JP2010225720A - パワーモジュール - Google Patents

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metal block
cooling energization
power module
screw
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Toshiaki Shinohara
利彰 篠原
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

【課題】本発明は、電気抵抗および熱抵抗を低減したパワーモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】パワー素子の表面電極と裏面電極を上部金属ブロックと下部金属ブロックで挟みこみ、該上部金属ブロックの上面と接続された放熱機能および電気伝導性を有する上部冷却通電ブロックと、該下部金属ブロックの下面と接続された放熱機能および電気伝導性を有する下部冷却通電ブロックとを有する。該上部冷却通電ブロックと接続された上部端子と該下部冷却通電ブロックと接続された下部端子の一部が露出するように、該パワー素子、該上部金属ブロック、該下部金属ブロック、該上部冷却通電ブロック、該下部冷却通電ブロックを該上部冷却通電ブロックと該下部冷却通電ブロックと所定間隔だけ離間して覆う絶縁ケースを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワー素子の冷却手段を内部に備えるパワーモジュールに関する。
ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー素子は高耐圧、大電流での利用に好適であり産業用、民生用機器などにおいて幅広い用途を有する。このようなパワー素子は大電流を制御する素子であるため、パワー素子と外部を接続する経路は電気抵抗が低いことが好ましい。また、パワー素子は発熱体でもあるため、パワーモジュールの熱抵抗を低減しパワー素子で発生した熱を速やかにモジュールの外部に排出できる構造であることが好ましい。
特許文献１にはブロック状のリードがパワー素子の上下を挟みこむように配置される構成が開示される。このような構成により、パワーモジュールの電気抵抗の低減がなし得る。
特開２００７−２８１２７４号公報 特開２００８−１２４４３０号公報 特開２００１−２３０５８２号公報
図７は典型的なパワーモジュールの構成について説明する図である。図７に記載の通り典型的なパワーモジュールでは、絶縁基板であり表面に導体パターンが形成されたセラミック６０８の表面にはんだ６１２を介してＩＧＢＴ６０２およびダイオード６０４が搭載される。ＩＧＢＴ６０２およびダイオード６０４の電極にはワイヤ６０６が適宜に端子６１８と接続される。端子６１８は樹脂ケース６０１に取り付けられＩＧＢＴ６０２などと外部を接続する。一方、セラミック６０８の裏面にははんだ６１０を介してベース板６１４と呼ばれる金属板が接続される。そして、樹脂ケース６０１の開口にふた６１６を配置してパワーモジュール６００が形成される。
パワーモジュール６００はベース板６１４を経由して放熱し得るが、これだけでは放熱（冷却）特性が不十分であるため放熱グリス７０４を介してベース板６１４を放熱用フィン７０２と接続することが多い。図７ではこの接続の様子を矢印で説明している。
図７のような放熱用フィン７０２を有するパワーモジュールでは電気抵抗の低減と放熱性の向上ができない問題があった。すなわち、配線にワイヤ６０６やセラミック６０８上導体パターンが用いられるためパワーモジュールの電気抵抗が低減できない問題があった。また、ＩＧＢＴ６０２などの素子が発する熱の放熱経路はセラミック６０８、はんだ６１０、ベース板６１４、グリス７０４、放熱用フィン７０２となり熱抵抗が高くパワー素子であるＩＧＢＴなどに十分な通電ができない問題があった。
さらに、特許文献１に記載の構成であっても、電気抵抗の低減はなし得るが依然として放熱特性が不十分であるという問題があった。また、リードが広範囲に渡って樹脂表面から露出するためリードの絶縁確保が不十分である問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電気抵抗を低減でき、同時に、熱抵抗も低減できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
本願の発明にかかるパワーモジュールは、表面に表面電極を有し、裏面に裏面電極を有するパワー素子と、下面が該表面電極と接続された上部金属ブロックと、上面が該裏面電極と接続された下部金属ブロックと、該パワー素子と該上部金属ブロックと該下部金属ブロックを、該上部金属ブロックの上面および該下部金属ブロックの下面を露出させるように覆う樹脂と、該上部金属ブロックの上面と接続された放熱機能および電気伝導性を有する上部冷却通電ブロックと、該下部金属ブロックの下面と接続された放熱機能および電気伝導性を有する下部冷却通電ブロックと、該上部冷却通電ブロックと接続され該表面電極と外部を接続する上部端子と、該下部冷却通電ブロックと接続され該裏面電極と外部を接続する下部端子とを有する。そして、該パワー素子と該上部金属ブロックと該下部金属ブロックと該樹脂と該上部冷却通電ブロックと該下部冷却通電ブロックと該上部端子と該下部端子を、該上部端子と該下部端子の一部が露出するように、該上部冷却通電ブロックと該下部冷却通電ブロックと所定間隔だけ離間して覆う絶縁ケースを備えたことを特徴とする。
