JP2781329B2 - Semiconductor power module and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor power module and method of manufacturing the same

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JP2781329B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、半導体パワーモジュ
ールに関するもので、特に回路基板の温度変化に伴う変
形をなくするための改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor power module, and more particularly to an improvement for eliminating deformation of a circuit board due to a temperature change.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体パワーモジュールは、スイッチン
グ動作を行う能動的な電力用スイッチング半導体素子を
用いて、負荷へ供給する電力を調整する回路を備えた装
置である。半導体パワーモジュールの1つとして、前記
回路を主回路として当該主回路との間で信号を交換する
ことにより、当該主回路の動作を制御する能動的な半導
体素子を有する制御回路を更に備えたもの(特に、「イ
ンテリジェントパワーモジュール」と称される)も実用
化されている。これらの半導体パワーモジュールは、モ
ータ等の動作を制御するインバータ等に主として応用さ
れている。
2. Description of the Related Art A semiconductor power module is an apparatus provided with a circuit for adjusting power supplied to a load by using an active power switching semiconductor element for performing a switching operation. One of the semiconductor power modules further comprising a control circuit having an active semiconductor element for controlling the operation of the main circuit by exchanging signals with the main circuit using the circuit as a main circuit. (Especially called “intelligent power modules”) have also been put to practical use. These semiconductor power modules are mainly applied to inverters for controlling operations of motors and the like.

【0003】<従来装置の回路図>図12は従来の半導
体パワーモジュール100が有する回路110の主要な
部分を示す概略回路図である。この装置100の定格出
力電圧、及び最大出力電流は、それぞれ440V、及び
100Aである。また、出力電流を遮断及び接続する動
作の周波数は、10kHz である。
<Circuit Diagram of Conventional Device> FIG. 12 is a schematic circuit diagram showing a main part of a circuit 110 included in a conventional semiconductor power module 100. The rated output voltage and the maximum output current of the device 100 are 440 V and 100 A, respectively. The frequency of the operation for interrupting and connecting the output current is 10 kHz.

【0004】回路110は、2つの回路部分120、1
30を有している。主回路120は、調整した電力を負
荷へ出力する回路部分である。2個の電源端子PS
(P)、PS(N)には、それぞれ直流の高電位P及び
低電位Nが外部電源(図示しない)より印加される。す
なわち、これらの電源端子PS(P)、PS(N)を通
して、外部電源より主回路120へ電力が供給される。
主回路120は、6個の電力制御用の能動的な素子であ
るIGBT素子(絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タ)T1〜T6を備えている。IGBT素子は、負荷へ
供給する電流の遮断および接続を反復しておこなう、電
力用スイッチング半導体素子の1種である。これらのI
GBT素子T1〜T6は、入力された電力をU、V、W
相の3相に対応して制御し、これらの制御された電力を
各々3個の出力端子OUT(U)、OUT(V)、OU
T(W)を通して、負荷へ出力する。IGBT素子T1
〜T6に逆電圧が付加される時に、負荷電流をバイパス
させてIGBT素子T1〜T6を保護するための、フリ
ーホイールダイオードD1〜D6が、IGBT素子T1
〜T6に並列にそれぞれ接続されている。
The circuit 110 comprises two circuit parts 120, 1
30. The main circuit 120 is a circuit part that outputs the adjusted power to the load. Two power terminals PS
DC high potential P and low potential N are applied to (P) and PS (N) from an external power supply (not shown), respectively. That is, power is supplied from an external power supply to the main circuit 120 through the power supply terminals PS (P) and PS (N).
The main circuit 120 includes six IGBT elements (insulated gate bipolar transistors) T1 to T6 which are active elements for power control. The IGBT element is a type of power switching semiconductor element that repeatedly cuts off and connects a current supplied to a load. These I
The GBT elements T1 to T6 convert the input power into U, V, W
And the controlled power is controlled by three output terminals OUT (U), OUT (V), and OU, respectively.
Output to the load through T (W). IGBT element T1
When a reverse voltage is applied to the IGBT elements T1 to T6, the freewheel diodes D1 to D6 for bypassing the load current and protecting the IGBT elements T1 to T6 are different from each other.
To T6 in parallel.

【0005】制御回路130は、IGBT素子T1〜T
6の動作を制御する回路部分である。制御回路130は
6個の能動的な半導体素子IC1〜IC6を備えてい
る。これらの半導体素子IC1〜IC6は、それぞれ信
号入力端子IN1〜IN6へ外部より入力される入力信
号VIN1〜VIN6に応答して、IGBT素子T1〜T6
のゲートGへゲート電圧信号VG 1〜VG 6を送出す
る。IGBT素子T1〜T6は、これらのゲート電圧信
号にVG 1〜VG 6応答して、コレクタCとエミッタE
の間の電流の遮断及び接続を行う。
[0005] The control circuit 130 includes IGBT elements T1 to T
6 is a circuit part for controlling the operation of FIG. The control circuit 130 includes six active semiconductor elements IC1 to IC6. These semiconductor devices IC1~IC6, in response to the input signal V IN 1 to V IN 6 which are input from the outside to the signal input terminal IN1~IN6, IGBT element T1~T6
To delivery a gate voltage signal V G 1 to V G 6 to the gate G. IGBT element T1~T6 responds V G 1 to V G 6 to these gate voltage signals, the collector C and the emitter E
Between the current and the connection.

【0006】4個の独立した外部の直流電圧源(図示し
ない)を、高電位側(正)の電源端子VCC1〜VCC
と、低電位側(負)の電源端子VEE1〜VEE4の各1同
士の対に接続することにより、これらの電源端子を介し
て半導体素子IC1〜IC6へ直流電圧が供給される。
負の電源端子VEE1〜VEE3は、IGBT素子T1〜T
3のエミッタEと電気的にそれぞれ接続されており、負
の電源端子VEE4は、互いに共通電位であるIGBT素
子T4〜T6のエミッタEに接続されている。
[0006] power supply terminal V CC 1 to V CC 4 four independent external direct current voltage source (not shown), the high potential side (positive)
When, by connecting to each pair of 1 between power supply terminal V EE 1 to V EE 4 on the low potential side (negative), a DC voltage is supplied to the semiconductor device IC1~IC6 through these power terminals.
Negative power supply terminal V EE 1 to V EE 3 is, IGBT element T1~T
3 in electrical emitter E are respectively connected, the negative power supply terminal V EE 4 is connected to the emitter E of the IGBT elements T4~T6 a common potential.

【0007】主回路120は相対的に大きい電流が流れ
る回路であり、大電流、及び大電流に伴う発熱に耐え得
る回路設計が施される。一方、制御回路130は電圧信
号を処理する回路であるため、当該回路に流れる電流は
微小である。このため、制御回路130では、大電流に
相応した回路設計は行われない。
The main circuit 120 is a circuit through which a relatively large current flows, and is designed to withstand a large current and heat generated by the large current. On the other hand, since the control circuit 130 is a circuit that processes a voltage signal, the current flowing through the circuit is very small. Therefore, the control circuit 130 does not design a circuit corresponding to the large current.

【0008】<装置100の外観>図13は装置100
の外観を示す斜視図である。装置100は合成樹脂等の
絶縁体で構成されるケース101を備えており、ケース
101の上面には蓋102が設けられている。主回路1
20の端子103と、制御回路130の端子104が、
ケース101の上面の外部に露出している。これらの端
子において、図12の回路図における端子と同一部分は
同一の記号を付している。
<Appearance of Apparatus 100> FIG.
FIG. The device 100 includes a case 101 made of an insulator such as a synthetic resin, and a lid 102 is provided on an upper surface of the case 101. Main circuit 1
20 terminal 103 and the control circuit 130 terminal 104
It is exposed outside the upper surface of the case 101. In these terminals, the same parts as those in the circuit diagram of FIG. 12 are denoted by the same reference numerals.

【0009】<主回路120の回路素子の配置>図14
は、ケース101の所定の位置に収納された主回路の回
路基板121の平面図である。回路基板121は4個の
回路基板本体121a〜121dを備えている。これら
の回路基板本体121a〜121dは、ケース101の
底面を構成する板状の銅ベース122の上面に配置され
ている。回路基板本体121a及び121bの上には、
IGBT素子T1〜T6、これらの各々に付随する受動
的な回路素子であるフリーホイールダイオードD1〜D
6、及び配線パターンが設けられている。配線パターン
P(P)、P(N)、P(U)、P(V)、及びP
(W)は、それぞれ高電位P、低電位N、U相出力、V
相出力、及びW相出力の配線パターンである。これらの
配線パターンは、大電流が通過するのに十分な幅と厚さ
とを有している。各配線パターンは、それぞれに描かれ
る斜線部分において、対応する電源端子PS(P)、P
S(N)、出力端子OUT(U)、OUT(V)、OU
T(W)にそれぞれ接続される。
<Arrangement of Circuit Elements of Main Circuit 120> FIG.
FIG. 3 is a plan view of a circuit board 121 of a main circuit housed in a predetermined position of a case 101. The circuit board 121 includes four circuit board main bodies 121a to 121d. These circuit board bodies 121 a to 121 d are arranged on the upper surface of a plate-shaped copper base 122 constituting the bottom surface of the case 101. On the circuit board main bodies 121a and 121b,
IGBT elements T1 to T6, and freewheel diodes D1 to D which are passive circuit elements associated with each of them.
6, and a wiring pattern. Wiring patterns P (P), P (N), P (U), P (V), and P
(W) indicates a high potential P, a low potential N, a U-phase output, V
It is a wiring pattern of a phase output and a W-phase output. These wiring patterns have a width and a thickness sufficient to allow a large current to pass. Each wiring pattern has a corresponding power supply terminal PS (P), P
S (N), output terminals OUT (U), OUT (V), OU
T (W).

【0010】回路基板本体121c、121dは、IG
BT素子T1〜T6と制御回路130との間を中継する
回路基板の本体部である。これらの回路基板本体上に形
成された配線パターンにおいて、配線パターンP(E
1)〜P(E6)は各々IGBT素子T1〜T6のエミ
ッタEに接続されており、配線パターンP(G1)〜P
(G6)は各々IGBT素子T1〜T6のゲートGに接
続されている。IGBT素子T1〜T6は、これらの素
子の各1のコレクタCを流れる電流(コレクタ電流)の
大きさを検出し、コレクタ電流に対応した電圧信号を送
出する検出回路を備えている。配線パターンP(S1)
〜P(S6)は、各々IGBT素子T1〜T6が備える
検出回路に接続されており、コレクタ電流の検出信号を
伝達する。配線パターンP(EX)は、その他の信号を
伝達する配線パターンである。
The circuit board bodies 121c and 121d are IG
It is a main body of a circuit board that relays between the BT elements T1 to T6 and the control circuit 130. In the wiring patterns formed on these circuit board bodies, the wiring patterns P (E
1) to P (E6) are respectively connected to the emitters E of the IGBT elements T1 to T6, and the wiring patterns P (G1) to P (E6)
(G6) are connected to the gates G of the IGBT elements T1 to T6, respectively. Each of the IGBT elements T1 to T6 has a detection circuit that detects the magnitude of the current (collector current) flowing through the collector C of each of these elements and sends out a voltage signal corresponding to the collector current. Wiring pattern P (S1)
To P (S6) are connected to the detection circuits of the IGBT elements T1 to T6, respectively, and transmit detection signals of the collector current. The wiring pattern P (EX) is a wiring pattern that transmits other signals.

【0011】これらの配線パターンは、それぞれに描か
れる斜線部分において、制御回路130へ接続される複
数の導体ピン(後述する)の各1の一端に接続される。
すなわち、これらの配線パターンは、導体ピンを介して
制御回路130に電気的に接続される。多数の導体ワイ
ヤwによって、上述の素子同士、あるいは素子と配線パ
ターンの間が適宜、電気的に接続されている。
Each of these wiring patterns is connected to one end of each of a plurality of conductor pins (to be described later) connected to the control circuit 130 at the hatched portions drawn respectively.
That is, these wiring patterns are electrically connected to the control circuit 130 via the conductor pins. The elements described above or between the elements and the wiring pattern are appropriately electrically connected by a large number of conductor wires w.

【0012】<制御回路130の回路素子の配置>図1
5は、制御回路130の回路基板131の平面図であ
る。制御回路130は、発熱の大きい主回路120の基
板とは別個の基板の上に展開されている。回路基板13
1の上には、能動的な半導体素子IC1〜IC7、これ
らの各々に付随する各種の受動的な回路素子EL、及び
配線パターンが設けられている。なお、半導体素子IC
7は、半導体素子IC1〜IC6とは異なる目的で設け
られている。
<Arrangement of Circuit Elements of Control Circuit 130> FIG.
5 is a plan view of a circuit board 131 of the control circuit 130. The control circuit 130 is deployed on a substrate separate from the substrate of the main circuit 120 that generates a large amount of heat. Circuit board 13
On the semiconductor device 1, there are provided active semiconductor elements IC1 to IC7, various passive circuit elements EL associated with each of them, and wiring patterns. The semiconductor element IC
7 is provided for a purpose different from the semiconductor elements IC1 to IC6.

【0013】回路基板131には配線パターンに接続さ
れたスルーホールが設けられており、前述の導体ピンの
他の一端がこれらのスルーホールに接続されている。こ
れらの導体ピンを介して、スルーホールTH(E1)〜
TH(E6)、TH(G1)〜TH(G6)、TH(S
1)〜TH(S6)、TH(EX)は、各々前述の配線
パターンP(E1)〜P(E6)、P(G1)〜P(G
6)、P(S1)〜P(S6)、P(EX)と接続され
ている。回路基板131には、配線パターンに接続さ
れ、更に前述の外部電源等に接続される端子104が設
けられている。
The circuit board 131 is provided with through-holes connected to the wiring pattern, and the other end of the above-described conductor pin is connected to these through-holes. Through these conductor pins, through holes TH (E1) to
TH (E6), TH (G1) to TH (G6), TH (S
1) to TH (S6) and TH (EX) are the aforementioned wiring patterns P (E1) to P (E6) and P (G1) to P (G
6), P (S1) to P (S6), and P (EX). The circuit board 131 is provided with terminals 104 connected to the wiring pattern and further to the above-described external power supply or the like.

