JP2012015167A - Semiconductor module and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートスプレッダ(放熱板)による放熱が行われる半導体パワー素子が形成された半導体チップとヒートスプレッダとを樹脂モールドして一体構造とした半導体モジュールに関するもので、例えば、インバータの上アーム(ハイサイド側素子)と下アーム(ローサイド側素子)のいずれかの半導体パワー素子を樹脂モールド部にてモールドした1in1構造や、上下アームの二つの半導体パワー素子を一つの樹脂モールド部にてモールドした2in1構造等の半導体モジュールに適用すると好適である。 The present invention relates to a semiconductor module in which a semiconductor chip on which a semiconductor power element that performs heat dissipation by a heat spreader (heat radiating plate) is formed and a heat spreader are resin-molded to form an integrated structure, for example, an upper arm (high side) of an inverter 1 in 1 structure in which one of the semiconductor power elements of the side element) and the lower arm (low side element) is molded in a resin mold part, or a 2 in 1 structure in which two semiconductor power elements of the upper and lower arms are molded in one resin mold part It is preferable to apply to a semiconductor module such as
従来より、半導体モジュールでは、半導体パワー素子が形成された半導体チップと半導体チップの放熱を行うためのヒートスプレッダとを樹脂モールドして一体化構造とすることが一般的である。そして、このような半導体モジュールとして、放熱効率をより高めるために、冷却フィンを一体化したヒートスプレッダが用いられている(例えば、特許文献1参照)。このような半導体モジュールでは、冷却水などの冷媒が流される冷却機構が備えられ、ヒートスプレッダの冷却フィン側を冷媒流れに接するように配置することで、半導体パワー素子で発した熱が良好に放出されるようにしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor module, a semiconductor chip on which a semiconductor power element is formed and a heat spreader for radiating heat from the semiconductor chip are generally molded by resin molding to have an integrated structure. And as such a semiconductor module, in order to raise heat dissipation efficiency more, the heat spreader which integrated the cooling fin is used (for example, refer patent document 1). Such a semiconductor module is provided with a cooling mechanism through which a coolant such as cooling water flows, and the heat generated by the semiconductor power element is released well by arranging the cooling fin side of the heat spreader in contact with the coolant flow. I try to do it.
しかしながら、冷媒に接するようにヒートスプレッダを配置する構造とする場合、ヒートスプレッダから冷媒へ通電してしまう。このため、複数並べて配置された半導体チップの放熱用のヒートスプレッダ同士の間が冷媒を通じて導通する可能性や、冷媒に迷走電流が発生することにより、冷却回路内の他部分も含め、冷媒に接触する金属に電食が発生し、貫通穴が空く可能性がある。 However, when the heat spreader is arranged so as to be in contact with the refrigerant, the heat spreader energizes the refrigerant. For this reason, there is a possibility that heat spreaders for heat dissipation of a plurality of semiconductor chips arranged side by side are connected to each other through the refrigerant, and a stray current is generated in the refrigerant, so that it contacts the refrigerant including other parts in the cooling circuit. There is a possibility that electrolytic corrosion occurs in the metal and a through hole is formed.
そこで、従来では、ヒートスプレッダの表面に絶縁物を設けることで、ヒートスプレッダから冷媒への通電を防止している。冷却フィンを一体化したヒートスプレッダの場合には、冷却フィンの表面に絶縁材を形成することで、ヒートスプレッダから冷媒への通電を防止できる構造としている。 Thus, conventionally, an insulator is provided on the surface of the heat spreader to prevent energization from the heat spreader to the refrigerant. In the case of a heat spreader in which cooling fins are integrated, an insulating material is formed on the surface of the cooling fins to prevent energization from the heat spreader to the refrigerant.
しかしながら、凹凸のある冷却フィンの表面に信頼性の高い絶縁物を形成することは困難である。すなわち、冷却フィンの表面に絶縁物を形成する方法として、スパッタリング、CVD、溶射などの気相成長法を採用することが考えられるが、冷却フィンの隙間に均一に絶縁物を形成することは難しい。このため、ヒートスプレッダからのリークの発生を的確に防止できない可能性がある。 However, it is difficult to form a highly reliable insulator on the surface of the uneven cooling fin. That is, as a method for forming an insulator on the surface of the cooling fin, it may be possible to adopt a vapor phase growth method such as sputtering, CVD, or thermal spraying, but it is difficult to form an insulator uniformly in the gap between the cooling fins. . For this reason, there is a possibility that leakage from the heat spreader cannot be prevented accurately.
また、一般的に冷却フィンと一体構造のヒートスプレッダは、削り出し、鍛造、押し出し成形などによって形成されるが、これらの加工方法では微細なフィン形状を形成することは困難である。このため、十分な伝熱面積を確保することが難しい。 In general, a heat spreader integrated with a cooling fin is formed by cutting, forging, extrusion molding, or the like, but it is difficult to form a fine fin shape by these processing methods. For this reason, it is difficult to ensure a sufficient heat transfer area.
そこで、これらの問題を解決する方法として、ヒートスプレッダと冷却フィンとを別体で構成し、ヒートスプレッダ表面に形成した絶縁膜を介して、ヒートスプレッダと冷却フィンとを接合することが考えられる。これによると、ヒートスプレッダの平らな表面に絶縁膜を形成することで、絶縁膜を均一に形成でき、信頼性の高い絶縁膜を形成することができる。また、ヒートスプレッダと冷却フィンとを別体とすることで、冷却フィンとして、放熱性能が高い冷却フィンであるコルゲートフィンを採用することができる。 Therefore, as a method for solving these problems, it is conceivable that the heat spreader and the cooling fin are configured separately and the heat spreader and the cooling fin are joined via an insulating film formed on the surface of the heat spreader. According to this, by forming the insulating film on the flat surface of the heat spreader, the insulating film can be formed uniformly and a highly reliable insulating film can be formed. Further, by making the heat spreader and the cooling fins separate, corrugated fins that are cooling fins having high heat radiation performance can be adopted as the cooling fins.
ただし、この方法では、絶縁膜と冷却フィンとの接合が必要となり、この接合方法としては、接着剤を用いた接合や、超音波溶着を用いた接合が考えられる。 However, in this method, it is necessary to bond the insulating film and the cooling fin. As this bonding method, bonding using an adhesive or bonding using ultrasonic welding can be considered.
しかし、どちらの接合方法においても、ヒートスプレッダと冷却フィンとの間の熱伝導性が低いことが問題となる。すなわち、接着剤を用いた場合、金属と同程度の接着剤を用意することは困難であり、通常、接着剤の熱伝導性は金属よりも低いため、ヒートスプレッダと冷却フィンとの間の熱伝導性が低くなってしまう。また、超音波溶着での接合では、コルゲートフィンのフィン山と絶縁膜との接合領域が狭く、熱伝導領域が狭いため、ヒートスプレッダと冷却フィンとの間の熱伝導性が低くなってしまう。この結果、冷却フィンによる放熱性能が十分に発揮されない。 However, in both joining methods, there is a problem that the thermal conductivity between the heat spreader and the cooling fin is low. That is, when an adhesive is used, it is difficult to prepare an adhesive having the same degree as that of a metal, and the thermal conductivity of the adhesive is generally lower than that of a metal, so that the heat conduction between the heat spreader and the cooling fins is difficult. It becomes low. Further, in the joining by ultrasonic welding, the joining area between the corrugated fin and the insulating film is narrow and the heat conduction area is narrow, so that the thermal conductivity between the heat spreader and the cooling fin is lowered. As a result, the heat dissipation performance by the cooling fins is not sufficiently exhibited.
