JP2014187149A - Power module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーモジュールに関し、さらに詳細には、パワー半導体素子から発生される熱を放熱する放熱部を備えるパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a power module, and more particularly, to a power module including a heat radiating portion that radiates heat generated from a power semiconductor element.
パワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールを、表裏両面に放熱部が設けられた金属製ケース内に収納する構造のパワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される電力変換装置として用いられる。
パワー半導体モジュールはパワー半導体素子を含んでおり、パワー半導体素子の一面に設けられた第1の電極が第1の導体板に接続され、パワー半導体素子の他面に設けられた第2の電極が第2の導体板に接続された構造を有する。第2の導体板は一部が第1の導体板の一側縁より外方に延出されており、この延出された領域は、封止樹脂により覆われている。
There is known a power module having a structure in which a power semiconductor module having a power semiconductor element is housed in a metal case provided with a heat radiating portion on both front and back surfaces. The power module is used as a power conversion device mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
The power semiconductor module includes a power semiconductor element, the first electrode provided on one surface of the power semiconductor element is connected to the first conductor plate, and the second electrode provided on the other surface of the power semiconductor element is It has a structure connected to the second conductor plate. A part of the second conductor plate extends outward from one side edge of the first conductor plate, and the extended region is covered with a sealing resin.
第1、第2の導体板は金属で形成されており、第2の導体板は、パワー半導体素子の第2の電極に接続されるリード端子の機能を有する。また、第1の導体板は、ボンディングワイヤにより、リード端子を介してパワー半導体素子の第1の電極に接続される。リード端子の一部は、封止樹脂により覆われている。
パワーモジュールは、金属製ケース内にパワー半導体モジュールを収納し、表裏両面の放熱部をパワー半導体モジュール側に加圧して形成される。放熱部を加圧することにより、第1の導体板および第2の導体板と各放熱部との熱伝導が良好となり、放熱性が向上する(例えば、特許文献1参照)。
The first and second conductor plates are made of metal, and the second conductor plate functions as a lead terminal connected to the second electrode of the power semiconductor element. The first conductor plate is connected to the first electrode of the power semiconductor element via a lead terminal by a bonding wire. A part of the lead terminal is covered with a sealing resin.
The power module is formed by housing the power semiconductor module in a metal case and pressurizing the heat dissipating parts on both the front and back surfaces to the power semiconductor module side. By pressurizing the heat dissipating part, heat conduction between the first conductor plate and the second conductor plate and each heat dissipating part is improved, and heat dissipating property is improved (for example, see Patent Document 1).
上記引用文献1に記載されたパワーモジュールでは、第2の導体板の一側部の領域の対向面側には第1の導体板は延出されておらず、対向側に放熱部との間には封止樹脂のみが設けられている。封止樹脂は、第1の導体板の材料である金属と比較すると弾性率が小さい。
このため、放熱部を加圧して第1、第2の導体板に押し付ける作業において、第2の導体板における、第1の導体板の一側縁より外部に延出された領域は、押付け力が伝達され難い領域となる。放熱部と第2の導体板との押付け力が不十分な領域が生じると、全体の放熱特性が低下するので、これを回避するために作業時間が長くかかり、作業性が悪い。
In the power module described in the above cited reference 1, the first conductor plate is not extended on the opposite surface side of the region on the one side portion of the second conductor plate, and between the heat radiating portion on the opposite side. Is provided only with a sealing resin. The sealing resin has a smaller elastic modulus than the metal that is the material of the first conductor plate.
For this reason, in the operation of pressurizing the heat radiating portion and pressing it against the first and second conductor plates, the region of the second conductor plate that extends outward from one side edge of the first conductor plate has a pressing force. Becomes an area where it is difficult to transmit. If a region where the pressing force between the heat radiating portion and the second conductor plate is insufficient is generated, the entire heat radiating characteristic is lowered. Therefore, it takes a long time to avoid this, and the workability is poor.
