JP2022057425A - Power module and method for manufacturing power module - Google Patents

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JP2022057425A JP2020165672A JP2020165672A JP2022057425A JP 2022057425 A JP2022057425 A JP 2022057425A JP 2020165672 A JP2020165672 A JP 2020165672A JP 2020165672 A JP2020165672 A JP 2020165672A JP 2022057425 A JP2022057425 A JP 2022057425A
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耕一郎 藤田
Koichiro Fujita
富士夫 吾郷
Fujio Ago
克二 川上
Katsuji Kawakami
博之 米田
Hiroyuki Yoneda
洋貴 金井
Hiroki Kanai
裕也 島畑
Yuya Shimahata
直道 藤井
naomichi Fujii
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Abstract

To improve adhesion and contact between power semiconductors and heat dissipation members in power modules with multiple heat dissipation paths.SOLUTION: A power module (1) has a Hi-side power semiconductor (50) disposed on a substrate (43), a Hi-side conductive spacer (54) disposed on the substrate (43), a Hi-side conductive step absorber (25) formed over the Hi-side power semiconductor (50) and the Hi-side conductive spacer (54) and having shrinkable properties, and a Hi-side first heat spreader (20) on the Hi-side conductive step absorber (25).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放熱構造が設けられたパワーモジュール及びパワーモジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a power module provided with a heat dissipation structure and a method for manufacturing the power module.

パワーモジュールに用いられるパワー半導体は、高い電圧と大きな電流を必要とするため、動作時に発熱する。パワーモジュールには、その動作を安定化させるため、発熱するパワー半導体を冷却するための放熱機構が設けられている。 Power semiconductors used in power modules require high voltage and large current, so they generate heat during operation. The power module is provided with a heat dissipation mechanism for cooling the power semiconductor that generates heat in order to stabilize its operation.

例えば特許文献1には、SiN系のセラミック基板を有する絶縁基板の上に配置され、表面側と裏面側に電極を有するパワーデバイス(半導体デバイス)と、一端がパワーデバイスの表面側に接続され、他端が絶縁基板に繋がる異方性な伝導率を備えるグラファイト配線とを備えるパワーモジュールが開示されている。 For example, in Patent Document 1, a power device (semiconductor device) which is arranged on an insulating substrate having a SiN-based ceramic substrate and has electrodes on the front surface side and the back surface side, and one end thereof are connected to the front surface side of the power device. A power module comprising a graphite wiring having an anisotropic conductivity at which the other end is connected to an insulating substrate is disclosed.

このパワーモジュールの放熱経路は、パワーデバイスの裏面側の熱を、裏面側の電極を介して、セラミック基板へ伝達する経路と、パワーデバイスの表面側の熱を、グラファフィト配線を介して、セラミック基板へ伝熱する経路とがある。いずれの放熱経路も、セラミック基板を通じてセラミック基板の裏面に配置されたヒートシンクへ放熱している。そのため、セラミック基板の高放熱性がモジュールの低熱抵抗化にとって重要となっている。 The heat dissipation path of this power module is a path that transfers heat on the back side of the power device to the ceramic substrate via the electrode on the back side, and a path that transfers heat on the front side of the power device to the ceramic via the graphafite wiring. There is a path to transfer heat to the substrate. Both heat dissipation paths dissipate heat to the heat sink arranged on the back surface of the ceramic substrate through the ceramic substrate. Therefore, the high heat dissipation of the ceramic substrate is important for reducing the thermal resistance of the module.

特許文献2には、下部キャリア基板上に設けられたパワー半導体チップ及び第1の導電性スペーサと、パワー半導体チップの表面上に設けられた第2の導電性スペーサと、第1の導電スペーサと第2の導電性スペーサ上に設けられる導電性要素とにより構成される半導体パッケージが開示されている。この半導体パッケージは、導電性要素と下部キャリア基板が冷却部材としての役割を持ち、パワー半導体チップから発生する熱をパワー半導体チップの表面と裏面との両側から放熱している。 Patent Document 2 describes a power semiconductor chip and a first conductive spacer provided on a lower carrier substrate, a second conductive spacer provided on the surface of the power semiconductor chip, and a first conductive spacer. A semiconductor package composed of a conductive element provided on a second conductive spacer is disclosed. In this semiconductor package, the conductive element and the lower carrier substrate serve as cooling members, and heat generated from the power semiconductor chip is radiated from both the front surface and the back surface of the power semiconductor chip.

特許文献3には、基板上に設けられたパワーデバイスと、パワーデバイスの表面に接続される金属性接続部を有したフリップチップパワーデバイスが開示されている。基板と金属製接続部が、パワーデバイスから発生する熱を放熱している。特許文献3は、特許文献2と同様に、パワーデバイスから発生する熱をパワーデバイスの表面と裏面との両側から放熱している。 Patent Document 3 discloses a power device provided on a substrate and a flip-chip power device having a metallic connection portion connected to the surface of the power device. The board and the metal connection dissipate the heat generated by the power device. Similar to Patent Document 2, Patent Document 3 dissipates heat generated from a power device from both the front surface and the back surface of the power device.

特許文献4には、基板上に設けられた半導体デバイスと、半導体デバイスの表面と接続されるヒートスプレッダと、ヒートスプレッダと接続されるヒートシンクが設けられた半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体デバイスの両側から放熱する経路であり、基板側に放熱する経路と、ヒートシンク側に放熱する経路が開示されている。 Patent Document 4 discloses a semiconductor device provided on a substrate, a heat spreader connected to the surface of the semiconductor device, and a semiconductor device provided with a heat sink connected to the heat spreader. This semiconductor device is a path for radiating heat from both sides of the semiconductor device, and a path for radiating heat to the substrate side and a path for radiating heat to the heat sink side are disclosed.

特許文献5には、配線基板と、配線基板上に実装される複数の半導体部品と、半導体部品上に配置される第1熱伝導部材と、第一熱伝導部材上に配置される固形の緩衝部材(ヒートスプレッダ)と、緩衝部材上に配置されて柔軟性を有する第二熱伝導部材と、第二熱伝導部材を介して複数の緩衝部材と熱的に接続される放熱部材(ヒートシンク)とを有する半導体装置が開示されている。この半導体装置は、配線基板と放熱部材が締結されるときの押圧力により、柔軟性を有する第二熱伝導部材が弾性変形をする。第二伝導部材が弾性変形することにより、高さの異なる緩衝部材と、放熱部材との隙間を埋めて熱的に接続する。これにより、半導体部品を実装する際のはんだの量等の不確定な原因により生じる半導体部品の高さが一定にならない場合においても、均等に放熱することを可能としている。 Patent Document 5 describes a wiring board, a plurality of semiconductor components mounted on the wiring board, a first heat conductive member arranged on the semiconductor component, and a solid buffer arranged on the first heat conductive member. A member (heat spreader), a second heat conductive member arranged on the cushioning member and having flexibility, and a heat radiating member (heat sink) thermally connected to a plurality of cushioning members via the second heat conductive member. The semiconductor device having is disclosed. In this semiconductor device, the flexible second heat conductive member is elastically deformed by the pressing force when the wiring board and the heat radiating member are fastened. By elastically deforming the second conductive member, the gap between the cushioning member having a different height and the heat radiating member is filled and thermally connected. This makes it possible to dissipate heat evenly even when the height of the semiconductor component caused by an uncertain cause such as the amount of solder when mounting the semiconductor component is not constant.

特開2019-71399号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-71399 米国公開特許第2020/0035579号明細書U.S. Publication No. 2020/0035579 米国特許第10720380号明細書U.S. Pat. No. 10,720,380 特許第6711098号公報Japanese Patent No. 6711098 特開2020-9989号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2020-9989

特許文献1のように、基板にセラミック基板のような高放熱性を有する部材を用いることにより、パワーモジュールから発生する熱を十分に放熱し、パワーモジュールを冷却することが可能となる。しかし、このような高放熱性を有する基板は高価であるため、パワーモジュールの製造コストを増加させる要因となっていた。 By using a member having high heat dissipation such as a ceramic substrate for the substrate as in Patent Document 1, it is possible to sufficiently dissipate heat generated from the power module and cool the power module. However, since such a substrate having high heat dissipation is expensive, it has been a factor of increasing the manufacturing cost of the power module.

高放熱性を有する基板を使用せずに、パワーモジュールを冷却するためには、特許文献2及び3のように、パワーモジュールから発生する熱を放熱する経路を増やすことが考えられる。これにより、高放熱性を有する基板を使用した場合と同様な冷却効果を得ることができる。しかし、パワーモジュールの両側から放熱する具体的な構造については特許文献2及び3に開示されていない。 In order to cool the power module without using a substrate having high heat dissipation, it is conceivable to increase the number of paths for dissipating heat generated from the power module as in Patent Documents 2 and 3. As a result, it is possible to obtain the same cooling effect as when a substrate having high heat dissipation is used. However, the specific structure that dissipates heat from both sides of the power module is not disclosed in Patent Documents 2 and 3.

特許文献4には、パワーモジュールの両側から放熱する経路について具体的な構造が開示されている。しかしながら、パワー半導体を基板に実装する際に、半田の厚みのばらつき、傾きにより、実装されたパワー半導体に意図しない段差が発生する場合がある。このような意図しない段差がパワー半導体に発生すると、パワー半導体からの発熱を放熱するための放熱部材とパワー半導体との間の接触熱抵抗が低下し、パワー半導体の冷却効果が得られにくくなるという課題が発生する。 Patent Document 4 discloses a specific structure for a path that dissipates heat from both sides of a power module. However, when the power semiconductor is mounted on the substrate, an unintended step may occur in the mounted power semiconductor due to the variation and inclination of the solder thickness. When such an unintended step occurs in the power semiconductor, the contact thermal resistance between the heat radiating member for radiating heat generated from the power semiconductor and the power semiconductor decreases, and it becomes difficult to obtain the cooling effect of the power semiconductor. Challenges arise.

特許文献5のように、柔軟性のある第二熱伝導部材を使用することで、複数の半導体部品の高さが異なる場合に、熱的な接続性を保たたせることができる。しかし、第二熱伝導部材は、パワー半導体から離れた位置に配置されており、パワー半導体を基板に実装する際に、半田の厚みのばらつき、傾きにより、実装されたパワー半導体に生じる意図しない段差を吸収することができない。従って、パワー半導体と放熱部材との間の密着性及び接触性が低下し、接触熱抵抗が低下する。 By using the flexible second heat conductive member as in Patent Document 5, it is possible to maintain thermal connectivity when the heights of a plurality of semiconductor parts are different. However, the second heat conductive member is arranged at a position away from the power semiconductor, and when the power semiconductor is mounted on the substrate, an unintended step caused in the mounted power semiconductor due to the variation and inclination of the solder thickness. Cannot be absorbed. Therefore, the adhesion and contactability between the power semiconductor and the heat radiating member are lowered, and the contact thermal resistance is lowered.

