JP2016092209A - 電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 - Google Patents
電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016092209A JP2016092209A JP2014224883A JP2014224883A JP2016092209A JP 2016092209 A JP2016092209 A JP 2016092209A JP 2014224883 A JP2014224883 A JP 2014224883A JP 2014224883 A JP2014224883 A JP 2014224883A JP 2016092209 A JP2016092209 A JP 2016092209A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power semiconductor
- semiconductor device
- cooling
- fin base
- cooling fin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
【課題】高耐圧な封止部を得る、冷却効率が高い電力半導体装置を提供する。【解決手段】片面に電力用半導体素子7が固着され他面にフィン3fが形成された冷却フィンベース3と、冷却容器4とを備え、周辺部の面と冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、この隙間が水密に封止されて、フィン3fの表面に冷媒が流れる冷媒流路34Rとなる空間が形成された箱型の冷却容器4を構成する電力半導体装置1において、冷却容器4の周辺部の隙間を形成する面と、冷却フィンベース3の周辺部の隙間を形成する面の一方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部4mが設けられ、他方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部4mに嵌る凸部3tが設けられ、凹部4mと凸部3tの間に封止材5が挿入されるようにした。【選択図】図1
Description
本発明は、電力半導体装置の冷却構造に関するものである。およびその製造方法に関する。
半導体装置の中でも電力用半導体装置は、産業用機器から、家電、情報端末まで幅広い機器の主電力(パワー)の制御に用いられ、特に輸送機器等においては高い信頼性が求められている。一方で、従来のシリコン(Si)を用いた半導体素子に代えて、炭化珪素(SiC)等のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体素子を備えた半導体装置の開発が進められており、電力用半導体装置の高パワー密度化と高温動作化が進んでいる。
電力用半導体装置においては、電力制御は三相交流電力の電圧、周波数を制御することで実施され、これはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体素子の
スイッチング動作によって行われる。この際、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。そのため、電力半導体装置には、排熱を促進して半導体素子(発熱体)の過熱を防止する冷却装置が備えられている。そして、電力半導体装置は近年小型化や軽量化の要求が厳しくなっており、冷却装置についても小型化が求められている。冷却装置の小型化には冷媒により冷却する構成が有効であり、さらなる小型化を目指して冷媒による内圧が増大傾向にあり、高耐圧化が求められてきた。
スイッチング動作によって行われる。この際、スイッチング動作によって半導体素子が発熱する。そのため、電力半導体装置には、排熱を促進して半導体素子(発熱体)の過熱を防止する冷却装置が備えられている。そして、電力半導体装置は近年小型化や軽量化の要求が厳しくなっており、冷却装置についても小型化が求められている。冷却装置の小型化には冷媒により冷却する構成が有効であり、さらなる小型化を目指して冷媒による内圧が増大傾向にあり、高耐圧化が求められてきた。
一般的に冷媒により冷却する構成の電力半導体装置は冷却フィンベースと冷却容器の間がOリングなどのシール部材で封止されている(特許文献1 図1)。また、ろう付け・溶接などで封止する方法や。液状パッキン(湿気硬化性樹脂)により封止する方法も考えられる。