本発明のパワーモジュールは、一面に第1の電極、他面に第2の電極を有するパワー半導体素子と、パワー半導体素子の一面に接合された第1の導体板と、パワー半導体素子の他面に接合された第2の導体板と、パワー半導体素子、第1の導体板、第2の導体板を挿入する挿入口と、第1の導体板に熱伝導可能な第1の放熱部と、第2の導体板に熱伝導可能な第2の放熱部とを有し、パワー半導体素子、第1の導体板、第2の導体板を収納する金属製ケースと、金属製ケース内に収納され、パワー半導体素子、第1の導体板、第2の導体板の外周を囲む封止樹脂と、を備え、第2の導体板の一部は第1の導体板の一側縁より外方に延出され、封止樹脂は、第2の導体板の延出された領域を覆う部分を有し、封止樹脂における第2の導体板の延出された領域を覆う部分に、第1の放熱板側に突き出す突起が配設されている。 The power module of the present invention includes a power semiconductor element having a first electrode on one side and a second electrode on the other side, a first conductor plate bonded to one side of the power semiconductor element, and the other side of the power semiconductor element. A second conductive plate joined to the power semiconductor element, a power semiconductor element, a first conductive plate, an insertion port for inserting the second conductive plate, a first heat radiating portion capable of conducting heat to the first conductive plate, A second heat radiating portion capable of conducting heat to the second conductor plate, and a metal case housing the power semiconductor element, the first conductor plate, and the second conductor plate, and housed in the metal case. , A power semiconductor element, a first conductor plate, and a sealing resin surrounding an outer periphery of the second conductor plate, and a part of the second conductor plate is outward from one side edge of the first conductor plate. The sealing resin has a portion that covers the extended region of the second conductive plate, and the second conductive plate extends in the sealing resin. A portion covering the area that is, protrusions protruding in the first heat radiating plate side is disposed.
本発明によれば、第2の導体板における、第1の導体板の一側縁から外方に延出された領域には、突起のみまたは突起と封止樹脂を介して押付け力が伝達される。従って、封止樹脂のみを介して伝達される場合に比し、押付け力が向上し、これに伴い、作業性を向上することができる。 According to the present invention, the pressing force is transmitted to the region of the second conductor plate extending outward from one side edge of the first conductor plate only through the protrusion or the protrusion and the sealing resin. The Accordingly, the pressing force is improved as compared with the case where the pressure is transmitted only through the sealing resin, and accordingly, workability can be improved.
以下、図を参照して、本発明に係るパワーモジュールの一実施の形態を説明する。
--実施形態1--
[パワーモジュールの概要]
ハイブリッド自動車や電気自動車には、モータを駆動する電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、電池から供給された直流電力を交流電力に変換してモータを駆動し、また、逆にモータで回生した交流電力を直流電力に変換し蓄電装置に蓄電する。
電力変換装置は、パワー半導体素子を有するパワーモジュールを備え、高い出力を得るため高電圧で、半導体素子のオン・オフ動作を制御してモータを駆動する。
オン・オフ動作に伴って、半導体素子から発生される発熱量は大きいため、パワーモジュールは、放熱性能の高い構造であることが要求される。
Hereinafter, an embodiment of a power module according to the present invention will be described with reference to the drawings.
--Embodiment 1--
[Outline of power module]
A hybrid vehicle or an electric vehicle is equipped with a power conversion device that drives a motor. The power conversion device converts the DC power supplied from the battery into AC power to drive the motor, and conversely converts the AC power regenerated by the motor into DC power and stores it in the power storage device.
The power converter includes a power module having a power semiconductor element, and drives the motor by controlling the on / off operation of the semiconductor element at a high voltage to obtain a high output.
Along with the on / off operation, the amount of heat generated from the semiconductor element is large. Therefore, the power module is required to have a structure with high heat dissipation performance.
[パワーモジュール全体構造]
図1〜図12は、本発明のパワーモジュールの実施形態1に係る図である。
図1は、本発明に係る一実施の形態としてのパワーモジュールの外観斜視図であり、図2は、図1のII−II線断面図である。
パワーモジュール100は、スイッチング素子を含みトランスファーモールドされたパワー半導体モジュール30(図3、4参照)を、CAN冷却器である金属製ケース40内に収納したものである。パワーモジュール100は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される電力変換装置に用いられる。
ここで、CAN型冷却器とは、一面に挿入口17を、他面に底部を有する筒形状をした冷却器である。金属製ケース40は、電気伝導性を有する部材、例えばCu、Cu合金、Cu−C、Cu−CuOなどの複合材、あるいはAl、Al合金、AlSiC、Al−Cなどの複合材などから形成されている。
[Overall structure of power module]
FIGS. 1-12 is a figure which concerns on Embodiment 1 of the power module of this invention.