本発明の一態様は、複数の放熱経路を有するパワーモジュールにおいて、パワー半導体と放熱部材との間の密着性及び接触性を高めたパワーモジュールを提供することを目的とする。 One aspect of the present invention is to provide a power module having a plurality of heat dissipation paths and having improved adhesion and contact between the power semiconductor and the heat dissipation member.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るパワーモジュールは、基板上に配置されるパワー半導体と、前記基板上に配置される導電性スペーサと、前記パワー半導体からの発熱を放熱するために、前記パワー半導体及び前記導電性スペーサの上に形成されて収縮性を有する導電性段差吸収部と、前記導電性段差吸収部を介して前記パワー半導体の発熱を拡散させて放熱するために、前記導電性段差吸収部の上に設けられた第1ヒートスプレッダと、を備える。 In order to solve the above problems, the power module according to one aspect of the present invention dissipates heat from the power semiconductor arranged on the substrate, the conductive spacer arranged on the substrate, and the heat generated from the power semiconductor. In order to dissipate heat generated by the power semiconductor through the conductive step absorbing portion formed on the power semiconductor and the conductive spacer and having shrinkage, and the conductive step absorbing portion. A first heat spreader provided on the conductive step absorbing portion is provided.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るパワーモジュールの製造方法は、基板上に配置されるパワー半導体と、前記基板上に配置される導電性スペーサとを含むパワーモジュール基板を形成するパワーモジュール基板形成工程と、前記パワー半導体からの発熱を放熱するために設けられて収縮性を有する導電性段差吸収部と、前記導電性段差吸収部の上に設けられた第1ヒートスプレッダとを含む放熱ユニットを形成する放熱ユニット形成工程と、前記基板、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、前記導電性段差吸収部、及び前記第1ヒートスプレッダを収容する筐体の前記基板の下側に配置される下部筐体と前記基板の上側に配置される上部筐体とを、前記パワー半導体と前記導電性スペーサとが前記導電性段差吸収部に向かって押圧されるように接合する筐体接合工程とを包含する。 In order to solve the above problems, the method for manufacturing a power module according to one aspect of the present invention includes a power module substrate including a power semiconductor arranged on the substrate and a conductive spacer arranged on the substrate. A power module substrate forming step to be formed, a conductive step absorbing portion provided to dissipate heat generated from the power semiconductor and having shrinkage, and a first heat spreader provided on the conductive step absorbing portion. The heat dissipation unit forming step of forming the heat dissipation unit including the above, and the substrate, the power semiconductor, the conductive spacer, the conductive step absorbing portion, and the lower side of the substrate of the housing accommodating the first heat spreader. A housing joining step of joining the lower housing to be formed and the upper housing arranged on the upper side of the substrate so that the power semiconductor and the conductive spacer are pressed toward the conductive step absorbing portion. Including.

本発明の一態様によれば、複数の放熱経路を有するパワーモジュールにおいて、パワー半導体と放熱部材との間の密着性及び接触性を高めたパワーモジュールを提供できる。 According to one aspect of the present invention, in a power module having a plurality of heat dissipation paths, it is possible to provide a power module having improved adhesion and contact between a power semiconductor and a heat dissipation member.

本発明の実施形態1に係るパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る放熱ユニットの断面図である。It is sectional drawing of the heat radiation unit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係るパワーモジュール基板の断面図である。It is sectional drawing of the power module substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係るパワーモジュールの放熱経路を示す図である。It is a figure which shows the heat dissipation path of the power module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る放熱ユニットとパワーモジュール基板を接続する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of connecting a heat dissipation unit and a power module board which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る放熱ユニットの断面図及び下面図である。It is sectional drawing and bottom view of the heat dissipation unit which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係るパワーモジュール基板の断面図及び平面図である。It is sectional drawing and plan view of the power module substrate which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係る放熱ユニットに上部筐体を接合した状態の断面図、下面図及び平面図と、上部筐体の平面図である。It is sectional drawing, bottom view and plan view of the state which the upper housing is joined to the heat radiation unit which concerns on Embodiment 1 of this invention, and is the plan view of the upper housing. 本発明の実施形態1に係る放熱ユニット、パワーモジュール基板及び上部筐体を接合した状態の断面図及び下面図ある。FIG. 3 is a cross-sectional view and a bottom view of a state in which a heat dissipation unit, a power module board, and an upper housing according to the first embodiment of the present invention are joined. 本発明の実施形態1に係るパワーモジュールの断面図、下面図及び平面図である。It is sectional drawing, bottom view and plan view of the power module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態1に係るパワーモジュールにヒートシンクを取り付けた状態の断面図である。It is sectional drawing of the state which attached the heat sink to the power module which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態2に係るパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3に係るパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施形態4に係るパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施形態5に係るパワーモジュールの断面図である。It is sectional drawing of the power module which concerns on Embodiment 5 of this invention.

〔実施形態1〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図面について、紙面の上側を上方として、紙面の下側を下方として説明する。
[Embodiment 1]
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail. For convenience of explanation, the drawings will be described with the upper side of the paper surface as the upper side and the lower side of the paper surface as the lower side.

図1は、本発明の実施形態1に係るパワーモジュール1の断面図である。図2は、本発明の実施形態1に係る放熱ユニット10の断面図である。図3は、本発明の実施形態1に係るパワーモジュール基板40の断面図である。図4は本発明の実施形態1に係るパワーモジュールの放熱経路を示す図である。図5は本発明の実施形態1に係る放熱ユニット10とパワーモジュール基板40とを接続する工程を示す図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of the power module 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the heat dissipation unit 10 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional view of the power module substrate 40 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a heat dissipation path of the power module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing a process of connecting the heat dissipation unit 10 and the power module substrate 40 according to the first embodiment of the present invention.

なお、本実施形態では、2個以上のパワー半導体を含むパワーモジュールであって、Hi側のパワー半導体及びLo側のパワー半導体を有するハーフブリッジ型のパワーモジュールとして説明する。 In this embodiment, a power module including two or more power semiconductors, which is described as a half-bridge type power module having a power semiconductor on the Hi side and a power semiconductor on the Lo side.

図1に示すように、パワーモジュール1は、放熱ユニット10とパワーモジュール基板40と筐体70とを備えている。筐体70は、放熱ユニット10とパワーモジュール基板40とを収容する。筐体70は、上部筐体71と下部筐体75とを有している。上部筐体71には、ネジ79(図11)のための貫通孔73が設けられている。下部筐体75には、ネジ79(図11)のための貫通孔77が設けられている。上部筐体71と下部筐体75は、放熱ユニット10をパワーモジュール基板40に押し付けるように接合される。 As shown in FIG. 1, the power module 1 includes a heat dissipation unit 10, a power module board 40, and a housing 70. The housing 70 accommodates the heat dissipation unit 10 and the power module board 40. The housing 70 has an upper housing 71 and a lower housing 75. The upper housing 71 is provided with a through hole 73 for the screw 79 (FIG. 11). The lower housing 75 is provided with a through hole 77 for the screw 79 (FIG. 11). The upper housing 71 and the lower housing 75 are joined so as to press the heat dissipation unit 10 against the power module board 40.

図1及び図2に示すように、放熱ユニット10は、第2ヒートスプレッダ12と、絶縁性放熱シート14と、Hi側第1ヒートスプレッダ20と、Hi側導電性段差吸収部25と、Lo側第1ヒートスプレッダ30と、Lo側導電性段差吸収部35とにより構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the heat dissipation unit 10 includes a second heat spreader 12, an insulating heat spread sheet 14, a first heat spreader 20 on the Hi side, a conductive step absorbing portion 25 on the Hi side, and a first Lo side. It is composed of a heat spreader 30 and a Lo-side conductive step absorbing portion 35.

第2ヒートスプレッダ12は、パワー半導体50、60から発生する熱をパワーモジュール1の外部に放熱する。第2ヒートスプレッダ12は、熱伝導性の高い材料が使用される。例えば、Al、Cu等が用いられる。第2ヒートスプレッダ12には、ネジ79が螺合するネジ穴13が設けられている。ネジ79がネジ穴13に螺合することで、第2ヒートスプレッダ12は、筐体70に取り付けられている。 The second heat spreader 12 dissipates heat generated from the power semiconductors 50 and 60 to the outside of the power module 1. The second heat spreader 12 is made of a material having high thermal conductivity. For example, Al, Cu and the like are used. The second heat spreader 12 is provided with a screw hole 13 into which the screw 79 is screwed. The second heat spreader 12 is attached to the housing 70 by screwing the screw 79 into the screw hole 13.

絶縁性放熱シート14は、第2ヒートスプレッダ12に接着している。絶縁性放熱シート14は、熱伝導性の高い絶縁性の材料が用いられる。絶縁性放熱シート14には、Hi側第1ヒートスプレッダ20とLo側第1ヒートスプレッダ30とが接着されている。言い換えれば、第1ヒートスプレッダ20、30は、共通の絶縁性放熱シート14を介して、第2ヒートスプレッダ12に接続されている。 The insulating heat dissipation sheet 14 is adhered to the second heat spreader 12. For the insulating heat radiating sheet 14, an insulating material having high thermal conductivity is used. The Hi-side first heat spreader 20 and the Lo-side first heat spreader 30 are adhered to the insulating heat-dissipating sheet 14. In other words, the first heat spreaders 20 and 30 are connected to the second heat spreader 12 via a common insulating heat dissipation sheet 14.

第1ヒートスプレッダ20、30は、熱伝導性の高い材料が使用される。例えば、Al、Cu等である。第1ヒートスプレッダには、Hi側パワー半導体50に対応するHi側第1ヒートスプレッダ20と、Lo側パワー半導体60に対応するLo側第1ヒートスプレッダ30がある。Hi側第1ヒートスプレッダ20とLo側第1ヒートスプレッダ30とは、互いに間隔を空けて絶縁性放熱シート14に接着されている。言い換えると、第1ヒートスプレッダは、パワー半導体毎に設けられている。そのため、パワーモジュール基板40に形成された異なる電位の回路に接続されるパワー半導体50、60の回路側の電位を絶縁することができる。 The first heat spreaders 20 and 30 are made of a material having high thermal conductivity. For example, Al, Cu and the like. The first heat spreader includes a Hi-side first heat spreader 20 corresponding to the Hi-side power semiconductor 50 and a Lo-side first heat spreader 30 corresponding to the Lo-side power semiconductor 60. The Hi-side first heat spreader 20 and the Lo-side first heat spreader 30 are adhered to the insulating heat-dissipating sheet 14 at intervals from each other. In other words, the first heat spreader is provided for each power semiconductor. Therefore, it is possible to insulate the potentials on the circuit side of the power semiconductors 50 and 60 connected to the circuits having different potentials formed on the power module substrate 40.

