JP2016072354A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンクが剥がれにくいパワーモジュールの提供。
【解決手段】半導体素子（１ａ）と、半導体素子（１ａ）を覆う絶縁樹脂部（１ｂ）と、半導体素子（１ａ）に接続され、絶縁樹脂部（１ｂ）の側面から露出するパワー端子（２）と、絶縁樹脂部（１ｂ）の接着面に接着された金属製ヒートシンク（３）とを含むパワーモジュール（１０、２０、３０、４０）である。絶縁樹脂部（１ｂ）の側面は、スリット（１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ）を有する。スリット（１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ）は、パワー端子（２）から絶縁樹脂部（１ｂ）の前記接着面までに形成される。
【選択図】図２

Description

本発明はパワーモジュールに関する。

半導体素子を覆う成形樹脂と、半導体素子に接続されつつ成形樹脂の両側面から延びる端子と、成形樹脂の背面に設けられたヒートシンクとを含むパワーモジュールがある。

例えば、特許文献１では、成形樹脂の背面側に、溝状の凹部を設けたパワーモジュールが開示されている。このような構成によれば、端子とヒートシンクとの沿面距離を確保し、端子とヒートシンクとの絶縁性を担保することができる。

特開２００４−０３９７００号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるパワーモジュールでは、ヒートシンクは成形樹脂より高い熱膨張率を有することが多い。そのため、冷熱サイクルを繰り返すと、ヒートシンクが反ってしまい、成形樹脂とヒートシンクとが剥がれることがあった。

そこで、上記の事情を背景としてなされたものであり、ヒートシンクが剥がれにくいパワーモジュールを提供することを目的とする。

本発明にかかるパワーモジュールは、
半導体素子と、
前記半導体素子を覆う絶縁樹脂部と、
前記半導体素子に接続され、前記絶縁樹脂部の側面から露出するパワー端子と、
前記絶縁樹脂部の接着面に接着された金属製ヒートシンクと、を含むパワーモジュールであって、
前記絶縁樹脂部の前記側面は、スリットを有し、
前記スリットは、前記パワー端子から前記絶縁樹脂部の前記接着面までに形成される。

このような構成によれば、絶縁樹脂部が変形しやすくなるため、金属製ヒートシンクが絶縁樹脂部から剥がれにくい。

本発明によれば、金属製ヒートシンクが剥がれにくいパワーモジュールを提供することができる。

実施の形態１にかかるパワーモジュールの側面図である。 実施の形態２にかかるパワーモジュールの側面図である。 実施の形態３にかかるパワーモジュールの側面図である。 実施の形態４にかかるパワーモジュールの側面図である。

実施の形態１
図１を参照して実施の形態１にかかるパワーモジュールについて説明する。図１は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの側面図である。

図１に示すように、パワーモジュール１０は、パワーカード１と、パワー端子２と、パワーカード１の一方の主面に接着されたヒートシンク３と、絶縁放熱シート４とを含む。

パワーカード１は、半導体素子１ａを樹脂で封止した板状体である。パワーカード１は、例えば、半導体素子１ａをモールドの内側に配置し、封止樹脂をモールド成形することによって、形成される。半導体素子１ａは、樹脂部１ｂに覆われており、樹脂部１ｂは絶縁性を有する。半導体素子１ａは、例えば、電力機器を制御するための半導体素子である。パワーカード１は、スリット１ｃを両側面にそれぞれ有する。スリット１ｃは、パワー端子２とヒートシンク３との間に形成されている。スリット１ｃと絶縁放熱シート４との間には、樹脂部１ｂが確保される。

パワー端子２は、半導体素子１ａに接続されており、パワーカード１の両側面からそれぞれ露出する。パワー端子２は、パワーモジュール１０外部の他の半導体素子等にそれぞれ接続される。

ヒートシンク３は、パワーカード１の主面に絶縁放熱シート４を介して、接着されているシート体である。ヒートシンク３は、パワーカード１から離れる方向に延びるピン３ａを複数有する。ヒートシンク３は、樹脂部１ｂと比較して、高い熱伝導性を有し、高い熱膨張率を有する材料からなる。このような材料として、金属を含む材料、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金が挙げられる。