FIG. 1 is an external perspective view of a power module as an embodiment according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
The
Here, the CAN type cooler is a cylindrical cooler having an
金属製ケース40は、一側部に設けられた挿入口17以外に開口を有していない有底の薄型缶形状に一体成型により形成されており、挿入口17の周囲にはフランジ11が設けられている。扁平状ケースの面積の広い対向する2つの面の一方には放熱部41aが設けられ、他方の面には放熱部41b(図2参照)が設けられている。放熱部41aおよび放熱部41bは金属製ケース40の放熱壁として機能するものであり、それらの外側の側面には複数の放熱用フィン42がマトリクス状に配列されている。
The
放熱部41aおよび放熱部41bを囲む周囲の領域は、厚さが薄く容易に塑性変形可能な湾曲部44となっている。湾曲部44を薄くすることで、パワーモジュール100の製造工程で放熱部41aおよび放熱部41bをケース内側方向に加圧した際に、容易に変形することができる。なお、金属製ケース40の形状は、正確な直方体である必要がなく、角部が曲面に形成されていても良い。
また、鍛造等により複数の放熱用フィン42を放熱部41aまたは放熱部41bと一体に成型し、放熱部41aおよび放熱部41bに対応する開口が形成されたケース本体に、溶接など防水性の高い接合法で一体化して、金属製ケース40を形成してもよい。
The surrounding area surrounding the
Further, a plurality of
金属製ケース40内には、パワー半導体モジュール30が収納されている。パワー半導体モジュール30は、パワー半導体素子31U、31L、ダイオード32U、32L、導体板33〜36および第1封止樹脂6を含んでいる。パワー半導体モジュール30の外周には、第1封止樹脂6を囲んで第2封止樹脂12が充填されている。パワー半導体モジュール30と各放熱部41a、41bとの間には熱伝導性の絶縁層51が介装されている。
詳細は後述するが、パワー半導体素子31のゲート電極81(図5参照)は、ワイヤ2によりリード端子(電極端子)24U、24Lに接続されている。導体板33〜36は金属製であり、導体板35、36には、それぞれ、直流正極端子35aおよび交流出力端子36aが一体化されている。導体板35、36(第2の導体板)のそれぞれは、導体板33、34(第1の導体板)より大きい面積を有し、その一部は、導体板33、34の一側縁kよりも外方、すなわち挿入口17側に向けて外方に延出されている。導体板35、36における導体板33、34が対向しない延出領域には突起71が形成されており、この領域は、ワイヤ2と共に第1封止樹脂6により覆われている。
以下に、パワー半導体モジュール30の詳細について説明する。
The
As will be described in detail later, the gate electrode 81 (see FIG. 5) of the power semiconductor element 31 is connected to the lead terminals (electrode terminals) 24U and 24L by the
Details of the
[パワー半導体モジュール]
図3は、パワー半導体モジュールの表面側の外観斜視図であり、図4は、パワー半導体モジュールの裏面側の外観斜視図であり、図5は、図4における封止樹脂を除去した状態の斜視図である。
パワー半導体モジュール30の表面側には、直流正極側の導体板35と交流出力側の導体板36とが同一平面上に配置されている。パワー半導体モジュール30の第1封止樹脂6は、図3に図示されるように、パワー半導体モジュール30の表面側において、導体板35の上面35bと導体板36の上面36bを露出して、導体板35および36の周囲全体を被覆している。第1封止樹脂6の表面は、導体板35の上面35bおよび導体板36の上面36bと面一となっている。
[Power semiconductor module]
3 is an external perspective view of the front surface side of the power semiconductor module, FIG. 4 is an external perspective view of the back surface side of the power semiconductor module, and FIG. 5 is a perspective view in a state where the sealing resin in FIG. 4 is removed. FIG.
On the surface side of the
同様に、パワー半導体モジュール30の裏面側には、交流出力側の導体板33(第1の導体板)と直流負極側の導体板(第1の導体板)34とが同一平面上に配置されている。第1封止樹脂6は、パワー半導体モジュール30の裏表面側において、図4に図示されるように、導体板33の上面33bと導体板34の上面34bを露出して、導体板33および34の周囲全体を被覆している。第1封止樹脂6の表面は、導体板33の上面33bおよび導体板34の上面34bと面一となっている。導体板33〜36は、例えば、アルミニウムにより形成されている。
Similarly, on the back surface side of the
パワー半導体素子31U、31Lは、一面側が半田61を介して導体板35、36に接合され、他面側が半田61を介して導体板33、34に接合されている(図2参照)。図示はしないが、ダイオード32U、32Lは、同様に、一面側が半田61を介して導体板35、36に接合され、他面側が半田61を介して導体板33、34に接合されている。
図7は、パワー半導体モジュール30に内蔵された回路の一実施の形態を示す回路図であり、以下の説明では、この回路図も合わせて参照する。
