JP2013233042A - Power semiconductor module, manufacturing method of the same, and semiconductor power conversion apparatus - Google Patents

Power semiconductor module, manufacturing method of the same, and semiconductor power conversion apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power semiconductor device which achieves high reliability while having low heat resistance.SOLUTION: A first insulation resin sheet 101 is adhered to an adhered surface at a viscosity close to the minimum melt viscosity. Next, a second insulation resin sheet 102 is placed on the first insulation resin sheet 101, and an assembled structure is placed on the second insulation resin sheet 102. Then, these components are pressurized to be adhered to each other. At that time, a size of the second insulation resin sheet 102 is set to a size which is substantially the same as an outer shape of the assembly structure or slightly protrudes from the assembly structure. Next, a potting resin is injected until first to fourth conductors are buried including the exposed insulation resin sheet and is heated thereby thermally hardening the potting resin, the first resin sheet, and the second resin sheet.

Description

本発明は、大電流をスイッチングする半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor module that switches a large current.

一般に電気自動車、ハイブリッド自動車は、直流を交流に変換してモータに供給する電力用半導体装置として、インバータ装置を備えている。例えば、3相のインバータ装置の場合、U相、V相、W相に対応する3つの独立したモジュールが組み合わされて構成されている。このような車載用の半導体電力変換装置は、千アンペア前後の大電流をスイッチングするため、小型・軽量で、かつ冷却効率の高い構造が必須である。
このため従来構造においては、IGBTやGTOなどのチップ状の半導体スイッチング素子の両面の冷却を、ひとつの冷却器によって行う構造が提案されている。
In general, an electric vehicle and a hybrid vehicle include an inverter device as a power semiconductor device that converts direct current into alternating current and supplies the motor to a motor. For example, in the case of a three-phase inverter device, three independent modules corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase are combined. Such an in-vehicle semiconductor power conversion device switches a large current of around 1000 amperes, and thus requires a structure that is small and lightweight and has high cooling efficiency.
For this reason, in the conventional structure, a structure in which both sides of a chip-like semiconductor switching element such as IGBT or GTO are cooled by one cooler has been proposed.

特許文献1に示す従来構造は、冷却器の主平面に対して垂直方向に半導体スイッチング素子をレイアウトし、この半導体スイッチング素子を熱伝導性の高い導体のバスバーによって挟む。半導体スイッチング素子とバスバーとをはんだ接合することで電気的熱的機械的に接続する。半導体スイッチング素子の周囲は、樹脂により封止されている。
バスバーの半導体スイッチング素子の実装面とは異なる主平面を、絶縁シートを介して冷却器に熱的に接続している。電気的な接続は、この絶縁シートと接続される主平面は別の部位から取り出される。
絶縁シートは、絶縁性を有しているが熱伝導性は高いものが必要となる。このため樹脂シートは、窒素ホウ素などのセラミックスフィラーが拡散されたエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が、シート状に成形された構造となっている。
In the conventional structure shown in Patent Document 1, a semiconductor switching element is laid out in a direction perpendicular to the main plane of the cooler, and the semiconductor switching element is sandwiched between bus bars having a high thermal conductivity. The semiconductor switching element and the bus bar are electrically and mechanically connected by soldering. The periphery of the semiconductor switching element is sealed with resin.
A main plane different from the mounting surface of the semiconductor switching element of the bus bar is thermally connected to the cooler via an insulating sheet. As for the electrical connection, the main plane connected to the insulating sheet is taken out from another part.
The insulating sheet needs to have insulating properties but high thermal conductivity. For this reason, the resin sheet has a structure in which a thermosetting resin such as an epoxy resin in which a ceramic filler such as nitrogen boron is diffused is formed into a sheet shape.

特開2010−16924号公報JP 2010-16924 A

セラミックスフィラーを含む樹脂シートを介して金属のバスバーを設置するが、熱抵抗を下げるためにフィラーの充填率を上げると樹脂シートの接着力が弱くなる傾向がある。
バスバーは熱による温度の上下動により膨張や収縮が起きている。樹脂シートの接着力が弱過ぎる場合には、このような変形が繰り返されることによって樹脂シートとバスバーとの接着面が剥離していき、熱抵抗が増大するおそれがある。
逆に接着力を確保しようとしてフィラーの充填率を下げると、接着性は改善するものの、樹脂シートの熱伝導性が悪化して放熱能力が上げられず、半導体スイッチング素子に流すことができる電流値を上げることができなくなってしまう。
他方、樹脂シートとバスバーとの接着界面が剥離しないように、バスバーを樹脂シートに押し付けて固定する構造物を配置することもできるが、そのようなインバータの機能とは直接関係がない構造物を設置することによって、重量・体積の増加を招く。
本発明は、簡素な構成で大電流を取り扱う際にも信頼性が高い半導体装置を提供することを目的とする。
A metal bus bar is installed through a resin sheet containing a ceramic filler. However, if the filler filling rate is increased in order to lower the thermal resistance, the adhesive strength of the resin sheet tends to be weakened.
The bus bar expands and contracts due to the temperature rising and falling due to heat. When the adhesive force of the resin sheet is too weak, the adhesive surface between the resin sheet and the bus bar is peeled off by repeating such deformation, which may increase the thermal resistance.
On the other hand, if the filler filling rate is lowered in order to secure adhesive strength, the adhesiveness will improve, but the thermal conductivity of the resin sheet will deteriorate and the heat dissipation capability will not be increased, so the current value that can be passed through the semiconductor switching element Can no longer be raised.
On the other hand, it is possible to arrange a structure that presses and fixes the bus bar to the resin sheet so that the adhesive interface between the resin sheet and the bus bar does not peel off, but the structure that is not directly related to the function of such an inverter. Installation increases the weight and volume.
An object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device even when a large current is handled with a simple configuration.

