JP2012178589A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却器の上に絶縁層を介して半導体実装体を配置させた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device in which a semiconductor package is disposed on a cooler via an insulating layer.
従来より、一定電源を交流に変換する電力変換装置が、例えば特許文献1で提案されている。具体的に、特許文献1では、直流電源を平滑化するコンデンサと、平滑コンデンサにより平滑された直流電源を所定の交流電源に変換する電力変換モジュールとを備えた電力変換装置が提案されている。 Conventionally, for example, Patent Document 1 proposes a power conversion device that converts a constant power source into alternating current. Specifically, Patent Document 1 proposes a power conversion device including a capacitor that smoothes a DC power source and a power conversion module that converts the DC power source smoothed by the smoothing capacitor into a predetermined AC power source.
上記電力変換モジュールは、複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子のべ一ス信号を制御するゲートドライブ基板とを備えている。この電力変換モジュールによってインバータ回路が構成されている。そして、電力変換モジュールの各構成要素と平滑コンデンサは、パスバーを介してそれぞれ電気的に接続されている。 The power conversion module includes a plurality of switching elements and a gate drive substrate that controls a base signal of each switching element. This power conversion module constitutes an inverter circuit. Each component of the power conversion module and the smoothing capacitor are electrically connected to each other through a pass bar.
また、電力変換装置においては、平滑コンデンサや各スイッチング素子の冷却のためのヒートシンクを備えている。ヒートシンクの側面の空間にバスバー配線が配置されている。ヒートシンクは液体冷媒による冷却方式とされ、ヒートシンク内に液体冷媒が流れることによって、ヒートシンクに接する平滑コンデンサや各スイッチング素子が冷却される。 Further, the power conversion device includes a smoothing capacitor and a heat sink for cooling each switching element. Bus bar wiring is arranged in the space on the side surface of the heat sink. The heat sink is a cooling system using a liquid refrigerant. When the liquid refrigerant flows in the heat sink, the smoothing capacitor and each switching element in contact with the heat sink are cooled.
しかしながら、上記従来の技術では、バスバー配線を介した電気的接続を行っているため、電位の異なるバスバー配線が空間にいくつも配置されることになる。このため、異なる電位の各バスバー配線がそれぞれ接触しないように絶縁距離を確保しつつ配置しなければならず、空間における各バスバー配線の配置が制限されてしまうという問題がある。 However, in the above conventional technique, since electrical connection is performed via the bus bar wiring, a number of bus bar wirings having different potentials are arranged in the space. For this reason, it is necessary to arrange the bus bar wirings having different potentials so as not to contact each other while securing an insulation distance, and there is a problem that the arrangement of the bus bar wirings in the space is limited.
このように、空間におけるバスバー配線の配置が制限されるにもかかわらず、近年のEHV車両の普及・高性能化に伴い、インバータ回路にはコスト低減の要求や小型化・軽量化の要求が高まってきている。低コスト化や軽量化にはスイッチング素子の小型化が有効な方法の一つであるが、これらを成り立たせるためには以下の問題が生じる。 As described above, in spite of restrictions on the arrangement of bus bar wiring in the space, with the recent spread of EHV vehicles and higher performance, there is an increasing demand for cost reduction, miniaturization and weight reduction of inverter circuits. It is coming. One of the effective methods for reducing the cost and weight is to reduce the size of the switching element. However, in order to achieve these, the following problems arise.
まず、第1に、スイッチング素子の小型化を実現するためには、放熱性の向上が必要になる。上記のように、通常、水冷によるスイッチング素子等の冷却が行われるが、水冷構造において、放熱の障害になるのは絶縁層や冷媒への熱伝達の部分である。放熱性を高めるには、熱流速低減が重要であるが、スイッチング素子を小型化すると発熱密度が上昇するため、熱拡散させるために放熱板を厚く、また面積を広くする必要がある。しかし、半導体実装体や電力変換器の体格の拡大および重量の拡大を招くという問題が生じる。 First, in order to realize a miniaturization of the switching element, it is necessary to improve heat dissipation. As described above, the switching elements and the like are normally cooled by water cooling. However, in the water cooling structure, heat transfer to the insulating layer and the refrigerant is an obstacle to heat radiation. In order to improve heat dissipation, it is important to reduce the heat flow rate. However, if the switching element is downsized, the heat generation density increases. Therefore, it is necessary to increase the thickness and area of the heat dissipation plate for thermal diffusion. However, there arises a problem that the size and weight of the semiconductor package and the power converter are increased.
また、第2に、電力変換装置そのものの小型化を実現するために、上述のように、バスバー配線の絶縁距離の確保、配線断面積の確保が必要になる。すなわち、電位が露出するバスバー配線間や筐体に対して、規定の絶縁距離(空間・沿面距離)が必要である。上記のように、特許文献1における電力変換装置では、ヒートシンクの側面の空間にバスバー配線を配置しているため、電力変換装置そのものが小型化されると、各バスバー配線の絶縁距離を確保することが困難になる。したがって、スイッチング素子の小型化が困難になるという問題がある。 Second, in order to realize the miniaturization of the power conversion device itself, as described above, it is necessary to secure the insulation distance of the bus bar wiring and the wiring cross-sectional area. That is, a prescribed insulation distance (space / creeping distance) is required between the bus bar wirings and the casing where the potential is exposed. As described above, in the power conversion device in Patent Document 1, since the bus bar wiring is arranged in the space on the side surface of the heat sink, when the power conversion device itself is downsized, the insulation distance of each bus bar wiring is ensured. Becomes difficult. Therefore, there is a problem that it is difficult to reduce the size of the switching element.
ここで、仮に、バスバー配線を絶縁被覆したとしても、バスバー配線と各スイッチング素子の端子等を接合するためには、該絶縁被覆を剥いだり、接合後にバスバー配線を再び絶縁被覆する必要があり、コストアップとなってしまう。 Here, even if the bus bar wiring is insulated and coated, in order to join the bus bar wiring and the terminals of the respective switching elements, it is necessary to remove the insulating coating or to insulate the bus bar wiring again after bonding. It becomes cost rise.
