JP2008028163A - Power module device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種インバータ等に使用されるパワーモジュール装置に関する。 The present invention relates to a power module device used for various inverters and the like.
一般に、パワーモジュール装置は、セラミックス基板の上面に導体パターン、下面に金属層をそれぞれ配置した絶縁回路基板と、導体パターン上に搭載された発熱体である半導体チップと、金属層の下面に配設された放熱体とを備えている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。そして、半導体チップで発生した熱を、金属層を介して放熱体へ放散させる構成となっている。 Generally, a power module device is provided on an insulating circuit board in which a conductor pattern is disposed on the upper surface of a ceramic substrate and a metal layer is disposed on the lower surface, a semiconductor chip as a heating element mounted on the conductor pattern, and a lower surface of the metal layer. (See, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). And it has the structure which dissipates the heat which generate | occur | produced in the semiconductor chip to the heat radiator via the metal layer.
ここで、導体パターンは、セラミックス基板の上面に、純アルミニウムやアルミニウム合金などで形成された板状の母材をハンダ付けまたはロウ付けによって接合した後、この母材にエッチング処理を施すことで形成されている。また、放熱体は、金属層に対してハンダ付けやロウ付けなどによって接合されている。
しかしながら、このような従来のパワーモジュール装置であると、半導体チップと放熱体との間に介在しているセラミックス基板が熱抵抗体となっており、このセラミックス基板によって半導体チップからの熱放散が損なわれるという問題がある。 However, in such a conventional power module device, the ceramic substrate interposed between the semiconductor chip and the radiator is a thermal resistor, and the heat dissipation from the semiconductor chip is impaired by the ceramic substrate. There is a problem of being.
この場合、熱的絶縁体であるセラミックス基板をなくして、半導体チップを直接的に冷却できるようにすればよいと考えられるが、一般に熱伝導に優れる冷却体は導電性材料でもあるため、半導体チップに直接冷却体を接触させる場合は電気的な絶縁を確保する必要がある。 In this case, it is considered that it is sufficient to eliminate the ceramic substrate that is a thermal insulator so that the semiconductor chip can be directly cooled. However, since the cooling body that is generally excellent in heat conduction is also a conductive material, the semiconductor chip It is necessary to ensure electrical insulation when the cooling body is brought into direct contact with the surface.
本発明は、半導体チップに対する電気的絶縁状態を確保しつつこれを直接冷却して熱放散効果を高めることを目的とする。 An object of the present invention is to enhance the heat dissipation effect by directly cooling the semiconductor chip while ensuring an electrically insulated state.
本発明のパワーモジュール装置は、絶縁材料からなるベースに、導電性材料からなる放熱体が固定されるとともに、該放熱体の表面に導電性接合材を介して半導体チップが搭載され、該半導体チップの電流経路における一方の電極が前記導電性接合材を介して放熱体に電気的に接続状態とされていることを特徴とする。 In the power module device of the present invention, a radiator made of a conductive material is fixed to a base made of an insulating material, and a semiconductor chip is mounted on the surface of the radiator through a conductive bonding material. One of the electrodes in the current path is electrically connected to the heat radiating body through the conductive bonding material.
すなわち、このパワーモジュール装置においては、半導体チップと放熱体との間に絶縁物が介在していないので、半導体チップで発生した熱は、導電性接合材を介して放熱体に速やかに伝達される。また、半導体チップの電流経路における一方の電極を放熱体に接続しており、その配線による発熱も抑制することができる。しかも、その放熱体を絶縁材料からなるベースによって支持しているから、外部との絶縁が確保された状態となる。
なお、このベースは、絶縁材料からなるシート、ブロック等の他、放熱体表面に形成した被覆、放熱体を覆うカバー等も含むものとする。
That is, in this power module device, since no insulator is interposed between the semiconductor chip and the heat radiating body, the heat generated in the semiconductor chip is quickly transmitted to the heat radiating body through the conductive bonding material. . Further, one electrode in the current path of the semiconductor chip is connected to the heat radiating body, and heat generation by the wiring can be suppressed. In addition, since the radiator is supported by a base made of an insulating material, insulation from the outside is ensured.
