JP4937951B2 - Power semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、電力用半導体装置に関し、特に、電力用の半導体素子又は電力用の半導体モジュールを冷却できる装置に関する。   The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a device capable of cooling a power semiconductor element or a power semiconductor module.

電力用半導体装置は、鉄道車両、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両、家電機器、産業用機械等において、比較的大きな電力を制御、整流するために利用されている。電力用半導体装置を使用する場合、通電、スイッチング等に伴って半導体素子に電力損失が生じる。電力損失は、半導体素子の発熱を引き起こす。半導体素子は、動作温度を超えると、破壊されて機能しなくなる。そのため、半導体素子を冷却する技術は、電力用半導体装置を利用するために重要な技術要素である。特に、電力用半導体装置が制御等する電力が大きくなる程、半導体素子の発熱は大きくなり、従って、半導体素子を冷却する技術はより重要になる。   Power semiconductor devices are used to control and rectify relatively large power in vehicles such as railway vehicles, hybrid cars, and electric vehicles, home appliances, and industrial machines. When a power semiconductor device is used, power loss occurs in the semiconductor element due to energization, switching, and the like. The power loss causes heat generation of the semiconductor element. When the operating temperature is exceeded, the semiconductor element is destroyed and does not function. Therefore, the technology for cooling the semiconductor element is an important technical element for using the power semiconductor device. In particular, as the power controlled by the power semiconductor device increases, the heat generated by the semiconductor element increases, and therefore, the technology for cooling the semiconductor element becomes more important.

従来、電力用の半導体素子を含む半導体モジュールを冷却するための冷却部を備える電力用半導体装置が提案されている。例えば、特許文献１には、半導体モジュールと、その半導体モジュールの両側に設けられる第１及び第２の冷却器とを備え、第１及び第２の冷却器が、第１の冷却器、半導体素子、及び、第２の冷却器が連接される方向に伸縮する半導体装置が記載されている。また、特許文献２には、モールド樹脂でカバーされたモールド面と、これに対向する放熱面とを有する少なくとも一対のパワーモジュールと、パワーモジュールのそれぞれのモールド面が互いに当接し、放熱面が当接するようにパワーモジュールを挟持する一対の冷却フィンとを備える電力用半導体装置が記載されている。
特開２００５−１５９０２４号公報 特開２００６−１９０９７２号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, a power semiconductor device including a cooling unit for cooling a semiconductor module including a power semiconductor element has been proposed. For example, Patent Document 1 includes a semiconductor module and first and second coolers provided on both sides of the semiconductor module, and the first and second coolers are the first cooler and the semiconductor element. And a semiconductor device that expands and contracts in the direction in which the second cooler is connected. Further, Patent Document 2 discloses that at least a pair of power modules having a mold surface covered with a mold resin and a heat dissipation surface facing the mold surface, and the mold surfaces of the power modules are in contact with each other, and the heat dissipation surface is in contact with each other. A power semiconductor device including a pair of cooling fins that sandwich a power module so as to be in contact therewith is described.
JP-A-2005-159024 JP 2006-190972 A

電力用半導体装置を利用する場合、それを取り付けるためのスペースは限られている。例えば自動車等の車両の場合、比較的狭く限定されたスペースに、電力用半導体装置を含む種々の装置を搭載する必要がある。そのため、電力用半導体装置を取り付けるためのスペースも狭くなる。例えば、通常のエンジンのみで運転される車両における、バッテリー部に相当する領域に収まるように設計されていれば、容易に車両に搭載することが可能になるため、ハイブリッドカーでは半導体装置全体がバッテリー部の寸法内であることが要求される。このように、電力用半導体装置の小型化には強い要求がある。そこで、本発明は、上記の課題を解決するため、冷却部を備える電力用半導体装置の全体の容積をより小さくすることを目的とする。   When a power semiconductor device is used, the space for mounting it is limited. For example, in the case of a vehicle such as an automobile, it is necessary to mount various devices including a power semiconductor device in a relatively narrow and limited space. Therefore, the space for attaching the power semiconductor device is also narrowed. For example, in a vehicle driven only by a normal engine, if it is designed to fit in a region corresponding to the battery unit, it can be easily mounted on the vehicle. It is required to be within the dimensions of the part. As described above, there is a strong demand for miniaturization of power semiconductor devices. Accordingly, an object of the present invention is to reduce the overall volume of a power semiconductor device including a cooling unit in order to solve the above problems.

上記の目的を達成するため、本発明の電力用半導体装置は、使用時に発熱する電力用の半導体素子と、上記半導体素子を支持する伝熱性のモジュール基板を有し、樹脂によりモールドされている複数の電力用の半導体モジュールと、上記モジュール基板に固定される伝熱性の伝熱板と、放熱面から熱を放散し、上記放熱面に対向する取付面に上記伝熱板が立設される放熱板とを備え、上記伝熱板は、上記モジュール基板が取り付けられるモジュール取付部と、このモジュール取付部に連なり、上記放熱板の支持部に挟持されて上記放熱板に固定される固定部とを有する、ことを特徴とする。 To achieve the above object, a power semiconductor device of the present invention, possess the semiconductor element for electric power that generates heat in use, the module substrate thermally conductive supporting the semiconductor element, a plurality which are molded by a resin a semiconductor module for power, dissipated and the heat exchanger plate of thermally conductive, which is fixed to the upper Symbol module substrate, the heat from the heat radiating surface, the heat transfer plate is erected on a mounting surface opposite to the heat radiation surface The heat transfer plate includes a module mounting portion to which the module substrate is mounted, and a fixing portion that is connected to the module mounting portion and is sandwiched between the support portions of the heat sink and fixed to the heat sink. It is characterized by having.

