JP2017005129A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that can achieve both a high insulation property between a main terminal and a radiator and a high heat radiation property.SOLUTION: A semiconductor device comprises a radiator 3, an insulation member 5 including a conductor, a semiconductor chip 7, a heat dissipation insulation member 11, a terminal 9, and a housing 1. The insulation member 5 including a conductor is arranged in at least a part of a region on one principle surface of the radiator 3. The semiconductor chip 7 is arranged at an opposite side to the radiator 3, of the insulation member 5 including a conductor. The heat dissipation insulation member 11 is arranged so as to include the other region different from a region where the semiconductor chip 7 is arranged, on the one principle surface of the radiator 3. The terminal 9 is arranged in the other region at an opposite side to the radiator 3, of the heat dissipation insulation member 11, and can be electrically connected with the semiconductor chip 7. The housing 1 surrounds the semiconductor chip 7. The heat dissipation insulation member 11 includes an insulation material and has a thermal conductivity higher than that of the housing 1.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は半導体装置に関し、特にパワーモジュール構造に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power module structure.

従来より主端子が絶縁基板上の導体にろう接または超音波接合されたパワーモジュール構造がある。しかしパワーモジュール構造の高電流密度化に伴い、主端子と絶縁基板とを接続する接続部において使用しているうちに接続部が剥離するなど信頼性低下の問題が生じ得る。このような問題に対応する観点から、たとえば特開2014−11236号公報(特許文献1)に開示されるインサートケースタイプのパワーモジュール構造は、以下のような構成を有している。主端子を絶縁基板上の導体ではなく、筐体を介して、放熱体であるベース板に固定させている。   Conventionally, there is a power module structure in which a main terminal is soldered or ultrasonically bonded to a conductor on an insulating substrate. However, with the increase in current density of the power module structure, there may be a problem of lowering reliability, for example, the connection part peels off while being used in the connection part that connects the main terminal and the insulating substrate. From the viewpoint of dealing with such a problem, for example, an insert case type power module structure disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-11236 (Patent Document 1) has the following configuration. The main terminal is fixed not to the conductor on the insulating substrate but to the base plate which is a heat radiating body through the housing.

特開2014−11236号公報JP 2014-11236 A

特開2014−11236号公報のように放熱体上の筐体上に主端子を固定させた場合、筐体が高い絶縁性を有するため、主端子と放熱体との間の高い絶縁性が確保される。しかし特開2014−11236号公報においては、主端子の熱を放熱体に伝搬する熱抵抗について考慮がなされていないため、主端子から放熱体までの熱抵抗が高くなることが多い。パワーモジュール構造の駆動時の電流密度を高めるために大電流を流せば、パワーモジュール構造を構成する半導体チップのみならず主端子の発熱量も多くなる。また主端子に接続される外部配線が高温となった場合、主端子に熱が伝わる場合がある。これらの場合においてたとえば主端子とベース板との間に厚い樹脂製の筐体が挟まっていれば、主端子から放熱体への放熱性が低下し、パワーモジュール内に熱がこもることになる。すると結果的に当該パワーモジュール構造の信頼性が低下する可能性がある。   When the main terminal is fixed on the housing on the radiator as in JP-A-2014-11236, the casing has high insulation, so high insulation between the main terminal and the radiator is ensured. Is done. However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-11236, since the thermal resistance for propagating the heat of the main terminal to the radiator is not considered, the thermal resistance from the main terminal to the radiator is often increased. If a large current is applied to increase the current density during driving of the power module structure, the amount of heat generated not only by the semiconductor chip constituting the power module structure but also by the main terminal increases. Further, when the external wiring connected to the main terminal becomes high temperature, heat may be transmitted to the main terminal. In these cases, for example, if a thick resin casing is sandwiched between the main terminal and the base plate, the heat dissipation from the main terminal to the radiator is reduced, and heat is trapped in the power module. As a result, the reliability of the power module structure may be reduced.

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、主端子と放熱体との間の高い絶縁性と高い放熱性との双方を実現可能な半導体装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing both high insulation between a main terminal and a radiator and high heat dissipation. is there.

本発明の半導体装置は、放熱体と、導体を含む絶縁部材と、半導体チップと、放熱用絶縁部材と、端子と、筐体または封止材とを備える。導体を含む絶縁部材は、放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置されている。半導体チップは、導体を含む絶縁部材の放熱体と反対側に配置されている。放熱用絶縁部材は、放熱体の一方の主表面の上の、半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置されている。端子は、放熱用絶縁部材の放熱体と反対側における他の領域に配置され、半導体チップと電気的に接続可能である。筐体または封止材は、半導体チップを取り囲んでいる。放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が高い。   The semiconductor device of the present invention includes a heat radiator, an insulating member including a conductor, a semiconductor chip, a heat insulating member, a terminal, and a housing or a sealing material. The insulating member including the conductor is disposed in at least a part of the region on the one main surface of the radiator. The semiconductor chip is disposed on the opposite side of the heat dissipating member of the insulating member including the conductor. The heat dissipating insulating member is disposed on one main surface of the heat dissipating member so as to include another region different from the region where the semiconductor chip is disposed. The terminal is disposed in another region on the opposite side of the heat dissipating member of the heat insulating member and can be electrically connected to the semiconductor chip. The housing or the sealing material surrounds the semiconductor chip. The heat dissipating insulating member includes an insulating material and has a higher thermal conductivity than the casing or the sealing material.

本発明の半導体装置は、放熱体と、導体を含む絶縁部材と、半導体チップと、放熱用絶縁部材と、端子と、筐体または封止材とを備える。導体を含む絶縁部材は、放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置されている。半導体チップは、導体を含む絶縁部材の放熱体と反対側に配置されている。放熱用絶縁部材は、放熱体の一方の主表面の上の、半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置されている。端子は、放熱用絶縁部材の放熱体と反対側における他の領域に配置され、半導体チップと電気的に接続可能である。筐体または封止材は、半導体チップを取り囲んでいる。放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が低く、筐体または封止材よりも絶縁耐力が高い。   The semiconductor device of the present invention includes a heat radiator, an insulating member including a conductor, a semiconductor chip, a heat insulating member, a terminal, and a housing or a sealing material. The insulating member including the conductor is disposed in at least a part of the region on the one main surface of the radiator. The semiconductor chip is disposed on the opposite side of the heat dissipating member of the insulating member including the conductor. The heat dissipating insulating member is disposed on one main surface of the heat dissipating member so as to include another region different from the region where the semiconductor chip is disposed. The terminal is disposed in another region on the opposite side of the heat dissipating member of the heat insulating member and can be electrically connected to the semiconductor chip. The housing or the sealing material surrounds the semiconductor chip. The heat dissipating insulating member includes an insulating material, has a lower thermal conductivity than the casing or the sealing material, and has a higher dielectric strength than the casing or the sealing material.

本発明によれば、放熱用絶縁部材が絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が高いため、放熱用絶縁部材の部分の熱抵抗をこの部分に筐体または封止材が配置される場合に比べて低減させることができる。このため、放熱用絶縁部材の配置により、主端子と放熱体との間の領域において、高い絶縁性と高い放熱性との双方が実現できる。   According to the present invention, since the heat dissipating insulating member includes an insulating material and has a higher thermal conductivity than the housing or the sealing material, the heat resistance of the heat dissipating insulating member is included in the housing or the sealing. It can reduce compared with the case where material is arrange | positioned. For this reason, by arrangement | positioning of the insulating member for heat dissipation, both high insulation and high heat dissipation are realizable in the area | region between a main terminal and a heat radiator.

本発明によれば、放熱用絶縁部材が絶縁材料を含み、かつ筐体または封止材よりも熱伝導率が低くかつ絶縁耐力が高いため、放熱用絶縁部材の部分を薄くすることにより、この部分の熱抵抗をこの部分に筐体または封止材が配置される場合に比べて低減させることができる。放熱用絶縁部材の絶縁耐力が高いため、放熱用絶縁部材の配置により、主端子と放熱体との間の領域において、高い絶縁性と高い放熱性との双方が実現できる。   According to the present invention, the heat dissipating insulating member includes an insulating material, and has a lower thermal conductivity and higher dielectric strength than the casing or the sealing material. The thermal resistance of the part can be reduced as compared with the case where the housing or the sealing material is arranged in this part. Since the dielectric strength of the heat dissipating insulating member is high, both high insulation and high heat dissipating properties can be realized in the region between the main terminal and the heat dissipating member by arranging the heat dissipating insulating member.

実施の形態1の第1例のパワーモジュールの全体の概略投影図である。1 is a schematic projection diagram of an entire power module of a first example of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の第1例のパワーモジュールの全体の概略平面図である。1 is a schematic plan view of an entire power module of a first example of a first embodiment. 実施の形態1の第1例のパワーモジュールの、図1のX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 2 is a schematic projection view showing only a region on the left side in the X direction of FIG. 1 of the power module of the first example of the first embodiment. 実施の形態1の第1例のパワーモジュールの、図2のX方向左側約半分の領域のみを示す概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing only a half region on the left side in the X direction of FIG. 2 of the power module of the first example of the first embodiment. 実施の形態1の第2例のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 4 is a schematic projection view showing only a region on the left half of the X direction of the power module of the second example of the first embodiment as in FIG. 3. 実施の形態1の第3例のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 4 is a schematic projection view showing only a region on the left half of the X direction of the power module of the third example of the first embodiment as in FIG. 3. 実施の形態1の第4例のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。It is a schematic projection figure which shows only the area | region of the X direction left side about the half of the power module of the 4th example of Embodiment 1 similarly to FIG. 実施の形態1の第5例のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 10 is a schematic projection view showing only a region on the left side in the X direction of the power module of the fifth example of the first embodiment as in FIG. 3. 実施の形態1の第6例のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。It is a schematic projection figure which shows only the area | region of the X direction left side about the half of the power module of the 6th example of Embodiment 1 similarly to FIG. 実施の形態2のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。It is a schematic projection figure which shows only the area | region of the X direction left side about the half of the power module of Embodiment 2 similarly to FIG. 実施の形態3のパワーモジュールの、図3と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。It is a schematic projection figure which shows only the area | region of the X direction left half about the power module of Embodiment 3 similarly to FIG. 実施の形態3のパワーモジュールの、図4と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing only a half region on the left side in the X direction of the power module according to the third embodiment as in FIG. 4. 図12におけるZ方向上側の主端子の概略平面図(A)と、図12におけるZ方向下側の主端子の概略平面図(B)とである。FIG. 13 is a schematic plan view (A) of the main terminal on the upper side in the Z direction in FIG. 12, and a schematic plan view (B) of the main terminal on the lower side in the Z direction in FIG. 実施の形態4の第1例のパワーモジュールの全体の概略投影図である。FIG. 10 is a schematic projection view of a whole power module of a first example of a fourth embodiment. 実施の形態4の第1例のパワーモジュールの全体の概略平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view of an entire power module of a first example of a fourth embodiment. 実施の形態4の第1例のパワーモジュールの、図14のX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 15 is a schematic projection view showing only a region on the left side in the X direction of FIG. 14 of the power module of the first example of the fourth embodiment. 実施の形態4の第1例のパワーモジュールの、図15のX方向左側約半分の領域のみを示す概略平面図である。FIG. 16 is a schematic plan view showing only a region on the left side in the X direction of FIG. 15 of the power module of the first example of the fourth embodiment. 実施の形態4の第2例のパワーモジュールの、図16と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 17 is a schematic projection view showing only the region on the left half of the X direction of the power module of the second example of the fourth embodiment as in FIG. 16. 実施の形態4の第3例のパワーモジュールの、図16と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 17 is a schematic projection view showing only the region on the left half of the X direction of the power module of the third example of the fourth embodiment as in FIG. 16. 実施の形態5のパワーモジュールの、図16と同様にX方向左側約半分の領域のみを示す概略投影図である。FIG. 17 is a schematic projection view showing only the region on the left half of the X direction of the power module according to the fifth embodiment, similar to FIG. 16.

以下、一実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
まず本実施の形態の第1例のパワーモジュールの構成について、図1〜図4を用いて説明する。なお図1および図3は実質的には当該パワーモジュール内の左右方向に延びる直線に沿う部分の概略断面図であるが、そのようにすれば掲載すべき構成部材がすべて含められなくなるため、ここでは正面方向から見た概略投影図としている。また説明の便宜のため、X方向、Y方向、Z方向が導入されている。
Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
First, the configuration of the power module of the first example of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3 are schematic cross-sectional views of a portion along a straight line extending in the left-right direction in the power module. However, in this case, all the components to be listed are not included. In FIG. 4, a schematic projection view as seen from the front is shown. For convenience of explanation, an X direction, a Y direction, and a Z direction are introduced.

図1および図2を参照して、本実施の形態の第1例のパワーモジュール101は、たとえば箱状(ほぼ直方体状)の外観を有しており、筐体1と、放熱体としてのベース板3と、絶縁部材としての絶縁基板5と、半導体チップ7と、端子としての主端子9と、放熱用絶縁部材としての高放熱性絶縁体11とを主に備えている。   Referring to FIGS. 1 and 2, power module 101 of the first example of the present embodiment has, for example, a box-like (substantially rectangular parallelepiped) appearance, and includes housing 1 and a base as a heat radiator. It mainly includes a plate 3, an insulating substrate 5 as an insulating member, a semiconductor chip 7, a main terminal 9 as a terminal, and a high heat dissipating insulator 11 as a heat dissipating insulating member.

筐体1は、パワーモジュール101の最外部に配置されることによりその全体を取り囲む箱のような態様を有している。逆に言えば、筐体1はパワーモジュール101を構成する半導体チップ7などをそのX方向およびY方向の合計四方から取り囲むように収納する箱の側壁面として構成されている。筐体1は、機械的強度および絶縁性の高い絶縁材料により形成されており、一般公知のPPS(Poly Phenylene Sulfide Resin)または液晶ポリマーなどにより形成されている。PPSの熱伝導率は約0.5W/(m・K)である。なお筐体1はパワーモジュール101の最外部のみならず、後述するようにその内部の一部にも(たとえば主端子9を取り囲むように)配置されている。   The housing 1 has an aspect like a box surrounding the whole by being arranged at the outermost part of the power module 101. Conversely, the housing 1 is configured as a side wall surface of a box that houses the semiconductor chip 7 and the like constituting the power module 101 so as to surround the X and Y directions in total. The casing 1 is formed of an insulating material having high mechanical strength and high insulating properties, and is formed of generally known PPS (Poly Phenylene Sulfide Resin) or liquid crystal polymer. The thermal conductivity of PPS is about 0.5 W / (m · K). The housing 1 is arranged not only at the outermost part of the power module 101 but also at a part of the inside (for example, surrounding the main terminal 9) as will be described later.

