JP2006253183A - 半導体パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 絶縁層21を挟んで、その一面に金属配線パターン22が形成され、他面には金属導体23が形成された絶縁基板2を用い、その一面の金属配線パターン22に、低融点のPbフリーはんだ3を用いて半導体チップ1を接合する。絶縁基板2の他面の金属導体23には、熱伝導率が2W/(mK)以上の高熱伝導性接着剤5を用いてヒートシンク4を接着する。
【効果】 従来の融点の異なる二種類のはんだの必要性を無くし、Pbフリーはんだ化と、ヒートシンク4までの熱抵抗の低減、並びに信頼性と経済性とを併せ実現した。
【選択図】 図1
Description
図1は本発明の実施形態1による半導体パワーモジュールの断面構造図、図2は図1の要部拡大図である。
図3は本発明の実施形態2による半導体パワーモジュールの断面構造図、図4は図3の要部拡大図である。
半導体チップ1のサイズを、7.7mm×7.7mm×0.2mm、Pbフリーはんだ3の厚さを0.11mm、その熱伝導率を30W/(mK)とする。また、絶縁基板2の一面の金属配線パターン22の材料はCuで、厚さを0.4mm、熱伝導率を380W/(mK)とする。絶縁基板2の絶縁層21の材料は窒化シリコンで厚さを0.32mm、熱伝導率は62W/(mK)とし、一方、絶縁基板2の他面の金属導体23の材料はCuで、厚さを0.4mm、熱伝導率を380W/(mK)とする。さらに、高熱伝導性接着剤5の厚さを0.1mm、ヒートシンク4の接着面からフィン根元までの距離を8mm、熱伝導率を151W/(mK)とする。
半導体チップ1の下面からヒートシンク4のフィン根元までの熱抵抗Rthは各部材の熱抵抗Rthiの和であるため次式で求められる。
比較例:
図5は、本発明による半導体パワーモジュールの効果を検証するための比較例構造図である。絶縁基板としては、本発明と同様に、絶縁層21の一面に金属配線パターン22を形成し、他面に金属導体23を形成した絶縁基板2を用いた。違いはまず、半導体チップ1と、絶縁基板2の一面の金属配線パターン22とを、高融点のPb入りはんだ31で接合していることである。また、絶縁基板2の他面の金属導体23と銅ベース12とを、低融点のPb入りはんだ32で接合している。13は熱伝導性グリースである。
半導体チップ1のサイズを7.7mm×7.7mm×0.2mm、Pb入りはんだ31,32の厚さを0.11mm、その熱伝導率を30W/(mK)とする。また、銅ベース12の厚さを3mm、熱伝導率を380W/(mK)とする。さらに、熱伝導性グリース13の厚さを0.1mm、熱伝導率を1W/(mK)とする。その他の各部材の材料、厚さ、熱伝導率は第1実施例と同一の値とする。
図1,2の本発明による実施形態1のパワーモジュールにおいて、半導体チップ1のチップサイズを9mm×9mm×0.2mmとしたときの半導体チップ1の下面からヒートシンク4のフィン根元までの熱抵抗Rthを算出する。その他の各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第1実施例と同一とする。
図5の比較例構造のパワーモジュールにおいて、半導体チップ1のチップサイズを9mm×9mm×0.2mmとしたときの半導体チップ1の下面からヒートシンク4のフィン根元までの熱抵抗Rthを算出する。その他の各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第1実施例と同一とする。
図1,2の本発明による実施形態1の構造のパワーモジュールにおいて、半導体チップ1のチップサイズを7mm×9mm×0.2mmとしたときの半導体チップ1の下面からヒートシンク4のフィン根元までの熱抵抗Rthを算出する。各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第1実施例と同一とする。
図5の比較例構造のパワーモジュールにおいて、半導体チップ1のチップサイズを7mm×9mm×0.2mmとしたときの半導体チップ1の下面からヒートシンク4のフィン根元までの熱抵抗Rthを算出する。その他の各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第1実施例と同一とする。
Claims (20)
- 絶縁基板と、この絶縁基板の一面に設けた金属配線パターンと、この金属配線パターン上に実装したパワー半導体素子と、前記絶縁基板の他面側に熱的に接続したヒートシンクとを備えた半導体パワーモジュールにおいて、前記絶縁基板を、絶縁層を挟み、一面に前記金属配線パターンを形成し、他面に金属導体を積層した絶縁基板とし、前記パワー半導体素子と前記絶縁基板の前記配線パターンを、はんだで接合するとともに、前記絶縁基板の他面の前記金属導体を、高熱伝導性接着剤を介して前記ヒートシンクに熱的に接続したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記はんだは、250℃以下の低融点はんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