本発明は上記点に鑑みて、絶縁膜と冷却フィンとの間の良好な接合を得つつ、冷却フィンによる放熱性能を十分に発揮させることができる構造の半導体モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a semiconductor module having a structure capable of sufficiently exhibiting heat dissipation performance by a cooling fin while obtaining good bonding between the insulating film and the cooling fin, and a method for manufacturing the same. With the goal.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、半導体チップ(11)、第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)、端子(15〜17)を樹脂モールド部(20)にてモールド化したものを1つのユニット(10)として、該ユニット(10)の両端を蓋部(40、41)にて挟み込んで固定具(43)にて固定した半導体モジュールであって、
第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)のうち半導体チップ(11)と反対側の面は平坦面とされ、この平坦面には、当該平坦面を覆う絶縁膜(13b、14b)が備えられていると共に、該絶縁膜(13b、14b)を介して、断面波形状のコルゲートタイプの冷却フィン(18、19)が接合されており、
冷却フィン(18、19)は、複数のフィン山を有するフィン部(18a、19a)と、平板部(18b、19b)とが重ねられて、平板部(18b、19b)のうちフィン部側の面とフィン部(18a、19a)のうち平板部側のフィン山とがろう付けにより接合された構成であると共に、平板部(18b、19b)のうちフィン部(18a、19a)とは反対側の面と絶縁膜(13b、14b)とが半田付けにより接合されており、
フィン部(18a、19a)と平板部(18b、19b)との接合部に、ろう材によるフィレット(51)が形成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, the semiconductor chip (11), the first and second heat spreaders (13, 14), and the terminals (15-17) are molded by the resin mold part (20). As a single unit (10), a semiconductor module in which both ends of the unit (10) are sandwiched between lids (40, 41) and fixed with a fixture (43),
Of the first and second heat spreaders (13, 14), the surface opposite to the semiconductor chip (11) is a flat surface, and this flat surface is provided with insulating films (13b, 14b) covering the flat surface. In addition, corrugated cooling fins (18, 19) having a corrugated cross section are joined via the insulating films (13b, 14b),
The cooling fins (18, 19) are formed by overlapping the fin portions (18a, 19a) having a plurality of fin peaks and the flat plate portions (18b, 19b) on the fin portion side of the flat plate portions (18b, 19b). The surface and the fin portion (18a, 19a) of the flat plate portion side are joined by brazing, and the flat plate portion (18b, 19b) is opposite to the fin portion (18a, 19a). And the insulating film (13b, 14b) are joined by soldering,
It is characterized in that a fillet (51) made of a brazing material is formed at a joint portion between the fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b, 19b).
これによると、コルゲートタイプの冷却フィンの構成を、フィン部と平板部とが重ねられて、フィン部のフィン山と平板部とがろう付けにより接合された構成とし、冷却フィンの平板部と絶縁膜とを半田付けにより接合しているので、フィン部−平板部間や、平板部−絶縁膜間において良好な接合が得られる。 According to this, the structure of the corrugated type cooling fin is configured such that the fin portion and the flat plate portion are overlapped, and the fin crest of the fin portion and the flat plate portion are joined by brazing, and is insulated from the flat plate portion of the cooling fin. Since the film is joined by soldering, good bonding can be obtained between the fin portion and the flat plate portion or between the flat plate portion and the insulating film.
また、本発明では、一般的な接着剤よりも熱伝導性が高い半田およびろう材を用いて金属的に接合しているので、接着剤で接合した場合と比較して、ヒートスプレッダと冷却フィンとの間の熱伝導性を向上できる。また、本発明では、接合部にフィレットが形成されているので、超音波溶着のように接合部にフィレットが形成されていない場合と比較して、フィン山の接合部での接合領域を広くでき、ヒートスプレッダと冷却フィンとの間の熱伝導性を向上できる。 Further, in the present invention, since the metal and the solder are joined using a solder and a brazing material having higher thermal conductivity than a general adhesive, the heat spreader and the cooling fin are compared with the case where the adhesive is joined. The thermal conductivity between can be improved. Further, in the present invention, since the fillet is formed at the joint portion, the joint region at the joint portion of the fin crest can be widened as compared with the case where the fillet is not formed at the joint portion as in ultrasonic welding. The heat conductivity between the heat spreader and the cooling fin can be improved.
したがって、本発明によれば、絶縁膜と冷却フィンとの間の良好な接合を得つつ、冷却フィンによる放熱性能を十分に発揮させることができる。 Therefore, according to the present invention, the heat radiation performance by the cooling fins can be sufficiently exhibited while obtaining a good bond between the insulating film and the cooling fins.
本発明においては、例えば、請求項2に記載のように、フィン部(18a、19a)として、平面視でフィン山が波状に配置されているウェーブフィンを採用することができる。 In the present invention, for example, as described in claim 2, a wave fin in which fin peaks are arranged in a wave shape in a plan view can be adopted as the fin portion (18a, 19a).
さらに、ウェーブフィンを採用する場合では、請求項3に記載のように、冷却フィン(18、19)のうちの一方の波状のフィン部(18a、19a)に対して、冷却フィン(18、19)のうちの他方の波状のフィン部(18a、19a)が180度位相がずらされて、クロスウェーブ形状が形成される平面レイアウトとすることが好ましい。これにより、冷却フィンを通過する冷媒により多くの乱流を発生させることが可能となり、この乱流によってより冷却フィンによる放熱性能を高められるからである。 Furthermore, in the case of adopting wave fins, as described in claim 3, the cooling fins (18, 19) with respect to one wavy fin portion (18a, 19a) of the cooling fins (18, 19). The other wavy fin portions (18a, 19a) are preferably 180 ° out of phase and have a planar layout in which a cross-wave shape is formed. This is because more turbulent flow can be generated by the refrigerant passing through the cooling fins, and the heat dissipation performance of the cooling fins can be further enhanced by the turbulent flow.