本発明は、上記の第1および第2の問題を解決することにより、電力変換を行う半導体装置において、低コスト・軽量化と小型化とを両立することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above first and second problems, and to achieve both low cost, light weight, and downsizing in a semiconductor device that performs power conversion.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、冷却に寄与する第1冷却面(11)が設けられた第1冷却器(10)と、第1冷却面(11)の上に配置された第1絶縁層(30)と、半導体素子(64〜67)と、半導体素子(64〜67)に熱的および電気的に接続された放熱板(61、62)と、放熱板(61、62)のうち半導体素子(64〜67)が接続された面とは反対側の面が露出すると共に放熱板(61、62)のうち長手方向の両端部(61a、62a)が露出するように半導体素子(64〜67)および放熱板(61、62)を封止したモールド樹脂(72)とを備えて構成された複数の半導体実装体(60)とを備え、複数の半導体実装体(60)は、放熱板(61、62)が第1絶縁層(30)に接することで第1絶縁層(30)の上にそれぞれ配置されており、複数の半導体実装体(60)のうち隣り合う半導体実装体(60)においてモールド樹脂(72)から露出した各放熱板(61、62)の端部(61a、62a)どうしが電気的に接続されることで各放熱板(61、62)が半導体素子(64〜67)に対する共通の配線とされると共に、各放熱板(61、62)は第1絶縁層(30)を介して第1冷却面(11)によって冷却されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first cooler (10) provided with the first cooling surface (11) contributing to cooling, and the first cooling surface (11) are provided. The arranged first insulating layer (30), semiconductor elements (64 to 67), heat sinks (61, 62) thermally and electrically connected to the semiconductor elements (64 to 67), heat sinks ( 61, 62), the surface opposite to the surface to which the semiconductor elements (64-67) are connected is exposed, and the longitudinal ends (61a, 62a) of the heat radiating plates (61, 62) are exposed. And a plurality of semiconductor mounting bodies (60) configured to include the semiconductor elements (64 to 67) and the mold resin (72) in which the heat sinks (61, 62) are sealed. (60) The heat sink (61, 62) is in contact with the first insulating layer (30). The heat radiating plates (61, 62) that are respectively disposed on the first insulating layer (30) and are exposed from the mold resin (72) in the adjacent semiconductor mounting body (60) among the plurality of semiconductor mounting bodies (60). ) Are electrically connected to each other so that each of the heat sinks (61, 62) is a common wiring for the semiconductor elements (64 to 67), and each of the heat sinks (61, 62, 62) is cooled by the first cooling surface (11) through the first insulating layer (30).
これによると、放熱板(61、62)がヒートシンクとして機能し、該放熱板(61、62)が第1絶縁層(30)を介して第1冷却器(10)によって冷却されるため、放熱板(61、62)の放熱面から第1冷却面(11)までに介する面の数を少なくすることができる。すなわち、熱が一方の部材の面から他方の部材の面に伝達する際の熱の伝達ロスが少なくなるため、放熱板(61、62)の放熱性を向上させることができる。この場合、半導体実装体(60)における放熱板(61、62)の長手方向のサイズを隣の半導体実装体(60)の放熱板(61、62)まで大きくすることができ、このことによっても放熱性を向上させることができる。したがって、半導体素子(64〜67)を小型化すると発熱密度が上昇するが、上記の放熱板(61、62)によって半導体素子(64〜67)の放熱性を確保できるので、半導体素子(64〜67)を小型化することができる。 According to this, since the heat sink (61, 62) functions as a heat sink and the heat sink (61, 62) is cooled by the first cooler (10) through the first insulating layer (30), heat dissipation. It is possible to reduce the number of surfaces interposed between the heat dissipation surface of the plates (61, 62) and the first cooling surface (11). That is, since heat transmission loss is reduced when heat is transferred from the surface of one member to the surface of the other member, the heat dissipation of the heat radiating plates (61, 62) can be improved. In this case, the size of the heat sink (61, 62) in the semiconductor mounting body (60) in the longitudinal direction can be increased to the heat sink (61, 62) of the adjacent semiconductor mounting body (60). The heat dissipation can be improved. Accordingly, when the semiconductor elements (64 to 67) are miniaturized, the heat generation density increases. However, since the heat dissipation of the semiconductor elements (64 to 67) can be ensured by the heat radiating plates (61, 62), the semiconductor elements (64 to 67) 67) can be reduced in size.
また、放熱板(61、62)が各半導体実装体(60)における共通の配線としても機能するため、複数の半導体実装体(60)ごとにバスバー配線を設ける必要がないし、放熱板(61、62)自体がバスバー配線となるため、該放熱板(61、62)を単純に構成することができる。そして、該放熱板(61、62)は半導体実装体(60)の一部であり、各半導体実装体(60)を繋げていく構成となるから、放熱板(61、62)の絶縁距離の制約は問題にならずない。このため、半導体実装体(60)を小型化することができる。さらに、配線部品の数を減らすことができるので低コスト化および軽量化を図ることができる。 Moreover, since the heat sink (61, 62) also functions as a common wiring in each semiconductor mounting body (60), there is no need to provide bus bar wiring for each of the plurality of semiconductor mounting bodies (60). 62) Since it becomes the bus bar wiring itself, the heat sink (61, 62) can be simply configured. And since this heat sink (61, 62) is a part of semiconductor mounting body (60) and becomes a structure which connects each semiconductor mounting body (60), it is the insulation distance of a heat sink (61, 62). Constraints are not a problem. For this reason, a semiconductor mounting body (60) can be reduced in size. Furthermore, since the number of wiring components can be reduced, cost reduction and weight reduction can be achieved.
以上のように、放熱板(61、62)をヒートシンクおよび配線として機能させることで、半導体装置の低コスト・軽量化と半導体素子(64〜67)の小型化とを両立させることができる。 As described above, by causing the heat sinks (61, 62) to function as a heat sink and wiring, it is possible to achieve both low cost and light weight of the semiconductor device and miniaturization of the semiconductor elements (64 to 67).
また、請求項1に記載の発明では、各放熱板(61、62)の端部(61a、62a)どうしは、連結部(80、90)によって接続されることで電気的に接続されていることを特徴とする。これにより、前記各放熱板(61、62)の端部(61a、62a)どうしを確実に電気的に接続することができる。 In the first aspect of the present invention, the end portions (61a, 62a) of the heat radiating plates (61, 62) are electrically connected by being connected by the connecting portions (80, 90). It is characterized by that. Thereby, the edge part (61a, 62a) of each said heat sink (61, 62) can be electrically connected reliably.
さらに、請求項1に記載の発明では、半導体素子(64〜67)には、一方の面に放熱板(61、62)が接続されると共に他方の面にも放熱板(63)が熱的および電気的に接続され、半導体素子(64〜67)の一方の面に接続された放熱板(61、62)の反対側の面および該放熱板(61、62)のうち長手方向の両端部(61a、62a)が露出すると共に他方の面に接合された放熱板(63)の反対側の面とがそれぞれ露出するように、半導体素子(64〜67)および放熱板(61〜63)がそれぞれ封止されており、半導体実装体(60)のうち、半導体素子(64〜67)の他方の面に接続された放熱板(63)が露出する面の上に配置された第2絶縁層(40)と、冷却に寄与する第2冷却面(21)を有し、この第2冷却面(21)が第2絶縁層(40)に接触させられた第2冷却器(20)とを備えていることを特徴とする。 Further, in the first aspect of the present invention, the semiconductor element (64 to 67) is connected to the heat radiating plate (61, 62) on one surface and the heat radiating plate (63) is also thermally connected to the other surface. And the opposite surface of the heat sink (61, 62) connected to one surface of the semiconductor element (64-67) and both ends of the heat sink (61, 62) in the longitudinal direction. The semiconductor elements (64-67) and the heat sinks (61-63) are exposed such that (61a, 62a) are exposed and the opposite surface of the heat sink (63) joined to the other surface is exposed. Each of the second insulating layers sealed and disposed on the surface of the semiconductor mounting body (60) where the heat radiating plate (63) connected to the other surface of the semiconductor elements (64 to 67) is exposed. (40) and a second cooling surface (21) that contributes to cooling. Characterized in that the 却面 (21) is provided with a second cooler and (20) which is brought into contact with the second insulating layer (40).
これにより、半導体実装体(60)を両面放熱構造とすることができる。また、該半導体実装体(60)を第1冷却器(10)および第2冷却器(20)で挟んだ両面冷却構造とすることができ、放熱性を向上させることができる。 Thereby, a semiconductor mounting body (60) can be made into a double-sided heat dissipation structure. Moreover, it can be set as the double-sided cooling structure which pinched | interposed this semiconductor mounting body (60) with the 1st cooler (10) and the 2nd cooler (20), and can improve heat dissipation.