特許文献1のように、冷却フィンベースと冷却容器の間がOリングなどのシール部材で封止する方法では、封止部からの冷媒(液体または、気体)漏れを防ぐには、シール部材が冷却フィンベースと冷却容器に密着する必要がある。Oリングで封止する場合には、多くの場合、冷却フィンベースと冷却容器がボルト締結され、その締め付け力によって密着される。高い耐圧が必要となる場合には、締め付け力によって変形した冷却フィンベースに追随して冷却容器も変形する程密着させる必要がある。あるいは、平面を出すための機械加工が必要であった。しかし、多くの場合、冷却フィンベースと冷却容器は剛性の高い材量、構造になっており、両者を追随して変形させたり、研磨等で平面を出すのは困難であった。
一方、ろう付け・溶接などで封止する方法は、両者を追随して変形さなくても高耐圧な封止部が得られるものの、電力半導体装置への熱的影響(はんだの再溶融など)が懸念される。また、液状パッキン(湿気硬化性樹脂)による封止の場合は接着力が弱く、耐圧を確保するためには冷却容器の大型化が必要である。
以上の理由から、冷却フィンベースと冷却容器の間を従来方法(Oリング、ろう付け・溶接、液状パッキンなど)で封止する場合、耐圧性、電力半導体装置への熱的影響、冷却装置サイズの観点から問題があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電力半導体装置へ熱的影響を与えることなく、冷却装置のサイズ増大を招くことなく、高耐圧な封止部を得ることを目的としている。
本発明は、片面に電力用半導体素子が固着され他面にフィンが形成された冷却フィンベースと、冷却容器とを備え、冷却容器の周辺部の面と冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、この隙間が水密に封止されて、フィンの表面に冷媒が流れる冷媒流路となる空間が形成された箱型の冷却器を構成する電力半導体装置において、冷却容器の周辺部の隙間を形成する面と、冷却フィンベースの周辺部の隙間を形成する面の一方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部が設けられ、他方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部に嵌る凸部が設けられ、凹部と前記凸部の間に封止材が挿入されるようにした。
この発明によれば、冷却フィンベースと冷却容器の封止面に凸凹部を設けたことで、電力半導体装置へ熱的影響を与えることなく、高耐圧な封止部を得ることができ、冷却効率が高くより小型の電力半導体装置を提供できる。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電力半導体装置1の構成を示す断面図である。電力半導体装置1は、電力半導体モジュール2がはんだなどの接合材11によって接合された冷却フィンベース3と冷却容器4、および冷却フィンベース3と冷却容器4の間を封止している封止材5、冷却フィンベース3と冷却容器4を締結する締結ボルト10から構成される。電力半導体モジュール2とは、図1に示すように、配線部材6に電力用半導体素子7をはんだなどの接合材12によって接合したものである。封止材5は硬化に加熱を必要としない湿気硬化性の樹脂が好ましい。樹脂には接着性があってもなくても良い。冷却容器4は側部と底部とからなる一面が開放された箱形状であり、冷却容器4の周辺部の面、すなわち冷却フィンベース3と対向する面には凹部4mが全周にわたって形成されている。また、この凹部4mに対応する冷却フィンベース3側にはこの凹部4mに嵌る凸部が形成されている。図2は、図1に示す電力半導体装置1の上面図である。図2では締結ボルト10の配置を冷却フィンベース3の4隅としているが、この配置に限らない。たとえば、冷却フィンベース3の外周4辺の中央部に配置してもよい。また、締結ボルト10の本数についても4本に限定するものではなく、4本以上あってもよい。ただし、ボルト締結した際に、封止材5に均等に荷重がかかるような配置・本数が望ましい。