記はんだは、Pbフリーはんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記金属導体を、前記絶縁基板の他面の実質的全面に形成するとともに、その厚さを前記絶縁基板の一面の前記配線パターンの厚さ以下としたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記絶縁基板の他面の前記金属導体と前記ヒートシンクとを、直接、前記高熱伝導性接着剤で接着したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記絶縁基板の他面の前記金属導体と前記ヒートシンクとの熱的接続は、前記金属導体を前記高熱伝導性接着剤で銅ベースに接着し、この銅ベースを熱伝導性グリースを挟んで前記ヒートシンクに取り付けたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記高熱伝導性接着剤の熱伝導率が2W/(mK)以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記金属配線パターンと前記金属導体を、Ag,Cu,Alまたはそれらを含む金属によって形成したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項1において、前記パワー半導体モジュールの連続定格電流は、100[A]以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 絶縁基板と、この絶縁基板の一面に設けた金属配線パターンと、この金属配線パターン上に実装したパワー半導体素子と、前記絶縁基板の他面側に熱的に接続したヒートシンクとを備えた半導体パワーモジュールにおいて、前記絶縁基板を、絶縁層を挟み、一面に前記金属配線パターンを形成し、他面に金属導体を積層した絶縁基板とし、前記パワー半導体素子と前記絶縁基板の前記配線パターンを、250℃以下の低融点はんだにて接合するとともに、前記絶縁基板の他面の前記金属導体を、高熱伝導性接着剤で前記ヒートシンクに直接接着したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項10において、前記低融点はんだは、Pbフリーはんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項10において、前記金属導体を、前記絶縁基板の他面の実質的全面に形成するとともに、その厚さを前記絶縁基板の一面の前記配線パターンの厚さ以下としたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項10において、前記高熱伝導性接着剤の熱伝導率が2W/(mK)以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項10において、前記金属配線パターンと前記金属導体を、Ag,Cu,Alまたはそれらを含む金属によって形成したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項10において、前記パワー半導体モジュールの連続定格電流は、100[A]以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 絶縁基板と、この絶縁基板の一面に設けた金属配線パターンと、この金属配線パターン上に実装したパワー半導体素子と、前記絶縁基板の他面側に熱的に接続したヒートシンクとを備えた半導体パワーモジュールにおいて、前記絶縁基板を、絶縁層を挟み、一面に前記金属配線パターンを持ち、他面に金属導体を積層した絶縁基板とし、前記パワー半導体素子と前記絶縁基板の前記配線パターンを、250℃以下の低融点はんだにて接合するとともに、前記絶縁基板の他面の前記金属導体を、高熱伝導性接着剤で銅を含む金属ベースに接着し、この金属ベースの他面を熱伝導性グリースを介して前記ヒートシンクに接続したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項16において、前記低融点はんだは、Pbフリーはんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項16において、前記金属導体を、前記絶縁基板の他面の実質的全面に形成するとともに、その厚さを前記絶縁基板の一面の前記配線パターンの厚さ以下としたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項16において、前記高熱伝導性接着剤の熱伝導率が2W/(mK)以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
- 請求項16において、前記パワー半導体モジュールの連続定格電流は、100[A]以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
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