JP2017022209A - 半導体モジュール - Google Patents

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卓也 白石
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Abstract

【課題】放熱性と顧客コストの悪化を防ぐことができる半導体モジュールを得る。【解決手段】ヒートシンク１上に半導体素子３が実装されている。端子４が半導体素子３に接続されている。樹脂８がヒートシンク１の一部、半導体素子３、及び端子４の一部を封止する。端子４は樹脂８の側面から外側に突出する。ヒートシンク１は、樹脂８の下面から外側に突出した第１の部材１ａと、第１の部材１ａと一体的に構成され、樹脂８の外側において第１の部材１ａの下方に配置された第２の部材１ｂとを有する。第２の部材１ｂの横幅は第１の部材１ａの横幅より広い。第２の部材１ｂの第１の部材１ａよりも横に広がった部分の上面と樹脂８の下面の間に空間が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクを内蔵したトランスファーモールド型の半導体モジュールに関する。
トランスファーモールド型の半導体モジュールと放熱フィンにはそれぞれネジ穴が設けられており、ネジ締めにより半導体モジュールが放熱フィンに取り付けられていた。半導体モジュールを高電圧（例えば１２００Ｖ）で使用する場合、端子と放熱フィンとの間の電気的絶縁を確保する必要がある。このために両者間の空間距離及び沿面距離を所定の値以上確保する種々の構造が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３３１２３号公報
しかし、従来は、半導体モジュールに内蔵されたヒートシンクと放熱フィンとの間に、別体の金属スペーサを設ける必要があった。このため、ヒートシンクと金属スペーサとの間の接触熱抵抗が増加し、モジュール内の半導体素子の放熱性が悪化していた。また、顧客にて金属スペーサの設計、製作及び取付作業を行う必要があるため、部品費や組立費が増加し顧客のコストが悪化していた。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は放熱性と顧客コストの悪化を防ぐことができる半導体モジュールを得るものである。
本発明に係る半導体モジュールは、ヒートシンクと、前記ヒートシンク上に実装された半導体素子と、前記ヒートシンクの一部と前記半導体素子を封止する樹脂とを備え、前記ヒートシンクは、前記樹脂の下面から外側に突出した第１の部材と、前記第１の部材と一体的に構成され、前記樹脂の外側において前記第１の部材の下方に配置された第２の部材とを有し、前記第２の部材の横幅は前記第１の部材の横幅より広く、前記第２の部材の前記第１の部材よりも横に広がった部分の上面と前記樹脂の下面の間に空間が設けられていることを特徴とする。
本発明では、ヒートシンクの第２の部材の横幅は第１の部材の横幅より広く、第２の部材の第１の部材よりも横に広がった部分の上面と樹脂の下面の間に空間が設けられている。これにより従来のような金属スペーサが不要となるため、ヒートシンクと金属スペーサとの間の接触熱抵抗が無くなり、顧客にて金属スペーサの設計、製作及び取付作業を行う必要も無くなる。この結果、放熱性と顧客コストの悪化を防ぐことができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体モジュールを示す断面図である。 比較例に係る半導体モジュールを示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールを示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールを示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールを示す断面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体モジュールを示す断面図である。ヒートシンク１上に絶縁シート２を介して半導体素子３が実装されている。端子４が半導体素子３に接続され、端子５が半導体素子６に接続されている。半導体素子３，６はワイヤ７により互いに接続されている。樹脂８が、ヒートシンク１の一部、半導体素子３，６、端子４，５の一部及びワイヤ７を封止している。端子４，５は樹脂８の側面から外側に突出している。
ヒートシンク１は、樹脂８の下面から外側に突出した第１の部材１ａと、第１の部材１ａと一体的に構成され、樹脂８の外側において第１の部材１ａの下方に配置された第２の部材１ｂとを有する。第２の部材１ｂの横幅は第１の部材１ａの横幅より広い。第２の部材１ｂの第１の部材１ａよりも横に広がった部分の上面と樹脂８の下面の間に空間が設けられている。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図２は、比較例に係る半導体モジュールを示す断面図である。比較例では半導体モジュールに内蔵されたヒートシンク９と放熱フィン１０との間に、別体の金属スペーサ１１を設ける。このため、ヒートシンク９と金属スペーサ１１との間の接触熱抵抗が増加し、モジュール内の半導体素子３，６の放熱性が悪化する。また、顧客にて金属スペーサ１１の設計、製作及び取付作業を行う必要があるため、部品費や組立費が増加し顧客のコストが悪化する。
