JP2008311550A - Power semiconductor module - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor module that prevents cracking on a bolting fixture portion of a base plate formed of a material with a low breakdown resistance value. <P>SOLUTION: The power semiconductor module comprises a finned base plate 2 where a power semiconductor element 19 is mounted at a top side and a plurality of heat radiating fins 8 are formed at a bottom side, a stiffening plate 4 arranged at the top side of the finned base plate 2, a cooling jacket 5 that is fixed at the bottom side of the finned base plate 2 to form a cooling medium flow passage, a first buffering member 10 arranged between the stiffening plate 4 and the finned base plate 2, and a second buffering member 10' arranged between the finned base plate 2 and the cooling jacket 5. The linear expansion coefficient of the cooling jacket 5 and the stiffening plate 4 is larger than that of the finned base plate 2, and the first and second buffering members are arranged inside and outside a clamping fixture. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ケイ素(Si)または炭化ケイ素(SiC)からなるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOS FET等のパワー半導体素子を備えた絶縁基板がベースプレート上に配置され、該ベースプレートが冷却媒体で冷却されるパワー半導体モジュールに関する。   In the present invention, an insulating substrate including a power semiconductor element such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) made of silicon (Si) or silicon carbide (SiC) or MOS FET is disposed on a base plate, and the base plate is cooled by a cooling medium. The present invention relates to a power semiconductor module.

通常、ハイブリッド自動車または電気自動車には、大容量の走行用モータを駆動すべく電力変換装置(以下、インバータ)が使用されている。インバータには、IGBT等のパワー半導体素子が使用され、直流電力を三相交流電力に変換して走行用モータを駆動するとともに、三相交流電力を直流電力に変換してエネルギーを回生するようになっている。
IGBT等で構成されたパワー半導体モジュールは、大電流を制御して走行用モータを駆動するため、発熱量が非常に大きい。その一方で、上記ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるパワー半導体モジュールには小形化が要求されている。従って、パワー半導体モジュールの冷却は、一般的に、冷却効率が高い水冷構造が採用されている。
Usually, in a hybrid vehicle or an electric vehicle, a power converter (hereinafter referred to as an inverter) is used to drive a large-capacity travel motor. The inverter uses a power semiconductor element such as an IGBT to convert DC power to three-phase AC power to drive a traveling motor and to regenerate energy by converting three-phase AC power to DC power. It has become.
A power semiconductor module composed of an IGBT or the like generates a very large amount of heat because it controls a large current to drive a traveling motor. On the other hand, miniaturization is required for the power semiconductor module mounted on the hybrid vehicle or the electric vehicle. Therefore, the cooling of the power semiconductor module generally employs a water cooling structure with high cooling efficiency.

図1に、内部に冷却媒体が循環される冷却ジャケットの載置面上に、複数のパワー半導体素子を搭載して放熱する、いわゆる間接冷却型のパワー半導体モジュールの一例を示す。
図1(A)に示すように、複数のパワー半導体素子を収容した素子収容体20は、冷却ジャケット5の載置面5a上にボルト7で固定される。素子収容体20のベースプレート22と冷却ジャケット5の接触面には熱抵抗低減用のシリコングリースが塗布され、熱伝導性が高められている。
給水ニップル14から導入された冷却媒体は、冷却ジャケット5内部の流路を通流した後に、排水ニップル15から排出される。冷却ジャケット5の内部には、1〜2mmピッチで並んだ放熱フィン8が一体成形され、放熱性能が高められている。
FIG. 1 shows an example of a so-called indirect cooling type power semiconductor module in which a plurality of power semiconductor elements are mounted on a mounting surface of a cooling jacket in which a cooling medium is circulated to dissipate heat.
As shown in FIG. 1A, the element housing 20 that houses a plurality of power semiconductor elements is fixed on the mounting surface 5 a of the cooling jacket 5 with bolts 7. Silicon grease for reducing thermal resistance is applied to the contact surface between the base plate 22 and the cooling jacket 5 of the element housing 20 to enhance thermal conductivity.
The cooling medium introduced from the water supply nipple 14 is discharged from the drainage nipple 15 after flowing through the flow path inside the cooling jacket 5. Inside the cooling jacket 5, heat radiating fins 8 arranged at a pitch of 1 to 2 mm are integrally formed to enhance the heat radiating performance.

図1(B)は、素子収容体20と冷却ジャケット5を組み合わせたパワー半導体モジュール1の、Y−Y(図1(A))における断面図である。
素子収容体20は、パワー半導体素子19が搭載された絶縁基板3をベースプレート22の表面にはんだ接合し、さらに、素子周囲を取り囲むハウジング23をベースプレート22に取り付けて構成される。
絶縁基板3は、熱伝導特性が良好でかつ線膨張係数がSiに近い絶縁性セラミックス(例えば、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素)等の絶縁材料からなる絶縁層30と、その両面に設けられた銅またはアルミニウム等からなる金属層31、31’で構成される。上側の金属層31には、パワー半導体素子19がはんだ層Sを介して接合される。また、下側の金属層31’は、ベースプレート22の表面にはんだ層Sを介して接合される。
FIG. 1B is a cross-sectional view at YY (FIG. 1A) of the power semiconductor module 1 in which the element housing 20 and the cooling jacket 5 are combined.
The element housing 20 is configured by solder-bonding the insulating substrate 3 on which the power semiconductor element 19 is mounted to the surface of the base plate 22, and further attaching a housing 23 surrounding the element to the base plate 22.
The insulating substrate 3 has an insulating layer 30 made of an insulating material such as insulating ceramics (for example, aluminum nitride or silicon nitride) having good thermal conductivity and a linear expansion coefficient close to Si, and copper or copper provided on both surfaces thereof. It is composed of metal layers 31 and 31 'made of aluminum or the like. The power semiconductor element 19 is bonded to the upper metal layer 31 via the solder layer S. Further, the lower metal layer 31 ′ is joined to the surface of the base plate 22 via the solder layer S.

金属層31、31’の厚さは、回路パターンに流れる電流量を考慮して決定される。また、ベースプレート22の厚さは、熱拡散板としての機能を高めるために通常3〜4mmに設定され、熱容量が高められている。
ハウジング23には外部端子21が一体成形され、パワー半導体素子19または金属層31と外部端子21とがアルミニウムワイヤでボンディング接続されている。
The thickness of the metal layers 31, 31 ′ is determined in consideration of the amount of current flowing through the circuit pattern. Further, the thickness of the base plate 22 is usually set to 3 to 4 mm in order to enhance the function as a heat diffusion plate, and the heat capacity is increased.
An external terminal 21 is integrally formed in the housing 23, and the power semiconductor element 19 or the metal layer 31 and the external terminal 21 are bonded and connected by an aluminum wire.