パワー半導体素子31U、ダイオード32U、パワー半導体素子31L、ダイオード32Lは、上下アーム直列回路121を構成する。
直流正極側の導体板35には、直流正極端子35aが一体成型され、交流出力側の導体板36には、交流出力端子36aが一体成型されている。また、直流正極側の導体板35にはパワー半導体素子31Uおよびダイオード32Uが接合され、これらの素子により上アーム回路を構成しており、パワー半導体素子31Uの入出力部は、複数の信号端子24U(リード端子)とワイヤ2(図5参照)により接続されている。
また、交流出力側の導体板36には、パワー半導体素子31Lおよびダイオード32Lが接合され下アーム回路を構成しており、パワー半導体素子31Lの入出力部は、複数の信号端子24L(リード端子)がワイヤ2により接続されている。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an embodiment of a circuit built in the
The
A DC
A
図5、図6に図示されるように、導体板35、導体板33、直流正極端子35a、信号端子24U、パワー半導体素子31Uおよびダイオード32Uは、パワー半導体ユニット10Aを構成する。また、導体板36、導体板34、交流出力端子36a、信号端子24L、パワー半導体素子31Lおよびダイオード32Lは、パワー半導体ユニット10Bを構成する。
図5に図示されるように、導体板33は下端部側に導体板34側に張り出す張出部33cを有し、導体板34は上部側に導体板33側に張り出す張出部34cを有する。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
As shown in FIG. 5, the
図6(a)は、図5におけるVIa−VIa線断面図であり、図6(b)は、図5におけるVIb−VIb 線断面図である。
図6(a)に図示されるように、導体板33の張出部33cと導体板36との間には接続部材38が配置され、接続部材38の両面は、半田62により、それぞれ張出部33c、導体板36に接合されている。また、図6(b)に図示されるように、導体板34の張出部34cと導体板36とは半田63により電気的に接続されている。これにより、図7に図示されるように、導体板33と導体板36とが接続され、また、導体板36が導体板34に接続された回路が構成される。
6A is a cross-sectional view taken along line VIa-VIa in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line VIb-VIb in FIG.
As shown in FIG. 6A, a connecting
パワー半導体素子31U、31Lおよびダイオード32U、32Lは、板状の扁平構造であり、一面および他面に、ほぼ全面を占める電極が形成されている。
パワー半導体素子31U、31Lの一面には、全面に亘り、不図示のコレクタ電極が形成され、このコレクタ電極が、上述した如く、導体板35または36に半田61により接合されている。図5に図示されるように、パワー半導体素子31U、31Lの他面には、複数のゲート電極81と、1つのエミッタ電極82が形成されている。エミッタ電極82は、ほぼ全面に近いほどの大面積を占めており、このエミッタ電極82が、上述した如く、導体板33または34に半田61により接合されている。通常、パワー半導体素子31U、31Lは、導体板35と33との間、または導体板36と34との間に、複数個が並列に配列され、1個のパワー半導体素子の機能を果たす。エミッタ電極82は、大面積の1個の電極として図示されているが、複数の電極に分離してもよい。パワー半導体素子31Uのゲート電極81と信号端子24Uとは、ワイヤボンディング法を用いてワイヤ2により接続される。同様に、パワー半導体素子31Lのゲート電極81と信号端子24Lとは、ワイヤボンディング法を用いてワイヤ2により接続される。
The
A collector electrode (not shown) is formed on one surface of the
図示はしないが、ダイオード32U、32Lの一面には、全面に亘り、カソード電極が形成されており、他面には、ほぼ全面に亘り、アノード電極が形成されている。上述した如く、ダイオード32U、32Lのカソード電極が導体板35または36に、またアノード電極が導体板33または34に、半田61により接合されている。
パワー半導体素子31U、31Lのコレクタ電極、エミッタ電極82、ゲート電極81、およびダイオード32U、32Lのカソード電極、アノード電極は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどにより形成され、表面に、錫、金、銀、ニッケル等の鍍金が施されている。
Although not shown, a cathode electrode is formed over one surface of the
The collector electrodes of the
導体板35には、パワー半導体素子31Uのゲート電極81と信号端子24Uを接続するワイヤ2を挟む両側に突起71が形成されている。同様に、導体板36には、パワー半導体素子31Lのゲート電極81と信号端子24Lを接続するワイヤ2を挟む両側に突起71が形成されている。各突起71は、鍛造法等により導体板35または導体板36と一体成型される。
On the
パワー半導体モジュール30は、パワー半導体ユニット10A、10Bそれぞれの突起71およびワイヤ2を覆って第1封止樹脂6で封止した構造を有する。
次に、パワーモジュール100の製造方法を説明する。
The
Next, a method for manufacturing the
[パワーモジュールの製造方法]
図8〜図10は、パワーモジュール100の製造方法を説明するための図である。
まず、図8に図示されるように、パワー半導体モジュール30を作製する。