【0014】<装置100の断面構造>図16は装置1
00の正面断面図である。回路基板131と回路基板1
21は、互いに装置100の上方と下方とに互いに対向
して配置されている。上述のように複数の導体ピンPI
によって、回路基板121上の回路と回路基板131上
の回路とが電気的に適宜接続されている。大きな発熱を
伴うIGBT素子T1〜T6などが配置される回路基板
本体121a、121bは、耐熱性で電気絶縁性を有す
る、酸化アルミニウム(Al2 O3 )あるいは窒化アル
ミニウム(AlN)などのセラミックで作られ、その底
面は全面にわたって銅薄版CFによって覆われている。
この銅薄板CFの表面を銅ベース122の上面にハンダ
付けすることにより、回路基板本体121a、121b
は銅ベース122に固定されている。回路基板121の
上面には、配線パターンP(N)、P(W)等の、銅の
配線パターンが形成されており、その上面にIGBT素
子T3、T6等の回路素子がハンダ付けされている。配
線パターンおよび銅薄板CFは、いずれも回路基板本体
121a、121bにメタライズ結合されている。メタ
ライズ結合により形成されたこれらの基板は、DBC基
板と称される。DBC基板において、絶縁性の回路基板
本体121a、121b、銅薄板CF、および配線パタ
ーンの厚さは、例えばそれぞれ0.635mm 、0.2mm 、およ
び0.3mm である。
<Cross-Sectional Structure of Apparatus 100> FIG.
00 is a front sectional view of FIG. Circuit board 131 and circuit board 1
21 are arranged above and below the apparatus 100 so as to face each other. As described above, the plurality of conductor pins PI
Accordingly, the circuit on the circuit board 121 and the circuit on the circuit board 131 are appropriately electrically connected. The circuit board main bodies 121a and 121b on which the IGBT elements T1 to T6 that generate a large amount of heat are arranged are made of a heat-resistant and electrically insulating ceramic such as aluminum oxide (Al2 O3) or aluminum nitride (AlN). The bottom surface is entirely covered with a copper thin plate CF.
By soldering the surface of the copper thin plate CF to the upper surface of the copper base 122, the circuit board main bodies 121a, 121b
Are fixed to the copper base 122. Copper wiring patterns such as wiring patterns P (N) and P (W) are formed on the upper surface of the circuit board 121, and circuit elements such as IGBT elements T3 and T6 are soldered on the upper surface. . Both the wiring pattern and the copper thin plate CF are metallized and connected to the circuit board main bodies 121a and 121b. These substrates formed by metallization bonding are called DBC substrates. In the DBC board, the thicknesses of the insulating circuit board bodies 121a and 121b, the thin copper plate CF, and the wiring pattern are, for example, 0.635 mm, 0.2 mm, and 0.3 mm, respectively.

【0015】装置100の底面を略全面にわたって占め
る銅ベース122は、主として放熱を目的として設けら
れる。すなわち、外部に設けられる放熱板などに銅ベー
ス122が接触するように装置100を取り付けること
により、主回路120に発生する損失熱が銅ベース12
2を介して放熱板などの外部の放熱機構へ放出され、主
回路120及び制御回路130の温度の過度な上昇が防
止される。
The copper base 122 occupying substantially the entire bottom surface of the device 100 is provided mainly for heat dissipation. That is, by mounting the device 100 such that the copper base 122 comes into contact with a heat radiation plate or the like provided outside, the heat loss generated in the main circuit 120 is reduced.
The heat is released to an external heat radiating mechanism such as a heat radiating plate through the heat sink 2, thereby preventing the temperature of the main circuit 120 and the control circuit 130 from excessively rising.

【0016】蓋102はその本体が合成樹脂等の電気的
な絶縁体で構成され、その下面には略全面にわたって銅
シート105が接着されている。銅ベース122、ケー
ス101、および蓋102で囲まれた内部空間109に
は、回路素子を保護する目的でシリコーン樹脂とエポキ
シ樹脂が充填されている。すなわち、DBC基板の近傍
および、電源端子PS(P)、PS(N)、導体ピンP
IなどのS字型に湾曲した部分(Sベンド部)では、シ
リコーン樹脂が充填され、それら以外の内部空間にはエ
ポキシ樹脂が充填される。
The lid 102 has a main body made of an electrical insulator such as a synthetic resin, and a copper sheet 105 is adhered to a substantially entire lower surface thereof. An internal space 109 surrounded by the copper base 122, the case 101, and the lid 102 is filled with a silicone resin and an epoxy resin for the purpose of protecting circuit elements. That is, the vicinity of the DBC substrate, the power supply terminals PS (P), PS (N), and the conductor pins P
Silicon resin is filled in an S-shaped portion (S bend portion) such as I, and an epoxy resin is filled in other internal spaces.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】<従来の装置の問題点
>従来の半導体パワーモジュールでは、上述のように、
IGBT素子T1〜T6などの発熱を伴う回路素子が配
置されるDBC基板が、銅ベース122にハンダ付けさ
れている。ところで、酸化アルミニウムおよび窒化アル
ミニウムの熱膨張係数は、それぞれ7.3 μ/deg 、およ
び4.7 μ/deg であり、一方銅ベース122の熱膨張係
数は16.6μ/deg である。すなわち、DBC基板の熱膨
張現象を支配する絶縁基板本体と銅ベース122との間
で、熱膨張係数の大きさに相当の隔たりがある。両者が
ハンダ付けされる時点での温度、すなわちハンダの融点
温度においては、両者は共に熱歪がゼロの状態にある。
ハンダ付けが完了した後に、温度が室温にまで下降する
と、上記の熱膨張係数における差異に起因するいわゆる
バイメタル効果により、両者のそれぞれに熱歪が発生す
る。その結果、室温下ではDBC基板と銅ベース122
には、ともにDBC基板側が凸になるように曲げ変形が
生じる。装置が使用される温度が更に低いと、曲げ変形
は更に顕著となり、逆に高いと変形はゆるくなる。ま
た、装置の使用に伴ってIGBT素子T1〜T6等にお
ける発熱量が変化することが一般的であるが、それに応
じて温度が変化し、曲げ変形の大きさが変化する。曲げ
変形量の変化によるDBC基板および銅ベース122の
各部位における変位は、変位がもっとも大きな部位にお
いて300 μm 程にも達する。
<Problems of Conventional Device> In a conventional semiconductor power module, as described above,
A DBC substrate on which circuit elements that generate heat such as IGBT elements T1 to T6 are arranged is soldered to copper base 122. The thermal expansion coefficients of aluminum oxide and aluminum nitride are 7.3 μ / deg and 4.7 μ / deg, respectively, while the copper base 122 has a thermal expansion coefficient of 16.6 μ / deg. In other words, there is a considerable difference in the magnitude of the thermal expansion coefficient between the insulating substrate body that governs the thermal expansion phenomenon of the DBC substrate and the copper base 122. At the temperature at the time when both are soldered, that is, at the melting point temperature of the solder, both have zero thermal strain.
After the soldering is completed, when the temperature drops to room temperature, thermal distortion occurs in each of the two due to the so-called bimetal effect caused by the difference in the thermal expansion coefficient. As a result, at room temperature, the DBC substrate and the copper base 122
, Bending deformation occurs so that the DBC substrate side becomes convex. If the temperature at which the device is used is lower, the bending deformation becomes more pronounced, and if it is higher, the deformation becomes looser. In general, the amount of heat generated in the IGBT elements T1 to T6 and the like changes with the use of the device, but the temperature changes accordingly, and the magnitude of the bending deformation changes. The displacement in each part of the DBC substrate and the copper base 122 due to the change in the amount of bending deformation reaches about 300 μm in the part where the displacement is the largest.

【0018】曲げ変形によって、内部応力が破壊強度を
超えることによりDBC基板が破壊に至ることがある。
また、温度変化が反復されることにより、内部に繰り返
し応力が生じるために、DBC基板が疲労破壊を引き起
こすことがある。このように、従来の装置ではDBC基
板が、バイメタル効果により破壊する場合があるという
問題点があった。
When the internal stress exceeds the breaking strength due to bending deformation, the DBC substrate may be broken.
Further, when the temperature change is repeated, stress is repeatedly generated inside, so that the DBC substrate may cause fatigue failure. As described above, the conventional device has a problem that the DBC substrate may be broken by the bimetal effect.

【0019】また、制御回路130を構成する半導体素
子IC1〜IC7は、動作上の高い信頼性を要求される
ために、変位の大きいDBC基板、あるいは銅ベース1
22に固定される基板に配置することができない。図1
6に示したように、従来の装置において、半導体素子I
C1〜IC7等が配置される回路基板131を、銅ベー
ス122にハンダ付けされる回路基板121とは空間的
に分離して、双方の基板を「2階建て」の構造としてい
るのは、1つにはこの理由による。従来の装置は、2階
建て構造であるために、構造が複雑でかつ製造コストが
高価なものになるという問題点があった。
Further, since the semiconductor elements IC1 to IC7 constituting the control circuit 130 are required to have high operational reliability, a large displacement DBC substrate or copper base 1 is required.
22 cannot be arranged on a substrate fixed to 22. FIG.
As shown in FIG. 6, in the conventional device, the semiconductor device I
The circuit board 131 on which the C1 to IC7 and the like are arranged is spatially separated from the circuit board 121 soldered to the copper base 122 so that both boards have a “two-story” structure. One is for this reason. Since the conventional device has a two-story structure, there is a problem that the structure is complicated and the manufacturing cost is high.

【0020】また、回路基板121が変位するために、
導体ピンPI、電源端子PS(P)、PS(N)など
の、主回路120に接続される端子は、変位に追随し得
るようにSベンド構造を有している。このSベンド構造
は、これに接触する周囲の充填材によって変形が妨げら
れないことが必要である。そのために、上述のように応
力を吸収する軟質のシリコーン樹脂で、Sベンド構造の
周囲が保護される必要がある。このことも、装置の構造
が複雑であり製造コストが高価であるという問題点をも
たらしている。
Also, since the circuit board 121 is displaced,
Terminals connected to the main circuit 120, such as the conductor pin PI and the power supply terminals PS (P) and PS (N), have an S-bend structure so as to follow the displacement. The S-bend structure must not be hindered from deformation by surrounding fillers in contact therewith. Therefore, it is necessary to protect the periphery of the S-bend structure with the soft silicone resin that absorbs stress as described above. This also causes a problem that the structure of the device is complicated and the manufacturing cost is high.

【0021】IGBT素子T1〜T6では近年では改良
が進み、50kHz の高周波数で動作し得る素子が登場しつ
つある。しかしながら、従来の装置では主回路120に
接続される端子がSベンド構造を有するために、これら
の端子のリアクタンスが大きく、IGBT素子T1〜T
6における高速度のスイッチング動作が阻害されるとい
う問題点があった。
In recent years, improvements have been made in the IGBT elements T1 to T6, and elements which can operate at a high frequency of 50 kHz are appearing. However, in the conventional device, since the terminals connected to the main circuit 120 have the S-bend structure, the reactance of these terminals is large, and the IGBT elements T1 to T
6 has a problem that the high-speed switching operation is disturbed.

【0022】更に従来の装置では、Sベンド構造のため
に回路基板121と回路基板131の間の距離を、ある
程度以上長くする必要があり、そのために装置の高さが
ある程度以上高くならざるを得ない。すなわち従来の装
置では、市場における強い要請の1つである、小型化の
実現を阻害するという問題点があった。
Further, in the conventional apparatus, the distance between the circuit board 121 and the circuit board 131 needs to be longer than a certain degree due to the S-bend structure, and therefore, the height of the apparatus must be higher than a certain degree. Absent. That is, the conventional apparatus has a problem that it hinders realization of downsizing, which is one of the strong demands in the market.

【0023】<この発明の目的>この発明は、上述の問
題点を解消するために行われたものであり、電力用基板
の破壊がなく、構造がより簡素で、安価に製造でき、し
かも高速化および小型化を実現する半導体パワーモジュ
ールを得ることを目的としており、更にこの装置に適し
た製造方法を提供することを目的とする。
<Object of the Invention> The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and there is no destruction of a power substrate, the structure is simpler, it can be manufactured at a low cost, and a high-speed It is an object of the present invention to obtain a semiconductor power module realizing miniaturization and miniaturization, and to provide a manufacturing method suitable for this device.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
1の発明は、制御信号に応答して負荷へ供給する電流の
遮断および接続を反復する電力用スイッチング半導体素
子が箱状の外囲器に収容された半導体パワーモジュール
を対象としている。
According to a first aspect of the present invention, a power switching semiconductor element which repeats interruption and connection of a current supplied to a load in response to a control signal is a box-shaped envelope. It is intended for semiconductor power modules housed in the company.

【0025】そして、前記外囲器の底部は、耐熱性絶縁
材を含んだ電力用基板本体と、前記電力用基板本体の上
主面上に結合して配設され、前記電力用スイッチング半
導体素子が接続される熱および電気良導性の電力用配線
パターンと、前記電力用基板本体の下主面上に結合して
配設され、前記電力用配線パターンと実質的に同一の材
料を有する熱良導性の板材と、を一体的に形成してなる
電力用基板を備えており、前記板材が前記外囲器の下側
表面に露出していることを特徴とする。
The bottom portion of the envelope is provided so as to be connected to a power substrate main body containing a heat-resistant insulating material and on an upper main surface of the power substrate main body, and the power switching semiconductor element is provided. And a power wiring pattern having good thermal and electrical conductivity to be connected thereto, and a heat wiring having a material substantially the same as that of the power wiring pattern, the bonding being disposed on the lower main surface of the power substrate main body. A power board formed integrally with a plate having good conductivity, wherein the plate is exposed on a lower surface of the envelope.

【0026】請求項2の発明では、請求項1の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記耐熱性絶縁材がセラミッ
クである。また、前記電力用配線パターンが実質的に銅
材から成り、前記電力用基板本体の前記上主面上にメタ
ライズ結合して配設されている。さらに、前記板材が実
質的に銅材から成り、前記電力用基板本体の前記下主面
上にメタライズ結合して配設されている。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the first aspect, the heat-resistant insulating material is ceramic. The power wiring pattern is substantially made of a copper material, and is disposed on the upper main surface of the power substrate main body by metallizing. Further, the plate material is substantially made of a copper material, and is disposed on the lower main surface of the power substrate main body by metallizing.