図1は、本発明の実施の形態1による電力半導体装置1の構成を示す断面図である。電力半導体装置1は、電力半導体モジュール2がはんだなどの接合材11によって接合された冷却フィンベース3と冷却容器4、および冷却フィンベース3と冷却容器4の間を封止している封止材5、冷却フィンベース3と冷却容器4を締結する締結ボルト10から構成される。電力半導体モジュール2とは、図1に示すように、配線部材6に電力用半導体素子7をはんだなどの接合材12によって接合したものである。封止材5は硬化に加熱を必要としない湿気硬化性の樹脂が好ましい。樹脂には接着性があってもなくても良い。冷却容器4は側部と底部とからなる一面が開放された箱形状であり、冷却容器4の周辺部の面、すなわち冷却フィンベース3と対向する面には凹部4mが全周にわたって形成されている。また、この凹部4mに対応する冷却フィンベース3側にはこの凹部4mに嵌る凸部が形成されている。図2は、図1に示す電力半導体装置1の上面図である。図2では締結ボルト10の配置を冷却フィンベース3の4隅としているが、この配置に限らない。たとえば、冷却フィンベース3の外周4辺の中央部に配置してもよい。また、締結ボルト10の本数についても4本に限定するものではなく、4本以上あってもよい。ただし、ボルト締結した際に、封止材5に均等に荷重がかかるような配置・本数が望ましい。
図3は本発明の実施の形態1による電力半導体装置1の製造方法の一例を示す工程図である。この図3を用いて、実施の形態1による電力半導体装置の製造工程の概略を説明する。(A)工程ではスクリーン印刷法などにより冷却フィンベース3上にはんだなどの接合材11を供給する。(B)工程では、接合材11を介して冷却フィンベース3に電力半導体モジュール2を接合する。(C)工程では、冷却容器4の所定の位置にスペーサー10sを配置する。このスペーサー10sは、封止材5の厚さを均一化し、冷却容器4に対して冷却フィンベース3が傾くのを防ぐ役割を果たす。また、封止材5の厚さを均一にすることで、封止部に荷重が均等にかかり、一箇所に荷重が集中するのを防ぐ役割を果たす。図4にスペーサー10sを配置した冷却容器4の上面図を示す。図4ではスペーサー10sの形状をドーナツ状としたが、これに限らない。また、配置についても、図4では締結ボルト10のネジ穴10aの中心とスペーサー10sの中心が一致するように配置したが、これに限らない。さらに、冷却容器4の所定の位置に設けられた凹部4mに封止材5をスクリーン印刷法やディスペンサーによる注入で供給する。そして、この状態で封止材5を所定温度、湿度下で所定の時間放置する(たとえば、25℃、50RH%、10分)。
(D)工程では、電力半導体モジュール2が固着された冷却フィンベース3の凸部が封止材5が注入された冷却容器4の凹部4mに嵌るように位置決めし、締結ボルト10で所定のトルクによって締結する。この工程を経て、冷媒流路34Rが形成される。封止材5に接着性がある場合には、ボルトによる締結は不可欠ではないが、接着力に加えてボルトに依る締め付け力を併用することで耐圧性を向上させることができる。さらに、封止材5によっては(D)工程の後、さらに所定温度、湿度下で所定の時間放置する(たとえば、25℃、50RH%、7日間)。このようにして、本実施の形態1によ電力半導体装置1が完成する。なお、図4では冷却容器4の凹部4mの上面から見た形状を矩形状としたが、これに限らない。たとえば、図5に示すようにコーナー部を一定の半径で丸めた形状であっても良い。ただし、この凹部4mは、電力半導体装置1が完成した時にフィン3fを囲むように形成されていなければならない。
電力用半導体素子7は、厚み0.1〜0.4mm程度で主面が矩形状をなしている。例えば、電力用半導体素子7がIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の場合、裏面にはコレクタ電極が形成され、主面には主電力電極であるエミッタ電極と、制御電極であるゲート電極が形成されている。配線部材としては、絶縁性を有するセラミックの基材に電気導電性と熱伝導性に優れた銅(Cu)や銅合金、またはアルミニウム(Al)等の金属配線パターンを形成したものが例示されるが、実際には様々な形態のものが適用できる。例えば、リードフレームと称される板材、銅(Cu)や銅合金または、アルミニウム(Al)矩形状ブロックなども適用可能である。さらに、電力用半導体素子7としては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、SBD(Schottky Barrier diode)、FWD(Free Wheeling Diode)なども用いられる。
上述したように、電力用半導体素子7の主面にも電極があり、主面側にも図示しない配線部材等が接合される。さらに、電力用半導体素子7を含む回路面が例えば封止樹脂によって封止されることもある。しかし、本発明の特徴的な部分は、冷却フィンベース3と冷却容器4との封止方法にあり、素子を含む回路構成やパッケージ構成等、電力半導体モジュール2はどのようなものであってもよい。そこで、上記接続部に関する構成以外の部分については、説明を省略し、冷却フィンベース3と冷却容器4との封止方法に特化して説明する。
