JP4715283B2 - 電力変換装置及びその製造方法 - Google Patents
電力変換装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4715283B2 JP4715283B2 JP2005126441A JP2005126441A JP4715283B2 JP 4715283 B2 JP4715283 B2 JP 4715283B2 JP 2005126441 A JP2005126441 A JP 2005126441A JP 2005126441 A JP2005126441 A JP 2005126441A JP 4715283 B2 JP4715283 B2 JP 4715283B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frame
- substrate
- semiconductor element
- radiator
- bus bar
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/481—Disposition
- H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
- H01L2224/491—Disposition
- H01L2224/4912—Layout
- H01L2224/49175—Parallel arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/301—Electrical effects
- H01L2924/30107—Inductance
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
この発明の目的は、熱膨張係数の差異による影響を受けることなく基板と電極を確実に接続することができると共に、製造工程における作業性の悪化をもたらすことがない電力変換装置及びその製造方法を提供することである。
(第1実施の形態)
図1は、この発明の第1実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図2は、図1のA−A線に沿う断面図であり、図3は、図1のB−B線に沿う断面説明図である。図1〜3に示すように、電力変換装置10は、半導体素子11、半導体素子11を実装する基板12、半導体素子11を冷却する放熱器13、及び基板12を放熱器13に保持するフレーム14を有している。
第1に、積層構造の簡素化(従来の7層から5層)により、熱抵抗を低減することができる。特に、ベースプレートは、低熱膨張材料としての銅合金等を用いると比較的熱抵抗が大きくなるが、電力変換装置10にあってはベースプレート自体が不要である。
第2に、基板とベースプレートのはんだ付け接合部のような、熱膨張係数の異なる材料を広い面積で接合する部位が無い。このため、はんだ付け接合部にクラックや反りが生じないので、熱抵抗が増加する懸念が無い。
第4に、ベースプレートと放熱器の間で空隙が発生する等による熱抵抗増加が無い。つまり、ベースプレート自体が無いこともあるが、基板を直接ネジ等で放熱器に固定していないので、熱膨張が生じても、それによる変形はフレームの微小な撓みとして吸収され、基板と放熱器は密着したままである。
半導体素子11が実装された基板12は、その表面をフレーム14の底面に接合させた状態になるが、そのとき、突起部16で基板12をピンポイント的に押圧することにより、基板12の表面に確実に圧力を加えることができる。即ち、フレーム14の底面と基板12の表面を広い範囲(例えば全面同士)で接触させようとすると、接触面の当たりの不均一さで基板12の四辺を押圧できない場合がある。しかしながら、突起部16でピンポイント的に押圧するので、フレーム14自体の撓みによって基板12の四辺を確実に押圧することができる。更に、大きな押圧力も得られるので、より確実に基板12を放熱器13に密着させることができる。
バスバ電極は、低インダクタンス化のために幅広形状で形成されることが多く、特に、外部電源に接続されるP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19は、低インダクタンス化のために積層させる場合が多い。これらP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を、フレーム14の上に載せる形態で保持させることにより、大きく、且つ、幅広いP電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を容易に形成することができる。更に、半導体素子11及び基板12の実装工程を終えた後に、P電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19を被せるようにフレーム14に載せて、電気的に接続することができるので、電力変換装置10の製造工程に支障を及ぼすことはない。
ゲート配線基板22を、各半導体素子11の直近又は直上にも配置することができるため、ゲート配線を低インダクタンス化できると共に、前述したバスバ電極と同様に、半導体素子11を多数並列接続する場合もゲート配線長を略同一にすることができ、安定した電気的な動作を容易に得ることができる。更に、梁の上にゲート配線基板22を載せるため、この梁が補強材となって、ワイヤボンディング等の接続作業も容易に、且つ、確実に実施することができる。
先ず、ゲート配線基板22を、フレーム14の表面とは別の高さに容易に配置することができるので、ゲート配線基板22が、P電位側バスバ電極18及びN電位側バスバ電極19をフレーム14の表面に配置する際の障害にならない。
よって、フレームの同じ開口部にハイサイド側とローサイド側の基板12を配置でき、且つ、電気的な接続ができることから、基板12間の接続に必要な距離を短くすることができ、大電流容量の場合或いは電位が異なる電極を用いる場合でも、電力変換装置を小型に形成することができる。更に、それぞれの基板12の小型化が可能になって、各基板当たりの半導体素子はんだ付け接合面積を低減することができるので、はんだ付け部の熱応力を起因とする基板12の反りも防止することができる。