本発明によると、電力用半導体装置は放熱板を備え、放熱板の一面には、複数の半導体モジュールが伝熱板を介して立設される。そのため、１つの放熱板に対して半導体モジュールを高密度で設けることができる。従って、電力用半導体装置の全体の容積を小さくすることが可能になる。   According to the present invention, a power semiconductor device includes a heat sink, and a plurality of semiconductor modules are erected on one surface of the heat sink via the heat transfer plate. Therefore, it is possible to provide the semiconductor modules with high density with respect to one heat sink. Therefore, the entire volume of the power semiconductor device can be reduced.

また、半導体モジュールは、伝熱板に取り付けられるだけである。従来のように、半導体モジュール間に配置されるものがなく、また半導体モジュールが挟持されることもない。そのため、外部から受ける圧力等の負荷が半導体モジュールに掛からない。そのため、従来に比べて半導体モジュールの強度は弱くても構わない。その結果、半導体モジュールの小型化及び／又は軽量化が可能になる。   Moreover, the semiconductor module is only attached to the heat transfer plate. There is nothing between the semiconductor modules as in the prior art, and the semiconductor modules are not sandwiched. Therefore, a load such as pressure received from the outside is not applied to the semiconductor module. Therefore, the strength of the semiconductor module may be weaker than the conventional one. As a result, the semiconductor module can be reduced in size and / or weight.

本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。全図を通して同一の部位には、同じ符号が付される。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same parts are denoted by the same reference symbols throughout the drawings.

実施の形態１．
図１及び図２に、本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置を示す。図１は、実施の形態１の電力用半導体装置の斜視図であり、図２は、同断面図である。電力用半導体装置１１は、比較的大きな電力を制御、整流するための装置であり、半導体モジュール１３と、伝熱板１５と、放熱板１６と、水冷部２７とを備える。 Embodiment 1 FIG.
1 and 2 show a power semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of the power semiconductor device of the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the same. The power semiconductor device 11 is a device for controlling and rectifying relatively large power, and includes a semiconductor module 13, a heat transfer plate 15, a heat radiating plate 16, and a water cooling unit 27.

半導体モジュール１３は、図２に示すように、電力用の半導体素子４３と、半導体素子４３及び内部配線４５を支持するモジュール基板４１と、外部配線に接続するための端子４９とを有する。半導体素子４３、内部配線４５及びモジュール基板４１は、樹脂４７によってモールドされている。樹脂４７は、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、シリコンゲル、シリコンゴムなどから適宜選択すればよい。ゲルやゴムを流し込んで熱硬化させる場合は、モジュール形状を規定する枠を用いればよい。枠はたとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を成型したものを用いる。樹脂モールドによって、半導体モジュール１３の内部は、外気、水分、油分、塵埃等の外部環境から保護される他、電気的に絶縁されて電気的に保護されるとともに、機械的な負荷及び衝撃から保護される。   As shown in FIG. 2, the semiconductor module 13 includes a power semiconductor element 43, a module substrate 41 that supports the semiconductor element 43 and the internal wiring 45, and a terminal 49 that is connected to external wiring. The semiconductor element 43, the internal wiring 45, and the module substrate 41 are molded with a resin 47. The resin 47 may be appropriately selected from a thermosetting resin, a thermoplastic resin, silicon gel, silicon rubber, and the like. When gel or rubber is poured and thermally cured, a frame that defines the module shape may be used. For example, a frame formed by molding polyphenylene sulfide (PPS) is used. The inside of the semiconductor module 13 is protected from the external environment such as outside air, moisture, oil, and dust by the resin mold, and is electrically insulated and electrically protected, and also protected from mechanical load and impact. Is done.

モジュール基板４１は、伝熱性と電気的な絶縁性とを備える薄板である。半導体モジュール１３の樹脂モールドされていない部分は、半導体モジュール１３の外壁の一部を形成する。モジュール基板４１の材料は、例えば窒化物又は酸化物である。モジュール基板４１は、半導体素子４３と接触し、半導体素子４３の発熱を半導体モジュール１３の外部に伝える。   The module substrate 41 is a thin plate having heat conductivity and electrical insulation. The portion of the semiconductor module 13 that is not resin-molded forms a part of the outer wall of the semiconductor module 13. The material of the module substrate 41 is, for example, nitride or oxide. The module substrate 41 is in contact with the semiconductor element 43 and transmits heat generated by the semiconductor element 43 to the outside of the semiconductor module 13.

端子４９は、放熱板１６の反対側に半導体モジュール１３に設けられる。すなわち、端子４９は、モジュール基板４１を挟んで放熱板１６とは反対側にのみ接続用端子が配置されるそのため、電力用半導体装置１１において、端子４９に接続する配線側と、放熱側とが明確に分離するため、装置全体の構造を簡略化することができる。その結果、装置の小型化が可能になる。   The terminal 49 is provided on the semiconductor module 13 on the opposite side of the heat sink 16. That is, the terminal 49 has a connection terminal disposed only on the side opposite to the heat dissipation plate 16 with the module substrate 41 interposed therebetween. Therefore, in the power semiconductor device 11, the wiring side connected to the terminal 49 and the heat dissipation side are separated from each other. Since it is clearly separated, the structure of the entire apparatus can be simplified. As a result, the apparatus can be miniaturized.