また、請求項4に記載の発明では、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体モジュールの製造方法であって、
フィン部(18a、19a)と平板部(18b、19b)とが一体に形成された金属板(50)を用意し、金属板(50)のうちフィン部(18a、19a)と平板部(18b、19b)との間の折り曲げ部(18c、19c)で折り曲げることにより、フィン部(18a、19a)と平板部(18b、19b)とを重ね合わせて、平板部(18b、19b)のうちフィン部側の面とフィン部(18a、19a)のうち平板部側のフィン山とをろう付けにより接合することで冷却フィン(18、19)を形成し、
形成した冷却フィン(18、19)の平板部(18b、19b)と絶縁膜(13b、14b)とを半田付けにより接合することを特徴としている。
Moreover, in invention of Claim 4, it is a manufacturing method of the semiconductor module as described in any one of Claims 1-3,
A metal plate (50) in which the fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b, 19b) are integrally formed is prepared, and the fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b) of the metal plate (50) are prepared. 19b), the fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b, 19b) are overlapped with each other, and the fins of the flat plate portions (18b, 19b) are folded. The cooling fins (18, 19) are formed by joining the surface on the part side and the fin crest on the flat plate part side among the fin parts (18a, 19a) by brazing,
The flat plate portions (18b, 19b) of the formed cooling fins (18, 19) and the insulating films (13b, 14b) are joined by soldering.
このように、冷却フィンの形成では、フィン部と平板部とが一体に形成された金属板を、折り曲げ部で折り曲げることにより、フィン部と平板部とを重ね合わせる方法を採用することで、フィン部と平板部とが別体に形成された場合と比較して、冷却フィンの生産性を高めることができる。 As described above, in the formation of the cooling fin, the metal plate in which the fin portion and the flat plate portion are integrally formed is bent at the bent portion, thereby adopting a method of superimposing the fin portion and the flat plate portion. Compared with the case where a part and a flat plate part are formed in a different body, productivity of a cooling fin can be improved.
請求項4に記載の発明では、例えば、請求項5に記載のように、フィン部と平板部とのろう付けのために、金属板(50)として、フィン部(18a、19a)と平板部(18b、19b)との重ね合わせ面となる母材の表面にろう材がクラッドされているクラッド材を用いることが好ましい。 In the invention described in claim 4, for example, as described in claim 5, the fin portions (18 a, 19 a) and the flat plate portion are used as the metal plate (50) for brazing the fin portion and the flat plate portion. It is preferable to use a clad material in which a brazing material is clad on the surface of the base material which becomes the overlapping surface with (18b, 19b).
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態における冷却機構を備えた半導体モジュールについて説明する。この半導体モジュールは、例えば車両用の三相モータの駆動を行うためのインバータ等に適用される。
(First embodiment)
The semiconductor module provided with the cooling mechanism in the first embodiment of the present invention will be described. This semiconductor module is applied to, for example, an inverter for driving a three-phase motor for a vehicle.
図1は、本実施形態における半導体モジュール1の断面図である。この図に示すように、半導体モジュール1は、例えばインバータを構成する半導体パワー素子などが形成された半導体チップ11などの各種構成部品を樹脂モールドしたものを1つのユニット10として、ユニット10を複数個積層することによって構成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor module 1 in the present embodiment. As shown in this figure, a semiconductor module 1 includes, for example, a
図2は、半導体モジュール1を構成するユニット10の1つを取り出した図であり、(a)はユニット10の平面図、(b)は(a)のA−A’断面図、(c)は(a)のB−B’断面図である。なお、図1、2では、冷却フィン18、19を簡略化(平板部18b、19bを省略)している。
2A and 2B are views of one of the
図2(a)〜(c)に示されるように、各ユニット10は、半導体パワー素子が形成された半導体チップ11に加えて、金属ブロック12、ヒートスプレッダ13、14、正極リード15、負極リード16、制御端子17等を備え、これらが樹脂モールド部20によって樹脂モールドされることで一体化された構造とされている。また、各ユニット10には、冷却フィン18、19が備えられており、この冷却フィン18、19によって、より高い放熱効率が得られるようにしている。
As shown in FIGS. 2A to 2C, each
なお、ここでは各ユニット10に、半導体パワー素子が形成された半導体チップ11を1つのみ備えた1in1構造について説明するが、半導体チップ11を2つ備える2in1構造、半導体チップ11を3つ備える3in1構造など、他の構造についても1ユニットとすることができる。例えば、インバータの場合、2in1構造としては上下アームを構成する2つの半導体チップ11をモールドして一体構造とする場合が想定され、3in1構造としては三相分の上アームもしくは下アームを構成する3つの半導体チップ11をモールドして一体構造とする場合が想定される。
Here, a 1 in 1 structure in which each
半導体チップ11には、IGBTやパワーMOSFETなどの半導体パワー素子が形成されている。例えば、半導体モジュール1が三相モータ駆動用のインバータに適用される場合、上アームもしくは下アームのいずれか一方を構成する半導体パワー素子とフリーホイールダイオード(以下、FWDという)とが1チップ化されたものが半導体チップ11とされる。本実施形態では、半導体パワー素子を基板厚み方向に電流を流す縦型の半導体素子としており、半導体チップ11の表面側や裏面側には、各種パッドが形成された構造とされている。具体的には、半導体チップ11の表面側には、半導体パワー素子のゲート等に接続されるパッドが形成されていると共に、半導体パワー素子のエミッタに接続されるパッドが形成され、裏面側は、裏面全面が半導体パワー素子のコレクタに繋がるパッドとされている。
A semiconductor power element such as an IGBT or a power MOSFET is formed on the