上記したように、図1(A)および(B)に示した間接冷却型のパワー半導体モジュール1は、素子収容体20と冷却ジャケット5との熱抵抗を低減すべく、その接触面にシリコングリースが塗布されている。しかしながら、通常使用されるシリコングリースの熱伝導率は、ベースプレート22や絶縁基板3の熱伝導率と比較して2桁以上小さい1W/m・K程度で、パワー半導体素子19の発熱を冷却ジャケット5側に十分伝導できず、満足する放熱性能を得るのは困難であった。   As described above, the indirect cooling type power semiconductor module 1 shown in FIGS. 1A and 1B has silicon grease on its contact surface in order to reduce the thermal resistance between the element housing 20 and the cooling jacket 5. Is applied. However, the thermal conductivity of silicon grease that is normally used is about 1 W / m · K, which is two orders of magnitude smaller than the thermal conductivity of the base plate 22 and the insulating substrate 3, and the heat generated by the power semiconductor element 19 is reduced to the cooling jacket 5. It was difficult to obtain satisfactory heat dissipation performance due to insufficient conduction to the side.

そこで、例えば特許文献1では、図2に示すように、平板状のベースプレートの裏面側に放熱フィン8を一体成形してフィン付ベースプレート2とし、この放熱フィン8を冷却媒体で直接冷却するようにした直接冷却型のパワー半導体モジュール1が提案されている。   Therefore, in Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 2, the radiating fins 8 are integrally formed on the back side of the flat base plate to form the finned base plate 2, and the radiating fins 8 are directly cooled with a cooling medium. The direct cooling type power semiconductor module 1 has been proposed.

上記したように、パワー半導体素子19は発熱量が非常に大きい。そこで、通常、図2に示すような直接冷却型のパワー半導体モジュール1では、絶縁基板3およびフィン付ベースプレート2を、パワー半導体素子19に近い線膨張係数を有する材料で構成することによって、パワー半導体素子19と絶縁基板3の間、および絶縁基板3とフィン付ベースプレート2の間に位置するはんだ層Sのクラックが防止されている。   As described above, the power semiconductor element 19 generates a very large amount of heat. Therefore, in general, in the direct cooling type power semiconductor module 1 as shown in FIG. 2, the insulating substrate 3 and the finned base plate 2 are made of a material having a linear expansion coefficient close to that of the power semiconductor element 19. Cracks of the solder layer S located between the element 19 and the insulating substrate 3 and between the insulating substrate 3 and the finned base plate 2 are prevented.

例えば、パワー半導体素子19の構成材料であるシリコンの線膨張係数は約3ppm/℃なので、絶縁基板3としては、線膨張係数が4〜5ppm/℃の窒化アルミニウム基板、または窒化ケイ素基板が用いられる。   For example, since the linear expansion coefficient of silicon which is a constituent material of the power semiconductor element 19 is about 3 ppm / ° C., an aluminum nitride substrate or a silicon nitride substrate having a linear expansion coefficient of 4 to 5 ppm / ° C. is used as the insulating substrate 3. .

また、フィン付ベースプレート2は、加工の容易さも考慮して、線膨張係数が4〜8ppm/℃のAl−SiC(アルミニウム−シリコンカーバイド)複合板が用いられる。
このAl−SiC複合板を用いたフィン付ベースプレート2によれば、上記したはんだ層Sのクラックを防ぐことができ、しかも、複雑な形状の放熱フィン8を金型成形によって容易に形成することができる。
特開2004−235175号公報
The finned base plate 2 is made of an Al—SiC (aluminum-silicon carbide) composite plate having a linear expansion coefficient of 4 to 8 ppm / ° C. in consideration of ease of processing.
According to the fin-equipped base plate 2 using this Al—SiC composite plate, cracks of the solder layer S described above can be prevented, and the complex-shaped heat radiation fin 8 can be easily formed by molding. it can.
JP 2004-235175 A

しかしながら、Al−SiC複合板を用いたフィン付ベースプレート2は、その主成分であるSiCの特性、すなわち、高硬度・低粘度のために、破壊靱性値が低いという欠点を有している。このため、フィン付ベースプレート2をAl−SiC複合板で形成した従来のパワー半導体モジュール1では、フィン付ベースプレート2と冷却ジャケット5をボルト固定した状態でパワー半導体モジュール1の周囲環境温度が上昇/下降すると、ボルト固定部に発生する応力によってフィン付ベースプレート2にクラックが生じるおそれがあった。   However, the finned base plate 2 using the Al—SiC composite plate has a defect that the fracture toughness value is low due to the characteristics of SiC as the main component, that is, high hardness and low viscosity. For this reason, in the conventional power semiconductor module 1 in which the finned base plate 2 is formed of an Al—SiC composite plate, the ambient temperature of the power semiconductor module 1 increases / decreases with the finned base plate 2 and the cooling jacket 5 fixed with bolts. As a result, the base plate 2 with fins may be cracked by the stress generated in the bolt fixing portion.

この様子を、図3を用いて具体的に説明する。
図3は、図2に示すフィン付ベースプレート2とその表面側に配置されたハウジング23とを、ボルト7で冷却ジャケット5に固定したボルト固定部の拡大断面図である。図3では、アルミニウム製の冷却ジャケット5に形成された溝にOリング24が嵌め込まれ、その外側でAl−SiC複合板のフィン付ベースプレート2とハウジング23とが冷却ジャケット5にボルト固定されている。フィン付ベースプレート2は、ボルト固定の押力Pによって、Oリング24を押し潰しつつ冷却ジャケット5側に押し付けられる。従って、フィン付ベースプレート2は、ボルト7の内側においては、冷却ジャケット5との間に僅かな隙間が開いた状態となり、Oリング24が存在しないボルト7の外側においては、冷却ジャケット5に密着した状態となる。
This will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a bolt fixing portion in which the finned base plate 2 shown in FIG. 2 and the housing 23 arranged on the surface side thereof are fixed to the cooling jacket 5 with bolts 7. In FIG. 3, an O-ring 24 is fitted into a groove formed in the aluminum cooling jacket 5, and the finned base plate 2 of the Al—SiC composite plate and the housing 23 are bolted to the cooling jacket 5 on the outside thereof. . The finned base plate 2 is pressed against the cooling jacket 5 side by crushing the O-ring 24 by a pressing force P fixed to the bolt. Therefore, the finned base plate 2 is in a state where a slight gap is opened between the fin 7 and the cooling jacket 5 on the inner side of the bolt 7, and is closely attached to the cooling jacket 5 on the outer side of the bolt 7 where the O-ring 24 is not present. It becomes a state.