請求項2に記載の発明では、複数の半導体実装体(60)それぞれは、半導体素子(64〜67)として第1半導体素子(64、65)と第2半導体素子(66、67)とを備え、放熱板(61、62)として、第1半導体素子(64、65)が熱的および電気的に接続された第1放熱板(61)と、第2半導体素子(66、67)が熱的および電気的に接続された第2放熱板(62)とを備え、第1放熱板(61)のうち第1半導体素子(64、65)が接続された面とは反対側の面が露出すると共に第1放熱板(61)のうち長手方向の両端部(61a)が露出するように、また、第2放熱板(62)のうち第2半導体素子(66、67)が接続された面とは反対側の面が露出すると共に第2放熱板(62)のうち長手方向の両端部(62a)が露出するように、さらに、第1放熱板(61)と第2放熱板(62)とが離間するように、モールド樹脂(72)によって第1半導体素子(64、65)、第2半導体素子(66、67)、第1放熱板(61)、および第2放熱板(62)が封止されており、複数の半導体実装体(60)は、第1放熱板(61)および第2放熱板(62)が第1絶縁層(30)に接することで第1絶縁層(30)の上にそれぞれ配置されており、複数の半導体実装体(60)のうち隣り合う半導体実装体(60)においてモールド樹脂(72)から露出した第1放熱板(61)の端部(61a)どうしが電気的に接続されることで第1放熱板(61)が第1半導体素子(64、65)に対する共通の配線とされると共に、第2放熱板(62)の端部(62a)どうしが電気的に接続されることで第2放熱板(62)が第2半導体素子(66、67)に対する共通の配線とされており、さらに、第1放熱板(61)および第2放熱板(62)は第1絶縁層(30)を介して第1冷却面(11)によって冷却されることを特徴とする。
In the invention according to
このように、半導体実装体(60)に複数の半導体素子(64〜67)が備えられたものにおいても、各半導体素子(64〜67)に対応した第1放熱板(61)および第2放熱板(62)をそれぞれヒートシンク兼バスバー配線として用いることができる。 As described above, even when the semiconductor mounting body (60) includes the plurality of semiconductor elements (64 to 67), the first heat radiation plate (61) and the second heat radiation corresponding to each semiconductor element (64 to 67). Each of the plates (62) can be used as a heat sink / bus bar wiring.
請求項3に記載の発明では、第1放熱板(61)の端部(61a)どうしは、第1連結部(80)によって接続されることで電気的に接続されており、第2放熱板(62)の端部(62a)どうしは、第2連結部(90)によって接続されることで電気的に接続されていることを特徴とする。 In the invention described in claim 3, the end portions (61a) of the first heat radiating plate (61) are electrically connected by being connected by the first connecting portion (80), and the second heat radiating plate. The ends (62a) of (62) are electrically connected by being connected by the second connecting portion (90).
これにより、第1放熱板(61)の端部(61a)どうし、および第2放熱板(62)の端部(62a)どうしを確実に電気的に接続することができる。 Thereby, the edge part (61a) of a 1st heat sink (61) and the edge part (62a) of a 2nd heat sink (62) can be electrically connected reliably.
請求項4に記載の発明では、半導体実装体(60)は電力変換器を構成するものであり、半導体実装体(60)に備えられた第1放熱板(61)および第2放熱板(62)において、第1放熱板(61)のうち第1半導体素子(64、65)が接合された面とは反対側の面と第2放熱板(62)のうち第2半導体素子(66、67)が接合された面とは反対側の面とは同一平面に配置されており、第1放熱板(61)および第2放熱板(62)のうちの一方が電力変換器の直流電源の陽極の電位とされ、他方が電力変換器の直流電源の陰極の電位とされることを特徴とする。 In the invention according to claim 4, the semiconductor mounting body (60) constitutes a power converter, and the first heat radiating plate (61) and the second heat radiating plate (62) provided in the semiconductor mounting body (60). ), The surface of the first heat radiating plate (61) opposite to the surface to which the first semiconductor elements (64, 65) are joined and the second heat radiating plate (62) of the second semiconductor elements (66, 67). ) Is disposed on the same plane as the surface opposite to the surface on which the first heat radiating plate (61) and the second heat radiating plate (62) are anodes of the DC power source of the power converter. The other is the potential of the cathode of the DC power supply of the power converter.
これにより、各半導体実装体(60)を並列に接続することができ、ひいては各半導体実装体(60)間の寄生インダクタンスを低減することができる。 Thereby, each semiconductor mounting body (60) can be connected in parallel, and by extension, the parasitic inductance between each semiconductor mounting body (60) can be reduced.
なお、上記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 said means 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、同一符号を付して説明を行う。 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 will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。以下で示される半導体装置は、例えばインバータ装置などの電力変換装置に適用されるものである。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The semiconductor device shown below is applied to a power conversion device such as an inverter device, for example.
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の一部の側面図である。また、図2は図1のA−A断面図、図3は図1のB−B矢視図である。以下、図1〜図3を参照して説明する。 FIG. 1 is a side view of a part of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a view taken along the line BB in FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
図1に示されるように、半導体装置は、第1冷却器10と、第2冷却器20と、第1絶縁層30と、第2絶縁層40と、放熱配線シート50と、複数の半導体実装体60とを備えている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes a
第1冷却器10および第2冷却器20は、各半導体実装体60を冷却するものである。このような第1冷却器10および第2冷却器20は、3枚の金属板の各金属板でコルゲートフィンが挟まれた構造をなしており、冷媒として水が内部に流れる構造になっている。
The
第1冷却器10には冷却に寄与する第1冷却面11が設けられ、第2冷却器20には冷却に寄与する第2冷却面21が設けられている。
The
第1絶縁層30および第2絶縁層40は、絶縁を図るための絶縁シートである。第1絶縁層30は第1冷却器10の第1冷却面11の上に配置され、第1冷却器10と放熱配線シート50とを絶縁する役割を果たす。一方、第2絶縁層40は第2冷却器20の第2冷却面21の上に配置され、第2冷却器20と半導体実装体60とを絶縁する役割を果たす。
The first insulating
このような第1絶縁層30および第2絶縁層40は、セラミック基板やエポキシ樹脂にセラミックフィラーを混ぜたシート、アルミナ溶射膜やDLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の高熱伝導と絶縁を両立するものである。