図5は、この発明の第2実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図6は、図5のA―A線に沿う断面図であり、図7は、図5のB―B線に沿う断面説明図である。図5〜7に示すように、電力変換装置30は、半導体素子11を、基板(セラミック基板)12でなく、金属板、即ち、バスバ電極31,32或いはバスバ電極に接続される金属板(図示しない)に実装している。そして、電力変換装置30の冷却を行なう放熱器13、或いは電力変換装置30を収容するケースの筐体(図示しない)に、フレーム14の脚部14aを固定することにより、基板としてのバスバ電極31,32或いは金属板の裏面と、放熱器13或いはケース筐体とを密着させている。
この電力変換装置30において、半導体素子実装部は、放熱器13の上に、絶縁層33、基板(バスバ電極或いは金属板)31,32、はんだ付け接合部(図示しない)、半導体素子11が記載順に積層された、5層構造となる(図7参照)。ここで、絶縁層33は、基板31,32と放熱器13の絶縁を図るが、絶縁性能を確実に果たすため絶縁接着剤が主に用いられる。
図10は、この発明の第3実施の形態に係る、複数のインバータを組み合わせた電力変換装置の回路図である。図11は、図10の電力変換装置における一相部分の平面図であり、図12は、図11のA―A線に沿う断面図であり、図13は、図11のB―B線に沿う断面図である。この実施の形態に係る電力変換装置40は、第1実施の形態の電力変換装置10(図1参照)の構造を基にして、2個のインバータを組み合わせたものである。この第1実施の形態の構造を基にした場合の他、マトリックスコンバータの場合、マトリックスコンバータとインバータを組み合わせ或いは一体化した構造の場合、更に、DC/DCコンバータ等他の電力変換装置の場合にも、以下に述べる効果を同様に得ることができる。
図14は、この発明の第4実施の形態に係る電力変換装置の平面図である。図15は、図14の電力変換装置から上部フレームを外した状態の平面図であり、図16は、図14の電力変換装置におけるフレーム結合部分の断面図であり、図17は、図14のA−A線に沿う断面図であり、図18は、図14のB−B線に沿う断面説明図である。
なお、第4実施の形態の構成を、第3実施の形態に適用すれば、第3実施の形態及び第4実施の形態において得られるそれぞれ効果を何れも得ることができる。
図19は、この発明の第5実施の形態に係る電力変換装置の平面図であり、図20は、図19のA−A線に沿う断面図である。図19,20に示すように、電力変換装置70は、第2実施の形態の構成に第4実施の形態の構成を併せて適用したものである。
つまり、半導体素子11を、バスバ電極31,32等に実装し、基板としてのバスバ電極31,32等の裏面と放熱器13等を密着させている構成(図5〜7参照)と、フレーム14に代えて、上部フレーム61と下部フレーム62を有する構成(図14〜18参照)とを併せたものである。
図21は、この発明の第6実施の形態に係る電力変換装置の基板と放熱器の接合部分の断面図である。この実施の形態に係る電力変換装置は、半導体素子を、バスバ電極31,32或いはバスバ電極に接続される金属板(図示しない)に実装し、基板としてのバスバ電極31,32或いは金属板の裏面と、放熱器13或いはケース筐体(図示しない)を密着させている(第2実施の形態、図5参照)。この図21は、図5のB−B線に沿う断面と同様位置での断面を示す。なお、以下の説明において、フレーム14の短辺方向を縦方向、長辺方向を横方向(図面、左右方向)とする。
なお、この第6実施の形態に係る構成を、第1実施の形態における基板(セラミック基板)を用いる構成に適用しても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。また、第3実施の形態から第5実施の形態において第6実施の形態の構成を適用すれば、第3実施の形態から第5実施の形態において得られる効果に加えて、第6実施の形態において得られる効果も得ることができる。
11,41,42,43,44,45,46 半導体素子
12 基板
13 放熱器
14,24 フレーム
14a,24a,61b 脚部
14b 固定部
15 金属箔
16 突起部
17 袴部
18 P電位側バスバ電極
19 N電位側バスバ電極
20 P電位側立ち上げバスバ電極
21 N電位側立ち上げバスバ電極
22,53 ゲート配線基板
23 切り込み部
31,32 バスバ電極
33 絶縁層
36 ベースプレート
47,55 第1バスバ電極(P電位側)
48 第2バスバ電極(出力端子側)
49,57 第3バスバ電極(P電位側)
50 第1P電位側立ち上げバスバ電極
51 N電位側立ち上げバスバ電極
52 第2P電位側立ち上げバスバ電極
54 梁
56 第2バスバ電極(N電位側)
61 上部フレーム
61a 連結部
62 下部フレーム
63 突部
64 凹部
65 支柱
75 放熱フィン
75a 幅広放熱フィン
76 溝
76a 段差部
77 絶縁材料
Claims (19)
- 半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置において、
前記フレームは、
該フレームを前記放熱器に固定する固定部と、
フレーム下端に形成され、前記放熱器に載置した前記基板の半導体素子配置面に接し、前記半導体素子配置面の裏面を前記放熱器に密着させ固定する複数の押圧部と、
前記各押圧部の間に縦壁状に形成され、前記半導体素子配置面に接合する接合部と、
固定された前記フレームから、実装作業可能に前記半導体素子配置面を露出させるフレーム開口と
を有することを特徴とする電力変換装置。 - 前記基板は、複数個に分割されており、
分割された前記各基板に実装された各半導体素子を同一の出力端子に接続すると共に、前記各基板及び前記各半導体素子のそれぞれが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記フレームは、前記基板を個別に配置する複数のフレーム開口を有し、
前記各フレーム開口毎に配置された基板に実装された各半導体素子を同一の出力端子に接続すると共に、前記各基板及び前記各半導体素子のそれぞれが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記基板は、前記半導体素子を実装したセラミック基板、或いは前記半導体素子を実装したバスバ電極基板であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記基板は、前記セラミック基板或いは前記バスバ電極基板とベースプレートの積層構造を有することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