アルミニウム製の冷却ジャケット5(約24ppm/℃)は、線膨張係数が小さいフィン付ベースプレート2(4〜8ppm/℃)よりも熱膨張/収縮する量が大きい。従って、図3に示す構成において、車載環境を想定した−40〜+85℃の温度サイクル試験を行った場合、Oリング24が存在せず、フィン付ベースプレート2と冷却ジャケット5とが直接接触しているボルト7の外側では、フィン付ベースプレート2と冷却ジャケット5の線膨張係数差によって、界面に摩擦力Wが発生し、これにより、フィン付ベースプレート2のボルト固定部から外側に向かって引張力Eが働くことになる。そして、この引張力EがAl−SiC複合板の破壊靱性値を越えると、フィン付ベースプレート2表面側のボルト固定部の略中央から、引張力E方向にフィン付ベースプレート2裏面側に向かってクラック32が生じる。クラック32が生じると、Oリング24を介したフィン付ベースプレート2と冷却ジャケット5との液密性が損なわれ、放熱フィン8間を通流している冷却媒体が漏れ出すおそれがある。   The aluminum cooling jacket 5 (about 24 ppm / ° C.) has a larger amount of thermal expansion / contraction than the finned base plate 2 (4-8 ppm / ° C.) having a small linear expansion coefficient. Therefore, in the configuration shown in FIG. 3, when a temperature cycle test of −40 to + 85 ° C. assuming an in-vehicle environment is performed, the O-ring 24 does not exist, and the finned base plate 2 and the cooling jacket 5 are in direct contact with each other. On the outside of the bolt 7, the frictional force W is generated at the interface due to the difference in linear expansion coefficient between the finned base plate 2 and the cooling jacket 5, whereby a tensile force E is applied outward from the bolt fixing portion of the finned baseplate 2. Will work. If this tensile force E exceeds the fracture toughness value of the Al-SiC composite plate, cracks from the approximate center of the bolt fixing portion on the surface side of the finned base plate 2 toward the back side of the finned base plate 2 in the direction of the tensile force E 32 is generated. If the crack 32 occurs, the liquid tightness between the finned base plate 2 and the cooling jacket 5 via the O-ring 24 is impaired, and the cooling medium flowing between the heat radiation fins 8 may leak out.

そこで本発明は、例えば、Al−SiC複合板のような破壊靱性値が低い材料で形成されたベースプレートと、これと異なる線膨張係数を有する冷却ジャケットとをボルト固定した場合においても、そのボルト固定部においてベースプレートにクラックが生じることがなく、冷却媒体流路の液密性が確保されるパワー半導体モジュールを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention, for example, when a base plate formed of a material having a low fracture toughness value such as an Al-SiC composite plate and a cooling jacket having a different linear expansion coefficient are bolted, It is an object of the present invention to provide a power semiconductor module in which cracks are not generated in the base plate in the portion and the liquid tightness of the cooling medium flow path is ensured.

上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールは、i)表面側に冷却すべきパワー半導体素子が搭載されたベースプレートと、ii)前記ベースプレートの表面側に配置される補強板と、iii)前記ベースプレートの裏面側に、前記補強板および前記ベースプレートを貫通する複数の締め付け固定具で固定され、前記ベースプレートとの間に冷却媒体流路を形成する冷却ジャケットと、iv)前記補強板と前記ベースプレートとの間に配置される第1緩衝部材と、v)前記ベースプレートと前記冷却ジャケットとの間に配置される第2緩衝部材からなり、前記冷却ジャケットおよび前記補強板の線膨張係数が前記ベースプレートの線膨張係数よりも大きく、前記第1緩衝部材および前記第2緩衝部材が少なくとも前記締め付け固定具の内側および外側に配置されている。   In order to solve the above problems, a power semiconductor module according to the present invention includes: i) a base plate on which a power semiconductor element to be cooled is mounted on the surface side; ii) a reinforcing plate disposed on the surface side of the base plate; iii) a cooling jacket fixed to the back side of the base plate with a plurality of fastening fixtures penetrating the reinforcing plate and the base plate, and forming a cooling medium flow path between the base plate and iv) the reinforcing plate A first buffer member disposed between the base plate and v) a second buffer member disposed between the base plate and the cooling jacket, wherein the linear expansion coefficient of the cooling jacket and the reinforcing plate is The linear expansion coefficient of the base plate is larger, and the first buffer member and the second buffer member are at least the tightening member. It is arranged inside and outside the attached fastener.

好ましくは、前記ベースプレートは、前記パワー半導体素子の搭載領域に相対向する裏面側の領域に形成された複数の放熱フィンを備え、前記冷却媒体流路は、前記放熱フィンを取り囲むように形成される。   Preferably, the base plate includes a plurality of radiating fins formed in a region on the back surface opposite to the mounting region of the power semiconductor element, and the cooling medium flow path is formed so as to surround the radiating fins. .

好ましくは、前記第1緩衝部材および前記第2緩衝部材は、それぞれ、Oリング、メタルガスケットおよび接着樹脂層から選択されたものである。   Preferably, the first buffer member and the second buffer member are respectively selected from an O-ring, a metal gasket, and an adhesive resin layer.

また、好ましくは、前記補強板が、前記パワー半導体素子の周囲を取り囲むハウジングと一体成型されたものである。   Preferably, the reinforcing plate is integrally formed with a housing surrounding the power semiconductor element.

さらに好ましくは、前記補強板および/または前記冷却ジャケットが、アルミニウムまたはステンレスからなる。   More preferably, the reinforcing plate and / or the cooling jacket is made of aluminum or stainless steel.

従って、本発明に係るパワー半導体モジュールによれば、例えば、Al−SiC複合板のような破壊靱性値が低い材料で形成されたベースプレートと、これと異なる線膨張係数を有する冷却ジャケットとをボルト固定した場合においても、そのボルト固定部においてベースプレートにクラックが生じることがなく、冷却媒体流路の液密性を確保することができる。   Therefore, according to the power semiconductor module of the present invention, for example, a base plate formed of a material having a low fracture toughness value such as an Al-SiC composite plate and a cooling jacket having a different linear expansion coefficient are bolted. Even in this case, the base plate does not crack at the bolt fixing portion, and the liquid tightness of the cooling medium flow path can be ensured.