なお、図2では半導体チップ11を1チップ化した構造として図示してあるが、半導体パワー素子とFWDとが別々のチップに形成されているような構造であっても良い。また、半導体チップ11に基板横方向に電流を流す横型の半導体パワー素子が形成された構造であっても構わない。
In FIG. 2, the
金属ブロック12は、熱伝達率の高い金属で構成され、例えば銅やアルミニウム等によって構成される。この金属ブロック12は、半導体チップ11の表面側に形成された半導体パワー素子のエミッタに接続されるパッド上に半田等を介して電気的および物理的に接続されている。この金属ブロック12が半導体チップ11の表面側に備えられることにより、半導体チップ11の表面からヒートスプレッダ14までの距離が所定間隔空けられている。
The
ヒートスプレッダ13、14は、半導体チップ11から伝えられる熱を広範囲に拡散させて放出する放熱板として機能する。一方のヒートスプレッダ13は、半導体チップ11の裏面側のパッドに物理的にだけでなく電気的にも接続されることで、放熱板としての機能に加えて、半導体パワー素子のコレクタに接続される配線としても機能している。また、他方のヒートスプレッダ14は、金属ブロック12に対して電気的および物理的に接続されることで、放熱板としての機能に加えて、半導体パワー素子のエミッタに接続される配線としても機能している。これらヒートスプレッダ13、14のうち半導体チップ11と反対側の面は、樹脂モールド部20から露出させられている。この露出させられている面に放熱(冷却)を促進させるための冷却フィン18、19が接合されることで、冷却フィン18、19を介して冷却水による冷却が行える構成とされている。
The heat spreaders 13 and 14 function as a heat radiating plate that diffuses and dissipates heat transmitted from the
また、ヒートスプレッダ13、14は、ヒートスプレッダ13、14から冷却水への通電を防止するための絶縁構造を有し、かつ、冷却フィン18、19の接合が行える構造とされている。
In addition, the
具体的には、図1、図2(b)、(c)に示すように、ヒートスプレッダ13、14は、金属板13a、14aと、金属板13a、14aの表面に形成された絶縁膜13b、14bとを有している。
Specifically, as shown in FIGS. 1, 2B, and 2C, the
金属板13a、14aは、主に放熱板および電流経路として機能する部分であり、例えば所定厚さの四角形の部材で構成され、熱伝達率が高く、導電率も高い銅などの金属で構成されている。
The
絶縁膜13b、14bは、金属板13a、14aのうち半導体チップ11と反対側の表面に形成されている。絶縁膜13b、14bは、SiN、アルミナなどの絶縁材料で構成され、例えば、スパッタリング、CVD、溶射などの気相成長法によって形成されている。 金属板13a、14aのうち絶縁膜13b、14bが形成される面が平坦面となっているため、絶縁膜13b、14bの膜厚は、ほぼ均一になっている。
The insulating
このように、ヒートスプレッダ13、14のうち半導体チップ11に電気的に接続される金属板13a、14aよりも冷却水側に絶縁膜13b、14bを備えていることから、この絶縁膜13b、14bによって冷却水との絶縁が図られている。このため、ヒートスプレッダ13、14から冷却水への通電が抑制され、背景技術の欄に記載の通り、腐食の発生等を抑制することができる。
Thus, since the insulating
正極リード15は、半導体チップ11の正極端子を構成するものである。この正極リード15は、ヒートスプレッダ13に対して一体成形もしくは半田や溶接等によって接合され、ヒートスプレッダ13を介して半導体チップ11の裏面側に備えられた半導体パワー素子のコレクタに繋がるパッドに電気的に接続されている。また、正極リード15におけるヒートスプレッダ13に接合された端部と反対側の端部は、樹脂モールド部20から露出させられており、この露出部分を通じて外部との接続が行えるように構成されている。
The
負極リード16は、半導体チップ11の負極端子を構成するものである。この負極リード16は、ヒートスプレッダ14に対して一体成形もしくは半田や溶接等によって接合され、ヒートスプレッダ14を介して半導体チップ11の表面側に備えられた半導体パワー素子のエミッタに繋がるパッドに電気的に接続されている。また、負極リード16におけるヒートスプレッダ14に接合された端部と反対側の端部は、樹脂モールド部20から露出させられており、この露出部分を通じて外部との接続が行えるように構成されている。
The
制御端子17は、半導体パワー素子のゲート配線や半導体パワー素子に流れる電流のセンス、半導体チップ11の温度のセンス等に用いられるもので、半導体チップ11の表面側に形成された半導体パワー素子のゲート等に接続されるパッドにボンディングワイヤ17aを介して電気的に接続されている。制御端子17における半導体チップ11と接続される端部と反対側の端部は、樹脂モールド部20から露出させられており、この露出部分を通じて外部との接続が行えるように構成されている。なお、半導体チップ11の表面とヒートスプレッダ14との間が金属ブロック12によって所定間隔空けられていることから、ボンディングワイヤ17aはヒートスプレッダ14と干渉することなく、良好に半導体チップ11と制御端子17との電気的接続が行えるようになっている。
The
冷却フィン18、19は、ヒートスプレッダ13、14の露出している面、つまり絶縁膜13b、14bの表面に半田付けにより接合されている。冷却フィン18、19は、例えばアルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料で構成され、横断面が波形状のコルゲートタイプのフィンである。冷却フィン18、19は、コルゲートタイプのフィンであれば、どのような平面レイアウトのものであっても構わないが、本実施形態では、図2(a)に示すように、冷却フィンの平面視でフィン山が波状に延びているウェーブフィンとしている。
The cooling
ここで、図3に、冷却フィン18、19とヒートスプレッダ13、14の断面拡大図を示す。なお、図3では、冷却フィン18について図示しているが、冷却フィン19についても同様の形状とされているため、図3中に括弧付きで冷却フィン19の対応場所の符号を付しておく。ヒートスプレッダ13、14についても同様に、ヒートスプレッダ14を括弧付きで示している。
Here, FIG. 3 shows an enlarged cross-sectional view of the cooling
図3に示すように、冷却フィン18(19)は、フィン部18a(19a)と、平板部18b(19b)とを有し、フィン部18a(19a)が平板部18b(19b)に接合され、平板部18b(19b)が絶縁膜13b(14b)に接合されている。
As shown in FIG. 3, the cooling fin 18 (19) has a
フィン部18a(19a)は、フィン山が上下交互に位置するように、複数のフィン山が形成されて、横断面が波形状のコルゲートフィンを構成する部分である。図3では、フィン山の頂部は平坦面を有しているが、角や曲面を有する形状であっても良い。
The
平板部18b(19b)は、平坦な板状部分である。本実施形態では、この平板部18b(19b)は、フィン部18a(19a)と一体であり、折り曲げ部18c(19c)で折り曲げられることによって、平板部18b(19b)とフィン部18a(19a)とが重ね合わされている。
The
そして、平板部18b(19b)とフィン部18a(19a)との接合部では、フィン部18a(19a)のヒートスプレッダ側に位置するフィン山の頂部と、平板部18b(19b)のうちフィン部側の面とが、ろう付けによって接合されている。このため、フィン山と平板部18b(19b)との接合部には、フィレット51が形成されている。ちなみに、「フィレット」とは、図3に示されるように、ろう付けを行ったフィン山と平板部の間からはみ出したろうの部分を意味する。
And in the junction part of
一方、平板部18b(19b)のうちフィン部とは反対側の面と絶縁膜13b(14b)との接合は、半田付けにより行われている。
On the other hand, the surface of the
図1、2に示す樹脂モールド部20は、上述したユニット10内に備えられる各構成部品(半導体チップ11、金属ブロック12、ヒートスプレッダ13、14、正極リード15、負極リード16および制御端子17)の接続を終えたものを成形型内に設置したのち、その成形型内に樹脂を注入してモールド化することで構成される。具体的には、樹脂モールド部20は、各構成部品を熱硬化性樹脂でモールド化した熱硬化性樹脂モールド部21と、熱硬化性樹脂モールド部21の外縁を囲むように熱可塑性樹脂でモールド化した熱可塑性樹脂モールド部22とによって構成されている。
The