パワー半導体素子31U、31Lのコレクタ電極およびダイオード32U、32Lのアノード電極を半田61により、導体板35または36に接合する。また、パワー半導体素子31U、31Lのエミッタ電極82およびダイオード32U、32Lのカソード電極を半田61により、導体板33または34に接合する。
[Power Module Manufacturing Method]
8-10 is a figure for demonstrating the manufacturing method of the
First, as illustrated in FIG. 8, the
The collector electrodes of the
複数の信号端子24Uを、それぞれ、パワー半導体素子31Uのゲート電極81にワイヤボンディングし、同様に、複数の信号端子24Lを、それぞれ、パワー半導体素子31Lのゲート電極81にワイヤボンディングする。そして、トランスファーモールド法等を用いて、第1封止樹脂6により、パワー半導体素子31U、31L、ダイオード32U、32Lおよび導体板33〜36の外周を第1封止樹脂6により封止する。第1封止樹脂6は、すべてのワイヤ2および突起71を覆うように形成する。これにより、パワー半導体モジュール30が形成される。
The plurality of
パワー半導体モジュール30の表裏両面に、絶縁層51を形成する。絶縁層51は、熱伝導性の絶縁シートを貼り付ける方法、絶縁層を印刷、塗布等により成膜する方法等により形成することができる。
Insulating
図9に図示されるように、表裏両面に絶縁層51が形成されたパワー半導体モジュール30を、金属ケース40の挿入口17から挿入して、金属製ケース40内に収納する。
As shown in FIG. 9, the
そして、図10に図示されるように、放熱部41aの放熱用フィン42の上面と放熱部41bの放熱用フィン42の上面に平坦な押圧治具を押し当て、Z方向、すなわち、パワー半導体モジュール30側に向けて加圧する。これにより、金属製ケース40は、湾曲部44における放熱部41a、41bとの接続部側をパワー半導体モジュール30側に向けて湾曲され、パワー半導体モジュール30の導体板35、36が放熱部41aに、また、導体板33、34が放熱部41bに、絶縁層51を介して圧接または接着される。この後、金属製ケース40内に第2封止樹脂12を充填し、硬化すると、図1、図2に図示されたパワーモジュール100が形成される。
Then, as shown in FIG. 10, a flat pressing jig is pressed against the upper surface of the
図11は、図2に図示された領域XIの拡大図である。
導体板35または36に形成された突起71は、対向する放熱部41b側に向かって、第1封止樹脂6内に突出している。突起71の上面71aと絶縁層51との間は距離(隙間)Xだけ離間しており、この隙間内には、第1封止樹脂6が介在されている。このため、対向する放熱部41b側からの押付け力は、隙間内に充填された第1封止樹脂6および突起71を介して導体板35、36に伝達される。弾性率は金属よりも樹脂の方が小さいが、樹脂による伝達経路の一部が金属となるので、導体板35、36に伝達される押付け力が大きくなる。これにより、従来例のように突起が存在しない場合と比べると、放熱部41aとの密着性が導体板35、36の全面において改善されることになり、放熱性能が良好となる。
FIG. 11 is an enlarged view of the region XI shown in FIG.
The
[突起の効果の検証]
突起71の上面71aと絶縁層51の内面51aとの距離Xと、導体板33、34の厚さTとの関係を調べた。
図12は、(導体板33、34の厚さT)/(突起71の上面71aと絶縁層51間の距離X)と、導体板35、36に伝達される押圧力の増加率の関係を示す特性図である。
図12に示されるように、T/Xが、ほぼ3以下の領域では、導体板35、36に伝達される押圧力は、大略、T/Xに比例して増大する。しかし、T/Xが3を超えると導体板33、34に伝達される押圧力の増大は飽和する。
[Verification of projection effect]
The relationship between the distance X between the
FIG. 12 shows the relationship between (thickness T of the
As shown in FIG. 12, in a region where T / X is approximately 3 or less, the pressing force transmitted to the
つまり、突起71の上面71aと絶縁層51との距離Xは、小さいほど好ましいが、導体板33、34の厚さTのほぼ1/3以下では、距離Xをそれ以上小さくしても押付け力の増大は殆ど期待できないことが解る。
図12では、押付け力の増加は、突起71を形成しない場合に対し、最大でも20%の増大に留まっている。しかし、突起71の上面71aの面積を増大する等により、押付け力のさらなる増大を期待することができる。
That is, the distance X between the
In FIG. 12, the increase in the pressing force is only 20% at the maximum as compared with the case where the
以上説明した通り、上記一実施の形態によれば、第2の導体板35、36の一部が第1の導体板33、34の一側縁kより外方に、すなわち導体板33、34と対向しないように外方に延出され、この外方に延出された第2の導体板35、36に突起71を設けると共に、この領域を第1封止樹脂6で覆った。樹脂は、金属よりも弾性率が小さいが、突起71を形成することにより、第2の導体板35、36に伝達される押付け力を増加することができる。
よって放熱部41aと第2の導体板35、36との密着性を、第2の導体板35、36の全面積に亘り均一になるようにすることができ、以て、パワーモジュール10の放熱性能を向上することができる。