上記した目的を達成するために本発明は、半導体チップと、この半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて、前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体と、一方の主面が前記一対の導電性熱伝導体と前記一対の導電性熱伝導体の間の半導体装置を覆うように、前記一対の導電性熱伝導体に接着されている、絶縁性のフィラーが内部に分散された絶縁性の熱硬化性樹脂シートと、前記熱硬化性樹脂シートの前記一方の主面との接合界面が前記一対の導電性熱伝導体を囲ように形成され、前記半導体チップを封止している絶縁性の硬化樹脂による外囲器と、を具備しており、前記熱硬化性樹脂シートのうち、前記導電ブロックと接合されている領域について、表面側のフィラーの密度よりも、厚み方向に内部側のフィラーの密度の方が高い電力半導体モジュールを提供する。
このとき、前記導電ブロックと接合されていない領域について、前記導電ブロックが接合されている側の面のフィラーの密度よりも、裏面側のフィラーの密度のほうが低いことが好ましい。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a pair of conductive heat conduction devices that are disposed opposite to each of the main surfaces of the semiconductor chip and electrically and mechanically connected to the semiconductor chip. A body and one main surface is bonded to the pair of conductive heat conductors so as to cover a semiconductor device between the pair of conductive heat conductors and the pair of conductive heat conductors A bonding interface between an insulating thermosetting resin sheet in which a conductive filler is dispersed and the one main surface of the thermosetting resin sheet surrounds the pair of conductive heat conductors. An envelope made of an insulating curable resin that seals the semiconductor chip, and a region of the thermosetting resin sheet that is bonded to the conductive block In the thickness direction rather than the density of the filler Towards the density of the parts side of the filler is to provide a high power semiconductor module.
At this time, it is preferable that the density of the filler on the back surface side is lower than the density of the filler on the surface on which the conductive block is bonded in the region not bonded to the conductive block.

また本発明は、被接合面上に配置された、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第1の熱硬化性シートを、前記熱硬化性樹脂の最低溶融温度近傍において加圧して、前記被接合面と前記第1の熱硬化性シートとを接着する工程と、接着された前記第1の熱硬化性シート上に、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第2の熱硬化性シートを配置し、この第2の熱硬化性シート上に、半導体チップとこの半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体とを配置し、前記導電ブロック越しに加圧して、前記第1の熱硬化性シートと前記第2の熱硬化性シートと前記導電ブロックとを積層状態で接着する工程と、前記一対の導電性熱伝導体を含むように熱硬化性樹脂を載せ、加熱硬化させることにより外囲器を形成して前記半導体チップおよび前記導電性熱伝導体を封止し、前記外囲器と前記絶縁シートとを接着する工程と、を具備する電力半導体モジュールの製造方法を提供する。   Further, the present invention provides a first thermosetting sheet formed in a sheet shape by a thermosetting resin disposed on a surface to be bonded and in which a filler made of an insulating material is dispersed. Pressurizing in the vicinity of the melting temperature to bond the bonded surface and the first thermosetting sheet, and a filler made of an insulating material is dispersed on the bonded first thermosetting sheet. The second thermosetting sheet formed into a sheet shape by the thermosetting resin is disposed, and the semiconductor chip and the main surface of the semiconductor chip are disposed opposite to each other on the second thermosetting sheet. A pair of conductive thermal conductors electrically and mechanically connected to the semiconductor chip are arranged and pressurized through the conductive block, and the first thermosetting sheet and the second thermosetting Sheet and the conductive block The step of adhering in a laminated state, and placing the thermosetting resin so as to include the pair of conductive heat conductors, and heat-curing to form an envelope, the semiconductor chip and the conductive heat conductor The manufacturing method of the power semiconductor module which comprises sealing and adhering the envelope and the insulating sheet is provided.

本発明よれば、簡素な構成で、大電流を取り扱う際にも信頼性が高い電力半導体モジュールを提供することに寄与する。   The present invention contributes to providing a power semiconductor module having a simple structure and high reliability even when a large current is handled.

本発明の実施形態の電力変換装置を示す模式図The schematic diagram which shows the power converter device of embodiment of this invention 本発明の実施形態の電力変換装置の回路図The circuit diagram of the power converter of the embodiment of the present invention 本発明の実施形態の電力半導体モジュールの分解図The exploded view of the power semiconductor module of the embodiment of the present invention

図1は、インバータ装置を示す斜視図であり、図2は、図1のインバータ装置の等価回路を示している。
インバータ装置10は、例えば、U相、V相、W相の3相インバータとして構成されているとともに、負荷対象として、例えば、第1モータ12および第2モータ14に電力を供給するように構成されている。インバータ装置10は、第1モータ12に電力を供給する第1系統のインバータ回路と、第2モータ14に電力を供給する第2系統のインバータ回路とを一体に備えている。
FIG. 1 is a perspective view showing an inverter device, and FIG. 2 shows an equivalent circuit of the inverter device shown in FIG.
The inverter device 10 is configured as, for example, a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase inverter, and is configured to supply power to, for example, the first motor 12 and the second motor 14 as load targets. ing. The inverter device 10 is integrally provided with a first system inverter circuit that supplies power to the first motor 12 and a second system inverter circuit that supplies power to the second motor 14.

インバータ装置10は、それぞれU相、V相、W相に対応する3つの電力半導体モジュール16、18、20と、直流電源、例えば、バッテリ22から電力半導体モジュールに供給される直流電圧を平滑する平滑コンデンサ24と、3相出力用接続導体26、27を介して第1モータ12および第2モータへ流れる電流を検出する電流検出器28、30と、電流検出器により検出された電流情報や平滑コンデンサ24に印加される電圧等に基づき、電力半導体モジュール16、18、20を制御する制御ユニット32と、制御ユニット32の制御信号に基づき、後述する電力半導体モジュールの半導体素子のゲートを駆動するための駆動回路を有した駆動基板34と、を備えている。   The inverter device 10 includes three power semiconductor modules 16, 18, and 20 corresponding to the U-phase, V-phase, and W-phase, respectively, and a smoothing that smoothes the DC voltage supplied from the DC power source, for example, the battery 22 to the power semiconductor module. Current detectors 28 and 30 for detecting the current flowing to the first motor 12 and the second motor via the capacitor 24, the three-phase output connection conductors 26 and 27, current information detected by the current detector, and a smoothing capacitor 24 for controlling the power semiconductor modules 16, 18, and 20 based on the voltage applied to 24, and for driving the gate of the semiconductor element of the power semiconductor module to be described later based on the control signal of the control unit 32. And a drive substrate 34 having a drive circuit.

駆動基板34には、半導体素子を駆動する駆動用IC36が半導体素子に対して1対1の対応で設けられている。即ち、この回路では、駆動用IC36が12個設けられている。また、電力半導体モジュール16、18、20、および平滑コンデンサ24の下方には、これらを冷却するヒートシンク等の図示しない冷却器が設けられている。   The driving substrate 34 is provided with driving ICs 36 for driving the semiconductor elements in a one-to-one correspondence with the semiconductor elements. That is, in this circuit, twelve driving ICs 36 are provided. Further, below the power semiconductor modules 16, 18, 20 and the smoothing capacitor 24, a cooler (not shown) such as a heat sink for cooling them is provided.

以下、電力半導体モジュール16、18、20について詳細に説明する。電力半導体モジュール16、18、20は、それぞれ同一の構成を有していることから、電力半導体モジュール16を代表して説明する。
図3は、カバーを取外した状態における電力半導体モジュール16の分解斜視図である。
Hereinafter, the power semiconductor modules 16, 18, and 20 will be described in detail. Since the power semiconductor modules 16, 18, and 20 have the same configuration, the power semiconductor module 16 will be described as a representative.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the power semiconductor module 16 with the cover removed.