以下、本発明の好ましい実施形態について、図4〜10を用いて説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図4(A)に、実施例1に係る600V/600Aクラスの直接冷却型パワー半導体モジュール1を示す。パワー半導体モジュール1は、主に、フィン付ベースプレート2、冷却ジャケット5、およびフィン付ベースプレート2とともに冷却ジャケット5にボルト固定される補強板4からなる。フィン付ベースプレート2の表面には、3個の絶縁基板3がはんだ接合され、さらに絶縁基板3の表面には複数のパワー半導体素子が搭載されている。
本実施例における各絶縁基板3は窒化アルミニウムからなる同一のもので、それぞれ、U相インバータの上下アーム、V相インバータの上下アーム、W相インバータの上下アームを構成する。
FIG. 4A shows a 600 V / 600 A class direct cooling power semiconductor module 1 according to the first embodiment. The power semiconductor module 1 mainly includes a finned base plate 2, a cooling jacket 5, and a reinforcing plate 4 bolted to the cooling jacket 5 together with the finned base plate 2. Three insulating substrates 3 are soldered to the surface of the base plate 2 with fins, and a plurality of power semiconductor elements are mounted on the surface of the insulating substrate 3.
The insulating substrates 3 in the present embodiment are the same made of aluminum nitride, and constitute the upper and lower arms of the U-phase inverter, the upper and lower arms of the V-phase inverter, and the upper and lower arms of the W-phase inverter, respectively.

本実施例における絶縁基板3の外形寸法は4.7cm×6.0cmで、チップサイズが10mm×16mmのIGBT素子と、チップサイズが7mm×10mmのFWD素子が、それぞれ4チップずつ融点240℃以上の鉛フリーはんだで接合されている。はんだ厚は約0.1mmである。各素子の電圧/電流定格は600V/300Aであり、2素子が並列接続されることにより、定格600V/600Aのモジュールとなっている。
絶縁基板3とフィン付ベースプレート2は、融点約200℃の鉛フリーはんだで接合されている。はんだ厚は約0.1mmである。なお、簡略化のために、図4(A)では、フィン付ベースプレート2の表面側を覆うハウジングおよび接続用アルミニウムワイヤを省略している。
In this embodiment, the insulating substrate 3 has an outer dimension of 4.7 cm × 6.0 cm, and an IGBT element having a chip size of 10 mm × 16 mm and an FWD element having a chip size of 7 mm × 10 mm each have a melting point of 240 ° C. or more. Bonded with lead-free solder. The solder thickness is about 0.1 mm. The voltage / current rating of each element is 600V / 300A, and the module is rated 600V / 600A by connecting two elements in parallel.
The insulating substrate 3 and the finned base plate 2 are joined with lead-free solder having a melting point of about 200 ° C. The solder thickness is about 0.1 mm. For simplification, in FIG. 4A, the housing and the aluminum wires for connection that cover the surface side of the finned base plate 2 are omitted.

本実施例におけるフィン付ベースプレート2には、ボルト7を挿入するためのφ7mmの貫通穴6が計8個設けられており、その外形寸法は10cm×21cm、厚さは約11mmである。また、フィン付ベースプレート2はAl−SiC複合板であり、その各面はNiメッキされている。   In the present embodiment, the finned base plate 2 is provided with a total of eight φ7 mm through holes 6 into which the bolts 7 are inserted. The outer dimensions are 10 cm × 21 cm, and the thickness is about 11 mm. The finned base plate 2 is an Al—SiC composite plate, and each surface thereof is plated with Ni.

図4(A)に示すように、実施例1に係るパワー半導体モジュール1では、厚さ約3mmの補強板4が3枚の絶縁基板3を取り囲むようにフィン付ベースプレート2の表面側に重ねて配置される。補強板4の外形寸法は、フィン付ベースプレート2と同じ10cm×21cmで、絶縁基板3と干渉しないように、6cm×19cmの内側部分が取り除かれている。また、補強板4には、フィン付ベースプレート2とともに冷却ジャケット5にボルト固定されるべく、フィン付ベースプレート2と同位置にφ7mmの貫通穴6が計8個設けられている。
なお、補強板4は、パワー半導体素子の周囲を取り囲むハウジング(図示せず)と一体成形することができる。
As shown in FIG. 4A, in the power semiconductor module 1 according to the first embodiment, the reinforcing plate 4 having a thickness of about 3 mm is overlapped on the surface side of the finned base plate 2 so as to surround the three insulating substrates 3. Be placed. The outer dimension of the reinforcing plate 4 is 10 cm × 21 cm, which is the same as that of the finned base plate 2, and an inner portion of 6 cm × 19 cm is removed so as not to interfere with the insulating substrate 3. The reinforcing plate 4 is provided with a total of eight through-holes 6 having a diameter of 7 mm at the same position as the finned base plate 2 so as to be bolted to the cooling jacket 5 together with the finned base plate 2.
The reinforcing plate 4 can be integrally formed with a housing (not shown) surrounding the power semiconductor element.

図4(B)に示す、実施例1に係るフィン付ベースプレート2の裏面側には、放熱フィン8が一体成形されている。本実施例において、放熱フィン8は、フィン付ベースプレート2の長手方向(冷却媒体通流方向)と平行に17本形成されており、それぞれ突出量8mm、幅1.5mmである。また、放熱フィン8のピッチは3mm、放熱フィン8間の流路幅は1.5mmである。放熱フィン8は、主成分がエチレングリコールのロングライフクーラント(LLC)50vol.%で冷却される。
なお、上記放熱フィン形状、配置および冷却媒体は一例であり、適宜変更することができる。
On the back surface side of the finned base plate 2 according to the first embodiment shown in FIG. In the present embodiment, 17 radiating fins 8 are formed in parallel with the longitudinal direction (cooling medium flow direction) of the finned base plate 2 and have a protruding amount of 8 mm and a width of 1.5 mm, respectively. Moreover, the pitch of the radiation fins 8 is 3 mm, and the flow path width between the radiation fins 8 is 1.5 mm. The radiating fin 8 has a long life coolant (LLC) 50 vol. % Cooled.
In addition, the said radiation fin shape, arrangement | positioning, and a cooling medium are examples, and can be changed suitably.

図5は、実施例1に係るパワー半導体モジュール1の、補強板4およびフィン付ベースプレート2を冷却ジャケット5に取り付けた状態を示す断面図である。図4(A)のX−Xにおけるパワー半導体モジュール1の断面構造を示す図5(A)では、冷却ジャケット5の上にフィン付ベースプレート2が配置され、さらにその上に補強板4が重ねて配置されている。補強板4およびフィン付ベースプレート2は、それぞれに形成された貫通穴6を貫通するとともにボルト穴6’と螺合する締め付け固定具(本実施例では、一例としてボルト7)で冷却ジャケット5に固定される。使用されるボルト7はM6ボルトで、締め付けトルクは約4N・mである。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the reinforcing plate 4 and the finned base plate 2 are attached to the cooling jacket 5 of the power semiconductor module 1 according to the first embodiment. In FIG. 5A showing the cross-sectional structure of the power semiconductor module 1 at XX in FIG. 4A, the finned base plate 2 is disposed on the cooling jacket 5, and the reinforcing plate 4 is further stacked thereon. Has been placed. The reinforcing plate 4 and the finned base plate 2 are fixed to the cooling jacket 5 with a fastening fixture (in this embodiment, a bolt 7 as an example) that penetrates through the through-holes 6 formed therein and is screwed into the bolt holes 6 ′. Is done. The bolt 7 used is an M6 bolt, and the tightening torque is about 4 N · m.