導電性段差吸収部25、35は、例えば接着性及び導電性を有する高放熱シートやグラファイト等の導電性及び収縮性を有する部材からなる。Hi側導電性段差吸収部25は、Hi側第1ヒートスプレッダ20と接着されている。Lo側導電性段差吸収部35は、Lo側第1ヒートスプレッダ30と接着されている。 The conductive step absorbing portions 25 and 35 are made of a highly heat-dissipating sheet having adhesiveness and conductivity and a member having conductivity and shrinkage such as graphite. The Hi-side conductive step absorbing portion 25 is adhered to the Hi-side first heat spreader 20. The Lo-side conductive step absorbing portion 35 is adhered to the Lo-side first heat spreader 30.

図5の断面1000に示すように、はんだにより、パワー半導体50、60及び導電性スペーサ54、64を基板43に接続する際のはんだの厚みのばらつき、又は部材の寸法公差により、部材間の高さにばらつきが生じる場合がある。しかし、図5の断面1010に示すように、導電性段差吸収部25、35が、上部筐体71と下部筐体75を接合する際のパワー半導体50、60および導電性スペーサ54、64による押圧により、収縮変形する。これにより、段差吸収部25、35とパワー半導体50、60および導電性スペーサ54、64との接触性および密着性を高めることができる。 As shown in the cross section 1000 of FIG. 5, the height between the members is increased due to the variation in the thickness of the solder when connecting the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64 to the substrate 43 by the solder, or the dimensional tolerance of the members. There may be variations in the solder. However, as shown in the cross section 1010 of FIG. 5, the conductive step absorbing portions 25 and 35 are pressed by the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64 when the upper housing 71 and the lower housing 75 are joined. Causes contraction and deformation. This makes it possible to improve the contact and adhesion between the step absorbing portions 25 and 35 and the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64.

図3に示すように、パワーモジュール基板40は、基板43と、パワー半導体50、60と、導電性スペーサ54、64と、緩衝用スペーサ58、68とにより構成されている。 As shown in FIG. 3, the power module substrate 40 is composed of a substrate 43, power semiconductors 50 and 60, conductive spacers 54 and 64, and buffer spacers 58 and 68.

基板43は、例えば樹脂等により形成された絶縁性の基板である。パワー半導体50、60が設けられる側の表面には、回路パターンが形成されている。基板43には、ネジ79のための貫通孔45が形成されている。基板43の一端には、別部材と接続される端子47が形成されている。また、基板43上には、図示していないゲートドライバー、抵抗、コンデンサなどのモジュール回路部品も実装されている。 The substrate 43 is an insulating substrate formed of, for example, a resin. A circuit pattern is formed on the surface on the side where the power semiconductors 50 and 60 are provided. The substrate 43 is formed with a through hole 45 for the screw 79. A terminal 47 connected to another member is formed at one end of the substrate 43. Further, module circuit components such as a gate driver, a resistor, and a capacitor (not shown) are also mounted on the substrate 43.

基板43上には、パワー半導体50、60が設けられている。パワー半導体50、60は、表面実装型の薄型パッケージ、又はベアチップである。ベアチップの方がパッケージの熱抵抗が無い分放熱に優れる。パワー半導体50、60は、発生した熱を外部に伝導する放熱面と、電極が形成された実装面を有している。図面上、上側が放熱面であり、下側が実装面である。言い換えれば、放熱面は導電性段差吸収部25、35と接触する面であり、実装面は基板43と接続される側の面である。 Power semiconductors 50 and 60 are provided on the substrate 43. The power semiconductors 50 and 60 are surface mount type thin packages or bare chips. The bare chip has better heat dissipation because there is no thermal resistance in the package. The power semiconductors 50 and 60 have a heat radiating surface that conducts generated heat to the outside and a mounting surface on which electrodes are formed. In the drawing, the upper side is the heat dissipation surface and the lower side is the mounting surface. In other words, the heat dissipation surface is the surface that comes into contact with the conductive step absorbing portions 25 and 35, and the mounting surface is the surface that is connected to the substrate 43.

パワー半導体50、60の実装面に形成されている電極52、62は、はんだで基板43の回路パターンと接続する。 The electrodes 52 and 62 formed on the mounting surfaces of the power semiconductors 50 and 60 are connected to the circuit pattern of the substrate 43 by soldering.

Hi側パワー半導体50の放熱面は、Hi側導電性段差吸収部25と接触している。Lo側パワー半導体60の放熱面は、Lo側導電性段差吸収部35と接触している。 The heat dissipation surface of the Hi-side power semiconductor 50 is in contact with the Hi-side conductive step absorbing portion 25. The heat dissipation surface of the Lo-side power semiconductor 60 is in contact with the Lo-side conductive step absorbing portion 35.

パワー半導体50、60の近傍には、導電性スペーサ54、64が設けられている。導電性スペーサ54、64は、導電性を有しており、熱伝導性の高い材料により形成される。パワーモジュール基板40の製造において、導電性スペーサ54、64の導電性段差吸収部25、35と接触する面が、パワー半導体50、60の導電性段差吸収部25、35と接触する面と同程度の高さになるように設けられる。 Conductive spacers 54 and 64 are provided in the vicinity of the power semiconductors 50 and 60. The conductive spacers 54 and 64 have conductivity and are formed of a material having high thermal conductivity. In the manufacture of the power module substrate 40, the surface of the conductive spacers 54 and 64 in contact with the conductive step absorbing portions 25 and 35 is about the same as the surface of the power semiconductors 50 and 60 in contact with the conductive step absorbing portions 25 and 35. It is installed so as to be at the height of.

Hi側導電性スペーサ54は、基板43に形成された回路パターンの中間電位に接続する中間電位接続部56にはんだで接続される。Lo側導電性スペーサ64は、基板43に形成された回路パターンのグランド(GND)に接続するグランド電位接続部66にはんだで接続される。 The Hi-side conductive spacer 54 is soldered to an intermediate potential connection portion 56 connected to the intermediate potential of the circuit pattern formed on the substrate 43. The Lo-side conductive spacer 64 is soldered to a ground potential connection portion 66 connected to the ground (GND) of the circuit pattern formed on the substrate 43.

Hi側導電性スペーサ54は、Hi側導電性段差吸収部25と接触するように設けられる。Lo側導電性スペーサ64は、Lo側導電性段差吸収部35と接触するように設けられている。 The Hi-side conductive spacer 54 is provided so as to be in contact with the Hi-side conductive step absorbing portion 25. The Lo-side conductive spacer 64 is provided so as to be in contact with the Lo-side conductive step absorbing portion 35.

緩衝用スペーサ58、68は、基板43と第1ヒートスプレッダ20、30との間に位置し、第1ヒートスプレッダ20、30を支持するように設けられている。緩衝用スペーサ58、68は、絶縁性及び収縮性を有する材料によって形成される。Hi側緩衝用スペーサ58は、Hi側第1ヒートスプレッダ20を支持している。Lo側緩衝用スペーサ68は、Lo側第1ヒートスプレッダ30を支持している。 The cushioning spacers 58 and 68 are located between the substrate 43 and the first heat spreaders 20 and 30, and are provided so as to support the first heat spreaders 20 and 30. The cushioning spacers 58 and 68 are made of a material having insulating and shrinkable properties. The Hi-side cushioning spacer 58 supports the Hi-side first heat spreader 20. The Lo-side buffering spacer 68 supports the Lo-side first heat spreader 30.

緩衝用スペーサ58、68が第1ヒートスプレッダ20、30を支持することで、パワー半導体50、60にかかる応力を分散することができるとともに、基板43と第1ヒートスプレッダ20、30との平行度を広範囲で保つことができる。これにより、パワー半導体50、60毎に設けられる第1ヒートスプレッダ20、30の面積を広くすることができる。すなわち、パワー半導体50、60からの発熱を広範囲に拡散させることができるとともに、第1ヒートスプレッダ20、30と導電性段差吸収部25、35と、又は導電性段差吸収部25、35とパワー半導体50、60及び導電性スペーサ54、64との接着性及び密着性を向上させることができ、接触熱抵抗を低く安定化させることが出来る。 By supporting the first heat spreaders 20 and 30, the cushioning spacers 58 and 68 can disperse the stress applied to the power semiconductors 50 and 60 and widen the parallelism between the substrate 43 and the first heat spreaders 20 and 30. Can be kept at. As a result, the area of the first heat spreaders 20 and 30 provided for each of the power semiconductors 50 and 60 can be increased. That is, the heat generated from the power semiconductors 50 and 60 can be diffused over a wide range, and the first heat spreaders 20 and 30 and the conductive step absorbing portions 25 and 35, or the conductive step absorbing portions 25 and 35 and the power semiconductor 50. , 60 and the adhesiveness and adhesion to the conductive spacers 54 and 64 can be improved, and the contact thermal resistance can be kept low and stabilized.

このように、パワーモジュール1は、基板43上に配置されるHi側又はLo側パワー半導体50、60と、基板43上に配置されるHi側又はLo側導電性スペーサ54、64と、Hi側又はLo側パワー半導体50、60からの発熱を放熱するために、Hi側又はLo側パワー半導体50、60及びHi側又はLo側導電性スペーサ54、64の上に形成されて収縮性を有するHi側又はLo側導電性段差吸収部25、35と、Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35を介してHi側又はLo側パワー半導体50、60の発熱を拡散させて放熱するために、Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35の上に設けられたHi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30と、を備える。 As described above, the power module 1 includes the Hi-side or Lo-side power semiconductors 50 and 60 arranged on the substrate 43, the Hi-side or Lo-side conductive spacers 54 and 64 arranged on the substrate 43, and the Hi-side. Alternatively, in order to dissipate heat generated from the Lo-side power semiconductors 50 and 60, the Hi-side or Lo-side power semiconductors 50 and 60 and the Hi-side or Lo-side conductive spacers 54 and 64 are formed on the Hi and have shrinkage. To diffuse and dissipate heat generated by the Hi-side or Lo-side power semiconductors 50 and 60 via the side or Lo-side conductive step-absorbing portions 25 and 35 and the Hi-side or Lo-side conductive step-absorbing portions 25 and 35. , Hi-side or Lo-side first heat spreaders 20 and 30 provided on the Hi-side or Lo-side conductive step absorbing portions 25 and 35.

そして、パワーモジュール1は、Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35と、Hi側又はLo側パワー半導体50、60、Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64、及びHi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30との間のそれぞれの接触熱抵抗を低減するために、Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30を支持するように前記基板43上に配置されるHi側又はLo側緩衝用スペーサ58、68をさらに備える。 The power module 1 includes the Hi-side or Lo-side conductive step absorption portions 25 and 35, the Hi-side or Lo-side power semiconductors 50 and 60, the Hi-side or Lo-side conductive spacers 54 and 64, and the Hi-side or Lo-side conductive spacers 54 and 64, and the Hi-side or Lo-side conductive spacers 54 and 64. The Hi side or Lo arranged on the substrate 43 to support the Hi side or Lo side first heat spreaders 20 and 30 in order to reduce the contact thermal resistance between the side first heat spreaders 20 and 30 respectively. Further, side buffering spacers 58 and 68 are provided.