The base includes a sheet made of an insulating material, a block, etc., as well as a coating formed on the surface of the radiator, a cover covering the radiator, and the like.
前記放熱体として、内部に絶縁性流体が流通される冷媒管である構成とすることにより、この絶縁性流体の供給、排出に要する流体機器の電気絶縁の取り扱いを容易にすることができる。
また、前記放熱体として、導電性流体が流通される冷媒管であり、流路の内周面に絶縁被膜が形成されている構成とすることによっても、同様に、流体の取扱いを容易にすることができる。
By adopting a configuration in which the heat dissipating member is a refrigerant pipe in which an insulating fluid is circulated, it is possible to easily handle the electrical insulation of a fluid device required to supply and discharge the insulating fluid.
Similarly, the heat radiator can be a refrigerant pipe through which a conductive fluid is circulated, and an insulating coating is formed on the inner peripheral surface of the flow path to facilitate the handling of the fluid. be able to.
さらに、本発明のパワーモジュール装置において、前記放熱体は熱を移送するヒートパイプであるとともに、前記ベースは前記放熱体の凝縮部に接合され、該ベースを介して冷媒管が接触状態に設けられている構成としてもよい。
このような構成とすることにより、半導体チップで発生する熱はヒートパイプによって吸収され、該ヒートパイプから冷媒管に伝達して移送される。この場合、ヒートパイプと冷媒管との間には絶縁材料からなるベースが介在しているが、半導体チップの熱は、絶縁材を介することなく、ヒートパイプによって吸収してしまうので、ヒートパイプの熱容量やベースの肉厚等を適宜に設定することにより、速やかな熱放散を可能にすることができる。また、冷媒管は半導体チップに対して電気的絶縁状態とされるので、その外部への固定等を容易にすることができる。
Furthermore, in the power module device of the present invention, the radiator is a heat pipe that transfers heat, the base is joined to a condensing part of the radiator, and a refrigerant pipe is provided in contact with the base through the base. It is good also as composition which has.
With such a configuration, the heat generated in the semiconductor chip is absorbed by the heat pipe, transferred from the heat pipe to the refrigerant pipe, and transferred. In this case, a base made of an insulating material is interposed between the heat pipe and the refrigerant pipe, but the heat of the semiconductor chip is absorbed by the heat pipe without going through the insulating material. Proper heat dissipation can be achieved by appropriately setting the heat capacity, the thickness of the base, and the like. Further, since the refrigerant pipe is electrically insulated from the semiconductor chip, it can be easily fixed to the outside.
また、本発明のパワーモジュール装置において、前記放熱体に、その内部流路に連通する循環路が接続されるとともに、該循環路の途中に、この循環路を遮断するように介在する絶縁性管と、該絶縁性管によって前記放熱体との間を絶縁状態とされたポンプとが設けられている構成としてもよい。
このような構成とすることにより、放熱体との間の電気的な絶縁状態を確保してポンプが取り付けられることになる。
Further, in the power module device of the present invention, the heat radiating body is connected to a circulation path communicating with the internal flow path, and insulative pipes interposed in the middle of the circulation path so as to block the circulation path And a pump that is insulated from the radiator by the insulating tube.
By setting it as such a structure, an electrical insulation state between heat radiators is ensured and a pump will be attached.