本実施例では、補強板4の貫通穴6の外側および内側にそれぞれ幅2.4mm、深さ1.4mmの溝9が形成されており、そこに第1緩衝部材(本実施例では、一例としてOリング10)が配置されている。同様に、冷却ジャケット5のボルト穴6’の外側および内側にも、それぞれ幅2.4mm、深さ1.4mmの溝9’が形成されており、そこに第2緩衝部材(本実施例では、一例としてOリング10’)が配置されている。Oリング10、10’の線径はφ1.9mmである。また、形成される溝9、9’の寸法は、Oリング10、10’の材料組成および弾性を考慮して決定される。
なお、用語「内側」「外側」は、フィン付ベースプレート2の周囲に配置された貫通穴6周辺の領域のうち、「内側」は貫通穴6で囲まれた領域に相当する部分を意味し、また、「外側」は、貫通穴6で囲まれていない領域(フィン付ベースプレート2の端に近い領域)に相当する部分を意味する。
In this embodiment, grooves 9 having a width of 2.4 mm and a depth of 1.4 mm are formed on the outer side and the inner side of the through hole 6 of the reinforcing plate 4, respectively, and a first buffer member (an example in this embodiment) As an O-ring 10). Similarly, a groove 9 ′ having a width of 2.4 mm and a depth of 1.4 mm is formed on the outer side and the inner side of the bolt hole 6 ′ of the cooling jacket 5, respectively, and a second buffer member (in this embodiment, in this embodiment). As an example, an O-ring 10 ′) is arranged. The O-ring 10, 10 ′ has a wire diameter of φ1.9 mm. The dimensions of the grooves 9 and 9 'to be formed are determined in consideration of the material composition and elasticity of the O-rings 10 and 10'.
The terms “inside” and “outside” mean a portion corresponding to the region surrounded by the through hole 6 among the regions around the through hole 6 arranged around the finned base plate 2. The “outside” means a portion corresponding to a region that is not surrounded by the through hole 6 (region close to the end of the finned base plate 2).

図5(B)は、図5(A)に示すパワー半導体モジュール1のボルト固定部を拡大した断面図である。本実施例における補強板4と冷却ジャケット5は線膨張係数が24ppm/℃のアルミニウムからなり、フィン付ベースプレート2は線膨張係数が3.5ppm/℃のAl−SiC複合板からなる。この他、補強板4および冷却ジャケット5の材質としては、ステンレス(線膨張係数:10〜17ppm/℃)が選択可能であるが、特に、線膨張係数が10ppm/℃以上である補強板4および冷却ジャケット5と、Al−SiC複合板からなるフィン付ベースプレート2を組み合わせた際に、本発明の効果は顕著となる。
つまり、本発明に係るパワー半導体モジュール1において、フィン付ベースプレート2は、線膨張係数が相対的に高い補強板4と冷却ジャケット5の間に挟まれて配置される。
FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of the bolt fixing portion of the power semiconductor module 1 shown in FIG. In this embodiment, the reinforcing plate 4 and the cooling jacket 5 are made of aluminum having a linear expansion coefficient of 24 ppm / ° C., and the finned base plate 2 is made of an Al—SiC composite plate having a linear expansion coefficient of 3.5 ppm / ° C. In addition, as the material of the reinforcing plate 4 and the cooling jacket 5, stainless steel (linear expansion coefficient: 10 to 17 ppm / ° C.) can be selected. In particular, the reinforcing plate 4 having a linear expansion coefficient of 10 ppm / ° C. or more and When the cooling jacket 5 and the finned base plate 2 made of an Al—SiC composite plate are combined, the effect of the present invention becomes remarkable.
That is, in the power semiconductor module 1 according to the present invention, the finned base plate 2 is disposed between the reinforcing plate 4 and the cooling jacket 5 having a relatively high linear expansion coefficient.

一般的に、車載用のパワー半導体モジュールには、−40〜+85℃(ΔT=125℃)の温度変化への対応が要求されており、フィン付ベースプレート2、補強板4および冷却ジャケット5は、それぞれの線膨張係数に応じて熱膨張/収縮する。図5(B)中の、各構成部材の熱膨張/収縮の度合いを模式的に示した矢印から明らかなように、フィン付ベースプレート2と、補強板4および冷却ジャケット5とは、同じ温度変化に対する寸法の変化量が異なる。   Generally, in-vehicle power semiconductor modules are required to respond to a temperature change of −40 to + 85 ° C. (ΔT = 125 ° C.). The finned base plate 2, the reinforcing plate 4, and the cooling jacket 5 are Thermal expansion / contraction according to each linear expansion coefficient. As is clear from the arrows schematically showing the degree of thermal expansion / contraction of each component in FIG. 5B, the finned base plate 2, the reinforcing plate 4, and the cooling jacket 5 have the same temperature change. The amount of dimensional change with respect to is different.

実施例1に係るパワー半導体モジュール1は、上記−40〜+85℃の温度変化に応じてフィン付ベースプレート2、補強板4および冷却ジャケット5が熱膨張/収縮しても、フィン付ベースプレート2にクラックが生じることはない。すなわち、実施例1に係るパワー半導体モジュール1によれば、車載用のパワー半導体モジュールに要求される環境温度条件での信頼性を確保することができる。   The power semiconductor module 1 according to the first embodiment cracks in the finned base plate 2 even if the finned base plate 2, the reinforcing plate 4, and the cooling jacket 5 are thermally expanded / shrinked in accordance with the temperature change of −40 to + 85 ° C. Will not occur. That is, according to the power semiconductor module 1 according to the first embodiment, it is possible to ensure the reliability under the environmental temperature condition required for the in-vehicle power semiconductor module.

これは、補強板4の貫通穴6の外側および内側に第1緩衝部材10を配置するとともに、冷却ジャケット5のボルト穴6’の外側および内側に第2緩衝部材10’を配置することによって、フィン付ベースプレート2が、線膨張係数が異なる冷却ジャケット5および補強板4と直接接触するのを防ぎつつ、ボルト固定の押力Pがフィン付ベースプレート2に対して均等に印加されるようになったからである。   This is because the first buffer member 10 is disposed outside and inside the through hole 6 of the reinforcing plate 4 and the second buffer member 10 ′ is disposed outside and inside the bolt hole 6 ′ of the cooling jacket 5. Since the finned base plate 2 is prevented from coming into direct contact with the cooling jacket 5 and the reinforcing plate 4 having different linear expansion coefficients, the bolt fixing pressing force P is applied evenly to the finned base plate 2. It is.