- 前記押圧部は、離間して配置された複数の突起部からなり、前記接合部は、前記突起部より柔軟な材料で、且つ、前記突起部より下方まで延びて形成され、隣接する前記各突起部を連結する袴部からなることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記突起部は、先端に樹脂材料或いはゴム材料からなる圧力変形部材を装着していることを特徴とする請求項6に記載の電力変換装置。
- 前記フレームの上端に配置した、前記半導体素子を外部電源に接続する外部バスバ電極、及び前記半導体素子と前記外部バスバ電極を電気的に接続する立ち上げ電極を有することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記フレームに、前記フレームの上端から突出しないように、前記フレーム開口を跨ぐ梁或いは前記フレームの上端部に形成した切り込みを介して、前記半導体素子への制御信号を送るゲート配線基板を配置したことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記フレームが、下側に突出するように反っている形状を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記放熱器の裏面側に形成された、前記フレームの短辺方向に沿って延びると共に前記フレームの長辺方向に沿って略等間隔で並設された複数の放熱フィンと、
前記放熱器の表面に形成された、前記フレームの短辺方向に沿って延び、且つ、前記基板側に開口する複数の溝と、
前記各溝に対応する前記放熱器の裏面側に形成された、溝幅より太い幅の幅広放熱フィンとを有し、
前記基板が、前記フレームの長辺方向辺が前記放熱フィンに対し略直交するように、且つ、前記フレームの短辺方向辺のそれぞれが前記各溝に臨むように配置され、絶縁性接着剤によって前記放熱器に接続されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記溝の側面を、開口側が広がる傾斜面により形成したことを特徴とする請求項11に記載の電力変換装置。
- 前記溝に、前記放熱器の表面から一段下がって形成され、前記基板の前記半導体素子を実装した部分以外の部分の下に位置する段差部を設けたことを特徴とする請求項11または12に記載の電力変換装置。
- 前記段差部に、スペーサとして機能する絶縁材料を配置したことを特徴とする請求項13に記載の電力変換装置。
- 前記基板がバスバ電極であり、前記バスバ電極の表面に導電性の接合材料を介して前記半導体素子を実装することを特徴とする請求項11から14のいずれか一項に記載の電力変換装置。
- 前記フレームは、
結合部を有し、前記基板に接合する下部フレームと、前記結合部に嵌め合わされ結合する被結合部を有すると共に前記放熱部に固着する脚部を有し、前記下部フレームの上に配置される上部フレームからなる二分割構造を有することを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記上部フレームと前記下部フレームの少なくとも一方に弾性構造体を配置し、前記弾性構造体を介在させて嵌め合わせることを特徴とする請求項16に記載の電力変換装置。
- 前記基板の表面に突設され、上端に、前記上部フレームの結合部に結合する被結合部が形成された支柱を有することを特徴とする請求項16または17に記載の電力変換装置。
- 半導体素子が実装された基板と、半導体素子の冷却を行う放熱器と、前記基板を前記放熱器に保持するフレームとを有する電力変換装置の製造方法において、
先ず、前記基板の半導体素子配置面の上方から前記フレームを押圧して、前記フレームの下端に形成された、前記基板の半導体素子配置面に接する複数の押圧部により、前記半導体素子配置面の裏面を前記放熱器に密着させて固定し、前記各押圧部の間に縦壁状に形成された接合部により、前記フレームを前記半導体素子配置面に接合し仮止めするステップと、
次に、前記フレームのフレーム開口から、前記基板と外部バスバ電極を接続する接続手段を配置するステップと、
その後、前記フレームを前記放熱器に固定するステップと
を有することを特徴とする電力変換装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005126441A JP4715283B2 (ja) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | 電力変換装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005126441A JP4715283B2 (ja) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | 電力変換装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006303375A JP2006303375A (ja) | 2006-11-02 |
JP4715283B2 true JP4715283B2 (ja) | 2011-07-06 |
Family
ID=37471274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005126441A Active JP4715283B2 (ja) | 2005-04-25 | 2005-04-25 | 電力変換装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4715283B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101073286B1 (ko) * | 2008-12-03 | 2011-10-12 | 엘에스산전 주식회사 | 전력용 반도체 모듈 |
JP5422663B2 (ja) | 2009-10-22 | 2014-02-19 | パナソニック株式会社 | パワー半導体モジュール |
WO2023276095A1 (ja) * | 2021-07-01 | 2023-01-05 | 三菱電機株式会社 | 表示装置 |