The first insulating
放熱配線シート50は、各半導体実装体60に対して、ヒートシンクとバスバー配線とを兼用した役割を果たすものである。このような放熱配線シート50は、第1金属板51と、第2金属板52と、第1絶縁物53と、第2絶縁物54と、第3絶縁物55とを備えている。
The heat dissipating
第1金属板51および第2金属板52はそれぞれ離間しており、第1金属板51は第1絶縁物53と第2絶縁物54とに挟まれ、第2金属板52は第2絶縁物54と第3絶縁物55とに挟まれている。すなわち、第2絶縁物54が第1金属板51と第2金属板52とに挟まれたものが、第1絶縁物53と第3絶縁物55とによって挟まれて一体化された構成になっている。これにより、第2絶縁物54によって第1金属板51と第2金属板52とが確実に絶縁される。また、第1絶縁物53によって第1金属板51と外部とが確実に絶縁され、第3絶縁物55によって第2金属板52と外部とが確実に絶縁される。
The
第1金属板51および第2金属板52は、配線として機能できると共にヒートシンクとしても機能できるように、銅(Cu)やアルミニウム(Al)などにより形成されている。一方、第1絶縁物53、第2絶縁物54、および第3絶縁物55としては、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)やポリイミド等の絶縁皮膜が採用される。また、放熱配線シート50の厚さは、例えば2〜3mm程度である。
The
このような放熱配線シート50は、第1絶縁層30の上に配置され、第1金属板51および第2金属板52が共に第1絶縁層30に接触した状態になっている。
Such a heat
複数の半導体実装体60それぞれは、第1放熱板61と、第2放熱板62と、第3放熱板63と、4つの半導体素子64〜67と、4つのターミナル68〜71と、モールド樹脂72とを備えている。
Each of the plurality of
第1放熱板61、第2放熱板62、および第3放熱板63は、各半導体素子64〜67で発生した熱を半導体実装体60の外部に放出するヒートシンクとしての役割と、各半導体素子64〜67を外部と電気的に接続するための電極としての役割を果たすものである。
The first
各放熱板61〜63は、例えばプレス加工等により形成される。各放熱板61〜63の材質は、少なくとも導電性に優れた材料であれば良く、Cu、Al、またはそれらの合金系が採用される。各放熱板61〜63の実装面ははんだ付け等の表面処理として、Niめっきや必要に応じAuめっきされていても良い。
Each of the heat sinks 61 to 63 is formed by, for example, pressing. The material of each heat sink 61-63 should just be a material excellent in electroconductivity at least, and Cu, Al, or those alloy systems are employ | adopted. The mounting surfaces of the
各半導体素子64〜67は、チップ状をなしており、IGBT、MOSトランジスタ、ダイオード等の半導体素子が形成されたものであり、チップの表裏にはんだ付け等される電極が形成されたものである。
Each of the
これら各半導体素子64〜67、各ターミナル68〜71、各放熱板61〜63は、はんだなどの接合部材73によって熱的および電気的に接続されている。なお、接合部材73として銀ペースト等を用いても構わない。
The
具体的には、2つの半導体素子64、65の裏面は接合部材73を介してそれぞれ第1放熱板61に接合され、これら半導体素子64、65の表面は接合部材73を介してそれぞれターミナル68、69に接合されている。また、各ターミナル68、69は接合部材73を介して第3放熱板63に接合されている。
Specifically, the back surfaces of the two
一方、他の2つの半導体素子66、67の裏面は接合部材73を介してそれぞれ第3放熱板63に接合され、これら半導体素子66、67の表面は接合部材73を介してそれぞれターミナル70、71に接合されている。また、各ターミナル70、71は接合部材73を介して第2放熱板62に接合されている。第1放熱板61と第2放熱板62とは同一平面に配置されている。
On the other hand, the back surfaces of the other two
モールド樹脂72は、半導体実装体60の外観をなすものである。このモールド樹脂72は、第1放熱板61のうち2つの半導体素子64、65が接合された面とは反対側の面、第2放熱板62のうちターミナル70、71を介して他の2つの半導体素子66、67が接合された面とは反対側の面、および第3放熱板63のうちターミナル68、69を介して2つの半導体素子64、65が接合されると共に他の2つの半導体素子66、67が接合された面とは反対側の面がそれぞれ露出するように、各放熱板61〜63、各半導体素子64〜67、各ターミナル68〜71をそれぞれ封止している。これにより、半導体実装体60は両面放熱構造となっている。
The
なお、各半導体素子64〜67は駆動信号を入力するためのリードにワイヤを介して接続されており、該リードの一部が露出するように、リードおよびワイヤがモールド樹脂72で封止されている。
Each of the
モールド樹脂72の材質として、例えばエポキシ系樹脂が採用される。モールド樹脂72については、表裏の放熱面の露出および形状の精度(平面度/平行度/厚さ精度)を平面加工等で得ることができる。
As the material of the
これにより、図3に示されるように、モールド樹脂72から第1放熱板61および第2放熱板62が露出することとなる。さらに、各半導体実装体60が並べられた方向に第1放熱板61が一列になるように配置されている。第2放熱板62についても同様に一列に配置されている。
Thereby, as shown in FIG. 3, the first
このような半導体実装体60において、図3に示された半導体実装体60の第1放熱板61および第2放熱板62が放熱配線シート50の第1金属板51および第2金属板52の上にそれぞれ配置される。本実施形態では、図2に示されるように、第1金属板51および第2金属板52の幅は、第1放熱板61および第2放熱板62の幅よりも大きくなっている。
In such a
そして、第1放熱板61が第1金属板51に接触させられ、第2放熱板62が第2金属板52に接触させられている。これにより、第1放熱板61は第1金属板51および第1絶縁層30を介して第1冷却器10の第1冷却面11によって冷却され、第2放熱板62は第2金属板52および第1絶縁層30を介して第1冷却器10の第1冷却面11によって冷却される。
The first
一方、第1金属板51は、複数の半導体実装体60の各第1放熱板61にそれぞれ接触させられている。このため、第1金属板51が各第1放熱板61に対する共通の配線とされて第1放熱板61それぞれに電気的に接続される。また、第2金属板52は、複数の半導体実装体60の各第2放熱板62にそれぞれ接触させられている。このため、第2金属板52が第2放熱板62に対する共通の配線とされて第2放熱板62それぞれに電気的に接続される。
On the other hand, the
このように、第1金属板51および第2金属板52は共にバスバー配線として機能すると共に、ヒートシンクとしても機能する。したがって、第1金属板51および第2金属板52は、図示しない電気回路に接続されている。
Thus, both the
第1金属板51および第2金属板52がヒートシンクとして機能するとなると、第1金属板51と第1放熱板61とを合わせた厚さが実質的なヒートシンクの厚さとなる。同等に、第2金属板52と第2放熱板62とを合わせた厚さが実質的なヒートシンクの厚さとなる。
When the
また、各半導体実装体60において、第3放熱板63が露出した面には、第2絶縁層40が配置されている。そして、上述のように、第2絶縁層40は第2冷却器20の第2冷却面21の上に配置され、第2冷却器20と半導体実装体60とを絶縁している。これにより、各半導体実装体60を第1冷却器10および第2冷却器20で挟んだ両面冷却構造とすることができ、放熱性を向上させることができる。
In each
このように、本実施形態に係る半導体装置は、第1冷却器10、第1絶縁層30、放熱配線シート50、半導体実装体60、第2絶縁層40、第2冷却器20が順に積層された構成となっている。該積層したものを加圧接触させることでインバータ等の電力変換装置としての半導体装置が構成される。この場合、第1放熱板61と第1金属板51との接触、および第2放熱板62と第2金属板52との接触を良好にするため、単純な圧接やねじ止め、はんだや超音波溶接等による接合、導電性接着剤による接着などの方法を採用することができる。リペア性を考えると、圧接やねじ止めが望ましい。
As described above, in the semiconductor device according to this embodiment, the
以上のように、放熱配線シート50の第1金属板51および第2金属板52をヒートシンクとして機能させると共に、バスバー配線としての共通の配線としても機能させることにより、以下の効果が得られる。
As described above, the following effects can be obtained by causing the
まず、半導体実装体60の第1放熱板61には第1金属板51が積層され、第2放熱板62には第2金属板52が積層されるため、等価的に第1放熱板61および第2放熱板62がそれぞれ厚くなる。これにより、熱拡散(熱の広がり)の熱抵抗を下げる効果が得られる。さらに、各金属板51、52は第1冷却器10の第1冷却面11全体に渡って連続的して接触しているため、接触面積が大きく、放熱性が向上する。よって、半導体素子64〜67のサイズの小型化による低コスト化、電力変換器全体の小型化が可能となる。
First, since the