絶縁放熱シート４は、絶縁性と放熱性とを有するシート体である。絶縁放熱シート４は、例えば、ＢＮ（窒化ホウ素）フィラーを含んだエポキシ樹脂をシート状に加工することよって、形成される。絶縁放熱シート４は、ヒートシンク３とパワーカード１とを熱接着により接着している。

ここで、パワーカード１の両側面は、スリット１ｃを有するため、小さな剛性を有する。冷熱サイクル時において、ヒートシンク３が反っても、パワーカード１がヒートシンク３の形状に追従しやすい。したがって、熱応力を軽減し、ヒートシンク３がパワーカード１から剥がれにくい。その結果、ヒートシンク３の剥離による放熱性の低下を抑制する。

また、パワーカード１の両側面は、スリット１ｃを有するため、パワー端子２とヒートシンク３との間の実行距離が延びる。したがって、絶縁するための絶縁部材やパワーカード１の大型化を必要とすることなく、パワー端子２とヒートシンク３との沿面距離を確保できる。

以上、実施の形態１にかかるパワーモジュールは、ヒートシンクがパワーカードから剥がれにくく、沿面距離を確保できる。

実施の形態２
図２を参照して実施の形態２にかかるパワーモジュールについて説明する。図２は、実施の形態２にかかるパワーモジュールの側面図である。実施の形態２にかかるパワーモジュールは、パワーカードとヒートシンクと絶縁放熱モジュールとを除いて、実施の形態１にかかるパワーモジュールと同じ構成を有する。

図２に示すように、パワーモジュール２０は、パワーカード２１と、パワー端子２と、パワーカード１の両主面にそれぞれ接着された２つのヒートシンク３と、２つの絶縁放熱シート４と、を含む。

パワーカード２１は、２つのスリット２１ｃを両側面にそれぞれ有する。スリット２１ｃは、パワー端子２と一方のヒートシンク３との間、及び、パワー端子２と他方のヒートシンク３との間にそれぞれ形成されている。スリット２１ｃと絶縁放熱シート４との間には、樹脂部１ｂが確保される。

ここで、パワーカード２１の両側面は、それぞれ２つのスリット２１ｃを有するため、小さな剛性を有する。冷熱サイクル時において、両方のヒートシンク３が反っても、パワーカード２１がヒートシンク３の形状に追従しやすい。したがって、熱応力を軽減し、ヒートシンク３がパワーカード１から剥がれにくい。その結果、ヒートシンク３の剥離による放熱性の低下を抑制する。

また、パワーカード２１の両側面は、それぞれ２つのスリット２１ｃを有するため、パワー端子２とヒートシンク３との間の実行距離が延びる。したがって、絶縁するための絶縁部材やパワーカード１の大型化を必要とすることなく、パワー端子２とートシンク３との沿面距離を確保できる。

以上、実施の形態２にかかるパワーモジュールは、実施の形態１にかかるパワーモジュールと同様に、ヒートシンクがパワーカードから剥がれにくく、沿面距離を確保できる。

実施の形態３
図３を参照して実施の形態３にかかるパワーモジュールについて説明する。図３は、実施の形態３にかかるパワーモジュールの側面図である。実施の形態３にかかるパワーモジュールは、パワーカードと除いて、実施の形態２にかかるパワーモジュールと同じ構成を有する。

図３に示すように、パワーモジュール３０は、パワーカード３１を含む。パワーカード３１は、４つのスリット３１ｃを両側面にそれぞれ有する。２つのスリット３１ｃは、パワー端子２と一方のヒートシンク３との間、及び、パワー端子２と他方のヒートシンク３との間、にそれぞれ形成されている。この形成された２つのスリット３１ｃのうちヒートシンク３側に近いスリット３１ｃと、絶縁放熱シート４との間には、樹脂部１ｂが確保される。