As described above, according to the above-described embodiment, a part of the
Therefore, the adhesiveness between the
上記一実施の形態では、突起71を、パワー半導体素子31Uのゲート電極81と信号端子24Uとを接続するワイヤ2の側方の両側に設けたので、ワイヤ2によるボンディング作業に支障が生じることはない。
In the above embodiment, since the
上記一実施の形態では、突起71を導体板35、36に一体成型したので、部品数の増加は無く、かつ、組付け作業は、突起71の一体成型工程を除き、増大することがない。
In the above embodiment, since the
上記一実施の形態において、(導体板33、34の厚さT)/(突起71の上面71aと絶縁層51との距離X)と、導体板35、36に伝達される押圧力の増加率の関係を検証した。このため、必要とされる押付け力の増大に対応して、突起71の高さを直ちに決定することが可能となった。
In the above embodiment, (thickness T of the
--実施形態2--
図13は、本発明の実施形態2としてのパワー半導体モジュールの外観斜視図であり、図14は、図13におけるXIV−XIV線断面図である。
実施形態2のパワーモジュール100Aが、実施形態1のパワーモジュール100と相違する点は、突起71Aが導体板35、36と別部材として形成されている点である。
別部材として形成した突起71Aは、図14に図示されるように、半田64により、導体板35、36に接合される。突起71Aは、導体板35、36と同一材料で形成してもよくまた、異なる材料で形成してもよい。突起71Aと導体板35、36とは、弾性率が近い材料で形成することが好ましい。
実施形態2におけるその他の構造は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
--
13 is an external perspective view of a power semiconductor module as
The
As shown in FIG. 14, the
Other structures in the second embodiment are the same as those in the first embodiment, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
実施形態2においても、第1の導体板33、34の一側縁kより外方に延出された第2の導体板35、36の領域に突起71Aを設けると共に、この領域を第1封止樹脂6で覆ったので、実施形態1と同様、第2の導体板35、36に伝達される押付け力を増加することができる。
また、突起71Aを導体板35、36と別部材により形成したので、組付けの工程数は増大するが、突起71Aを導体板35、36と一体成型するための鍛造装置等の成型用装置を導入する費用を節減することができる。
Also in the second embodiment, the
In addition, since the
--実施形態3--
図15は、本発明の実施形態3としてのパワーモジュールの断面図である。
実施形態3に示すパワーモジュール100Bが、実施形態1のパワーモジュール100と相違する点は、突起71Bが、対向する絶縁層51に達するように高く形成されている点である。
実施形態3に示すパワーモジュール100Bでは、突起71Bと放熱部41bに圧接される絶縁層51との間の距離X=0であり、換言すれば、隙間は無い。実施形態3におけるその他の構造は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
--Embodiment 3--
FIG. 15 is a cross-sectional view of a power module as Embodiment 3 of the present invention.
The
In the
上述した如く、距離Xが導体板33、34の厚さTの1/3程度未満では、放熱部35、36に伝達される押付け力は飽和する。しかし、金属製の突起71Bが、直接、絶縁層51に接続されることにより、第1の導体板33、34と第2の放熱部35、36との熱伝達効率が向上し、パワーモジュール100B全体の放熱特性を均一にして、その効率を向上する。
実施形態3においても、第1の導体板33、34の一側縁kより外方に延出された第2の導体板35、36の領域に突起71Bを設けると共に、この領域を第1封止樹脂6で覆ったので、実施形態1、2と同様、第2の導体板35、36に伝達される押付け力を増加することができる。
As described above, when the distance X is less than about 1/3 of the thickness T of the
Also in the third embodiment, the
--実施形態4--
図15は、本発明の実施形態4としてのパワーモジュールの断面図である。
実施形態4に示すパワーモジュール100Cが、実施形態1のパワーモジュール100と相違する点は、次の2点である。
(1)導体板35Aの直流正極端子は正極リード35cとして、また、導体板36Aの交流出力端子は出力リード36cとして、それぞれ、導体板35A、36Aとは別部材として形成され、半田65により導体板35A、36Aに接合されている。
(2)正極リード35cおよび出力リード36cのそれぞれには、導体板35A、36Aに接合される側の先端部に突起71Cが形成されている。また、突起71Cと反対側の端部は第1封止樹脂6の外部に延出され、配線が接続される端子となっている。
--
FIG. 15 is a cross-sectional view of a power module as
The