これに対して、本実施の形態では、ヒートシンク１の第２の部材１ｂの横幅は第１の部材１ａの横幅より広く、第２の部材１ｂの第１の部材１ａよりも横に広がった部分の上面と樹脂８の下面の間に空間が設けられている。これにより、端子４，５とヒートシンク１との沿面距離が比較例と同程度となるため、比較例と同程度の電気的絶縁を確保することができる。
そして、本実施の形態では金属スペーサ１１が不要となるため、ヒートシンク９と金属スペーサ１１との間の接触熱抵抗が無くなり、顧客にて金属スペーサ１１の設計、製作及び取付作業を行う必要も無くなる。この結果、放熱性と顧客コストの悪化を防ぐことができる。
また、放熱フィン１０を用いず半導体モジュール単独での放熱を想定した場合、本実施の形態により放熱性が向上する。顧客によっては本実施の形態による放熱性向上により放熱フィン１０が不要となり顧客コストメリットが期待できる。
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールを示す断面図である。本実施の形態では端子４，５よりも下方において樹脂８の側面に、内側に窪んだスリット１２が設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。これにより、実施の形態１と同様の効果が得られ、かつ端子４，５からヒートシンク１までの沿面距離が実施の形態１よりも拡大するため絶縁性が向上する。
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールを示す断面図である。本実施の形態ではヒートシンク１の下面が複数の凹凸を有するフィン形状である。その他の構成は実施の形態２と同様である。これにより、実施の形態２と同様の効果が得られ、かつフィン形状とすることで実施の形態２よりも放熱性が向上する。
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールを示す断面図である。本実施の形態ではヒートシンク１の下面だけでなく側面も複数の凹凸を有するフィン形状である。これにより、実施の形態３よりも更に放熱性が向上する。
なお、半導体素子３，６は、珪素によって形成されたものに限らず、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されたものでもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドである。このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成された半導体素子３，６は、耐電圧性や許容電流密度が高いため、小型化できる。この小型化された素子を用いることで、この素子を組み込んだ半導体モジュールも小型化できる。また、素子の耐熱性が高いため、ヒートシンク１を小型化でき、水冷部を空冷化できるので、半導体モジュールを更に小型化できる。また、素子の電力損失が低く高効率であるため、半導体モジュールを高効率化できる。
１ ヒートシンク、１ａ 第１の部材、１ｂ 第２の部材、３，６ 半導体素子、４，５ 端子、８ 樹脂、１２ スリット

Claims (4)

  1. ヒートシンクと、
    前記ヒートシンク上に実装された半導体素子と、
    前記半導体素子に接続された端子と、
    前記ヒートシンクの一部、前記半導体素子、及び前記端子の一部を封止する樹脂とを備え、
    前記端子は前記樹脂の側面から外側に突出し、
    前記ヒートシンクは、前記樹脂の下面から外側に突出した第１の部材と、前記第１の部材と一体的に構成され、前記樹脂の外側において前記第１の部材の下方に配置された第２の部材とを有し、
    前記第２の部材の横幅は前記第１の部材の横幅より広く、
    前記第２の部材の前記第１の部材よりも横に広がった部分の上面と前記樹脂の下面の間に空間が設けられていることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 前記端子よりも下方において前記樹脂の側面に、内側に窪んだスリットが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記ヒートシンクの下面が複数の凹凸を有するフィン形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
  4. 前記ヒートシンクの側面が複数の凹凸を有するフィン形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体モジュール。
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