【0027】請求項2の発明では、請求項1の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記外囲器の前記底部が、実
質的に絶縁体から成る制御用基板本体と、前記制御用基
板本体の上主面に配設され、前記制御信号を作成して前
記電力用スイッチング半導体素子へ供給するための制御
回路素子が接続される電気良導性の制御用配線パターン
と、前記制御用基板本体と互いに重層構造を成し、剛性
を有する板状の押圧部材と、を有する制御用基板を備え
ている。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the first aspect, the bottom portion of the envelope has a control substrate main body substantially made of an insulator, and an upper main surface of the control substrate main body. A control wiring pattern having good electrical conductivity connected to a control circuit element for generating the control signal and supplying the control signal to the power switching semiconductor element; And a control board having a rigid plate-shaped pressing member.

【0028】そして、前記制御用基板が、前記電力用基
板の周囲に配置されて前記電力用基板の縁部に係合して
いる。
The control board is disposed around the power board and is engaged with an edge of the power board.

【0029】請求項4の発明では、請求項3の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記外囲器の前記底部が、前
記電力用基板の周囲に設けられて前記電力用基板の外周
端縁に当接する内周端縁を有するとともに、前記制御用
基板の下主面に接触する板状のスペーサを更に備える。
According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the third aspect, the bottom portion of the envelope is provided around the power substrate and abuts on an outer peripheral edge of the power substrate. A plate-shaped spacer having a peripheral edge and being in contact with a lower main surface of the control board is further provided.

【0030】請求項5の発明では、請求項4の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記電力用基板が、その温度
の変化に伴って反り変形しないように前記電力用配線パ
ターンの厚さと前記板材の厚さとの比率が調整されてい
る。
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the thickness of the power wiring pattern and the thickness of the plate material are adjusted so that the power substrate does not warp and deform with a change in temperature. The ratio has been adjusted.

【0031】請求項6の発明では、請求項4の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記スペーサが弾力性を有
し、前記スペーサの下主面が前記板材の下主面と略同一
平面上に位置している。
According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the spacer has elasticity, and a lower main surface of the spacer is located on substantially the same plane as a lower main surface of the plate material. I have.

【0032】請求項7の発明では、請求項4の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記スペーサが弾力性を有
し、前記スペーサの下主面が前記板材の下主面よりも下
側に突出している。
According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the spacer has elasticity, and a lower main surface of the spacer projects below a lower main surface of the plate member.

【0033】請求項8の発明では、請求項4の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記板材の下主面が前記スペ
ーサの下主面よりも下側に突出している。
According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor power module according to the fourth aspect, the lower main surface of the plate material projects below the lower main surface of the spacer.

【0034】請求項9の発明では、請求項4の半導体パ
ワーモジュールにおいて、前記電力用基板が、前記電力
用基板本体の前記上主面の上の縁部に配設され、前記制
御用基板に当接し、実質的に金属から成る当接部材を更
に備える。
According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the power substrate is disposed on an upper edge of the upper main surface of the power substrate main body, and the power substrate is provided on the control substrate. The abutment member further includes an abutment member that substantially abuts on the metal.

【0035】請求項10の発明では、請求項4の半導体
パワーモジュールにおいて、前記押圧部材が金属板を備
える。
According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the pressing member includes a metal plate.

【0036】請求項11の発明では、請求項4の半導体
パワーモジュールにおいて、前記制御用基板において、
その主面の中央部を貫通する開口部が形成されており、
当該開口部に前記電力用基板が位置する。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the control substrate includes:
An opening penetrating the center of the main surface is formed,
The power substrate is located in the opening.

【0037】請求項12の発明では、請求項11の半導
体パワーモジュールにおいて、前記開口部に位置する前
記電力用基板の上主面が、前記制御用基板の上主面より
も下に存在し、前記開口部において、前記電力用スイッ
チング素子を覆うプリコート樹脂が設けられている。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the eleventh aspect, the upper main surface of the power substrate located at the opening is present below the upper main surface of the control substrate, In the opening, a precoat resin that covers the power switching element is provided.

【0038】請求項13の発明では、請求項12の半導
体パワーモジュールにおいて、前記スペーサの前記内周
端縁が、前記電力用基板の前記外周端縁に、可とう性の
接着剤を介して当接している。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the semiconductor power module according to the twelfth aspect, the inner peripheral edge of the spacer is in contact with the outer peripheral edge of the power substrate via a flexible adhesive. In contact.

【0039】請求項14の発明では、請求項4の半導体
パワーモジュールにおいて、前記スペーサの上主面が、
前記制御用基板の下主面に当接し、前記スペーサと前記
制御用基板とが互いに固定されている。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the semiconductor power module of the fourth aspect, the upper main surface of the spacer is
The spacer and the control substrate are fixed to each other in contact with a lower main surface of the control substrate.

【0040】請求項15の発明では、請求項4の半導体
パワーモジュールにおいて、前記外囲器の前記底部の下
に当接するように設けられ、前記板材の下主面に滑動可
能な上主面を有する熱良導性で板状の導熱板を更に備え
る。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the semiconductor power module according to the fourth aspect, an upper main surface slidably provided on a lower main surface of the plate member is provided so as to contact below the bottom of the envelope. It further comprises a plate-shaped heat conductive plate having good thermal conductivity.

【0041】この発明はまた、上記の各半導体パワーモ
ジュールの製造に適した方法を提供しており、請求項1
6〜23の製造方法はそれぞれ請求項1,3,4,6,
7,13,14,15の装置の製造に適している。
The present invention also provides a method suitable for manufacturing each of the above-described semiconductor power modules.
The manufacturing methods of Nos. 6 to 23 are claimed in claims 1, 3, 4, 6, respectively.
It is suitable for the manufacture of devices 7, 13, 14, and 15.

【0042】[0042]

【作用】<請求項1に記載の発明の作用>この発明にお
ける半導体パワーモジュールでは、電力用基板に設けら
れている熱良導性の板材が、装置の外囲器の外側表面に
露出している。このため、板材が外部の放熱板などに直
接接触するように、装置を取り付けることにより、銅ベ
ース板を備えることなく、回路に発生する熱を外部に放
出することができる。銅ベース板を必要としないので、
バイメタル効果が発生しない。このため、電力用基板の
破壊がなく、構造がより簡素で、安価に製造でき、しか
も高速かつ小型の装置が実現する。
In the semiconductor power module according to the present invention, the thermally conductive plate material provided on the power board is exposed on the outer surface of the envelope of the device. I have. Therefore, by attaching the device so that the plate material directly contacts an external heat sink or the like, heat generated in the circuit can be released to the outside without the provision of the copper base plate. Since no copper base plate is required,
No bimetal effect occurs. Therefore, the power substrate is not broken, the structure is simpler, the device can be manufactured at low cost, and a high-speed and small-sized device is realized.

【0043】<請求項2に記載の発明の作用>この発明
における半導体パワーモジュールでは、電力用基板本体
の耐熱性絶縁材にセラミックが使用され、電力用配線パ
ターンおよび板材がメタライズ結合によって配設される
ので、電力用スイッチング半導体素子および電力用配線
パターンにおいて発生する損失熱が、板材へ効率よく伝
達される。
<Operation of the invention according to claim 2> In the semiconductor power module according to the present invention, ceramic is used for the heat-resistant insulating material of the power substrate main body, and the power wiring pattern and the plate material are disposed by metallized bonding. Therefore, the heat loss generated in the power switching semiconductor element and the power wiring pattern is efficiently transmitted to the plate material.

【0044】<請求項3に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、制御信号を作成して電
力用スイッチング半導体素子へ送信する制御回路素子を
配置する制御用基板が、電力用基板の周囲に配置され
る。このため、厚みが更に薄い小型の装置を実現するこ
とが可能である。また、制御用基板が押圧部材を有し、
かつ電力用基板の縁部に係合しているので、外囲器の外
部表面に露出する板材を、十分な圧力をもって外部の放
熱板等に圧接することができる。
<Operation of the invention according to claim 3> In the semiconductor power module of the present invention, the control substrate on which a control circuit element for generating a control signal and transmitting the control signal to the power switching semiconductor element is disposed is a power substrate. It is arranged around. For this reason, it is possible to realize a small-sized device with a smaller thickness. Further, the control substrate has a pressing member,
In addition, since the plate material is engaged with the edge of the power board, the plate material exposed on the outer surface of the envelope can be pressed against an external radiator plate or the like with a sufficient pressure.

【0045】<請求項4に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用基板の周囲に当
接するスペーサを有するので、電力用基板がスペーサに
より定められる所定の位置に納まる。
<Operation of the Invention According to Claim 4> Since the semiconductor power module of the present invention has the spacer that comes into contact with the periphery of the power substrate, the power substrate is located at a predetermined position defined by the spacer.

【0046】<請求項5に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用配線パターンの
厚さと板材の厚さとの比率が調整されているので、電力
用基板が温度変化に伴って反り変形しない。このため、
電力用基板の破壊が防止されるのみならず、電力用配線
パターンと電力用スイッチング半導体素子との間の接続
部分の寿命の、熱サイクルによる低下が抑制される。
<Effect of the Invention According to Claim 5> In the semiconductor power module of the present invention, since the ratio between the thickness of the power wiring pattern and the thickness of the plate material is adjusted, the power substrate is subject to temperature changes. It does not warp and deform. For this reason,
Not only is the destruction of the power substrate prevented, but also the life cycle of the connection between the power wiring pattern and the power switching semiconductor element is prevented from being reduced by a thermal cycle.

【0047】<請求項6に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、スペーサが弾力性を有
し、スペーサの表面と電力用基板が有する板材の表面と
が略同一平面状にあるので、板材を十分な圧力をもっ
て、効果的に外部の放熱板等に圧接することが可能であ
る。また、スペーサが弾力性を有するので、これに当接
する電力用基板等の寸法に高い精度を要しない。
<Operation of the invention according to claim 6> In the semiconductor power module of the present invention, the spacer has elasticity, and the surface of the spacer and the surface of the plate material of the power substrate are substantially coplanar. Therefore, the plate member can be effectively pressed against an external heat radiating plate or the like with a sufficient pressure. In addition, since the spacer has elasticity, high precision is not required for the dimensions of the power substrate or the like that comes into contact with the spacer.

【0048】<請求項7に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、スペーサが弾力性を有
し、スペーサの表面が電力用基板が有する板材の表面よ
りも外部に突出するので、この装置が外部の放熱板等に
取り付けられたときに、スペーサがパッキングとして機
能する。このため、電力用スイッチング半導体素子が外
気から保護される。その結果、外気中の湿気等によるこ
の半導体素子の劣化が抑制される。また、スペーサが弾
力性を有するので、これに当接する電力用基板等の寸法
に高い精度を要しない。
<Operation of the invention according to claim 7> In the semiconductor power module of the present invention, the spacer has elasticity, and the surface of the spacer projects outside the surface of the plate member of the power substrate. When this device is attached to an external heat sink or the like, the spacer functions as a packing. Therefore, the power switching semiconductor element is protected from the outside air. As a result, deterioration of the semiconductor element due to moisture in the outside air or the like is suppressed. In addition, since the spacer has elasticity, high precision is not required for the dimensions of the power substrate or the like that comes into contact with the spacer.

【0049】<請求項8に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用基板が有する板
材の表面がスペーサの表面に対して、より外側へ位置す
るので、板材を十分な圧力をもって、効果的に外部の放
熱板等に圧接することができる。
In the semiconductor power module according to the present invention, since the surface of the plate material of the power substrate is located more outward than the surface of the spacer, sufficient pressure is applied to the plate material. Thus, it can be effectively pressed against an external heat sink or the like.

【0050】<請求項9に記載の発明の作用>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用基板が当接部材
において制御用基板に当接するので、この当接部材が緩
衝材として機能し、制御用基板との係合によって電力用
基板本体が破損するのを防止し得る。また、電力用基板
本体の強度も向上する。
<Operation of the invention according to claim 9> In the semiconductor power module of the present invention, since the power board abuts on the control board at the abutting member, the abutting member functions as a cushioning material, and The power substrate main body can be prevented from being damaged by engagement with the power substrate. Further, the strength of the power board main body is also improved.

【0051】<請求項10に記載の発明の作用>この発
明の半導体パワーモジュールでは、押圧部材が金属板を
備えるので、外囲器の外部表面に露出する板材を、更に
十分な圧力をもって外部の放熱板等に圧接することが可
能である。更に、この金属板によって、制御回路素子の
動作に伴って発生する電磁波雑音が遮蔽され、装置外部
への電磁波雑音が抑制される。
<Operation of the Invention> According to the semiconductor power module of the present invention, since the pressing member has a metal plate, the plate material exposed on the outer surface of the envelope can be further externally pressed with sufficient pressure. It can be pressed against a heat sink or the like. Further, the metal plate shields the electromagnetic noise generated due to the operation of the control circuit element, and suppresses the electromagnetic noise outside the device.

【0052】<請求項11に記載の発明の作用>この発
明の半導体パワーモジュールでは、制御用基板が開口部
を有し、この開口部に電力用基板が位置するので、外囲
器の底面部分が一層小型化され、これに伴い装置が一層
小型化される。
<Operation of the invention according to claim 11> In the semiconductor power module of the present invention, since the control board has an opening and the power board is located in this opening, the bottom portion of the envelope is provided. Are further miniaturized, and accordingly, the apparatus is further miniaturized.