また、パワーモジュール1は、基板43上に配置されるLo側パワー半導体60と、基板43上に配置されるLo側導電性スペーサ64と、Lo側パワー半導体60からの発熱を放熱するために、Lo側パワー半導体60及びLo側導電性スペーサ64の上に形成されて収縮性を有するLo側導電性段差吸収部35と、Lo側導電性段差吸収部35を介してLo側パワー半導体60の発熱を拡散させて放熱するために、Lo側導電性段差吸収部35の上にHi側第1ヒートスプレッダ20と絶縁して設けられたLo側第1ヒートスプレッダ30と、Hi側パワー半導体50及びLo側パワー半導体60の発熱をさらに拡散させて放熱するために、Hi側第1ヒートスプレッダ20及びLo側第1ヒートスプレッダ30の上に設けられた第2ヒートスプレッダ12とをさらに備える。 Further, the power module 1 dissipates heat generated from the Lo-side power semiconductor 60 arranged on the substrate 43, the Lo-side conductive spacer 64 arranged on the substrate 43, and the Lo-side power semiconductor 60. The heat generated by the Lo-side power semiconductor 60 via the Lo-side conductive step-absorbing portion 35 formed on the Lo-side power semiconductor 60 and the Lo-side conductive spacer 64 and having shrinkage, and the Lo-side conductive step-absorbing portion 35. The Lo-side first heat spreader 30 is provided on the Lo-side conductive step absorption unit 35 so as to be insulated from the Hi-side first heat spreader 20, and the Hi-side power semiconductor 50 and the Lo-side power are provided in order to diffuse and dissipate heat. In order to further diffuse and dissipate the heat generated by the semiconductor 60, a second heat spreader 12 provided on the first heat spreader 20 on the Hi side and the first heat spreader 30 on the Lo side is further provided.

パワーモジュール1は、Hi側パワー半導体50は基板43上に設けられた中間電位接続部56に、Hi側導電性段差吸収部25とHi側導電性スペーサ54を介して電気的に接続されており、Lo側パワー半導体60は基板43上に設けられたグランド電位接続部66に、Lo側導電性段差吸収部35とLo側導電性スペーサ64を介して電気的に接続される。 In the power module 1, the Hi-side power semiconductor 50 is electrically connected to the intermediate potential connection portion 56 provided on the substrate 43 via the Hi-side conductive step absorbing portion 25 and the Hi-side conductive spacer 54. The Lo-side power semiconductor 60 is electrically connected to the ground potential connection portion 66 provided on the substrate 43 via the Lo-side conductive step absorbing portion 35 and the Lo-side conductive spacer 64.

パワーモジュール1は、基板43、Hi側又はLo側パワー半導体50、60、Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64、Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35、及びHi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30を収容する筐体70をさらに備え、筐体70が、基板43の下側に配置される下部筐体75と、基板43の上側に配置される上部筐体71とを有し、下部筐体75と上部筐体71とは、Hi側又はLo側パワー半導体50、60とHi側又はLo側導電性スペーサ54、64とがHi側又はLo側導電性段差吸収部25、35に向かって押圧されるように接合される。 The power module 1 includes a substrate 43, a Hi-side or Lo-side power semiconductor 50, 60, a Hi-side or Lo-side conductive spacer 54, 64, a Hi-side or Lo-side conductive step absorption portion 25, 35, and a Hi-side or Lo-side conductive step absorbing portion 25, 35. A housing 70 for accommodating the side first heat spreaders 20 and 30 is further provided, and the housing 70 includes a lower housing 75 arranged on the lower side of the board 43 and an upper housing 71 arranged on the upper side of the board 43. The lower housing 75 and the upper housing 71 are the Hi-side or Lo-side power semiconductors 50 and 60, and the Hi-side or Lo-side conductive spacers 54 and 64 are the Hi-side or Lo-side conductive step absorption portions. They are joined so as to be pressed toward 25 and 35.

図4を用いてパワーモジュール1の放熱経路を説明する。パワーモジュール1は、パワー半導体50、60から発生した熱を外部に放出するための3つの放熱経路を有する。第1放熱経路R1は、パワー半導体50、60の実装面から、電極52、62を介して、基板43側に放熱する経路である。第2放熱経路R2は、パワー半導体50、60の放熱面から、導電性段差吸収部25、35及び導電性スペーサ54、64を介して、基板43側に放熱する経路である。第3放熱経路R3は、パワー半導体50、60の放熱面から、第1ヒートスプレッダ20、30及び絶縁性放熱シート14を介して、第2ヒートスプレッダ12側に放熱する経路である。パワー半導体50、60から発生する熱は、主に第3放熱経路R3に伝達され、外部に放熱される。このような3つの放熱経路に熱を分散させるため、セラミック基板や厚銅基板などの高価な高放熱基板を必要としない安価なパワーモジュールを製造することができる。また、セラミック基板や厚銅基板などの高価な高放熱基板を併用すれば、パワーモジュールから発生する熱をより十分に放熱し、パワーモジュールを冷却することが可能となる。 The heat dissipation path of the power module 1 will be described with reference to FIG. The power module 1 has three heat dissipation paths for releasing heat generated from the power semiconductors 50 and 60 to the outside. The first heat dissipation path R1 is a path for radiating heat from the mounting surface of the power semiconductors 50 and 60 to the substrate 43 side via the electrodes 52 and 62. The second heat dissipation path R2 is a path for radiating heat from the heat dissipation surface of the power semiconductors 50 and 60 to the substrate 43 side via the conductive step absorbing portions 25 and 35 and the conductive spacers 54 and 64. The third heat dissipation path R3 is a path that dissipates heat from the heat dissipation surface of the power semiconductors 50 and 60 to the second heat spreader 12 side via the first heat spreaders 20 and 30 and the insulating heat dissipation sheet 14. The heat generated from the power semiconductors 50 and 60 is mainly transmitted to the third heat dissipation path R3 and dissipated to the outside. Since heat is dispersed in these three heat dissipation paths, it is possible to manufacture an inexpensive power module that does not require an expensive high heat dissipation substrate such as a ceramic substrate or a thick copper substrate. Further, if an expensive high heat dissipation substrate such as a ceramic substrate or a thick copper substrate is used in combination, the heat generated from the power module can be dissipated more sufficiently to cool the power module.

次に、実施形態1におけるパワーモジュール1の製造方法について説明する。 Next, the method of manufacturing the power module 1 in the first embodiment will be described.

図6を用いて放熱ユニット10の製造方法を説明する。図6は、実施形態1に係る放熱ユニット10の断面1020及び下面1030を含む。図6の断面1020に示すように、まず、第2ヒートスプレッダ12の外部に熱を放出する面とは反対側の面に絶縁性放熱シート14を接着する。絶縁性放熱シート14は、両面が接着性を有している。次に、第2ヒートスプレッダ12に接着された絶縁性放熱シート14に第1ヒートスプレッダ20、30を接着する。次に、絶縁性放熱シート14に接着された第1ヒートスプレッダ20、30に、導電性段差吸収部25、35を接着する。 A method of manufacturing the heat dissipation unit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 6 includes a cross section 1020 and a lower surface 1030 of the heat dissipation unit 10 according to the first embodiment. As shown in the cross section 1020 of FIG. 6, first, the insulating heat radiating sheet 14 is adhered to the surface of the second heat spreader 12 opposite to the surface that dissipates heat to the outside. Both sides of the insulating heat radiating sheet 14 have adhesiveness. Next, the first heat spreaders 20 and 30 are bonded to the insulating heat radiating sheet 14 bonded to the second heat spreader 12. Next, the conductive step absorbing portions 25 and 35 are bonded to the first heat spreaders 20 and 30 bonded to the insulating heat dissipation sheet 14.

図6の下面1030に示すように、絶縁性放熱シート14が設けられた領域内に収まるように、第1ヒートスプレッダ20、30が接着されている。導電性段差吸収部25、35は、第1ヒートスプレッダ20、30が設けられた領域内に収まるように、導電性段差吸収部25、35が接着されている。 As shown in the lower surface 1030 of FIG. 6, the first heat spreaders 20 and 30 are adhered so as to fit within the region where the insulating heat dissipation sheet 14 is provided. The conductive step absorbing portions 25 and 35 are adhered to the conductive step absorbing portions 25 and 35 so as to fit within the region where the first heat spreaders 20 and 30 are provided.

図7を用いてパワーモジュール基板40の製造方法を説明する。図7は、実施形態1に係るパワーモジュール基板40の断面1040及び平面1050を含む。図7の断面1040に示すように、回路パターンが形成された基板43に、パワー半導体50、60及び導電性スペーサ54、64を実装する。はんだにより、基板43の回路パターンとパワー半導体50、60の電極52、62が接続される。はんだにより、導電性スペーサ54、64がそれぞれ、中間電位接続部56とグランド電位接続部66に接続される。緩衝用スペーサ58、68を、基板43に接着する。 A method of manufacturing the power module substrate 40 will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 includes a cross section 1040 and a flat surface 1050 of the power module substrate 40 according to the first embodiment. As shown in the cross section 1040 of FIG. 7, the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64 are mounted on the substrate 43 on which the circuit pattern is formed. The circuit pattern of the substrate 43 and the electrodes 52 and 62 of the power semiconductors 50 and 60 are connected by soldering. By soldering, the conductive spacers 54 and 64 are connected to the intermediate potential connection portion 56 and the ground potential connection portion 66, respectively. The cushioning spacers 58 and 68 are adhered to the substrate 43.

図7の平面1050を用いて、放熱ユニット10の部材とパワーモジュール基板40の部材との間の位置関係を説明する。なお、図7の平面1050に記載されている破線は、導電性段差吸収部25、35に対応する位置を示す。破線の領域B1は、Hi側導電性段差吸収部25に対応する位置を示す。破線の領域B2は、Lo側導電性段差吸収部35に対応する位置を示す。また、記載されている一点鎖線は、第1ヒートスプレッダ20、30に対応する位置を示す。領域A1は、Hi側第1ヒートスプレッダ20に対応する位置を示す。領域A2は、Lo側第1ヒートスプレッダ30に対応する位置を示す。 The positional relationship between the member of the heat dissipation unit 10 and the member of the power module substrate 40 will be described with reference to the plane 1050 of FIG. The broken line shown on the plane 1050 in FIG. 7 indicates the position corresponding to the conductive step absorbing portions 25 and 35. The broken line region B1 indicates a position corresponding to the Hi-side conductive step absorbing portion 25. The area B2 of the broken line indicates the position corresponding to the Lo-side conductive step absorbing portion 35. Further, the alternate long and short dash line described indicates the position corresponding to the first heat spreaders 20 and 30. The region A1 indicates a position corresponding to the first heat spreader 20 on the Hi side. The region A2 indicates a position corresponding to the first heat spreader 30 on the Lo side.