また、第1金属板51および第2金属板52は、半導体実装体60の第1放熱板61および第2放熱板62にそれぞれ接触している。このため、第1放熱板61および第2放熱板62に対する外部接続端子が不要になる。したがって、絶縁距離の制約が発生する端子を減らすことが可能となり、絶縁距離の制約が発生する部位を減らすことができる。また、第1金属板51および第2金属板52自身も各絶縁物53〜55によって絶縁処理されているため、半導体装置の外部に対して絶縁距離の制約が発生する部位は殆どなくなる。よって、電力変換器全体の小型化が可能となる。
The
そして、各金属板51、52を互いに近接して並行配置することが可能となる。このため、各金属板51、52の間の寄生インダクタンスを低減することができる。また、バスバー配線としての各金属板51、52と半導体実装体60とを短距離で接続することが可能となるため、各金属板51、52と半導体実装体60と間の寄生インダクタンスも低減できる。したがって、半導体実装体60のスイッチング速度に依存するサージを抑えることができ、電力変換器としての半導体装置の損失(発熱)を減らすことが可能となる。このため、各放熱板61、62の小型化や、半導体素子64〜67の小型化が促進される。
In addition, the
さらに、バスバー配線としての各金属板51、52を冷却しながら使用することができるので、熱設計の許す限り、各金属板51、52の断面積をそれぞれ小さくでき、小型・軽量化が可能になる。あるいは、比重の大きなCuに替わり、Alなど比重が小さく電気伝導率がCuに劣る材料を採用し易くなり、軽量化が可能になる。
Furthermore, since the
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、第1、第2半導体素子64、65が特許請求の範囲の第1半導体素子に対応し、第3、第4半導体素子66、67が特許請求の範囲の第2半導体素子に対応する。
As for the correspondence between the description of the present embodiment and the description of the claims, the first and
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図4は、本実施形態に係る放熱配線シート50および第1冷却器10の断面図であり、図1のA−A断面に相当する図である。この図に示されるように、本実施形態に係る放熱配線シート50は、第1金属板51と、第2金属板52と、各金属板51、52に挟まれた第2絶縁層40とによって構成されている。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat
また、第1冷却器10は第1冷却面11の反対側にも第1冷却面11を有している。第1冷却器10の一方の第1冷却面11および他方の第1冷却面11すべてを覆うように、一方の第1冷却面11の上および他方の第1冷却面11の上に第1絶縁層30がそれぞれ配置されている。
The
そして、この第1絶縁層30の上に放熱配線シート50が配置されている。この場合、第1金属板51および第2金属板52はU字状にそれぞれ折り曲げられており、U字状の第1金属板51の一方の先端部が一方の第1冷却面11の上の第1絶縁層30の上に配置され、U字状の第1金属板51の他方の先端部が他方の第1冷却面11の上の第1絶縁層30の上に配置されている。第2金属板52についても同様である。これにより、第1冷却器10の各第1冷却面11に第1絶縁層30がそれぞれ配置されたものがU字状の第1金属板51の両先端部および第2金属板52の両先端部に挟まれた構造になっている。
A heat
さらに、U字状の各金属板51、52の上に第3絶縁層56が配置されている。これにより、各金属板51、52と外部との絶縁が図られている。
Further, a third insulating
以上の構成により、各金属板51、52が第1冷却器10の一方の第1冷却面11だけでなく他方の第1冷却面11によっても冷やされる。このため、各金属板51、52の冷却面積が増え、ひいては半導体実装体60の冷却効率を高めることが可能となる。
With the above configuration, the
また、第1冷却器10の他方の第1冷却面11側にも各金属板51、52が配置される。このため、U字状の各金属板51、52の他方の先端部に対する電気的な接続を行うことが可能となる。すなわち、各金属板51、52の他方の先端部が第3絶縁層56から露出させて電気的な接続を行えば良い。
Further, the
具体的には、電力変換器として用いられる半導体装置では、平滑コンデンサ等の電子部品が接続されることが一般的である。したがって、本実施形態のように、第1冷却器10の第1冷却面11にまで各金属板51、52が配置されていることで、各金属板51、52の他方の先端部に平滑コンデンサ等の電子部品を接続することができる。すなわち、各金属板51、52の他方の先端部において第1冷却器10とは反対側に平滑コンデンサ等を配置すると共に電気的に接続することができる。
Specifically, in a semiconductor device used as a power converter, an electronic component such as a smoothing capacitor is generally connected. Therefore, as in the present embodiment, the
これにより、半導体実装体60と平滑コンデンサ等の電子部品とを短距離で電気的に接続することができる。このため、半導体実装体60と平滑コンデンサ等の電子部品との間の寄生インダクタンスを低減することができ、ひいては半導体装置を小型化することができる。
Thereby, the
(第3実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図5は、本実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図1のA−A断面に相当する図である。この図に示されるように、本実施形態では、放熱配線シート50を構成する第1、第3絶縁物53、55それぞれは、第1冷却器10、第1絶縁層30、放熱配線シート50、半導体実装体60、第2絶縁層40、第2冷却器20が積層された方向に延びた位置決め部57、58を備えている。
(Third embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment, and corresponds to a cross section taken along the line AA of FIG. As shown in this figure, in the present embodiment, the first and
各位置決め部57、58は各冷却器10、20よりも外側にそれぞれ位置している。このような位置決め部57、58により、第1冷却器10、第1絶縁層30、および半導体実装体60は、第1絶縁物53の位置決め部57と第3絶縁物55の位置決め部58とによって挟まれることとなる。これにより、第1冷却器10、第1絶縁層30、半導体実装体60、第2絶縁層40、および第2冷却器20に対してそれぞれ位置決めを容易にすることが可能となる。
The
(第4実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図6は、本実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図1のA−A断面に相当する図である。この図に示されるように、半導体実装体60において、モールド樹脂72は、第1、第2放熱板61、62が露出した面に、該面が第3放熱板63側に凹んだ溝部74を有している。この溝部74は、第1放熱板61と第2放熱板62との間に設けられている。一方、放熱配線シート50の第2絶縁物54は、半導体実装体60側に突出した凸部59を有している。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment, which corresponds to the AA cross section of FIG. As shown in this figure, in the
そして、放熱配線シート50の上に半導体実装体60が配置されるに際し、第2絶縁物54の凸部59がモールド樹脂72の溝部74に嵌め合わされる。これにより、放熱配線シート50に対する半導体実装体60の位置決めが容易になる。すなわち、第1金属板51や第2金属板52に対する第1放熱板61や第2放熱板62の位置決めを容易にすることができる。
Then, when the
(第5実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図7は、本実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図1のA−A断面に相当する図である。この図に示されるように、第1冷却器10は、第1冷却面11が凹んだ第1凹部12および第2凹部13を有している。第1凹部12は、第1冷却面11の上に半導体実装体60が配置されたときに第1放熱板61が第1冷却面11に投影された場所に設けられている。同様に、第2凹部13は、第1冷却面11の上に半導体実装体60が配置されたときに第2放熱板62が第1冷却面11に投影された場所に設けられている。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to this embodiment, and corresponds to a cross section taken along the line AA of FIG. As shown in this figure, the
また、第1絶縁層30は第1冷却面11の第1凹部12および第2凹部13に沿って第1冷却面11の上に配置されている。そして、第1金属板51は第1絶縁層30を介して第1凹部12に配置され、第2金属板52は第1絶縁層30を介して第2凹部13に配置されている。
The first insulating
このような状態で、半導体実装体60それぞれは、第1金属板51および第2金属板52の上に配置される。これによると、第1放熱板61が第1金属板51に接触し、第2金属板52が第2放熱板62に接触することとなる。