本発明により電気抵抗および熱抵抗を低減したパワーモジュールを製造することができる。
実施の形態１
本実施形態は図１〜図３を参照して説明する。なお、同一材料または同一、対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態についても同様である。
本実施形態のパワーモジュール１０はパワー素子や金属ブロックなどからなる構造物を絶縁ケース６６が覆う構成である。図１はそのようなパワーモジュールの絶縁ケース６６の内部を可視化して表現した図である。
本実施形態は第１パワー素子１２、第２パワー素子４０とダイオード２６、ダイオード４２を備える構成であり、例えばインバータ回路のＵＶＷ相のいずれかを出力するアームを構成するパワーモジュールである。最初に第１パワー素子１２の周辺について説明する。第１パワー素子１２は表面にエミッタ電極１８およびゲート電極１４を有し、裏面にコレクタ電極１６を有する。エミッタ電極１８およびダイオード２６表面ははんだ２４により上部金属ブロック２８と接続される。また、コレクタ電極１６およびダイオード２６裏面ははんだ２４により下部金属ブロック３０が接続される。上部金属ブロック２８と下部金属ブロック３０は共に銅ブロックである。また、ゲート電極１４はワイヤ２０を介して信号端子２２と接続される。
第１パワー素子１２、ダイオード２６、上部金属ブロック２８、下部金属ブロック３０はエポキシなどの樹脂３２で封止されている。この樹脂封止は上部金属ブロック２８の上面および下部金属ブロック３０の下面を外部に露出させるように行われている。
樹脂３２から露出した上部金属ブロック２８の上面はＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８とはんだ２４を介して接続される。ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８とはアルミまたは銅などの金属からなり、放熱用フィンを備えるブロックである。ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８は上部金属ブロック２８と接続される面以外は空気と接する。ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８には、エミッタ電極１８と接続された上部金属ブロック２８と外部を電気的に接続するＡＣ出力端子６０が接続される。
一方、樹脂３２から露出した下部金属ブロック３０の下面はＰ端子用冷却通電ブロック３４とはんだ２４を介して接続される。Ｐ端子用冷却通電ブロック３４とはアルミまたは銅などの金属からなり、放熱用フィンを備えるブロックである。Ｐ端子用冷却通電ブロック３４は下部金属ブロック３０と接続される面以外は空気と接する。Ｐ端子用冷却通電ブロック３４には、コレクタ電極１６と接続された下部金属ブロック３０と外部を電気的に接続するＰ端子６２が接続される。
第２パワー素子４０も前述した第１パワー素子１２周辺と基本的に同等の構成であり以下のように配置される。第２パワー素子４０のコレクタ電極とダイオード４２表面ははんだを介して上部金属ブロック４４と接続される。第２パワー素子４０のエミッタ電極とダイオード４２裏面ははんだを介して下部金属ブロック４６と接続される。第１パワー素子１２の場合と同様に、樹脂４８により上部金属ブロック４４の上面と下部金属ブロック４６の下面を露出させるようにして第２パワー素子４０などが樹脂封止される。なお、第２パワー素子４０のゲート電極はワイヤ５０により信号端子５２と接続される。さらに、上部金属ブロック４４の上面ははんだを介してＡＣ出力端子用冷却ブロック３８と接続される。下部金属ブロック４６の下面にははんだを介してＮ端子用冷却通電ブロック３６が接続される。Ｎ端子用冷却通電ブロック３６はＰ端子用冷却通電ブロック３４と同様に放熱用フィンを備える構成である。
なお、高電圧がかかる部位間は所定の空間距離、沿面距離が確保されるように寸法が決められるため、必要に応じて絶縁材３３のコーティングあるいは絶縁材の挿入により絶縁が行われる。
本実施形態のパワーモジュール１０は絶縁ケース６６を更に備える。絶縁ケース６６は信号端子２２、５２、ＡＣ出力端子６０、Ｐ端子６２、Ｎ端子６４のみ外部に露出するよう第１パワー素子１２やＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８などを覆う。本実施形態の絶縁ケース６６は例えばＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＥＴを含む材料で形成される。そして、絶縁ケース６６は内壁に金属板６７を備える。この金属板６７は第１パワー素子１２および第２パワー素子４０に対するノイズを遮断するために配置される。