本発明のパワーモジュール装置は、半導体チップを導電性接合材によって放熱体に直接接合することにより、半導体チップの熱を速やかに放熱体に伝達して、熱放散効果を高めているとともに、電流経路を形成する電極の一つを放熱体に接続して、その配線による発熱も抑制することができ、しかも、その放熱体を絶縁材料からなるベースを介して他の構造体に支持させることができるから、外部との絶縁を確保して、その取扱い性を高めることができる。 In the power module device of the present invention, the semiconductor chip is directly bonded to the heat radiating body by the conductive bonding material, so that the heat of the semiconductor chip is quickly transmitted to the heat radiating body, and the heat dissipation effect is enhanced. One of the electrodes forming the electrode can be connected to a radiator to suppress heat generation by the wiring, and the radiator can be supported by another structure via a base made of an insulating material. Therefore, it is possible to secure insulation from the outside and improve its handling.
以下、本発明のパワーモジュール装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1から図3は、第1実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置1は、半導体チップ2が例えばアルミニウム合金製の放熱体3の上に導電性グリース等の導電性接合材4を介して直接搭載されるとともに、この放熱体3が、内部に絶縁性流体が流通される冷媒管とされている構成である。この放熱体3としての冷媒管は、アルミニウム合金等の押し出し成形等により、比較的薄肉で扁平なブロック状に形成されるとともに、その幅方向に並んで複数の流路5が相互に平行に形成された構成とされている。また、図2に示すように、放熱体3は絶縁性材料からなるベース6上に固定されており、該ベース6には、半導体チップ2を上方から押圧する板状ばね部材からなる押圧部材7が設けられ、半導体チップ2と放熱体3とを密着させている。
Hereinafter, embodiments of a power module device of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 3 show a power module device according to the first embodiment. In the power module device 1, a
前記半導体チップ2は、本実施形態の例では電界効果型トランジスタであり、裏面にドレイン電極(図示略)が露出し、このドレイン電極が露出状態となっている裏面が導電性接合材4を介して放熱体3に接続されている。この導電性接合材4としては、例えば、グリースに銀、銅、ニッケル等からなる粉末状の金属フィラーを含有した導電性グリースが使用される。また、半導体チップ2の表面には、ソース電極8及びゲート電極9が露出しており、これらソース電極8、ゲート電極9及び放熱体3に外部接続用リード線11〜13が接続されている。前記絶縁性流体としては、シリコーンオイル等の冷媒が使用される。
そして、図3に示すように、この放熱体3の両端に、ゴム、合成樹脂等の絶縁材料からなる絶縁性管15が循環路を形成するように接続され、この絶縁性管15の途中にポンプ16、熱交換器17等が設けられる。
In the example of this embodiment, the
As shown in FIG. 3,
このように構成したパワーモジュール装置1において、半導体チップ2で発生した熱は、導電性接合材4を介して放熱体3に伝わり、該放熱体3内を流通している絶縁性流体に放熱することができ、半導体チップ2と放熱体3との間に絶縁物が介在していないので、速やかな熱伝達を可能にすることができる。
また、半導体チップ2の電流経路の一方の電極であるドレイン電極を導電性接合材4を介して放熱体3に接続しているから、半導体チップ2にリード線を直接接続する場合に比べて、そのリード線による発熱の影響も少なくすることができる。
In the power module device 1 configured as described above, the heat generated in the
Moreover, since the drain electrode which is one electrode of the current path of the
ところで、半導体チップ2のシリコン基板と放熱体3のアルミニウム金属とでは熱膨張係数が異なるため、半導体チップ2の発熱に伴い両者の間に熱膨張差が生じるが、これら半導体チップ2と放熱体3とを接合している導電性接合材4は、本実施形態の場合、導電性グリースであり、該導電性グリース4を介して半導体チップ2と放熱体3とが重ね合わせられ、押圧部材7によって押圧されている構成であって、両者が固着しているのではない。したがって、これら半導体チップ2と放熱体3とは、両者の熱膨張差に伴う相対移動が可能であり、これらの間に熱応力が発生することはない。
By the way, since the thermal expansion coefficient differs between the silicon substrate of the
次に、本発明の他の実施形態を順次説明するが、以下の実施形態において第1実施形態と同一構成部分には同一符号を付して説明を簡略化する。
(第2実施形態)
図4は第2実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置21は、半導体チップ2が金属製放熱体3の上に導電性接合材4を介して直接搭載されるとともに、この放熱体3が、内部に絶縁性流体が流通される冷媒管とされている構成である点、及び半導体チップ2のドレイン電極が導電性接合材4を介して放熱体3に接続され、該放熱体3に外部接続用リード線13が接続されている点等は、第1実施形態のものと同様であるが、放熱体3において半導体チップ2が搭載されている表面に、半導体チップ2と並んで二つの中継基板22・23が搭載され、これら中継基板22・23に、半導体チップ2のソース電極8及びゲート電極9がそれぞれ接続されている点が異なる構成である。
Next, other embodiments of the present invention will be sequentially described. In the following embodiments, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description will be simplified.