(1) The DC positive terminal of the
(2) Each of the
実施形態4におけるその他の構造は、実施形態1と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
実施形態4に示すパワーモジュール100Cでは、導体板35A、36Aの形状が簡素化され、成型工程の生産性が向上すると共に、母材からの分取数が増大する。
実施形態4においても、第1の導体板33、34の一側縁kより外方に延出された第2の導体板35A、36Aの領域に、正極リード35c、出力リード36cそれぞれの突起71Cを接合すると共に、この領域を第1封止樹脂6で覆ったので、実施形態1と同様、第2の導体板35、36に伝達される押付け力を増加することができる。
なお、実施形態4において、導体板35A、36Aと対向する絶縁層51との間に、正極リード35c、出力リード36cが介装されるので、この分、第1封止樹脂6の厚さが小さくなる。従って、正極リード35c、出力リード36cに突起71Cを設けない場合でも、押付け力の伝達効率が向上する。このため、突起71Cが設けられていない正極リード35c、出力リード36cも、本発明の突起に含まれるものとする。
Other structures in the fourth embodiment are the same as those in the first embodiment, and the corresponding members are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the
Also in the fourth embodiment, the
In the fourth embodiment, since the
[電力変換装置への適用]
上述したパワーモジュール100、100A〜100Cは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電力変換装置、電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に適用可能である。
[Application to power conversion equipment]
The
なお、上記実施形態では、金属製ケース40内に、複数のパワー半導体ユニット10A、10Bを収納した構造として例示したが、金属製ケース40内にパワー半導体ユニット10A、10Bの1つのみを収納する場合にも適用することができる。
また、パワー半導体モジュール30により構成される回路を、上下アーム直列回路121として例示したが、他の回路を構成するパワー半導体モジュール30に対しても適用することが可能である。
In the above embodiment, the
Moreover, although the circuit comprised by the
上記実施形態では、パワー半導体素子31U、31Lおよびダイオード32U、32Lの側面を第1封止樹脂6で覆い、第1封止樹脂6の外周を第2封止樹脂12で覆う構造として例示した。しかし、パワー半導体素子31U、31Lおよびダイオード32U、32Lの側面を1つの封止樹脂により覆うようにしてもよい。
In the said embodiment, the side surface of
上記実施形態では、金属製ケース40とパワー半導体モジュール30の両側面との間に伝熱性の絶縁層51を介在する構造として例示した。しかし、金属製ケース40とパワー半導体モジュール30の両側面とを直接接触させたり、他の熱伝導部材を介在させて圧着したりしてもよく、要は、金属製ケース40とパワー半導体モジュール30の両側面とを熱伝導可能に結合すればよい。
In the said embodiment, it illustrated as a structure in which the heat conductive insulating
上記各実施形態に示した突起71、71A〜71Cの形状および配置は一例を示すだけのものであり、各突起71、71A〜71Cを、円柱状等、他の形状にしたり、複数列に配列したり、複数個ではなく1個のみとしたり、適宜、変更することが可能である。
The shape and arrangement of the
上記各実施形態では、第1の導体板33、34に対して、第2の導体板35、36の面積が大きい部材として例示した。しかし、第1の導体板33、34と第2の導体板35、36とは、面積の大小を逆としたり、同一の面積としたりしてもよく、要は、一方の導体板の一部を、他方の導体板の一側縁より外方に突き出すように配置し、この領域に突起71、71A〜71Cを配置すればよい。
In each said embodiment, it illustrated as a member with the large area of the
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で、種々変形して適用することが可能である。
要は、第2の導体板の一部を第1の導体板の一側縁より外方に延出し、第2の導体板の延出された領域に突起を配設すると共に、この領域を封止樹脂により覆うようにしたものであればよい。
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be applied within the scope of the gist of the present invention.
In short, a part of the second conductor plate extends outward from one side edge of the first conductor plate, and a protrusion is disposed in the extended region of the second conductor plate. Any material can be used as long as it is covered with a sealing resin.