絶縁ケース６６および金属板６７は次の２点に留意して所定の空気層６８を有するように配置される。第１点目は絶縁ケース６６および金属板６７が、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６と絶縁されるために十分な空間距離を隔てる点である。第２点目はＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６を空冷するためにこれらと十分な空間距離を隔てて絶縁ケース６６および金属板６７が配置される点である。
図２は図１のII―II矢示図である。図２から把握されるように絶縁ケース６６には第１通気孔７０と当該第１通気孔７０と対向する位置に第２通気孔７２が形成されている。これらの通気孔は絶縁ケース６６内部の空気層６８における過熱された空気を外部へ排出するために形成される。本実施形態のパワーモジュールは上述の構成を備える。
パワーモジュールは、前述したとおり、パワー素子への通電経路の電気抵抗が低く、かつ、パワー素子で発生した熱を速やかに外部に逃がすことが可能なように熱抵抗が低いことが好ましい。本実施形態の構成は簡易な構成でパワーモジュールの低電気抵抗化と低熱抵抗化ができる。
まず、低電気抵抗化について説明する。第１パワー素子１２の主電流が通るエミッタ電極１８とコレクタ電極１６は、それぞれ上部金属ブロック２８と下部金属ブロック３０へ接続されている。上部金属ブロック２８はＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８を介してＡＣ出力端子６０へ接続され、下部金属ブロック３０はＰ端子用冷却通電ブロック３４を介してＰ端子６２へ接続されている。よってワイヤやセラミック上導体パターンなどで配線をとる場合と比較して主電流経路の低抵抗化ができる。第２パワー素子４０についても同様である。
他方、低熱抵抗化は、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６からの放熱によりもたらされる効果である。本実施形態では、パワー素子の低熱抵抗化を阻害するセラミック（絶縁基板）は配置されない。さらに、第１パワー素子１２、第２パワー素子４０で発生した熱ははんだと上部金属ブロック２８又は下部金属ブロック３０を経由してＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８又はＰ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６へ伝導される。よってパワー素子で発生した熱は速やかにＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６の備える放熱用フィンにより外部へ放出されるための低熱抵抗化ができる。また、セラミック（絶縁基板）の省略によりパワーモジュールの製造コスト低減もできる。
さらに、本実施形態のパワーモジュールは空気層６８および絶縁ケース６６がパワーモジュール１０の断熱層として機能するため取り扱いの安全の観点からも好ましいものである。
さらに、本実施形態のパワーモジュールは第１、第２パワー素子１２、４０とダイオード２６、４２と上部金属ブロック２８、４４、下部金属ブロック３０、４６とからなるパワー部はそれぞれ樹脂３２、４８で覆われている。よってパワーモジュールの動作時に印加されるはんだへの熱応力を低減でき、冷熱サイクルやパワーサイクルに対する耐久性を高めることができる。従って信頼性の高いパワーモジュールを製造できる。
さらに、本実施形態のパワーモジュールは、エミッタ電極、コレクタ電極の通電に 上部金属ブロック２８、４４、下部金属ブロック３０、４６、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６を用いる。よってパワー素子の駆動に必要な配線を簡素化できる。
さらに、本実施形態のパワーモジュールは、パワーモジュールの内部にパワー素子を冷却する放熱用フィンを備えるＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６を備える。よって例えば図７で説明したようにユーザーが放熱用フィン７０２などを取り付ける作業を省略できる。
このように、金属ブロックと冷却通電用ブロックがパワー素子の表面電極と裏面電極を挟み込むように配置され、これらが通電経路として機能することで板金による配線と比較してパワーモジュールの低電気抵抗化を図る。加えて、通電機能および放熱機能（冷却機能）を有する冷却通電ブロックを用いて簡素な構成でパワーモジュールの低熱抵抗化を図ることがこの実施形態の特徴である。そしてこの発明の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形が可能である。以下にそのような変形を例示する。
本実施形態では、図２を参照して説明したように空気層６８内の過熱された空気の排出には第１通気孔７０、第２通気孔７２を備える構成としたが本発明はこれに限定されない。空気層６８内の過熱された空気の排出を促進するために図３に示されるように通気孔に接してフィン８２を有する電動ファン８０を取り付けるとさらにパワー素子の冷却効果を高めることができる。