図7の平面1050に示すように、パワー半導体50、60及び導電性スペーサ54、64は、領域B1、B2内に収まるように、基板43上に配置されている。緩衝用スペーサ58、68は、領域A1、A2に内に収まるように配置されている。なお、緩衝用スペーサ54、64は、領域A1、A2の少なくとも一部に重なるように配置されていれば良い。 As shown in the plane 1050 of FIG. 7, the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64 are arranged on the substrate 43 so as to fit in the regions B1 and B2. The cushioning spacers 58 and 68 are arranged so as to fit within the regions A1 and A2. The buffer spacers 54 and 64 may be arranged so as to overlap at least a part of the regions A1 and A2.

次に、図8~図10を用いて、筐体70と放熱ユニット10及びパワーモジュール基板40の接続方法を説明する。図8は、本発明の実施形態1に係る放熱ユニット10に上部筐体71を接合した状態の断面1060、下面1070及び平面1080と、上部筐体71の平面1090である。図9は、実施形態1に係る放熱ユニット10、パワーモジュール基板40及び上部筐体71を接合した状態の断面2000及び平面2010ある。図10は、実施形態1に係るパワーモジュール1の断面2020、下面2030及び平面2040である。 Next, a method of connecting the housing 70, the heat dissipation unit 10, and the power module board 40 will be described with reference to FIGS. 8 to 10. FIG. 8 shows a cross section 1060, a lower surface 1070 and a flat surface 1080 in a state where the upper housing 71 is joined to the heat dissipation unit 10 according to the first embodiment of the present invention, and a flat surface 1090 of the upper housing 71. FIG. 9 shows a cross section 2000 and a flat surface 2010 in a state where the heat dissipation unit 10, the power module substrate 40, and the upper housing 71 according to the first embodiment are joined. FIG. 10 is a cross section 2020, a lower surface 2030, and a plane 2040 of the power module 1 according to the first embodiment.

図8に示すように、まず、放熱ユニット10に上部筐体71が仮接着される。図8の断面1060に示すように、第2ヒートスプレッダ12のネジ穴13と上部筐体71の貫通孔73との位置を一致させ、上部筐体71の上方から重ね合わせるようにして、放熱ユニット10と上部筐体71が仮接着される。 As shown in FIG. 8, first, the upper housing 71 is temporarily bonded to the heat dissipation unit 10. As shown in the cross section 1060 of FIG. 8, the position of the screw hole 13 of the second heat spreader 12 and the through hole 73 of the upper housing 71 are aligned, and the heat radiation unit 10 is overlapped from above the upper housing 71. And the upper housing 71 are temporarily bonded.

次に、図9に示すように、パワーモジュール基板40と上部筐体71を仮接着させる。基板43に設けられた貫通孔45と上部筐体71の貫通孔73との位置を一致させ、上部筐体71の下方側からパワーモジュール基板40が重ね合わされる。このとき、図9の平面2010に示すように、パワー半導体50、60及び導電性スペーサ54、64は、導電性段差吸収部25、35に対応する位置に配置する。緩衝用スペーサ58、68は、第1ヒートスプレッダ20、30に対応する位置に配置されている。 Next, as shown in FIG. 9, the power module board 40 and the upper housing 71 are temporarily bonded. The through holes 45 provided in the board 43 and the through holes 73 of the upper housing 71 are aligned with each other, and the power module board 40 is overlapped from the lower side of the upper housing 71. At this time, as shown in the plane 2010 of FIG. 9, the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64 are arranged at positions corresponding to the conductive step absorbing portions 25 and 35. The cushioning spacers 58 and 68 are arranged at positions corresponding to the first heat spreaders 20 and 30.

そして、図10に示すように、基板43の貫通孔45と下部筐体75の貫通孔77を一致させ、上部筐体71と下部筐体75が接合される。最後に、樹脂87によりパワー半導体50、60を封止する。 Then, as shown in FIG. 10, the through hole 45 of the substrate 43 and the through hole 77 of the lower housing 75 are matched, and the upper housing 71 and the lower housing 75 are joined. Finally, the power semiconductors 50 and 60 are sealed with the resin 87.

この上下筐体71、75の接合時に、放熱ユニット10及びパワーモジュール基板40が互いに近づく方向に押圧される。このとき、導電性段差吸収部25、35が、はんだの厚みのばらつきやパワー半導体50、60の傾きを吸収する形で収縮変形する。これにより、導電性段差吸収部25、35とパワー半導体50、60および導電性スペーサ54、64との接触性および密着性を高めることができる。 At the time of joining the upper and lower housings 71 and 75, the heat dissipation unit 10 and the power module substrate 40 are pressed in a direction approaching each other. At this time, the conductive step absorbing portions 25 and 35 shrink and deform in a form that absorbs the variation in the thickness of the solder and the inclination of the power semiconductors 50 and 60. This makes it possible to improve the contact and adhesion between the conductive step absorbing portions 25 and 35 and the power semiconductors 50 and 60 and the conductive spacers 54 and 64.

また、緩衝用スペーサ58、68が、第1ヒートスプレッダ20、30及び基板43に押圧され、収縮する。収縮した緩衝用スペーサ58、68の反発力により、第1ヒートスプレッダ20、30は第2ヒートスプレッダ12側に押圧される。これにより、第1ヒートスプレッダ20、30は、基板43との平行度を保つことができる。 Further, the cushioning spacers 58 and 68 are pressed against the first heat spreaders 20 and 30 and the substrate 43 and contract. The first heat spreaders 20 and 30 are pressed toward the second heat spreader 12 by the repulsive force of the contracted buffer spacers 58 and 68. As a result, the first heat spreaders 20 and 30 can maintain parallelism with the substrate 43.

〔第1の変形例〕
図11に示すパワーモジュール2は、上述した実施形態1の第1の変形例である。本変形例のように、第2ヒートスプレッダ12上にヒートシンク80を設け、ヒートシンク80により熱を外部に放熱してもよい。ヒートシンク80には、ネジ穴が設けられている。ネジ79によってヒートシンク80と第2ヒートスプレッダ12とが締結されることにより、第2ヒートスプレッダ12とヒートシンク80とは接触する。これにより、パワー半導体50、60から発生する熱が、第2ヒートスプレッダ12を介して、ヒートシンク80に伝達される。
[First modification]
The power module 2 shown in FIG. 11 is a first modification of the above-described first embodiment. As in this modification, a heat sink 80 may be provided on the second heat spreader 12, and heat may be dissipated to the outside by the heat sink 80. The heat sink 80 is provided with a screw hole. By fastening the heat sink 80 and the second heat spreader 12 with the screws 79, the second heat spreader 12 and the heat sink 80 come into contact with each other. As a result, the heat generated from the power semiconductors 50 and 60 is transferred to the heat sink 80 via the second heat spreader 12.

〔実施形態2〕
本発明の実施形態2について、図12を用いて、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。本実施形態2は、実施形態1の緩衝用スペーサ58、68を設けず、上部筐体71の内壁の一部を突出させて、第1ヒートスプレッダ20、30と接触するように構成されている点が特徴である。
[Embodiment 2]
Embodiment 2 of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated. In the second embodiment, the cushioning spacers 58 and 68 of the first embodiment are not provided, and a part of the inner wall of the upper housing 71 is projected so as to come into contact with the first heat spreaders 20 and 30. Is a feature.

図12は、本発明の実施形態2に係るパワーモジュール3の断面図である。上部筐体71には、内壁の一部から内部に向かって突出する第1ヒートスプレッダ支え部74が設けられている。第1ヒートスプレッダ支え部74は、第1ヒートスプレッダ20、30にそれぞれ接触するように設けられている。第1ヒートスプレッダ支え部74は、上部筐体71に放熱ユニット10を仮接着する際、第1ヒートスプレッダ20、30の下面に接触する。第1ヒートスプレッダ20、30の下面は、パワー半導体50、60の放熱面と接続される面であり、基板43と対向している面である。これにより、第1ヒートスプレッダ20、30を第1ヒートスプレッダ支え部74が支持する。 FIG. 12 is a cross-sectional view of the power module 3 according to the second embodiment of the present invention. The upper housing 71 is provided with a first heat spreader support portion 74 that projects inward from a part of the inner wall. The first heat spreader support portion 74 is provided so as to come into contact with the first heat spreaders 20 and 30, respectively. The first heat spreader support portion 74 comes into contact with the lower surfaces of the first heat spreaders 20 and 30 when the heat dissipation unit 10 is temporarily bonded to the upper housing 71. The lower surface of the first heat spreaders 20 and 30 is a surface connected to the heat dissipation surface of the power semiconductors 50 and 60 and is a surface facing the substrate 43. As a result, the first heat spreader support portions 74 support the first heat spreaders 20 and 30.

このように、パワーモジュール3は、基板43、パワー半導体50、60、導電性スペーサ54、64、導電性段差吸収部25、35及び第1ヒートスプレッダ20、30を収容する筐体70をさらに備え、筐体70が、基板43の下側に配置される下部筐体75と、基板43の上側に配置される上部筐体71とを有する。 As described above, the power module 3 further includes a substrate 43, power semiconductors 50 and 60, conductive spacers 54 and 64, conductive step absorbing portions 25 and 35, and a housing 70 for accommodating the first heat spreaders 20 and 30. The housing 70 has a lower housing 75 arranged on the lower side of the substrate 43 and an upper housing 71 arranged on the upper side of the board 43.

そして、上部筐体71は、導電性段差吸収部25、35と、パワー半導体50、60、導電性スペーサ54、64、及び第1ヒートスプレッダ20、30との間のそれぞれの接触熱抵抗を低減するために、第1ヒートスプレッダ20、30を支持するように基板43と平行に突出する第1ヒートスプレッダ支え部74(突出支持部)を有する。 The upper housing 71 reduces the contact thermal resistance between the conductive step absorbing portions 25 and 35 and the power semiconductors 50 and 60, the conductive spacers 54 and 64, and the first heat spreaders 20 and 30, respectively. Therefore, it has a first heat spreader support portion 74 (protruding support portion) that projects in parallel with the substrate 43 so as to support the first heat spreaders 20 and 30.

〔実施形態3〕
本発明の実施形態3について、図13を用いて、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。本実施形態3は、絶縁性放熱シート14の上に、第2ヒートスプレッダ12の代わりに、ヒートシンク80が設けられている点が特徴である。
[Embodiment 3]
Embodiment 3 of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated. The third embodiment is characterized in that a heat sink 80 is provided on the insulating heat dissipation sheet 14 instead of the second heat spreader 12.

図13は、本発明の実施形態3に係るパワーモジュール4の断面図である。放熱ユニット10Aは、ヒートシンク80と、絶縁性放熱シート14と、第1ヒートスプレッダ20、30と、導電性段差吸収部25、35とにより構成されている。ヒートシンク80には、ネジ79が螺合するネジ穴が設けられている。ヒートシンク80の外部に熱を放熱する面とは反対側の面に、絶縁性放熱シート14が接着されている。 FIG. 13 is a cross-sectional view of the power module 4 according to the third embodiment of the present invention. The heat radiating unit 10A is composed of a heat sink 80, an insulating heat radiating sheet 14, first heat spreaders 20 and 30, and conductive step absorbing portions 25 and 35. The heat sink 80 is provided with a screw hole into which the screw 79 is screwed. An insulating heat radiating sheet 14 is adhered to a surface of the heat sink 80 opposite to the surface that dissipates heat to the outside.