ベース板3は、筐体1のZ方向下側に配置され、通常の載置状態においてパワーモジュール101全体の基盤として水平方向に沿って広がる主表面を有する平板形状の部材であり、平面視においてたとえば矩形状を有している。ベース板3は銅またはアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されている。ベース板3はそのZ方向下側の主表面上にはたとえばヒートシンク4が接続されることにより、パワーモジュール101の下方(外部)へ放熱する役割を有している。基本的にパワーモジュール101は図2および図4に示すように、ベース板3を土台として載置可能な構成となっている(ベース板3のZ方向上側に各部材が搭載される態様となっている)。   The base plate 3 is a flat plate-shaped member that is disposed on the lower side in the Z direction of the housing 1 and has a main surface that extends along the horizontal direction as a base of the entire power module 101 in a normal mounting state. For example, it has a rectangular shape. The base plate 3 is made of a metal material having excellent thermal conductivity such as copper or aluminum. The base plate 3 has a role of radiating heat downward (outside) of the power module 101 by connecting, for example, a heat sink 4 on the main surface on the lower side in the Z direction. As shown in FIGS. 2 and 4, the power module 101 basically has a configuration in which the base plate 3 can be placed as a base (each member is mounted on the upper side of the base plate 3 in the Z direction). ing).

ベース板3のZ方向上側の主表面上(一方の主表面上)の少なくとも一部の領域(図1および図2においてはその中央部)には絶縁基板5が配置されている。絶縁基板5は、絶縁基板本体5aと、絶縁基板本体5aのZ方向下側の主表面上に接合された下側導電体5b(導体)と、絶縁基板本体5aのZ方向上側の主表面上に接合された上側導電体5c(導体)とを有している。   An insulating substrate 5 is disposed in at least a part of the main surface (on one main surface) on the upper side in the Z direction of the base plate 3 (the central portion in FIGS. 1 and 2). The insulating substrate 5 includes an insulating substrate body 5a, a lower conductor 5b (conductor) bonded on the lower main surface of the insulating substrate body 5a in the Z direction, and an upper main surface of the insulating substrate body 5a in the Z direction. And an upper conductor 5c (conductor) joined to each other.

絶縁基板5はパワーモジュール101内において半導体チップ7の外側に配置される主回路が形成される基板であり、上側導電体5cおよび下側導電体5bは当該主回路を構成しているたとえば銅製またはアルミニウム製の金属板である。絶縁基板本体5aはアルミナまたは窒化珪素などのセラミックスである絶縁材料により形成された板状部材であり、特に上側導電体5cが構成する主回路および半導体チップ7に形成される半導体素子と、ベース板3とを電気的に絶縁する役割を有している。   The insulating substrate 5 is a substrate on which a main circuit arranged outside the semiconductor chip 7 is formed in the power module 101, and the upper conductor 5c and the lower conductor 5b are made of copper or the like constituting the main circuit, for example It is a metal plate made of aluminum. The insulating substrate body 5a is a plate-like member formed of an insulating material made of ceramics such as alumina or silicon nitride. In particular, the main circuit formed by the upper conductor 5c, the semiconductor element formed on the semiconductor chip 7, and the base plate 3 is electrically insulated.

絶縁基板本体5aには下側導電体5bと上側導電体5cとの2つの導電体部材が接合されているように、絶縁基板5には複数の導電体部材が接合されていてもよい。   A plurality of conductor members may be bonded to the insulating substrate 5 such that two conductor members of the lower conductor 5b and the upper conductor 5c are bonded to the insulating substrate body 5a.

なお以上のように絶縁基板5は導電性材料からなる下側導電体5bなどを含むが、少なくとも絶縁性の絶縁基板本体5aを含むため、ここでは便宜上絶縁基板本体5aおよび下側導電体5bなどをまとめて絶縁部材としての絶縁基板5と表記することとする。   As described above, the insulating substrate 5 includes the lower conductor 5b made of a conductive material. However, since the insulating substrate 5 includes at least the insulating substrate main body 5a, the insulating substrate main body 5a and the lower conductor 5b are included here for convenience. Are collectively referred to as an insulating substrate 5 as an insulating member.

半導体チップ7は、絶縁基板5のベース板3が配置される側(下側)と反対側(上側)に配置されている。特に図2および図4を参照して、ここでは一例として半導体チップ7として、Y方向に関して互いに間隔をあけて2つの半導体チップ7a,7bが配置されている。   The semiconductor chip 7 is disposed on the opposite side (upper side) to the side (lower side) on which the base plate 3 of the insulating substrate 5 is disposed. In particular, referring to FIG. 2 and FIG. 4, here, as an example, semiconductor chip 7 includes two semiconductor chips 7a and 7b spaced apart from each other in the Y direction.

半導体チップ7はたとえばシリコンなどの半導体結晶により形成されている。半導体チップ7には、図示されないがたとえばダイオードのような整流素子および、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのスイッチング素子が形成されている。半導体チップ7の上側および下側の主表面には図示されないが電極が設置されており、これにより上記の各種素子はたとえば絶縁基板5に含まれる上記主回路、または主端子9などと電気的に接続されている。   The semiconductor chip 7 is formed of a semiconductor crystal such as silicon. Although not shown, the semiconductor chip 7 is formed with a rectifying element such as a diode and switching elements such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Although not shown, electrodes are provided on the upper and lower main surfaces of the semiconductor chip 7, whereby the various elements are electrically connected to, for example, the main circuit or the main terminal 9 included in the insulating substrate 5. It is connected.

図示されないが、スイッチング素子と整流素子とはボンディングワイヤまたはリードフレームなどにより互いに電気的に接続される。またMOSFETには寄生ダイオードが存在するため、整流素子として、MOSFETに含まれる寄生ダイオードを利用してもよい。なお半導体チップ7には整流素子およびスイッチング素子が複数存在してもよいし、パワーモジュール101内には当該半導体チップ7が複数搭載されていてもよい。   Although not shown, the switching element and the rectifying element are electrically connected to each other by a bonding wire or a lead frame. In addition, since a parasitic diode exists in the MOSFET, a parasitic diode included in the MOSFET may be used as the rectifying element. The semiconductor chip 7 may have a plurality of rectifying elements and switching elements, or a plurality of the semiconductor chips 7 may be mounted in the power module 101.

主端子9は、たとえば半導体チップ7の上記各種素子および/または絶縁基板5の上側導電体5cにより構成される主回路と、パワーモジュール101の外部の各種回路とを電気的に接続するために配置された配線の一部として形成されている。主端子9は、図1および図2に示すように、たとえば絶縁基板5が載置される領域と間隔をあけて、そのX方向に関する両側に配置されている(ただし図3および図4においては図1および図2の右側の主端子9の図示が省略されている)。主端子9は、概略投影図においてはベース板3の主表面に沿うほぼ水平方向(X方向およびY方向)に拡がる横方向成分9a,9xと、概略投影図においてはベース板3の主表面に交差するほぼ鉛直方向(Z方向)に延びる縦方向成分9b,9yとを有するように屈曲したL字状の形状を有している。   The main terminal 9 is arranged for electrically connecting, for example, the main circuit constituted by the various elements of the semiconductor chip 7 and / or the upper conductor 5c of the insulating substrate 5 and various circuits outside the power module 101. It is formed as a part of the arranged wiring. As shown in FIGS. 1 and 2, the main terminals 9 are arranged on both sides in the X direction with a space from the region where the insulating substrate 5 is placed, for example (in FIGS. 3 and 4). The main terminal 9 on the right side of FIGS. 1 and 2 is not shown). The main terminal 9 has lateral components 9a and 9x extending in a substantially horizontal direction (X direction and Y direction) along the main surface of the base plate 3 in the schematic projection view, and the main surface of the base plate 3 in the schematic projection view. It has an L-shaped shape that is bent so as to have longitudinal components 9b and 9y extending substantially in the intersecting vertical direction (Z direction).

主端子9はパワーモジュール101の外部の各種回路との電気的接続を容易にするために、縦方向成分9b,9yの一方(上側)の端部が筐体1の最上部よりも上側にまで突き出すように延びており、パワーモジュール101の箱型の本体に対して外側に露出した態様となっている。これにより主端子9は外部との電気的接続を可能としている。なお主端子9は銅などの金属材料により形成されている。主端子9と半導体チップ7、または主端子9と絶縁基板5(上側導電体5c)との電気的接続は、ボンディングワイヤ13(13a,13b,13c)によりなされている。ボンディングワイヤ13はアルミニウム、銅または金からなる群から選択されるいずれかにより形成された細線である。   In order to facilitate electrical connection with various circuits outside the power module 101, the main terminal 9 has one end (upper side) of the longitudinal components 9b and 9y extending above the uppermost part of the housing 1. The power module 101 extends so as to protrude and is exposed to the outside of the box-shaped main body of the power module 101. As a result, the main terminal 9 can be electrically connected to the outside. The main terminal 9 is made of a metal material such as copper. Electrical connection between the main terminal 9 and the semiconductor chip 7 or between the main terminal 9 and the insulating substrate 5 (upper conductor 5c) is made by bonding wires 13 (13a, 13b, 13c). The bonding wire 13 is a thin wire formed of any one selected from the group consisting of aluminum, copper, and gold.

図1および図2においては、主端子9は半導体チップ7が配置される領域とは異なる(重ならない)他の領域(を少なくとも一部に含むよう)に配置されている。左側の主端子9と半導体チップ7とがボンディングワイヤ13aにより、右側の主端子9と上側導電体5cとがボンディングワイヤ13bにより、それぞれ電気的に接続されている。これにより主端子9は半導体チップ7、絶縁基板5から電気信号をパワーモジュール101の外部に伝えることが可能となっている。   In FIG. 1 and FIG. 2, the main terminal 9 is arranged in another area (including at least a part) different from (not overlapping with) the area where the semiconductor chip 7 is arranged. The left main terminal 9 and the semiconductor chip 7 are electrically connected by a bonding wire 13a, and the right main terminal 9 and the upper conductor 5c are electrically connected by a bonding wire 13b. Thereby, the main terminal 9 can transmit an electrical signal from the semiconductor chip 7 and the insulating substrate 5 to the outside of the power module 101.

高放熱性絶縁体11は、主端子9の下側の主面と接するように、ベース板3の上側の主表面上に配置されている。したがって主端子9は高放熱性絶縁体11から見てベース板3と反対側に(言い換えれば高放熱性絶縁体11は、ベース板3と主端子9との間に)配置されている。高放熱性絶縁体11は、平面視において半導体チップ7が配置される領域とは異なる(重ならない)他の領域(を少なくともその一部に含むよう)に配置されている。図1においては高放熱性絶縁体11は、主端子9と同様に、絶縁基板5および半導体チップ7のX方向に関する両側に配置されている。   The highly heat-dissipating insulator 11 is disposed on the upper main surface of the base plate 3 so as to be in contact with the lower main surface of the main terminal 9. Therefore, the main terminal 9 is disposed on the side opposite to the base plate 3 when viewed from the high heat dissipation insulator 11 (in other words, the high heat dissipation insulator 11 is disposed between the base plate 3 and the main terminal 9). The high heat dissipating insulator 11 is disposed in another region (including at least a part thereof) different from (not overlapping with) the region where the semiconductor chip 7 is disposed in a plan view. In FIG. 1, similarly to the main terminal 9, the high heat dissipation insulator 11 is disposed on both sides of the insulating substrate 5 and the semiconductor chip 7 in the X direction.

高放熱性絶縁体11は、高放熱性絶縁体本体11aと、高放熱性絶縁体付属導体11bとにより構成される。高放熱性絶縁体本体11aおよび高放熱性絶縁体付属導体11bは、ベース板3の主表面に沿う平面を有する平板形状を有している。図1および図3に示すように、高放熱性絶縁体付属導体11bは、高放熱性絶縁体本体11aの下側(ベース板3側)の主表面に接触するように積層された構成を有している。   The high heat dissipation insulator 11 includes a high heat dissipation insulator body 11a and a high heat dissipation insulator-attached conductor 11b. The high heat dissipation insulator body 11 a and the high heat dissipation insulator accessory conductor 11 b have a flat plate shape having a plane along the main surface of the base plate 3. As shown in FIGS. 1 and 3, the high heat-dissipating insulator-attached conductor 11b has a structure in which it is laminated so as to be in contact with the main surface on the lower side (base plate 3 side) of the high-heat dissipating insulator body 11a. doing.

本実施の形態においては、高放熱性絶縁体本体11aは、アルミナまたは窒化珪素などの、筐体1よりも熱伝導率の高い絶縁材料により形成されている。具体的には、高放熱性絶縁体本体11aの熱伝導率は20W/(m・K)以上200W/(m・K)以下程度である。高放熱性絶縁体付属導体11bは、銅などの高い熱伝導率を有する導体材料により形成されている。   In the present embodiment, the high heat dissipation insulator body 11a is formed of an insulating material having a higher thermal conductivity than the casing 1, such as alumina or silicon nitride. Specifically, the heat conductivity of the high heat dissipation insulator body 11a is about 20 W / (m · K) or more and 200 W / (m · K) or less. The high heat-dissipating insulator-attached conductor 11b is formed of a conductor material having a high thermal conductivity such as copper.

なお図1〜図4の第1例においては、基本的に高放熱性絶縁体本体11aは絶縁基板本体5aと同一の材料により形成することを想定している。しかし本実施の形態の第1例の高放熱性絶縁体本体11aは、少なくとも筐体1よりも熱伝導率が高ければよく、絶縁基板本体5aより熱伝導率の低い安価なセラミックス材料(ジルコニアなど)が用いられてもよい。パワーモジュール101内においては半導体チップ7の発熱量が最も多く、主端子9の発熱量は半導体チップ7ほど高温になることはない。このため主端子9の真下に配置される高放熱性絶縁体本体11aは絶縁基板本体5aより熱伝導率が低くてもよい。ただし高放熱性絶縁体本体11aは、絶縁基板本体5aより熱伝導率が高いことがより好ましい。   In the first example of FIGS. 1 to 4, it is assumed that the high heat dissipation insulator body 11a is basically formed of the same material as the insulating substrate body 5a. However, the high heat dissipation insulator body 11a of the first example of the present embodiment only needs to have a thermal conductivity higher than at least the housing 1, and is an inexpensive ceramic material (zirconia or the like having a lower thermal conductivity than the insulating substrate body 5a). ) May be used. In the power module 101, the semiconductor chip 7 generates the largest amount of heat, and the main terminal 9 does not generate as much heat as the semiconductor chip 7. For this reason, the high heat-dissipation insulator main body 11a arrange | positioned just under the main terminal 9 may have a heat conductivity lower than the insulated substrate main body 5a. However, it is more preferable that the high heat dissipation insulator body 11a has a higher thermal conductivity than the insulating substrate body 5a.