電力半導体装置1の冷媒流路34Rに冷媒を流すと、封止材5に冷媒流路34Rから外側に向かう内圧がかかる。この内圧がある値(耐圧値)よりも高いと、冷却フィンベース3と冷却容器4の隙間から封止材5が押し出されるとともに冷媒が流出することとなる。耐圧値を向上させるためには、封止材5と冷却フィンベース3および冷却容器4との間の摩擦力を増加させることが重要である。そのためには、封止材5と冷却フィンベース3および封止材5と冷却容器4の接触面積を増加させる必要がある。
そこで、図1に示すように、冷却フィンベース3に凸部3tを、冷却容器4に凹部4mを設け、それらの隙間を封止材5で封止する構造を考案した。このような構造にすることで、冷却フィンベース3と冷却容器4の投影面積(図4の方向から見た面積)を増加させることなく、封止材5と冷却フィンベース3、および封止材5と冷却容器4の接触面積を増加させることができる。すなわち、電力半導体装置1を大型化することなく封止部の耐圧値を向上することができる。さらに、スペーサー10sの厚さを調整することで、封止材5にかかる内圧のベクトル上に、凸部3tの側面と凹部4mの側面を存在させることができる。このようにすることで、内圧によって封止材5が外側に向かって押し出される際に、凸部3tの側面と凹部4mの側面が障壁の役割を果たし、封止材5が流出するのを抑制することができる。なお、図1では、冷却フィンベース3に凸部3tを、冷却容器4に凹部4mを設ける例を示したが、これに限らず、図6に示すように、冷却フィンベース3に凹部3mを設け冷却容器4に凸部4tを設ける構造でも良い。
図7は、実施の形態1による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。図1や図6では、凸部、凹部をフィン3fを囲むように1周設けたが、図7に示す構成では、冷却フィンベース3の凸部3tおよびこの凸部3tに嵌る冷却容器4の凹部4mをフィン3fを囲むように2周設けている。図8は図7の構成における冷却容器4の上面図を示し、図9は冷却フィンベース3を冷却容器4側から見た図、すなわち下面図である。図8、図9では凸部3tおよび凹部4mを矩形としたが、これに限られない。例えば図10に示す冷却フィンベース3の下面図のように、コーナー部を一定の半径で丸めた形状としてもよい。ただし、凸部と凹部は電力半導体装置1が完成した時にフィン3fを囲むように、冷却フィンベース3および冷却容器4の周辺部の互いに対向する面に1周に亘って形成されていなければならない。
図11および図12は、それぞれ本発明の実施の形態1による電力半導体装置のさらに別の構成を示す断面図である。図1〜図7までに示した構成では、一面が開放された箱形状の冷却容器4を、板状のベースにフィン3fが設けられた冷却フィンベース3により蓋をすることにより、フィン3f表面を冷媒が流れる冷媒流路34Rとなる空間が形成されるようにした。本発明においては、冷却フィンベースと冷却容器とで、フィン表面を冷媒が流れる冷媒流路となる空間が形成された箱型の冷却器を構成するようにすれば良い。例えば、図11のように、冷却フィンベース3および冷却容器4が共に、一面が開放された箱形状であって、対向するそれぞれの周辺部の面の一方に凹部を設け、他方にこの凹部に嵌る凸部を設けるようにしても良い。図11では冷却フィンベース3に凸部3tを2周設け、冷却容器4に凹部4mを2周設けるようにした例を示している。また、図12のように、冷却フィンベース3が一面が開放された箱形状であり、冷却容器4が板状であって、対向するそれぞれの周辺部の面の一方に凹部を設け、他方にこの凹部に嵌る凸部を設けるようにしても良い。図12では冷却フィンベース3に凹部3mを2周設け、冷却容器4に凸部4tを2周設けるようにした例を示している。凹部と凸部は、一方が凹部、他方が凸部となるようにすれば、どちらが凹部、または凸部となっても良い。
以上のように、本実施の形態1によれば、冷却容器4の周辺部の面と冷却フィンベース3の周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、冷却容器4の周辺部の隙間を形成する面と、冷却フィンベース3の周辺部の隙間を形成する面の、一方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部を設け、他方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部に嵌る凸部を設け、凹部と凸部の間に封止材を挿入するようにしたので、電力半導体装置を大型化することなく、封止部の高耐圧化が実現でき、冷却効率が高くより小型の電力半導体装置を提供できる。
実施の形態2.