ネジ79により締結されることで放熱ユニット10Aと筐体70及びパワーモジュール基板40は締結される。 The heat dissipation unit 10A, the housing 70, and the power module board 40 are fastened by being fastened with the screws 79.

〔実施形態4〕
本発明の実施形態4について、図14を用いて、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。本実施形態4は、基板43の裏面側に薄型ヒートシンク85が設けられている点が特徴である。
[Embodiment 4]
Embodiment 4 of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated. The fourth embodiment is characterized in that a thin heat sink 85 is provided on the back surface side of the substrate 43.

図14は、本発明の実施形態4に係るパワーモジュール5の断面図である。基板43に、裏面側薄型ヒートシンク85が配置される。下部筐体75には、裏面側薄型ヒートシンク85から熱を外部に放熱するように、開口75aが設けられている。 FIG. 14 is a cross-sectional view of the power module 5 according to the fourth embodiment of the present invention. A thin heat sink 85 on the back surface side is arranged on the substrate 43. The lower housing 75 is provided with an opening 75a so as to dissipate heat to the outside from the thin heat sink 85 on the back surface side.

これにより、基板43側からの放熱をより向上させることができる。 As a result, heat dissipation from the substrate 43 side can be further improved.

パワーモジュール5では、パワーモジュール5の両面にヒートシンク80及び裏面側薄型ヒートシンク85がそれぞれ設けられる。 In the power module 5, a heat sink 80 and a thin heat sink 85 on the back surface side are provided on both sides of the power module 5, respectively.

このように、パワーモジュール5は、基板43、パワー半導体50、60、導電性スペーサ54、64、導電性段差吸収部25、35、及び第1ヒートスプレッダ20、30、を収容する筐体70をさらに備え、筐体70が、基板43の下側に配置される下部筐体75と、基板43の上側に配置される上部筐体71とを有する。 As described above, the power module 5 further includes a housing 70 that houses the substrate 43, the power semiconductors 50 and 60, the conductive spacers 54 and 64, the conductive step absorbing portions 25 and 35, and the first heat spreaders 20 and 30. The housing 70 has a lower housing 75 arranged on the lower side of the substrate 43 and an upper housing 71 arranged on the upper side of the board 43.

そして、パワーモジュール5は、基板43のパワー半導体50、60が実装された面と反対側の面に配置された裏面側薄型ヒートシンク85(ヒートシンク)をさらに備える。下部筐体75は、裏面側薄型ヒートシンク85を露出させる開口75aを有する。 The power module 5 further includes a back surface side thin heat sink 85 (heat sink) arranged on a surface opposite to the surface on which the power semiconductors 50 and 60 of the substrate 43 are mounted. The lower housing 75 has an opening 75a that exposes the thin heat sink 85 on the back surface side.

〔実施形態5〕
本発明の実施形態5について、図15を用いて、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。本実施形態5は、両面実装基板の両面側に放熱ユニットを設けている点が特徴である。
[Embodiment 5]
Embodiment 5 of the present invention will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the members having the same functions as the members described in the above-described embodiment, and the description thereof will not be repeated. The fifth embodiment is characterized in that heat dissipation units are provided on both sides of the double-sided mounting board.

図15は、本発明の実施形態5に係るパワーモジュール6の断面図である。パワーモジュール基板40Bの基板43Bは、両面に回路パターンが実装された両面実装基板である。基板43Bの裏面には、裏面側実装部品93及び2個の裏面側スペーサ95が設けられている。裏面側実装部品93の電極94は、基板43Bの裏面側に形成された回路パターンと接続されている。 FIG. 15 is a cross-sectional view of the power module 6 according to the fifth embodiment of the present invention. The board 43B of the power module board 40B is a double-sided mounting board in which circuit patterns are mounted on both sides. On the back surface of the substrate 43B, a back surface side mounting component 93 and two back surface side spacers 95 are provided. The electrode 94 of the back surface side mounting component 93 is connected to a circuit pattern formed on the back surface side of the substrate 43B.

裏面側実装部品93と2個の裏面側スペーサ95とを覆うように裏面側導電性段差吸収部92が設けられる。裏面側導電性段差吸収部92の裏面側実装部品93と反対側に裏面側第1ヒートスプレッダ91が設けられる。裏面側第1ヒートスプレッダ91の裏面側導電性段差吸収部92と反対側に絶縁性放熱シート90が設けられる。そして、絶縁性放熱シート90の裏面側第1ヒートスプレッダ91と反対側に裏面側ヒートシンク82が設けられる。 The back surface side conductive step absorbing portion 92 is provided so as to cover the back surface side mounting component 93 and the two back surface side spacers 95. The back surface side first heat spreader 91 is provided on the side opposite to the back surface side mounting component 93 of the back surface side conductive step absorbing portion 92. An insulating heat dissipation sheet 90 is provided on the side opposite to the back surface side conductive step absorbing portion 92 of the back surface side first heat spreader 91. Then, the back surface side heat sink 82 is provided on the side opposite to the back surface side first heat spreader 91 of the insulating heat dissipation sheet 90.

裏面側ヒートシンク82は、下部筐体75とネジ79Aにより締結される。ヒートシンク80は、上部筐体71とネジ79Bにより締結される。 The back surface side heat sink 82 is fastened to the lower housing 75 by screws 79A. The heat sink 80 is fastened to the upper housing 71 with screws 79B.

このように、パワーモジュール6の両面にヒートシンク80、82がそれぞれ設けられる。 In this way, heat sinks 80 and 82 are provided on both sides of the power module 6, respectively.

〔まとめ〕
本発明の態様1に係るパワーモジュール1・2・3・4・5・6は、基板43上に配置されるパワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)と、基板43上に配置される導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)と、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)からの発熱を放熱するために、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)及び前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)の上に形成されて収縮性を有する導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)と、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)を介して前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)の発熱を拡散させて放熱するために、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)の上に設けられた第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)と、を備える。
〔summary〕
The power modules 1, 2, 3, 4, 5, and 6 according to the first aspect of the present invention are arranged on the substrate 43 and the power semiconductors (Hi side or Lo side power semiconductors 50 and 60) arranged on the substrate 43. In order to dissipate heat generated from the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacer 54, 64) and the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductor 50, 60), the power semiconductor (Hi side) is used. Alternatively, a conductive step absorption portion (Hi side or Lo side conductivity) formed on the Lo side power semiconductors 50, 60) and the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacers 54, 64) and having shrinkage. Heat generation of the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60) via the step absorbing portion 25, 35) and the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35). 1st heat spreader (Hi side or Lo side first heat spreader 20) provided on the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35) in order to diffuse and dissipate heat. 30) and.

上記の構成によれば、パワー半導体の発熱が、パワー半導体から基板を通る第1放熱経路と、パワー半導体から導電性段差吸収部と導電性スペーサと基板とを通る第2放熱経路と、パワー半導体から導電性段差吸収部と第1ヒートスプレッダとを通る第3放熱経路との複数の放熱経路を通って放熱される。そして、パワー半導体及び導電性スペーサの押圧に基づいて導電性段差吸収部が変形することにより、半田の厚みのばらつきや実装時傾きによるパワー半導体及び導電性スペーサの意図せぬ段差が吸収される。この結果、複数の放熱経路を有するパワーモジュールにおいて、パワー半導体と放熱部材との間の密着性及び接触性を高めたパワーモジュールを提供することができる。 According to the above configuration, the heat generated by the power semiconductor is transferred from the power semiconductor to the first heat dissipation path through the substrate, the power semiconductor to the conductive step absorption portion, the conductive spacer, and the second heat dissipation path through the substrate, and the power semiconductor. The heat is dissipated through a plurality of heat dissipation paths of the third heat dissipation path passing through the conductive step absorbing portion and the first heat spreader. Then, the conductive step absorbing portion is deformed based on the pressing of the power semiconductor and the conductive spacer, so that the unintended step of the power semiconductor and the conductive spacer due to the variation in the thickness of the solder and the inclination at the time of mounting is absorbed. As a result, in a power module having a plurality of heat dissipation paths, it is possible to provide a power module having improved adhesion and contact between the power semiconductor and the heat dissipation member.

本発明の態様2に係るパワーモジュール1・2・4・5・6は、上記態様1において、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)と、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)、前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)、及び前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)との間のそれぞれの接触熱抵抗を低減するために、前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)を支持するように前記基板43上に配置される緩衝用スペーサ(Hi側又はLo側緩衝用スペーサ58、68)をさらに備えることが好ましい。 In the first aspect, the power modules 1, 2, 4, 5, and 6 according to the second aspect of the present invention have the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35) and the power. Semiconductors (Hi-side or Lo-side power semiconductors 50, 60), the conductive spacers (Hi-side or Lo-side conductive spacers 54, 64), and the first heat spreader (Hi-side or Lo-side first heat spreaders 20, 30). A cushioning spacer (Hi) arranged on the substrate 43 so as to support the first heat spreader (Hi side or Lo side first heat spreader 20, 30) in order to reduce the respective contact thermal resistance between the two. It is preferable to further provide side or Lo side buffer spacers 58, 68).

上記の構成によれば、第1ヒートスプレッダと基板との平行度を保てる領域を拡大し、第1ヒートスプレッダと導電性段差吸収部との間の接触性、導電性段差吸収部とパワー半導体の放熱面との間の接触性、及び、導電性段差吸収部と導電性スペーサとの間の接触性が良好になることで接触熱抵抗を小さくすることができる。 According to the above configuration, the area where the parallelism between the first heat spreader and the substrate can be maintained is expanded, the contact property between the first heat spreader and the conductive step absorbing portion, and the heat dissipation surface of the conductive step absorbing portion and the power semiconductor. The contact thermal resistance can be reduced by improving the contactability between the two and the conductive step absorbing portion and the conductive spacer.