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a power module device according to the second embodiment. The
これら中継基板22・23は、いずれも同じ構成とされ、セラミックス基板等の絶縁基板24の上に導体板25が積層された構成である。そして、その絶縁基板24が放熱体3に接合され、各中継基板22・23の導体板25と、半導体チップ2のソース電極8及びゲート電極9との間が連絡用リード線26・27によってそれぞれ接続され、各導体板25に外部接続用リード線11・12が接続されている。
この第2実施形態のパワーモジュール装置21は、半導体チップ2から直接リード線を外部に引き回せない場合等に有効であり、中継基板22・23を放熱体3上の配線し易い適宜の位置に配置することにより、外部への接続を容易にすることができる。
These
The
(第3実施形態)
図5は第3実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置31は、第1実施形態のパワーモジュール装置1が放熱体3に絶縁性流体を流通させていたのに対して、水等の非絶縁性の流体が流通され、放熱体32の流路33の内周面に絶縁被膜34が形成されている点が異なるものであり、その他の構成は第1実施形態のものと同じである。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows the power module device of the third embodiment, and this
この場合、放熱体32はアルミニウム合金から構成され、絶縁被膜34としては、アルマイト処理された上に絶縁樹脂を含浸させて構成されており、数十μの厚さに形成される。
この第3実施形態のパワーモジュール装置31においては、放熱体32内を流通させられる冷媒として水を使用することができ、流体としての取扱いが容易になる。
In this case, the
In the
(第4実施形態)
図6は第4実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置41は、第1実施形態のパワーモジュール装置1におけるものに比べて、放熱体42の厚さ、特に流路5と半導体チップ2との間の部分の厚さを大きくしたものであり、その部分を熱拡散部43として機能させたものである。
したがって、この第4実施形態のパワーモジュール装置41においては、半導体チップ2で発生した熱は、導電性接合材4を介して放熱体42に伝わり、この放熱体42の熱拡散部43において厚さ方向のみならず面方向にも速やかに伝導し、該放熱体42内の各流路5に分散して吸収されるので、放熱効果に優れるものである。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 shows a power module device according to the fourth embodiment. This
Therefore, in the
(第5実施形態)
図7は第5実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置45は、第3実施形態のものと同様、放熱体46の流路33の内周面に絶縁被膜34が形成されるとともに、この放熱体46における流路33と半導体チップ2との間の部分の厚さが第4実施形態のもののように大きく形成され、その部分が熱拡散部43として機能させられたものである。
したがって、この第5実施形態のパワーモジュール装置45においても、放熱体46の熱拡散部43において熱が面方向にも速やかに伝達して、各流路33に分散させることができ、放熱効果に優れるものである。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 shows a power module device according to the fifth embodiment, and this
Therefore, also in the
(第6実施形態)
図8は第6実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置51は、今までの第1実施形態から第5実施形態では放熱体が冷媒管であったのに対して、放熱体52がヒートパイプとされたものである。この放熱体52であるヒートパイプは、薄肉のブロック状に形成され、その一端部が蒸発部(熱吸収部)53、他端部が凝縮部(放熱部)54とされ、蒸発部53の上面に前記各実施形態の冷媒管と同様に導電性接合材4を介して半導体チップ2が搭載されるとともに、凝縮部54の表裏両面に、それぞれセラミックス板等の絶縁材55を介して冷媒管56が接合されている。そして、半導体チップ2のドレイン電極が導電性接合材4を介して放熱体としてのヒートパイプ52に接続され、該ヒートパイプ52に外部接続用リード線13が接続されている。
(Sixth embodiment)
FIG. 8 shows a power module device according to the sixth embodiment. This
