JP2020167216A - Power module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーモジュールに関するものである。 The present invention relates to a power module.
例えば、特許文献1には、放熱板(冷却器)に対してケース(ケーシング)が接着された電力用半導体装置が開示されている。特許文献1においては、ケースにおいて放熱板との接着面に突起を設け、この突起により生じた放熱板とケースとの間の間隙に接着剤が充填されることで、放熱板とケースとが接着されている。 For example, Patent Document 1 discloses a power semiconductor device in which a case (casing) is adhered to a heat radiating plate (cooler). In Patent Document 1, a protrusion is provided on the adhesive surface of the case with the heat radiating plate, and the gap between the heat radiating plate and the case caused by the protrusion is filled with an adhesive to bond the heat radiating plate and the case. Has been done.
ところで、パワーモジュールにおいては、パワー半導体素子の電気的絶縁を目的として、パワー半導体素子をゲル状の封止材で覆う場合がある。このような場合において、上述のように冷却器とケーシングとを接着することが考えられる。パワー半導体素子は、通電時に高温となる。そのため、冷却器とケーシングとの間の間隙(接着溝)において、空気が残存した場合、パワー半導体素子の熱が封止材に伝達し、その熱によって空気が膨張し、ケーシング内の実装面の周囲に気泡が発生、パワー半導体素子の電気的絶縁を達成できない可能性がある。 By the way, in a power module, the power semiconductor element may be covered with a gel-like sealing material for the purpose of electrical insulation of the power semiconductor element. In such a case, it is conceivable to bond the cooler and the casing as described above. Power semiconductor devices become hot when energized. Therefore, when air remains in the gap (adhesive groove) between the cooler and the casing, the heat of the power semiconductor element is transferred to the sealing material, and the air expands due to the heat, and the mounting surface in the casing There is a possibility that air bubbles will be generated in the surroundings and electrical insulation of the power semiconductor element cannot be achieved.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ケーシングに充填される封止材における気泡残留を防止し、パワー半導体素子の電気的絶縁を達成することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to prevent residual bubbles in a sealing material filled in a casing and to achieve electrical insulation of a power semiconductor element.
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、パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を冷却する冷却器と、前記冷却器に固定されると共に前記パワー半導体素子を収容するケーシングと、前記パワー半導体素子を封止する封止材とを備えるパワーモジュールであって、前記ケーシングには、前記冷却器と接着される面に形成されると共に前記封止材が充填される接着溝と、前記接着溝に接続されると共に前記封止材が流入する流入孔とが形成される、という構成を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first means, a power semiconductor element, a cooler for cooling the power semiconductor element, and a casing fixed to the cooler and accommodating the power semiconductor element. A power module including a sealing material for sealing the power semiconductor element, and an adhesive groove formed in the casing on a surface to be bonded to the cooler and filled with the sealing material. Then, a configuration is adopted in which the sealing material is connected to the bonding groove and an inflow hole into which the sealing material flows is formed.
第2の手段として、上記第1の手段において、前記流入孔は、前記ケーシングを貫通するように設けられると共に前記パワー半導体素子のワイヤボンディングの位置決めに用いられる識別孔である、という構成を採用する。 As the second means, in the first means, the inflow hole is provided so as to penetrate the casing and is an identification hole used for positioning the wire bonding of the power semiconductor element. ..
第3の手段として、上記第1または2の手段において、前記ケーシングには、前記接着溝に接続される空気孔がさらに形成される、という構成を採用する。 As a third means, in the first or second means, the casing is further formed with air holes connected to the adhesive groove.
第4の手段として、上記第3の手段において、前記空気孔は、前記ケーシングを貫通するように設けられると共に一方の開口端が前記封止材から露出して設けられる、という構成を採用する。 As a fourth means, in the third means, the air hole is provided so as to penetrate the casing, and one open end is provided so as to be exposed from the sealing material.
第5の手段として、上記第3または4の手段において、前記空気孔は、前記接着溝と対向する側の開口端が拡径されている、という構成を採用する。 As a fifth means, in the third or fourth means, the air hole adopts a configuration in which the opening end on the side facing the adhesive groove is enlarged.