図示されないが、高放熱性絶縁体11は、セラミックス材料よりなる高放熱性絶縁体本体11aの上部と主端子9とが治具で固定され、スペーサ等により高放熱性絶縁体付属導体11bの下に後述する接合材を挟むためのスペースを設けてインサートケース成形を行なうことにより組み込まれる。これにより筐体1が主端子9をX方向およびY方向の双方から取り囲む態様となり、主端子9と高放熱性絶縁体11とが互いに接続される。これにより組み込まれた後に、後述の接合材が所望の箇所に供給されることにより部材間の接合がなされる。   Although not shown, the high heat dissipation insulator 11 has an upper portion of the high heat dissipation insulator body 11a made of a ceramic material and the main terminal 9 fixed by a jig, and is placed under the high heat dissipation insulator attached conductor 11b by a spacer or the like. Is provided by forming an insert case with a space for sandwiching a bonding material described later. As a result, the casing 1 surrounds the main terminal 9 from both the X direction and the Y direction, and the main terminal 9 and the high heat dissipation insulator 11 are connected to each other. After being assembled in this manner, the joining material described later is supplied to a desired location, thereby joining the members.

なお図1および図3に示す状態に対してZ方向の上下を反転させた際における高放熱性絶縁体11の落下を防ぐ観点と沿面での絶縁距離を確保する観点とから、Z方向上側から主端子9の横方向成分9aの一部をZ方向下向きに押さえ込むことが可能な形態の筐体1がインサート成形されてもよい。   From the viewpoint of preventing the high heat dissipating insulator 11 from dropping when the top and bottom in the Z direction are reversed with respect to the state shown in FIGS. The casing 1 in a form capable of pressing a part of the lateral component 9a of the main terminal 9 downward in the Z direction may be insert-molded.

以上に述べる各部材が搭載された筐体1の内部は、ゲルなどの封止材21が充填されることにより封止されている。なお図2および図4の平面図においては、封止材21の図示が省略されている。   The inside of the housing 1 on which each member described above is mounted is sealed by being filled with a sealing material 21 such as gel. 2 and FIG. 4, the illustration of the sealing material 21 is omitted.

また筐体1の最外部の一部には制御信号用電極17が1対(制御信号用電極17a,17b)形成されている。この制御信号用電極17a,17bは、半導体チップ7に形成されるIBGTまたはMOSFETなどのスイッチング素子に含まれるゲート配線等に入力すべき制御信号を外部から入力したり、スイッチング素子から制御信号を出力したりするための電極である。このため半導体チップ7と制御信号用電極17とがボンディングワイヤ13cにより電気的に接続されている。制御信号用電極17はその一部が筐体1の最上部よりも上側にまで突き出すように延びており、これにより外部との電気的接続を可能としている。また、図示はしないが、過電流や過度のチップ温度上昇等から半導体チップ7を保護する目的で、制御信号用電極を増やしてもよい。   A pair of control signal electrodes 17 (control signal electrodes 17a and 17b) are formed on a part of the outermost part of the housing 1. The control signal electrodes 17a and 17b are used to input a control signal to be input to a gate wiring included in a switching element such as IBGT or MOSFET formed on the semiconductor chip 7 from the outside, or to output a control signal from the switching element. It is an electrode for doing. For this reason, the semiconductor chip 7 and the control signal electrode 17 are electrically connected by the bonding wire 13c. The control signal electrode 17 extends so that a part of the control signal electrode 17 protrudes to the upper side of the uppermost portion of the housing 1, thereby enabling electrical connection with the outside. Although not shown, the number of control signal electrodes may be increased for the purpose of protecting the semiconductor chip 7 from overcurrent, excessive chip temperature rise, and the like.

以上に述べた各部材間は、はんだなどの接合材により互いに接続されている。たとえばベース板3と絶縁基板5との間にははんだ23aが、絶縁基板5と半導体チップ7との間にははんだ23bが、ベース板3と高放熱性絶縁体11との間にははんだ23cがそれぞれ配置され、2つの部材を電気的に接続している。つまりここでは高放熱性絶縁体付属導体11bは、高放熱性絶縁体11とベース板3とをはんだ23cにより接合することを可能にするために設けられている。なお当該接合材としては、はんだの代わりにたとえば後述するように高熱伝導グリスが用いられてもよい。   The members described above are connected to each other by a bonding material such as solder. For example, solder 23a is provided between the base plate 3 and the insulating substrate 5, solder 23b is provided between the insulating substrate 5 and the semiconductor chip 7, and solder 23c is provided between the base plate 3 and the high heat dissipation insulator 11. Are arranged to electrically connect the two members. That is, here, the high heat dissipation insulator accessory conductor 11b is provided to enable the high heat dissipation insulator 11 and the base plate 3 to be joined by the solder 23c. As the bonding material, for example, high thermal conductive grease may be used instead of solder, as will be described later.

その他、図示されないが、筐体1とベース板3との間にも接着剤等が供給されており、これにより筐体1とベース板3とが接合されている。またパワーモジュール101内に含まれるその他の図示しない絶縁性の部材同士は、これらの部材間の絶縁状態を保つように接続される。   In addition, although not shown, an adhesive or the like is also supplied between the housing 1 and the base plate 3, and the housing 1 and the base plate 3 are thereby joined. Further, other insulating members (not shown) included in the power module 101 are connected so as to maintain an insulating state between these members.

以下の各種変形例等においては、図面の簡略化の観点から、図3および図4と同様に、図1および図2の右側半分の領域においては図示を省略している。また以下の各図においてはヒートシンク4の図示が省略されるが、以下の各種変形例等においてもパワーモジュール101と同様の態様でヒートシンク4が配置されるものとする。   In the following various modifications and the like, from the viewpoint of simplifying the drawing, the illustration is omitted in the right half region of FIGS. 1 and 2, as in FIGS. 3 and 4. In the following drawings, the heat sink 4 is not shown, but the heat sink 4 is arranged in the same manner as the power module 101 in the following various modifications.

図5を参照して、本実施の形態の第2例のパワーモジュール102は、パワーモジュール101と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール102は高放熱性絶縁体11が絶縁シートからなる高放熱性絶縁体本体11cにより形成されている点において、パワーモジュール101とは異なっている。絶縁シートからなる高放熱性絶縁体本体11cはアルミナなどからなる高放熱性絶縁体本体11aと同様に、ベース板3の主表面に沿う平面を有する平板形状を有している。当該絶縁シートはさまざまなセラミックス材料のフィラーにシリコンの粉砕粒が充填されたものにより形成されており、電気的に絶縁性を有している。当該絶縁シートの熱伝導率は5W/(m・K)以上20W/(m・K)以下程度である。この絶縁シートの熱伝導率は、少なくとも筐体1の熱伝導率より高くなっている。   Referring to FIG. 5, power module 102 of the second example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 101, and thus the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. However, the power module 102 is different from the power module 101 in that the high heat dissipation insulator 11 is formed by a high heat dissipation insulator body 11c made of an insulating sheet. The high heat dissipation insulator body 11c made of an insulating sheet has a flat plate shape having a flat surface along the main surface of the base plate 3, like the high heat dissipation insulator body 11a made of alumina or the like. The insulating sheet is made of various ceramic material fillers filled with pulverized silicon particles, and is electrically insulating. The thermal conductivity of the insulating sheet is about 5 W / (m · K) to 20 W / (m · K). The thermal conductivity of the insulating sheet is at least higher than the thermal conductivity of the housing 1.

第2例においては、図5に示す状態に対してZ方向の上下を反転させた際における高放熱性絶縁体本体11cの落下を防ぐ観点と沿面での絶縁距離を確保する観点とから、Z方向上側から主端子9の横方向成分9aの一部をZ方向下向きに押さえ込むことが可能な形態の筐体1がインサート成形される。   In the second example, from the viewpoint of preventing the high heat-dissipating insulator body 11c from dropping when the top and bottom in the Z direction are reversed with respect to the state shown in FIG. The casing 1 in a form capable of pressing a part of the lateral component 9a of the main terminal 9 downward in the Z direction from the upper side in the direction is insert-molded.

また、高放熱性絶縁体本体11cのZ方向下側(図5中の23dの位置)には、絶縁シートとしての高放熱性絶縁性本体11cを固定する目的で、薄い筐体1と同一材質の平板部材がインサート成形される。その上に熱伝導率の高い絶縁シートとしての高放熱性絶縁体本体11cを挿入して主端子9との間での絶縁性および高い熱伝導率が確保される。この高放熱性絶縁体本体11cにより、高放熱性絶縁体本体11cのZ方向下側の(熱伝導率の低い)筐体1の部分を薄くし、主端子9のZ方向下側の領域をすべて筐体1で構成する場合に比べて等価的に熱伝導率を上げ、主端子9の熱をZ方向下方へ逃がしやすくすることができる。   Further, the same material as that of the thin casing 1 is used to fix the high heat-dissipating insulating main body 11c as an insulating sheet on the lower side in the Z direction of the high heat-dissipating insulating main body 11c (position 23d in FIG. 5). The flat plate member is insert-molded. The high heat-dissipating insulator main body 11c as an insulating sheet having a high thermal conductivity is inserted thereon to ensure insulation between the main terminal 9 and high thermal conductivity. With this high heat dissipation insulator body 11c, the portion of the casing 1 on the lower side in the Z direction (low thermal conductivity) of the high heat dissipation insulator body 11c is thinned, and the region on the lower side in the Z direction of the main terminal 9 is reduced. Compared with the case where all the casings 1 are configured, the thermal conductivity can be increased equivalently, and the heat of the main terminals 9 can be easily released downward in the Z direction.

なお第2例の高放熱性絶縁体11は絶縁シートの高放熱性絶縁体本体11cの1層のみからなるため、これとベース板3との接合材としてははんだ23cの代わりに高熱伝導グリス23dが用いられることが好ましい。   In addition, since the high heat dissipation insulator 11 of the second example is composed of only one layer of the high heat dissipation insulator body 11c of the insulating sheet, the bonding material between this and the base plate 3 is a high heat conductive grease 23d instead of the solder 23c. Is preferably used.

図6を参照して、本実施の形態の第3例のパワーモジュール103は、パワーモジュール102と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。パワーモジュール103においてもパワーモジュール102と同様に、高放熱性絶縁体11としては絶縁シートからなる高放熱性絶縁体本体11cが用いられる。ただしパワーモジュール103は主端子9と高放熱性絶縁体11との接続、および高放熱性絶縁体11とベース板3とが以下の態様により接続されている点において、パワーモジュール101,102と異なっている。   Referring to FIG. 6, power module 103 of the third example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 102, and thus the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. Also in the power module 103, as in the power module 102, a high heat dissipation insulator body 11 c made of an insulating sheet is used as the high heat dissipation insulator 11. However, the power module 103 is different from the power modules 101 and 102 in that the main terminal 9 and the high heat dissipation insulator 11 are connected, and the high heat dissipation insulator 11 and the base plate 3 are connected in the following manner. ing.

すなわち、図6のようにベース板3、高放熱性絶縁体11、主端子9がこの順に積層された状態で、主端子9の横方向成分9aの上面からZ方向下側に向けて、これらが接着可能な程度に高い圧力が加えられる。これによりベース板3と高放熱性絶縁体11と主端子9とが互いに接合される。このため第3例においては、ベース板3と高放熱性絶縁体11との間に接合材は配置されていない。   That is, as shown in FIG. 6, the base plate 3, the high heat dissipation insulator 11, and the main terminal 9 are stacked in this order, and the upper side of the lateral component 9 a of the main terminal 9 is directed downward in the Z direction. High pressure is applied to such an extent that can be bonded. Thereby, the base plate 3, the high heat dissipation insulator 11, and the main terminal 9 are joined to each other. For this reason, in the third example, no bonding material is disposed between the base plate 3 and the high heat dissipation insulator 11.

このようにすれば、絶縁シートからなる高放熱性絶縁体11が、ベース板3および主端子9に対して平面視において位置ずれしないように接合できる。またベース板3と高放熱性絶縁体11などとの間に高熱伝導グリス23dなどの接合材が挟まれない。このためベース板3と、高放熱性絶縁体11および主端子9との間の、熱抵抗をより小さくすることができ、主端子9の放熱性が高められる。   In this way, the high heat dissipation insulator 11 made of an insulating sheet can be joined to the base plate 3 and the main terminal 9 so as not to be displaced in plan view. Further, a bonding material such as the high thermal conductive grease 23d is not sandwiched between the base plate 3 and the high heat dissipation insulator 11 or the like. For this reason, the thermal resistance between the base plate 3, the high heat dissipation insulator 11 and the main terminal 9 can be further reduced, and the heat dissipation of the main terminal 9 is enhanced.

図7を参照して、本実施の形態の第4例のパワーモジュール104は、パワーモジュール102と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール104は主端子9がZ方向に延びるように屈曲したL字状の形状を有してはおらず、ベース板3の主表面に沿うほぼ水平方向(X方向およびY方向)に拡がる平板状成分9cのみを有する態様となっている。主端子9は筐体1のX方向左側の側面を突き出し、その外部にまで延びている。この点においてパワーモジュール104はパワーモジュール102と異なっている。   Referring to FIG. 7, power module 104 of the fourth example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 102, and thus the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. However, the power module 104 does not have an L-shape that is bent so that the main terminal 9 extends in the Z direction, and is a flat plate that extends in a substantially horizontal direction (X direction and Y direction) along the main surface of the base plate 3. It has the form which has only the shape component 9c. The main terminal 9 protrudes from the left side surface of the housing 1 in the X direction and extends to the outside. In this respect, the power module 104 is different from the power module 102.

これにより主端子9はパワーモジュール101などと同様に、その外部の各種回路と電気的に接続可能となっている。このように主端子9は、必ずしも筐体1に対してZ方向上側からその外部に取り出す態様になっていなくてもよく、パワーモジュール104のように筐体1に対してX方向左側からその外部に取り出す態様になっていてもよい。   As a result, the main terminal 9 can be electrically connected to various external circuits similarly to the power module 101 and the like. As described above, the main terminal 9 does not necessarily have to be taken out from the upper side in the Z direction with respect to the housing 1. It may be in the form of taking out.