図3の電力半導体モジュールは、半導体チップ41a〜41dと、これら半導体チップの各々に組み合わされて逆並列に接続されるダイオードチップ51a〜51dと、半導体チップ41a〜41dやダイオードチップ51a〜51dの電極面に電気的機械的に接合されて直方体のバスバーとなる導電性熱伝導体61〜64と、直方体の導電性熱伝導体61〜64の半導体チップ41a〜41dやダイオードチップ51a〜51dが接合されている面とは異なる面で、各々の導体61〜64がなす面が同一仮想平面内に含まれる主面において、これら導電性熱伝導体61〜64を冷却器がなす冷却平面67に接合する絶縁樹脂シート66と、半導体チップ41a〜41d・ダイオードチップ51a〜51d・導電性熱伝導体61〜64に密着して覆うように形成されこれらを封止するとともに変形を拘束するする図示しない外囲器とを具えている。
以下にその詳細について説明する。
The power semiconductor module of FIG. 3 includes semiconductor chips 41a to 41d, diode chips 51a to 51d combined with each of these semiconductor chips and connected in antiparallel, and electrodes of the semiconductor chips 41a to 41d and the diode chips 51a to 51d. Conductive thermal conductors 61 to 64 which are electrically and mechanically joined to the surface to form a rectangular bus bar, and semiconductor chips 41a to 41d and diode chips 51a to 51d of the rectangular conductive heat conductors 61 to 64 are joined. The conductive heat conductors 61 to 64 are joined to the cooling plane 67 formed by the cooler in a main surface that is different from the surface being formed and the surfaces formed by the conductors 61 to 64 are included in the same virtual plane. The insulating resin sheet 66 is in close contact with the semiconductor chips 41a to 41d, the diode chips 51a to 51d, and the conductive heat conductors 61 to 64. It is formed so as to cover Te and comprises an outer envelope (not shown) for restraining the deformation with sealing them.
The details will be described below.

第1導体61の一側面は第1接合面61aを形成し、この一側面と直交する他の一側面は第2接合面61bを形成している。第1導体61の第1接合面61aは、第1系統の上側アームを構成するIGBT41aおよびダイオード51aの正極側(それぞれコレクタ、カソード)に電気的かつ機械的に接合されている。また、第1導体61の第1接合面61aは、第2系統の上側アームを構成するIGBT41cおよびダイオード51cの正極側(それぞれコレクタ、カソード)に電気的かつ機械的に接合されている。これにより、第1導体61は、第1系統および第2系統の半導体素子に共通の直流正極導体を構成している。   One side surface of the first conductor 61 forms a first joint surface 61a, and the other side surface orthogonal to the one side surface forms a second joint surface 61b. The first joint surface 61a of the first conductor 61 is electrically and mechanically joined to the positive side (collector and cathode, respectively) of the IGBT 41a and the diode 51a constituting the upper arm of the first system. The first joint surface 61a of the first conductor 61 is electrically and mechanically joined to the positive side (collector and cathode, respectively) of the IGBT 41c and the diode 51c that constitute the upper arm of the second system. Thereby, the 1st conductor 61 comprises the direct current | flow positive electrode conductor common to the semiconductor element of a 1st system | strain and a 2nd system | strain.

第1接合面61a上において、IGBT41a、ダイオード51a、IGBT41c、ダイオード51cは、第1導体61の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、IGBTとダイオードとが交互に並んで配置されている。   On the first joint surface 61a, the IGBT 41a, the diode 51a, the IGBT 41c, and the diode 51c are arranged in a line along substantially the entire length in the longitudinal direction of the first conductor 61, and the IGBTs and the diodes are alternately arranged. Has been placed.

第2導体62の一側面は第1接合面62aを形成し、この一側面と直交する他の一側面は第2接合面62bを形成している。第2導体62の第1接合面62aは、第1系統の下側アームを構成するIGBT41bおよびダイオード51bの負極側(それぞれエミッタ、アノード)に接合され、第2導体62は、IGBT41bおよびダイオード51bの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。また、第2導体62の第1接合面62aは、第2系統の下側アームを構成するIGBT41dおよびダイオード51dの負極側(それぞれエミッタ、アノード)に接合され、第2導体62は、IGBT41dおよびダイオード51dの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第2導体62は、第1系統および第2系統に共通の直流負極導体を構成している。   One side surface of the second conductor 62 forms a first joint surface 62a, and the other side surface orthogonal to the one side surface forms a second joint surface 62b. The first joint surface 62a of the second conductor 62 is joined to the negative side (emitter and anode, respectively) of the IGBT 41b and the diode 51b constituting the lower arm of the first system, and the second conductor 62 is connected to the IGBT 41b and the diode 51b. It is electrically and mechanically connected to the negative electrode. The first joint surface 62a of the second conductor 62 is joined to the negative side (emitter and anode, respectively) of the IGBT 41d and the diode 51d constituting the lower arm of the second system, and the second conductor 62 is composed of the IGBT 41d and the diode. The electrode 51d is electrically and mechanically connected to the negative electrode. Thereby, the 2nd conductor 62 comprises the direct current | flow negative electrode conductor common to a 1st system | strain and a 2nd system | strain.

第1接合面62a上において、IGBT41b、ダイオード51b、IGBT41d、ダイオード51dは、第2導体62の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、IGBTとダイオードとが交互に並んで配置されている。   On the first joint surface 62a, the IGBT 41b, the diode 51b, the IGBT 41d, and the diode 51d are arranged in a line along substantially the entire length in the longitudinal direction of the second conductor 62, and the IGBTs and the diodes are alternately arranged. Has been placed.

第2導体62は、第1導体61と互いに平行に並んで、かつ、隙間を置いて配置されている。そして、第1導体61の第1接合面61aと第2導体62の第1接合面62aとは、互いに平行に、かつ、隙間を置いて向かい合っている。第1導体61の第2接合面61bと第2導体62の第2接合面62bとは、同一平面上に並んで位置している。   The second conductor 62 is arranged in parallel with the first conductor 61 with a gap therebetween. The first joint surface 61a of the first conductor 61 and the first joint surface 62a of the second conductor 62 face each other in parallel with a gap. The second joint surface 61b of the first conductor 61 and the second joint surface 62b of the second conductor 62 are located side by side on the same plane.