本発明の態様3に係るパワーモジュール1・2・3・4・5・6は、上記態様1において、前記基板43上に配置される他のパワー半導体(Lo側パワー半導体60)と、前記基板43上に配置される他の導電性スペーサ(Lo側導電性スペーサ64)と、前記他のパワー半導体(Lo側パワー半導体60)からの発熱を放熱するために、前記他のパワー半導体(Lo側パワー半導体60)及び前記他の導電性スペーサ(Lo側導電性スペーサ64)の上に形成されて収縮性を有する他の導電性段差吸収部(Lo側導電性段差吸収部35)と、前記他の導電性段差吸収部(Lo側導電性段差吸収部35)を介して前記他のパワー半導体(Lo側パワー半導体60)の発熱を拡散させて放熱するために、前記他の導電性段差吸収部(Lo側導電性段差吸収部35)の上に前記第1ヒートスプレッダ(Hi側第1ヒートスプレッダ20)と絶縁して設けられた他の第1ヒートスプレッダ(Lo側第1ヒートスプレッダ30)と、前記パワー半導体(Hi側パワー半導体)及び前記他のパワー半導体(Lo側パワー半導体60)の発熱をさらに拡散させて放熱するために、前記第1ヒートスプレッダ(Hi側第1ヒートスプレッダ20)及び前記他の第1ヒートスプレッダ(Lo側第1ヒートスプレッダ30)の上に設けられた第2ヒートスプレッダ12と、をさらに備えることが好ましい。 The power modules 1, 2, 3, 4, 5, and 6 according to the third aspect of the present invention include another power semiconductor (Lo side power semiconductor 60) arranged on the substrate 43 and the substrate in the first aspect. In order to dissipate heat generated from the other conductive spacer (Lo side conductive spacer 64) arranged on the 43 and the other power semiconductor (Lo side power semiconductor 60), the other power semiconductor (Lo side). The other conductive step absorbing portion (Lo side conductive step absorbing portion 35) formed on the power semiconductor 60) and the other conductive spacer (Lo side conductive spacer 64) and having shrinkage, and the other. In order to dissipate the heat generated by the other power semiconductor (Lo side power semiconductor 60) through the conductive step absorbing portion (Lo side conductive step absorbing portion 35) and dissipate heat, the other conductive step absorbing portion. Another first heat spreader (Lo side first heat spreader 30) provided on the (Lo side conductive step absorbing portion 35) so as to be insulated from the first heat spreader (Hi side first heat spreader 20), and the power semiconductor. The first heat spreader (Hi side first heat spreader 20) and the other first heat spreader in order to further diffuse and dissipate the heat generated by the (Hi side power semiconductor) and the other power semiconductor (Lo side power semiconductor 60). It is preferable to further include a second heat spreader 12 provided on the (Lo side first heat spreader 30).

上記の構成によれば、他の第1ヒートスプレッダが第1ヒートスプレッダと絶縁して設けられるので、複数のパワー半導体を備えるパワーモジュールの動作を安定させることができる。 According to the above configuration, since the other first heat spreader is provided so as to be insulated from the first heat spreader, the operation of the power module including the plurality of power semiconductors can be stabilized.

本発明の態様4に係るパワーモジュール1・2・3・4・5・6は、上記態様3において、前記パワー半導体がHi側パワー半導体50であり、前記他のパワー半導体がLo側パワー半導体60であり、前記パワー半導体(Hi側パワー半導体50)は前記基板43上に設けられた中間電位接続部56に、前記導電性段差吸収部(Hi側導電性段差吸収部25)と前記導電性スペーサ(Hi側導電性スペーサ54)を介して電気的に接続されており、前記他のパワー半導体(Lo側パワー半導体60)は前記基板43上に設けられたグランド電位接続部66に、前記導電性段差吸収部(Lo側導電性段差吸収部35)と前記導電性スペーサ(Lo側導電性スペーサ64)を介して電気的に接続されることが好ましい。 In the power modules 1, 2, 3, 4, 5, and 6 according to the fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the power semiconductor is the Hi-side power semiconductor 50, and the other power semiconductor is the Lo-side power semiconductor 60. In the power semiconductor (Hi side power semiconductor 50), the conductive step absorbing portion (Hi side conductive step absorbing portion 25) and the conductive spacer are connected to the intermediate potential connection portion 56 provided on the substrate 43. (Hi side conductive spacer 54) is electrically connected, and the other power semiconductor (Lo side power semiconductor 60) is electrically connected to the ground potential connection portion 66 provided on the substrate 43. It is preferable that the step absorbing portion (Lo side conductive step absorbing portion 35) and the conductive spacer (Lo side conductive spacer 64) are electrically connected to each other.

上記の構成によれば、複数のパワー半導体の実装面と反対側の面の電位が固定されるので、複数のパワー半導体を備えるパワーモジュールの動作を安定させることができる。 According to the above configuration, since the potential of the surface opposite to the mounting surface of the plurality of power semiconductors is fixed, the operation of the power module including the plurality of power semiconductors can be stabilized.

本発明の態様5に係るパワーモジュール1・2・3・4・5・6は、上記態様1において、前記基板43、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)、前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)、及び前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)を収容する筐体70をさらに備え、前記筐体70が、前記基板43の下側に配置される下部筐体75と、前記基板43の上側に配置される上部筐体71とを有し、前記下部筐体75と前記上部筐体71とは、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)と前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)とが前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)に向かって押圧されるように接合されることが好ましい。 In the first aspect, the power modules 1, 2, 3, 4, 5, and 6 according to the fifth aspect of the present invention include the substrate 43, the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60), and the conductivity. The spacer (Hi side or Lo side conductive spacer 54, 64), the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35), and the first heat spreader (Hi side or Lo side first). A housing 70 for accommodating the heat spreaders 20 and 30) is further provided, and the housing 70 is a lower housing 75 arranged on the lower side of the substrate 43 and an upper housing 71 arranged on the upper side of the board 43. The lower housing 75 and the upper housing 71 include the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60) and the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacer 54). It is preferable that 64) is joined so as to be pressed toward the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35).

上記の構成によれば、導電性段差吸収部が、押圧により変形して、半田の厚みのばらつきや実装時傾きによるパワー半導体及び導電性スペーサの意図せぬ段差を吸収する。 According to the above configuration, the conductive step absorbing portion is deformed by pressing to absorb unintended steps of the power semiconductor and the conductive spacer due to the variation in the thickness of the solder and the inclination at the time of mounting.

本発明の態様6に係るパワーモジュール3は、上記態様1において、前記基板43、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)、前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)、及び前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)を収容する筐体70をさらに備え、前記筐体70が、前記基板43の下側に配置される下部筐体75と、前記基板43の上側に配置される上部筐体71とを有し、前記上部筐体71が、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)と、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)、前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)、及び前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)との間のそれぞれの接触熱抵抗を低減するために、前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)を支持するように前記基板43と平行に突出する突出支持部(第1ヒートスプレッダ支え部74)を有することが好ましい。 In the first aspect, the power module 3 according to the sixth aspect of the present invention includes the substrate 43, the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60), and the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacer). 54, 64)), the housing for accommodating the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35), and the first heat spreader (Hi side or Lo side first heat spreader 20, 30). 70 is further provided, and the housing 70 has a lower housing 75 arranged on the lower side of the board 43 and an upper housing 71 arranged on the upper side of the board 43, and the upper housing 71. However, the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35), the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductor 50, 60), and the conductive spacer (Hi side or Lo). The first heat spreader (Hi side or It is preferable to have a protruding support portion (first heat spreader support portion 74) that projects in parallel with the substrate 43 so as to support the first heat spreader 20 and 30) on the Lo side.

上記の構成によれば、筐体に突出支持部を形成することにより、第1ヒートスプレッダと基板との平行度を保てる領域を拡大し、第1ヒートスプレッダと導電性段差吸収部との間の接触性、導電性段差吸収部とパワー半導体の放熱面との間の接触性、及び、導電性段差吸収部と導電性スペーサとの間の接触性が良好になることで接触熱抵抗を小さくすることができる。 According to the above configuration, by forming the protruding support portion in the housing, the area where the parallelism between the first heat spreader and the substrate can be maintained is expanded, and the contact property between the first heat spreader and the conductive step absorbing portion is expanded. The contact thermal resistance can be reduced by improving the contact between the conductive step absorption part and the heat dissipation surface of the power semiconductor and the contact between the conductive step absorption part and the conductive spacer. can.

本発明の態様7に係るパワーモジュール5は、上記態様1において、前記基板43、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)、前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)、及び前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)を収容する筐体70をさらに備え、前記筐体70が、前記基板43の下側に配置される下部筐体75と、前記基板43の上側に配置される上部筐体71とを有し、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)の発熱を拡散させて放熱するために前記基板43の前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)と反対側の面に配置されたヒートシンク(裏面側薄型ヒートシンク85)をさらに備え、前記下部筐体75が、前記ヒートシンク(裏面側薄型ヒートシンク85)を露出させる開口75aを有することが好ましい。 In the first aspect, the power module 5 according to the seventh aspect of the present invention includes the substrate 43, the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60), and the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacer). 54, 64), a housing that accommodates the conductive step absorbing portion (Hi side or Lo side conductive step absorbing portion 25, 35), and the first heat spreader (Hi side or Lo side first heat spreader 20, 30). 70 is further provided, and the housing 70 has a lower housing 75 arranged on the lower side of the substrate 43 and an upper housing 71 arranged on the upper side of the board 43, and the power semiconductor (Hi). A heat sink (Hi side or Lo side power semiconductor 50, 60) arranged on a surface opposite to the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductor 50, 60) of the substrate 43 in order to diffuse and dissipate heat generated by the side or Lo side power semiconductors 50, 60). It is preferable that the lower housing 75 further includes a back surface side thin heat sink 85) and has an opening 75a for exposing the heat sink (back surface side thin heat sink 85).

上記の構成によれば、基板のパワー半導体と反対側の面にヒートシンクを配置することにより、基板裏面からの放熱を強化することができる。 According to the above configuration, by arranging the heat sink on the surface of the substrate opposite to the power semiconductor, heat dissipation from the back surface of the substrate can be enhanced.

本発明の態様8に係るパワーモジュールの製造方法は、基板43上に配置されるパワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)と、前記基板43上に配置される導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)とを含むパワーモジュール基板43を形成するパワーモジュール基板形成工程と、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)からの発熱を放熱するために設けられて収縮性を有する導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)と、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)の上に設けられた第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)とを含む放熱ユニット10を形成する放熱ユニット形成工程と、前記基板43、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)、前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)、前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)、及び前記第1ヒートスプレッダ(Hi側又はLo側第1ヒートスプレッダ20、30)を収容する筐体70の前記基板43の下側に配置される下部筐体75と前記基板43の上側に配置される上部筐体71とを、前記パワー半導体(Hi側又はLo側パワー半導体50、60)と前記導電性スペーサ(Hi側又はLo側導電性スペーサ54、64)とが前記導電性段差吸収部(Hi側又はLo側導電性段差吸収部25、35)に向かって押圧されるように接合する筐体接合工程とを包含する。 The method for manufacturing a power module according to the eighth aspect of the present invention includes a power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60) arranged on the substrate 43 and a conductive spacer (Hi) arranged on the substrate 43. To dissipate heat generated from the power module substrate forming step of forming the power module substrate 43 including the side or Lo side conductive spacers 54, 64) and the power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductors 50, 60). The conductive step absorbing section (Hi side or Lo side conductive step absorbing section 25, 35) provided in the above and the conductive step absorbing section (Hi side or Lo side conductive step absorbing section 25, 35). ), The heat dissipation unit forming step of forming the heat dissipation unit 10 including the first heat spreader (Hi side or Lo side first heat spreader 20, 30), the substrate 43, and the power semiconductor (Hi side or Lo). Side power semiconductors 50, 60), the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacer 54, 64), the conductive step absorption section (Hi side or Lo side conductive step absorption section 25, 35), and the above. A lower housing 75 arranged below the substrate 43 of the housing 70 accommodating the first heat spreader (Hi-side or Lo-side first heat spreaders 20, 30) and an upper housing arranged above the substrate 43. 71 is a power semiconductor (Hi side or Lo side power semiconductor 50, 60) and the conductive spacer (Hi side or Lo side conductive spacer 54, 64) is the conductive step absorption portion (Hi side or Lo). It includes a housing joining step of joining so as to be pressed toward the side conductive step absorbing portions 25, 35).