図6に、実施例2に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール1は、実施例1で各2個使用したOリング10、10’をそれぞれ1個に削減したものである。図6に示すように、本実施例に係るOリング10、10’は、補強板4の貫通穴6および冷却ジャケット5のボルト穴6’を略円状に取り囲むとともに、隣接するボルト固定部間を互いに連結したような形状で、補強板4に形成された溝9および冷却ジャケット5に形成された溝9’に各1個ずつ配置される。
実施例2に係るパワー半導体モジュール1でも、実施例1に係るものと同等の効果を得ることができ、車載用のパワー半導体モジュールに要求される環境温度条件での信頼性を確保することができる。
FIG. 6 shows a power semiconductor module according to the second embodiment. This power semiconductor module 1 is obtained by reducing the number of O-rings 10 and 10 'used in the first embodiment to one each. As shown in FIG. 6, the O-rings 10 and 10 ′ according to the present embodiment surround the through hole 6 of the reinforcing plate 4 and the bolt hole 6 ′ of the cooling jacket 5 in a substantially circular shape, and between adjacent bolt fixing portions. Are arranged in a groove 9 formed in the reinforcing plate 4 and a groove 9 ′ formed in the cooling jacket 5.
Also in the power semiconductor module 1 according to the second embodiment, the same effects as those according to the first embodiment can be obtained, and the reliability under the environmental temperature condition required for the power semiconductor module for vehicle use can be ensured. .

図7に、実施例3に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール1では、円形薄板状の補強板4とフィン付ベースプレート2との間に配置されるOリング10(第1緩衝部材)、および補強板4はボルト固定部毎に円形薄板状に分割されている。図7に示す補強板4側のOリング10は、実施例1のように、隣接するボルト固定部間のOリング10を連結したような形状にはなっていない。これは、補強板4とフィン付ベースプレート2との間では、冷却媒体が漏れ出す心配がないためである。
実施例3に係るパワー半導体モジュール1では、実施例1および2に係るものと同等の効果が得られるとともに、Oリング10、10’の使用部材量を削減することができる。
FIG. 7 shows a power semiconductor module according to the third embodiment. In this power semiconductor module 1, the O-ring 10 (first buffer member) disposed between the circular thin plate-shaped reinforcing plate 4 and the finned base plate 2 and the reinforcing plate 4 are formed into a circular thin plate shape for each bolt fixing portion. It is divided. The O-ring 10 on the reinforcing plate 4 side shown in FIG. 7 does not have a shape in which the O-rings 10 between adjacent bolt fixing portions are connected as in the first embodiment. This is because there is no fear that the cooling medium leaks between the reinforcing plate 4 and the finned base plate 2.
In the power semiconductor module 1 according to the third embodiment, the same effects as those according to the first and second embodiments can be obtained, and the amount of members used for the O-rings 10 and 10 ′ can be reduced.

図8に、実施例4に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール1は、フィン付ベースプレート2と冷却ジャケット5の間の第2緩衝部材として、メタルガスケット11を使用したものである。メタルガスケット11は、部分的に凸部11’を形成した金属薄板に弾性を有する樹脂を被覆したものである。本実施例では、ネジ固定部の内側および外側に、それぞれ、約0.2mmの段差を有する直線状の凸部11’を1本ずつ形成した。凸部11’は他の形状にしてもよく、例えば、実施例2(図6)に係るOリング10のように、ボルト固定部を略円状に取り囲むとともに、隣接するボルト固定部間を互いに連結したような形状にすることができる。   FIG. 8 shows a power semiconductor module according to the fourth embodiment. This power semiconductor module 1 uses a metal gasket 11 as a second buffer member between the finned base plate 2 and the cooling jacket 5. The metal gasket 11 is obtained by coating an elastic resin on a thin metal plate partially formed with a convex portion 11 ′. In the present embodiment, one linear convex portion 11 ′ having a step of about 0.2 mm is formed inside and outside the screw fixing portion. The convex portion 11 ′ may have other shapes. For example, like the O-ring 10 according to the second embodiment (FIG. 6), the bolt fixing portion is surrounded in a substantially circular shape, and the adjacent bolt fixing portions are mutually connected. It can be made into a connected shape.

図9に、実施例5に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール1は、補強板4とフィン付ベースプレート2の間の第1緩衝部材として、弾力性を有するシリコン接着樹脂からなる接着樹脂層12を使用したものである。シリコン接着樹脂は、ボルト固定部を取り囲むようにフィン付ベースプレート2上に塗布され、その上に補強板4が貼り合わされる。こうすることによって、シリコン接着樹脂は薄く広い範囲に伸ばされて、補強板4とフィン付ベースプレート2の間を隙間なく埋めることができる。その後、シリコン接着樹脂に対して熱処理が行われ、一定の弾力性を有しながら硬化した接着樹脂層12が形成される。
実施例5に係るパワー半導体モジュール1では、フィン付ベースプレート2の形状や寸法毎に異なる緩衝部材(Oリング等)を準備しておく必要がなく、パワー半導体モジュール1製造の初期コストを削減することができる。
なお、接着樹脂層12として、シリコン接着樹脂の替わりに、エポキシ系低弾性樹脂、ウレタン樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。
FIG. 9 shows a power semiconductor module according to the fifth embodiment. This power semiconductor module 1 uses an adhesive resin layer 12 made of an elastic silicon adhesive resin as a first buffer member between the reinforcing plate 4 and the finned base plate 2. The silicon adhesive resin is applied on the finned base plate 2 so as to surround the bolt fixing portion, and the reinforcing plate 4 is bonded thereto. By doing so, the silicon adhesive resin is thinly extended over a wide range, and the space between the reinforcing plate 4 and the finned base plate 2 can be filled without a gap. Thereafter, heat treatment is performed on the silicon adhesive resin to form the adhesive resin layer 12 that is cured while having a certain elasticity.
In the power semiconductor module 1 according to the fifth embodiment, there is no need to prepare different buffer members (O-rings or the like) for each shape and size of the finned base plate 2, and the initial cost for manufacturing the power semiconductor module 1 is reduced. Can do.
In addition, the same effect can be acquired even if it uses an epoxy-type low-elasticity resin and a urethane resin for the adhesive resin layer 12 instead of a silicone adhesive resin.