第1導体61に接合されたIGBT41a、41cは、第2導体62に接合されたIGBT41b、41dに対して、第1導体の長手方向にずれた位置に配設され、IGBT41b、41dと向かい合うことなく、それぞれ第2導体62に接合されたダイオード51b、51dと向かい合って配置されている。同様に、第2導体62に接合されたIGBT41b、41dは、それぞれ第1導体61に接合されたダイオード51a、51cと向かい合って配置されている。言い換えると、図3および図4から良く分かるように、第1導体61に接合されたIGBT41a、41cおよび第2導体62に接合されたIGBT41b、41dは、第1および第2導体61、62に対して千鳥状に配設されている。   The IGBTs 41a and 41c joined to the first conductor 61 are disposed at positions shifted in the longitudinal direction of the first conductor with respect to the IGBTs 41b and 41d joined to the second conductor 62, and do not face the IGBTs 41b and 41d. The diodes 51b and 51d joined to the second conductor 62 are disposed opposite to each other. Similarly, the IGBTs 41b and 41d joined to the second conductor 62 are arranged to face the diodes 51a and 51c joined to the first conductor 61, respectively. In other words, as can be clearly understood from FIGS. 3 and 4, the IGBTs 41 a and 41 c joined to the first conductor 61 and the IGBTs 41 b and 41 d joined to the second conductor 62 are connected to the first and second conductors 61 and 62. Are arranged in a staggered pattern.

第3導体63は、第1導体61と第2導体62との間に隙間を置いて配置されている。第3導体63は、その軸方向一端部が、第1および第2導体61、62の軸方向一端部と整列して配置されている。第3導体63の対向する2つの側面は2つの第1接合面63aを形成し、これらの第1接合面63aは、第1導体61の第1接合面61aおよび第2導体62の第1接合面62aとそれぞれ平行に対向している。また、第3導体63の上記2つの側面と直交する他の側面は、第2接合面63bを形成している。第2接合面63bは、第1および第2導体61、62の第2接合面61b、62bと同一平面に位置している。
第3導体63の一方の接合面63aは、第1系統の上側アームを構成するIGBT41aおよびダイオード51aの負極側(それぞれエミッタ、アノード)に接合され、第3導体63は、IGBT41aおよびダイオード51aの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。第3導体63の他方の第1接合面63aは、第1系統の下側アームを構成するIGBT41bおよびダイオード51bの正極側(それぞれコレクタ、カソード)に接合され、第3導体63は、IGBT41bおよびダイオード51bの正極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第3導体63は、第1系統の交流電極(出力電極)導体を構成している。
The third conductor 63 is disposed with a gap between the first conductor 61 and the second conductor 62. The third conductor 63 is arranged such that one end portion in the axial direction thereof is aligned with one end portion in the axial direction of the first and second conductors 61 and 62. Two opposing side surfaces of the third conductor 63 form two first joint surfaces 63 a, and these first joint surfaces 63 a are the first joint surface 61 a of the first conductor 61 and the first joint of the second conductor 62. The surfaces 62a face each other in parallel. Further, the other side surface orthogonal to the two side surfaces of the third conductor 63 forms a second bonding surface 63b. The second joint surface 63b is located in the same plane as the second joint surfaces 61b and 62b of the first and second conductors 61 and 62.
One joint surface 63a of the third conductor 63 is joined to the negative side (emitter and anode, respectively) of the IGBT 41a and the diode 51a constituting the upper arm of the first system, and the third conductor 63 is connected to the negative side of the IGBT 41a and the diode 51a. It is electrically and mechanically connected to the side electrode. The other first joint surface 63a of the third conductor 63 is joined to the positive side (collector and cathode, respectively) of the IGBT 41b and the diode 51b constituting the lower arm of the first system, and the third conductor 63 is composed of the IGBT 41b and the diode. The electrode 51b is electrically and mechanically connected to the positive electrode. Thereby, the 3rd conductor 63 comprises the alternating current electrode (output electrode) conductor of the 1st system | strain.

第4導体64は、第1導体61と第2導体62との間に隙間を置いて配置され、更に、第3導体63と隙間をおいて一列に並んで配置されている。第4導体64の軸方向一端部は、第3導体63の一端部と隙間を置いて対向し、軸方向他端部は、第1および第2導体61、62の軸方向他端部と整列して配置されている。
第4導体64の対向する2つの側面は2つの第1接合面64aを形成し、これらの第1接合面64aは、第1導体61の第1接合面61aおよび第2導体62の第1接合面62aとそれぞれ平行に対向している。また、第4導体64の上記2つの側面と直交する他の側面は、第2接合面64bを形成している。第2接合面64bは、第1および第2導体61、62の第2接合面61b、62bと同一平面に位置している。
第4導体64の一方の接合面64aは、第2系統の上側アームを構成するIGBT41cおよびダイオード51cの負極側(それぞれエミッタ、アノード)に接合され、第4導体64は、IGBT41cおよびダイオード51cの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。第4導体64の他方の第1接合面64aは、第2系統の下側アームを構成するIGBT41dおよびダイオード51dの正極側(それぞれコレクタ、カソード)に接合され、第4導体63は、IGBT41bおよびダイオード51bの正極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第4導体64は、第2系統の交流電極(出力電極)導体を構成している。
第4導体64の上面、ここでは、第2接合面64bと反対側に位置した側面には、溝状の切欠き68が形成されている。この切欠き68は、第4導体64の軸方向に沿って、一端から他端まで延びている。
The fourth conductor 64 is arranged with a gap between the first conductor 61 and the second conductor 62, and further arranged in a line with the third conductor 63 with a gap. One end of the fourth conductor 64 in the axial direction is opposed to one end of the third conductor 63 with a gap, and the other end in the axial direction is aligned with the other end in the axial direction of the first and second conductors 61 and 62. Are arranged.
Two opposing side surfaces of the fourth conductor 64 form two first joint surfaces 64 a, and these first joint surfaces 64 a are the first joint surface 61 a of the first conductor 61 and the first joint of the second conductor 62. The surfaces 62a face each other in parallel. The other side surface orthogonal to the two side surfaces of the fourth conductor 64 forms a second bonding surface 64b. The second joint surface 64 b is located on the same plane as the second joint surfaces 61 b and 62 b of the first and second conductors 61 and 62.
One joint surface 64a of the fourth conductor 64 is joined to the negative side (emitter and anode respectively) of the IGBT 41c and the diode 51c constituting the upper arm of the second system, and the fourth conductor 64 is the negative electrode of the IGBT 41c and the diode 51c. It is electrically and mechanically connected to the side electrode. The other first joint surface 64a of the fourth conductor 64 is joined to the positive side (collector and cathode, respectively) of the IGBT 41d and the diode 51d constituting the lower arm of the second system, and the fourth conductor 63 is composed of the IGBT 41b and the diode. The electrode 51b is electrically and mechanically connected to the positive electrode. Thereby, the 4th conductor 64 comprises the AC electrode (output electrode) conductor of the 2nd system.
A groove-shaped notch 68 is formed on the upper surface of the fourth conductor 64, here, on the side surface opposite to the second bonding surface 64b. The notch 68 extends from one end to the other end along the axial direction of the fourth conductor 64.