ここで、パワーカード３１の両側面は、それぞれ４つのスリット３１ｃを有するため、パワーカード２１（図２参照。）よりも小さな剛性を有する。冷熱サイクル時において、両方のヒートシンク３が反っても、パワーカード３１がヒートシンク３の形状により追従しやすい。したがって、熱応力を軽減し、ヒートシンク３がパワーカード１からより剥がれにくい。その結果、ヒートシンク３の剥離による放熱性の低下を抑制する。

また、パワーカード３１の両側面は、それぞれ４つのスリット３１ｃを有するため、パワー端子２とヒートシンク３との間の実行距離が延びる。したがって、絶縁するための絶縁部材やパワーカード１の大型化を必要とすることなく、パワー端子２とヒートシンク３との沿面距離をより長く確保できる。

以上、実施の形態３にかかるパワーモジュールは、実施の形態２にかかるパワーモジュール（図２参照。）と比較して、両ヒートシンクがパワーカードから、より剥がれにくく、両ヒートシンクとの沿面距離を長く確保できる。

実施の形態４
図４を参照して実施の形態４にかかるパワーモジュールについて説明する。図４は、実施の形態４にかかるパワーモジュールの側面図である。実施の形態４にかかるパワーモジュールは、パワーカードを除いて、実施の形態１にかかるパワーモジュールと同じ構成を有する。

図４に示すように、パワーモジュール４０は、パワーカード４１を含む。パワーカード４１は、両側面にテーパ状スリット４１ｃを含む。テーパ状スリット４１ｃは、パワーカード４１の中心に向かって傾斜するスリットである。テーパ状スリット４１ｃは、パワー端子２とヒートシンク３との間にそれぞれ形成されている。テーパ状スリット４１ｃと絶縁放熱シート４との間には、樹脂部１ｂが確保される。

ここで、パワーカード４１の両側面は、テーパ状スリット４１ｃを有するため、小さな剛性を有する。冷熱サイクル時において、ヒートシンク３が反っても、パワーカード４１がヒートシンク３の形状により追従しやすい。したがって、熱応力を軽減し、ヒートシンク３がパワーカード４１からより剥がれにくい。その結果、ヒートシンク３の剥離による放熱性の低下を抑制する。

また、パワーカード４１の両側面は、テーパ状スリット４１ｃを有するため、パワー端子２とヒートシンク３との間の実行距離が延びる。したがって、絶縁するための絶縁部材やパワーカード１の大型化を必要とすることなく、パワー端子２とヒートシンク３との沿面距離をより長く確保できる。

以上、実施の形態４にかかるパワーモジュールによれば、実施の形態１にかかるパワーモジュール（図１参照。）と同様に、ヒートシンクがパワーカードから剥がれにくく、ヒートシンクとの沿面距離を確保できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、また、実施の形態１〜４にかかるパワーモジュールでは、絶縁放熱シートを介して熱接着を用いてパワーカードとヒートシンクとを接着させたが、他の接着方法を用いてパワーカードとヒートシンクとを接着させてもよい。また、実施の形態３にかかるパワーモジュールでは、パワー端子と一方のヒートシンクとの間に、２つのスリットを設けたが、３つ以上のスリットを設けてもよい。

１０、２０、３０、４０ パワーモジュール
１、２１、３１、４１ パワーカード
１ａ 半導体素子 １ｂ 樹脂部
１ｃ、２１ｃ、３１ｃ、４１ｃ （テーパ状）スリット
２ パワー端子
３ ヒートシンク

Claims (1)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子を覆う絶縁樹脂部と、
   前記半導体素子に接続され、前記絶縁樹脂部の側面から露出するパワー端子と、
   前記絶縁樹脂部の接着面に接着された金属製ヒートシンクと、を含むパワーモジュールであって、
   前記絶縁樹脂部の前記側面は、スリットを有し、
   前記スリットは、前記パワー端子から前記絶縁樹脂部の前記接着面までに形成されるパワーモジュール。

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