端子４９は、半導体素子４３から電気的に接続される配線の端部である半導体端子５１と、外部配線を接続するための接続用端子５３とを有する。半導体端子５１と接続用端子５３とは、１００Ａ程度の大電力を制御するために、機械的な強度と、高温でもクリープを起こしにくい安定性と、小さい抵抗とが実現できるように接続されている。半導体端子５１と接続用端子５３とは、例えば、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接により接続される。ＴＩＧ溶接は、非消耗電極方式のアーク溶接法の１つである。   The terminal 49 includes a semiconductor terminal 51 which is an end portion of a wiring electrically connected from the semiconductor element 43, and a connection terminal 53 for connecting an external wiring. The semiconductor terminal 51 and the connection terminal 53 are connected so as to realize mechanical strength, stability that does not easily cause creep even at high temperatures, and small resistance in order to control a large power of about 100 A. . The semiconductor terminal 51 and the connection terminal 53 are connected by, for example, TIG (Tungsten Inert Gas) welding. TIG welding is one of non-consumable electrode type arc welding methods.

半導体端子５１と接続用端子５３とは、具体的には、断面積０．５ｍｍ２のタフピッチ銅製の端子５１及び５３を近接させ、その近接した端子５１及び５３の近傍にＴＩＧ溶接のトーチを配置した状態で、アーク溶接を行う。たとえば、通電時間１２０〜３５０ｍｓ、電流値１０〜３０Ａの範囲で溶接を行うことにより、図１に示す略球状の溶接部を得ることができる。溶融する端子５１及び５３の長さは、それぞれ１〜３ｍｍ程度である。必ずしも溶加棒等は使用しなくてもよい。ＴＩＧ接合された端子５１及び５３は、きわめて強固な溶接部で接続される。溶接部は、電力用半導体装置１１が動作する程度の高温であってもほとんど劣化しない。さらに、溶接部は、数ｍｍ程度の小さな球状であり、容積も小さい。従って、このような溶接によって、電力用半導体装置の容積を小さくし、かつ、安定的に性能を発揮させることが可能になる。特に、ＳｉＣデバイスのように高温動作可能な半導体素子を備える場合に、ＴＩＧ溶接のこのような効果は極めて有用である。 Specifically, the semiconductor terminal 51 and the connection terminal 53 are made by placing tough pitch copper terminals 51 and 53 having a cross-sectional area of 0.5 mm 2 close to each other, and arranging a TIG welding torch in the vicinity of the adjacent terminals 51 and 53. In this state, arc welding is performed. For example, the substantially spherical welded portion shown in FIG. 1 can be obtained by performing welding in a current energizing time range of 120 to 350 ms and a current value of 10 to 30 A. The lengths of the melting terminals 51 and 53 are about 1 to 3 mm, respectively. It is not always necessary to use a filler rod or the like. The TIG bonded terminals 51 and 53 are connected by a very strong weld. The welded portion hardly deteriorates even at a high temperature at which the power semiconductor device 11 operates. Furthermore, the welded portion is a small sphere of about several mm and has a small volume. Therefore, such welding makes it possible to reduce the volume of the power semiconductor device and to stably exhibit performance. In particular, such an effect of TIG welding is extremely useful when a semiconductor element capable of operating at a high temperature, such as a SiC device, is provided.

伝熱板１５は、伝熱性を有する四角形の平板状の部材である。伝熱板１５は、例えば、銅、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属、またはそれらを主成分とする合金を用いて作られた金属板である。なお、伝熱板１５は、異種組成の金属を積層したクラッド材と呼ばれる複合金属板であってもよく、具体例として、銅／インバー合金／銅からなる３層の金属板や、銅と他の金属を組み合わせた２層の金属板を挙げることができる。さらに、伝熱板１５は、機械強度を持たせたグラファイト板であってもよい。伝熱板１５は、半導体モジュール１３及び後述する放熱板１６と接合するが、ここに挙げた材料又はその他の材料を適宜選択して用いることによって、伝熱板１５の熱膨張率を調整することができ、他の部材との接合状態を適切に維持することが可能になる。   The heat transfer plate 15 is a rectangular flat plate member having heat transfer properties. The heat transfer plate 15 is a metal plate made of, for example, a metal having high thermal conductivity such as copper or aluminum, or an alloy containing them as a main component. The heat transfer plate 15 may be a composite metal plate called a clad material in which metals of different compositions are laminated. As a specific example, a three-layer metal plate made of copper / invar alloy / copper, copper and others There can be mentioned a two-layer metal plate in which these metals are combined. Further, the heat transfer plate 15 may be a graphite plate having mechanical strength. The heat transfer plate 15 is joined to the semiconductor module 13 and the heat radiating plate 16 to be described later, and the coefficient of thermal expansion of the heat transfer plate 15 is adjusted by appropriately selecting and using the materials listed here or other materials. Thus, it is possible to appropriately maintain the joined state with other members.

伝熱板１５は、モジュール基板４１が取り付けられるモジュール取付部と、放熱板１６に固定するために利用する固定部とを含む。モジュール取付部には、電力用モジュール１３の端子４９が上記固定部の反対側に位置するように、電力用モジュール１３が取り付けられる。モジュール取付部には、モジュール基板４１が半導体素子４３から受けた熱をできるだけ少ない伝熱抵抗で伝熱板１５に伝えられるように、はんだ等のロウ材、接着剤等によって固定される。固定部は、伝熱板１５の一端面である底面及びその近傍の一定幅の帯状部分である。   The heat transfer plate 15 includes a module mounting portion to which the module substrate 41 is mounted and a fixing portion used for fixing to the heat radiating plate 16. The power module 13 is mounted on the module mounting portion so that the terminal 49 of the power module 13 is located on the opposite side of the fixed portion. The module mounting portion 41 is fixed by a brazing material such as solder, an adhesive, or the like so that the module substrate 41 can transmit heat received from the semiconductor element 43 to the heat transfer plate 15 with as little heat transfer resistance as possible. The fixing portion is a bottom surface which is one end surface of the heat transfer plate 15 and a belt-like portion having a constant width in the vicinity thereof.