上述した実施の形態1においては、冷却フィンベースと冷却容器の間を封止材のみで封止する方法について説明したが、冷却フィンベースと冷却容器を部分的に直接接触させ、機械的に封止することでさらに耐圧値を向上させることができる。実施の形態2ではその方法について説明する。
上述した実施の形態1においては、冷却フィンベースと冷却容器の間を封止材のみで封止する方法について説明したが、冷却フィンベースと冷却容器を部分的に直接接触させ、機械的に封止することでさらに耐圧値を向上させることができる。実施の形態2ではその方法について説明する。
図13は、本発明の実施の形態2による電力半導体装置1の構成を示す断面図、図14は、実施の形態2による電力半導体装置1の要部である図13の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。本実施の形態2による電力半導体装置が実施の形態1と異なる点は、冷却フィンベース3と冷却容器4の一部が積極的に接触している点である。実施の形態1では、冷却フィンベース3と冷却容器4の間に封止材5を介在させて封止する構成において、冷却容器4に対して冷却フィンベース3が傾くのを防ぎ、封止部の一箇所に荷重が集中するのを防ぐことを目的に、冷却容器4上にスペーサーを配置した。これに対し、実施の形態2では、凹部と凸部の一部が積極的に接触するように、凹部と凸部の図13や図14における断面形状、すなわち凹部や凸部が伸びる方向に垂直な断面の断面形状が異なるようにした。図14に示す拡大図のように、凹部4mの底部および凸部3tの先端部が曲面に形成され、凹部4mと凸部3tとが一部で接触するように、接触部43cにおける凹部4mの曲率が凸部3tの曲率よりも小さくなる(凹部4mの曲率半径が凸部3tの曲率半径よりも大きくなる)ように設定した。
本実施の形態2による電力半導体装置の製造方法は図3に示した実施の形態1による電力半導体装置の製造方法とほぼ同じである。ただし、図3の(D)工程においては、図15に示すように、電力半導体モジュール2が固着された冷却フィンベース3を凹部4mに封止材が注入された冷却容器4の所定の位置に搭載し、矢印KKで示すように、冷却フィンベース3を冷却容器4に数キロN程度の荷重で押圧する。このように押圧することで、封止材5が凹部4mから排出されながら、冷却フィンベース3と冷却容器4の接触部43cが圧接される。
本実施の形態2によれば、凸部3tの高さ、幅、先端部曲率、凹部4mの深さ、幅、底部曲率を調整し、冷却フィンベース3に対して均等に荷重がかかるように押圧することで、冷却容器4に対して冷却フィンベース3が傾くのを防ぎ、かつ封止部の一箇所に荷重が集中するのを防ぐことができる。したがって、必ずしもスペーサーは必要ではない。この工程を経て、冷媒流路34Rが形成される。さらに、封止材5によってはこの工程の後、さらに所定温度、湿度下で所定の時間放置する(たとえば、25℃、50RH%、7日間)。このようにして、本実施の形態にかかる電力半導体装置1が完成する。凸部3tと凹部4mは電力半導体装置1が完成した時にフィン3fを囲むように、冷却フィンベース3および冷却容器4の周辺部の互いに対向する面に1周に亘って形成されていなければならない。
本実施の形態2の特徴とするところは、冷却フィンベース3と冷却容器4の間を圧接と封止材の併用によって、封止している点である。図14では、接触部43cで、冷却フィンベース3と冷却容器4の間に隙間がないように記述した。しかし、実際の製造工程では、全周にわたって冷媒が流出するような隙間無く圧接するのは困難であり、凸部3tおよび凹部4mの寸法公差によって、一部に例えば数μm以下の微細な隙間ができてしまう。
そこで、圧接後に生じている微細な隙間は封止材で封止することで、冷媒漏れのない完全な封止が完成する。このように、接触部43cの表面積のうち、大面積(内圧によってかかる荷重は大)は圧接によって、微小面積(内圧によってかかる荷重は微小)は封止材によって封止することで、実施の形態1の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。
そこで、圧接後に生じている微細な隙間は封止材で封止することで、冷媒漏れのない完全な封止が完成する。このように、接触部43cの表面積のうち、大面積(内圧によってかかる荷重は大)は圧接によって、微小面積(内圧によってかかる荷重は微小)は封止材によって封止することで、実施の形態1の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。
実施の形態3.