このように構成したパワーモジュール装置51は、半導体チップ2で発生した熱をヒートパイプ52によって速やかに移送し、その移送先の凝縮部54で冷媒管56に放出することができる。そして、このヒートパイプ52と冷媒管56との間は絶縁材55によって絶縁されているので、この冷媒管56を他の構造物に支持することにより、半導体チップ2との絶縁状態は確保される。したがって、冷媒管56内を流通する冷媒としては、特に絶縁を考慮する必要はなく、通常の水を使用することができる。
The
(第7実施形態)
図9は第7実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置61は、図8の第6実施形態のパワーモジュール装置51が多段に積層された構成とされている。すなわち、第1半導体チップ2の裏面が導電性接合材4を介して第1放熱体(ヒートポンプ)52の蒸発部53に接合されるとともに、該第1放熱体52の凝縮部54の表裏両面に絶縁材55を介して冷媒管56が接合され、一方、第1半導体チップ2の上面に第2放熱体(ヒートポンプ)62の蒸発部63が導電性接合材4を介して接合され、該第2放熱体62の蒸発部63に第2半導体チップ64が導電性接合材4を介して接合され、第2放熱体62の凝縮部65の表裏両面に絶縁材55を介して冷媒管56が接合された構成とされている。
(Seventh embodiment)
FIG. 9 shows the power module device of the seventh embodiment, and this
この場合、下段の第1半導体チップ22のドレイン電極はその裏面側の第1放熱体52に接続され、ソース電極8は、その上に接合されている第2放熱体62に接続され、さらに該第2放熱体62には上段の第2半導体チップ64のドレイン電極が接続されている。そして、第2半導体チップ64のソース電極8と第1放熱体52とにそれぞれ外部接続用リード線11・13が接続され、二つの半導体チップ2・64の電流経路が直列に接続された状態となっている。一方、各半導体チップ2・64のゲート電極9(図示略)からは、放熱体52・62への接触によって短絡が生じないように外部接続用リード線12が絶縁被覆66を施されて放熱体52・62の側方に引き出されている。
In this case, the drain electrode of the lower
(第8実施形態)
図10は第8実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置71は、二つの半導体チップ2・64が導電性接合材4を介してヒートパイプからなる第1放熱体52に並べて搭載されるとともに、これら半導体チップ2・64の上面に同じく導電性接合材4を介してヒートパイプからなる第2放熱体62が接合されている。この場合、両放熱体52・62は厚肉のブロック状に形成されており、その側面間に半導体チップ2・64を挟むように保持している。また、各放熱体52・62の表裏両面に絶縁材55を介して冷媒管32がそれぞれ接合されている。
(Eighth embodiment)
FIG. 10 shows a power module device according to the eighth embodiment. In this
そして、両半導体チップ2・64のドレイン電極が一方の放熱体52に接続されるとともに、ソース電極8が他方の放熱体62に接続されていることにより、二つの半導体チップ2・64の電流経路が並列状態に配置され、ゲート電極9(図示略)からは、絶縁被覆66を施された外部接続用リード線12が両放熱体54・62の間を通って外部に引き出されている。
図10の例では、冷媒管32の内周部に絶縁被膜34が形成されているため、絶縁材55は必ずしも必要ないが、この絶縁材55を介在させる場合には、冷媒管として絶縁被覆34を有しないものを使用してもよい。
The drain electrodes of both
In the example of FIG. 10, since the insulating
(第9実施形態)
図11は第9実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置75は、半導体チップ2の両面に導電性接合材4を介して放熱体32・32としての冷媒管が接合され、裏面側の放熱体32にドレイン電極が接続され、表面側の放熱体32にソース電極8が接続され、ゲート電極9は絶縁被覆65がされた状態で両放熱体32の間を通って外部に引き出されている。この図9の例では、図5の例と同様に、放熱体32・32の各流路33の内周面に絶縁被覆34がされ、非絶縁性流体が流通される構成である。
(Ninth embodiment)
FIG. 11 shows a power module device according to the ninth embodiment. In the
そして、上層の放熱体32にソース電極8に接続状態の外部接続用リード線11が設けられ、下層の放熱体32にドレイン電極に接続状態の外部接続用リード線13が設けられ、ゲート電極9に絶縁被覆66がされた外部接続用リード線12が両放熱体32の間を通って引き出されている。
Then, an external
(第10実施形態)
