備えている。
パワー素子９１と第一の電極９２、パワー素子９１と第二の電極９３とは、はんだ９６により接合されている。
そして、第一の電極９２の下面が、熱伝導性絶縁層４を介して取付用フランジ２３の上面に接合されている。
また、パワー素子９１、第一の電極９２、第二の電極９３、及び第三の電極９４の周囲には保護壁９８が立設されており、保護壁９８に囲まれた空間内には、封止材７が充填されている。
そして、第一の電極９２の下面が、熱伝導性絶縁層４を介して取付用フランジ２３の上面に接合されている。
また、パワー素子９１、第一の電極９２、第二の電極９３、及び第三の電極９４の周囲には保護壁９８が立設されており、保護壁９８に囲まれた空間内には、封止材７が充填されている。
該モジュール仕組み９においては、パワー素子９１の他面側が熱伝導性絶縁層４を介して取付用フランジ２３の上面に接合されており、パワー素子９１で発生した熱が、この他面側から取付用フランジ２３を通じて冷却水に伝達されることで、放熱効率を向上させている。
このように、図１３におけるパワーモジュール１は、冷却器５に設置された状態で、パッケージ２の冷却水に浸漬されている部分に第一のモジュール仕組み３を収容するとともに、パッケージ２の外部露出面である取付用フランジ２３の上面に第二のモジュール仕組み９を設置することで、第一のモジュール仕組み３と第二のモジュール仕組み９といった複数のモジュール仕組みをコンパクトに設置することができ、それぞれのモジュール仕組みを別個に構成した場合に比べて、省スペース化を図ることができる。
さらに、取付用フランジ２３の冷却水面側にフィンを形成して、第二のモジュール仕組み９の放熱性を向上させるとさらに良い。
さらに、取付用フランジ２３の冷却水面側にフィンを形成して、第二のモジュール仕組み９の放熱性を向上させるとさらに良い。
１ パワーモジュール
２ パッケージ
３ モジュール仕組み
４ 熱伝導性絶縁層
５ 冷却器
６ 液体ガスケット
７ 封止材
２１ パッケージ本体
２２ 蓋体
３１ パワー素子
２ パッケージ
３ モジュール仕組み
４ 熱伝導性絶縁層
５ 冷却器
６ 液体ガスケット
７ 封止材
２１ パッケージ本体
２２ 蓋体
３１ パワー素子
Claims (3)
- パワー素子を備えたモジュール仕組みを収容し、冷却器内の冷却水に浸漬されるパッケージを箱状に形成し、
モジュール仕組みの両面を、それぞれ熱伝導性絶縁層を介してパッケージの内面に密着させ、
モジュール仕組みが密着される箱状パッケージの一面に、該一面と対向する他面との間隔を調節可能な蓋体を設け、
該蓋体によりモジュール仕組みを押圧固定する
ことを特徴とする浸漬式両面放熱パワーモジュール。 - 前記箱状パッケージは、パッケージ本体と前記蓋体との二部材にて構成され、
モジュール仕組みを収容する箱状パッケージ内の空間に封止材を充填した
ことを特徴とする請求項１に記載の浸漬式両面放熱パワーモジュール。 - 前記浸漬式両面放熱パワーモジュールは、冷却器に設置された状態で、箱状パッケージの冷却水に浸漬されている部分に第一のモジュール仕組みを収容するとともに、箱状パッケージの外部露出面に第二のモジュール仕組みを設置する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の浸漬式両面放熱パワーモジュール。
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