図10に、リング形状かつ平板形状を有するフィン付ベースプレート2を用いた、実施例6に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール1は、ハイブリッド自動車または電気自動車用の走行用モータと一体化して製造することができ、例えば、冷却ジャケットの替わりに、モータハウジング13の端壁を使用することによって冷却媒体の流路を形成することができる。
モータハウジング13には、給水ニップル14および排水ニップル15が設けられている。給水ニップル14から導入された冷却媒体は導入液溜まり14’で各放熱フィン8に分配され、放熱フィン8間を通流した後に、導出液溜まり15’で排水ニップル15に集約され、排出される。
FIG. 10 shows a power semiconductor module according to Example 6 using a finned base plate 2 having a ring shape and a flat plate shape. The power semiconductor module 1 can be manufactured integrally with a traveling motor for a hybrid vehicle or an electric vehicle. For example, by using the end wall of the motor housing 13 instead of a cooling jacket, the flow of the cooling medium can be improved. A path can be formed.
The motor housing 13 is provided with a water supply nipple 14 and a drainage nipple 15. The cooling medium introduced from the water supply nipple 14 is distributed to the heat radiating fins 8 by the introduction liquid reservoirs 14 ′, and flows between the heat radiating fins 8, and then is collected and discharged to the drainage nipple 15 by the discharge liquid reservoir 15 ′. .

実施例6に係るパワー半導体モジュール1によれば、小形軽量化およびコスト削減が実現できるとともに、インバータと走行用モータを同時に冷却することができる。また、インバータと、その駆動対象である走行用モータの距離とを近づけて配置することによって、回路結線を短くすることができ、配線損失を低減することができる。また、パワー半導体モジュール1の中空部は、モータシャフトを通したり、走行用モータへの電力供給線を配置したりする領域として利用することができる。   According to the power semiconductor module 1 according to the sixth embodiment, it is possible to reduce the size and weight and reduce the cost, and to cool the inverter and the traveling motor at the same time. In addition, by arranging the inverter and the distance between the driving motor that is the driving target to be close to each other, the circuit connection can be shortened, and the wiring loss can be reduced. Further, the hollow portion of the power semiconductor module 1 can be used as a region through which the motor shaft is passed or where a power supply line to the traveling motor is arranged.

図10に示すパワー半導体モジュール1には、補強板4とフィン付ベースプレート2との間の第1緩衝部材(図示せず)、およびフィン付ベースプレート2とモータハウジング13との間の第2緩衝部材(図示せず)に、実施例1〜5に係る種々の緩衝部材、およびこれらの組み合わせを適用することができる。
従って、実施例6に係るパワー半導体モジュール1においても、他の実施例に係るものと同等の効果を得ることができ、車載用のパワー半導体モジュールに要求される環境温度条件での信頼性を確保することができる。
The power semiconductor module 1 shown in FIG. 10 includes a first buffer member (not shown) between the reinforcing plate 4 and the finned base plate 2, and a second buffer member between the finned base plate 2 and the motor housing 13. The various buffer members according to the first to fifth embodiments and combinations thereof can be applied to (not shown).
Therefore, also in the power semiconductor module 1 according to the sixth embodiment, the same effects as those according to the other embodiments can be obtained, and the reliability in the environmental temperature condition required for the in-vehicle power semiconductor module is ensured. can do.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、当業者が種々の変形例を想到できることは自明である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said structure, It is obvious that those skilled in the art can come up with various modifications.

例えば、各実施例で使用した絶縁基板は絶縁樹脂層に置き換えることができる。
図11では、フィン付ベースプレート2の表面側に絶縁樹脂層16を密着して配置し、さらにその絶縁樹脂層16の上に配線導体板17を配置している。配線導体板17は、絶縁樹脂層16の上に銅板を接合し、エッチング処理によってその銅板から導体パターン以外の不必要な部分を除去(パターンニング)して形成される。また、配線導体板17とフィン付ベースプレート2は、これらの間に配置される絶縁樹脂層16とパターンニングされた沿面距離によって絶縁性能が確保されている。
For example, the insulating substrate used in each embodiment can be replaced with an insulating resin layer.
In FIG. 11, the insulating resin layer 16 is disposed in close contact with the surface side of the finned base plate 2, and the wiring conductor plate 17 is disposed on the insulating resin layer 16. The wiring conductor plate 17 is formed by bonding a copper plate on the insulating resin layer 16 and removing (patterning) unnecessary portions other than the conductor pattern from the copper plate by an etching process. In addition, the wiring conductor plate 17 and the finned base plate 2 have insulation performance secured by the insulating resin layer 16 disposed therebetween and the patterned creepage distance.

パワー半導体素子19は熱拡散板18にはんだ接合され、熱拡散板18は配線導体板17にはんだ接合される。熱拡散板18は、熱伝導率と熱容量に優れた材質(例えば、銅)が選択され、パワー半導体素子19の発熱は面内方向に急速に拡散されるとともに、フィン付ベースプレート2で放熱される。これによって、パワー半導体素子19の急激な発熱に対する過渡的な温度上昇を抑制することができる。
ヒートサイクル性能等の耐環境性を向上したい場合には、熱拡散板18の材質を線膨張係数の小さい他の材質(例えば、銅−モリブデン複合材)に置き換えてもよい。また、パワー半導体素子19の発熱量がそれほど大きくない場合には、熱拡散板18を省略して、パワー半導体素子19と配線導体板17を直接接合してもよい。
上記構成によれば、窒化アルミニウム基板等の高価な絶縁基板を使用する必要がないので、コストを削減することができる。
The power semiconductor element 19 is soldered to the heat diffusion plate 18, and the heat diffusion plate 18 is soldered to the wiring conductor plate 17. The heat diffusion plate 18 is made of a material having excellent thermal conductivity and heat capacity (for example, copper), and the heat generated by the power semiconductor element 19 is rapidly diffused in the in-plane direction and radiated by the finned base plate 2. . As a result, it is possible to suppress a transient temperature rise due to sudden heat generation of the power semiconductor element 19.
When it is desired to improve environmental resistance such as heat cycle performance, the material of the heat diffusion plate 18 may be replaced with another material having a low linear expansion coefficient (for example, a copper-molybdenum composite material). Further, when the amount of heat generated by the power semiconductor element 19 is not so large, the heat diffusion plate 18 may be omitted and the power semiconductor element 19 and the wiring conductor plate 17 may be directly joined.
According to the above configuration, since it is not necessary to use an expensive insulating substrate such as an aluminum nitride substrate, the cost can be reduced.

また、本発明に係るパワー半導体モジュールには、補強板とフィン付ベースプレートの間の第1緩衝部材、およびフィン付ベースプレートと冷却ジャケットの間の第2緩衝部材として、実施例1〜5に係る種々の緩衝部材を適宜組み合わせて適用することができる。
例えば、第1緩衝部材として接着樹脂層12(実施例5、図9参照)を使用するとともに、第2緩衝部材としてOリング10’(実施例2、図6参照)を使用してもよい。
Further, the power semiconductor module according to the present invention includes various first and fifth embodiments according to the first to fifth embodiments as a first buffer member between the reinforcing plate and the finned base plate and a second buffer member between the finned base plate and the cooling jacket. These buffer members can be applied in appropriate combination.
For example, the adhesive resin layer 12 (see Example 5 and FIG. 9) may be used as the first buffer member, and the O-ring 10 ′ (see Example 2 and FIG. 6) may be used as the second buffer member.