In such a state, each of the
したがって、第1金属板51の側面が第1絶縁層30を介して第1凹部12の壁面に冷却されると共に、第2金属板52の側面が第1絶縁層30を介して第2凹部13の壁面に冷却される。このため、第1放熱板61および第2放熱板62の放熱性を向上させることが可能となる。
Therefore, the side surface of the
(第6実施形態)
本実施形態では、第5実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図8は、本実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図1のA−A断面に相当する図である。この図に示されるように、図7に示された第1絶縁層30に半導体実装体60側に突出した凸部31が設けられている。一方、半導体実装体60のモールド樹脂72には、第1放熱板61と第2放熱板62とが露出した面に、第1放熱板61と第2放熱板62との間が凹んだ溝部74が設けられている。
(Sixth embodiment)
In the present embodiment, only parts different from the fifth embodiment will be described. FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the present embodiment, and corresponds to a cross section taken along the line AA of FIG. As shown in this figure, the first insulating
そして、第1絶縁層30の凸部31がモールド樹脂72の溝部74に嵌め合わされることとなる。これにより、第1冷却器10に対する半導体実装体60の位置決め、各金属板51、52に対する各放熱板61、62の位置決めを容易にすることができる。
Then, the
(第7実施形態)
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図9は、本実施形態に係る半導体装置の一部の側面図である。また、図10は図9のC−C断面図、図11は図9のD−D矢視図である。以下、図9〜図11を参照して説明する。
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, only different parts from the first embodiment will be described. FIG. 9 is a side view of a part of the semiconductor device according to the present embodiment. 10 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 9, and FIG. 11 is a view taken along the line DD in FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
図10に示されるように、本実施形態に係る半導体装置は、第1冷却器10と、第2冷却器20と、第1絶縁層30と、第2絶縁層40と、複数の半導体実装体60とを備えている。
As shown in FIG. 10, the semiconductor device according to this embodiment includes a
複数の半導体実装体60の断面構造については、図2に示されたものと同様である。そして、本実施形態では、図11に示されるように、半導体実装体60それぞれの第1放熱板61および第2放熱板62がモールド樹脂72から突出している。
The cross-sectional structure of the plurality of
具体的には、第1放熱板61のうち第1、第2半導体素子64、65が接合された面とは反対側の面が露出すると共に第1放熱板61のうち長手方向の両端部61aがモールド樹脂72から露出している。また、第2放熱板62のうち第3、第4半導体素子66、67が接合された面とは反対側の面が露出すると共に第2放熱板62のうち長手方向の両端部62aがモールド樹脂72から露出している。上記各放熱板61、62は、第1実施形態と同様に、それぞれが離間してモールド樹脂72に封止されている。
Specifically, a surface of the first
そして、第1冷却器10の第1冷却面11の上に第1絶縁層30が配置され、この第1絶縁層30の上に上記構造の複数の半導体実装体60が並べられている。すなわち、各半導体実装体60は、第1放熱板61および第2放熱板62が第1絶縁層30に接することで第1絶縁層30の上にそれぞれ配置されている。これにより、第1放熱板61および第2放熱板62は、第1絶縁層30を介して第1冷却面11によって冷却される。
The first insulating
また、第1絶縁層30の上に並べられた各半導体実装体60のうち隣り合う半導体実装体60において、モールド樹脂72から露出した第1放熱板61の端部61aどうしが電気的に接続されている。本実施形態では、図10に示されるように、ネジ81および板部材82で構成された第1連結部80によって連結されている。すなわち、各第1放熱板61の両端部61aが板部材82によって押さえ付けられ、ネジ81でねじ止めされている。これにより、各半導体実装体60の各第1放熱板61が電気的に接続され、第1、第2半導体素子64、65に対する共通の配線とされる。
Further, in the adjacent
同様に、モールド樹脂72から露出した第2放熱板62の端部62aどうしが、ネジ91および板部材92で構成された第2連結部90によって連結されている。これにより、各半導体実装体60の各第2放熱板62が電気的に接続され、第3、第4半導体素子66、67に対する共通の配線とされる。
Similarly, the
このように、第1連結部80によって第1放熱板61どうしを接続し、第2連結部90によって第2放熱板62どうしを接続することで、各々を確実に電気的に接続することが可能となる。
In this way, the
そして、半導体実装体60の構成要素である第1放熱板61および第2放熱板62がバスバー配線として機能すると共にヒートシンクとしても機能する。
And the
また、第1実施形態と同様に、各半導体実装体60において、第3放熱板63が露出した面の上に第2絶縁層40が配置され、該第2絶縁層40の上に第2冷却器20が配置されている。これにより、半導体実装体60と第2冷却器20の第2冷却面21とが絶縁されている。
Similarly to the first embodiment, in each
以上が本実施形態に係る半導体装置である。上記のように、半導体実装体60に備えられた第1放熱板61および第2放熱板62をバスバー配線兼ヒートシンクとして用いることにより、各放熱板61、62が第1絶縁層30を介して第1冷却器10によって冷却される。このため、各放熱板61、62の放熱面から第1冷却面11までに介する面の数を第1実施形態における半導体装置よりも少なくすることができる。すなわち、本実施形態に係る半導体装置では、各放熱板61、62から熱が第1絶縁層30に直接伝達されるため、熱が一方の部材の面から他方の部材の面に伝達する際の熱の伝達ロスが少なくなる。したがって、各放熱板61、62の放熱性を向上させることができる。
The above is the semiconductor device according to the present embodiment. As described above, by using the first
また、図11に示されるように、モールド樹脂72に封止された各放熱板61、62の長手方向の長さは、図3に示された各放熱板61、62の長手方向の長さよりも長くなっている。このため、半導体実装体60における各放熱板61、62の放熱面積を大きくすることができるので、放熱性を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 11, the length in the longitudinal direction of each of the
さらに、本実施形態では、各金属板51、52のような別部材が不要となっている。また、バスバー配線として機能する各放熱板61、62は半導体実装体60の一部であり、各半導体実装体60を繋げていく構成となるから、各放熱板61、62の絶縁距離の制約が問題になることはない。したがって、半導体実装体60を小型化することができる。さらに、各金属板51、52のような別部材が不要となるので、配線部品の数を減らすことができ、低コスト化および軽量化を図ることができる。
Furthermore, in this embodiment, separate members such as the
(他の実施形態)
上記各実施形態では、半導体実装体60を両面で冷却する構造について説明したが、これは一例を示したものであり、他の構造であっても良い。例えば、半導体実装体60に第1放熱板61および第2放熱板62のみが備えられた片面放熱構造でも良い。この場合は、各半導体素子64〜67の接続は、ワイヤボンドやリボン状の超音波接合でも良いし、封止方法は金型に露出させたい放熱板を当接させて成形すれば良い。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, the structure for cooling the
また、半導体実装体60の構造は、少なくとも半導体素子が放熱板に接合され、該放熱板のうち半導体素子が接合された面とは反対側の面が露出するように、半導体素子および放熱板がモールド樹脂によって封止されていれば良い。すなわち、第1放熱板61のみがモールド樹脂72から露出した構造でも良い。これに伴い、第1〜第6実施形態については、半導体実装体60から露出した放熱板の数に応じた数の金属板を用いれば良い。例えば半導体実装体60から露出した放熱板が1枚ならば、これに対応して金属板は1枚となる。該金属板を用いて放熱配線シート50を構成するならば、1枚の金属板を絶縁物で挟んだものとなる。