【0053】<請求項12に記載の発明の作用>この発
明の半導体パワーモジュールは、電力用スイッチング素
子を覆うプリコート樹脂を備えるので、このスイッチン
グ素子の防湿が確実に行われる。このため、スイッチン
グ素子の耐圧が長期にわたって維持される。また、電力
用基板の主面と制御用基板の主面の間には段差があっ
て、プリコート樹脂で覆うべきスイッチング素子は、こ
の段差の後退面に配置されている。このため、プリコー
ト樹脂でスイッチング素子を覆う工程において、この段
差がプリコート樹脂の拡散を阻止するので、プリコート
樹脂が不要な領域にまで拡散する恐れが無い。その結
果、半導体パワーモジュールの製造工程が簡単であると
ともに、プリコート樹脂を不必要に多く消費する恐れが
無い。
<Operation of the invention according to claim 12> Since the semiconductor power module of the present invention includes the precoat resin that covers the power switching element, the moisture proof of the switching element is ensured. Therefore, the breakdown voltage of the switching element is maintained for a long time. In addition, there is a step between the main surface of the power substrate and the main surface of the control substrate, and the switching element to be covered with the precoat resin is disposed on the recessed surface of the step. For this reason, in the step of covering the switching element with the precoat resin, the step prevents diffusion of the precoat resin, so that there is no possibility that the precoat resin diffuses to an unnecessary region. As a result, the manufacturing process of the semiconductor power module is simple, and there is no fear of unnecessarily consuming precoat resin.

【0054】<請求項13に記載の発明の作用>この発
明の半導体パワーモジュールでは、電力用基板とスペー
サの間が、可とう性の接着剤を介して当接しているの
で、電力用基板とスペーサの間の熱膨張係数の差異に起
因する電力用基板の変形が防止される。
<Operation of the invention according to claim 13> In the semiconductor power module of the present invention, since the space between the power board and the spacer is in contact with a flexible adhesive, the power board and the spacer are in contact with each other. The deformation of the power substrate due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the spacers is prevented.

【0055】<請求項14に記載の発明の作用>この発
明の半導体パワーモジュールでは、外囲器の底面部分を
構成する制御用基板とスペーサの間が主面同士で互いに
接触し合っており、しかも互いに固定されている。この
ため、底面部分の厚みを薄く小型にし得るとともに、ス
ペーサの脱落が防止される。
<Operation of the invention according to claim 14> In the semiconductor power module according to the present invention, the main surfaces of the control board and the spacer constituting the bottom surface of the envelope are in contact with each other. Moreover, they are fixed to each other. For this reason, the thickness of the bottom portion can be made thin and small, and the spacers are prevented from falling off.

【0056】<請求項15に記載の発明の作用>この発
明の半導体パワーモジュールでは、電力用基板の板材に
滑動可能に熱良導性の導熱板が当接している。このた
め、回路に発生する損失熱が導熱板を介して外部の放熱
板へ放散されるので、表面平滑度が良好でない放熱板を
用いた場合においても効果的に損失熱の放散が行われ
る。
<Effect of the Invention According to Claim 15> In the semiconductor power module of the present invention, a heat conductive plate having good thermal conductivity slidably abuts the plate material of the power board. For this reason, the heat loss generated in the circuit is radiated to the external heat radiating plate via the heat conductive plate, so that even when a heat radiating plate having poor surface smoothness is used, the heat loss is effectively radiated.

【0057】<請求項16〜請求項23に記載の発明の
作用>この発明の半導体パワーモジュールの製造方法で
は、この発明の半導体パワーモジュールを効果的に製造
することができる。
<Effects of the Inventions of Claims 16 to 23> According to the method of manufacturing a semiconductor power module of the present invention, the semiconductor power module of the present invention can be manufactured effectively.

【0058】[0058]

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
なお、以下の図において、従来の装置と同一の部分につ
いては同一の符号を付して、その詳細な説明を省略す
る。
Embodiments of the present invention will be described below.
In the following drawings, the same parts as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0059】[実施例1.] <装置の回路構成と動作>図2はこの発明の一実施例に
おける半導体パワーモジュール200の回路210の主
要な部分を示す概略回路図である。装置の回路210
は、調整された電力を負荷へ供給する主回路220と、
主回路220の動作を制御する制御回路230とを有し
ている。主回路220が備える6個のIGBT素子T1
〜T6(電力用スイッチング半導体素子)は、制御回路
230が備える4個の半導体素子IC1〜IC4(制御
回路素子)が出力するゲート電圧信号VG 1〜VG
(制御信号)に応答して、負荷へ供給する電流を反復的
に遮断または接続する。3個のIGBT素子T3〜T6
は、互いに負の電源電位が共通であるので、共通の1個
の半導体素子IC4によって、ゲート電圧信号VG 4〜
G 6が供給される。
Example 1 <Circuit Configuration and Operation of Apparatus> FIG. 2 is a schematic circuit diagram showing a main part of a circuit 210 of a semiconductor power module 200 in one embodiment of the present invention. Apparatus circuit 210
A main circuit 220 for supplying regulated power to the load;
And a control circuit 230 for controlling the operation of the main circuit 220. Six IGBT elements T1 included in main circuit 220
To T6 (power switching semiconductor element), the control circuit 230 four semiconductor element included in IC1~IC4 (control circuit elements) gate voltage signal output V G 1 to V G 6
In response to the (control signal), the current supplied to the load is repeatedly cut off or connected. Three IGBT elements T3 to T6
Are the common negative power supply potential to each other, a common by a single semiconductor device IC 4, the gate voltage signal V G. 4 to
V G 6 is supplied.

【0060】従来装置と同様に、主回路220は相対的
に大きい電流が流れる回路であり、大電流、及び大電流
に伴う発熱に耐え得る回路設計が施される。一方、制御
回路230は電圧信号を処理する回路であるため、当該
回路に流れる電流は微小である。このため、制御回路2
30では、大電流に相応した回路設計は行われない。
Similar to the conventional device, the main circuit 220 is a circuit through which a relatively large current flows, and is designed to withstand a large current and heat generated by the large current. On the other hand, since the control circuit 230 is a circuit that processes a voltage signal, the current flowing through the circuit is very small. Therefore, the control circuit 2
At 30, the circuit design corresponding to the large current is not performed.

【0061】<装置の外観>図3は装置200の外観を
示す斜視図である。装置200は合成樹脂等の絶縁体で
構成されるケース201を備えている。主回路220の
端子203と、制御回路230の端子204が、本体部
の上面の外部に露出している。これらの端子において、
図2の回路図における端子と同一部分は同一の記号を付
している。
<Appearance of Apparatus> FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of the apparatus 200. The device 200 includes a case 201 made of an insulator such as a synthetic resin. The terminal 203 of the main circuit 220 and the terminal 204 of the control circuit 230 are exposed outside the upper surface of the main body. At these terminals,
The same parts as the terminals in the circuit diagram of FIG. 2 are denoted by the same symbols.

【0062】<主回路の回路素子の配置>図4は、ケー
ス201とともに装置200の匡体(外囲器)を構成す
る複合基板205と、その上に配置された回路素子の平
面図である。複合基板205は、主回路220を展開す
る電力用基板221と、制御回路230を展開する制御
用基板231とを有している。制御用基板231には、
半導体素子IC1〜IC4以外に、受動的な回路素子E
Lが配置されている。各種回路素子および端子の間は、
導体ワイヤwにより適宜接続されている。
<Arrangement of Circuit Elements of Main Circuit> FIG. 4 is a plan view of a composite substrate 205 constituting a housing (envelope) of the device 200 together with the case 201, and circuit elements arranged thereon. . The composite board 205 includes a power board 221 on which the main circuit 220 is deployed and a control board 231 on which the control circuit 230 is deployed. The control board 231 includes
In addition to the semiconductor elements IC1 to IC4, a passive circuit element E
L is arranged. Between various circuit elements and terminals,
They are appropriately connected by conductor wires w.

【0063】<電力用基板の構造>図5は、電力用基板
221の平面図(図5(a))、及びAA断面(図5
(a))に沿った断面図(図5(b))である。電力用
基板221はDBC基板の構造を有している。すなわ
ち、耐熱性および熱伝導性に優れ、かつ機械的強度にも
優れる、酸化アルミニウム又は窒化アルミニウムで構成
される板状の電力用基板本体222の表面(第1の主
面)に、銅を主材料とする平板状のパターン223(電
力用配線パターン)および224が配設されている。パ
ターン223、224の表面は、例えばニッケルなどに
より鍍金されている。これらのパターン223、224
と、電力用基板本体222との間はメタライズ結合され
ている。
<Structure of Power Substrate> FIGS. 5A and 5B are a plan view of the power substrate 221 (FIG. 5A) and an AA section (FIG. 5A).
It is sectional drawing (FIG.5 (b)) which followed (a)). The power substrate 221 has a DBC substrate structure. That is, copper is mainly applied to the surface (first main surface) of the plate-shaped power substrate main body 222 made of aluminum oxide or aluminum nitride, which is excellent in heat resistance and thermal conductivity, and also excellent in mechanical strength. Plate-like patterns 223 (power wiring patterns) and 224 as materials are provided. The surfaces of the patterns 223 and 224 are plated with, for example, nickel or the like. These patterns 223, 224
And the power substrate body 222 are metallized.

【0064】パターン223は、IGBT素子T1〜T
6、回路素子D1〜D6などが接続される配線パターン
であり、配線パターンP(P)、P(N)、P(U)、
P(V)、及びP(W)の5つの部分を有している。図
4に示すように、配線パターンP(P)、P(N)は、
電源端子PS(P)、PS(N)にそれぞれ接続され、
電源電位を伝達する。配線パターンP(U)、P
(V)、及びP(W)は、出力端子OUT(U)、OU
T(V)、OUT(W)にそれぞれ接続され、負荷電流
を伝達する。パターン224は、パターン223と同一
の材料および厚さを有しており、特に電力用基板221
の縁部に沿って配設されている。電力用基板221は、
後述するように、パターン224の主面において制御用
基板231と係合する。
The pattern 223 includes IGBT elements T1 to T
6, wiring patterns to which circuit elements D1 to D6 are connected, and wiring patterns P (P), P (N), P (U),
It has five parts, P (V) and P (W). As shown in FIG. 4, the wiring patterns P (P) and P (N)
Connected to the power terminals PS (P) and PS (N), respectively.
Transmit power supply potential. Wiring pattern P (U), P
(V) and P (W) are output terminals OUT (U) and OU
T (V) and OUT (W), respectively, for transmitting load current. The pattern 224 has the same material and thickness as the pattern 223, and in particular, the power substrate 221
Are arranged along the edge. The power substrate 221 includes:
As described later, the main surface of the pattern 224 is engaged with the control substrate 231.

【0065】電力用基板221の裏面(第2の主面)の
全面には、パターン223、224と同一の材料を有す
る平板状のパターン225(板材)が、メタライズ結合
によって設けられている。電力用基板本体222の厚さ
は、要求される機械的強度と放熱性とを考慮して決定さ
れ、パターン223、224とパターン225の厚さ
は、電力用基板221自身が温度変化に伴って反りの変
形を生じないように、電力用基板本体222の全面積に
対する、パターン223、224が覆う面積の比率に相
応して決定される。
A flat pattern 225 (plate material) having the same material as the patterns 223 and 224 is provided on the entire back surface (second main surface) of the power substrate 221 by metallization bonding. The thickness of the power substrate main body 222 is determined in consideration of required mechanical strength and heat dissipation, and the thicknesses of the patterns 223 and 224 and the pattern 225 are determined by the power substrate 221 itself as the temperature changes. The ratio is determined according to the ratio of the area covered by the patterns 223 and 224 to the entire area of the power substrate main body 222 so as not to cause the warp deformation.

【0066】<制御用基板の構造>図1は、装置200
の正面断面図である。制御用基板231は、絶縁金属基
板の構造を有している。すなわち、制御用基板231
は、鉄またはアルミニウム等の金属板(押圧部材)23
2を有しており、金属板232の1つの主面には絶縁材
料であるエポキシ樹脂の皮膜(絶縁層)233が設けら
れている。更に、皮膜233の表面には、両主面に銅を
主材料とする配線パターン236(制御用配線パター
ン)、237がそれぞれ配設された、ガラスファイバで
補強されたエポキシ樹脂(GFRP)の制御用基板本体
235が、接着剤234を介して着設されている。制御
用基板231は、中央部に電力用基板221の外周より
も内周が幾分小さい開口部を有しており、電力用基板2
21のパターン224に係合する形で、電力用基板22
1の周囲に配置される。
<Structure of Control Board> FIG.
FIG. The control substrate 231 has a structure of an insulated metal substrate. That is, the control board 231
Is a metal plate (pressing member) 23 such as iron or aluminum.
2, a metal plate 232 is provided with an epoxy resin film (insulating layer) 233 on one main surface thereof. Further, on the surface of the coating 233, a wiring pattern 236 (control wiring pattern) mainly composed of copper is provided on both main surfaces, and 237 are respectively provided, and control of an epoxy resin (GFRP) reinforced with glass fiber is performed. The substrate main body 235 is attached via an adhesive 234. The control board 231 has an opening in the center part whose inner circumference is slightly smaller than the outer circumference of the power board 221.
The power board 22 is engaged with the pattern 224 of the power board 22.
1 around.

【0067】<スペーサの構造>電力用基板221の周
囲には、電力用基板221の外周に一致するかまたはそ
れよりも幾分大きい内周を有した開口部が設けられた板
状のスペーサ240が、電力用基板221の周囲に設け
られている。スペーサ240は、例えばエポキシ樹脂等
の耐熱性に優れる樹脂、あるいは金属で構成される。ス
ペーサ240と制御用基板231とは互いに主面を接し
合っており、それらの間は接着剤で接着されている。ま
た、互いに当接するスペーサ240の内周端縁と電力用
基板221の外周端縁の間は、可とう性を有する例えば
シリコーン系の接着剤260で接着されている。パター
ン225の下主面とスペーサ240の下主面とは同一平
面を成している。
<Structure of Spacer> Around the power substrate 221, there is provided a plate-like spacer 240 provided with an opening having an inner periphery corresponding to or somewhat larger than the outer periphery of the power substrate 221. Are provided around the power substrate 221. The spacer 240 is made of, for example, a resin having excellent heat resistance such as an epoxy resin or a metal. The main surfaces of the spacer 240 and the control substrate 231 are in contact with each other, and the space therebetween is adhered with an adhesive. In addition, between the inner peripheral edge of the spacer 240 and the outer peripheral edge of the power substrate 221, which are in contact with each other, a flexible adhesive 260 such as a silicone adhesive is bonded. The lower main surface of the pattern 225 and the lower main surface of the spacer 240 are on the same plane.