熱硬化性樹脂モールド部21は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂にて構成されており、上述した各構成部品を覆いつつ、正極リード15や負極リード16および制御端子17の一端側を露出させ、かつ、ヒートスプレッダ13、14の一面側を露出させるように構成されている。そして、樹脂モールド部20のうち、この熱硬化性樹脂モールド部21のみによって各構成部品の防水が行えるようになっている。また、熱硬化性樹脂モールド部21は、一方向が長手方向となる長方板状とされ、その長辺を構成する一側面から正極リード15および負極リード16が引き出されており、その長辺と対向する長辺を構成する一側面から制御端子17が引き出されている。このため、各構成部品を熱硬化性樹脂モールド部21によって覆ったものによってパワーカードが構成され、このパワーカードの部分のみでもリユースが可能な構成とされている。
The thermosetting
一方、熱可塑性樹脂モールド部22は、例えばポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂等の熱硬化性樹脂にて構成されており、熱硬化性樹脂モールド部21の外縁を覆いつつ、各構成部品のうち熱硬化性樹脂モールド部21から露出させられている部分、すなわち正極リード15や負極リード16および制御端子17の一端側やヒートスプレッダ13、14の一面側を露出させている。熱可塑性樹脂モールド部22は枠状に形成され、熱可塑性樹脂モールド部22の内側を窓部22a、22bとして、各窓部22a、22bを通じてヒートスプレッダ13、14が露出させられている。
On the other hand, the thermoplastic
また、熱可塑性樹脂モールド部22は、半導体モジュール1の冷却機構を構成する冷媒通路としての水路30(図1参照)の一部を構成している。具体的には、本実施形態の熱可塑性樹脂モールド部22も、熱硬化性樹脂モールド部21の長手方向と同方向を長手方向とする長方板状部材にて構成されている。熱可塑性樹脂モールド部22には、熱硬化性樹脂モールド部21の長手方向両端よりも外側に突き出している部分に形成された主水路を構成する通路穴22cと、熱可塑性樹脂モールド部22の両面において外縁部よりも凹ませた凹部22dとが形成されている。これら通路穴22cや凹部22dが水路30の一部を構成しており、複数のユニット10を積層したときに各通路穴22cと凹部22dとを含む水路30が構成されるようになっている。
Further, the thermoplastic
さらに、熱可塑性樹脂モールド部22には、凹部22dを囲むように形成されたシール部材セット用の溝部22eが形成されている。この溝部22eには後述するOリング42(図1参照)が嵌め込まれる。そして、複数のユニット10を積層したときに、Oリング42によりユニット10同士の間のシールが為され、水路30に流される冷媒としての冷却水が樹脂モールド部20の外部に漏れることを防止している。このような構造により、各ユニット10が構成されている。
Further, the thermoplastic
さらに、半導体モジュール1には、図1に示すように蓋部40、パイプ付蓋部41、Oリング42および固定具43が備えられている。
Further, as shown in FIG. 1, the semiconductor module 1 includes a
蓋部40およびパイプ付蓋部41は、上記のように構成されたユニット10を複数個積層したときの両先端部にそれぞれ配置されるものである。蓋部40は、各ユニット10の樹脂モールド部20と対応する形状の板状部材で構成されている。蓋部40を複数個積層したユニット10の積層体の一方の先端部に配置したときに、蓋部40とユニット10との間には、凹部22dによる隙間が形成されるようになっている。一方、パイプ付蓋部41は、各ユニット10の樹脂モールド部20と対応する形状の板状部材に対して2本のパイプ41a、41bを備えた構成とされている。2本のパイプ41a、41bの一方は冷却水の入口、他方は冷却水の出口とされ、それぞれ各ユニット10に形成された通路穴22cと対応する位置に配置されている。また、パイプ付蓋部41のうちユニット10側の面には、シール部材セット用の溝部41cが形成されている。
The
Oリング42は、各ユニット10に形成されたシール部材セット用の溝部22eやパイプ付蓋部41に形成されたシール部材セット用の溝部41c内に嵌め込まれ、積層された各ユニット10の間やユニット10と蓋部40およびパイプ付蓋部41の間をシールする。
The O-
固定具43は、溝部22eおよび溝部41c内にOリング42を嵌め込みつつ、積層した複数個のユニット10の両先端部に蓋部40およびパイプ付蓋部41を配置したのち、蓋部40およびパイプ付蓋部41の両側から挟み込むことで固定するものである。この固定具43によって固定されることで、パイプ41a、41bおよび各ユニット10に形成した通路穴22cおよび凹部22dによる水路30が構成された半導体モジュール1が構成されている。この固定具43は着脱可能に構成されており、固定具43を取り外すことにより、各ユニット10や蓋部40およびパイプ付蓋部41が分解できるようになっている。本実施形態では、固定具43は、両端がフックとされており、両端のフックの間の間隔が蓋部40と複数個のユニット10およびパイプ付蓋部41を積層したときの幅よりも狭くされ、両フックの弾性力によって固定できるようになっている。なお、ここでは固定具43を両端にフックを設けた構造としたが、勿論、固定具43をネジ締め固定できるような構造としても構わない。
The fixing
以上のような構造により、本実施形態にかかる半導体モジュール1が構成されている。このような構成の半導体モジュール1は、各ユニット10の間やユニット10と蓋部40およびパイプ付蓋部41の間がOリング42によってシールされているため、水路30からの冷却水漏れを防止しつつ、冷却水による高い冷却効果により各ユニット10に備えられた半導体チップ11を冷却することができる。特に、ヒートスプレッダ13、14の表面に放熱を促進させるための冷却フィン18、19を備えていることから、より放熱面積を増大させることができ、さらに高い冷却効果を得ることが可能となる。
The semiconductor module 1 concerning this embodiment is comprised by the above structures. The semiconductor module 1 having such a configuration prevents leakage of cooling water from the
具体的には、図1に示すように、パイプ41aおよび各ユニット10に形成された2つの通路穴22cのうちの一方にて一方の主水路31が構成されると共に、各ユニット10に形成された2つの通路穴22cのうちの他方およびパイプ41bにて構成されるもう一方の主水路32が構成される。また、各ユニット10の凹部22dにて分岐水路33が構成される。このため、図1中に矢印で示したように、パイプ41aから供給された冷却水が一方の主水路31を通じて各ユニット10に行き渡った後、分岐水路33を通じてもう一方の主水路32側に移動し、さらにその主水路32からパイプ41bを通じて排出される。このとき、各ユニット10に備えられたヒートスプレッダ13、14および冷却フィン18、19が冷却水に接して冷却されるため、半導体チップ11で発した熱を効果的に放出することが可能となる。
Specifically, as shown in FIG. 1, one
次に、上記のように構成される半導体モジュール1の製造方法について説明する。図4は、図1に示す半導体モジュール1の製造工程を示した断面図である。なお、図4では、冷却フィン18、19を簡略化して示している。この図を参照して、半導体モジュール1の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor module 1 configured as described above will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the semiconductor module 1 shown in FIG. In FIG. 4, the cooling
〔図4(a)の工程〕
まず、正極リード15や負極リード16および制御端子17が一体化されたリードフレームを用意し、ヒートスプレッダ13の表面側にリードフレームを配置すると共に正極リード15を半田等によってヒートスプレッダ13の表面に接合する。また、ヒートスプレッダ13の表面に、半田等を介してIGBTやFWDなどの半導体パワー素子が形成された半導体チップ11を実装したのち、半導体チップ11の表面に形成された半導体パワー素子のゲート等に繋がるパッドと制御端子17とをボンディングワイヤ17aにて接続する。続いて、半導体チップ11の表面に半田等を介して金属ブロック12を接合する。さらに、金属ブロック12や負極リード16の表面に半田等を設置した後、その上にヒートスプレッダ14を配置し、金属ブロック12や負極リード16とヒートスプレッダ14とを接合する。なお、本実施形態では、ヒートスプレッダ13、14として、金属板13a、14aの表面に絶縁膜13b、14aが形成されたものを用いている。
[Step of FIG. 4A]
First, a lead frame in which the
〔図4(b)の工程〕