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

1 パワーモジュール
10 放熱ユニット
12 第2ヒートスプレッダ
20 Hi側第1ヒートスプレッダ(第1ヒートスプレッダ)
25 Hi側導電性段差吸収部(導電性段差吸収部)
30 Lo側第1ヒートスプレッダ(第1ヒートスプレッダ)
35 Lo側導電性段差吸収部(導電性段差吸収部)
40 パワーモジュール基板
43 基板
50 Hi側パワー半導体(パワー半導体)
54 Hi側導電性スペーサ(導電性スペーサ)
56 中間電位接続部
58 Hi側緩衝用スペーサ(緩衝用スペーサ)
60 Lo側パワー半導体(パワー半導体)
64 Lo側導電性スペーサ(導電性スペーサ)
66 グランド電位接続部
68 Lo側緩衝用スペーサ(緩衝用スペーサ)
70 筐体
71 上部筐体
74 第1ヒートスプレッダ支え部(突出支持部)
75 下部筐体
75a 開口
85 裏面側薄型ヒートシンク(ヒートシンク)
91 裏面側第1ヒートスプレッダ
92 裏面側導電性段差吸収部

1 Power module 10 Heat dissipation unit 12 2nd heat spreader 20 Hi side 1st heat spreader (1st heat spreader)
25 Hi side conductive step absorbing part (conductive step absorbing part)
30 Lo side 1st heat spreader (1st heat spreader)
35 Lo side conductive step absorbing part (conductive step absorbing part)
40 Power module board 43 Board 50 Hi side power semiconductor (power semiconductor)
54 Hi side conductive spacer (conductive spacer)
56 Intermediate potential connection 58 Hi side cushioning spacer (buffering spacer)
60 Lo side power semiconductor (power semiconductor)
64 Lo side conductive spacer (conductive spacer)
66 Ground potential connection 68 Lo side buffer spacer (buffer spacer)
70 Housing 71 Upper housing 74 1st heat spreader support part (protruding support part)
75 Lower housing 75a Opening 85 Back side thin heat sink (heat sink)
91 Back side first heat spreader 92 Back side conductive step absorber

Claims (8)

基板上に配置されるパワー半導体と、
前記基板上に配置される導電性スペーサと、
前記パワー半導体からの発熱を放熱するために、前記パワー半導体及び前記導電性スペーサの上に形成されて収縮性を有する導電性段差吸収部と、
前記導電性段差吸収部を介して前記パワー半導体の発熱を拡散させて放熱するために、前記導電性段差吸収部の上に設けられた第1ヒートスプレッダと、
を備えることを特徴とするパワーモジュール。
Power semiconductors placed on the substrate and
With the conductive spacer arranged on the substrate,
In order to dissipate heat generated from the power semiconductor, a conductive step absorbing portion formed on the power semiconductor and the conductive spacer and having shrinkage, and a conductive step absorbing portion.
A first heat spreader provided on the conductive step absorbing portion in order to diffuse heat generated by the power semiconductor and dissipate heat through the conductive step absorbing portion.
A power module characterized by being equipped with.
前記導電性段差吸収部と、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、及び前記第1ヒートスプレッダとの間のそれぞれの接触熱抵抗を低減するために、前記第1ヒートスプレッダを支持するように前記基板上に配置される緩衝用スペーサをさらに備える請求項1に記載のパワーモジュール。 In order to reduce the contact thermal resistance between the conductive step absorbing portion and the power semiconductor, the conductive spacer, and the first heat spreader, the first heat spreader is supported on the substrate. The power module according to claim 1, further comprising a spacer for cushioning to be arranged. 前記基板上に配置される他のパワー半導体と、
前記基板上に配置される他の導電性スペーサと、
前記他のパワー半導体からの発熱を放熱するために、前記他のパワー半導体及び前記他の導電性スペーサの上に形成されて収縮性を有する他の導電性段差吸収部と、
前記他の導電性段差吸収部を介して前記他のパワー半導体の発熱を拡散させて放熱するために、前記他の導電性段差吸収部の上に前記第1ヒートスプレッダと絶縁して設けられた他の第1ヒートスプレッダと、
前記パワー半導体及び前記他のパワー半導体の発熱をさらに拡散させて放熱するために、前記第1ヒートスプレッダ及び前記他の第1ヒートスプレッダの上に設けられた絶縁性放熱シートと、
前記絶縁性放熱シートの上に設けられた第2ヒートスプレッダと、
をさらに備える請求項1に記載のパワーモジュール。
With other power semiconductors arranged on the substrate,
With other conductive spacers placed on the substrate,
In order to dissipate heat generated from the other power semiconductor, the other power semiconductor and another conductive step absorbing portion formed on the other conductive spacer and having shrinkage.
In order to diffuse the heat generated by the other power semiconductor and dissipate heat through the other conductive step absorbing portion, the other conductive step absorbing portion is provided on the other conductive step absorbing portion so as to be insulated from the first heat spreader. 1st heat spreader and
An insulating heat dissipation sheet provided on the first heat spreader and the other first heat spreader in order to further diffuse and dissipate heat generated by the power semiconductor and the other power semiconductor.
A second heat spreader provided on the insulating heat dissipation sheet and
The power module according to claim 1.
前記パワー半導体がHi側パワー半導体であり、
前記他のパワー半導体がLo側パワー半導体であり、
前記パワー半導体は前記基板上に設けられた中間電位接続部に、前記導電性段差吸収部と前記導電性スペーサを介して電気的に接続されており、
前記他のパワー半導体は前記基板上に設けられたグランド電位接続部に、前記導電性段差吸収部と前記導電性スペーサを介して電気的に接続されている請求項3に記載のパワーモジュール。
The power semiconductor is a Hi-side power semiconductor.
The other power semiconductor is a Lo-side power semiconductor.
The power semiconductor is electrically connected to an intermediate potential connection portion provided on the substrate via the conductive step absorbing portion and the conductive spacer.
The power module according to claim 3, wherein the other power semiconductor is electrically connected to a ground potential connection portion provided on the substrate with the conductive step absorbing portion via the conductive spacer.
前記基板、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、前記導電性段差吸収部、及び前記第1ヒートスプレッダを収容する筐体をさらに備え、
前記筐体が、前記基板の下側に配置される下部筐体と、
前記基板の上側に配置される上部筐体とを有し、
前記下部筐体と前記上部筐体とは、前記パワー半導体と前記導電性スペーサとが前記導電性段差吸収部に向かって押圧されるように接合される請求項1に記載のパワーモジュール。
Further comprising a housing for accommodating the substrate, the power semiconductor, the conductive spacer, the conductive step absorbing portion, and the first heat spreader.
The lower housing in which the housing is arranged under the substrate and the lower housing
It has an upper housing arranged on the upper side of the substrate, and has an upper housing.
The power module according to claim 1, wherein the lower housing and the upper housing are joined so that the power semiconductor and the conductive spacer are pressed toward the conductive step absorbing portion.
前記基板、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、前記導電性段差吸収部、及び前記第1ヒートスプレッダを収容する筐体をさらに備え、
前記筐体が、前記基板の下側に配置される下部筐体と、
前記基板の上側に配置される上部筐体とを有し、
前記上部筐体が、前記導電性段差吸収部と、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、及び前記第1ヒートスプレッダとの間のそれぞれの接触熱抵抗を低減するために、前記第1ヒートスプレッダを支持するように前記基板と平行に突出する突出支持部を有する請求項1に記載のパワーモジュール。
Further comprising a housing for accommodating the substrate, the power semiconductor, the conductive spacer, the conductive step absorbing portion, and the first heat spreader.
The lower housing in which the housing is arranged under the substrate and the lower housing
It has an upper housing arranged on the upper side of the substrate, and has an upper housing.
The upper housing supports the first heat spreader in order to reduce the contact thermal resistance between the conductive step absorbing portion and the power semiconductor, the conductive spacer, and the first heat spreader. The power module according to claim 1, wherein the power module has a protruding support portion that protrudes in parallel with the substrate.
前記基板、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、前記導電性段差吸収部、及び前記第1ヒートスプレッダを収容する筐体をさらに備え、
前記筐体が、前記基板の下側に配置される下部筐体と、
前記基板の上側に配置される上部筐体とを有し、
前記パワー半導体の発熱を拡散させて放熱するために前記基板の前記パワー半導体と反対側の面に配置されたヒートシンクをさらに備え、
前記下部筐体が、前記ヒートシンクを露出させる開口を有する請求項1に記載のパワーモジュール。
Further comprising a housing for accommodating the substrate, the power semiconductor, the conductive spacer, the conductive step absorbing portion, and the first heat spreader.
The lower housing in which the housing is arranged under the substrate and the lower housing
It has an upper housing arranged on the upper side of the substrate, and has an upper housing.
Further provided with a heat sink arranged on the surface of the substrate opposite to the power semiconductor in order to diffuse and dissipate heat generated by the power semiconductor.
The power module according to claim 1, wherein the lower housing has an opening for exposing the heat sink.
基板上に配置されるパワー半導体と、前記基板上に配置される導電性スペーサとを含むパワーモジュール基板を形成するパワーモジュール基板形成工程と、
前記パワー半導体からの発熱を放熱するために設けられて収縮性を有する導電性段差吸収部と、前記導電性段差吸収部の上に設けられた第1ヒートスプレッダとを含む放熱ユニットを形成する放熱ユニット形成工程と、
前記基板、前記パワー半導体、前記導電性スペーサ、前記導電性段差吸収部、及び前記第1ヒートスプレッダを収容する筐体の前記基板の下側に配置される下部筐体と前記基板の上側に配置される上部筐体とを、前記パワー半導体と前記導電性スペーサとが前記導電性段差吸収部に向かって押圧されるように接合する筐体接合工程とを包含することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
A power module substrate forming step of forming a power module substrate including a power semiconductor arranged on the substrate and a conductive spacer arranged on the substrate.
A heat dissipation unit that forms a heat dissipation unit including a conductive step absorbing portion provided for radiating heat generated from the power semiconductor and having shrinkage, and a first heat spreader provided on the conductive step absorbing portion. The formation process and
The lower housing arranged below the substrate and the upper side of the substrate of the housing accommodating the substrate, the power semiconductor, the conductive spacer, the conductive step absorbing portion, and the first heat spreader. Manufacture of a power module comprising a housing joining step of joining the upper housing so that the power semiconductor and the conductive spacer are pressed toward the conductive step absorbing portion. Method.
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