Further, the structure of the
第1〜第6実施形態では、放熱配線シート50は、各金属板51、52と各絶縁物53〜55とで構成されていたが、半導体装置は、金属板51、52のみを用いた構成であっても良い。例えば、第1絶縁層30の上に各金属板51、52が離間して配置され、各金属板51、52の上に各放熱板61、62が接触するように半導体実装体60が配置されることとなる。この場合、各金属板51、52の間は空間となる。各金属板51、52については、絶縁性を確保するために絶縁物によってコーティングされていることが好ましい。
In the first to sixth embodiments, the heat
各金属板51、52において第1絶縁層30に接触する面には、必要に応じ放熱グリスを印刷等により塗布しても良い。
Heat dissipation grease may be applied to the surfaces of the
第3実施形態で示された各位置決め部57、58については、第1冷却器10等の積層方向の高さや、各金属板51、52および各絶縁物53〜55が並べられた方向の位置は一例を示したものであり、図5に限定されるものではない。例えば、該高さがもっと低くても、あるいは該位置が半導体実装体60側に位置していても良いし、各位置決め部57、58が第1冷却器10側のみであるとか第2冷却器20側のみに設けられていても良い。
About each positioning
第7実施形態では、第1、第2連結部80、90によって各放熱板61、62の電気的接続を図っていたが、これは一例を示したものであり、他の方法によって電気的に接続しても良い。例えば、溶接、ワイヤボンディング、はんだなどにより、電気的接続を図ることが可能である。
In the seventh embodiment, the
上記各実施形態では、半導体実装体60において、第1放熱板61および第2放熱板62が同一平面に露出するように封止され、半導体実装体60において第1、第2放熱板61、62の反対側に第3放熱板63が配置された構成になっている。このような構成において、例えば、第3放熱板63の電位を第1、第2放熱板61、62が露出された面に導き、半導体実装体60の一つの面で第1〜第3放熱板61〜63の各電位を取れるようにしても良い。この場合、第1〜第6実施形態については、金属板が3つ必要になる。
In each of the above embodiments, in the
半導体実装体60の一つの面で第1、第2放熱板61、62の各電位を取る場合、半導体実装体60は電力変換器を構成するものであるから、第1放熱板61および第2放熱板62のうちの一方を電力変換器の直流電源の陽極の電位とし、他方を電力変換器の直流電源の陰極の電位とすることができる。この場合、第1、第2金属板51、52の上に第1、第2放熱板61、62がそれぞれ接触するので、モールド樹脂72から露出した第1放熱板61および第2放熱板62の各面は同一平面に配置される。
When taking the potentials of the first and
このように、第1、第2放熱板61、62の電位を決めると、複数の半導体実装体60を第1金属板51および第2金属板52の延設方向に複数並べることで、第1金属板51と第2金属板52との間で複数の半導体実装体60を並列に接続することが可能となる。したがって、各半導体実装体60の間隔が狭くなり、各半導体実装体60間の寄生インダクタンスが低減される。もちろん、半導体実装体60の一つの面に第1〜第3放熱板61〜63が露出していたとしても、そのうちの2つを陽極と陰極とにすれば良い。放熱板の数がさらに増えたとしても同様である。
As described above, when the potentials of the first and second
第1冷却器10や第2冷却器20は、樹脂やセラミックの他、絶縁材などで構成されていても良い。この場合、第1冷却器10および第2冷却器20は絶縁体となるので、第1絶縁層30を不要とすることができる。
The
10 第1冷却器
11 第1冷却面
12 第1凹部
13 第2凹部
20 第2冷却器
21 第2冷却面
30 第1絶縁層
31 第1絶縁層の凸部
51、52 金属板
53〜55 絶縁物
57、58 位置決め部
59 第2絶縁物の凸部
60 半導体実装体
61〜63 放熱板
61a、62a 端部
64〜67 半導体素子
72 モールド樹脂
74 溝部
80、90 連結部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1冷却面(11)の上に配置された第1絶縁層(30)と、
半導体素子(64〜67)と、前記半導体素子(64〜67)に熱的および電気的に接続された放熱板(61、62)と、前記放熱板(61、62)のうち前記半導体素子(64〜67)が接続された面とは反対側の面が露出すると共に前記放熱板(61、62)のうち長手方向の両端部(61a、62a)が露出するように前記半導体素子(64〜67)および前記放熱板(61、62)を封止したモールド樹脂(72)とを備えて構成された複数の半導体実装体(60)とを備え、
前記複数の半導体実装体(60)は、前記放熱板(61、62)が前記第1絶縁層(30)に接することで前記第1絶縁層(30)の上にそれぞれ配置されており、
前記複数の半導体実装体(60)のうち隣り合う半導体実装体(60)において前記モールド樹脂(72)から露出した前記各放熱板(61、62)の端部(61a、62a)どうしが電気的に接続されることで前記各放熱板(61、62)が前記半導体素子(64〜67)に対する共通の配線とされると共に、前記各放熱板(61、62)は前記第1絶縁層(30)を介して前記第1冷却面(11)によって冷却されるように構成され、
前記各放熱板(61、62)の端部(61a、62a)どうしは、連結部(80、90)によって接続されることで電気的に接続されていて、
前記半導体素子(64〜67)には、一方の面に前記放熱板(61、62)が接続されると共に他方の面にも放熱板(63)が熱的および電気的に接続され、前記半導体素子(64〜67)の一方の面に接続された前記放熱板(61、62)の反対側の面および該放熱板(61、62)のうち長手方向の前記両端部(61a、62a)が露出すると共に前記他方の面に接合された前記放熱板(63)の反対側の面とがそれぞれ露出するように、前記半導体素子(64〜67)および前記放熱板(61〜63)がそれぞれ封止されており、
前記半導体実装体(60)のうち、前記半導体素子(64〜67)の他方の面に接続された前記放熱板(63)が露出する面の上に配置された第2絶縁層(40)と、
冷却に寄与する第2冷却面(21)を有し、この第2冷却面(21)が前記第2絶縁層(40)に接触させられた第2冷却器(20)とを備えていることを特徴とする半導体装置。 A first cooler (10) provided with a first cooling surface (11) contributing to cooling;
A first insulating layer (30) disposed on the first cooling surface (11);
Semiconductor element (64-67), heat sink (61, 62) thermally and electrically connected to said semiconductor element (64-67), and said semiconductor element (61, 62) among said heat sink (61, 62) 64 to 67) is exposed to the surface opposite to the surface to which the semiconductor element (64 to 67) is connected, and the both end portions (61a and 62a) in the longitudinal direction of the heat sink (61 and 62) are exposed. 67) and a plurality of semiconductor mounting bodies (60) configured to include the mold resin (72) sealing the heat radiating plates (61, 62),
The plurality of semiconductor mounting bodies (60) are respectively disposed on the first insulating layer (30) by the heat sinks (61, 62) being in contact with the first insulating layer (30),
The ends (61a, 62a) of the heat radiating plates (61, 62) exposed from the mold resin (72) in the adjacent semiconductor mounting bodies (60) among the plurality of semiconductor mounting bodies (60) are electrically connected. The heat sinks (61, 62) are connected to the semiconductor elements (64-67) by being connected to each other, and the heat sinks (61, 62) are connected to the first insulating layer (30). ) To be cooled by the first cooling surface (11) via
The end portions (61a, 62a) of the heat radiating plates (61, 62) are electrically connected by being connected by the connecting portions (80, 90).