本実施形態ではＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８およびＰ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６は放熱用フィンを備えてパワー素子の冷却効果を高めることとしたが本発明はこれに限定されない。冷却媒体として空気を用いる他に、パワー素子の電気的特性に影響しないように絶縁された液状媒体を用いてパワー素子の冷却を行ってもよい。
本実施形態では絶縁ケース６６は内壁に金属板６７を備える構成としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、ケースは、絶縁ケース６６の内壁に金属板６７を備え、さらに金属板６７の内壁に絶縁ケースを備える三層構造としてもよい。また、第１パワー素子１２および第２パワー素子４０に対するノイズを遮断する必要がなければ絶縁ケース６６単体であってもよい。
その他、上部金属ブロック２８、４４、下部金属ブロック３０、４６、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック３８、Ｐ端子用冷却通電ブロック３４、Ｎ端子用冷却通電ブロック３６は電気伝導度が高く熱抵抗が低い材料である限りにおいて限定されず、パワーモジュールが内包するパワー素子も発熱体である限りにおいて限定されない。
実施の形態２
本実施形態は図４〜図６を参照して説明する。図４は本実施形態のパワーモジュールを説明する図である。本実施形態のパワーモジュールの基本構成は実施の形態１と同様であるため、実施の形態１の構成と相違する部分だけ説明する。
本実施形態のパワーモジュールが備えるＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０はねじ用貫通孔１０１を２箇所に備える。また、前述のねじ用貫通孔１０１に対応したねじ穴１０３がＰ端子用冷却通電ブロック１１２とＮ端子用冷却通電ブロック１１４にそれぞれ一箇所ずつ形成されている。
前述のねじ穴１０３とねじ用貫通孔１０１を利用して締結ねじ１０２がねじ締めされ、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０とＰ端子用冷却通電ブロック１１２で樹脂３２の上部金属ブロック２８の上面と下部金属ブロック３０の下面を一定荷重で挟み込む。ここで、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０とＰ端子用冷却通電ブロック１１２が電気的に導通しないように、締結ねじ１０２は絶縁ソケット１００に覆われるようにして配置される。さらに、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０とＮ端子用冷却通電ブロック１１４も同様にねじ締めされ樹脂４８を一定荷重で挟み込む。
このように締結ねじ１０２を用いてパワー素子を内包する樹脂３２、４８を挟み込むことにより、上部金属ブロック２８、４４の上面とＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０との接続をはんだ接合なしに行うことができる。下部金属ブロック３０下面とＰ端子用冷却通電ブロック３４との接続、下部金属ブロック４６とＮ端子用冷却通電ブロック１１４との接続も同様にはんだ接合なしに行うことができる。
本実施形態のように締結ねじにより部品間の接続を行うと、樹脂３２、４８で封止されたパワー部の分解あるいは取替えが容易となり材料のリサイクル性が向上する。例えば、パワーモジュールのパワー部だけを交換し、その周辺の金属ブロック等を再利用することなどができる。
このようにパワーモジュールの一部を分解可能とすることは様々な構成によってなし得る。例えば図５、６に開示の構成を挙げることができる。
図５は上部金属ブロック２６０、２６２にねじ穴２５０を設け、ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック２３０には前述のねじ穴２５０に対応するねじ用貫通孔２０４が設けられる。そしてねじ穴２５０とねじ用貫通孔２０４を利用して締結ねじ２００をねじ締めすることで上部金属ブロック２６０、２６２とＡＣ出力端子用冷却通電ブロック２３０を接続する。
同様に下部金属ブロック２６４、２６６にもねじ穴２０７が設けられ、Ｐ端子用冷却通電ブロック２３２およびＮ端子用冷却通電ブロック２３４には対応するねじ用貫通孔２１０が設けられる。そしてねじ穴２０７とねじ用貫通孔２１０を利用して締結ねじ２０６をねじ締めすることで下部金属ブロック２６４とＰ端子用冷却通電ブロック２３２および、下部金属ブロック２６６とＮ端子用冷却通電ブロック２３４がそれぞれ接続される。
図５のように構成すると図４の構成と同様の効果を得られる。また、図４の場合と比較して絶縁ソケットを省略できる利益がある。
図６は、第１パワー素子１２と上部金属ブロック２８が締結ねじ４００により接続され、第２パワー素子４０と下部金属ブロック４６が締結ねじ５００により接続される例を示す図である。図６のパワーモジュールでは樹脂により第１パワー素子１２等を封止せずにホルダー４０２、５０２および絶縁材コーティング５２０でパワー素子の絶縁をとる。また、第１パワー素子１２等は上部金属ブロック、下部金属ブロックに接続された状態で信号端子４０４、５０４が取り付けられている。信号端子４０４はそのままパワーモジュール外部に伸び、信号端子５０４は棒状端子５０６を経由して外部に伸びる。