各部が接続された各構成部品をトランスファー成形機などの成形型内に配置したのち、成形型内にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を注入し、熱硬化性樹脂モールド部21を形成する。これにより、パワーカードが構成される。このとき、ヒートスプレッダ13、14のうち半導体チップ11と反対側の面が最初から露出した状態となるような成形を行っても良いが、ここではヒートスプレッダ13、14の当該面まで熱硬化性樹脂モールド部21にて覆われるようにしている。
[Step of FIG. 4B]
After each component connected to each part is placed in a molding die such as a transfer molding machine, a thermosetting resin such as an epoxy resin is injected into the molding die to form a thermosetting
〔図4(c)の工程〕
切削もしくは研削などによる平坦加工装置を用意し、これによってヒートスプレッダ13、14の表面を覆っている熱硬化性樹脂モールド部21の一部を除去し、ヒートスプレッダ13、14を露出させる。
[Step of FIG. 4C]
A flat processing apparatus such as cutting or grinding is prepared, whereby a part of the thermosetting
〔図4(d)の工程〕
熱硬化性樹脂モールド部21によって各構成部品をモールド化したパワーカードをさらに別の成形型内に配置したのち、成形型内にポリフェニレンサルファイド樹脂等の熱可塑性樹脂を注入し、熱可塑性樹脂モールド部22を形成する。
[Step of FIG. 4D]
After the power card in which each component is molded by the thermosetting
〔図4(e)の工程〕
熱硬化性樹脂モールド部21から露出させられているヒートスプレッダ13、14の表面に、別途製造された冷却フィン18、19を半田付けにより接合する。
[Step of FIG. 4 (e)]
Separately manufactured
ここで、冷却フィン18、19の製造方法について説明する。図5は、冷却フィン18、19の製造工程を示す断面図である。
Here, a method of manufacturing the
〔図5(a)の工程〕
1枚の金属板50を用意する。金属板50としては、母材がアルミニウム等で構成され、母材のうちフィン部と平板部との重ね合わせ面となる片面に、ろう材の層が予めクラッドされているクラッド材が用いられる。また、この金属板50としては、例えば、0.1mm以下の厚さのものが用いられる。
[Step of FIG. 5A]
One
そして、この金属板50にフィン部18a、19aと平板部18b、19bとを形成する。フィン部18a、19aは、プレス成形法によって形成される。プレス成形法としては、金属板50を順次送りこむことにより複数回に分けてフィン山を形成したり、1回のプレスでフィン部18a、19aを形成したり(一発プレス成形)、例えば、中央のプレス型に金属板を起こり込みながらの絞り(引き込み)成形したりする方法等を採用することができる。なお、金属板50のうちフィン部18a、19aを形成した残りの部分が平板部18b、19bとなる。
And
〔図5(b)の工程〕
フィン部18a、19aと平板部18b、19bとが一体に形成された金属板50を折り曲げる。ここで、図6に、図5(a)中の領域Cの拡大図を示す。この折り曲げでは、図6に示すように、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとの間に形成されたスリット18dを起点とする。なお、スリット18dの形成は、フィン部18a、19aの形成前もしくは後のどちらでも良い。これによって、金属板50が折り曲げ部18cで折り曲げられ、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとが重ね合わされる。
[Step of FIG. 5B]
The
このように、スリット18dの位置を予め所定位置に設定することで、折り曲げるだけでフィン部18a、19aと平板部18b、19bとを重ね合わせることができ、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとの位置合わせの工程が不要となる。
Thus, by setting the position of the
〔図5(c)の工程〕
重ね合わされたフィン部18a、19aと平板部18b、19bとをろう付けする。ここでは、パワーカードとは別に、冷却フィン18、19単品でろう付けを行う。このろう付けでは、加熱温度を例えば600℃とし、フィン山を潰さないように、例えば、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとが密着している両端部を抑えながら加熱する。
[Step of FIG. 5C]
The superposed
これにより、合わせ面のろう材によって、フィン部18a、19aのうち平板部側のフィン山と平板部18b、19bとの間が接合されると共に、両者からろう材がはみ出すことで、フィレット51が形成される。このようにして、冷却フィン18、19が製造される。
Thereby, between the
図4(e)の工程では、フィン山を潰さないように、例えば、冷却フィン18、19の両端部等を抑えながら加熱することにより、冷却フィン18、19とヒートスプレッダ13、14表面の絶縁膜13a、14aとを半田付けをする。これにより、ユニット10が形成される。
In the step shown in FIG. 4E, the insulating film on the surfaces of the cooling
その後、図1に示されるように、図4(e)の工程まで実施したユニット10を複数個(本実施形態の場合には3個)用意し、各ユニット10における熱可塑性樹脂モールド部22の溝部22e内にOリング42を嵌め込む。そして、ユニット10を複数個(図1中では3個)積層する。
Thereafter, as shown in FIG. 1, a plurality of units 10 (three in the case of the present embodiment) that have been implemented up to the step of FIG. 4E are prepared, and the thermoplastic
次いで、蓋部40およびパイプ付蓋部41を用意し、パイプ付蓋部41に形成されたシール部材セット用の溝部41cにOリング42を嵌め込む。そして、積層した複数のユニット10の積層方向の一方の先端部に蓋部40を配置すると共に、他方の先端部にパイプ付蓋部41を配置する。
Next, a
次いで、蓋部40と複数のユニット10およびパイプ付蓋部41を積層したものを固定具43にて固定する。これにより、図1に示した本実施形態の半導体モジュール1が完成する。
Next, a stack of the
以上説明したように、本実施形態の半導体モジュール1では、ヒートスプレッダ13、14と冷却フィン18、19とを別体で構成し、ヒートスプレッダ13、14を金属板13a、14aと絶縁膜13b、14bで構成して、冷却フィン18、19を後付けする構造としている。
As described above, in the semiconductor module 1 of this embodiment, the
これとは異なり、従来のように、冷却フィンがヒートスプレッダと一体構造とされている場合、樹脂成形時に冷却フィンの間にモールド樹脂が入り込まないようにするために、冷却フィンが入り込む穴を有した成形型を用いなければならない。このような成形型を用いた場合、冷却フィンと冷却フィンが入り込む穴との位置決めが困難であると同時に、冷却フィンの穴への抜き差し時に冷却フィンが変形、破損、汚染されるという問題が発生する。 Unlike this, when the cooling fin is integrated with the heat spreader as in the prior art, it has a hole for the cooling fin to enter in order to prevent the mold resin from entering between the cooling fins during resin molding. A mold must be used. When such a mold is used, it is difficult to position the cooling fin and the hole into which the cooling fin enters, and at the same time, there is a problem that the cooling fin is deformed, broken or contaminated when the cooling fin is inserted into or removed from the hole. To do.