【0068】<外囲器の構造>電力用基板221、制御
用基板231、およびスペーサ240は複合基板205
を構成する。図6は、複合基板205の分解図であり、
電力用基板221、制御用基板231、およびスペーサ
240の間の位置関係を模式的に示す。
<Structure of Enclosure> The power substrate 221, the control substrate 231, and the spacer 240 are composed of the composite substrate 205.
Is configured. FIG. 6 is an exploded view of the composite substrate 205,
The positional relationship among the power substrate 221, the control substrate 231, and the spacer 240 is schematically shown.

【0069】図1に戻って、複合基板205は、装置2
00の底面を形成しており、上端部が開口したケース2
01とともに、IGBT素子T1〜T6、半導体素子I
C1〜IC4等の回路素子を内部空間に収納する外囲器
を構成する。ケース201自身は無底であり、外囲器の
底部は複合基板205によって構成されていることにな
る。この複合基板205はケース201に接着剤により
固着されている。外囲器の内部空間には、回路素子の保
護を目的としてエポキシ樹脂の充填材250が充填され
ている。装置200の上面には、従来装置100におけ
る蓋102と同様に、蓋を設けてもよい。
Returning to FIG. 1, the composite substrate 205
Case 2 which forms the bottom surface of 00 and has an open upper end
01, IGBT elements T1 to T6, semiconductor element I
An envelope that accommodates circuit elements such as C1 to IC4 in an internal space is configured. The case 201 itself has no bottom, and the bottom of the envelope is constituted by the composite substrate 205. The composite substrate 205 is fixed to the case 201 with an adhesive. The interior space of the envelope is filled with an epoxy resin filler 250 for the purpose of protecting circuit elements. A lid may be provided on the upper surface of the device 200, similarly to the lid 102 of the conventional device 100.

【0070】<装置の機能>装置200では、電力用基
板221の底面に設けられているパターン225が、外
囲器の外側表面に露出している。このため、パターン2
25が外部の放熱板(図示しない)に直接接触するよう
に、装置200を取り付けることにより、銅ベース板を
備えることなく、主回路220に発生する熱を、外部に
効果的に放出することができる。制御用基板231は、
パターン224において電力用基板221に係合し、し
かも金属板232を備えているので、ケース201など
をネジ等により放熱板に固定することにより、電力用基
板221のパターン225が放熱板に相当な圧力をもっ
て圧接される。すなわち、放熱板へ向かう押圧力が、剛
性を有し押圧部材として機能する金属板232を介する
ことにより、ケース201から電力用基板221へ有効
に伝達される。このため、パターン225と放熱板の間
の良好な熱接触が得られるので、放熱が効果的に行われ
る。
<Function of Apparatus> In the apparatus 200, the pattern 225 provided on the bottom surface of the power substrate 221 is exposed on the outer surface of the envelope. Therefore, pattern 2
By mounting the device 200 such that the 25 directly contacts an external heat sink (not shown), heat generated in the main circuit 220 can be effectively released to the outside without providing a copper base plate. it can. The control board 231 is
Since the pattern 224 is engaged with the power board 221 and has the metal plate 232, the pattern 225 of the power board 221 is equivalent to the heat sink by fixing the case 201 and the like to the heat sink with screws or the like. It is pressed with pressure. That is, the pressing force toward the heat radiating plate is effectively transmitted from the case 201 to the power substrate 221 via the metal plate 232 having rigidity and functioning as a pressing member. Therefore, good thermal contact between the pattern 225 and the heat radiating plate is obtained, so that heat is radiated effectively.

【0071】装置200は銅ベース板を必要としないの
で、温度変化に伴うバイメタル効果が発生しない。この
ため、電力用基板221が破壊する恐れが無い。また、
従来装置において必要とされたSベント構造が必要でな
くなるために、装置の高速動作が可能となる。また、電
力用基板221のバイメタル効果による変形がなく、さ
らにSベント構造を必要としないので、回路素子の周辺
等にシリコーンゲルを充填することなく、外囲器の内部
空間にエポキシ樹脂のみを充填することが可能となる。
Since the device 200 does not require a copper base plate, the bimetal effect does not occur due to a change in temperature. Therefore, there is no possibility that the power substrate 221 is broken. Also,
Since the S-vent structure required in the conventional apparatus is not required, the apparatus can operate at high speed. In addition, since the power substrate 221 is not deformed by the bimetal effect and does not require an S-vent structure, the interior space of the envelope is filled only with epoxy resin without filling silicone gel around circuit elements. It is possible to do.

【0072】装置200では、電力用基板221の外部
端縁に当接する開口部を有するスペーサ240が設けら
れるので、電力用基板221がスペーサ240の開口部
に収納されることにより、常に所定の位置に納まる。ま
た、電力用基板221とスペーサ240の間が、可とう
性の接着剤260を介して当接しているので、電力用基
板221とスペーサ240の間の熱膨張係数の差異に起
因する内部歪の発生、および変形を防止することがで
き、パターン225と放熱板の間の熱接触を常に良好に
保つことができる。更に制御用基板231とスペーサ2
40の間が主面同士で互いに接触し合っており、しかも
接着剤により相互に固定されている。このため、厚みの
薄い小型の複合基板205を得ることができるととも
に、スペーサの脱落が防止される。ケース201と複合
基板205の間の接着は、複合基板205全体のケース
201からの脱落を防止する。また、制御用基板231
が、電力用基板221の周囲に配置されるので、装置の
厚みを薄くして、小型の装置を得ることができる。
In the device 200, the spacer 240 having an opening abutting on the outer edge of the power substrate 221 is provided. Fit in. Further, since the power substrate 221 and the spacer 240 are in contact with each other via the flexible adhesive 260, the internal strain caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the power substrate 221 and the spacer 240 is reduced. Generation and deformation can be prevented, and good thermal contact between the pattern 225 and the heat sink can always be maintained. Further, the control substrate 231 and the spacer 2
The spaces between the main surfaces 40 are in contact with each other on the main surfaces, and are fixed to each other by an adhesive. Therefore, a small composite substrate 205 having a small thickness can be obtained, and the spacers are prevented from falling off. The adhesion between the case 201 and the composite substrate 205 prevents the entire composite substrate 205 from falling off the case 201. Also, the control board 231
However, since it is arranged around the power substrate 221, the thickness of the device can be reduced and a small device can be obtained.

【0073】[実施例2.]実施例1の装置200にお
いて、スペーサ240をシリコーン樹脂等の耐熱性とと
もに弾力性を有する樹脂で構成することができる。この
場合には、接着剤260は硬質でもよく、またスペーサ
240の開口部の内周端縁は電力用基板221の外周端
縁よりも大きくする必要はない。スペーサ240が弾力
性を有するので、ケース201などをネジ等により放熱
板に固定することにより、電力用基板221のパターン
225が、より効果的に放熱板に圧接される。すなわ
ち、この実施例の装置では、実施例1の装置200より
も更に良好な放熱効果が得られる。
Embodiment 2 In the apparatus 200 of the first embodiment, the spacer 240 can be made of a resin having elasticity as well as heat resistance such as silicone resin. In this case, the adhesive 260 may be hard, and the inner peripheral edge of the opening of the spacer 240 does not need to be larger than the outer peripheral edge of the power substrate 221. Since the spacer 240 has elasticity, the pattern 225 of the power board 221 is more effectively pressed against the radiator plate by fixing the case 201 and the like to the radiator plate with screws or the like. That is, in the device of this embodiment, a better heat radiation effect can be obtained than in the device 200 of the first embodiment.

【0074】[実施例3.]図7は第3の実施例による
装置の正面断面図である。この実施例の装置は、実施例
1の装置200において、電力用基板221のパターン
225の表面がスペーサ240の表面よりも、幾分突出
した構造を有している。このため、ケース201などを
ネジ等により放熱板に固定することにより、パターン2
25が、より効果的に放熱板に圧接される。すなわち、
この実施例の装置では、実施例1の装置200よりも更
に良好な放熱効果が得られる。
Embodiment 3 FIG. 7 is a front sectional view of an apparatus according to a third embodiment. The device of this embodiment has a structure in which the surface of the pattern 225 of the power substrate 221 is slightly protruded from the surface of the spacer 240 in the device 200 of the first embodiment. Therefore, by fixing the case 201 and the like to the heat sink with screws or the like, the pattern 2
25 is more effectively pressed against the heat sink. That is,
In the device of this embodiment, a better heat radiation effect can be obtained than in the device 200 of the first embodiment.

【0075】[実施例4.]図8は第4の実施例におけ
る装置の正面断面図である。この実施例の装置は、実施
例1の装置200において、制御用基板231とスペー
サ240が、接着剤によらずにネジ241により互いに
締結されている。このことにより、実施例1の装置と同
様に、スペーサ240の脱落を防止することができる。
Embodiment 4 FIG. 8 is a front sectional view of the device according to the fourth embodiment. In the device of this embodiment, in the device 200 of the first embodiment, the control substrate 231 and the spacer 240 are fastened to each other by screws 241 without using an adhesive. Thus, similarly to the device of the first embodiment, the spacer 240 can be prevented from falling off.

【0076】[実施例5.]図9は第5の実施例におけ
る装置の正面断面図である。この実施例の装置では、銅
またはアルミニウムなどの熱良導性の導熱板270が、
外囲器の底面に設けられている。導熱板270はネジ2
71によってスペーサ240に締結されている。導熱板
270の上面はパターン225の底面に接触している。
装置200を使用する際には、ケース201などをネジ
等により装置外部の放熱板(図示しない)に固定するこ
とにより、導熱板270の底面が放熱板に圧接される。
このため、主回路220で発生した損失熱は、パターン
225から導熱板270へと伝導し、更に導熱板270
から外部の放熱板へと放散される。
Embodiment 5 FIG. FIG. 9 is a front sectional view of the device according to the fifth embodiment. In the apparatus of this embodiment, a heat conductive plate 270 having good thermal conductivity, such as copper or aluminum,
It is provided on the bottom of the envelope. The heat conducting plate 270 is screw 2
It is fastened to the spacer 240 by 71. The upper surface of the heat guide plate 270 is in contact with the bottom surface of the pattern 225.
When the device 200 is used, the bottom of the heat conducting plate 270 is pressed against the heat radiating plate by fixing the case 201 and the like to a heat radiating plate (not shown) outside the device with screws or the like.
For this reason, the heat loss generated in the main circuit 220 is conducted from the pattern 225 to the heat conducting plate 270, and furthermore, the heat conducting plate 270
From the radiator to the external heat sink.

【0077】導熱板270の上面をパターン225の底
面と同様に表面平滑度を高くしておくことにより、パタ
ーン225と導熱板270の熱接触を良好に保つことが
できる。これより主回路220で発生した熱が、比較的
表面面積の広い導熱板270へと有効に伝導する。すな
わち、導熱板270自身が小型の放熱板として機能す
る。したがって、導熱板270の底面に圧接される放熱
板の表面平滑度が良好でなく、導熱板270と放熱板の
間の熱接触が良好でなくても、主回路220で発生した
熱が問題なく放熱板に放散し得る。すなわちこの実施例
の装置では、導熱板270が設けられたことにより、外
部に設けるべき放熱板の種類を厳しく選定する必要がな
いという利点がある。
By making the upper surface of the heat conducting plate 270 high in surface smoothness similarly to the bottom surface of the pattern 225, good thermal contact between the pattern 225 and the heat conducting plate 270 can be maintained. Thus, the heat generated in main circuit 220 is effectively conducted to heat conducting plate 270 having a relatively large surface area. That is, the heat guide plate 270 itself functions as a small heat sink. Therefore, even if the surface smoothness of the heat radiating plate pressed against the bottom surface of the heat conducting plate 270 is not good and the heat contact between the heat conducting plate 270 and the heat radiating plate is not good, the heat generated in the main circuit 220 can be used without any problem. Can be dissipated. That is, in the device of this embodiment, the provision of the heat conducting plate 270 has an advantage that it is not necessary to strictly select the type of the heat radiating plate to be provided outside.

【0078】導熱板270とパターン225との間にお
いて熱接触は行われるが、これらは接触面に沿った方向
には互いに滑動自在である。したがって、従来の装置1
00において問題となったような、温度変化に伴う電力
用基板221の変形は生じない。
Thermal contact is made between the heat guide plate 270 and the pattern 225, but they are slidable relative to each other in the direction along the contact surface. Therefore, the conventional device 1
The deformation of the power substrate 221 due to the temperature change, which is a problem in 00, does not occur.

【0079】なお、導熱板270をネジ271によりス
ペーサ240に締結する代わりに、接着剤を介して電力
用基板221の底面、またはスペーサ240の底面、若
しくはこれらの双方に着設してもよい。導熱板270を
電力用基板221の底面に着設する場合には、接着剤と
して可とう性の接着剤を使用する。このため、導熱板2
70の上面と電力用基板221の底面は、これらの面に
沿った方向には互いに滑動可能であるので、電力用基板
221の熱変形は防止される。
Instead of fastening the heat conducting plate 270 to the spacer 240 with the screw 271, the heat conducting plate 270 may be attached to the bottom surface of the power board 221, the bottom surface of the spacer 240, or both via an adhesive. When attaching the heat conducting plate 270 to the bottom surface of the power substrate 221, a flexible adhesive is used as the adhesive. Therefore, the heat guide plate 2
Since the top surface of the power substrate 221 and the bottom surface of the power substrate 221 can slide with respect to each other in a direction along these surfaces, thermal deformation of the power substrate 221 is prevented.