図12は第10実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置81は、第9実施形態と同じように積層された放熱体32、半導体チップ2、放熱体32が絶縁性樹脂からなる樹脂封止体82により一体に封止された構成されている。この場合、図3に示した例と同様に、両放熱体32・32の両端部には絶縁性材料からなる絶縁性管が循環路を形成するように接続されるが、樹脂封止体82は、これら放熱体32・32の両端部を露出させた状態として、その露出端部に絶縁性管を接続する構成としてもよいし、絶縁性管の接続部も含めて樹脂封止する構成としてもよい。
(10th Embodiment)
FIG. 12 shows a power module device according to the tenth embodiment. The
この第10実施形態のパワーモジュール装置81は、半導体チップ2が二つの放熱体32・32間に挟持された状態に樹脂封止体82で封止されるから、第9実施形態のものまでにおいては必要であった押圧部材は不要になる。
In the
(第11実施形態)
図13は第11実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置85は、放熱体32としての冷媒管と、半導体チップ2とを複数直列状態に積層してなるものであり、その最下層の放熱体32にドレイン電極からの外部接続用リード線13が引き出され、最上層の放熱体32にソース電極8からの外部接続用リード線11が引き出され、各放熱体32の間から各半導体チップ2のゲート電極9に接続された外部接続用リード線12が引き出されている。
(Eleventh embodiment)
FIG. 13 shows a power module device according to the eleventh embodiment. This
(第12実施形態)
図14は第12実施形態のパワーモジュール装置を示しており、このパワーモジュール装置91は、四つの半導体チップ2が並列に並べられ、その両面に放熱体32としての冷媒管がそれぞれ導電性接合材4を介して接合された構成である。下側の放熱体32には、各半導体チップ2のドレイン電極に接続される外部接続用リード線13が引き出され、上側の放熱体32には、各半導体チップ2のソース電極8に接続される外部接続用リード線11が引き出され、両放熱体32の間からは、各半導体チップ2のゲート電極9に接続された外部接続用リード線12が引き出されている。
(Twelfth embodiment)
FIG. 14 shows a power module device according to a twelfth embodiment. In this
以上の各実施形態において、半導体チップのドレイン電極を放熱体に接続しているため、このパワーモジュール装置を各種機器に搭載する場合、絶縁材を介在させる必要があり、図1から図7までに示した第1実施形態から第5実施形態あるいは図11の第9実施形態、図13及び図14の第11及び第12実施形態の各パワーモジュール装置においては、絶縁材からなるベース6を設けて、このベース6を介して各種機器に搭載するようにしている。また、図12の第10実施形態のパワーモジュール装置においては、全体を絶縁樹脂によって封止した構成であるから、この樹脂封止体82を介して各種機器に搭載すればよい。
In each of the above embodiments, since the drain electrode of the semiconductor chip is connected to the heat radiator, it is necessary to interpose an insulating material when the power module device is mounted on various devices. In each of the power module devices of the first to fifth embodiments shown in FIG. 11 or the ninth embodiment of FIG. 11 and the eleventh and twelfth embodiments of FIGS. 13 and 14, a
一方、図8から図10の第6から第8実施形態の各パワーモジュール装置では、放熱体が絶縁材55を介して冷媒管に接合されているため、この冷媒管は半導体チップとの絶縁がなされた状態とされており、したがって、この冷媒管を各種機器に搭載すればよい。
本発明において、絶縁材料からなるベースには、前記実施形態におけるベース6、樹脂封止体82、絶縁材55のいずれも含むものとする。
On the other hand, in each of the power module devices of the sixth to eighth embodiments of FIGS. 8 to 10, since the radiator is joined to the refrigerant pipe via the insulating