また、各実施例では、ベースプレートに放熱フィンが一体成形されたフィン付ベースプレートを使用する直接冷却型のパワー半導体モジュールについて説明したが、本発明は、放熱フィンが一体成形されていない平板ベースプレートを直接冷却する構造のパワー半導体モジュールにも適用することができる。   In each embodiment, the direct cooling type power semiconductor module using the fin-equipped base plate in which the radiating fin is integrally formed on the base plate has been described. However, the present invention directly applies the flat plate base plate in which the radiating fin is not integrally formed. The present invention can also be applied to a power semiconductor module having a cooling structure.

間接冷却型パワー半導体モジュールの一例を示す図であって、(A)は斜視図、(B)は断面図である。It is a figure which shows an example of an indirect cooling type power semiconductor module, (A) is a perspective view, (B) is sectional drawing. 従来の直接冷却型パワー半導体モジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional direct cooling type power semiconductor module. 従来の直接冷却型パワー半導体モジュールの、ボルト固定部の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the bolt fixing | fixed part of the conventional direct cooling type power semiconductor module. (A)は実施例1に係るパワー半導体モジュールの斜視図、(B)は実施例1に係るパワー半導体モジュールで使用されるフィン付ベースプレートの裏面側を示す斜視図である。(A) is a perspective view of the power semiconductor module which concerns on Example 1, (B) is a perspective view which shows the back surface side of the base plate with a fin used with the power semiconductor module which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るパワー半導体モジュールであって、(A)は全体断面図、(B)はボルト固定部の拡大断面図である。1 is a power semiconductor module according to a first embodiment, where (A) is an overall cross-sectional view and (B) is an enlarged cross-sectional view of a bolt fixing portion. 実施例2に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。6 is a perspective view of a power semiconductor module according to Embodiment 2. FIG. 実施例3に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。6 is a perspective view of a power semiconductor module according to Embodiment 3. FIG. 実施例4に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a power semiconductor module according to a fourth embodiment. 実施例5に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。10 is a perspective view of a power semiconductor module according to Embodiment 5. FIG. 実施例6に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。10 is a perspective view of a power semiconductor module according to Embodiment 6. FIG. 各実施例に適用可能なパワー半導体素子の搭載の態様を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the aspect of mounting of the power semiconductor element applicable to each Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 パワー半導体モジュール
2 フィン付ベースプレート
3 絶縁基板
4 補強板
5 冷却ジャケット
6 貫通穴
6’ ボルト穴
7 ボルト
8 放熱フィン
9、9’ 溝
10 第1緩衝部材(Oリング)
10’ 第2緩衝部材(Oリング)
11 メタルガスケット
11’ 凸部
12 接着樹脂層
13 モータハウジング
14 給水ニップル
14’ 導入液溜まり
15 排水ニップル
15’ 導出液溜まり
16 絶縁樹脂層
17 配線導体板
18 熱拡散板
19 パワー半導体素子
20 素子収容体
21 外部端子
22 ベースプレート
23 ハウジング
24 Oリング
30 絶縁層
31 金属層
31’ 金属層
32 クラック
S はんだ層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power semiconductor module 2 Base plate with fin 3 Insulation board 4 Reinforcement board 5 Cooling jacket 6 Through hole 6 'Bolt hole 7 Bolt 8 Radiation fin 9, 9' Groove 10 1st buffer member (O-ring)
10 'Second buffer member (O-ring)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Metal gasket 11 'Convex part 12 Adhesive resin layer 13 Motor housing 14 Water supply nipple 14' Introducing liquid reservoir 15 Drain nipple 15 'Derived liquid reservoir 16 Insulating resin layer 17 Wiring conductor board 18 Thermal diffusion board 19 Power semiconductor element 20 Element container 21 External terminal 22 Base plate 23 Housing 24 O-ring 30 Insulating layer 31 Metal layer 31 ′ Metal layer 32 Crack S Solder layer

Claims (5)

i)表面側に冷却すべきパワー半導体素子が搭載されたベースプレートと、
ii)前記ベースプレートの表面側に配置される補強板と、
iii)前記ベースプレートの裏面側に、前記補強板および前記ベースプレートを貫通する複数の締め付け固定具で固定され、前記ベースプレートとの間に冷却媒体流路を形成する冷却ジャケットと、
iv)前記補強板と前記ベースプレートとの間に配置される第1緩衝部材と、
v)前記ベースプレートと前記冷却ジャケットとの間に配置される第2緩衝部材と、からなり、
前記冷却ジャケットおよび前記補強板の線膨張係数が前記ベースプレートの線膨張係数よりも大きく、前記第1緩衝部材および前記第2緩衝部材が少なくとも前記締め付け固定具の内側および外側に配置されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
i) a base plate on which power semiconductor elements to be cooled are mounted on the surface side;
ii) a reinforcing plate disposed on the surface side of the base plate;
iii) a cooling jacket fixed to the back side of the base plate with a plurality of fastening fixtures penetrating the reinforcing plate and the base plate, and forming a cooling medium flow path between the base plate;
iv) a first buffer member disposed between the reinforcing plate and the base plate;
v) a second cushioning member disposed between the base plate and the cooling jacket,
The linear expansion coefficient of the cooling jacket and the reinforcing plate is larger than the linear expansion coefficient of the base plate, and the first buffer member and the second buffer member are disposed at least inside and outside of the fastening fixture. A featured power semiconductor module.
前記ベースプレートは、前記パワー半導体素子の搭載領域に相対向する裏面側の領域に形成された複数の放熱フィンを備え、前記冷却媒体流路は、前記放熱フィンを取り囲むように形成されることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。   The base plate includes a plurality of radiating fins formed in a region on the back surface opposite to the mounting region of the power semiconductor element, and the cooling medium flow path is formed so as to surround the radiating fins. The power semiconductor module according to claim 1. 前記第1緩衝部材および前記第2緩衝部材は、それぞれ、Oリング、メタルガスケットおよび接着樹脂層から選択されたものであることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。   2. The power semiconductor module according to claim 1, wherein each of the first buffer member and the second buffer member is selected from an O-ring, a metal gasket, and an adhesive resin layer. 前記補強板が、前記パワー半導体素子の周囲を取り囲むハウジングと一体成形されたものであることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 1, wherein the reinforcing plate is formed integrally with a housing surrounding the power semiconductor element. 前記補強板および/または前記冷却ジャケットが、アルミニウムまたはステンレスからなることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 1, wherein the reinforcing plate and / or the cooling jacket is made of aluminum or stainless steel.
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