JP2012164697A5 - - Google Patents

Description

又、本発明は、上述したヒートスプレッダとヒートシンクの材料を、線膨張係数を合わせ込んだ場合の問題点についての解消を目的としている。
具体的には、ヒートシンクをアルミニウムで構成し、ヒートスプレッダも同様にアルミニウムで構成した場合の問題点の解消を目的としている。すなわち、本発明は、電力用半導体素子１を、大きな面積や厚みがより薄いものにしたとき、上述のようなアルミニウムもしくはアルミ合金系のヒートシンク１１に固着したパワーモジュールに内蔵されるヒートスプレッダの材料に、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いた場合でも、電力用半導体素子１の破壊を防止することを目的としている。
又本発明は、アルミニウム以外の材料でも、ヒートシンクと、電力用半導体モジュールの線膨張係数差を最小限にすることを目的としており、好ましくは同じ金属をベースとして配合された合金成分が異なる程度の近い線膨張係数の材料で構成する場合についても適用される。
したがって、当然ながら本発明が奏する作用は、アルミニウムを採用する場合に限定されるわけではなく、ヒートシンク材料がアルミニウム以外であっても、同様にヒートシンク材料と同種の金属及び同種の金属をベースとして合金化して得たヒートスプレッダ材料を用いた場合に対しても同様な作用を奏することは言うまでもない。

これに対し、この実施の形態１が念頭としているところは、アルミニウムのヒートシンク１１に、電力用パワーモジュール１００を直接接合する構成であり、その前提としては、アルミのヒートスプレッダ２の内蔵による線膨張係数の差の低減が必要となる。
その場合、電力用半導体素子１への熱応力は、ヒートスプレッダ２が銅の場合に比べてアルミニウムの場合は大きくなり、この熱応力が増大することが問題となる。
すなわち、この実施の形態１では、アルミのヒートスプレッダ２を採用する場合でも脆性材料である電力用半導体素子１が壊れないものを得ることを目的としているわけである。そして、ヒートシンク１１と電力用パワーモジュール１００の接合の例として、ハンダ付けの場合と、樹脂接着の場合を採り上げ、電力用パワーモジュール１００をヒートシンク１１に固着した場合の問題の解決を目的としている。

又、この実施の形態１は、ヒートスプレッダ２が銅よりも線膨張係数が大きいアルミニウムにした場合でも、大きな面積の電力用半導体素子１や厚みがより薄い電力用半導体素子１の熱応力の問題をなくすことを目的としている。
すなわち、前述のようなアルミニウム及びアルミ合金系のヒートシンク１１に固着したパワーモジュールに内蔵されるヒートスプレッダ２の材料に、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を用いた場合でも、電力用半導体素子１の破壊を防止することを目的としている。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３における電力用半導体装置の断面図である。
この実施の形態３におけるヒートシンク１１では、図５のように、対面にヒートシンク１１の取付面を有し、かつそれぞれの取付面に電力用パワーモジュール１００を固着層１２によって搭載した形態を構成している。
このように電力用パワーモジュール１００をヒートシンク１１の両取付面に固着した場合、電力用パワーモジュール１００の線膨張係数とヒートシンク１１の線膨張係数の差による熱応力が、高まるという問題がある。
すなわち、ヒートシンク１１の片面に電力用パワーモジュール１００を固着した場合は、ヒートシンク１１が反ることで熱応力が開放され、その結果、電力用パワーモジュール１００に生じる熱応力は相対的に小さくなる。
これに対してヒートシンク１１の両面に、電力用パワーモジュール１００を搭載した場合、バランスが取れた結果反ることができず、電力用パワーモジュール１００に与えられる熱応力が増大してしまうという問題がある。

この実施の形態３における電力用半導体装置は、上記の点に対処するため、ヒートスプレッダ部分を覆う保護樹脂部４に、複数の凹状部４ａを設けている。
そして、電力用半導体素子１、主端子５ａ、５ｂ、制御端子７、及び保護樹脂部４を、モールド樹脂１０で封止する時、複数の凹状部４ａにモールド樹脂１０が充填されるようにしたものである。
例えば、保護樹脂部４の厚みを２００μｍとすると、直径３００μｍ、深さ１５０μｍから２００μｍ程度の凹みを多数付与する。
この凹状部４ａを、ヒートスプレッダ２の主面（電力用半導体素子１が固着されていないヒートスプレッダ２の上面）に多数分布させることで、剥離を確実に防止することができる。
例えば８００μｍピッチで縦横に配置することで耐ヒートサイクル性を３倍以上拡大することができた。