放熱板１６は、半導体素子から伝わる熱を放散する平板状の部材である。放熱板１６の材料は、伝熱性を有するものであり、熱伝導率が高いものが好ましい。放熱板１６の材料の具体例として、銅、アルミニウム等の金属及びそれらを用いた合金が挙げられる。放熱板１６は、四角形の平板部１７と、伝熱板１５の固定部を挟持する第１支持部１９及び第２支持部２１と、フィン２５とを有する。平板部１７は、互いに対向する表裏の関係にある取付面１８と放熱面２４とを有する。取付面１８には、複数の伝熱板１５が伝熱可能に立設される。放熱面２４は、熱を放散する。   The heat sink 16 is a flat member that dissipates heat transmitted from the semiconductor element. The material of the heat sink 16 has heat conductivity, and preferably has a high thermal conductivity. Specific examples of the material of the heat sink 16 include metals such as copper and aluminum and alloys using them. The heat radiating plate 16 includes a rectangular flat plate portion 17, a first support portion 19 and a second support portion 21 that sandwich a fixing portion of the heat transfer plate 15, and fins 25. The flat plate portion 17 has a mounting surface 18 and a heat radiating surface 24 which are in a front-back relationship facing each other. A plurality of heat transfer plates 15 are erected on the mounting surface 18 so as to be able to transfer heat. The heat radiating surface 24 dissipates heat.

平板部１７は、取付面１８に、第１支持部１９及び第２支持部２１を有する。第１及び第２支持部１９，２１は、ともに細長い直方体である。第１及び第２支持部１９，２１は、長手方向が互いに平行になるように、取付面１８に固定される。第１及び第２支持部１９，２１は、伝熱板１５の固定部を挟み持つことによって、伝熱板１５を取付面１８に対して垂直に固定するものである挟持部２３を形成する。そのため、第１支持部１９と第２支持部２１との間隔は、伝熱板１５の厚さに応じて適宜決められる。   The flat plate portion 17 has a first support portion 19 and a second support portion 21 on the mounting surface 18. Both the first and second support portions 19 and 21 are elongated rectangular parallelepipeds. The 1st and 2nd support parts 19 and 21 are fixed to the attachment surface 18 so that a longitudinal direction may become mutually parallel. The first and second support parts 19, 21 form a holding part 23 that fixes the heat transfer plate 15 perpendicularly to the mounting surface 18 by holding the fixing part of the heat transfer plate 15. Therefore, the interval between the first support part 19 and the second support part 21 is appropriately determined according to the thickness of the heat transfer plate 15.

挟持部２３は、第１及び第２支持部１９，２１の対向する面部分と、その間に位置する取付面１８の部分とを含む。挟持部２３は、挟持部２３の長手方向と固定部の長手方向（固定部に含まれる底面の長手方向）とが平行に、伝熱板１５が取付面１８に対して垂直になるように、伝熱板１５を固定する。詳しくは、まず、挟持部２３に含まれる取付面１８の部分と固定部の底面とは当接する。また、挟持部２３に含まれる第１支持部１９の一面と、固定部の一面である第１面とが当接する。さらに、挟持部２３に含まれる第２支持部２１の一部と、上記第１面と対向する固定部の一面である第２面とが当接する。さらに、第２支持部２１は、固定部を第１支持部１９の方向に押圧するように塑性変形している。このように固定部が挟持部２３によって支持されることによって、伝熱板１５を取付面１８に対して垂直に起立して固定することができる。   The clamping part 23 includes the facing surface parts of the first and second support parts 19 and 21 and the part of the mounting surface 18 located therebetween. The sandwiching portion 23 is configured so that the longitudinal direction of the sandwiching portion 23 and the longitudinal direction of the fixed portion (longitudinal direction of the bottom surface included in the fixed portion) are parallel, and the heat transfer plate 15 is perpendicular to the mounting surface 18. The heat transfer plate 15 is fixed. Specifically, first, the portion of the mounting surface 18 included in the clamping portion 23 and the bottom surface of the fixing portion abut. Further, one surface of the first support portion 19 included in the sandwiching portion 23 abuts on the first surface that is one surface of the fixed portion. Furthermore, a part of the second support part 21 included in the clamping part 23 comes into contact with a second surface which is one surface of the fixing part facing the first surface. Further, the second support portion 21 is plastically deformed so as to press the fixing portion toward the first support portion 19. In this way, the fixing portion is supported by the clamping portion 23, whereby the heat transfer plate 15 can be fixed upright with respect to the mounting surface 18.

また、第１支持部１９及び第２支持部２１の組みは、取付面に複数設けられる。各組の間隔は、放熱板１５及びそれに固定された電力用半導体ユニット１３が適切な間隔で配置されるように、適宜決められてよい。   A plurality of sets of the first support part 19 and the second support part 21 are provided on the mounting surface. The interval between the groups may be determined as appropriate so that the heat dissipation plate 15 and the power semiconductor unit 13 fixed thereto are arranged at an appropriate interval.