なおパワーモジュール101,103に対して平板状成分9cを有する主端子9が用いられてもよい。   A main terminal 9 having a plate-like component 9c may be used for the power modules 101 and 103.

図8を参照して、本実施の形態の第5例のパワーモジュール105は、パワーモジュール101と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール105は、パワーモジュール101の高放熱性絶縁体11のように高放熱性絶縁体付属導体11bが配置されておらず、高放熱性絶縁体11が高放熱性絶縁体本体11aのみにより構成されている。またベース板3と高放熱性絶縁体11との接合材として、はんだ23cの代わりに高熱伝導グリス23dが用いられている。この点においてパワーモジュール105はパワーモジュール101と異なっている。   Referring to FIG. 8, power module 105 of the fifth example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 101, and therefore the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. However, unlike the high heat dissipation insulator 11 of the power module 101, the power module 105 is not provided with the high heat dissipation insulator accessory conductor 11b, and the high heat dissipation insulator 11 is formed only by the high heat dissipation insulator body 11a. It is configured. Further, as the bonding material between the base plate 3 and the high heat dissipation insulator 11, high thermal conductive grease 23d is used instead of the solder 23c. In this respect, the power module 105 is different from the power module 101.

図9を参照して、本実施の形態の第6例のパワーモジュール106は、パワーモジュール101と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。パワーモジュール106は、高放熱性絶縁体11が、高放熱性絶縁体本体11dと、高放熱性絶縁体付属導体11bとにより構成される。高放熱性絶縁体本体11dは、筐体1よりも熱伝導率が高くかつ筐体1よりも絶縁耐力が高い、ステアタイトのような電気的に絶縁性の材質により形成されている。高放熱性絶縁体11はこのような高放熱性絶縁体本体11dを有する構成であってもよい。逆に言えばパワーモジュール101の高放熱性絶縁体本体11aは、筐体1よりも熱伝導率が高くかつ筐体1よりも絶縁耐力が低い材料により形成されていてもよい。   Referring to FIG. 9, power module 106 of the sixth example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 101, and thus the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. In the power module 106, the high heat dissipation insulator 11 includes a high heat dissipation insulator body 11d and a high heat dissipation insulator-attached conductor 11b. The high heat-dissipating insulator body 11d is formed of an electrically insulating material such as steatite that has higher thermal conductivity than the housing 1 and higher dielectric strength than the housing 1. The high heat dissipation insulator 11 may have such a high heat dissipation insulator body 11d. Conversely, the high heat dissipation insulator body 11 a of the power module 101 may be formed of a material having a higher thermal conductivity than the housing 1 and a lower dielectric strength than the housing 1.

なお以上の本実施の形態の各実施例において、絶縁基板本体5aの代わりに上記高放熱性絶縁体本体11cを構成する絶縁シートと同じ材質からなる絶縁シートが用いられてもよい。   In each example of the present embodiment described above, an insulating sheet made of the same material as the insulating sheet constituting the high heat dissipation insulator body 11c may be used instead of the insulating substrate body 5a.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、上記のいずれの実施例においても、ベース板3と主端子9との間に、絶縁材料を含み、かつ筐体1よりも熱伝導率が高い高放熱性絶縁体11が配置される。このため、たとえばベース板3と主端子9との間に筐体1と同じ材質のPPSなどが配置される場合に比べて、主端子9とベース板3との間の領域の熱抵抗を低減することができる。よって主端子9で発生した熱およびパワーモジュールの外部の配線から主端子9に伝わってきた熱をベース板3により多く伝え、ベース板3から外部に放熱させることができる。このため主端子9の温度をより効率的に下げることができる。主端子9の温度が下がれば、半導体チップ7からボンディングワイヤ13を介して主端子9に伝わる熱量が増加するため、半導体チップ7の温度を下げることもできる。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
In the present embodiment, in any of the above-described examples, the highly heat-dissipating insulator 11 includes an insulating material between the base plate 3 and the main terminal 9 and has a higher thermal conductivity than the housing 1. Is placed. For this reason, compared with the case where PPS etc. of the same material as the housing | casing 1 is arrange | positioned between the base board 3 and the main terminal 9, for example, the thermal resistance of the area | region between the main terminal 9 and the base board 3 is reduced. can do. Therefore, the heat generated at the main terminal 9 and the heat transferred from the external wiring of the power module to the main terminal 9 can be transmitted to the base plate 3 and radiated from the base plate 3 to the outside. For this reason, the temperature of the main terminal 9 can be lowered more efficiently. If the temperature of the main terminal 9 decreases, the amount of heat transferred from the semiconductor chip 7 to the main terminal 9 via the bonding wire 13 increases, so that the temperature of the semiconductor chip 7 can also be lowered.

主端子9の(たとえば縦方向成分9bをその延在方向に交差するように切った)断面の最小面積は、主端子9の発熱量に依存するように決定される。主端子9に電流をより多く流すためには、主端子9の断面積を大きくして、その発熱量をより小さくする必要がある。しかし上記のように高放熱性絶縁体11を用いて主端子9の温度を下げることができれば、主端子9の断面積を小さくすることができるため、パワーモジュールをより小型化することができる。   The minimum area of the cross section of the main terminal 9 (for example, the longitudinal component 9b cut so as to intersect the extending direction) is determined so as to depend on the amount of heat generated by the main terminal 9. In order to allow a larger amount of current to flow through the main terminal 9, it is necessary to increase the cross-sectional area of the main terminal 9 to reduce the amount of heat generated. However, if the temperature of the main terminal 9 can be lowered using the high heat dissipation insulator 11 as described above, the cross-sectional area of the main terminal 9 can be reduced, so that the power module can be further downsized.

しかも高放熱性絶縁体11はいずれの実施例においても(ベース板3の主表面に沿う方向に拡がる)絶縁材料を含んでいる。このため、主端子9とベース板3との間の絶縁性を確保しつつ、主端子9の熱を確実にベース板3の方へ放熱させることができる。つまり主端子9とベース板3との間の高い絶縁性と高い放熱性との双方を両立させることができる。   Moreover, the high heat dissipation insulator 11 includes an insulating material (expanding in the direction along the main surface of the base plate 3) in any of the embodiments. For this reason, the heat of the main terminal 9 can be reliably radiated toward the base plate 3 while ensuring the insulation between the main terminal 9 and the base plate 3. That is, both high insulation between the main terminal 9 and the base plate 3 and high heat dissipation can be achieved.

またたとえば図9のパワーモジュール106のように、筐体1よりも熱伝導率が高くかつ絶縁耐力が高い材料により高放熱性絶縁体本体11dが形成されれば、そのZ方向厚みを非常に薄くすることでその熱抵抗を低くしても、その絶縁性を十分に確保することができる。このため高放熱性絶縁体11の高い熱伝導性と電気絶縁性との双方を兼ね備える効果を確保することができる。   Further, for example, if the high heat-dissipating insulator body 11d is formed of a material having higher thermal conductivity and higher dielectric strength than the housing 1 as in the power module 106 of FIG. 9, the thickness in the Z direction is very thin. Thus, even if the thermal resistance is lowered, the insulation can be sufficiently secured. For this reason, the effect which combines both the high heat conductivity of the high heat dissipation insulator 11 and electrical insulation is securable.

なお以上の本実施の形態の各実施例において、半導体チップ7はシリコンの代わりに、炭化珪素(SiC:Silicon Carbide)のようなワイドバンドギャップ半導体により形成されてもよい。このようにすれば、主端子9の電流密度が増加し、より高温となるため、本実施の形態を用いることによる高い放熱性の作用効果がより顕著になる。   In each example of the present embodiment described above, the semiconductor chip 7 may be formed of a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC) instead of silicon. By doing so, the current density of the main terminal 9 increases and the temperature becomes higher, so that the effect of high heat dissipation by using this embodiment becomes more remarkable.

(実施の形態2)
図10を参照して、本実施の形態のパワーモジュール201は、実施の形態1のたとえば第2例のパワーモジュール102と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール201は、高放熱性絶縁体11が高放熱性絶縁体本体11cの代わりに高放熱性絶縁体本体11eにより構成されている。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 10, power module 201 of the present embodiment has basically the same configuration as power module 102 of the second example of the first embodiment, and therefore the same elements are denoted by the same reference numerals. The description will not be repeated. However, in the power module 201, the high heat dissipation insulator 11 is configured by a high heat dissipation insulator body 11e instead of the high heat dissipation insulator body 11c.

高放熱性絶縁体本体11eは、実施の形態1の高放熱性絶縁体本体11a,11c,11dと同様に、電気的に絶縁性を有している。また高放熱性絶縁体本体11eは、筐体1よりも熱伝導率が低く、かつ筐体1よりも絶縁耐力が高い絶縁紙のような材質により形成されている。   The high heat dissipation insulator body 11e is electrically insulative like the high heat dissipation insulator bodies 11a, 11c, and 11d of the first embodiment. Further, the high heat dissipation insulator body 11 e is formed of a material such as insulating paper having a lower thermal conductivity than that of the housing 1 and a higher dielectric strength than that of the housing 1.

この点においてパワーモジュール201は実施の形態1の各パワーモジュールとは異なるが、他の点については基本的に実施の形態1の各パワーモジュールと同様である。すなわちパワーモジュール201についても、ベース板3と、ベース板3の上側の主表面上の一部の領域に配置された絶縁基板5とを有しており、絶縁基板5は、絶縁基板本体5aと、下側導電体5bと、上側導電体5cとを有している。絶縁基板5のZ方向上側には半導体チップ7が配置されている。高放熱性絶縁体11は平面視において半導体チップ7が配置される領域とは異なる他の領域を少なくとも部分的に含むように配置されている。主端子9は、高放熱性絶縁体11のZ方向上側すなわちベース板3と反対側における、上記他の領域に配置され、半導体チップ7と電気的に接続可能な構成を有している。半導体チップ7を取り囲むように筐体1を有している。   In this respect, the power module 201 is different from the power modules of the first embodiment, but the other points are basically the same as those of the power modules of the first embodiment. That is, the power module 201 also includes the base plate 3 and the insulating substrate 5 arranged in a partial region on the main surface on the upper side of the base plate 3, and the insulating substrate 5 includes the insulating substrate body 5a. The lower conductor 5b and the upper conductor 5c are provided. A semiconductor chip 7 is disposed above the insulating substrate 5 in the Z direction. The highly heat-dissipating insulator 11 is disposed so as to at least partially include another region different from the region where the semiconductor chip 7 is disposed in plan view. The main terminal 9 is disposed in the other region on the upper side in the Z direction of the high heat dissipation insulator 11, that is, on the side opposite to the base plate 3, and has a configuration that can be electrically connected to the semiconductor chip 7. A housing 1 is provided so as to surround the semiconductor chip 7.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態の高放熱性絶縁体11を構成する高放熱性絶縁体本体11eは、筐体1よりも絶縁耐力が高い。このため、たとえばそのZ方向に関する厚みをかなり薄くしたとしても、当該部分すなわち主端子9とベース板3との間の領域における高い絶縁性を確保することができる。したがってその厚みが薄くすることにより、これが厚い場合に比べて、高放熱性絶縁体本体11eの部分の熱抵抗を小さくすることができる。これにより、その厚みを薄くすれば、たとえ筐体1より高放熱性絶縁体11の熱伝導率が低くても、その熱抵抗を小さくすることができ、主端子9からベース板3への放熱をより効率的に行なうことを可能とする。また高放熱性絶縁体11の厚みが薄くなることにより、パワーモジュール201をより小型化させることもできる。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
The high heat dissipation insulator body 11e constituting the high heat dissipation insulator 11 of the present embodiment has a higher dielectric strength than the housing 1. For this reason, even if the thickness in the Z direction is considerably reduced, for example, high insulation can be ensured in the portion, that is, the region between the main terminal 9 and the base plate 3. Therefore, by reducing the thickness, the thermal resistance of the portion of the high heat-dissipating insulator body 11e can be reduced as compared with the case where it is thick. Thereby, if the thickness is reduced, even if the thermal conductivity of the high heat dissipation insulator 11 is lower than that of the housing 1, the thermal resistance can be reduced, and heat dissipation from the main terminal 9 to the base plate 3 can be achieved. Can be performed more efficiently. Further, the power module 201 can be further miniaturized by reducing the thickness of the high heat dissipation insulator 11.

ここで、高放熱性絶縁体本体11eのたとえばZ方向に関する厚みT1は、仮に当該部分を筐体1と同じ材料で形成した場合のZ方向の厚みをT2、高放熱性絶縁体本体11eを構成する材料の熱伝導率をα1、筐体1を構成する材料の熱伝導率をα2とすれば、
T1<T2×(α1/α2)・・・(1)
であることが好ましい。
Here, for example, the thickness T1 in the Z direction of the high heat dissipation insulator body 11e is T2 when the portion is formed of the same material as that of the housing 1, and the high heat dissipation insulator body 11e is configured. If the thermal conductivity of the material to be made α1 and the thermal conductivity of the material constituting the housing 1 is α2,
T1 <T2 × (α1 / α2) (1)
It is preferable that

ただしこの場合、主端子9、高放熱性絶縁体11およびベース板3を覆う封止材21により、主端子9からベース板3までの沿面の絶縁距離を確保しておくことが好ましい。   However, in this case, it is preferable to secure a creeping insulation distance from the main terminal 9 to the base plate 3 by the sealing material 21 covering the main terminal 9, the high heat dissipation insulator 11 and the base plate 3.

逆に言えば、実施の形態1のように筐体1よりも熱伝導率が高い高放熱性絶縁体11が用いられる場合には、たとえその部分の厚みを大きくしたとしても、その部分の熱抵抗が主端子9からの放熱効率が非常に低下するほどに高くなる可能性を低減することができる。   In other words, when the high heat-dissipating insulator 11 having higher thermal conductivity than the housing 1 is used as in the first embodiment, even if the thickness of the portion is increased, the heat of the portion is increased. The possibility that the resistance becomes so high that the heat radiation efficiency from the main terminal 9 is extremely lowered can be reduced.