そこで、本実施形態のように、冷却フィン18、19をヒートスプレッダ13、14と別体構造とすることで、冷却フィン18、19が無い状態で樹脂モールド部21の樹脂成形を行うことができるため、製造工程の簡略化を図ることができると共に、冷却フィン18、19が変形、破損、汚染されることを防止することができる。
Therefore, since the cooling
また、本実施形態によると、各ヒートスプレッダ13、14に備えた絶縁膜13b、14bにより、ヒートスプレッダ13、14から冷却水への通電を防止できると共に、冷却フィン18、19をヒートスプレッダ13、14とは別々に形成できることから、冷却フィン18、19として、細密形状を有し放熱性能が高いコルゲートタイプのフィンを採用できる。
Further, according to the present embodiment, the insulating
さらに、本実施形態によると、冷却フィン18、19の構成を、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとが重ねられて、フィン部18a、19aのフィン山頂部と平板部18b、19bとがろう付けにより接合された構成とし、冷却フィン18、19の平板部18b、19bと絶縁膜13b、14bとを半田付けにより接合しているので、フィン部−平板部間や、平板部−絶縁膜間において良好な接合が得られる。
Further, according to the present embodiment, the cooling
また、本実施形態によると、一般的な接着剤よりも熱伝導性が高い半田およびろう材を用いて金属的に接合しているので、接着剤で接合した場合と比較して、ヒートスプレッダ13、14と冷却フィン18、19との間の熱伝導性を向上できる。また、本発明では、フィン部18a、19aのフィン山と平板部18b、19bとの接合部にフィレット51が形成されているので、超音波溶着のように接合部にフィレットが形成されていない場合と比較して、フィン山の接合部での接合領域を広くでき、ヒートスプレッダ13、14と冷却フィン18、19との間の熱伝導性を向上できる。
In addition, according to the present embodiment, the
したがって、本実施形態によれば、接着剤や超音波溶着による接合を採用した場合と比較して、冷却フィン18、19による放熱性能を十分に発揮させることができる。
Therefore, according to this embodiment, compared with the case where the joining by an adhesive agent or ultrasonic welding is employ | adopted, the thermal radiation performance by the cooling
ここで、本実施形態とは異なり、本実施形態の平板部18b、19bを省略し、フィン部18a、19aのフィン山を絶縁膜13b、14bに直接接合することが考えられる。しかし、この場合、フィン部18a、19aのフィン山と絶縁膜13b、14bとの間に接合不良が生じると、ユニット10全体が不良品となってしまう。
Here, unlike the present embodiment, it is conceivable that the
これに対して、本実施形態では、図5(a)〜(c)の工程で、冷却フィン18、19単品でろう付けを行うので、ろう付け後に、フィン部18a、19aのフィン山が平板部18b、19bに対して良好に接合されているかの確認(検査)を行うことが可能となる。これにより、フィン山と平板部との間に接合不良が生じた冷却フィンが、ヒートスプレッダ13、14に接合されることを防止でき、フィン山の接合保証が可能となる。
On the other hand, in this embodiment, since the cooling
また、本実施形態とは異なり、本実施形態の平板部18b、19bを省略し、フィン部18a、19aのフィン山を絶縁膜13b、14bに直接接合する場合では、絶縁膜側に位置するフィン山を絶縁膜に密着させるために、冷却フィン全体に荷重をかける必要が生じるので、フィン山が潰れてしまう恐れがある。
Further, unlike the present embodiment, when the
これに対して、本実施形態では、冷却フィン18、19を絶縁膜13、14に接合する図4(e)の工程において、平板部18b、19bと絶縁膜13b、14bとを半田付けするので、冷却フィン18、19の両端部等の一部に荷重をかけることで、フィン山が潰れないようにすることができる。これは、平板部18b、19bの一部に荷重をかけると、平板部18b、19bの全面に応力が分散するからである。
On the other hand, in the present embodiment, the
また、半田付けにより、フィン部18a、19aのフィン山を絶縁膜13b、14bに直接接合しようとすると、フィン部18a、19aで形成される冷却水流路に半田が流れ込むことで、冷却水流路が塞がれてしまう恐れがある。
Further, if solder fins are used to directly join the fin crests of the
これに対して、本実施形態によれば、板部18b、19bと絶縁膜13b、14bとを半田付けするので、このような問題を防ぐことができる。
On the other hand, according to the present embodiment, since the
(第2実施形態)
本実施形態は、第1実施形態に対して冷却フィン18、19の平面視でのフィン山のレイアウトを変更したものであり、その他の部分については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the layout of the fin crests in the plan view of the cooling
図7は、本実施形態における半導体モジュール1を構成するユニット10のうち隣り合うユニット10の対向する冷却フィン18、19を示した平面図であり、図1の紙面上方から見たときの冷却フィン18、19のレイアウトに相当している。
FIG. 7 is a plan view showing the opposing
本実施形態では、図7に示すように、隣り合うユニット10のフィン向きを反転させて、複数のユニット10を積層させている。すなわち、隣り合うユニット10に備えられている対向する冷却フィン18、19について、冷却フィン18のフィン山が構成するウェーブと、冷却フィン19のフィン山が構成するウェーブとが、180度位相をずらした関係となるようなクロスウェーブ形状としている。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the fin direction of the
このように、冷却フィン18、19によってクロスウェーブ形状が形成される平面レイアウトとすることで、冷却フィン18、19を通過する冷却水により多くの乱流を発生させることが可能となる。このため、この乱流によってより冷却フィン18、19による冷却性能(放熱性能)を高めることが可能となる。
As described above, a planar layout in which a cross wave shape is formed by the cooling
(第3実施形態)
図8に本実施形態における冷却フィン18、19の平面図を示す。コルゲートタイプの冷却フィン18、19として、第1実施形態では、冷却フィンの平面視でフィン山が波状に延びているウェーブフィンを用いたが、本実施形態では、図8に示すように、冷却フィンの平面視でフィン山が直線状に延びているストレートフィンを用いている。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a plan view of the cooling
(他の実施形態)
(1)上述の実施形態では、冷却フィン18、19の形成において、金属板50として、母材のうちフィン部と平板部との重ね合わせ面となる片面に、ろう材の層が予めクラッドされているクラッド材を用いたが、クラッドされていないものを用いても良い。この場合、金属板50を折り曲げた後、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとの間に、平板状のろう材を挟み、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとを、かしめた状態で加熱することで、ろう付けしても良い。
(Other embodiments)
(1) In the above-described embodiment, in the formation of the cooling
(2)上述の実施形態では、冷却フィン18、19の形成において、図5(a)、(b)に示されるように、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとが一体に形成された金属板50を折り曲げ部18c、19cで折り曲げることにより、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとを重ね合わせていたが、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとを別体として形成して、両者を重ね合わせても良い。
(2) In the above-described embodiment, in the formation of the cooling
この場合でも、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとのろう付けによって、フィン山と平板部18b、19bとの接合部に、ろう材によるフィレット51が形成されるので、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
Even in this case, since the
ただし、冷却フィン18、19の生産性を高めるという観点では、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとの位置合わせの工程が不要となる等の理由から、フィン部18a、19aと平板部18b、19bとが一体に形成された金属板50を折り曲げ部18c、19cで折り曲げる方法を採用することが好ましい。
However, from the viewpoint of increasing the productivity of the cooling
(3)上述の実施形態では、樹脂モールド部20が熱硬化性樹脂モールド部21と熱可塑性樹脂モールド部22とによって構成される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これら樹脂モールド部をすべて熱硬化性樹脂もしくは共に熱可塑性樹脂にて構成しても良い。ただし、耐熱性を考慮すると、半導体チップ11などの構成要素を覆う部分については熱硬化性樹脂で構成するのが好ましく、各ユニット10の外縁部のみを交換してパワーカードをリユースできるようにするのであれば、比較的低温で軟化するように、その外縁部を熱可塑性樹脂で構成するのが好ましい。
(3) In the above-described embodiment, the case where the
(4)上述の実施形態では、三相モータを駆動するインバータに対して半導体モジュール1を適用する場合を例に挙げて説明したが、インバータに限らず、他の装置に本発明の半導体モジュール1を適用しても良い。 (4) In the above-described embodiment, the case where the semiconductor module 1 is applied to the inverter that drives the three-phase motor has been described as an example. However, the semiconductor module 1 of the present invention is not limited to the inverter and may be applied to other devices. May be applied.