また、平板部１７は、水冷式で熱を放散する水冷部２７を形成するものであり、放熱面２４に、複数のフィン２５を有する。水冷部２７は、放熱面の近傍を流れる冷媒としての水に放熱する部位である。水冷部２７の中を流れる水は、流入管３１から流入して、隔壁３２で画された内部流路２９及び配管３５により形成される一連の流路を通過して、排水管３３から排水される。内部流路２９には上記フィン２５が、突出しているため、冷媒との熱交換が促進され、従って、冷媒である水への効率的な放熱が可能になる。   The flat plate portion 17 forms a water cooling portion 27 that dissipates heat by a water cooling method, and has a plurality of fins 25 on the heat radiation surface 24. The water cooling part 27 is a part which radiates heat to water as a refrigerant flowing in the vicinity of the heat radiating surface. Water flowing through the water cooling section 27 flows in from the inflow pipe 31, passes through a series of flow paths formed by the internal flow path 29 and the pipe 35 defined by the partition wall 32, and is drained from the drain pipe 33. The Since the fins 25 protrude from the internal flow path 29, heat exchange with the refrigerant is promoted, and therefore, efficient heat dissipation to water as the refrigerant is possible.

なお、水冷部２７は、種々の放熱方法を実現する一例にすぎない。放熱方法は、空冷、自然放熱等であってもよい。また、放熱板１６の放熱面は、フィンを有するとしたが、フィンを有していなくてもよい。放熱板１６の放熱面がフィンを有するか否かは、いかなる放熱方法とも任意に組み合わせてよい。   In addition, the water cooling part 27 is only an example which implement | achieves various heat dissipation methods. The heat dissipation method may be air cooling, natural heat dissipation, or the like. Moreover, although the heat radiating surface of the heat radiating plate 16 has fins, it does not have to have fins. Whether or not the heat radiating surface of the heat radiating plate 16 has fins may be arbitrarily combined with any heat radiating method.

このように、半導体素子とモジュール基板４１、モジュール基板４１と伝熱板１５、伝熱板１５と放熱板１６が、それぞれ伝熱可能に接続されている。そのため、半導体素子の熱は放熱板１６の放熱面から放熱される。従って、半導体素子の温度上昇を抑えることができ、半導体素子ないし電力用半導体装置の本来の機能を持続して発揮させることができる。   In this way, the semiconductor element and the module substrate 41, the module substrate 41 and the heat transfer plate 15, and the heat transfer plate 15 and the heat dissipation plate 16 are connected to be able to transfer heat. Therefore, the heat of the semiconductor element is radiated from the heat radiating surface of the heat radiating plate 16. Therefore, the temperature rise of the semiconductor element can be suppressed, and the original function of the semiconductor element or the power semiconductor device can be continuously exhibited.

また、放熱板１６の取付面には、複数の半導体モジュール１３が伝熱板１５を介して立設される。そのため、１つの放熱板１６に対して半導体モジュール１３を高密度で設けることができる。従って、電力用半導体装置１１の全体の容積を小さくすることが可能になる。   A plurality of semiconductor modules 13 are erected on the mounting surface of the heat radiating plate 16 via the heat transfer plate 15. Therefore, the semiconductor modules 13 can be provided with high density with respect to one heat sink 16. Therefore, the entire volume of the power semiconductor device 11 can be reduced.

また、半導体モジュール１３は、伝熱板１６に取り付けられるだけであり、半導体モジュール１６には、外部から受ける圧力等の負荷が掛からない。そのため、半導体モジュール１６に強い強度は要求されず、その結果、半導体モジュールの小型化及び／又は軽量化が可能になる。   Moreover, the semiconductor module 13 is only attached to the heat transfer plate 16, and the semiconductor module 16 is not subjected to a load such as pressure received from the outside. Therefore, the semiconductor module 16 is not required to have high strength, and as a result, the semiconductor module can be reduced in size and / or weight.

これまで、電力用半導体装置１１の構成について説明した。ここから、電力用半導体装置１１の製造方法、特に伝熱板１５を放熱板１６に固定する方法について説明する。   So far, the configuration of the power semiconductor device 11 has been described. From here, the manufacturing method of the semiconductor device 11 for electric power, especially the method of fixing the heat exchanger plate 15 to the heat sink 16 is demonstrated.