本実施形態においては図４におけるねじ穴１０３はＰ端子用冷却ブロック１１２（又はＮ端子用冷却ブロック１１４）に形成され、ねじ用貫通孔１０１はＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０に形成されることとしたが、ねじ穴１０３とねじ用貫通孔１０１の形成位置を逆転させてもよい。また、締結ねじの数は、十分な接合が得られる限りにおいて限定されない。
上部金属ブロック２８、４４とＡＣ出力端子用冷却通電ブロック１１０との間には、はんだ材やインジウム箔を介在させて熱、電気的接続の安定性を向上させても良い。このようにはんだ材やインジウム箔を介在させてもパワーモジュールの分解性を阻害しない。他の締結ねじを用いた接続箇所についても同様である。
本実施形態と実施形態１の構成に含まれるパワー素子などはＳｉＣ基板に形成してもよい。パワー素子をＳｉＣ基板で製造することはパワーモジュールの高耐圧化や大電流化などに有用である。
実施形態１のパワーモジュールを説明する図である。 図１のII―II矢示図である。 実施形態１の構成に電動ファンを取り付けた構成を説明する図である。 実施形態２のパワーモジュールを説明する図である。 絶縁ソケットを要しないねじ締めが可能な構成について説明する図である。 パワー素子と上部（下部）金属ブロックをねじ締めする構成を説明する図である。 課題を説明する図である。
１０ パワーモジュール、 １２ 第１パワー素子、 １６ コレクタ電極、 １８ エミッタ電極、 ２８ 上部金属ブロック、 ３０ 下部金属ブロック、 ３４ Ｐ端子用冷却通電ブロック、 ３６ Ｎ端子用冷却通電ブロック、 ３８ ＡＣ出力端子用冷却通電ブロック、６０ ＡＣ出力端子、 ６２ Ｐ端子、 ６４ Ｎ端子

Claims (9)

  1. 表面に表面電極を有し、裏面に裏面電極を有するパワー素子と、
    下面が前記表面電極と接続された上部金属ブロックと、
    上面が前記裏面電極と接続された下部金属ブロックと、
    前記パワー素子と前記上部金属ブロックと前記下部金属ブロックを、前記上部金属ブロックの上面および前記下部金属ブロックの下面を露出させるように覆う樹脂と、
    前記上部金属ブロックの上面と接続された放熱機能および電気伝導性を有する上部冷却通電ブロックと、
    前記下部金属ブロックの下面と接続された放熱機能および電気伝導性を有する下部冷却通電ブロックと、
    前記上部冷却通電ブロックと接続され前記表面電極と外部を接続する上部端子と、
    前記下部冷却通電ブロックと接続され前記裏面電極と外部を接続する下部端子と、
    前記パワー素子と前記上部金属ブロックと前記下部金属ブロックと前記樹脂と前記上部冷却通電ブロックと前記下部冷却通電ブロックと前記上部端子と前記下部端子を、前記上部端子と前記下部端子の一部が露出するように、前記上部冷却通電ブロックおよび前記下部冷却通電ブロックと所定間隔だけ離間して覆う絶縁ケースとを備えたことを特徴とするパワーモジュール。
  2. 前記上部冷却通電ブロックと前記下部冷却通電ブロックは一部に放熱用フィンを備えたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  3. 前記絶縁ケースに通気孔が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  4. 前記絶縁ケースの外壁に取り付けられ前記絶縁ケース内の空気を前記通気孔を通して前記絶縁ケース外部へ排出する電動ファンを備えたことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
  5. 前記上部冷却通電ブロックと前記下部冷却通電ブロックの一方にねじ穴、他方に前記ねじ穴に対応するねじ用貫通孔が形成され、
    前記ねじ穴および前記ねじ用貫通孔を利用したねじ締めにより前記樹脂で覆われた構造の前記表面電極と前記裏面電極を挟み込む締結ねじを更に備え、
    前記上部金属ブロックの上面と前記上部冷却通電ブロック、および前記下部金属ブロックの下面と前記下部冷却通電ブロックは、前記上部金属ブロックの上面と前記上部冷却通電ブロックが直接接触あるいは金属箔を介して接触し、前記下部金属ブロックの下面と前記下部冷却通電ブロックが直接接触あるいは金属箔を介して接触した状態で前記ねじ締めされ接続されたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  6. 前記上部冷却通電ブロックに第１ねじ用貫通孔が形成され、
    前記上部金属ブロックの上面に前記第１ねじ用貫通孔に対応した第１ねじ穴が形成され、
    前記下部冷却通電ブロックに第２ねじ用貫通孔が形成され、
    前記下部金属ブロックの下面に前記第２ねじ用貫通孔に対応した第２ねじ穴が形成され、
    前記第１ねじ用貫通孔と前記第１ねじ穴を利用したねじ締めにより前記上部金属ブロックの上面と前記上部冷却通電ブロックを直接あるいは金属箔を介して接続する第１締結ねじと、