【0080】[実施例6.]図10は第6の実施例によ
る装置の正面断面図である。この実施例の装置は、実施
例1の装置200において、電力用基板221の上主面
にプリコート樹脂280が塗布されている。プリコート
樹脂280は、IGBT素子T1〜T6、回路素子D1
〜D6などの回路素子を覆うことによって、これらの回
路素子の防湿を行う。そのことによって、回路素子の耐
圧の劣化が防止される。すなわち、プリコート樹脂28
0は絶縁劣化の防止を主目的として設けられるので、そ
の材料には高い純度が要求される。その目的に沿うもの
として、例えば高純度エポキシ樹脂が用いられる。ある
いは、アルミナあるいはシリカの粉末が混入された高純
度エポキシを用いてもよい。この場合には、粉末の混入
度を調整することによって、プリコート樹脂280の熱
膨張係数を電力用基板221と一致させることができる
ので、プリコート樹脂280のはがれが起こりにくく、
装置の寿命が向上する。
[Embodiment 6] FIG. 10 is a front sectional view of an apparatus according to a sixth embodiment. In the apparatus of this embodiment, the precoat resin 280 is applied to the upper main surface of the power substrate 221 in the apparatus 200 of the first embodiment. The precoat resin 280 includes IGBT elements T1 to T6, a circuit element D1
By covering the circuit elements such as D6 to D6, these circuit elements are moisture-proof. This prevents the withstand voltage of the circuit element from deteriorating. That is, the pre-coated resin 28
Since 0 is provided mainly for the purpose of preventing insulation deterioration, a high purity is required for the material. For this purpose, for example, a high-purity epoxy resin is used. Alternatively, high-purity epoxy mixed with alumina or silica powder may be used. In this case, by adjusting the degree of mixing of the powder, the coefficient of thermal expansion of the pre-coated resin 280 can be matched with that of the power substrate 221. Therefore, the pre-coated resin 280 hardly peels off.
The life of the device is improved.

【0081】プリコート樹脂280の材料は高価である
ために、無駄な使用を避けることが望ましい。図10に
示すように、この実施例の装置では、電力用基板221
の上主面と制御用基板231の上主面との間には段差が
あって、電力用基板221の上主面が、制御用基板23
1の上主面よりも下方に後退している。このため、電力
用基板221の上主面に塗布されたプリコート樹脂28
0は、硬化前の流動性を有するときに、制御用基板23
1の開口端において流出が阻止される。その結果、プリ
コート樹脂280が不必要に拡散しないので、高価なプ
リコート樹脂280を無駄に使用する恐れが無い。な
お、プリコート樹脂280は、必ずしも図10に示すよ
うに制御用基板231の開口端の上端まで充填する必要
はなく、塗布されるべきIGBT素子T1〜T6などの
回路素子が十分に被覆されておればよい。
Since the material of the precoat resin 280 is expensive, it is desirable to avoid useless use. As shown in FIG. 10, in the apparatus of this embodiment, the power substrate 221 is used.
There is a step between the upper main surface of the control substrate 231 and the upper main surface of the control substrate 231.
1 recedes below the upper main surface. For this reason, the precoat resin 28 applied to the upper main surface of the power substrate 221
0 indicates that the control substrate 23 has fluidity before curing.
At the open end of one, the outflow is prevented. As a result, the precoat resin 280 is not unnecessarily diffused, so that there is no possibility that the expensive precoat resin 280 is wasted. Note that the precoat resin 280 does not necessarily need to be filled up to the upper end of the opening end of the control substrate 231 as shown in FIG. 10, and the circuit elements such as the IGBT elements T1 to T6 to be applied are sufficiently covered. I just need.

【0082】[実施例7.]図11は第7の実施例によ
る装置の正面断面図である。この実施例の装置では、実
施例2の装置200と同様に、スペーサ240aがシリ
コーン樹脂等の弾力性を有する樹脂で構成されるととも
に、スペーサ240aの下主面はパターン225の下主
面よりも下方に突出している。その突出量は、例えば
0.5mm〜1mm程度である。このため、パターン2
25の下主面が外部の放熱板に当接するように装置20
0が取り付けられたときに、スペーサ240aがこの放
熱板に弾性力をもって押圧される。すなわち、スペーサ
240aと放熱板との間が密着するために、スペーサ2
40aがパッキングとして機能する。このため、スペー
サ240aに囲まれた電力用基板221に配置されるI
GBT素子T1〜T6等の回路素子、パターン225な
どが外気から保護される。その結果、外気中の湿気等に
よる回路素子、パターン225等の劣化が抑制される。
[Embodiment 7] FIG. 11 is a front sectional view of an apparatus according to a seventh embodiment. In the apparatus of this embodiment, similarly to the apparatus 200 of the second embodiment, the spacer 240a is made of an elastic resin such as silicone resin, and the lower main surface of the spacer 240a is larger than the lower main surface of the pattern 225. It protrudes downward. The protrusion amount is, for example, about 0.5 mm to 1 mm. Therefore, pattern 2
25 so that the lower main surface of the device 25 contacts an external heat sink.
When 0 is attached, the spacer 240a is pressed against this heat sink with elastic force. That is, since the space between the spacer 240a and the heat sink is in close contact, the spacer 2
40a functions as packing. For this reason, the I disposed on the power substrate 221 surrounded by the spacer 240a
The circuit elements such as the GBT elements T1 to T6 and the pattern 225 are protected from the outside air. As a result, deterioration of the circuit element, the pattern 225, and the like due to moisture or the like in the outside air is suppressed.

【0083】また、スペーサ240aは弾力性を有する
ので、実施例2の装置と同様に、接着剤260は硬質で
もよい。また、スペーサ240aの開口部に収納される
電力用基板221の寸法に高い精度を要しない。
Since the spacer 240a has elasticity, the adhesive 260 may be hard as in the case of the second embodiment. Further, high precision is not required for the dimensions of the power substrate 221 stored in the opening of the spacer 240a.

【0084】[実施例8.]ここでは、図1に示す実施
例1の装置の製造における手順の一例について記述す
る。
Embodiment 8 FIG. Here, an example of a procedure in manufacturing the device of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.

【0085】(1) まず、電力用基板本体222、I
GBT素子T1〜T6などの主回路の回路素子、電源端
子PS(P)、PS(N)などの主回路の端子203、
皮膜233をコーティングされた金属板232、半導体
素子IC1〜IC4などの制御回路230の回路素子、
電源端子VEE1〜VEE4などの制御回路の端子204、
スペーサ240、およびケース201を準備する。
(1) First, the power board main body 222, I
Circuit elements of the main circuit such as GBT elements T1 to T6, terminals 203 of the main circuit such as power supply terminals PS (P) and PS (N),
A circuit element of the control circuit 230 such as a metal plate 232 coated with a film 233, and semiconductor elements IC1 to IC4;
Terminal 204 of the control circuit such as a power supply terminal V EE 1~V EE 4,
The spacer 240 and the case 201 are prepared.

【0086】(2) 電力用基板本体222の上主面に
パターン223、224をメタライズ結合により配設す
る。
(2) Patterns 223 and 224 are provided on the upper main surface of the power supply substrate main body 222 by metallization coupling.

【0087】(3) 更に、電力用基板本体222の下
主面にパターン225をメタライズ結合により配設する
ことにより、電力用基板221を作成する。
(3) Further, a pattern 225 is disposed on the lower main surface of the power supply substrate main body 222 by metallization to form the power supply substrate 221.

【0088】(4) パターン223にIGBT素子T
1〜T6などの主回路素子、および端子203を接続す
る。
(4) The IGBT element T
The main circuit elements such as 1 to T6 and the terminal 203 are connected.

【0089】(5) 配線パターン236、237が配
設されたGFRPの制御用基板本体235を、接着剤2
34を介して皮膜233の表面に着設することにより、
制御用基板231を作成する。
(5) The GFRP control substrate main body 235 on which the wiring patterns 236 and 237 are
By attaching to the surface of the coating 233 via 34,
A control board 231 is created.

【0090】(6) 配線パターン236に半導体素子
IC1〜IC4などの制御回路230の回路素子、及び
端子204を接続する。
(6) The circuit elements of the control circuit 230 such as the semiconductor elements IC1 to IC4 and the terminals 204 are connected to the wiring pattern 236.

【0091】(7) 制御用基板231を電力用基板2
21のパターン224に係合させ、電力用基板221の
周囲に配置する。
(7) The control board 231 is replaced with the power board 2
21 and is arranged around the power substrate 221.

【0092】(8) スペーサ240の開口部の内周端
縁を電力用基板221の外周端縁にシリコーン系の接着
剤を介して当接させ、また、制御用基板231と主面同
士を接着剤を介して当接させる。このことにより、スペ
ーサ240が電力用基板221の周囲に固定して取り付
けられる。
(8) The inner peripheral edge of the opening of the spacer 240 is brought into contact with the outer peripheral edge of the power substrate 221 via a silicone-based adhesive, and the main surface of the control substrate 231 is bonded to the main surface. Abut through the agent. Thus, the spacer 240 is fixedly attached to the periphery of the power board 221.

【0093】(9) 電力用基板221、スペーサ24
0、および制御用基板231が一体となった複合基板2
05をケース201に接着剤を介して固着する。
(9) Power substrate 221, spacer 24
0, and the composite substrate 2 in which the control substrate 231 is integrated.
05 is fixed to the case 201 via an adhesive.

【0094】(10) 回路素子、および端子などの間
を適宜、導体ワイヤwで接続する。
(10) Circuit elements, terminals and the like are appropriately connected by conductor wires w.

【0095】(11) 複合基板205およびケース2
01で形成される装置の外囲器の内部空間に、エポキシ
樹脂の充填材250を充填し熱硬化させる。
(11) Composite substrate 205 and case 2
01 is filled with an epoxy resin filler 250 into the inner space of the envelope of the apparatus formed by heat curing.

【0096】[実施例9.]実施例2の装置を製造する
手順は、まず前述の工程(1)において、スペーサ24
0としてシリコーン樹脂を主材料とするスペーサ240
を準備する。更に工程(8)において、スペーサ240
の開口部と電力用基板221の間の接着に使用する接着
材は、シリコーン系などの可とう性の接着剤に限定され
ない。
[Embodiment 9] The procedure for manufacturing the device of the second embodiment is as follows.
Spacer 240 mainly composed of silicone resin as 0
Prepare Further, in step (8), the spacer 240
The adhesive used for bonding between the opening and the power substrate 221 is not limited to a flexible adhesive such as silicone.

【0097】[実施例10.]実施例3の装置を製造す
る手順は、実施例8の手順と同様であるが、電力用基板
221の厚さがスペーサ240の厚さよりも幾分大きく
なるように、工程(1)で準備される電力用基板本体2
22およびスペーサ240の厚さ、および工程(2)、
(3)で電力用基板本体222に配設するパターン22
3、224、225の厚さを調整する。
[Embodiment 10] The procedure for manufacturing the device of the third embodiment is the same as that of the eighth embodiment, except that the step (1) is performed so that the thickness of the power substrate 221 is slightly larger than the thickness of the spacer 240. Power substrate body 2
22 and the thickness of the spacer 240, and step (2),
Pattern 22 disposed on power supply substrate main body 222 in (3)
Adjust the thickness of 3, 224, 225.

【0098】[実施例11.]実施例4の装置を製造す
る手順は、実施例8の工程(8)に先だって、制御用基
板231およびスペーサ240にネジ241を貫通させ
る孔を設ける。更に、工程(8)においては、スペーサ
240の開口部の内周端縁を電力用基板221の外周端
縁にシリコーン系の接着剤を介して当接させ、また、制
御用基板231との間をネジ241により締結する。こ
のことにより、スペーサ240が電力用基板221の周
囲に固定して取り付けられる。
[Embodiment 11] In the procedure for manufacturing the device of the fourth embodiment, prior to the step (8) of the eighth embodiment, holes are formed in the control substrate 231 and the spacer 240 so that the screws 241 can pass therethrough. Further, in the step (8), the inner peripheral edge of the opening of the spacer 240 is brought into contact with the outer peripheral edge of the power substrate 221 via a silicone-based adhesive. Is fastened by the screw 241. Thus, the spacer 240 is fixedly attached to the periphery of the power board 221.

【0099】[実施例12.]実施例5の装置を製造す
る手順は、実施例8の工程(8)に先だって、導熱板2
70を準備し、制御用基板231およびスペーサ240
にネジ271を貫通させる孔を設け、更に導熱板270
にネジ271と螺合するネジ孔を設ける。更に、工程
(11)に先だって、導熱板270をネジ271によっ
てスペーサ240へ締結する。
[Embodiment 12] The procedure for manufacturing the device of the fifth embodiment is as follows: prior to step (8) of the eighth embodiment,
70, the control substrate 231 and the spacer 240
And a heat conducting plate 270
Is provided with a screw hole to be screwed with the screw 271. Further, prior to the step (11), the heat guide plate 270 is fastened to the spacer 240 by the screws 271.

【0100】実施例5の変形例である、導熱板270が
ネジ271を介することなく、接着剤で電力用基板22
1の底面等に着設された装置を製造する手順は以下の通
りである。まず、実施例8の工程(8)に先だって、導
熱板270を準備する。更に、工程(11)に先だっ
て、接着剤を用いて導熱板270をスペーサ240の底
面、又は電力用基板221の底面、若しくはこれらの双
方に着設する。導熱板270を電力用基板221の底面
に着設する場合には、接着剤として可とう性の接着剤を
使用する。
The heat conductive plate 270, which is a modification of the fifth embodiment, is configured such that the power
The procedure for manufacturing the device mounted on the bottom surface of the device 1 is as follows. First, prior to the step (8) of the eighth embodiment, the heat conductive plate 270 is prepared. Further, prior to the step (11), the heat conductive plate 270 is attached to the bottom surface of the spacer 240 or the bottom surface of the power substrate 221 using an adhesive. When attaching the heat conducting plate 270 to the bottom surface of the power substrate 221, a flexible adhesive is used as the adhesive.

【0101】[0101]

【発明の効果】<請求項1に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールでは、電力用基板が有する
板材が外部の放熱板などに直接接触するように、装置を
取り付けることにより、回路に発生する熱を銅ベース板
なしで外部に放出することができるので、バイメタル効
果が発生しない。このためこの発明の装置では、まず電
力用基板の破壊がないという効果がある。バイメタル効
果がないので、Sベント構造が必要でなくなるために、
装置の高速動作が可能となる他、シリコーンゲルの充填
が必要でなくなるので、装置の構造を簡単にし得て、か
つ製造コストを低減し得る効果がある。また、Sベント
構造がないために、装置を薄く小型にし得る効果があ
る。更に、電力用基板と制御用基板とが略同一平面上に
配設されるので、このことによっても装置を薄くかつ小
型化し得る効果がある。
<Effect of the Invention> According to the semiconductor power module of the present invention, the circuit is mounted by mounting the device such that the plate member of the power board is in direct contact with an external heat sink or the like. Since the heat generated in the above can be released outside without the copper base plate, the bimetal effect does not occur. Therefore, the device of the present invention has an effect that the power substrate is not destroyed. Since there is no bimetal effect, the S vent structure is not required,
Since the device can be operated at high speed and silicone gel is not required, the structure of the device can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Further, since there is no S vent structure, there is an effect that the apparatus can be made thin and small. Further, since the power substrate and the control substrate are disposed on substantially the same plane, this also has the effect of making the device thinner and smaller.