In the present invention, the base made of an insulating material includes any of the
なお、前記各実施形態では、放熱体を例えばアルミニウム金属製のものとしたことから、半導体チップのシリコン基板との熱膨張係数差が大きく、このため、この放熱体と半導体チップとを接合する導電性接合材として、固化されていない導電性グリースを用いて、両者を押圧接触させる構成としたが、放熱体をグラファイト等の導電性セラミックスで作成することにより、半導体チップとの熱膨張差を小さくし、この放熱体の接合面をいわゆるメタライズ処理した後に半導体チップにハンダ付けやロウ付けする構成としてもよい。本発明において、導電性接合材はこのようなハンダやロウ材等も含むものとする。導電性グリースのように固化されていない接合材の場合は、半導体チップを放熱体に押さえて固定する必要があるが、実施形態のように弾性部材によって押さえる構造の他、ねじ止め等で固定する構成でもよい。 In each of the above embodiments, since the radiator is made of, for example, aluminum metal, the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the silicon substrate is large. As a conductive bonding material, non-solidified conductive grease is used to press the two together. However, by making the radiator with conductive ceramics such as graphite, the difference in thermal expansion from the semiconductor chip is reduced. In addition, the joining surface of the heat radiating body may be so-called metallized and then soldered or brazed to the semiconductor chip. In the present invention, the conductive bonding material includes such solder and brazing material. In the case of a bonding material that is not solidified, such as conductive grease, it is necessary to fix the semiconductor chip by pressing it against the heat radiating body. It may be configured.
また、本発明は、電界効果型トランジスタだけでなく、接合トランジスタにも適用可能であり、その場合はエミッタとコレクタの少なくともいずれか一方を放熱体に接続することができる。
さらに、冷媒流体としては液体以外にも気体も適用可能であり、また、放熱体を管の構造とせずにブロック状として、その外側に気体の冷媒を吹き付ける構成とするなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
The present invention can be applied not only to a field effect transistor but also to a junction transistor. In that case, at least one of an emitter and a collector can be connected to a radiator.
Further, as the refrigerant fluid, a gas other than a liquid can be applied, and the heat radiator is not formed as a tube structure but in a block shape, and a gas refrigerant is blown to the outside thereof. Changes can be made without departing from the scope.
1・21・31・41・45・51・61・71・75・81・85・91…パワーモジュール装置 2…半導体チップ 3…放熱体 4…導電性接合材 5…流路 6…ベース 7…押圧部材 8…ソース電極 9…ゲート電極 11〜13…リード線 15…絶縁性管 16…ポンプ 17…熱交換器 22・23…中継基板 32…放熱体 33…流路 34…絶縁被膜 42…放熱体 43…熱拡散部 46…放熱体 52…放熱体 55…絶縁材(ベース) 56…冷媒管 62…第2放熱体 64…第2半導体チップ 66…絶縁被覆 82…絶縁封止体(ベース)
1.21.31.41.45.51.61.71.75.81.85.91 ...