本発明によれば、接着溝と接続される流入孔より、接着溝へと封止材が充填されることとなる。したがって、ケーシング内に残留する空気を無くすことで、パワー半導体素子の高温時において気泡が発生しないため、パワー半導体素子の電気的絶縁を達成できる。 According to the present invention, the sealing material is filled into the adhesive groove from the inflow hole connected to the adhesive groove. Therefore, by eliminating the air remaining in the casing, bubbles are not generated at a high temperature of the power semiconductor element, so that electrical insulation of the power semiconductor element can be achieved.
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。 Hereinafter, an embodiment of the power module according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態に係るパワーモジュール1は、モータ(負荷)への通電を制御するパワー半導体素子3を備える。このようなパワーモジュール1は、図1に示すように、ケーシング2と、パワー半導体素子3と、電極4と、冷却器5と、封止材6を備えている。また、パワーモジュール1は、不図示であるが、電極接続端子および信号端子を備えている。
The power module 1 according to the present embodiment includes a
ケーシング2は、パワー半導体素子3及び電極4を囲い、冷却器5上に実装面を形成する矩形方の樹脂製のケースである。また、ケーシング2の下面には、冷却器5が設けられている。ケーシング2は、図2及び図3(a)(b)に示すように、識別孔2a及び空気孔2bと、接着溝2cとが形成されている。また、ケーシング2には、不図示の信号端子が固定されている。
The
識別孔2aは、図3(a)に示すように、ケーシング2において冷却器5と接触する面に向けて形成された貫通孔であり、パワー半導体素子3と信号端子とをワイヤボンディングにより接続する際、ワイヤボンディング装置の位置決め孔として用いられる。この識別孔2aは、接着溝2c上に形成されると共に、接着溝2cの形成された形成面と、上記形成面に対向する面とを貫通している。
As shown in FIG. 3A, the
空気孔2bは、図3(b)に示すように、識別孔2aと同様に、接着溝2c上に形成されると共に、形成面と上記形成面に対向する面とを貫通している貫通孔である。また、空気孔2bは、形成面に対向する面における開口端側が拡径されており、残存空気が排出しやすい構造となっている。なお、形成面は、外周近縁を除く中央部に接着面が形成されており、上記接着面に接着剤が設けられ、冷却器5と接着されている。また、空気孔2bは、形成面と対向する面における開口位置が、封止材6充填時において識別孔2aよりも鉛直方向に高い位置に形成されている。これにより、空気孔2bは、封止材6が形成された際に、形成面と対向する面における開口位置が、外部に露出した状態となる。
As shown in FIG. 3B, the
接着溝2cは、冷却器5と接触する面に形成され、図2に示すように、識別孔2a及び空気孔2bを含む範囲に、一方向に折れ曲がるように形成された溝である。接着溝2cには、余剰の接着剤Sの一部が流入すると共に、封止材6が流入している。また、接着溝2cにおいては、図3に示すように、識別孔2a及び空気孔2bとの接続部位においてテーパ処理が施されている。接着溝2cにテーパ処理が施されることにより、封止材6の充填空間の確保、及び残存空気の排出との両立を容易にしている。なお、接着溝2cは、パワー半導体素子3の実装面を取り囲むように形成されている。
The
パワーモジュール1は、パワー半導体素子3を含む電力変換回路である。このようなパワーモジュール1は、パワー半導体素子3がケーシング2の外縁に設けられた不図示の信号端子と、ワイヤボンディング(不図示)により電気的に接続されている。パワーモジュール1は、モータECU等の上位制御装置と接続されており、上位制御装置から入力される制御指令に基づいて車両に搭載される昇降圧コンバータ、インバータ等を制御する。
The power module 1 is a power conversion circuit including a
電極4は、パワー半導体素子3とはんだ等により電気的に接続された状態で、ケーシング2内に実装され固定されている。電極4は、例えばセラミック層と銅層とからなるDCB基板である。不図示のリードフレーム、バスバーなどを介して、不図示のバッテリとモータとを接続している。
The electrode 4 is mounted and fixed in the
冷却器5は、冷媒入口及び冷媒出口を有する扁平な容器状とされ、内部に冷媒が流通している。冷却器5は、一面において電極4及びケーシング2と接触した状態で固定されている。冷却器5は、パワー半導体素子3等において発生した熱を冷媒へと伝達することにより、パワー半導体素子3等を冷却している。
The
封止材6は、ケーシング2の一部及びケーシング2内に実装されたパワー半導体素子3を覆うように設けられる半透明のシリコン軟質層(ゲル層)である。また、封止材6は、識別孔2aより接着溝2cに充填される。
The sealing
このような本実施形態に係るパワーモジュール1は、ケーシング2にパワー半導体素子3及び電極4が実装された後に、識別孔2aより封止材6が充填される。識別孔2aより流入した封止材6は、接着溝2cを介して空気孔2bへと流入する。そして、封止材6は、空気孔2bにおける形成面と対向する面における開口端を露出した状態で固化する。