【0102】<請求項2に記載の発明の効果>この発明
における半導体パワーモジュールでは、電力用基板本体
の耐熱性絶縁材にセラミックが使用され、電力用配線パ
ターンおよび板材がメタライズ結合によって配設される
ので、電力用スイッチング半導体素子および電力用配線
パターンにおいて発生する損失熱が、板材へ効率よく伝
達されるという効果がある。また、電力用配線パターン
および板材と電力用基板本体との接着強度が高いので、
はがれ等による劣化が起こりにくく、製品寿命が高いと
いう効果が得られる。
<Effect of the Invention According to Claim 2> In the semiconductor power module according to the present invention, ceramic is used for the heat-resistant insulating material of the power substrate main body, and the power wiring pattern and the plate material are provided by metallized bonding. Therefore, there is an effect that heat loss generated in the power switching semiconductor element and the power wiring pattern is efficiently transmitted to the plate material. Also, since the adhesive strength between the power wiring pattern and the plate material and the power substrate body is high,
Deterioration due to peeling or the like is less likely to occur, and an effect that the product life is long is obtained.

【0103】<請求項3に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、制御信号を作成して電
力用スイッチング半導体素子へ送信する制御回路素子を
配置する制御用基板が、電力用基板の周囲に配置され
る。このため、厚みが更に薄い小型の装置を実現するこ
とができる効果がある。また、制御用基板が押圧部材を
有し、かつ電力用基板の縁部に係合しているので、外囲
器の外部表面に露出する板材を、十分な圧力をもって外
部の放熱板等に圧接し得る効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 3> In the semiconductor power module of the present invention, the control substrate on which a control circuit element for generating a control signal and transmitting the control signal to the power switching semiconductor element is arranged is a power substrate. It is arranged around. For this reason, there is an effect that a small-sized device with a smaller thickness can be realized. In addition, since the control board has a pressing member and is engaged with the edge of the power board, the plate material exposed on the outer surface of the envelope is pressed against an external radiator plate or the like with sufficient pressure. There is an effect that can be done.

【0104】<請求項4に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、外囲器の底面部分が、
電力用基板の周囲に当接するスペーサを有するので、電
力用基板がスペーサにより定められる所定の位置に納ま
るという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 4> In the semiconductor power module of the present invention, the bottom surface of the envelope is
Since the power substrate has the spacer that comes into contact with the periphery of the power substrate, there is an effect that the power substrate is set in a predetermined position defined by the spacer.

【0105】<請求項5に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用配線パターンの
厚さと板材の厚さとの比率が調整されているので、電力
用基板が温度変化に伴って反り変形しない。このため、
電力用基板の破壊が防止されるのみならず、電力用配線
パターンと電力用スイッチング半導体素子との間の接続
部分の寿命の、熱サイクルによる低下が抑制される効果
がある。
<Effect of the Invention According to Claim 5> In the semiconductor power module of the present invention, since the ratio between the thickness of the power wiring pattern and the thickness of the plate material is adjusted, the power substrate is subject to a temperature change. It does not warp and deform. For this reason,
This has the effect of not only preventing the power substrate from being destroyed, but also suppressing a decrease in the life of the connection portion between the power wiring pattern and the power switching semiconductor element due to a thermal cycle.

【0106】<請求項6に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、スペーサが弾力性を有
し、スペーサの表面と電力用基板が有する板材の表面と
が略同一平面状にあるので、板材を十分な圧力をもっ
て、効果的に外部の放熱板等に圧接し得る効果がある。
また、スペーサが弾力性を有するので、これに当接する
電力用基板等の寸法に高い精度を要しないという効果が
ある。
<Effect of the Invention According to Claim 6> In the semiconductor power module of the present invention, the spacer has elasticity, and the surface of the spacer and the surface of the plate material of the power substrate are substantially coplanar. Therefore, there is an effect that the plate material can be effectively pressed against an external heat radiating plate or the like with a sufficient pressure.
In addition, since the spacer has elasticity, there is an effect that high precision is not required for dimensions of a power substrate or the like that comes into contact with the spacer.

【0107】<請求項7に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、スペーサが弾力性を有
し、スペーサの表面が電力用基板が有する板材の表面よ
りも外部に突出するので、この装置が外部の放熱板等に
取り付けられたときに、スペーサがパッキングとして機
能する。このため、電力用スイッチング半導体素子が外
気から保護されるので、外気中の湿気等によるこの半導
体素子の劣化が抑制される効果がある。また、スペーサ
が弾力性を有するので、これに当接する電力用基板等の
寸法に高い精度を要しないという効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 7> In the semiconductor power module of the present invention, the spacer has elasticity, and the surface of the spacer projects outside the surface of the plate member of the power substrate. When this device is attached to an external heat sink or the like, the spacer functions as a packing. For this reason, the power switching semiconductor element is protected from the outside air, so that there is an effect that deterioration of the semiconductor element due to moisture or the like in the outside air is suppressed. In addition, since the spacer has elasticity, there is an effect that high precision is not required for dimensions of a power substrate or the like that comes into contact with the spacer.

【0108】<請求項8に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用基板が有する板
材の表面がスペーサの表面に対して、より外側へ位置す
るので、板材を十分な圧力をもって、効果的に外部の放
熱板等に圧接し得る効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 8> In the semiconductor power module of the present invention, since the surface of the plate material of the power substrate is located more outward with respect to the surface of the spacer, sufficient pressure is applied to the plate material. Accordingly, there is an effect that the pressure can be effectively pressed against an external heat sink or the like.

【0109】<請求項9に記載の発明の効果>この発明
の半導体パワーモジュールでは、電力用基板が当接部材
において制御用基板に当接するので、この当接部材が緩
衝材として機能し、制御用基板との係合によって電力用
基板本体が破損するのを防止し得る効果がある。また、
電力用基板本体の強度も向上するという効果が得られ
る。
<Effect of the Invention According to Claim 9> In the semiconductor power module of the present invention, since the power board abuts on the control board at the abutting member, the abutting member functions as a cushioning material, and This has the effect of preventing the power board main body from being damaged by engagement with the power board. Also,
The effect of improving the strength of the power substrate main body is obtained.

【0110】<請求項10に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールでは、押圧部材が金属板を
備えるので、外囲器の外部表面に露出する板材を、更に
十分な圧力をもって外部の放熱板等に圧接し得る効果が
ある。更に、この金属板によって、制御回路素子の動作
に伴って発生する電磁波雑音が遮蔽され、装置外部への
電磁波雑音が抑制される効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 10> In the semiconductor power module of the present invention, since the pressing member is provided with the metal plate, the plate material exposed on the outer surface of the envelope can be further externally pressed with sufficient pressure. This has the effect of being able to press against a heat sink or the like. Further, the metal plate shields electromagnetic noise generated due to the operation of the control circuit element, and has an effect of suppressing the electromagnetic noise outside the device.

【0111】<請求項11に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールでは、制御用基板が開口部
を有し、この開口部に電力用基板が位置するので、外囲
器の底面部分が一層小型化され、これに伴い装置が一層
小型化される効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 11> In the semiconductor power module of the present invention, the control board has an opening, and the power board is located in the opening, so that the bottom portion of the envelope is provided. Is further reduced in size, and the size of the apparatus is further reduced accordingly.

【0112】<請求項12に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールは、電力用スイッチング素
子を覆うプリコート樹脂を備えるので、このスイッチン
グ素子の防湿が確実に行われる。このため、スイッチン
グ素子の耐圧が長期にわたって維持されるという効果が
ある。また、電力用基板の主面と制御用基板の主面の間
には段差があって、プリコート樹脂で覆うべきスイッチ
ング素子は、この段差の後退面に配置されている。この
ため、プリコート樹脂でスイッチング素子を覆う工程に
おいて、この段差によってプリコート樹脂の流出が阻止
されるので、半導体パワーモジュールの製造工程が簡単
であるとともに、プリコート樹脂を不必要に多く消費し
ないという効果がある。
<Effect of the Invention of Claim 12> Since the semiconductor power module of the present invention includes the precoat resin covering the power switching element, the moisture proof of the switching element is reliably performed. Therefore, there is an effect that the withstand voltage of the switching element is maintained for a long time. In addition, there is a step between the main surface of the power substrate and the main surface of the control substrate, and the switching element to be covered with the precoat resin is disposed on the recessed surface of the step. For this reason, in the step of covering the switching element with the precoat resin, the step prevents the precoat resin from flowing out, so that the manufacturing process of the semiconductor power module is simple and the precoat resin is not consumed unnecessarily much. is there.

【0113】<請求項13に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールでは、電力用基板とスペー
サの間が、可とう性の接着剤を介して当接しているの
で、電力用基板とスペーサの間の熱膨張係数の差異に起
因する電力用基板の変形を防止し得る効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 13> In the semiconductor power module of the present invention, since the power substrate and the spacer are in contact with each other via a flexible adhesive, the power substrate and the spacer are in contact with each other. This has the effect of preventing deformation of the power substrate due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the spacers.

【0114】<請求項14に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールでは、外囲器の底面部分を
構成する制御用基板とスペーサの間が主面同士で互いに
接触し合っており、しかも互いに固定されている。この
ため、底面部分の厚みを薄く小型にし得るとともに、ス
ペーサの脱落を防止し得る効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 14> In the semiconductor power module of the present invention, the main surfaces of the control substrate and the spacer constituting the bottom portion of the envelope are in contact with each other. Moreover, they are fixed to each other. For this reason, there is an effect that the thickness of the bottom portion can be made thin and small and the spacer can be prevented from falling off.

【0115】<請求項15に記載の発明の効果>この発
明の半導体パワーモジュールでは、電力用基板の板材に
滑動可能に熱良導性の導熱板が当接している。このた
め、回路に発生する損失熱が導熱板を介して外部の放熱
板へ放散されるので、表面平滑度が良好でない放熱板を
用いた場合においても効果的に損失熱の放散が行われる
効果がある。
<Effect of the Invention According to Claim 15> In the semiconductor power module of the present invention, a heat conductive plate having good thermal conductivity slidably abuts the plate material of the power board. Therefore, the heat loss generated in the circuit is radiated to the external heat radiating plate through the heat conductive plate, so that even when a heat radiating plate having poor surface smoothness is used, the heat loss can be effectively radiated. There is.

【0116】<請求項16〜請求項23に記載の発明の
効果>この発明の半導体パワーモジュールの製造方法で
は、この発明の半導体パワーモジュールを容易に製造し
得る効果がある。
<Effects of the Inventions of Claims 16 to 23> The method of manufacturing a semiconductor power module of the present invention has an effect that the semiconductor power module of the present invention can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の第1の実施例における装置の正面断
面図である。
FIG. 1 is a front sectional view of an apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】この発明の実施例における装置の回路部分の概
略回路図である。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of a circuit portion of the device according to the embodiment of the present invention.

【図3】この発明の実施例における装置の外観を示す斜
視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the appearance of the apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図4】この発明の実施例における複合基板と、その上
に配置された回路素子の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a composite substrate and a circuit element disposed thereon according to the embodiment of the present invention.

【図5】この発明の実施例における電力用基板の構造図
である。
FIG. 5 is a structural diagram of a power board according to an embodiment of the present invention.

【図6】この発明の実施例における複合基板の分解図で
ある。
FIG. 6 is an exploded view of the composite substrate according to the embodiment of the present invention.

【図7】この発明のもう一つの実施例における装置の正
面断面図である。
FIG. 7 is a front sectional view of an apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図8】この発明の更にもう一つの実施例における装置
の正面断面図である。
FIG. 8 is a front sectional view of an apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図9】この発明の更にもう一つの実施例における装置
の正面断面図である。
FIG. 9 is a front sectional view of an apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図10】この発明の更にもう一つの実施例における装
置の正面断面図である。
FIG. 10 is a front sectional view of an apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図11】この発明の更にもう一つの実施例における装
置の正面断面図である。
FIG. 11 is a front sectional view of an apparatus according to still another embodiment of the present invention.

【図12】従来の装置の回路部分の概略回路図である。FIG. 12 is a schematic circuit diagram of a circuit portion of a conventional device.

【図13】従来の装置の外観を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing the appearance of a conventional device.

【図14】従来の装置の主回路の平面図である。FIG. 14 is a plan view of a main circuit of a conventional device.

【図15】従来の装置の制御回路の平面図である。FIG. 15 is a plan view of a control circuit of a conventional device.