The semiconductor elements (64 to 67) are connected to the heat sink (61, 62) on one surface and the heat sink (63) is also connected to the other surface thermally and electrically. The opposite surface of the heat sink (61, 62) connected to one surface of the element (64-67) and the both ends (61a, 62a) in the longitudinal direction of the heat sink (61, 62) The semiconductor elements (64 to 67) and the heat radiating plates (61 to 63) are sealed so that the exposed surface and the opposite surface of the heat radiating plate (63) joined to the other surface are exposed. Has been stopped,
A second insulating layer (40) disposed on a surface of the semiconductor package (60) on which the heat radiating plate (63) connected to the other surface of the semiconductor elements (64 to 67) is exposed; ,
A second cooling surface (21) that contributes to cooling; and the second cooling surface (21) includes a second cooler (20) in contact with the second insulating layer (40). A semiconductor device characterized by the above.
前記半導体素子(64〜67)として第1半導体素子(64、65)と第2半導体素子(66、67)とを備え、
前記放熱板(61、62)として、前記第1半導体素子(64、65)が熱的および電気的に接続された第1放熱板(61)と、前記第2半導体素子(66、67)が熱的および電気的に接続された第2放熱板(62)とを備え、
前記第1放熱板(61)のうち前記第1半導体素子(64、65)が接続された面とは反対側の面が露出すると共に前記第1放熱板(61)のうち長手方向の両端部(61a)が露出するように、また、前記第2放熱板(62)のうち前記第2半導体素子(66、67)が接続された面とは反対側の面が露出すると共に前記第2放熱板(62)のうち長手方向の両端部(62a)が露出するように、さらに、前記第1放熱板(61)と前記第2放熱板(62)とが離間するように、前記モールド樹脂(72)によって前記第1半導体素子(64、65)、前記第2半導体素子(66、67)、前記第1放熱板(61)、および前記第2放熱板(62)が封止されており、
前記複数の半導体実装体(60)は、前記第1放熱板(61)および前記第2放熱板(62)が前記第1絶縁層(30)に接することで前記第1絶縁層(30)の上にそれぞれ配置されており、
前記複数の半導体実装体(60)のうち隣り合う半導体実装体(60)において前記モールド樹脂(72)から露出した前記第1放熱板(61)の端部(61a)どうしが電気的に接続されることで前記第1放熱板(61)が前記第1半導体素子(64、65)に対する共通の配線とされると共に、前記第2放熱板(62)の端部(62a)どうしが電気的に接続されることで前記第2放熱板(62)が前記第2半導体素子(66、67)に対する共通の配線とされており、さらに、前記第1放熱板(61)および前記第2放熱板(62)は前記第1絶縁層(30)を介して前記第1冷却面(11)によって冷却されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 Each of the plurality of semiconductor mounting bodies (60)
The semiconductor element (64-67) includes a first semiconductor element (64, 65) and a second semiconductor element (66, 67),
As the heat sink (61, 62), a first heat sink (61) in which the first semiconductor elements (64, 65) are thermally and electrically connected, and the second semiconductor element (66, 67) are provided. A second heat radiating plate (62) connected thermally and electrically,
A surface of the first heat radiating plate (61) opposite to a surface to which the first semiconductor element (64, 65) is connected is exposed and both longitudinal ends of the first heat radiating plate (61) are exposed. (61a) is exposed, and the surface of the second heat radiating plate (62) opposite to the surface to which the second semiconductor elements (66, 67) are connected is exposed and the second heat radiating plate is exposed. In the plate (62), the mold resin (61a) and the second heat dissipating plate (62) are separated from each other so that both end portions (62a) in the longitudinal direction are exposed. 72), the first semiconductor element (64, 65), the second semiconductor element (66, 67), the first heat radiation plate (61), and the second heat radiation plate (62) are sealed,
The plurality of semiconductor mounting bodies (60) are configured such that the first heat dissipation plate (61) and the second heat dissipation plate (62) are in contact with the first insulating layer (30) so that the first insulating layer (30) Each is located above,
Of the plurality of semiconductor mounting bodies (60), in the adjacent semiconductor mounting body (60), the end portions (61a) of the first heat radiation plate (61) exposed from the mold resin (72) are electrically connected. Thus, the first heat radiating plate (61) serves as a common wiring for the first semiconductor element (64, 65), and the end portions (62a) of the second heat radiating plate (62) are electrically connected to each other. By being connected, the second heat radiating plate (62) serves as a common wiring for the second semiconductor element (66, 67). Furthermore, the first heat radiating plate (61) and the second heat radiating plate ( 62. The semiconductor device according to claim 1, wherein 62 is cooled by the first cooling surface (11) through the first insulating layer (30).
前記第2放熱板(62)の端部(62a)どうしは、第2連結部(90)によって接続されることで電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 The end portions (61a) of the first heat radiation plate (61) are electrically connected by being connected by the first connecting portion (80),
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the end portions (62 a) of the second heat radiating plates (62) are electrically connected by being connected by the second connecting portion (90). .
前記半導体実装体(60)に備えられた前記第1放熱板(61)および前記第2放熱板(62)において、前記第1放熱板(61)のうち前記第1半導体素子(64、65)が接合された面とは反対側の面と前記第2放熱板(62)のうち前記第2半導体素子(66、67)が接合された面とは反対側の面とは同一平面に配置されており、
前記第1放熱板(61)および前記第2放熱板(62)のうちの一方が前記電力変換器の直流電源の陽極の電位とされ、他方が前記電力変換器の直流電源の陰極の電位とされることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。 The semiconductor package (60) constitutes a power converter,
In the first heat radiating plate (61) and the second heat radiating plate (62) provided in the semiconductor package (60), the first semiconductor element (64, 65) of the first heat radiating plate (61). The surface opposite to the surface to which the second semiconductor element (66, 67) is bonded is disposed on the same plane as the surface opposite to the surface to which the second semiconductor element (66, 67) is bonded. And
One of the first heat radiating plate (61) and the second heat radiating plate (62) is set as the potential of the anode of the DC power source of the power converter, and the other is set as the potential of the cathode of the DC power source of the power converter. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is provided.
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