第１支持部１９及び第２支持部２１は、上述のように、伝熱板１５を取付面１８に立設する。その方法を、図３を参照して説明する。まず、放熱板１６が、伝熱板１５の平板部１７を下から支持する載置台６１の上に置かれる。伝熱板１５が、取付面１８に対して起立した状態で、載置台６１の上の放熱板１６の第１支持部１９と変形前の第２支持部６５との間の挟持部２３に、配置される。この状態で、パンチ６３によって、上方から伝熱板１５と平行な方向（図３の矢印の方向）に第２支持部６５を押し下げる。パンチ６３を押下した位置を点線のパンチ６７で示す。これにより、第２支持部６５は、押し潰され、伝熱板１５を第１支持部１９に押し付けるように塑性変形する。ここで、パンチ６３は、第２支持部６５よりも硬い材料からなる。又、パンチ６３の先端は、側方から見た場合に、伝熱板１５から離れるに従って下方に下がるように傾斜している。このように、パンチ６３の先端が傾斜することによって、第２支持部６５を伝熱板１５の方に偏って潰すことができ、伝熱部１５を第１支持部１９に強く押し付けることが可能になる。そのため、伝熱板１５と第２支持部２１との接触面積を広くすることができ、より効率的に伝熱部１５から放熱板１６に熱を伝えることが可能になる。   As described above, the first support portion 19 and the second support portion 21 erect the heat transfer plate 15 on the mounting surface 18. The method will be described with reference to FIG. First, the heat sink 16 is placed on a mounting table 61 that supports the flat plate portion 17 of the heat transfer plate 15 from below. In the state where the heat transfer plate 15 stands up with respect to the mounting surface 18, the sandwiching portion 23 between the first support portion 19 of the heat dissipation plate 16 on the mounting table 61 and the second support portion 65 before deformation, Be placed. In this state, the punch 63 pushes down the second support portion 65 from above in the direction parallel to the heat transfer plate 15 (the direction of the arrow in FIG. 3). A position where the punch 63 is pressed is indicated by a dotted line punch 67. Accordingly, the second support portion 65 is crushed and plastically deformed so as to press the heat transfer plate 15 against the first support portion 19. Here, the punch 63 is made of a material harder than the second support portion 65. Further, when viewed from the side, the tip of the punch 63 is inclined so as to descend downward as it is separated from the heat transfer plate 15. In this way, the tip of the punch 63 is inclined, so that the second support portion 65 can be crushed in the direction of the heat transfer plate 15 and the heat transfer portion 15 can be strongly pressed against the first support portion 19. become. Therefore, the contact area between the heat transfer plate 15 and the second support portion 21 can be widened, and heat can be transferred from the heat transfer portion 15 to the heat radiating plate 16 more efficiently.

なお、第２支持部６５は、長手方向（取付面１８方向）に水平なパンチ６３で第２支持部６５の長手方向に一度に押圧されてもよいが、長手方向に対して傾斜したパンチ６３で第２支持部６５の一方から次第に押圧されてもよい。   The second support portion 65 may be pressed at once in the longitudinal direction of the second support portion 65 with a punch 63 that is horizontal in the longitudinal direction (mounting surface 18 direction), but the punch 63 inclined with respect to the longitudinal direction. Thus, it may be gradually pressed from one of the second support portions 65.

なお、第２支持部６５を押し潰す量は、伝熱部１５を第１支持部１９に押し付ける強さと接触面積に影響するため、伝熱部１５から放熱板１６への伝熱効率に影響する。従って、第２支持部６５は、伝熱部１５から放熱板１６に伝えるべき伝熱量に応じて適宜調節されるとよい。また、第２支持部６５だけでなく、第１支持部１９も押し潰してもよい。   The amount by which the second support portion 65 is crushed affects the strength and contact area with which the heat transfer portion 15 is pressed against the first support portion 19, and therefore affects the heat transfer efficiency from the heat transfer portion 15 to the heat radiating plate 16. Therefore, the second support portion 65 may be appropriately adjusted according to the amount of heat transferred from the heat transfer portion 15 to the heat radiating plate 16. Further, not only the second support part 65 but also the first support part 19 may be crushed.

このように、第２支持部６５を押し潰すことによって、第２支持部６５は塑性変形する。これによって、伝熱板１５は、第１及び第２支持部１９，６５によって挟持され、伝熱板１５は、放熱板１６の取付面１８に垂直に固定される。また、このように挟持する取付方法によると、伝熱板１５の表面全体を水冷する場合に較べて伝熱抵抗は相対的に大きくなるが、例えばＳｉＣベースの化合物半導体素子の機能を維持するために十分な熱を伝熱板１５から放熱板１６に伝えることができる。例えば、ＳｉＣベースの化合物半導体デバイスでは、オン抵抗がＳｉ半導体デバイスより１／２〜１／５程度と低い。電力損失もオン抵抗に比例して１／２〜１／５程度になる。具体的には、ＳｉのＩＧＢＴのオン抵抗が２０ｍΩ・ｃｍ２程度であるのに対し、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴでは、４〜１０ｍΩ・ｃｍ２程度のオン抵抗である。又、ＳｉＣベースの半導体素子は、動作温度の上限が３００℃程度ときわめて高く、Ｓｉに比べて温度上昇に対する制約が緩やかである。したがって、第１及び第２支持部１９，６５によって押圧して伝熱板１５を挟持する方法は、ＳｉＣデバイスを用いた半導体装置に適切な方法である。フィン２５を空冷する場合は、伝熱板１５と第１及び第２支持部１９，６５の間の伝熱抵抗は無視できるため、支持部や伝熱板の材料に較べて熱抵抗の大きい接合であっても問題にならず、塑性変形を用いた固定方法は合理的である。
また、水冷の場合は、前述の伝熱抵抗が無視できなくなるため、熱伝導性グリース、熱伝導性ゲル、銀粒子分散ペースト、銀粒子分散液等を挟持部２３および支持部１９との接触面に予め塗布した状態で、又は、薄いグラファイトシートを挟持部２３と伝熱板１５との間に挟んだ状態で、第２支持部２１を押し潰すことによって、伝熱板１５と放熱板１６との接続部分の伝熱抵抗を低減させることができる。 Thus, by crushing the second support portion 65, the second support portion 65 is plastically deformed. Accordingly, the heat transfer plate 15 is sandwiched between the first and second support portions 19 and 65, and the heat transfer plate 15 is fixed vertically to the mounting surface 18 of the heat radiating plate 16. Moreover, according to the attachment method clamped in this way, the heat transfer resistance becomes relatively larger than when the entire surface of the heat transfer plate 15 is water-cooled, but for example, to maintain the function of the SiC-based compound semiconductor element. Sufficient heat can be transferred from the heat transfer plate 15 to the heat dissipation plate 16. For example, in the SiC-based compound semiconductor device, the on-resistance is as low as about 1/2 to 1/5 that of the Si semiconductor device. The power loss is also about 1/2 to 1/5 in proportion to the on-resistance. Specifically, the on-resistance of the Si IGBT is about 20 mΩ · cm 2 , whereas the SiC MOSFET has an on-resistance of about 4 to 10 mΩ · cm 2 . In addition, the upper limit of the operating temperature of the SiC-based semiconductor element is as high as about 300 ° C., and the restriction on the temperature rise is milder than that of Si. Therefore, a method of pressing the heat transfer plate 15 by pressing with the first and second support portions 19 and 65 is a method suitable for a semiconductor device using an SiC device. When the fins 25 are air-cooled, the heat transfer resistance between the heat transfer plate 15 and the first and second support portions 19 and 65 can be ignored, so that the heat resistance is higher than the material of the support portion and the heat transfer plate. However, there is no problem, and a fixing method using plastic deformation is reasonable.
In addition, in the case of water cooling, the above-described heat transfer resistance cannot be ignored, so that the contact surface between the sandwiching portion 23 and the support portion 19 with the heat conductive grease, heat conductive gel, silver particle dispersion paste, silver particle dispersion, etc. The heat transfer plate 15 and the heat radiating plate 16 are crushed by crushing the second support portion 21 in a state in which the second support portion 21 is crushed in a state where the heat treatment plate 15 is preliminarily applied to The heat transfer resistance of the connecting portion can be reduced.