(実施の形態3)
図11〜図12を参照して、本実施の形態のパワーモジュール301は、実施の形態1のたとえば第2例のパワーモジュール102と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール301は、主端子がベース板3の主表面に交差するZ方向に関して、互いに間隔をあけて複数(ここでは2つ)並ぶように配置されている領域を少なくともその一部に含んだ構成となっている。言い換えれば、2つの動作中の電位が互いに(無視できない程度に)異なる主端子が、Z方向に関して互いに間隔をあけて配置されている。
(Embodiment 3)
Referring to FIGS. 11 to 12, power module 301 of the present embodiment has basically the same configuration as power module 102 of the second example of the first embodiment, and therefore the same elements are the same. Reference numerals will be given and description thereof will not be repeated. However, the power module 301 includes at least part of a region in which a plurality (two in this case) of the main terminals are arranged at intervals with respect to the Z direction in which the main terminal intersects the main surface of the base plate 3. It has a configuration. In other words, main terminals whose potentials during operation are different from each other (to a degree that cannot be ignored) are spaced apart from each other in the Z direction.

具体的には、図12に示すように、パワーモジュール301は、2つの主端子91と主端子92とを有している。図11に示すように主端子91は横方向成分9a1および縦方向成分9b1を有し、主端子92は横方向成分9a2および縦方向成分9b2を有している。横方向成分9a1,9a2はベース板3の主表面に沿うほぼ水平方向(X方向およびY方向)に拡がっており、縦方向成分9b1,9b2はベース板3の主表面に交差するほぼ鉛直方向(Z方向)に延びている。つまり主端子91,92は実施の形態1の主端子9と同様に、概略投影図においては屈曲したL字状の形状を有している。   Specifically, as shown in FIG. 12, the power module 301 has two main terminals 91 and a main terminal 92. As shown in FIG. 11, the main terminal 91 has a horizontal component 9a1 and a vertical component 9b1, and the main terminal 92 has a horizontal component 9a2 and a vertical component 9b2. The horizontal components 9a1 and 9a2 extend in a substantially horizontal direction (X direction and Y direction) along the main surface of the base plate 3, and the vertical components 9b1 and 9b2 are in a substantially vertical direction intersecting the main surface of the base plate 3 ( Z direction). That is, the main terminals 91 and 92 have a bent L-shape in the schematic projection view, like the main terminal 9 of the first embodiment.

ただし図12および図13を参照して、主端子91および主端子92は、平面視においても屈曲したL字状の形状を有している。具体的には、主端子91は、図12および図13(A)の左下側の領域に縦方向成分9b1が配置され、横方向成分9a1はそこからX方向右側に延びた後に屈曲してY方向上側に延びる形態をなしている。また主端子92は、図12および図13(B)の左上側の領域に縦方向成分9b2が配置され、横方向成分9a2はそこからX方向右側に延びた後に屈曲してY方向下側に延びる形態をなしている。主端子91の横方向成分9a1がY方向上側に延びる領域と、主端子92の横方向成分9a2がY方向下側に延びる領域とが平面視において互いに重なるように、Z方向に関して互いに並ぶように配置されている。   However, referring to FIG. 12 and FIG. 13, main terminal 91 and main terminal 92 have an L-shaped shape that is bent even in plan view. Specifically, the main terminal 91 has a vertical component 9b1 disposed in the lower left region of FIGS. 12 and 13A, and the horizontal component 9a1 extends to the right in the X direction and then bends to Y It is configured to extend upward in the direction. The main terminal 92 has a vertical component 9b2 arranged in the upper left region of FIGS. 12 and 13B, and the horizontal component 9a2 extends to the right in the X direction and then bends to the lower side in the Y direction. It has an extending form. The region in which the lateral component 9a1 of the main terminal 91 extends upward in the Y direction and the region in which the lateral component 9a2 of the main terminal 92 extends downward in the Y direction are aligned with each other in the Z direction so as to overlap each other in plan view. Has been placed.

ここでは一例として、主端子91の横方向成分9a1と半導体チップ7bとはボンディングワイヤ13aにより、主端子92の横方向成分9a2と半導体チップ7aとはボンディングワイヤ13bにより、それぞれ電気的に接続されている。   Here, as an example, the lateral component 9a1 of the main terminal 91 and the semiconductor chip 7b are electrically connected by the bonding wire 13a, and the lateral component 9a2 of the main terminal 92 and the semiconductor chip 7a are electrically connected by the bonding wire 13b. Yes.

図11を再度参照して、平面視において互いに重なるように配置される複数の主端子91,92(横方向成分9a1,9a2)のうち最もベース板3に近い主端子は、高放熱性絶縁体11上に配置されている。ここではZ方向に関して、主端子91の横方向成分9a1が主端子92の横方向成分9a2の上に重なるように配置されている。すなわちZ方向に関して主端子91(横方向成分9a1)よりも下側に配置される主端子92(横方向成分9a2)は、高放熱性絶縁体11上に(載置されるように)配置されている。   Referring to FIG. 11 again, the main terminal closest to the base plate 3 among the plurality of main terminals 91 and 92 (lateral components 9a1 and 9a2) arranged so as to overlap each other in plan view is a high heat dissipation insulator. 11 is arranged. Here, with respect to the Z direction, the horizontal component 9a1 of the main terminal 91 is arranged to overlap the horizontal component 9a2 of the main terminal 92. That is, the main terminal 92 (lateral component 9a2) arranged below the main terminal 91 (lateral component 9a1) in the Z direction is arranged (to be placed) on the high heat dissipation insulator 11. ing.

なおここでの高放熱性絶縁体11は、たとえばパワーモジュール102のように高放熱性絶縁体本体11cからなり、それが高熱伝導グリス23dと接続される態様であってもよい。あるいは高放熱性絶縁体11は、たとえばパワーモジュール101のように筐体1より熱伝導率が高い高放熱性絶縁体11aと高放熱性絶縁体付属導体11bであってもよい。この場合はこれとベース板3との間の接続は図11に示す高熱伝導グリス23dであってもよいがその代わりにはんだ23c(図3参照)であってもよい。   Here, the high heat dissipation insulator 11 may be composed of a high heat dissipation insulator body 11c, such as the power module 102, and connected to the high thermal conductive grease 23d. Alternatively, the high heat radiating insulator 11 may be a high heat radiating insulator 11a and a high heat radiating insulator attached conductor 11b having a higher thermal conductivity than the housing 1, such as the power module 101, for example. In this case, the connection between the base plate 3 and the base plate 3 may be the high thermal conductive grease 23d shown in FIG. 11, but may instead be the solder 23c (see FIG. 3).

その他、本実施の形態における高放熱性絶縁体11は、たとえば実施の形態2のように筐体1よりも熱伝導率が低くかつ筐体1よりも絶縁耐力が高い高放熱性絶縁体本体11eであってもよい。なお高放熱性絶縁体本体11eが用いられる場合には、実施の形態2と同様の観点から、そのZ方向の厚みをより薄くすることにより、その部分(主端子92とベース板3との間)の熱抵抗を極力小さくするとともに、主端子92からベース板3までの沿面距離を極力長くすることが好ましい。その他、実施の形態1,2の各変形例の高放熱性絶縁体11と、本実施の形態の構成とを適宜組み合わせることができる。また図示されないが、たとえば図7のパワーモジュール104のように、互いに平面的に重なる領域を含む主端子91,92が平板状成分9cを有し、筐体1に対してX方向左側からその外部に配線を取り出す態様になっていてもよい。   In addition, the high heat-dissipating insulator 11 in the present embodiment is a high heat-dissipating insulator body 11e having a lower thermal conductivity than the housing 1 and a higher dielectric strength than the housing 1, for example, as in the second embodiment. It may be. In the case where the high heat dissipation insulator body 11e is used, from the same viewpoint as in the second embodiment, by reducing the thickness in the Z direction, the portion (between the main terminal 92 and the base plate 3) is reduced. It is preferable to make the creeping distance from the main terminal 92 to the base plate 3 as long as possible. In addition, the highly heat-dissipating insulator 11 of each modification of the first and second embodiments and the configuration of the present embodiment can be combined as appropriate. Although not shown, for example, as in the power module 104 of FIG. 7, the main terminals 91 and 92 including regions overlapping each other in a plane have a plate-like component 9 c and are external to the housing 1 from the left in the X direction. Alternatively, the wiring may be taken out.

一方、Z方向に関して主端子92(横方向成分9a2)よりも上方に配置される主端子91(横方向成分9a1)は、絶縁体12の上に配置されている。この絶縁体12は高放熱性絶縁体11と同一の材料により構成されてもよいが、それとは異なる材料により構成されてもよい。絶縁体12は、横方向成分9a1と横方向成分9a2との間の領域を埋めるように、Z方向に延びるように配置されている。この絶縁体12により、横方向成分9a1と横方向成分9a2との電気的な絶縁が保たれている。   On the other hand, the main terminal 91 (lateral component 9a1) arranged above the main terminal 92 (lateral component 9a2) in the Z direction is arranged on the insulator 12. The insulator 12 may be made of the same material as the high heat dissipation insulator 11, but may be made of a different material. The insulator 12 is arranged to extend in the Z direction so as to fill a region between the lateral component 9a1 and the lateral component 9a2. The insulator 12 maintains electrical insulation between the lateral component 9a1 and the lateral component 9a2.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、たとえば高放熱性絶縁体11として筐体1の絶縁材料よりも熱伝導率が高い(高放熱性絶縁体本体11a,11c,11dなど)を用いれば、主端子92とベース板3との間の熱抵抗を下げることができる。このため、主端子92から高放熱性絶縁体11を介してベース板3に伝わる熱の量を増やすことができ、主端子92で発生した熱およびパワーモジュール301の外部の配線から主端子92に伝わってきた熱をベース板3により多く伝え、ベース板3から外部に放熱させることができる。このため主端子92の温度をより効率的に下げることができる。主端子92の温度が下がれば、半導体チップ7からボンディングワイヤ13を介して主端子92に伝わる熱量が増加するため、半導体チップ7の温度を下げることもできる。また以上のように主端子92からの放熱効率が上がるため、実施の形態1と同様に、主端子91,92の延在する方向に交差する断面の面積を小さくし、主端子92の発熱量が増えたとしても、その放熱が可能な体制が整っているといえる。このため、主端子91,92の断面積を小さくし、パワーモジュールをより小型化することができる。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
In the present embodiment, for example, if the high heat dissipation insulator 11 has a higher thermal conductivity than the insulating material of the housing 1 (high heat dissipation insulator bodies 11a, 11c, 11d, etc.), The thermal resistance between the base plate 3 can be lowered. Therefore, it is possible to increase the amount of heat transferred from the main terminal 92 to the base plate 3 through the highly heat-dissipating insulator 11, and from the heat generated in the main terminal 92 and the wiring outside the power module 301 to the main terminal 92. The transmitted heat can be transferred more to the base plate 3 and radiated from the base plate 3 to the outside. For this reason, the temperature of the main terminal 92 can be lowered more efficiently. If the temperature of the main terminal 92 decreases, the amount of heat transferred from the semiconductor chip 7 to the main terminal 92 via the bonding wire 13 increases, so that the temperature of the semiconductor chip 7 can also be lowered. Since the heat dissipation efficiency from the main terminal 92 is increased as described above, the area of the cross section intersecting with the extending direction of the main terminals 91 and 92 is reduced as in the first embodiment, and the heat generation amount of the main terminal 92 is reduced. Even if there is an increase in the number of people, it can be said that there is a system in place for heat dissipation. For this reason, the cross-sectional area of the main terminals 91 and 92 can be reduced, and the power module can be further downsized.

なお、絶縁体12がたとえば筐体1に含まれる絶縁材料と同じ材料により形成される場合には、絶縁体12は主端子92の上部と高放熱性絶縁体11の下部とを治具で固定することにより、絶縁体12は筐体1の成形時に併せて成形することができる。したがってこの場合、たとえば絶縁体12を筐体1と異なる材料により形成する場合に比べて製造工程を減らしコストを低減することができる。   When the insulator 12 is formed of the same material as the insulating material included in the housing 1, for example, the insulator 12 fixes the upper portion of the main terminal 92 and the lower portion of the high heat dissipation insulator 11 with a jig. By doing so, the insulator 12 can be molded together with the casing 1. Therefore, in this case, for example, the manufacturing process can be reduced and the cost can be reduced as compared with the case where the insulator 12 is formed of a material different from that of the housing 1.

また絶縁体12が高放熱性絶縁体11に含まれる絶縁材料と同じ材料により形成される場合には、主端子91で発生した熱および主端子91(横方向成分9a1)に伝わった熱などが高放熱性絶縁体としての絶縁体12を介してその下の主端子92(横方向成分9a2)に伝えられる。さらに主端子92から高放熱性絶縁体11を伝わることによりその下のベース板3に放熱される。このため主端子91についても主端子92と同様に温度を下げることができる。   Further, when the insulator 12 is formed of the same material as the insulating material included in the high heat dissipation insulator 11, heat generated at the main terminal 91 and heat transmitted to the main terminal 91 (lateral component 9a1), etc. It is transmitted to the main terminal 92 (lateral component 9a2) thereunder through the insulator 12 as a high heat dissipation insulator. Further, the heat is dissipated from the main terminal 92 through the high heat dissipating insulator 11 to the underlying base plate 3. Therefore, the temperature of the main terminal 91 can be lowered similarly to the main terminal 92.

ただし上側にある主端子91で発生した熱などは、下のベース板3などの放熱体に向かう放熱経路の途中に、たとえば主端子92などの主端子91と同様に熱を発生する端子の存在により、主端子91から主端子92への熱の伝搬が遮られやすい。このため主端子91は主端子92に比べて、仮にこれと接するように高放熱性絶縁体11などが配置されたとしても、その冷却効果が弱くなる。このため、たとえば仮に高放熱性絶縁体11とは異なる(熱伝導率が高放熱性絶縁体本体11cほど高くない)絶縁性材料により絶縁体12を形成しても冷却効果がさほど変わらない場合には、そのようにすることにより、その製造コストを低減することができる場合がある。つまり、本実施の形態のように複数の主端子91,92を有する構成とすることにより、その冷却の要否の優先順位に応じて場所ごとに異なる絶縁体材料を宛がうなどの工夫をすれば、コストを低減することができる場合がある。   However, the heat generated at the main terminal 91 on the upper side is present in the middle of the heat dissipation path toward the heat radiating body such as the lower base plate 3 in the same way as the main terminal 91 such as the main terminal 92. Therefore, the propagation of heat from the main terminal 91 to the main terminal 92 is easily blocked. Therefore, the cooling effect of the main terminal 91 is weaker than that of the main terminal 92 even if the highly heat-dissipating insulator 11 is disposed so as to be in contact therewith. For this reason, for example, even when the insulator 12 is formed of an insulating material that is different from the high heat dissipation insulator 11 (having a thermal conductivity not as high as that of the high heat dissipation insulator body 11c), the cooling effect does not change much. By doing so, the manufacturing cost may be reduced in some cases. In other words, by adopting a configuration having a plurality of main terminals 91 and 92 as in the present embodiment, it is possible to devise methods such as assigning different insulator materials to different places depending on the priority of the necessity of cooling. If so, the cost may be reduced.