    前記第２ねじ用貫通孔と前記第２ねじ穴を利用したねじ締めにより前記下部金属ブロックの下面と前記下部冷却通電ブロックを直接あるいは金属箔を介して接続する第２締結ねじとを更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  7. 前記表面電極と前記上部金属ブロックの下面との接続、又は前記裏面電極と前記下部金属ブロックの上面との接続は、前記パワー素子と前記上部金属ブロックとのねじ締め又は前記パワー素子と前記下部金属ブロックとのねじ締めにより行われたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  8. 前記絶縁ケースの内壁には、前記上部冷却通電ブロックおよび前記下部冷却通電ブロックと所定の間隙を設けて配置された金属板を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  9. 前記パワー素子は少なくともその一部がＳｉＣ基板に形成されたことを特徴とする請求項１乃至８に記載のパワーモジュール。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014038000A1 (ja) * 2012-09-04 2014-03-13 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2015109759A (ja) * 2013-12-05 2015-06-11 株式会社デンソー 電力変換装置
WO2018087890A1 (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータユニット及び自動車
JP2018110218A (ja) * 2017-01-05 2018-07-12 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
WO2018151010A1 (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 株式会社 東芝 半導体装置
WO2019139394A1 (ko) * 2018-01-11 2019-07-18 주식회사 아모센스 전력 반도체 모듈
KR20190124146A (ko) * 2018-04-25 2019-11-04 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트 전력 전자 회로의 냉각
US10727209B2 (en) 2017-07-25 2020-07-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and semiconductor element with improved yield

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5381248B2 (ja) * 2009-03-31 2014-01-08 株式会社オートネットワーク技術研究所 電力供給制御装置およびその制御方法
JP5165012B2 (ja) * 2010-02-22 2013-03-21 三菱電機株式会社 樹脂封止形電子制御装置及びその製造方法
JP4948613B2 (ja) * 2010-02-25 2012-06-06 三菱電機株式会社 樹脂封止形電子制御装置、及びその製造方法
JP5588895B2 (ja) * 2011-02-28 2014-09-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュール，パワー半導体モジュールの製造方法及び電力変換装置
US8804340B2 (en) * 2011-06-08 2014-08-12 International Rectifier Corporation Power semiconductor package with double-sided cooling
JP5502805B2 (ja) * 2011-06-08 2014-05-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュールおよびそれを用いた電力変換装置
JP2014199829A (ja) * 2011-07-29 2014-10-23 三洋電機株式会社 半導体モジュール及びそれを搭載したインバータ
JP5529208B2 (ja) * 2011-08-25 2014-06-25 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュールの構造及び成形方法
DE112012005457B4 (de) * 2012-02-14 2018-07-12 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung mit elektrisch isolierten Kommunikationsvorrichtungen zur Ansteuerung