(5)上述の実施形態では、冷媒として冷却水を例に挙げて説明したが、他の冷媒を用いても構わない。 (5) In the above-described embodiment, the cooling water is described as an example of the refrigerant, but other refrigerants may be used.
1 半導体モジュール
10 ユニット
11 半導体チップ
13、14 ヒートスプレッダ
15 正極リード
16 負極リード
17 制御端子
18、19 冷却フィン
18a、19a フィン部
18b、19b 平板部
18c、19c 折り曲げ部
20 樹脂モールド部
21 熱硬化性樹脂モールド部
21a 凹部
22 熱可塑性樹脂モールド部
22c 通路穴
30 水路
40 蓋部
41 パイプ付蓋部
43 固定具
51 フィレット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記半導体チップ(11)の裏面側に接続される第1ヒートスプレッダ(13)と、
前記半導体チップ(11)の表面側に接続される第2ヒートスプレッダ(14)と、
前記半導体パワー素子に電気的に接続される端子(15〜17)と、
前記半導体パワー素子に電気的に接続された前記端子(15〜17)の一部を露出させると共に、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)のうち前記半導体チップ(11)と反対側の面を露出させつつ、前記半導体チップ(11)、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)および前記端子(15〜17)を覆い、かつ、冷媒が流される冷媒通路の一部を構成する樹脂モールド部(20)と、を有し、
前記半導体チップ(11)、前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)、前記端子(15〜17)を前記樹脂モールド部(20)にてモールド化したものを1つのユニット(10)として、該ユニット(10)の両端を蓋部(40、41)にて挟み込んで固定具(43)にて固定した半導体モジュールであって、
前記第1、第2ヒートスプレッダ(13、14)のうち前記半導体チップ(11)と反対側の面は平坦面とされ、この平坦面には、当該平坦面を覆う絶縁膜(13b、14b)が備えられていると共に、該絶縁膜(13b、14b)を介して、断面波形状のコルゲートタイプの冷却フィン(18、19)が接合されており、
前記冷却フィン(18、19)は、複数のフィン山を有するフィン部(18a、19a)と、前記平板部(18b、19b)とが重ねられて、前記平板部(18b、19b)のうち前記フィン部側の面と前記フィン部(18a、19a)のうち前記平板部側の前記フィン山とがろう付けにより接合された構成であると共に、前記平板部(18b、19b)のうち前記フィン部(18a、19a)とは反対側の面と前記絶縁膜(13b、14b)とが半田付けにより接合されており、
前記フィン部(18a、19a)と前記平板部(18b、19b)との接合部に、ろう材によるフィレット(51)が形成されていることを特徴とする半導体モジュール。 A semiconductor chip (11) having a front surface and a back surface and having a semiconductor power element formed thereon;
A first heat spreader (13) connected to the back side of the semiconductor chip (11);
A second heat spreader (14) connected to the surface side of the semiconductor chip (11);
Terminals (15-17) electrically connected to the semiconductor power element;
A part of the terminals (15 to 17) electrically connected to the semiconductor power element is exposed, and the first and second heat spreaders (13, 14) on the opposite side to the semiconductor chip (11). Covering the semiconductor chip (11), the first and second heat spreaders (13, 14), and the terminals (15-17) while exposing the surface, constitutes a part of the refrigerant passage through which the refrigerant flows. A resin mold part (20),
The semiconductor chip (11), the first and second heat spreaders (13, 14), and the terminals (15-17) molded by the resin mold part (20) are used as one unit (10). A semiconductor module in which both ends of the unit (10) are sandwiched between lids (40, 41) and fixed with a fixture (43),
Of the first and second heat spreaders (13, 14), the surface opposite to the semiconductor chip (11) is a flat surface, and insulating films (13b, 14b) covering the flat surface are formed on the flat surface. The corrugated cooling fins (18, 19) having a corrugated cross section are joined via the insulating films (13b, 14b),
The cooling fins (18, 19) include a plurality of fin portions (18a, 19a) having a plurality of fin peaks and the flat plate portions (18b, 19b), and the flat plate portions (18b, 19b) The fin portion side surface and the fin portion (18a, 19a) of the fin portion (18a, 19a) and the fin crest of the flat plate portion side are joined by brazing, and the fin portion of the flat plate portion (18b, 19b) The surface opposite to (18a, 19a) and the insulating film (13b, 14b) are joined by soldering,
A semiconductor module, wherein a fillet (51) made of a brazing material is formed at a joint between the fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b, 19b).
前記フィン部(18a、19a)と前記平板部(18b、19b)とが一体に形成された金属板(50)を用意し、前記金属板(50)のうち前記フィン部(18a、19a)と前記平板部(18b、19b)との間の折り曲げ部(18c、19c)で折り曲げることにより、前記フィン部(18a、19a)と前記平板部(18b、19b)とを重ね合わせて、前記平板部(18b、19b)のうち前記フィン部側の面と前記フィン部(18a、19a)のうち前記平板部側の前記フィン山とをろう付けにより接合することで前記冷却フィン(18、19)を形成し、
形成した前記冷却フィン(18、19)の前記平板部(18b、19b)と前記絶縁膜(13b、14b)とを半田付けにより接合することを特徴とする半導体モジュールの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor module according to any one of claims 1 to 3,
A metal plate (50) in which the fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b, 19b) are integrally formed is prepared, and the fin portions (18a, 19a) of the metal plate (50) are prepared. The fin portions (18a, 19a) and the flat plate portions (18b, 19b) are overlapped with each other by bending at bent portions (18c, 19c) between the flat plate portions (18b, 19b). The cooling fin (18, 19) is joined by brazing the surface on the fin portion side of (18b, 19b) and the fin crest on the flat plate portion of the fin portion (18a, 19a). Forming,
A method of manufacturing a semiconductor module, comprising: bonding the flat plate portions (18b, 19b) of the formed cooling fins (18, 19) and the insulating films (13b, 14b) by soldering.
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