上述した各導体の接合面と、IGBTおよびダイオードとの接合は、ハンダあるいは導電性接着剤により行うことができ、また、熱衝撃板を介して接合してもよい。第1ないし第4導体61、62、63、64の材質は、熱伝達の観点からすると銅が望ましいが、加工性や重量などの観点から、アルミニウム等の他金属や、Al−SiC等の金属複合材料を用いることも可能である。   The bonding surfaces of the conductors described above and the IGBT and the diode can be bonded by solder or a conductive adhesive, or may be bonded via a thermal shock plate. The material of the first to fourth conductors 61, 62, 63, 64 is preferably copper from the viewpoint of heat transfer, but from the viewpoint of workability and weight, other metals such as aluminum, metals such as Al-SiC, etc. It is also possible to use composite materials.

冷却平面67は、金属の剛体がなす一主面であり、電力半導体モジュールを構成する電気部品の据え付け面を提供する。冷却平面67には、第1導体61、第2導体62、第3導体63、第4導体64の第2接合面61b、62b、63b、64bがシート状絶縁体66によって接着固定されている。
電気部品が発する熱の放熱経路として機能する冷却平面67は、例えば、銅、アルミニウム等の伝熱性の高い金属により形成されることが好ましい。この放熱パスを通してIGBT、ダイオード、および第1ないし第4導体の熱を電力半導体モジュールの外部に伝熱し、除熱を補助する。
冷却平面67は、第1導体61の第1接合面61a、第2導体62の第1接合面62a、第3導体63の第1接合面63a、および第4導体64の第1接合面64aに対して交差する方向、例えば、直交する方向に延びた被接合面であり、この被接合面において、第1、第2、第3、および第4導体と絶縁体を介して接合されている。このときIGBTおよびダイオードの各半導体素子は、正極側及び負極側の面が冷却平面67の表面に対して非平行となるように配置されることとなる。
なお、冷却平面67をなす放熱板の裏面側は、図示しない熱伝導グリースが塗布され、放熱板は、この熱伝導グリースを介してインバータ装置の図示しない冷却器にネジ止め等により固定される。熱伝導グリースによる組み立てを不要にしたい場合は、放熱板内部に冷却水路を設ける構成としてかまわない。
The cooling plane 67 is one main surface formed by a metal rigid body, and provides a mounting surface for electrical components constituting the power semiconductor module. Second cooling surfaces 61b, 62b, 63b, and 64b of the first conductor 61, the second conductor 62, the third conductor 63, and the fourth conductor 64 are bonded and fixed to the cooling plane 67 by a sheet-like insulator 66.
The cooling plane 67 that functions as a heat dissipation path for heat generated by the electrical components is preferably formed of a metal having high heat conductivity such as copper or aluminum. The heat of the IGBT, the diode, and the first to fourth conductors is transferred to the outside of the power semiconductor module through this heat dissipation path to assist heat removal.
The cooling plane 67 is formed on the first joint surface 61 a of the first conductor 61, the first joint surface 62 a of the second conductor 62, the first joint surface 63 a of the third conductor 63, and the first joint surface 64 a of the fourth conductor 64. A surface to be joined that extends in a direction intersecting with each other, for example, an orthogonal direction, and is joined to the first, second, third, and fourth conductors via an insulator on the surface to be joined. At this time, the semiconductor elements of the IGBT and the diode are arranged so that the surfaces on the positive electrode side and the negative electrode side are not parallel to the surface of the cooling plane 67.
A heat conduction grease (not shown) is applied to the rear surface side of the heat radiating plate forming the cooling plane 67, and the heat radiating plate is fixed to a cooler (not shown) of the inverter device via the heat conduction grease by screws or the like. If assembly with thermal grease is not required, a cooling water channel may be provided inside the heat sink.

絶縁樹脂シート66は、シート状に成形された接着性を有する絶縁体である。絶縁樹脂シート66は、第1ないし第4導体に対して十分に剛性の低い材料であり、例えば、接着性を有するエポキシ樹脂に窒化ホウ素等のセラミックフィラーが分散されたもので構成されている。
絶縁樹脂シート66は、第1乃至第4の導体が冷却平面に対して対向配置される主面をすべて含む領域からさらに拡大する方向に延設されている。すなわち、冷却平面のなす面の法線方向から電力半導体モジュールを見たとき、絶縁樹脂シート66は第1乃至第4の導体を取り囲むように存在している。
The insulating resin sheet 66 is an insulator having adhesiveness formed into a sheet shape. The insulating resin sheet 66 is a material having a sufficiently low rigidity with respect to the first to fourth conductors, and is made of, for example, an epoxy resin having adhesiveness in which a ceramic filler such as boron nitride is dispersed.
The insulating resin sheet 66 extends in a direction that further expands from a region including all the main surfaces on which the first to fourth conductors are arranged to face the cooling plane. That is, when the power semiconductor module is viewed from the normal direction of the surface formed by the cooling plane, the insulating resin sheet 66 exists so as to surround the first to fourth conductors.

図示しない外囲器は、この第1乃至第4の導体を取り囲むように存在している絶縁樹脂シート66を含む領域に対し、第1乃至第4の導体および半導体チップが埋没するように形成される。すなわち、第1乃至第4の導体および半導体チップは外囲器および絶縁樹脂シートに取り囲まれており、露出するところがない。   An envelope (not shown) is formed so that the first to fourth conductors and the semiconductor chip are buried in a region including the insulating resin sheet 66 that exists so as to surround the first to fourth conductors. The That is, the first to fourth conductors and the semiconductor chip are surrounded by the envelope and the insulating resin sheet and are not exposed.

ポッティング樹脂による外囲器の有無により、第1乃至第4の導体で構成される構造体のひずみ量が1/3程度小さくなり、このことにより寿命が温度履歴1000サイクルから8000サイクル程度にまで長くなる。ポッティング樹脂が剥がれると、ひずみ量が大きくなり、温度勾配による応力寿命が短くなるため、冷却器とポッティング樹脂が直接接着しない構造としている。
Depending on the presence or absence of an envelope made of potting resin, the amount of strain of the structure composed of the first to fourth conductors is reduced by about 1/3, and this increases the life from 1000 cycles to 8000 cycles. Become. When the potting resin is peeled off, the amount of strain increases and the stress life due to the temperature gradient is shortened. Therefore, the cooler and the potting resin are not directly bonded.