2 ワイヤ
6 第1封止樹脂
10A、10B パワー半導体ユニット
12 第2封止樹脂
24U、24L 信号端子(電極端子)
30 パワー半導体モジュール
31U、31L パワー半導体素子
32U、32L ダイオード
33、34 導体板(第1の導体板)
35、36 導体板(第2の導体板)
35A、36A 導体板(第2の導体板)
35a 直流正極端子
36a 交流出力端子
35c 正極リード(リード端子)
36c 出力リード(リード端子)
40 金属製ケース
41a、41b 放熱部
71、71A〜71C 突起
100、100A〜100C パワーモジュール
2
30
35, 36 Conductor plate (second conductor plate)
35A, 36A Conductor plate (second conductor plate)
35a DC
36c Output lead (lead terminal)
40
Claims (10)
前記パワー半導体素子の前記一面に接合された第1の導体板と、
前記パワー半導体素子の前記他面に接合された第2の導体板と、
前記パワー半導体素子、前記第1の導体板、前記第2の導体板を挿入する挿入口と、前記第1の導体板に熱伝導可能な第1の放熱部と、前記第2の導体板に熱伝導可能な第2の放熱部とを有する前記パワー半導体素子、前記第1の導体板、前記第2の導体板を収納する金属製ケースと、
前記金属製ケース内に収納され、前記パワー半導体素子、前記第1の導体板、前記第2の導体板の外周を囲む封止樹脂と、を備え、
前記第2の導体板の一部は前記第1の導体板の一側縁より外方に延出され、前記封止樹脂は、前記第2の導体板の延出された領域を覆う部分を有し、
前記封止樹脂における前記第2の導体板の延出された領域を覆う部分に、前記第1の放熱板側に突き出す突起が配設されているパワーモジュール。 A power semiconductor element having a first electrode on one side and a second electrode on the other side;
A first conductor plate joined to the one surface of the power semiconductor element;
A second conductor plate joined to the other surface of the power semiconductor element;
In the power semiconductor element, the first conductor plate, an insertion port for inserting the second conductor plate, a first heat radiating portion capable of conducting heat to the first conductor plate, and the second conductor plate A metal case that houses the power semiconductor element, the first conductor plate, and the second conductor plate having a second heat dissipating part capable of conducting heat;
A sealing resin that is housed in the metal case and surrounds an outer periphery of the power semiconductor element, the first conductor plate, and the second conductor plate;
A part of the second conductor plate extends outward from one side edge of the first conductor plate, and the sealing resin covers a portion covering the extended region of the second conductor plate. Have
A power module in which a protrusion protruding toward the first heat radiating plate is disposed in a portion of the sealing resin that covers an extended region of the second conductor plate.
さらに、電極端子と、前記電極端子と前記パワー半導体素子の前記第1の電極とを電気的に接続するワイヤとを備え、少なくとも前記電極端子の一部と前記ワイヤとは、前記第2の導体板の延出された領域を覆う前記封止樹脂の部分により覆われているパワーモジュール。 The power module according to claim 1,
And an electrode terminal, and a wire for electrically connecting the electrode terminal and the first electrode of the power semiconductor element, wherein at least a part of the electrode terminal and the wire are the second conductor. A power module covered with the sealing resin portion covering an extended region of the plate.
前記突起は前記第2の導体板に設けられているパワーモジュール。 The power module according to claim 1,
The protrusion is a power module provided on the second conductor plate.
前記突起は、前記第2の導体板に一体成型されているパワーモジュール。 In the power module according to claim 3,
The projection is a power module formed integrally with the second conductor plate.
前記突起は、前記パワー半導体素子の前記第2の電極に接続されるリード端子であり、前記第2の導体板の延出された領域を覆う前記封止樹脂の部分から外部に延出されている部分を有するパワーモジュール。 The power module according to claim 5,
The protrusion is a lead terminal connected to the second electrode of the power semiconductor element, and extends outward from a portion of the sealing resin that covers an extended region of the second conductor plate. A power module having a portion.
前記突起は前記第1の放熱部に対向する上面を有し、前記突起の前記上面と前記第1の放熱部との間には、実質的に前記封止樹脂が介在される隙間が設けられていないパワーモジュール。 The power module according to claim 1,
The protrusion has an upper surface facing the first heat radiating portion, and a gap is provided between the upper surface of the protrusion and the first heat radiating portion to substantially interpose the sealing resin. Not a power module.
前記突起は前記第1の放熱部に対向する上面を有し、前記突起の前記上面と前記第1の放熱部との間には前記封止樹脂が介在される隙間が設けられているパワーモジュール。 The power module according to any one of claims 1 to 6,
The projection has a top surface facing the first heat dissipation portion, and a power module in which a gap is provided between the top surface of the projection and the first heat dissipation portion to interpose the sealing resin. .
前記隙間は、前記第1の放熱部の厚さよりも小さいパワーモジュール。 The power module according to claim 8, wherein
The said clearance gap is a power module smaller than the thickness of a said 1st thermal radiation part.
前記隙間は、前記第1の放熱部の厚さの1/3程度以下であるパワーモジュール。 The power module according to claim 9, wherein
The power module, wherein the gap is about 1/3 or less of the thickness of the first heat radiating portion.
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