In the power module 1 according to the present embodiment, after the
このような本実施形態に係るパワーモジュール1によれば、識別孔2aより、接着溝2cへと封止材6を充填している。これにより、ケーシング2と冷却器5との間隙を封止材6により満たすことができ、ケーシング2内に残留する空気を無くし、気泡の発生を防止することができる。
According to the power module 1 according to the present embodiment, the sealing
このような本実施形態に係るパワーモジュール1によれば、接着溝2cに接続される空気孔2bを有している。これにより、パワーモジュール1は、接着溝2cに流入した封止材6において、残存する気泡を、空気孔2bより外部へと排出することが可能である。したがって、封止材6の充填時に接着溝2cに気泡が残留することを防止することができる。
According to the power module 1 according to the present embodiment as described above, the power module 1 has an
また、本実施形態に係るパワーモジュール1によれば、空気孔2bの形成面に対向する面における開口端が封止材6から露出した状態とされる。すなわち、封止材6の充填時において、空気孔2bから封止材6が流入することがなく、識別孔2aより封止材6が流入する。したがって、空気孔2bから気泡を排出しやすくなる。
Further, according to the power module 1 according to the present embodiment, the open end on the surface of the
また、本実施形態に係るパワーモジュール1によれば、空気孔2bは、形成面に対向する面における開口端側が拡径されている。これにより、空気孔2bから気泡を排出しやすくなる。
Further, according to the power module 1 according to the present embodiment, the diameter of the
また、本実施形態に係るパワーモジュール1によれば、接着溝2cにおいて、識別孔2a及び空気孔2bとの接続部位にテーパ処理が施されている。これにより、識別孔2aから接着溝2cへの封止材6の流入時における抵抗を低減し、識別孔2aからの封止材6の流入を容易としている。
Further, according to the power module 1 according to the present embodiment, in the
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。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
上記実施形態においては、識別孔2aの他に空気孔2bを形成することとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、識別孔2aのみが接着溝2cと接続されるものとしてもよい。この場合には、接着溝2cにおいて残存する気泡は、識別孔2aから外部へと排出される。
In the above embodiment, the
また、本実施形態においては、識別孔2aから接着溝2cへと封止材6を充填するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、識別孔2aの他に、接着溝2cと接続される貫通孔(流入孔)を形成することで、接着溝2cへと封止材6を流入するものとしてもよい。
Further, in the present embodiment, the sealing
また、上記実施形態において簡易化のため図示していないが、識別孔2aは、ケーシング2において複数形成されている。複数の識別孔2aのうち、接着溝2cに接続されるのは、一部のみとしてもよい。
Further, although not shown in the above embodiment for simplification, a plurality of
1……パワーモジュール
2……ケーシング
2a……識別孔
2b……空気孔
2c……接着溝
3……パワー半導体素子
5……冷却器
6……封止材
S……接着剤
1 ...
Claims (5)
前記ケーシングには、前記冷却器と接着される面に形成されると共に前記封止材が充填される接着溝と、前記接着溝に接続されると共に前記封止材が流入する流入孔とが形成されることを特徴とするパワーモジュール。 A power module including a power semiconductor element, a cooler for cooling the power semiconductor element, a casing fixed to the cooler and accommodating the power semiconductor element, and a sealing material for sealing the power semiconductor element. And
The casing is formed with an adhesive groove formed on a surface to be bonded to the cooler and filled with the sealing material, and an inflow hole connected to the bonding groove and into which the sealing material flows. A power module characterized by being made.
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