冷却平面を模擬する金属面を有するせん断試験片に対して、ポッティング樹脂のみ、絶縁樹脂シート+ポッティング、絶縁樹脂シートのみの接着強度についての比較すると、絶縁樹脂シート+ポッティング及び絶縁樹脂シートのみでは、約2.5倍強度が強くなることが分かる。ポッティング樹脂のみでは接着強度が低いため。外囲器が固定されていない状態となり、内部構造物の温度履歴による変形に起因するひずみが抑制できない状態となる。このため、ポッティング樹脂を直接冷却平面に接合しない構造とする必要がある。
本実施形態の電力半導体モジュールにおいては、絶縁樹脂シートの面積を十分広くし、絶縁樹脂シートとポッティング樹脂との接合界面で内部構造物を囲う構造とした。
For the shear test piece having a metal surface that simulates the cooling plane, when comparing the potting resin only, the insulating resin sheet + potting, and the adhesive strength of only the insulating resin sheet, the insulating resin sheet + potting and the insulating resin sheet alone It can be seen that the intensity is about 2.5 times stronger. Because potting resin alone has low adhesive strength. The envelope is not fixed, and the strain due to the deformation due to the temperature history of the internal structure cannot be suppressed. For this reason, it is necessary to have a structure in which the potting resin is not directly joined to the cooling plane.
In the power semiconductor module of this embodiment, the area of the insulating resin sheet is sufficiently wide, and the internal structure is surrounded by the bonding interface between the insulating resin sheet and the potting resin.

ここでフィラー充填率と接着力の関係について説明する。冷却器67と接着される第1の絶縁樹脂シート101のフィラー充填率を小さくすると、冷却器67との界面接着力が上昇する。これはフィラー充填率を小さくすることで、接着の成分であるエポキシ樹脂量が増えることで界面接着力が上昇することを示す。しかし、フィラーの充填率を下げると熱抵抗が増大するため、フィラーの配合率を決定することが極めて難しい。
そこで本実施形態の絶縁樹脂シートは 前記熱硬化性樹脂シートの表面側のフィラーの密度よりも、内部側のフィラーの密度の方が高い密度構成の絶縁樹脂シートを用いている。
Here, the relationship between the filler filling rate and the adhesive force will be described. When the filler filling rate of the first insulating resin sheet 101 bonded to the cooler 67 is decreased, the interface adhesive force with the cooler 67 is increased. This indicates that by reducing the filler filling rate, the amount of epoxy resin, which is a component of adhesion, increases, so that the interfacial adhesive force increases. However, if the filler filling rate is lowered, the thermal resistance increases, so it is extremely difficult to determine the filler blending rate.
Therefore, the insulating resin sheet of the present embodiment uses an insulating resin sheet having a density configuration in which the density of the filler on the inner side is higher than the density of the filler on the surface side of the thermosetting resin sheet.

この密度構成の実現のため、表面と裏面で異なるフィラー充填率の絶縁樹脂シートを積層する構成とし、かつ、比較的フィラー充填率の低い面を金属面と対向させて配置するようにし、比較的フィラー充填率の高い表面同士を対向させて加圧融着する構成とした。
冷却平面67と対向して接着される第1の絶縁樹脂シート101の表面となる第1層を比較的フィラー充填率の低いものとして接着性を高め、この第1の絶縁樹脂シート101の第2の絶縁樹脂シート102と接着される表面となる第2層を第1層よりもフィラー充填率を大きくする構成とした。
また同様に第1ないし第4導体61、62、63、64と接着される第2の絶縁樹脂シート102の表面となる第2層をフィラー充填率の低いものとし、第1の絶縁樹脂シート101と接着される表面となる第1の層を第2の層よりもフィラー充填率の大きいものとしている。
In order to realize this density configuration, a configuration in which insulating resin sheets having different filler filling rates are laminated on the front surface and the back surface, and a surface with a relatively low filler filling rate are arranged facing the metal surface, It was set as the structure which pressurizes and fuse | melts the surfaces with a high filler filling rate facing each other.
The first layer that is the surface of the first insulating resin sheet 101 that is bonded to face the cooling plane 67 is made to have a relatively low filler filling rate to enhance the adhesion, and the second layer of the first insulating resin sheet 101 is increased. The second layer serving as the surface to be bonded to the insulating resin sheet 102 is configured to have a larger filler filling rate than the first layer.
Similarly, the second insulating resin sheet 102 to be bonded to the first to fourth conductors 61, 62, 63, 64 has a low filler filling rate, and the first insulating resin sheet 101 The first layer serving as the surface to be bonded is made larger in filler filling rate than the second layer.

冷却表面67と接着される第1の絶縁樹脂シート101のサイズを冷却表面を構成する冷却板と同一程度のサイズとしているので、冷却表面67は第1の絶縁樹脂シート101で覆われている。よってポッティング樹脂は絶縁樹脂シートのみと接着される構造となっている。
これにより第1ないし第4導体61、62、63、64と接着力を向上させ、かつ接着強度が高まった表面で外囲器を強固に固定する構成となっているので、封止されている構造物のひずみを抑制し続けることが可能となっている。
Since the size of the first insulating resin sheet 101 bonded to the cooling surface 67 is the same size as the cooling plate constituting the cooling surface, the cooling surface 67 is covered with the first insulating resin sheet 101. Therefore, the potting resin is structured to be bonded only to the insulating resin sheet.
As a result, the first and fourth conductors 61, 62, 63, and 64 are improved in adhesive force, and the envelope is firmly fixed on the surface having increased adhesive strength, so that it is sealed. It is possible to continue suppressing the distortion of the structure.

第1ないし第4導体61、62、63、64と第1の絶縁樹脂シート101、第2の絶縁樹脂シート102と冷却器67は、互いに加圧加熱のもとで接着されている。その工程について説明する。   The first to fourth conductors 61, 62, 63, 64, the first insulating resin sheet 101, the second insulating resin sheet 102, and the cooler 67 are bonded to each other under pressure and heating. The process will be described.

まず第1の絶縁樹脂シート101を最低溶融粘度近傍で被接着面に接着する。   First, the first insulating resin sheet 101 is bonded to the adherend surface in the vicinity of the minimum melt viscosity.