JP7459163B2 (ja) | 2022-04-19 | 2024-04-01 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05121605A (ja) * | 1991-04-08 | 1993-05-18 | Export Contor Aussenhandels Gmbh | 回路配置 |
JPH08236667A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JP2001127238A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体モジュール及び半導体モジュール用絶縁基板 |
JP2003249624A (ja) * | 2001-07-23 | 2003-09-05 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
-
2005
- 2005-04-25 JP JP2005126441A patent/JP4715283B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05121605A (ja) * | 1991-04-08 | 1993-05-18 | Export Contor Aussenhandels Gmbh | 回路配置 |
JPH08236667A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-13 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JP2001127238A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-05-11 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体モジュール及び半導体モジュール用絶縁基板 |
JP2003249624A (ja) * | 2001-07-23 | 2003-09-05 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2006303375A (ja) | 2006-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4583122B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US6642576B1 (en) | Power semiconductor device having layered structure of power semiconductor elements and terminal members | |
JP5566289B2 (ja) | 電力半導体回路装置およびその製造方法 | |
JP5158102B2 (ja) | 半導体装置 | |
WO2012127696A1 (ja) | パワー半導体モジュール及びパワーユニット装置 | |
CN109995246B (zh) | 开关电源装置 | |
JP2012004543A (ja) | 半導体ユニットおよびそれを用いた半導体装置 | |
JP2009152505A (ja) | 半導体モジュールの実装構造 | |
JP5264189B2 (ja) | インバータ装置及びその製造方法 | |
JP2006186170A (ja) | 半導体装置 | |
JP2005340639A (ja) | 半導体装置及び三相インバータ装置 | |
JP2015142018A (ja) | 電力用半導体装置 | |
JP4715283B2 (ja) | 電力変換装置及びその製造方法 | |
US7902464B2 (en) | Heat sink arrangement for electrical apparatus | |
JP2010103343A (ja) | 半導体装置 | |
JP4645276B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP2007123579A (ja) | 半導体装置およびその製造方法ならびにその実装構造 | |
JP6094197B2 (ja) | パワーモジュール | |
JP6010942B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2007234694A (ja) | 半導体装置及び半導体装置の外部接続端子と外部電極との接合方法 | |
JP2005150596A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP5040418B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP3741002B2 (ja) | 半導体装置の実装構造 | |
JP3651333B2 (ja) | 半導体素子の実装構造 | |
JP2005347684A (ja) | 半導体装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080325 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100326 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100413 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100608 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20100608 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110301 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110314 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4715283 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140408 Year of fee payment: 3 |