(実施の形態4)
まず本実施の形態の第1例のパワーモジュールの構成について、図14〜図17を用いて説明する。なお図14および図16は実質的には当該パワーモジュール内の左右方向に延びる直線に沿う部分の概略断面図であるが、そのようにすれば掲載すべき構成部材がすべて含められなくなるため、ここでは正面方向から見た概略投影図としている。
(Embodiment 4)
First, the configuration of the power module of the first example of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 14 and FIG. 16 are schematic cross-sectional views of a portion along a straight line extending in the left-right direction in the power module. However, in this case, all the components to be listed are not included. In FIG. 4, a schematic projection view as seen from the front is shown.

図14および図15を参照して、本実施の形態の第1例のパワーモジュール401は、たとえば箱状(ほぼ直方体状)の外観を有しており、放熱体としてのヒートシンク4と、絶縁部材としての絶縁シート付部材6と、半導体チップ7と、放熱用絶縁部材としての高放熱性絶縁体11と、端子としてのリードフレーム10とを主に備えている。   Referring to FIGS. 14 and 15, power module 401 of the first example of the present embodiment has a box-like (substantially rectangular parallelepiped) appearance, for example, heat sink 4 as a heat radiator, and insulating member. As a main component, a member 6 with an insulating sheet, a semiconductor chip 7, a high heat dissipation insulator 11 as a heat dissipation insulating member, and a lead frame 10 as a terminal are mainly provided.

ただしパワーモジュール401においては、パワーモジュール101のような筐体1が配置されていない。したがってヒートシンク4のZ方向上方の領域において封止材22がその外部に向けて露出している。この点において本実施の形態は、筐体1を備える実施の形態1〜3の各パワーモジュールと大きく異なっている。   However, in the power module 401, the housing 1 like the power module 101 is not arranged. Therefore, the sealing material 22 is exposed toward the outside in the region above the heat sink 4 in the Z direction. In this respect, the present embodiment is greatly different from the power modules of the first to third embodiments including the housing 1.

パワーモジュール401においては、放熱体としてヒートシンク4のみが設けられているが、実施の形態1〜3と同様に、ベース板3と、そのZ方向下方の主表面上に接続されたヒートシンク4とを有する構成であってもよい。基本的にパワーモジュール401は図14および図16に示すように、ヒートシンク4を土台として載置可能な構成となっている(ヒートシンク4のZ方向上側に各部材が搭載される態様となっている)。   In the power module 401, only the heat sink 4 is provided as a heat radiating body. However, as in the first to third embodiments, the base plate 3 and the heat sink 4 connected on the main surface below the Z direction are provided. The structure which has may be sufficient. As shown in FIGS. 14 and 16, the power module 401 basically has a configuration in which the heat sink 4 can be mounted as a base (each member is mounted on the upper side of the heat sink 4 in the Z direction). ).

パワーモジュール401においては、主回路を構成する絶縁シート付部材6が配置されている。絶縁シート付部材6は、XY平面に関するほぼ全面に拡がることにより、Z方向に関して、後述する半導体チップ7および高放熱性絶縁体11と、ヒートシンク4との間に配置された態様となっている。絶縁シート付部材6は、実施の形態1において高放熱性絶縁体本体11cなどに用いられる絶縁シートと同様の材質からなる絶縁シート6aと、絶縁シート6aのZ方向下側の主表面上に形成された銅箔6b(導体)と、絶縁シート6aのZ方向上側の主表面上に接合されたヒートスプレッダ6c(導体)とを有している。これら絶縁シート6a、銅箔6b、ヒートスプレッダ6cが、ヒートシンク4の上側の主表面上のほぼ全面に拡がっている。つまり絶縁シート付部材6は絶縁基板5と同様に、ここでは導体材料を含んでいるものとする。   In the power module 401, the member 6 with an insulating sheet constituting the main circuit is disposed. The member 6 with an insulating sheet is arranged between a semiconductor chip 7 and a high heat-dissipating insulator 11 (to be described later) and the heat sink 4 in the Z direction by spreading over almost the entire XY plane. The insulating sheet member 6 is formed on the insulating sheet 6a made of the same material as the insulating sheet used for the high heat dissipation insulator body 11c and the like on the first embodiment, and on the main surface on the lower side in the Z direction of the insulating sheet 6a. And a heat spreader 6c (conductor) bonded to the main surface on the upper side in the Z direction of the insulating sheet 6a. The insulating sheet 6 a, the copper foil 6 b, and the heat spreader 6 c are spread almost over the entire main surface on the upper side of the heat sink 4. That is, the member 6 with an insulating sheet is assumed to contain a conductor material here, like the insulating substrate 5.

絶縁シート付部材6は実施の形態1などの絶縁基板5と同様に半導体チップ7の外側に形成される主回路を形成する基板である。銅箔6bは銅の薄膜により形成されており、絶縁基板5の下側導電体5bに対応している。ヒートスプレッダ6cはたとえば銅により形成されており、絶縁基板5の上側導電体5cに対応している。ただしパワーモジュール401においても、パワーモジュール101などと同様に、絶縁基板本体5aと、その上下面に設けられた金属板としての下側導電体5bおよび上側導電体5cとを有する絶縁基板5が用いられてもよい。   The member 6 with an insulating sheet is a substrate that forms a main circuit formed outside the semiconductor chip 7 in the same manner as the insulating substrate 5 of the first embodiment. The copper foil 6 b is formed of a copper thin film and corresponds to the lower conductor 5 b of the insulating substrate 5. The heat spreader 6c is made of copper, for example, and corresponds to the upper conductor 5c of the insulating substrate 5. However, in the power module 401, as in the power module 101 and the like, the insulating substrate 5 having the insulating substrate body 5a and the lower conductor 5b and the upper conductor 5c as metal plates provided on the upper and lower surfaces thereof is used. May be.

半導体チップ7は、絶縁シート付部材6のヒートシンク4が配置される側(下側)と反対側(上側)に配置されている。ここでは一例として、X方向に関して互いに間隔をあけて2つの半導体チップ7a,7bが配置されている。   The semiconductor chip 7 is arranged on the side (lower side) opposite to the side (lower side) where the heat sink 4 is arranged of the member 6 with insulating sheet. Here, as an example, two semiconductor chips 7a and 7b are arranged at an interval in the X direction.

高放熱性絶縁体11は、絶縁シート付部材6の上側の主表面上(ヒートシンク4の上側の主表面の上でもある)の、半導体チップ7が配置される領域とは異なる領域(ここでは半導体チップ7のX方向左側)に配置されている。ここでは実施の形態1の各実施例のいずれの高放熱性絶縁体11が用いられてもよいが、ここでは一例として図6のように圧力を利用してヒートスプレッダ6cなどと接続された態様の高放熱性絶縁体本体11cが示されている。したがって、ここではX方向左側から、高放熱性絶縁体11、半導体チップ7a、半導体チップ7bの順に互いに間隔をあけて絶縁シート付部材6上に並んでいる。   The high heat dissipation insulator 11 is a region (here, a semiconductor) different from the region where the semiconductor chip 7 is disposed on the main surface on the upper side of the member 6 with the insulating sheet (also on the main surface on the upper side of the heat sink 4). It is arranged on the left side in the X direction of the chip 7. Here, any of the high heat dissipating insulators 11 in each of the embodiments of the first embodiment may be used, but here, as an example, a state in which the pressure is used and the heat spreader 6c is connected as shown in FIG. A high heat-dissipating insulator body 11c is shown. Therefore, here, from the left side in the X direction, the highly heat-dissipating insulator 11, the semiconductor chip 7a, and the semiconductor chip 7b are arranged on the member 6 with the insulating sheet at intervals from each other.

また本実施の形態においては、高放熱性絶縁体11に含まれる高放熱性絶縁体(たとえば高放熱性絶縁体11c)は封止材22よりも熱伝導率の高い絶縁材料となっている。したがって絶縁シート6aも、(高放熱性絶縁体11cと同じ材料であることから)封止材22よりも熱伝導率の高い絶縁材料となっている。   In the present embodiment, the high heat dissipation insulator (for example, the high heat dissipation insulator 11 c) included in the high heat dissipation insulator 11 is an insulating material having a higher thermal conductivity than the sealing material 22. Therefore, the insulating sheet 6a is also an insulating material having a higher thermal conductivity than the sealing material 22 (because it is the same material as the high heat dissipation insulator 11c).

リードフレーム10は、実施の形態1などの主端子9に対応するものである。リードフレーム10は、高放熱性絶縁体11のZ方向上側の主表面上に接続され、かつ半導体チップ7a,7bのZ方向上側の主表面上にも接続されている。つまりリードフレーム10は、高放熱性絶縁体11、半導体チップ7aおよび半導体チップ7bの真上を跨ぐように、X方向に関して延びている。さらにリードフレーム10はこれらの部材を封止する封止材22のX方向左側の端部を突き破ってその左方に突き出すように延びており、これにより外部との電気的接続を可能としている。また図15および図17の平面図に示すように、リードフレーム10は、Y方向に関しても、たとえば高放熱性絶縁体11のY方向寸法と同程度の幅を有している。したがってリードフレーム10は、平面視においてX方向に長く延びる板状の形状を有している。   The lead frame 10 corresponds to the main terminal 9 in the first embodiment or the like. The lead frame 10 is connected to the main surface on the upper side in the Z direction of the high heat dissipating insulator 11 and also connected to the main surface on the upper side in the Z direction of the semiconductor chips 7a and 7b. That is, the lead frame 10 extends in the X direction so as to straddle the high heat dissipation insulator 11, the semiconductor chip 7a, and the semiconductor chip 7b. Furthermore, the lead frame 10 extends so as to penetrate the left end portion of the sealing material 22 for sealing these members in the X direction and project to the left, thereby enabling electrical connection with the outside. As shown in the plan views of FIGS. 15 and 17, the lead frame 10 also has a width comparable to the dimension in the Y direction of the high heat dissipation insulator 11 in the Y direction, for example. Accordingly, the lead frame 10 has a plate-like shape extending in the X direction in plan view.

以上により、ここではリードフレーム10は、半導体チップ7a,7bと高放熱性絶縁体11との双方に直接接続されている。ただしリードフレーム10は半導体チップ7a,7bの代わりにヒートスプレッダ6cに直接接続され、ヒートスプレッダ6cと半導体チップ7とが図示されないボンディングワイヤで接続されることにより半導体チップ7と電気的に接続された態様であってもよい。   As described above, the lead frame 10 is directly connected to both the semiconductor chips 7a and 7b and the high heat dissipation insulator 11 here. However, the lead frame 10 is directly connected to the heat spreader 6c instead of the semiconductor chips 7a and 7b, and is electrically connected to the semiconductor chip 7 by connecting the heat spreader 6c and the semiconductor chip 7 with bonding wires (not shown). There may be.

なおリードフレーム10は、通常、銅により形成されている。ただしインバーと呼ばれる鉄−ニッケル合金材料を1対の銅材の間に挟む構成にした材料を用いてリードフレーム10を構成してもよい。   The lead frame 10 is usually made of copper. However, the lead frame 10 may be formed using a material in which an iron-nickel alloy material called invar is sandwiched between a pair of copper materials.

封止材22の最外部の一部には制御信号用電極17が複数(たとえば制御信号用電極17a,17b,17c,17d,17eの5つ)形成されている。これは実施の形態1と同様に、半導体チップ7に形成されるIBGTまたはMOSFETなどのスイッチング素子に含まれる図示されないゲート配線等に入力すべき制御信号を外部から入力したり、かつスイッチング素子から制御信号を出力したりするための電極である。このため半導体チップ7と制御信号用電極17とがボンディングワイヤ13により電気的に接続されている。   A plurality of control signal electrodes 17 (for example, five control signal electrodes 17a, 17b, 17c, 17d, and 17e) are formed on a part of the outermost portion of the sealing material 22. In the same manner as in the first embodiment, a control signal to be input to a gate wiring (not shown) included in a switching element such as IBGT or MOSFET formed on the semiconductor chip 7 is input from the outside, and is controlled from the switching element. It is an electrode for outputting a signal. Therefore, the semiconductor chip 7 and the control signal electrode 17 are electrically connected by the bonding wire 13.

またリードフレーム10とY方向に関して互いに間隔をあけて、1対の主端子18a,18bが配置されている。これらはたとえば絶縁シート付部材6のヒートスプレッダ6c上に接続されている。図15においてはこれらの主端子18a,18bはX方向に関してリードフレーム10とほぼ平行に延在し、その一部が封止材22から露出されている。これにより、その外部との電気的接続を可能としている。なお主端子18a,18bは、いずれもリードフレーム10とは電位が異なっている。   A pair of main terminals 18a and 18b are arranged spaced apart from each other with respect to the lead frame 10 in the Y direction. These are connected on the heat spreader 6c of the member 6 with an insulating sheet, for example. In FIG. 15, these main terminals 18 a and 18 b extend almost in parallel with the lead frame 10 in the X direction, and a part of them is exposed from the sealing material 22. Thereby, the electrical connection with the exterior is enabled. The main terminals 18a and 18b are different in potential from the lead frame 10.

以上に述べた各部材間は、はんだなどの接合材により互いに接続されている。たとえばヒートシンク4と絶縁シート付部材6との間にははんだ23aが、絶縁シート付部材6と半導体チップ7との間にははんだ23bが、半導体チップ7とリードフレーム10との間にははんだ23eがそれぞれ配置され、2つの部材を電気的に接続している。さらに主端子18と絶縁シート付部材6との間にははんだ23fが配置されこれらを接続している。これらのはんだの代わりに銀が用いられてもよいし、たとえばはんだ23aの代わりに高熱伝導グリス23d(図5参照)が用いられてもよい。また互いに電気的に絶縁すべき各部材間の沿面の絶縁距離は可能な限り長くなるよう確保されている。   The members described above are connected to each other by a bonding material such as solder. For example, a solder 23 a is provided between the heat sink 4 and the insulating sheet member 6, a solder 23 b is provided between the insulating sheet member 6 and the semiconductor chip 7, and a solder 23 e is provided between the semiconductor chip 7 and the lead frame 10. Are arranged to electrically connect the two members. Furthermore, solder 23f is arranged between the main terminal 18 and the member 6 with an insulating sheet, and these are connected. Silver may be used instead of these solders, for example, high heat conductive grease 23d (see FIG. 5) may be used instead of the solder 23a. Further, the creeping insulation distance between the members to be electrically insulated from each other is ensured to be as long as possible.