KR20140006392A (ko) * 2012-07-05 2014-01-16 엘에스산전 주식회사 자동차용 전장부품 박스
JP5708613B2 (ja) * 2012-11-01 2015-04-30 株式会社豊田自動織機 モジュール
JP6299441B2 (ja) * 2014-06-02 2018-03-28 株式会社デンソー 半導体装置
WO2015187500A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-10 Enphase Energy, Inc. Ungrounded inverter enclosure and cabling
CN106463481B (zh) * 2015-04-28 2019-11-08 新电元工业株式会社 半导体模块以及半导体模块的制造方法
EP3163611B1 (en) * 2015-11-02 2021-06-30 ABB Schweiz AG Power electronic assembly
DE102016110847B4 (de) 2016-06-14 2022-02-17 Auto-Kabel Management Gmbh Leitungsintegrierter Schalter und Verfahren zum Herstellen eines leitungsintegrierten Schalters
JP2019125721A (ja) * 2018-01-17 2019-07-25 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
KR102008209B1 (ko) * 2018-01-22 2019-08-07 제엠제코(주) 가압형 반도체 패키지
KR102048478B1 (ko) * 2018-03-20 2019-11-25 엘지전자 주식회사 양면냉각형 파워 모듈 및 그의 제조 방법
JP7159620B2 (ja) * 2018-05-30 2022-10-25 富士電機株式会社 半導体装置、冷却モジュール、電力変換装置及び電動車両
SG10201810791TA (en) * 2018-11-30 2020-06-29 Delta Electronics Int’L Singapore Pte Ltd Package structure and power module using same
JP7095632B2 (ja) * 2019-03-11 2022-07-05 株式会社デンソー 半導体装置
US11158582B2 (en) * 2019-12-04 2021-10-26 Amkor Technology Singapore Holding Pte. Ltd. Semiconductor devices and methods of manufacturing semiconductor devices

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS633458B2 (ja) * 1981-09-19 1988-01-23 Bbc Brown Boveri & Cie
JP2005123233A (ja) * 2003-10-14 2005-05-12 Denso Corp 半導体装置の冷却構造
JP2006165534A (ja) * 2004-11-11 2006-06-22 Denso Corp 半導体装置
JP2008124430A (ja) * 2006-10-18 2008-05-29 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6465728B1 (en) * 1998-03-06 2002-10-15 Rockwell Automation Technologies, Inc. Spring clip for electronic device and heat sink assembly
JPH11330283A (ja) * 1998-05-15 1999-11-30 Toshiba Corp 半導体モジュール及び大型半導体モジュール
US6232151B1 (en) * 1999-11-01 2001-05-15 General Electric Company Power electronic module packaging
US6703707B1 (en) * 1999-11-24 2004-03-09 Denso Corporation Semiconductor device having radiation structure
JP2001230582A (ja) 2000-02-15 2001-08-24 Hitachi Ltd 電子機器の冷却構造
EP1148547B8 (en) * 2000-04-19 2016-01-06 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
JP3770192B2 (ja) * 2002-04-12 2006-04-26 松下電器産業株式会社 チップ型ｌｅｄ用リードフレーム
CN100413060C (zh) 2003-09-04 2008-08-20 松下电器产业株式会社 半导体装置