上述した実施の形態2においては、冷却フィンベースと冷却容器の間を圧接と封止材で封止する方法について説明したが、製造方法を改良することで電力半導体装置の耐圧値を向上させることができる。実施の形態3ではその方法について説明する。
上述した実施の形態2においては、冷却フィンベースと冷却容器の間を圧接と封止材で封止する方法について説明したが、製造方法を改良することで電力半導体装置の耐圧値を向上させることができる。実施の形態3ではその方法について説明する。
図16は本実施の形態3による電力半導体装置の構成を示す断面図、図17は実施の形態3による電力半導体装置の要部である図16の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。実施の形態3では、封止材5を冷却フィンベース3と冷却容器4の間に注入するための貫通孔3taを冷却フィンベース3の凸部3tに設けている。図18に、本実施の形態3にかかる冷却フィンベース3を冷却容器4側から見た下面図を示す。図18に示すように、貫通孔3taは、凸部3tに適当な間隔で複数設けている。図16〜図18では、冷却フィンベース3に貫通孔3taが設けられている例について示したが、貫通孔は必ずしも冷却フィンベース3に設けられている必要はなく、たとえば、図19に示すように、冷却容器4の凹部4mに貫通孔4maを設けても良い。また、冷却フィンベース3と冷却容器4の両方に貫通孔を設けても良い。このように、本実施の形態3は、凹部、凸部の一方、または両方に、貫通孔を設けたことを特徴とする。
図20は、本実施の形態3による電力半導体装置の製造方法のうち、実施の形態1による図3の(C)工程、(D)工程に相当する工程を説明するための断面図である。(A)、(B)工程については実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。(B)工程の後、凹部に封止材を注入せずに冷却フィンベース3を冷却容器4の所定の位置に搭載する。この時、図20に示すように、矢印KKの方向に冷却フィンベース3を冷却容器4に数キロN程度の荷重で押圧することで、図17に示す冷却フィンベース3と冷却容器4の接触部43cが圧接される。この工程を経て、冷媒の流路34Rが形成される。次に、冷却フィンベース3に設けられた貫通孔3taから封止材5をディスペンサーなどによって注入する。そして、この状態で封止材5を所定温度、湿度下で所定の時間放置する(たとえば、25℃、50RH%、10分)。このようにして、電力半導体装置が完成する。
本実施の形態3の特徴とするところは、冷却フィンベース3と冷却容器4を圧接した後に封止材を注入する点である。圧接した後で封止材を注入することで、圧接された接触部43cの部分に封止材5が介在することなく、冷却フィンベース3と冷却容器4の接触が封止材の介在によって妨げられることがない。したがって、接触部43cにおいて、良好な圧接部が形成され、実施の形態2の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。
実施の形態4.