Claims (5)
A circulation path communicating with the internal flow path is connected to the heat radiating body, an insulating pipe interposed so as to block the circulation path in the middle of the circulation path, and the heat radiating body by the insulating pipe The power module device according to claim 2, wherein a pump that is insulated from each other is provided.
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012059857A (en) * | 2010-09-08 | 2012-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | Power semiconductor device |
JP2013123040A (en) * | 2011-11-07 | 2013-06-20 | Daikin Ind Ltd | Semiconductor device |
US8648462B2 (en) | 2010-08-18 | 2014-02-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor power module |
EP3232468A1 (en) | 2016-04-15 | 2017-10-18 | Omron Corporation | Heat dissipation structure of semiconductor device |
JP2018528609A (en) * | 2015-08-05 | 2018-09-27 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | Component modules and power modules |
JP2019504496A (en) * | 2016-05-24 | 2019-02-14 | ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィMitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. | Power module and method for manufacturing power module |
JP2019110206A (en) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | 株式会社三社電機製作所 | Water-cooled transformer |
US10461017B2 (en) | 2016-08-02 | 2019-10-29 | Infineon Technologies Ag | Package with partially encapsulated cooling channel for cooling an encapsulated chip |
EP3621106A4 (en) * | 2017-06-14 | 2020-05-06 | Yangzhou Guoyang Electronic Co., Ltd. | Low parasitic inductance power module and double-sided heat-dissipation low parasitic inductance power module |
CN111540717A (en) * | 2020-05-06 | 2020-08-14 | 晏新海 | Power module |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243886A (en) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Toshiba Corp | Cooling body for power semiconductor element |
JP2005072411A (en) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
JP2005123265A (en) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Power device cooling apparatus and inverter unit for motor driving |
JP2005259794A (en) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Heatsink for cooling semiconductor element |
-
2006
- 2006-07-21 JP JP2006199269A patent/JP4935220B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000243886A (en) * | 1999-02-22 | 2000-09-08 | Toshiba Corp | Cooling body for power semiconductor element |
JP2005072411A (en) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
JP2005123265A (en) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Power device cooling apparatus and inverter unit for motor driving |
JP2005259794A (en) * | 2004-03-09 | 2005-09-22 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Heatsink for cooling semiconductor element |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8648462B2 (en) | 2010-08-18 | 2014-02-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor power module |
JP2012059857A (en) * | 2010-09-08 | 2012-03-22 | Mitsubishi Electric Corp | Power semiconductor device |
JP2013123040A (en) * | 2011-11-07 | 2013-06-20 | Daikin Ind Ltd | Semiconductor device |
US10741474B2 (en) | 2015-08-05 | 2020-08-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Component module and power module |
JP2018528609A (en) * | 2015-08-05 | 2018-09-27 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft | Component modules and power modules |
EP3232468A1 (en) | 2016-04-15 | 2017-10-18 | Omron Corporation | Heat dissipation structure of semiconductor device |
US9997430B2 (en) | 2016-04-15 | 2018-06-12 | Omron Corporation | Heat dissipation structure of semiconductor device |
JP2019504496A (en) * | 2016-05-24 | 2019-02-14 | ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィMitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. | Power module and method for manufacturing power module |
US11152340B2 (en) | 2016-05-24 | 2021-10-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Power module having a multilayered structure with liquid cooled busbar and method for manufacturing same |
US10461017B2 (en) | 2016-08-02 | 2019-10-29 | Infineon Technologies Ag | Package with partially encapsulated cooling channel for cooling an encapsulated chip |
EP3621106A4 (en) * | 2017-06-14 | 2020-05-06 | Yangzhou Guoyang Electronic Co., Ltd. | Low parasitic inductance power module and double-sided heat-dissipation low parasitic inductance power module |
JP2019110206A (en) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | 株式会社三社電機製作所 | Water-cooled transformer |
CN111540717A (en) * | 2020-05-06 | 2020-08-14 | 晏新海 | Power module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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