以上の態様を組み立てる際には、まずヒートスプレッダ6cの上の所望の位置に高放熱性絶縁体11が配置され、かつヒートスプレッダ6cの上の所望の位置にはんだ23bを介して半導体チップ7a,7bが配置される。また半導体チップ7a,7bのZ方向上側の主表面上には、所望のZ方向厚みを有するようにはんだ23eが供給される。   In assembling the above embodiment, first, the high heat dissipating insulator 11 is disposed at a desired position on the heat spreader 6c, and the semiconductor chips 7a and 7b are disposed at desired positions on the heat spreader 6c via the solder 23b. Be placed. Solder 23e is supplied on the main surface on the upper side in the Z direction of the semiconductor chips 7a and 7b so as to have a desired thickness in the Z direction.

次に、これら高放熱性絶縁体11およびはんだ23e(半導体チップ7a,7b)の双方の上に重畳するようにリードフレーム10が配置される。このときリードフレーム10は、半導体チップ7a,7bと高放熱性絶縁体11との間の領域においてZ方向上方を向くように屈曲する。これによりリードフレーム10が半導体チップ7a,7b上のはんだ23eの厚みに応じて高放熱性絶縁体11の真上に比べてZ方向上方に配置可能となる。   Next, the lead frame 10 is disposed so as to overlap both the high heat dissipation insulator 11 and the solder 23e (semiconductor chips 7a and 7b). At this time, the lead frame 10 is bent so as to face upward in the Z direction in a region between the semiconductor chips 7 a and 7 b and the high heat dissipation insulator 11. As a result, the lead frame 10 can be disposed above the high heat dissipating insulator 11 in the Z direction according to the thickness of the solder 23e on the semiconductor chips 7a and 7b.

たとえば半導体チップ7a,7bとリードフレーム10とを接合するはんだ23eは、その厚みが大きくなれば、半導体チップ7a,7bからリードフレーム10への伝熱の熱抵抗が増加し、半導体チップ7a,7bからリードフレーム10へ伝わる熱量が減少する。このため、半導体チップ7からリードフレーム10への放熱効率を高める観点からは、はんだ23eを厚くするよりも、はんだ23eは薄くしたままリードフレーム10をはんだ23eの上面の高さに適合するように屈曲させる方がよい場合がある。   For example, if the thickness of the solder 23e that joins the semiconductor chips 7a and 7b and the lead frame 10 increases, the thermal resistance of heat transfer from the semiconductor chips 7a and 7b to the lead frame 10 increases, and the semiconductor chips 7a and 7b. The amount of heat transferred from the lead frame 10 to the lead frame 10 decreases. For this reason, from the viewpoint of increasing the heat dissipation efficiency from the semiconductor chip 7 to the lead frame 10, the lead frame 10 is adapted to the height of the upper surface of the solder 23e while the solder 23e is thin rather than the solder 23e being thick. Sometimes it is better to bend.

またリードフレーム10は高放熱性絶縁体11の上側の表面上にも配置されるが、このとき治具で両者が接着可能な程度の圧力が加わるように調節される。この状態で、リフロー工程により、はんだ23a,23b,23e,23fにより各部材間が一括で接合される。このとき、はんだ23a,23b,23e,23fが溶融した際に、リードフレーム10の自重により、リードフレーム10と高放熱性絶縁体11との接続が強固になり、両者間の熱抵抗を減らすことができる。   The lead frame 10 is also disposed on the upper surface of the highly heat-dissipating insulator 11, but at this time, the jig is adjusted so that a pressure is applied to the extent that both can be bonded with a jig. In this state, the members are joined together by the solders 23a, 23b, 23e, and 23f in a reflow process. At this time, when the solders 23a, 23b, 23e, and 23f are melted, the weight of the lead frame 10 strengthens the connection between the lead frame 10 and the high heat dissipation insulator 11, thereby reducing the thermal resistance therebetween. Can do.

次に以上により実装された、絶縁シート付部材6およびそのZ方向上方の各部材を封止する封止材22は、エポキシ樹脂などの封止材料が用いられている。封止材22は、その最表面を露出する態様となるため、ゲル状の封止材21に比べて硬度が非常に高くなっている。封止材22はパワーモジュール101などの筐体1と同様に、パワーモジュール201を構成する半導体チップ7などをそのX方向およびY方向の合計四方から取り囲むように収納する箱型(たとえば直方体型)を有している。上記のようにはんだ23a,23b,23e,23fを用いた接合の後に、封止材22を用いて各部材が封止される。   Next, a sealing material such as an epoxy resin is used for the sealing material 22 that seals the member 6 with an insulating sheet and each member on the upper side in the Z direction mounted as described above. Since the sealing material 22 has an aspect in which the outermost surface is exposed, the hardness is extremely higher than that of the gel-like sealing material 21. As in the case of the housing 1 such as the power module 101, the sealing material 22 is a box type (for example, a rectangular parallelepiped type) that houses the semiconductor chip 7 constituting the power module 201 so as to surround the X and Y directions in total. have. Each member is sealed using the sealing material 22 after joining using the solders 23a, 23b, 23e, and 23f as described above.

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態1の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。   In addition, since the structure of this Embodiment other than this is as substantially the same as the structure of Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected about the same element and the description is not repeated.

図18を参照して、本実施の形態の第2例のパワーモジュール402は、パワーモジュール401と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。パワーモジュール402においてもパワーモジュール401と同様に、端子として主端子9(図1参照)の代わりにリードフレーム10が用いられている。ただしパワーモジュール402は、高放熱性絶縁体11が、高放熱性絶縁体本体11aと、そのZ方向下側の主表面上に接合された下側導電体11fと、高放熱性絶縁体本体11aのZ方向上側の主表面上に接合された上側導電体11gとを有する構成となっている。この点においてパワーモジュール402は、高放熱性絶縁体11cが圧力を利用してリードフレーム10に接合されるパワーモジュール401とは異なっている。   Referring to FIG. 18, power module 402 of the second example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 401, and thus the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. Similarly to the power module 401, the power module 402 uses the lead frame 10 as a terminal instead of the main terminal 9 (see FIG. 1). However, in the power module 402, the high heat dissipation insulator 11 includes a high heat dissipation insulator body 11a, a lower conductor 11f bonded on the lower main surface in the Z direction, and a high heat dissipation insulator body 11a. The upper conductor 11g is joined to the upper main surface in the Z direction. In this respect, the power module 402 is different from the power module 401 in which the high heat dissipation insulator 11c is joined to the lead frame 10 using pressure.

高放熱性絶縁体11は上記のような構成を有していてもよい。下側導電体11fおよび上側導電体11gは、たとえば銅製またはアルミニウム製の金属板である。   The high heat dissipation insulator 11 may have the above-described configuration. The lower conductor 11f and the upper conductor 11g are, for example, copper or aluminum metal plates.

また下側導電体11fとヒートスプレッダ6cとは、たとえばはんだ23gにより接合されている。上側導電体11gとヒートスプレッダ6cとについても同様に、たとえばはんだ23hにより接合されている。   The lower conductor 11f and the heat spreader 6c are joined together by, for example, solder 23g. Similarly, the upper conductor 11g and the heat spreader 6c are joined by, for example, solder 23h.

図18においては、上側導電体11g上のはんだ23hのZ方向最上面と、半導体チップ7上のはんだ23eのZ方向最上面との高さがほぼ等しくなっている。このため両者を跨ぐように接合されるリードフレーム10はZ方向に関して屈曲することなく、ほぼ平板状に延びている。ただしここでも(上記第1例と同様に)絶縁シート6aのZ方向に関する高さと、はんだ23b,23e,23g,23hの厚みとを調整しながら、必要に応じてZ方向に関してリードフレーム10が屈曲されてもよい。たとえば半導体チップ7からリードフレーム10への放熱効率を高める観点からは、はんだ23eを厚くするよりも、はんだ23eは薄くしたままリードフレーム10をはんだ23eの上面の高さに適合するように屈曲させる方がよい場合がある。   In FIG. 18, the heights of the Z-direction uppermost surface of the solder 23 h on the upper conductor 11 g and the Z-direction uppermost surface of the solder 23 e on the semiconductor chip 7 are substantially equal. Therefore, the lead frame 10 joined so as to straddle both extends substantially in a flat plate shape without bending in the Z direction. However, also here (as in the first example), the lead frame 10 is bent in the Z direction as necessary while adjusting the height of the insulating sheet 6a in the Z direction and the thickness of the solders 23b, 23e, 23g, and 23h. May be. For example, from the viewpoint of increasing the heat dissipation efficiency from the semiconductor chip 7 to the lead frame 10, the lead frame 10 is bent to match the height of the upper surface of the solder 23e while the solder 23e is thin, rather than the solder 23e being thick. It may be better.

パワーモジュール402の形成時においては、ヒートシンク4上のはんだ23aと、半導体チップ7の上下面のはんだ23b,23eと、高放熱性絶縁体11の上下面それぞれと接するはんだ23g,23hとがすべて一括してリフロー工程により固着される。これにより、各はんだ23a,23b,23e,23g,23hに接する部材間が接合される。   When the power module 402 is formed, the solder 23a on the heat sink 4, the solders 23b and 23e on the upper and lower surfaces of the semiconductor chip 7, and the solders 23g and 23h in contact with the upper and lower surfaces of the high heat dissipation insulator 11 are all collectively. Then, it is fixed by a reflow process. Thereby, the members in contact with the solders 23a, 23b, 23e, 23g, and 23h are joined.

図19を参照して、本実施の形態の第3例のパワーモジュール403は、パワーモジュール401と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。ただしパワーモジュール403はリードフレーム10が高放熱性絶縁体11のX方向左側の端部の真上当たりの位置にてほぼ直角に屈曲し、封止材22を突き破ってその最上部よりも上側にまで突き出すように延びている。これにより外部との電気的接続を可能としている。このようにリードフレーム10は、X方向に関して封止材22の外側に突き出してもよいし、Z方向に関して封止材22の外側に突き出してもよい。   Referring to FIG. 19, power module 403 of the third example of the present embodiment has basically the same configuration as power module 401, and thus the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is repeated. Absent. However, in the power module 403, the lead frame 10 bends substantially at a right angle at a position just above the end on the left side in the X direction of the high heat dissipating insulator 11, breaks through the sealing material 22 and is above the uppermost portion. It extends to protrude. This enables electrical connection with the outside. Thus, the lead frame 10 may protrude outside the sealing material 22 in the X direction, or may protrude outside the sealing material 22 in the Z direction.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては端子として主端子9(図1参照)の代わりに平面視において板状形状のリードフレーム10が用いられ、これとヒートシンク4との間に高放熱性絶縁体11が配置(接続)される。リードフレーム10により、主端子9がボンディングワイヤ13を介して半導体チップ7と接続される実施の形態1などに比べて、半導体チップ7で発生した熱が直ちにリードフレーム10を介してそのZ方向下方のヒートスプレッダ6cおよびヒートシンク4に放熱できる。すなわちリードフレーム10により半導体チップ7の放熱効率がより向上される。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
In the present embodiment, instead of the main terminal 9 (see FIG. 1), a plate-like lead frame 10 is used in plan view as a terminal, and a high heat dissipation insulator 11 is disposed between the lead frame 10 and the heat sink 4 ( Connected). Compared with the first embodiment in which the main terminal 9 is connected to the semiconductor chip 7 via the bonding wire 13 by the lead frame 10, the heat generated in the semiconductor chip 7 is immediately below the Z direction via the lead frame 10. The heat spreader 6c and the heat sink 4 can radiate heat. That is, the heat dissipation efficiency of the semiconductor chip 7 is further improved by the lead frame 10.

また実施の形態1と同様に、高放熱性絶縁体11により、リードフレーム10で発生した熱およびパワーモジュールの外部の配線からリードフレーム10に伝わってきた熱をヒートシンク4およびヒートスプレッダ6cなどにより多く伝え、そこから外部に放熱させることができる。したがってリードフレーム10の冷却効率を高めることもできる。高放熱性絶縁体11は、このような高い放熱性および高い絶縁性の双方を両立するように実現させることができる。   As in the first embodiment, the heat radiating insulator 11 transmits a large amount of heat generated in the lead frame 10 and heat transferred from the external wiring of the power module to the lead frame 10 to the heat sink 4 and the heat spreader 6c. From there, heat can be dissipated to the outside. Therefore, the cooling efficiency of the lead frame 10 can be increased. The high heat-dissipating insulator 11 can be realized so as to satisfy both of such high heat dissipation and high insulation.

リードフレーム10に大電流を流すことにより、リードフレーム10には大量の熱が発生しやすいことから、本実施の形態の放熱システムは特に実益がある。また半導体チップ7はシリコンの代わりに、炭化珪素(SiC:Silicon Carbide)のようなワイドバンドギャップ半導体により形成されてもよい。このようにすれば、リードフレーム10の電流密度が増加し、より高温となるため、本実施の形態を用いることによる高い放熱性の作用効果がより顕著になる。   Since a large amount of heat is easily generated in the lead frame 10 by flowing a large current through the lead frame 10, the heat dissipation system of the present embodiment is particularly beneficial. The semiconductor chip 7 may be formed of a wide band gap semiconductor such as silicon carbide (SiC) instead of silicon. By doing so, the current density of the lead frame 10 increases and the temperature becomes higher, so that the effect of high heat dissipation by using this embodiment becomes more remarkable.

半導体チップ7とリードフレーム10とを接続するはんだ23eの厚み等により、半導体チップ7からリードフレーム10への放熱効率をいっそう高めることもできる。   The heat radiation efficiency from the semiconductor chip 7 to the lead frame 10 can be further increased by the thickness of the solder 23e connecting the semiconductor chip 7 and the lead frame 10.