JP4438489B2 (ja) 2004-04-13 2010-03-24 富士電機システムズ株式会社 半導体装置
JP4158738B2 (ja) * 2004-04-20 2008-10-01 株式会社デンソー 半導体モジュール実装構造、カード状半導体モジュール及びカード状半導体モジュール密着用受熱部材
EP1672692B1 (de) * 2004-12-16 2015-01-07 ABB Research Ltd Leistungshalbleiter-Modul
JP2007251076A (ja) 2006-03-20 2007-09-27 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール
JP4730181B2 (ja) 2006-04-10 2011-07-20 株式会社デンソー 半導体装置
JP4967447B2 (ja) * 2006-05-17 2012-07-04 株式会社日立製作所 パワー半導体モジュール
JP4958735B2 (ja) * 2007-11-01 2012-06-20 株式会社日立製作所 パワー半導体モジュールの製造方法、パワー半導体モジュールの製造装置、パワー半導体モジュール、及び接合方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS633458B2 (ja) * 1981-09-19 1988-01-23 Bbc Brown Boveri & Cie
JP2005123233A (ja) * 2003-10-14 2005-05-12 Denso Corp 半導体装置の冷却構造
JP2006165534A (ja) * 2004-11-11 2006-06-22 Denso Corp 半導体装置
JP2008124430A (ja) * 2006-10-18 2008-05-29 Hitachi Ltd パワー半導体モジュール

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014038000A1 (ja) * 2012-09-04 2014-03-13 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2015109759A (ja) * 2013-12-05 2015-06-11 株式会社デンソー 電力変換装置
JPWO2018087890A1 (ja) * 2016-11-11 2019-06-24 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータユニット及び自動車
WO2018087890A1 (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 三菱電機株式会社 半導体装置、インバータユニット及び自動車
US10770376B2 (en) 2016-11-11 2020-09-08 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device, inverter unit and automobile
JP2018110218A (ja) * 2017-01-05 2018-07-12 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JP6991846B2 (ja) 2017-01-05 2022-01-13 株式会社東芝 半導体装置およびその製造方法
JP2018133448A (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 株式会社東芝 半導体装置
WO2018151010A1 (ja) * 2017-02-15 2018-08-23 株式会社 東芝 半導体装置
US10727209B2 (en) 2017-07-25 2020-07-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and semiconductor element with improved yield
WO2019139394A1 (ko) * 2018-01-11 2019-07-18 주식회사 아모센스 전력 반도체 모듈
US11355419B2 (en) 2018-01-11 2022-06-07 Amosense Co., Ltd. Power semiconductor module
KR20190124146A (ko) * 2018-04-25 2019-11-04 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트 전력 전자 회로의 냉각
KR102254469B1 (ko) 2018-04-25 2021-05-24 독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트 전력 전자 회로의 냉각

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