図21は、本発明の実施の形態4による電力半導体装置の構成を説明するための断面図である。本実施の形態4は、実施の形態1〜3に記載した電力半導体装置の耐圧値を更に向上させる実施の形態である。図21(a)は全体を示す断面図、図21(b)は図21(a)の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。本実施の形態4では、図21(b)の太実線で示す、冷却フィンベース3と冷却容器4が対向する冷却フィンベース側の面3sおよび冷却容器側の面4sが、凹部、凸部を含めて粗化の処理が施された面となっている。粗化されている面は封止材5が注入され得る隙間を形成する面、すなわち封止材5と接触し得る面である。粗化されている面は、その算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)、十点平均高さ(Rz)の全て、またはいずれかが、冷却フィンベース3と冷却容器4の各々の他の面よりも大きくなっていることである。このように粗化の処理を施すことで、粗化された面3sおよび4sの凹凸と封止材5との間のアンカー効果によって、封止材5と冷却フィンベース3および冷却容器4との間の摩擦力を増加させることができる。したがって、実施の形態1〜3の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。
図21は、本発明の実施の形態4による電力半導体装置の構成を説明するための断面図である。本実施の形態4は、実施の形態1〜3に記載した電力半導体装置の耐圧値を更に向上させる実施の形態である。図21(a)は全体を示す断面図、図21(b)は図21(a)の破線で囲んだ部分の拡大断面図である。本実施の形態4では、図21(b)の太実線で示す、冷却フィンベース3と冷却容器4が対向する冷却フィンベース側の面3sおよび冷却容器側の面4sが、凹部、凸部を含めて粗化の処理が施された面となっている。粗化されている面は封止材5が注入され得る隙間を形成する面、すなわち封止材5と接触し得る面である。粗化されている面は、その算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)、十点平均高さ(Rz)の全て、またはいずれかが、冷却フィンベース3と冷却容器4の各々の他の面よりも大きくなっていることである。このように粗化の処理を施すことで、粗化された面3sおよび4sの凹凸と封止材5との間のアンカー効果によって、封止材5と冷却フィンベース3および冷却容器4との間の摩擦力を増加させることができる。したがって、実施の形態1〜3の電力半導体装置に比べてさらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。
また、実施の形態3で説明したように、封止部の耐圧値を向上させるには、冷却フィンベース3および冷却容器4の接触部43cにおいて良好な圧接が行われる必要がある。そのためには、接触部43cにおける冷却フィンベース3および冷却容器4の接触面積が大きいほど良い。したがって、接触部43cは滑らかな面であることが望ましい。そこで、粗化を実施する面を接触部43c以外の冷却フィンベース3と冷却容器4の封止材5で封止され得る面に限定することで、さらに高耐圧な電力半導体装置が実現できる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
1 電力半導体装置、2 電力半導体モジュール、3 冷却フィンベース、3f フィン、4 冷却容器、3m、4m 凹部、3t、4t 凸部、5 封止材、 6 配線部材、7 電力用半導体素子、34R 冷媒流路、3ta、4ma 貫通孔
Claims (9)
- 片面に電力用半導体素子が固着され他面にフィンが形成された冷却フィンベースと、
冷却容器とを備え、
前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成し、この隙間が水密に封止されて、前記フィンの表面に冷媒が流れる冷媒流路となる空間が形成された箱型の冷却器を構成する電力半導体装置において、
前記冷却容器の周辺部の前記隙間を形成する面と、前記冷却フィンベースの周辺部の前記隙間を形成する面の一方の面に当該周辺部の1周に亘って凹部が設けられ、他方の面に当該周辺部の1周に亘って前記凹部に嵌る凸部が設けられ、前記凹部と前記凸部の間に封止材が挿入されていることを特徴とする電力半導体装置。 - 前記凹部の前記凹部が伸びる方向に垂直な断面の断面形状と、前記凸部の前記凸部が伸びる方向に垂直な断面の断面形状が異なり、前記凹部の一部と前記凸部の一部が接触する接触部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力半導体装置。
- 前記凹部の底部および前記凸部の先端部が曲面であり、前記凸部の先端部と接触する前記凹部の底部の曲率が、前記凹部の底部と接触する前記凸部の先端部の曲率よりも小さいことを特徴とする請求項2に記載の電力半導体装置。
- 前記凹部の底部または前記凸部の先端部に、貫通孔が形成されたことを特徴とする請求項2または3に記載の電力半導体装置。
- 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面が、粗化の処理が施された面であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電力半導体装置。
- 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面のうち、前記接触部以外の部分に粗化の処理が施されたことを特徴とする請求項2または3に記載の電力半導体装置。
- 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面が、粗化の処理が施された面であることを特徴とする請求項4に記載の電力半導体装置。
- 前記冷却容器の周辺部の面と前記冷却フィンベースの周辺部の面とが互いに対向して隙間を形成する面のうち、前記接触部以外の部分に粗化の処理が施されたことを特徴とする請求項4に記載の電力半導体装置。
- 請求項4、7、8のいずれか1項に記載の電力半導体装置の製造方法であって、前記冷却フィンベースと前記冷却容器を、前記凹部に前記凸部を嵌めて位置決めし、前記冷却フィンベースを前記冷却容器に対して所定の荷重で押圧した後、前記封止材を前記貫通孔から前記凹部と前記凸部の間の隙間に注入することを特徴とする電力半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014224883A JP2016092209A (ja) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014224883A JP2016092209A (ja) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016092209A true JP2016092209A (ja) | 2016-05-23 |
Family
ID=56019004