なお、伝熱板１５は、第２支持部を押圧して潰すことなく、第１支持部と第２支持部との間に、はんだ等のロウ付け、接着剤を用いて固定されてもよい。接着剤を用いる場合は、例えば銀粒子を多く含有するものを利用することによって、熱伝導率を高くすることが可能になる。具体的には、伝熱板と放熱板の接続が、ロウ材、銀多くを含む接着剤等のように、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋより高い材料であれば、６０ｍｍ２程度の接合面積を確保することによって、伝熱板１５と放熱板１６との接続部分での熱抵抗は、０．３℃／Ｗ以下にすることは容易である。例えば、半導体素子がＳｉベースのＩＧＢＴとダイオードで構成されている場合、ピーク電流７５Ａ、キャリア周波数３ｋＨｚで１５０Ｗの損失があるとすると、接続部分の熱抵抗が０．３℃／Wであるとすると、温度上昇は、４５℃となる。Ｓｉベースの半導体素子の一般的な動作温度上限は１５０℃程度であるため、室温を考慮しても、十分に動作温度の範囲にある。従って、本発明によれば、大電流容量のＳｉベースの半導体素子を動作させることができる小型の電力用半導体装置を提供することが可能になる。 Note that the heat transfer plate 15 may be fixed between the first support portion and the second support portion by brazing such as solder or using an adhesive without pressing and crushing the second support portion. . When an adhesive is used, it is possible to increase the thermal conductivity by using, for example, a material containing a large amount of silver particles. Specifically, if the connection between the heat transfer plate and the heat radiating plate is a material having a thermal conductivity higher than 30 W / m · K, such as a brazing material or an adhesive containing a large amount of silver, a joining of about 60 mm 2 By securing the area, it is easy to set the thermal resistance at the connection portion between the heat transfer plate 15 and the heat dissipation plate 16 to 0.3 ° C./W or less. For example, when the semiconductor element is composed of a Si-based IGBT and a diode, assuming that there is a loss of 150 W at a peak current of 75 A and a carrier frequency of 3 kHz, the thermal resistance of the connection portion is 0.3 ° C./W. The temperature rise is 45 ° C. Since the general upper limit of the operating temperature of a Si-based semiconductor element is about 150 ° C., it is sufficiently within the operating temperature range even when room temperature is taken into consideration. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small power semiconductor device capable of operating a Si-based semiconductor element having a large current capacity.

実施の形態２．
本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態１の電力用半導体装置１１と概ね同じ構成であり、第２支持部の形状に特徴を有する。図４は、実施の形態２の放熱板１１６が有する第２支持部７１の側面図である。変形前の第２支持部７１は、図示するように、パンチ７５によって押圧される上面に、押圧溝７３を有する。押圧溝７３は、第２支持部７１の長手方向に沿って形成される。第２支持部７１は、パンチ７５で上方から伝熱板１５に平行な方向（図の矢印の方向）に押圧されることによって、塑性変形する。変形した第２支持部８１は、伝熱板１５を第１支持部１９の方向に押し付ける。 Embodiment 2. FIG.
The power semiconductor device of the present embodiment has substantially the same configuration as that of the power semiconductor device 11 of the first embodiment, and is characterized by the shape of the second support portion. FIG. 4 is a side view of the second support portion 71 included in the heat sink 116 of the second embodiment. The 2nd support part 71 before a deformation | transformation has the pressing groove 73 in the upper surface pressed by the punch 75 so that it may show in figure. The pressing groove 73 is formed along the longitudinal direction of the second support portion 71. The second support portion 71 is plastically deformed by being pressed from above by a punch 75 in a direction parallel to the heat transfer plate 15 (in the direction of the arrow in the figure). The deformed second support portion 81 presses the heat transfer plate 15 toward the first support portion 19.