また絶縁シート6aとヒートスプレッダ6cとが絶縁シート付部材6の一部(上側導電体)として、平面視において絶縁シート付部材6の(ほぼ)全面に拡がっている。すなわち絶縁シート6aおよびヒートスプレッダ6cは、Z方向に関して半導体チップ7a,7bおよび高放熱性絶縁体11と、ヒートシンク4との間に必ず配置される構成となっている。上記のように絶縁シート6aは封止材22よりも熱伝導率が高く、また銅であるため当然にヒートスプレッダ6cも封止材22よりも熱伝導率が高い。このことも、リードフレーム10から絶縁シート6a、ヒートスプレッダ6cおよびその真下のヒートシンク4などへの放熱効率をより高める効果を有する。   Moreover, the insulating sheet 6a and the heat spreader 6c are spread as a part (upper conductor) of the member 6 with the insulating sheet over the (almost) entire surface of the member 6 with the insulating sheet in a plan view. In other words, the insulating sheet 6 a and the heat spreader 6 c are arranged between the semiconductor chips 7 a and 7 b and the high heat dissipation insulator 11 and the heat sink 4 in the Z direction. As described above, the insulating sheet 6 a has higher thermal conductivity than the sealing material 22, and naturally, the heat spreader 6 c also has higher thermal conductivity than the sealing material 22 because it is copper. This also has the effect of further increasing the heat radiation efficiency from the lead frame 10 to the insulating sheet 6a, the heat spreader 6c, the heat sink 4 immediately below, and the like.

なおリードフレーム10は半導体チップ7よりも発熱量が少ない。このためリードフレーム10を用いる本実施の形態においては、少なくともエポキシ樹脂などの封止材22よりも熱伝導率の高い高放熱性絶縁体本体(を含む高放熱性絶縁体11)を用いれば、リードフレーム10の比較的少ない発熱を放熱するには十分である。このような高放熱性絶縁体本体の材料として安価な材料を用いることで、製造コストを低減することもできる。   The lead frame 10 generates less heat than the semiconductor chip 7. For this reason, in this embodiment using the lead frame 10, if a high heat dissipation insulator body (including the high heat dissipation insulator 11) having a higher thermal conductivity than the sealing material 22 such as epoxy resin is used, It is sufficient to dissipate relatively little heat generated by the lead frame 10. By using an inexpensive material as the material for such a high heat-dissipating insulator body, the manufacturing cost can be reduced.

その他、本実施の形態においても、実施の形態1などと同様に、リードフレーム10に電流をより多く流すためには、リードフレーム10の断面積を大きくして、その発熱量をより小さくする必要がある。しかし上記のように高放熱性絶縁体11を用いてリードフレーム10の温度を下げることができれば、リードフレーム10の断面積を小さくすることができるため、パワーモジュールをより小型化することができる。   In addition, also in the present embodiment, as in the first embodiment, in order to flow a larger amount of current through the lead frame 10, it is necessary to increase the cross-sectional area of the lead frame 10 and reduce the amount of heat generation. There is. However, if the temperature of the lead frame 10 can be lowered using the high heat dissipating insulator 11 as described above, the cross-sectional area of the lead frame 10 can be reduced, so that the power module can be further downsized.

(実施の形態5)
図20を参照して、本実施の形態のパワーモジュール501は、実施の形態4のたとえば第2例のパワーモジュール402と基本的に同様の構成であるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。すなわち端子としてはパワーモジュール501の外部の配線に接続されるリードフレーム10を有している。ただしパワーモジュール501は、放熱体としてヒートシンク4の代わりにベース板3を有している。ただしここでもヒートシンク4であってもよいし、図1などのようにベース板3とヒートシンク4との双方を有していてもよい。またパワーモジュール501は、絶縁シート付部材6の代わりに実施の形態1などと同様の、ベース板3の上側の主表面上の一部(図20のX方向右側の領域)のみを覆う絶縁基板5が、はんだ23aを介して接合されている。絶縁基板5の上には半導体チップ7が、はんだ23bを介して接合されている。
(Embodiment 5)
Referring to FIG. 20, power module 501 of the present embodiment has basically the same configuration as power module 402 of the second example of the fourth embodiment, and therefore the same elements are denoted by the same reference numerals. The description will not be repeated. That is, the lead frame 10 connected to the wiring outside the power module 501 is provided as a terminal. However, the power module 501 has the base plate 3 instead of the heat sink 4 as a radiator. However, the heat sink 4 may also be used here, and both the base plate 3 and the heat sink 4 may be provided as shown in FIG. Further, the power module 501 is an insulating substrate that covers only a part (the region on the right side in the X direction in FIG. 20) on the upper main surface of the base plate 3, similar to the first embodiment, instead of the member 6 with an insulating sheet. 5 are joined via the solder 23a. A semiconductor chip 7 is bonded onto the insulating substrate 5 via solder 23b.

パワーモジュール501の高放熱性絶縁体11は、パワーモジュール402と同様に、高放熱性絶縁体本体11aと、そのZ方向下側の主表面上に接合された下側導電体11fと、高放熱性絶縁体本体11aのZ方向上側の主表面上に接合された上側導電体11gとを有する構成となっている。ただし図20の高放熱性絶縁体11は、図18の高放熱性絶縁体11に比べてX方向に関する幅が狭くなっており、(実施の形態1などと同様に)絶縁基板5が配置される領域以外の領域におけるベース板3の上側の主表面上に、はんだ23gを介して接合されている。   As with the power module 402, the high heat dissipation insulator 11 of the power module 501 includes a high heat dissipation insulator body 11a, a lower conductor 11f bonded on the lower main surface in the Z direction, and a high heat dissipation. The upper conductor 11g is bonded to the upper main surface in the Z direction of the conductive insulator body 11a. However, the high heat dissipating insulator 11 in FIG. 20 has a narrower width in the X direction than the high heat dissipating insulator 11 in FIG. 18, and the insulating substrate 5 is disposed (similar to the first embodiment or the like). On the main surface on the upper side of the base plate 3 in a region other than the region to be bonded, it is joined via solder 23g.

また半導体チップ7とリードフレーム10とははんだ23eにより、高放熱性絶縁体11とリードフレーム10とははんだ23hにより、それぞれ接合されている。また図示されているすべてのはんだはリフロー工程により一括して固化されることにより、各部材は互いに接合されている。   Further, the semiconductor chip 7 and the lead frame 10 are joined by solder 23e, and the high heat dissipation insulator 11 and the lead frame 10 are joined by solder 23h, respectively. Further, all the solders shown in the figure are solidified together by a reflow process, so that the members are joined to each other.

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
たとえば高放熱性絶縁体本体11aを形成する平面視における面積を十分に確保できない場合は、図20のように図18に比べて高放熱性絶縁体本体11aの平面積が小さくなってもよい。パワーモジュールの構造などに応じて、パワーモジュール402のように設計するか、あるいはパワーモジュール501のように設計するかを適宜選択し決定することが好ましい。
Next, the effect of this Embodiment is demonstrated.
For example, when a sufficient area in a plan view for forming the high heat dissipation insulator body 11a cannot be secured, the plane area of the high heat dissipation insulator body 11a may be smaller than that in FIG. Depending on the structure of the power module and the like, it is preferable to appropriately select and determine whether to design as the power module 402 or the power module 501.

また本実施の形態においても実施の形態4と同様に、パワーモジュール501内にはリードフレーム10が含まれ、かつ筐体1が含まれない。このため高放熱性絶縁体本体11aとしては少なくとも封止材22よりも熱伝導性の高い材料が用いられればよい。このような高放熱性絶縁体本体の材料として安価な材料を用いることで、製造コストを低減することもできる。   Also in the present embodiment, as in the fourth embodiment, the power module 501 includes the lead frame 10 and does not include the housing 1. Therefore, a material having higher thermal conductivity than at least the sealing material 22 may be used as the high heat dissipation insulator body 11a. By using an inexpensive material as the material for such a high heat-dissipating insulator body, the manufacturing cost can be reduced.

以上に述べた各実施の形態の態様は、技術的に矛盾のない範囲で、適宜組み合わせることができる。たとえば実施の形態4,5において実施の形態2に示す高放熱性絶縁体本体11eが用いられ、当該高放熱性絶縁体本体11eが封止材22よりも熱伝導率が低く絶縁耐力が高い材料であってもよい。   The aspects of each embodiment described above can be combined as appropriate within a technically consistent range. For example, the high heat dissipation insulator body 11e shown in Embodiment 2 is used in Embodiments 4 and 5, and the high heat dissipation insulator body 11e has a lower thermal conductivity than the sealing material 22 and a higher dielectric strength. It may be.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1 筐体、3 ベース板、4 ヒートシンク、5 絶縁基板、5a 絶縁基板本体、5b,11f 下側導電体、5c,11g 上側導電体、6 絶縁シート付部材、6a 絶縁シート、6b 銅箔、6c ヒートスプレッダ、7,7a,7b 半導体チップ、9,18a,18b,91,92 主端子、9a,9a1,9a2,9x 横方向成分、9b,9b1,9b2,9y 縦方向成分、9c 平板状成分、10 リードフレーム、11 高放熱性絶縁体、11a,11c,11d,11e 高放熱性絶縁体本体、11b 高放熱性絶縁体付属導体、12 絶縁体、13,13a,13b,13c ボンディングワイヤ、17,17a,17b,17c,17d,17e 制御信号用電極、21,22 封止材、23a,23b,23c,23e,23f,23g,23h はんだ、23d 高熱伝導グリス、101,102,103,104,105,106,201,301,401,402,403,501 パワーモジュール。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case, 3 Base board, 4 Heat sink, 5 Insulation board | substrate, 5a Insulation board body, 5b, 11f Lower conductor, 5c, 11g Upper conductor, 6 Insulation sheet member, 6a Insulation sheet, 6b Copper foil, 6c Heat spreader, 7, 7a, 7b Semiconductor chip, 9, 18a, 18b, 91, 92 Main terminal, 9a, 9a1, 9a2, 9x Horizontal component, 9b, 9b1, 9b2, 9y Vertical component, 9c Flat component, 10 Lead frame, 11 High heat dissipation insulator, 11a, 11c, 11d, 11e High heat dissipation insulator body, 11b High heat dissipation insulator accessory conductor, 12 Insulator, 13, 13a, 13b, 13c Bonding wire, 17, 17a , 17b, 17c, 17d, 17e Control signal electrode, 21, 22 Sealing material, 23a, 23b, 23c, 23e, 23 , 23g, 23h solder, 23d high thermal conductivity grease, 101,102,103,104,105,106,201,301,401,402,403,501 power module.

Claims (7)

放熱体と、
前記放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置された、導体を含む絶縁部材と、
前記導体を含む絶縁部材の前記放熱体と反対側に配置された半導体チップと、
前記放熱体の一方の主表面の上の、前記半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置された放熱用絶縁部材と、
前記放熱用絶縁部材の前記放熱体と反対側における前記他の領域に配置され、前記半導体チップと電気的に接続可能な端子と、
前記半導体チップを取り囲む筐体または封止材とを備え、
前記放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ前記筐体または封止材よりも熱伝導率が高い、半導体装置。
A radiator,
An insulating member including a conductor, disposed in at least a part of the region on one main surface of the radiator,
A semiconductor chip disposed on the opposite side of the heat dissipating member of the insulating member including the conductor;
An insulating member for heat dissipation disposed on one main surface of the heat dissipating member so as to include another region different from the region where the semiconductor chip is disposed,
A terminal disposed in the other region on the opposite side of the heat dissipating member of the heat dissipating insulating member and electrically connectable to the semiconductor chip;
A housing or a sealing material surrounding the semiconductor chip,
The heat dissipation insulating member includes an insulating material and has a higher thermal conductivity than the casing or the sealing material.
前記放熱用絶縁部材は前記筐体よりも絶縁耐力が高い材料により形成される、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the heat dissipating insulating member is formed of a material having a higher dielectric strength than the casing. 前記端子は互いに間隔をあけて前記主表面に交差する方向に複数並ぶように配置され、
複数の前記端子のうち最も前記放熱体に近い前記端子は前記放熱用絶縁部材上に配置される、請求項1または2に記載の半導体装置。
The terminals are arranged so as to be aligned in a direction intersecting the main surface at intervals from each other,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the terminal closest to the heat dissipating member among the plurality of terminals is disposed on the insulating member for heat dissipation.
前記端子は、前記半導体チップおよび前記放熱用絶縁部材の双方に接続されており、平面視において板状の形状を有している、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the terminal is connected to both the semiconductor chip and the insulating member for heat dissipation and has a plate shape in plan view. 前記半導体チップおよび前記放熱用絶縁部材と前記放熱体との間に前記絶縁部材が配置され、
前記絶縁部材は絶縁シートを含む、請求項4に記載の半導体装置。
The insulating member is disposed between the semiconductor chip and the heat dissipating insulating member and the heat dissipating body,
The semiconductor device according to claim 4, wherein the insulating member includes an insulating sheet.
放熱体と、
前記放熱体の一方の主表面上の少なくとも一部の領域に配置された、導体を含む絶縁部材と、
前記導体を含む絶縁部材の前記放熱体と反対側に配置された半導体チップと、
前記放熱体の一方の主表面の上の、前記半導体チップが配置される領域とは異なる他の領域を含むように配置された放熱用絶縁部材と、
前記放熱用絶縁部材の前記放熱体と反対側における前記他の領域に配置され、前記半導体チップと電気的に接続可能な端子と、
前記半導体チップを取り囲む筐体または封止材とを備え、
前記放熱用絶縁部材は絶縁材料を含み、かつ前記筐体または封止材よりも熱伝導率が低く、前記筐体または封止材よりも絶縁耐力が高い、半導体装置。
A radiator,
An insulating member including a conductor, disposed in at least a part of the region on one main surface of the radiator,
A semiconductor chip disposed on the opposite side of the heat dissipating member of the insulating member including the conductor;
An insulating member for heat dissipation disposed on one main surface of the heat dissipating member so as to include another region different from the region where the semiconductor chip is disposed,
A terminal disposed in the other region on the opposite side of the heat dissipating member of the heat dissipating insulating member and electrically connectable to the semiconductor chip;
A housing or a sealing material surrounding the semiconductor chip,
The semiconductor device, wherein the heat dissipating insulating member includes an insulating material, has a lower thermal conductivity than the casing or the sealing material, and has a higher dielectric strength than the casing or the sealing material.
前記端子は互いに間隔をあけて前記主表面に交差する方向に複数並ぶように配置され、
複数の前記端子のうち最も前記放熱体に近い前記端子は前記放熱用絶縁部材上に配置される、請求項6に記載の半導体装置。
The terminals are arranged so as to be aligned in a direction intersecting the main surface at intervals from each other,
The semiconductor device according to claim 6, wherein the terminal that is closest to the heat radiating body among the plurality of terminals is disposed on the insulating member for heat dissipation.
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