次に、この第1の絶縁樹脂シート101上に、第2の絶縁樹脂シート102を載せ、さらに第2の絶縁樹脂シート102上に第1ないし第4導体61、62、63、64と半導体チップとが接合されている組立構造物を載せ、加圧して接着する。この際、第2の絶縁樹脂シート102の大きさは、組立構造物の外形とほぼ同じか、多少はみ出る程度の大きさにしておく。組立構造物より小さくてもよいが、組立構造物からの放熱効率が低下するため、製品の仕様に応じて設定する。
また、第2の絶縁樹脂シート102の外周縁は、すべて第1の絶縁樹脂シート101の接着表面内に収まるように設定する。すなわち、第2の絶縁樹脂シートの外周縁が、第1の絶縁樹脂シートに取り囲まれるように、重ねあわされる。
Next, the second insulating resin sheet 102 is placed on the first insulating resin sheet 101, and the first to fourth conductors 61, 62, 63, 64 and the semiconductor chip are further mounted on the second insulating resin sheet 102. The assembly structure to which is attached is mounted and pressed to adhere. At this time, the size of the second insulating resin sheet 102 is set to be approximately the same as the outer shape of the assembly structure or a size that protrudes somewhat. Although it may be smaller than the assembly structure, the heat radiation efficiency from the assembly structure is lowered, so it is set according to the product specifications.
Further, the outer peripheral edge of the second insulating resin sheet 102 is set so as to be all within the bonding surface of the first insulating resin sheet 101. That is, the outer peripheral edge of the second insulating resin sheet is overlapped so as to be surrounded by the first insulating resin sheet.

次に、ポッティング樹脂を露出した絶縁樹脂シートを含んで第1乃至第4の導体が埋没するまで注入し、加温することで、ポッティング樹脂、第1の樹脂シート101及び第2の樹脂シート102を熱硬化させる。   Next, the potting resin, including the exposed insulating resin sheet, is injected until the first to fourth conductors are buried and heated, so that the potting resin, the first resin sheet 101, and the second resin sheet 102 are heated. Heat cure.

これにより、第1ないし第4導体61、62、63、64と対向していない領域の樹脂シートにおいて、加圧加熱接着されない状態であっても耐圧性能を向上させることができる。
これは、まず第1の絶縁樹脂シートを最低溶融粘度近傍で加熱加圧圧着することで、第1の絶縁樹脂シート初期からあるボイドを潰して、シート外へ除去できるとともに、内部のフィラー充填材をより緻密に配向することができるためと考えられる。
Thereby, in the resin sheet in the region not facing the first to fourth conductors 61, 62, 63, 64, the pressure resistance performance can be improved even if the resin sheet is not pressure-heat bonded.
This is because the first insulating resin sheet is first heated and pressure-bonded in the vicinity of the minimum melt viscosity, so that voids from the initial stage of the first insulating resin sheet can be crushed and removed outside the sheet, and the filler filler inside This is thought to be because the can be more precisely oriented.

第1の絶縁樹脂シートを先に加熱加圧圧着することで、冷却器67全体に均等な貼り付けた状態にすることができ、この上に載置される導電性熱伝導体や外囲器の固定が安定するとともに、耐圧性能の向上が可能となる。
第1ないし第4導体61、62、63、64と組立構造物により加圧を受ける領域に限定された大きさの第2の絶縁樹脂シート102とを同時に加熱加圧圧着することで、加圧が受けられなかった樹脂シート内に発生した除去できないボイドも表れることがない。したがって、耐圧を低下させることなく、第1ないし第4導体61、62、63、64と冷却器67を絶縁樹脂シートによって完全に接着することが可能となる。
The first insulating resin sheet can be heated and pressure-bonded first, so that it can be put evenly on the entire cooler 67, and a conductive heat conductor or envelope placed thereon. As a result, the pressure resistance can be improved.
The first to fourth conductors 61, 62, 63, 64 and the second insulating resin sheet 102 having a size limited to the area to be pressurized by the assembly structure are heated and pressure-bonded at the same time. The voids that could not be removed generated in the resin sheet that could not be received did not appear. Therefore, it is possible to completely bond the first to fourth conductors 61, 62, 63, 64 and the cooler 67 with the insulating resin sheet without reducing the withstand voltage.

以上説明したように、本実施形態の電力用半導体モジュールによれば、冷却器67とポッティング樹脂を第1の絶縁樹脂シート101を介して接着することで、ポッティング樹脂の接着力を向上させ、剥がれによるひずみ量増加、温度勾配の寿命を下げることはない、また第1ないし第4導体61、62、63、64と冷却器67に接着される層のフィラー充填率を小さくすることで、接着力を向上することが可能となり、接着力を保持し冷却効率を低下させることなく、長期信頼性が確保できる。   As described above, according to the power semiconductor module of the present embodiment, the cooler 67 and the potting resin are bonded via the first insulating resin sheet 101, thereby improving the adhesive strength of the potting resin and peeling off. By increasing the amount of strain caused by the above, the life of the temperature gradient is not lowered, and the filler filling rate of the layer bonded to the first to fourth conductors 61, 62, 63, 64 and the cooler 67 is reduced to reduce the adhesive strength. Thus, long-term reliability can be ensured without maintaining the adhesive force and reducing the cooling efficiency.

また、第1の絶縁樹脂シート101を先に最低溶融粘度で加圧加熱圧着して、その上から組立構造物の接着固定に必要な領域について他の絶縁樹脂シートを改めて積層させて圧着する構成としたので、重量物である組立構造体の接着固定性確保のために厚い樹脂シートを用いて圧着するときに問題となる樹脂シート内部から生じるシート端部のボイドの発生や、初めから樹脂シート内に含まれている初期ボイドによる耐圧低下などを回避しつつも、熱歪による接着界面近傍の疲労に対して信頼性の高い電力用半導体モジュールを提供することが可能となる。   In addition, the first insulating resin sheet 101 is first heated and pressure-bonded at the minimum melt viscosity, and another insulating resin sheet is laminated again on the region necessary for bonding and fixing the assembly structure, and then bonded. Therefore, the occurrence of voids at the end of the sheet generated from the inside of the resin sheet, which is a problem when crimping using a thick resin sheet to secure the adhesion and fixation of the assembly structure, which is a heavy object, and the resin sheet from the beginning It is possible to provide a power semiconductor module with high reliability against fatigue near the adhesive interface due to thermal strain while avoiding a decrease in breakdown voltage due to an initial void contained therein.

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。構成要素を追加したり複数つなぎ合わせるなど、適宜組み合わせてもよい。
したがって、たとえば導電性熱伝導体については、実施形態では電流要領や放熱性、加工性などを考慮して直方体のブロックを使用しているが、設計の都合によっては板を段状に折り曲げて形成したような形状の部材であってもよいし、半導体チップの主面の向きは、非接合面に対して平行であっても非平行であってもかまわない。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. You may combine suitably, such as adding a component or connecting two or more.
Therefore, for example, for the conductive heat conductor, in the embodiment, a rectangular block is used in consideration of the current procedure, heat dissipation, workability, etc., but it is formed by bending the plate stepwise depending on the design convenience Such a member may be used, and the orientation of the main surface of the semiconductor chip may be parallel or non-parallel to the non-joint surface.