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014224883A Pending JP2016092209A (ja) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016092209A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018063999A (ja) * | 2016-10-11 | 2018-04-19 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置 |
WO2020071058A1 (ja) | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
CN111584446A (zh) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 富士电机株式会社 | 半导体模块、车辆及制造方法 |
KR20210056547A (ko) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 주식회사 큐브테크 | 베이퍼 챔버 제조방법 |
EP4009364A1 (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-08 | Hitachi Energy Switzerland AG | Arrangement of a power semiconductor module and a cooler |
DE112020003685T5 (de) | 2019-12-19 | 2022-09-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Halbleitervorrichtung |
-
2014
- 2014-11-05 JP JP2014224883A patent/JP2016092209A/ja active Pending
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018063999A (ja) * | 2016-10-11 | 2018-04-19 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置 |
WO2020071058A1 (ja) | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
CN111937141A (zh) * | 2018-10-03 | 2020-11-13 | 富士电机株式会社 | 半导体装置 |
EP3761356A4 (en) * | 2018-10-03 | 2021-08-25 | Fuji Electric Co., Ltd. | SEMICONDUCTOR COMPONENT |
US12009279B2 (en) | 2018-10-03 | 2024-06-11 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor apparatus including cooler for cooling semiconductor element |
CN111584446A (zh) * | 2019-02-15 | 2020-08-25 | 富士电机株式会社 | 半导体模块、车辆及制造方法 |
KR20210056547A (ko) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | 주식회사 큐브테크 | 베이퍼 챔버 제조방법 |
KR102333586B1 (ko) * | 2019-11-11 | 2021-12-02 | 주식회사 큐브테크 | 베이퍼 챔버 제조방법 |
DE112020003685T5 (de) | 2019-12-19 | 2022-09-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Halbleitervorrichtung |
EP4009364A1 (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-08 | Hitachi Energy Switzerland AG | Arrangement of a power semiconductor module and a cooler |
WO2022117663A1 (en) * | 2020-12-03 | 2022-06-09 | Hitachi Energy Switzerland Ag | Arrangement of a power semiconductor module and a cooler |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2016092209A (ja) | 電力半導体装置、および電力半導体装置の製造方法 | |
US9236316B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP5656907B2 (ja) | パワーモジュール | |
JP6300633B2 (ja) | パワーモジュール | |
US20150097281A1 (en) | Semiconductor device | |
US9721875B2 (en) | Power module and fabrication method for the same | |
WO2015064232A1 (ja) | 半導体モジュール | |
JP2015070107A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JPWO2014045766A1 (ja) | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 | |
JP7047895B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP2009295794A (ja) | 樹脂封止型半導体装置とその製造方法 | |
WO2014097798A1 (ja) | 半導体装置 | |
JP2011009410A (ja) | 半導体モジュール | |
JP2012105419A (ja) | 電力変換装置 | |
JP2012015222A (ja) | 半導体装置 | |
JP2015233035A (ja) | 半導体装置 | |
JPWO2019102537A1 (ja) | 半導体装置 | |
JP2014013878A (ja) | 電子装置 | |
JPWO2015194023A1 (ja) | パワーモジュール装置及び電力変換装置 | |
JP2012248700A (ja) | 半導体装置 | |
JP2011103367A (ja) | 電力用半導体装置 | |
JP5840102B2 (ja) | 電力用半導体装置 | |
JP5909924B2 (ja) | 半導体モジュール | |
JP6698965B1 (ja) | 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 | |
JP2019102519A (ja) | 半導体装置 |