【図16】従来の装置の正面断面図である。FIG. 16 is a front sectional view of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200 半導体パワーモジュール 205 複合基板 221 電力用基板 222 電力用基板本体 223 電力用配線パターン 225 パターン(板材) 231 制御用基板 232 金属板(押圧部材) 235 制御用基板本体 236 配線パターン(制御用配線パターン) 240、240a スペーサ 241 ネジ 260 接着剤 270 導熱板 271 ネジ 280 プリコート樹脂 T1〜T6 IGBT素子(電力用スイッチング半導体
素子) IC1〜IC4 半導体素子(制御回路素子) VG 1〜VG 6 ゲート電圧信号(制御信号)
200 semiconductor power module 205 composite board 221 power board 222 power board body 223 power wiring pattern 225 pattern (plate material) 231 control board 232 metal plate (pressing member) 235 control board body 236 wiring pattern (control wiring pattern) ) 240,240A spacer 241 screw 260 adhesive 270 heat conducting board 271 screws 280 precoat resin T1 to T6 IGBT element (power switching semiconductor element) IC1~IC4 semiconductor device (control circuit elements) V G 1~V G 6 gate voltage signal (Control signal)

Claims (23)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 制御信号に応答して負荷へ供給する電流
の遮断および接続を反復する電力用スイッチング半導体
素子が箱状の外囲器に収容された半導体パワーモジュー
ルであって、 前記外囲器の底部が、 耐熱性絶縁材を含んだ電力用基板本体と、 前記電力用基板本体の上主面上に結合して配設され、前
記電力用スイッチング半導体素子が接続される熱および
電気良導性の電力用配線パターンと、 前記電力用基板本体の下主面上に結合して配設され、前
記電力用配線パターンと実質的に同一の材料を有する熱
良導性の板材と、 を一体的に形成してなる電力用基板を備え、 前記板材が前記外囲器の下側表面に露出していることを
特徴とする半導体パワーモジュール。
1. A semiconductor power module in which a power switching semiconductor element for repeatedly interrupting and connecting a current supplied to a load in response to a control signal is housed in a box-shaped envelope, wherein the envelope is A power substrate main body including a heat-resistant insulating material, and a power and power conduction semiconductor to which the power switching semiconductor element is connected. A power conductive wiring pattern, and a thermally conductive plate material disposed on the lower main surface of the power substrate main body and having substantially the same material as the power wiring pattern. A semiconductor power module, comprising: a power substrate formed in a flexible manner; and wherein the plate member is exposed on a lower surface of the envelope.
【請求項2】 請求項1に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記耐熱性絶縁材がセラミックであり、 前記電力用配線パターンが実質的に銅材から成り、前記
電力用基板本体の前記上主面上にメタライズ結合して配
設され、 前記板材が実質的に銅材から成り、前記電力用基板本体
の前記下主面上にメタライズ結合して配設された、半導
体パワーモジュール。
2. The semiconductor power module according to claim 1, wherein the heat-resistant insulating material is a ceramic, the power wiring pattern is substantially made of a copper material, and the upper surface of the power substrate main body. A semiconductor power module disposed on a main surface in a metallized connection, wherein the plate material is substantially made of a copper material, and disposed on the lower main surface of the power substrate main body in a metallized connection.
【請求項3】 請求項1に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記外囲器の前記底部が、 実質的に絶縁体から成る制御用基板本体と、 前記制御用基板本体の上主面に配設され、前記制御信号
を作成して前記電力用スイッチング半導体素子へ供給す
るための制御回路素子が接続される電気良導性の制御用
配線パターンと、 前記制御用基板本体と互いに重層構造を成し、剛性を有
する板状の押圧部材と、 を有する制御用基板を備え、 前記制御用基板が、前記電力用基板の周囲に配置されて
前記電力用基板の縁部に係合していることを特徴とす
る、半導体パワーモジュール。
3. The semiconductor power module according to claim 1, wherein the bottom portion of the envelope is formed on a control board main body substantially made of an insulator, and on an upper main surface of the control board main body. A control wiring pattern having good electrical conductivity connected to and connected to a control circuit element for generating the control signal and supplying the control signal to the power switching semiconductor element; And a control board having a rigid plate-shaped pressing member, wherein the control board is arranged around the power board and is engaged with an edge of the power board. A semiconductor power module, characterized in that:
【請求項4】 請求項3に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記外囲器の前記底部が、 前記電力用基板の周囲に設けられて前記電力用基板の外
周端縁に当接する内周端縁を有するとともに、前記制御
用基板の下主面に接触する板状のスペーサ、 を更に備えることを特徴とする半導体パワーモジュー
ル。
4. The semiconductor power module according to claim 3, wherein the bottom portion of the envelope is provided around the power substrate and is in contact with an outer peripheral edge of the power substrate. And a plate-shaped spacer having an edge and being in contact with a lower main surface of the control substrate.
【請求項5】 請求項4に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記電力用基板が、その温度の変化に伴って反り変形し
ないように前記電力用配線パターンの厚さと前記板材の
厚さとの比率が調整されていることを特徴とする半導体
パワーモジュール。
5. The semiconductor power module according to claim 4, wherein a thickness of the power wiring pattern and a thickness of the plate member are adjusted so that the power substrate does not warp and deform with a change in temperature. A semiconductor power module having a ratio adjusted.
【請求項6】 請求項4に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記スペーサが弾力性を有し、 前記スペーサの下主面が前記板材の下主面と略同一平面
上に位置することを特徴とする半導体パワーモジュー
ル。
6. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the spacer has elasticity, and a lower main surface of the spacer is located on substantially the same plane as a lower main surface of the plate material. Characteristic semiconductor power module.
【請求項7】 請求項4に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記スペーサが弾力性を有し、 前記スペーサの下主面が前記板材の下主面よりも下側に
突出していることを特徴とする半導体パワーモジュー
ル。
7. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the spacer has elasticity, and a lower main surface of the spacer projects below a lower main surface of the plate material. Characteristic semiconductor power module.
【請求項8】 請求項4に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記板材の下主面が前記スペーサの下主面よりも下側に
突出していることを特徴とする半導体パワーモジュー
ル。
8. The semiconductor power module according to claim 4, wherein a lower main surface of said plate material projects below a lower main surface of said spacer.
【請求項9】 請求項4に記載の半導体パワーモジュー
ルであって、 前記電力用基板が、 前記電力用基板本体の前記上主面の上の縁部に配設さ
れ、前記制御用基板に当接し、実質的に金属から成る当
接部材、 を更に備えることを特徴とする半導体パワーモジュー
ル。
9. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the power substrate is disposed on an edge of the upper main surface of the power substrate main body, and the power substrate is in contact with the control substrate. A semiconductor power module, further comprising: a contact member that is in contact with and substantially comprises a metal.
【請求項10】 請求項4に記載の半導体パワーモジュ
ールであって、 前記押圧部材が金属板を備えることを特徴とする半導体
パワーモジュール。
10. The semiconductor power module according to claim 4, wherein said pressing member includes a metal plate.
【請求項11】 請求項4に記載の半導体パワーモジュ
ールであって、 前記制御用基板において、その主面の中央部を貫通する
開口部が形成されており、当該開口部に前記電力用基板
が位置することを特徴とする半導体パワーモジュール。
11. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the control board has an opening penetrating a central portion of a main surface thereof, and the power board is formed in the opening. A semiconductor power module, comprising:
【請求項12】 請求項11に記載の半導体パワーモジ
ュールであって、 前記開口部に位置する前記電力用基板の上主面が、前記
制御用基板の上主面よりも下に存在し、 前記開口部において、前記電力用スイッチング素子を覆
うプリコート樹脂が設けられていることを特徴とする半
導体パワーモジュール。
12. The semiconductor power module according to claim 11, wherein an upper main surface of the power substrate located at the opening exists below an upper main surface of the control substrate. A semiconductor power module, wherein a precoat resin covering the power switching element is provided in the opening.
【請求項13】 請求項4に記載の半導体パワーモジュ
ールであって、 前記スペーサの前記内周端縁が、前記電力用基板の前記
外周端縁に、可とう性の接着剤を介して当接しているこ
とを特徴とする半導体パワーモジュール。
13. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the inner peripheral edge of the spacer comes into contact with the outer peripheral edge of the power substrate via a flexible adhesive. A semiconductor power module, comprising:
【請求項14】 請求項4に記載の半導体パワーモジュ
ールであって、 前記スペーサの上主面が、前記制御用基板の下主面に当
接し、 前記スペーサと前記制御用基板とが互いに固定されてい
ることを特徴とする半導体パワーモジュール。
14. The semiconductor power module according to claim 4, wherein an upper main surface of the spacer is in contact with a lower main surface of the control substrate, and the spacer and the control substrate are fixed to each other. A semiconductor power module, comprising:
【請求項15】 請求項4に記載の半導体パワーモジュ
ールであって、 前記外囲器の前記底部の下に当接するように設けられ、
前記板材の下主面に滑動可能な上主面を有する熱良導性
で板状の導熱板、 を更に備えることを特徴とする半導体パワーモジュー
ル。
15. The semiconductor power module according to claim 4, wherein the semiconductor power module is provided so as to contact below the bottom of the envelope,
A semiconductor power module, further comprising: a thermally conductive plate-shaped heat conductive plate having a slidable upper main surface on a lower main surface of the plate material.
【請求項16】 半導体パワーモジュールの製造方法で
あって、 (a) 耐熱性絶縁材を有する電力用基板本体の上主面上に
電気良導性の電力用配線パターンが配設され、かつ前記
電力用基板本体の下主面上に前記電力用配線パターンと
実質的に同一の材料を有する熱良導性の板材が配設され
てなる電力用基板を備えた基板構造体を得る工程と、 (b) 前記電力用配線パターンに電力用スイッチング半導
体素子を接続する工程と、 (c) 無底のケースを前記基板構造体に連結することによ
って、前記電力用基板を底部の一部とし、前記電力用ス
イッチング半導体素子をその内部に収容する外囲器を作
成する工程と、 を備え、 前記工程(c) が、 (c-1) 前記外囲器の前記底部において、前記板材の下主
面が露出するように前記ケースを前記電力用基板に連結
する工程を備えることを特徴とする半導体パワーモジュ
ールの製造方法。
16. A method of manufacturing a semiconductor power module, comprising: (a) providing a power wiring pattern having good electrical conductivity on an upper main surface of a power substrate main body having a heat-resistant insulating material; A step of obtaining a substrate structure provided with a power substrate in which a thermally conductive plate material having substantially the same material as the power wiring pattern is disposed on a lower main surface of the power substrate main body; (b) connecting a power switching semiconductor element to the power wiring pattern; and (c) connecting the bottomless case to the substrate structure to make the power substrate a part of the bottom, A step of producing an envelope accommodating the power switching semiconductor element therein, wherein the step (c) comprises: (c-1) at the bottom of the envelope, the lower main surface of the plate material The case is connected to the power board so that The method of manufacturing a semiconductor power module, characterized in that it comprises a step.
【請求項17】 請求項16に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 (d) 実質的に絶縁体から成る制御用基板本体の上主面に
電気良導性の制御用配線パターンを配設し、前記制御用
基板本体の下主面に剛性を有する板状の押圧部材を層状
に重ねることによって制御用基板を作成する工程と、 (e) 前記制御用配線パターンに制御回路素子を接続する
工程と、 を更に備え、 前記工程(c) が、 (c-2) 前記制御用基板を前記電力用基板の縁部に係合さ
せ、かつ当該電力用基板の周囲に配置する工程、 を備えることを特徴とする半導体パワーモジュールの製
造方法。
17. The method for manufacturing a semiconductor power module according to claim 16, wherein: (d) a control wiring pattern having good electrical conductivity is formed on an upper main surface of the control substrate body substantially made of an insulator. Disposed, a step of forming a control board by layering a rigid plate-shaped pressing member on the lower main surface of the control board body in a layered manner; (e) a control circuit element in the control wiring pattern. And (c-2) engaging the control board with an edge of the power board, and arranging the control board around the power board. A method for manufacturing a semiconductor power module, comprising:
【請求項18】 請求項17に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 (f) 内周端縁を有する板状のスペーサを準備する工程、 を更に備え、 前記工程(c) が、 (c-3) 前記内周端縁が前記電力用基板の外周端縁に当接
するように、当該電力用基板の周囲に前記スペーサを配
置する工程、 を更に備えることを特徴とする半導体パワーモジュール
の製造方法。
18. The method for manufacturing a semiconductor power module according to claim 17, further comprising: (f) preparing a plate-shaped spacer having an inner peripheral edge, wherein the step (c) comprises: (c-3) a step of disposing the spacer around the power substrate so that the inner peripheral edge abuts the outer peripheral edge of the power substrate. Manufacturing method.
【請求項19】 請求項18に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 前記スペーサが弾力性を有しており、 前記工程(c-3) が、 (c-3-1) 前記スペーサの下主面が前記板材の下主面と略
同一平面上になるように前記スペーサを配置する工程、 を備えることを特徴とする半導体パワーモジュールの製
造方法。
19. The method for manufacturing a semiconductor power module according to claim 18, wherein the spacer has elasticity, and the step (c-3) comprises: (c-3-1) the spacer Disposing the spacer such that a lower main surface of the plate material is substantially flush with a lower main surface of the plate material.
【請求項20】 請求項18に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 前記工程(c-3) が、 (c-3-2) 前記スペーサの下主面が前記板材の下主面より
も下側に位置するように前記スペーサを配置する工程、 を備えることを特徴とする半導体パワーモジュールの製
造方法。
20. The method of manufacturing a semiconductor power module according to claim 18, wherein: in the step (c-3), (c-3-2) a lower main surface of the spacer is a lower main surface of the plate material. A step of arranging the spacer so as to be located below the semiconductor power module.
【請求項21】 請求項18に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 前記工程(c-3) が、 (c-3-3) 前記スペーサの前記内周端縁を、前記電力用基
板の前記外周端縁に、可とう性の接着剤を介して当接さ
せる工程、 を備えることを特徴とする半導体パワーモジュールの製
造方法。
21. The method for manufacturing a semiconductor power module according to claim 18, wherein the step (c-3) comprises: (c-3-3) setting the inner peripheral edge of the spacer to the power Contacting the outer peripheral edge of the substrate with a flexible adhesive via a flexible adhesive.
【請求項22】 請求項18に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 前記工程(c-3) が、 (c-3-4) 前記スペーサの下主面を、前記制御用基板の下
主面に当接させ、かつ前記スペーサと前記制御用基板と
を互いに固定する工程、 を備えることを特徴とする半導体パワーモジュールの製
造方法。
22. The method of manufacturing a semiconductor power module according to claim 18, wherein the step (c-3) comprises: (c-3-4) setting a lower main surface of the spacer to the control substrate. Abutting the lower main surface and fixing the spacer and the control substrate to each other.
【請求項23】 請求項18に記載の半導体パワーモジ
ュールの製造方法であって、 (g) 熱良導性で板状の導熱板を、その上主面が前記板材
の下主面に滑動可能に当接するように設置する工程、 を更に備える半導体パワーモジュールの製造方法。
23. The method for manufacturing a semiconductor power module according to claim 18, wherein: (g) a plate-shaped heat conductive plate having good thermal conductivity, the upper main surface of which can slide on the lower main surface of the plate material. A method for manufacturing a semiconductor power module, the method further comprising: placing the semiconductor power module in contact with the semiconductor power module.
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