上述した各実施形態において、スイッチング素子としてIGBTを用いた構成としたが、他の種類のトランジスタやサイリスタなどを用いた構成としてもよい。各実施形態において、IGBT及びダイオードを実装する個数は、必要に応じて増減可能である。半導体素子は、半導体電力変換装置を適用する対象物(例えば、電気自動車)の目的や用途などにより適宜変更し、最適な電力容量等を選ぶことができる。半導体電力変換装置は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ装置に限定されることなく、直流電力を単相交流電力に変換するインバータ装置にも適用することできる。   In each of the above-described embodiments, the IGBT is used as the switching element. However, another type of transistor, thyristor, or the like may be used. In each embodiment, the number of mounting IGBTs and diodes can be increased or decreased as necessary. The semiconductor element can be appropriately changed depending on the purpose and application of an object (for example, an electric vehicle) to which the semiconductor power conversion device is applied, and an optimal power capacity or the like can be selected. The semiconductor power conversion device is not limited to an inverter device that converts DC power into three-phase AC power, but can also be applied to an inverter device that converts DC power into single-phase AC power.

10…インバータ装置、12、14…モータ、
16、18、20…電力半導体モジュール、22…バッテリ、24…コンデンサ、
32…制御ユニット、34…駆動基板、
41a〜41d…IGBT、51a〜51d…ダイオード、61…第1導体、
62…第2導体、63…第3導体、64…第4導体、
67…放熱板、68…切欠き、71…正極直流出力端子、
72…負極直流出力端子、73…第1交流出力端子、74…第2交流出力端子、
78a、78b、78c、78d…エミッタセンス端子、
101…第1の絶縁樹脂シート、102…第2の絶縁樹脂シート
10: Inverter device, 12, 14 ... Motor,
16, 18, 20 ... power semiconductor module, 22 ... battery, 24 ... capacitor,
32 ... Control unit, 34 ... Drive board,
41a-41d ... IGBT, 51a-51d ... diode, 61 ... first conductor,
62 ... 2nd conductor, 63 ... 3rd conductor, 64 ... 4th conductor,
67 ... Radiating plate, 68 ... Notch, 71 ... Positive electrode DC output terminal,
72 ... Negative DC output terminal, 73 ... First AC output terminal, 74 ... Second AC output terminal,
78a, 78b, 78c, 78d ... emitter sense terminals,
101 ... 1st insulating resin sheet, 102 ... 2nd insulating resin sheet

Claims (4)

半導体チップと、
この半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて、前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体と、
一方の主面が前記一対の導電性熱伝導体と前記一対の導電性熱伝導体の間の半導体装置を覆うように、前記一対の導電性熱伝導体に接着されている、絶縁性のフィラーが内部に分散された絶縁性の熱硬化性樹脂シートと、
前記熱硬化性樹脂シートの前記一方の主面との接合界面が前記一対の導電性熱伝導体を囲ように形成され、前記半導体チップを封止している絶縁性の硬化樹脂による外囲器と、を具備しており、
前記熱硬化性樹脂シートのうち、前記導電ブロックと接合されている領域について、表面側のフィラーの密度よりも、厚み方向に内部側のフィラーの密度の方が高いことを特徴とする電力半導体モジュール。
A semiconductor chip;
A pair of conductive thermal conductors disposed opposite to each of the main surfaces of the semiconductor chip and electrically and mechanically connected to the semiconductor chip;
Insulating filler bonded to the pair of conductive heat conductors so that one main surface covers the semiconductor device between the pair of conductive heat conductors and the pair of conductive heat conductors An insulating thermosetting resin sheet dispersed inside,
An envelope made of an insulating curable resin that is formed so that a bonding interface with the one main surface of the thermosetting resin sheet surrounds the pair of conductive heat conductors, and seals the semiconductor chip. And,
Of the thermosetting resin sheet, the power semiconductor module is characterized in that the density of the filler on the inner side in the thickness direction is higher than the density of the filler on the surface side in the region bonded to the conductive block. .
前記導電ブロックと接合されていない領域について、前記導電ブロックが接合されている側の面のフィラーの密度よりも、裏面側のフィラーの密度のほうが低いことを特徴とする請求項1記載の電力半導体モジュール。   2. The power semiconductor according to claim 1, wherein the density of the filler on the back surface side is lower than the density of the filler on the surface on which the conductive block is bonded in a region not bonded to the conductive block. module. 被接合面上に配置された、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第1の熱硬化性シートを、前記熱硬化性樹脂の最低溶融温度近傍において加圧して、前記被接合面と前記第1の熱硬化性シートとを接着する工程と、
接着された前記第1の熱硬化性シート上に、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第2の熱硬化性シートを配置し、この第2の熱硬化性シート上に、半導体チップとこの半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体とを配置し、前記導電ブロック越しに加圧して、前記第1の熱硬化性シートと前記第2の熱硬化性シートと前記導電ブロックとを積層状態で接着する工程と、
前記一対の導電性熱伝導体を含むように熱硬化性樹脂を載せ、加熱硬化させることにより外囲器を形成して前記半導体チップおよび前記導電性熱伝導体を封止し、前記外囲器と前記絶縁シートとを接着する工程と、
を具備することを特徴とする電力半導体モジュールの製造方法。
A first thermosetting sheet formed in a sheet shape by a thermosetting resin in which a filler made of an insulating material is dispersed is placed on the surface to be joined, and is applied in the vicinity of the minimum melting temperature of the thermosetting resin. Pressure and bonding the bonded surface and the first thermosetting sheet;
On the bonded first thermosetting sheet, a second thermosetting sheet formed in a sheet shape by a thermosetting resin in which a filler made of an insulating material is dispersed is disposed. On the curable sheet, a semiconductor chip and a pair of conductive heat conductors arranged to face each of the main surfaces of the semiconductor chip and electrically and mechanically connected to the semiconductor chip are arranged, and the conductive Pressing through a block and bonding the first thermosetting sheet, the second thermosetting sheet and the conductive block in a laminated state;
An envelope is formed by placing a thermosetting resin so as to include the pair of conductive heat conductors and then heat-curing to seal the semiconductor chip and the conductive heat conductor, and the envelope Bonding the insulating sheet to the insulating sheet;
A method for manufacturing a power semiconductor module, comprising:
請求項1または2に記載の電力半導体モジュールと、
前記半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記半導体装置を制御する制御回路と
を具備する半導体電力変換装置。
The power semiconductor module according to claim 1 or 2,
A drive circuit for driving the semiconductor device;
A semiconductor power conversion device comprising: a control circuit for controlling the semiconductor device.
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