JP2020053502A - パワーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】パワー半導体に荷重がかかることを防止する。【解決手段】パワー半導体６と、前記パワー半導体６と電気的に接続される電極５とを備えるパワーモジュール１であって、前記パワー半導体６と非接触であると共に、前記パワー半導体６及び前記電極５が収容されるケーシング２と、前記パワー半導体６の表面を覆うと共に前記ケーシング２よりも軟質な素材により構成される封止材８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、パワーモジュールに関するものである。

パワーモジュールにおいては、パワー半導体に対して酸素、水分、異物等が接触することを防止するために、パワー半導体を封止する場合がある。例えば、特許文献１では、電極と電気的に接続された半導体チップの外周を封止樹脂によりモールドすることにより封止している。

特開２０１６−２７１４２号公報

しかしながら、このようなモールドされたパワー半導体を用いたパワーモジュールにおいては、パワー半導体の発熱や、外的要因による高温状態となり、樹脂が膨張または変形することがある。樹脂が変形すると、樹脂によりパワー半導体に対して大きな荷重がかかる可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、パワー半導体に荷重がかかることを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、パワー半導体と、前記パワー半導体と電気的に接続される電極とを備えるパワーモジュールであって、前記パワー半導体と非接触であると共に、前記電極を固定するようにインサート成形され、前記パワー半導体及び前記電極が収容されるケーシングと、前記パワー半導体の表面を覆うと共に前記ケーシングよりも軟質な素材により構成される封止材とを備える、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、前記ケーシングは、前記半導体チップの周囲を囲うと共に前記パワー半導体よりも突出して立設される壁部を有する、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第２の手段において、前記封止材は、シリコンであり、前記壁部の内側に充填されることにより前記パワー半導体の表面を覆う、という構成を採用する。

第４の手段として、上記第３の手段において、前記ケーシング及び前記電極が配置される冷却器を備える、という構成を採用する。

本発明によれば、パワー半導体の周囲をケーシングの樹脂よりも軟質な封止材により覆う。このため、高温によりケーシングの樹脂が変形した場合でも、封止材が荷重を分散する。したがって、パワー半導体に荷重がかかることを防止することができる。

本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの一部を示す模式断面図である。 本発明の一実施形態に係るパワーモジュールの一部を示す平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るパワーモジュールの一実施形態について説明する。

パワーモジュール１は、図１及び図２に示すように、ケーシング２と、冷却器３と、絶縁シート４と、電極５と、複数のパワー半導体チップ６と、金属接合部材７と、封止材８とを備えている。

ケーシング２は、電極５と、複数のパワー半導体チップ６と、金属接合部材７とを収容する樹脂製部材である。ケーシング２は、冷却器３に絶縁シート４が設けられ、さらに絶縁シート４上に電極５及びパワー半導体チップ６が設置された状態で、パワー半導体チップ６を露出させてインサート成形することにより形成される。また、ケーシング２は、パワー半導体チップ６を囲うように立設された壁部２ａを有している。壁部２ａは、パワー半導体チップ６よりも突出している。

冷却器３は、絶縁シート４と一面が接触した状態で設けられている。冷却器３は、例えば水冷式とされ、内部に冷却水が流通することにより、電極５及びパワー半導体チップ６を冷却する。

絶縁シート４は、電気抵抗率の高い（絶縁性）の部材により構成されるシートである。絶縁シート４は、電極５と冷却器３との間に設けられることにより、電極５と冷却器３とを絶縁している。

電極５は、絶縁シート４に設けられる銅（Ｃｕ）製の電極である。電極５は、電子回路の一部とされ、パワー半導体チップ６と電気的に接続されている。

パワー半導体チップ６は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、電極５に対して金属接合部材７により接合されている。このようなパワー半導体チップ６は、直流を交流に変換、または電圧及び周波数の変換を目的として実装されている。

金属接合部材７は、主に溶融したはんだを固化させることにより形成され、電極５とパワー半導体チップ６とを電気的に接続させる層である。

封止材８は、ケーシング２から露出したパワー半導体チップ６を覆うように、壁部２ａの内側に充填されて固化されたシリコン製部材である。なお、封止材８に用いられるシリコンは、ケーシング２の樹脂よりも軟質であり、また固化温度が上記樹脂よりも低いものとする。また、封止材８は、ケーシング２と隙間なく密着しており、パワー半導体チップ６に酸素、水分、異物等が侵入することを防止している。

このようなパワーモジュール１は、パワー半導体チップ６の発熱や、外的要因による高温に晒されると、ケーシング２が膨張または変形する場合がある。このとき、ケーシング２により封止材８が圧迫されて変形または圧縮される共に、荷重が分散される。封止材８は、ケーシング２よりも軟質なシリコンにより構成されているため、パワー半導体チップ６に対して過大な荷重をかけることがない。また、ケーシング２が変形した際にも、パワー半導体チップ６と封止材８との間に隙間が生じることがなく、パワー半導体チップ６を常に密封することが可能である。

また、ケーシング２は、パワー半導体チップ６を露出させた状態で、インサート成形により電極５を固定した状態とされる。したがって、電極５が変位することを防止できる。

また、ケーシング２は、パワー半導体チップ６よりも突出して立設される壁部２ａを備えている。これにより、壁部２ａの内側に封止材８を充填することが容易となり、封止材８とケーシング２との間及び封止材８とパワー半導体チップ６との間に隙間が生じず、密閉することが可能である。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、封止材８は、シリコンにより構成されるものとしたが、本発明はこれに限定されない。封止材８は、例えば、パワー半導体チップ６と接触する部位が軟質なシリコン製とされ、外側（外部に露出する側の部位）がより硬質な素材により構成されるものとしてもよい。この場合、外側が硬質であるため、封止材８の強度を向上させることが可能であると共に、封止性をより向上させることが可能である。

また、封止材８は、パワー半導体チップ６に密着し、かつケーシング２よりも軟質な部材であれば、シリコンに限定されるものではない。例えば、封止材８は、ゲル状の部材としてもよい。また、封止材８の外表面をカバー状の部材で覆うものとしてもよい。さらに、金属接合部材７は、はんだ以外の焼結材等により構成されるものとしてもよい。

１……パワーモジュール
２……ケーシング
２ａ……壁部
５……電極
６……パワー半導体チップ
８……封止材

Claims (4)

1. パワー半導体と、前記パワー半導体と電気的に接続される電極とを備えるパワーモジュールであって、
   前記パワー半導体と非接触であると共に、前記電極を固定するようにインサート成形され、前記パワー半導体及び前記電極が収容されるケーシングと、
   前記パワー半導体の表面を覆うと共に前記ケーシングよりも軟質な素材により構成される封止材と
   を備えることを特徴とするパワーモジュール。
2. 前記ケーシングは、前記パワー半導体の周囲を囲うと共に前記パワー半導体よりも突出して立設される壁部を有することを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール。
3. 前記封止材は、シリコンであり、
   前記壁部の内側に充填されることにより前記パワー半導体の表面を覆うことを特徴とする請求項２記載のパワーモジュール。
4. 前記ケーシング及び前記電極が配置される冷却器を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のパワーモジュール。

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