パンチ７５は、図示するように、側面がＶ字状で、先端部７７が突き出ている。パンチ７５を矢印方向に押し下げると、押圧溝７３は、先端部７７に嵌る。これによって、押圧する機器であるパンチ７５の先端７７の位置決めが容易にかつ正確になる。また、押圧溝７３を設けることによって、第２支持部７１は、押圧溝７３を中心に開くように変形し易くなり、第２支持部７１の加工が容易になる。その結果、パンチ７５を点線で示すパンチ７７にまで押し下げると、第２支持部７１は、点線で示す第２支持部８１のように塑性的に変形する。これにより、伝熱板１５を放熱板１７に対して垂直に固定することが可能になる。   As shown in the drawing, the punch 75 has a V-shaped side surface and a tip 77 protruding. When the punch 75 is pushed down in the direction of the arrow, the pressing groove 73 is fitted into the tip portion 77. As a result, the positioning of the tip 77 of the punch 75, which is a device to be pressed, becomes easy and accurate. Also, by providing the pressing groove 73, the second support portion 71 is easily deformed so as to open around the pressing groove 73, and the processing of the second support portion 71 is facilitated. As a result, when the punch 75 is pushed down to the punch 77 indicated by the dotted line, the second support portion 71 is plastically deformed like the second support portion 81 indicated by the dotted line. Thereby, the heat transfer plate 15 can be fixed perpendicularly to the heat radiating plate 17.

実施の形態３．
本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態２の電力用半導体装置と概ね同じ構成であり、伝熱板の固定部及びその近傍の形状に特徴を有する。図５は、実施の形態３の伝熱板１１５ａの側面図である。伝熱板１１５ａは、第１及び第２支持部１９，７１により挟持される部分である固定部に、変形部分を有する。変形部分は、変形した第２支持部１１９ａに当接する位置及びその近傍に設けられる、帯状の窪み部分１１７ａである。 Embodiment 3 FIG.
The power semiconductor device according to the present embodiment has substantially the same configuration as the power semiconductor device according to the second embodiment, and is characterized by the shape of the fixing portion of the heat transfer plate and the vicinity thereof. FIG. 5 is a side view of the heat transfer plate 115a of the third embodiment. The heat transfer plate 115 a has a deformed portion at a fixed portion that is a portion sandwiched between the first and second support portions 19 and 71. The deformed portion is a band-shaped dent portion 117a provided at and near the position where the deformed second support portion 119a abuts.

第２支持部７１は、パンチ７５を点線で示すパンチ７９まで押し下げると、実施の形態２と同様に押圧溝７３を中心に開くように変形する。変形した第２支持部７１は、窪み部分１１７ａの一部を埋めるような形状に塑性変形する。その結果、窪み部分１１７ａは、変形した第２支持部１１９ａと係合し、これによって、伝熱板１１５ａとの接触面積を広くして接続部分での伝熱抵抗を減らすことが可能になり、また挟持部２３が伝熱板１１５ａを確実に挟持して固定することが可能になる。特に放熱板１１６が加熱されて熱膨張した場合でも、伝熱板１１５に垂直方向にはたらく引っ張り力に対して、安定した強度を維持することが可能である。   When the punch 75 is pushed down to the punch 79 indicated by a dotted line, the second support portion 71 is deformed so as to open around the pressing groove 73 as in the second embodiment. The deformed second support portion 71 is plastically deformed into a shape that fills a part of the recessed portion 117a. As a result, the recessed portion 117a is engaged with the deformed second support portion 119a, thereby making it possible to widen the contact area with the heat transfer plate 115a and reduce the heat transfer resistance at the connection portion, Further, the sandwiching part 23 can securely sandwich and fix the heat transfer plate 115a. In particular, even when the heat radiating plate 116 is heated and thermally expanded, it is possible to maintain a stable strength against a pulling force acting in a direction perpendicular to the heat transfer plate 115.

なお、伝熱板１１５ａが有する変形部分は、図６に示すように、側方から見て、表面に上下方向に波形又は山型が連続して設けられた鋸歯状の鋸歯状部分１１７ｂであってもよい。これによっても、変形した第２支持部１１９ｂは、鋸歯状部分１１７ｂの形状に適合して塑性変形するため、変形した第２支持部１１９ａと係合する。従って、伝熱板１１５ｂと放熱板１７との接続部分の接触面積を大きくして接続部分での伝熱抵抗を減らすとともに、確実に固定することが可能になる。   As shown in FIG. 6, the deformed portion of the heat transfer plate 115a is a sawtooth-shaped sawtooth portion 117b in which a waveform or a mountain shape is continuously provided on the surface in the vertical direction when viewed from the side. May be. Also by this, the deformed second support portion 119b is plastically deformed in conformity with the shape of the serrated portion 117b, and thus engages with the deformed second support portion 119a. Therefore, the contact area of the connection portion between the heat transfer plate 115b and the heat radiating plate 17 can be increased to reduce the heat transfer resistance at the connection portion, and can be reliably fixed.

実施の形態４．
本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態２の電力用半導体装置と概ね同じ構成であり、放熱板に特徴を有する。放熱板２１６の平板部２１７は、取付面２１８に、図７に示すように、伝熱板１５の固定部を挿入するための挿入溝２１９を有する。挿入溝２１９は、切削等によって、平板部２１７の取付面２１８に設けられた溝である。また、第１支持部１９と第２支持部７１とは、挿入溝２１９の両端部のそれぞれに立設される。すなわち、第１支持部１９と第２支持部７１とは、第１支持部１９及び第２支持部７１のそれぞれの対向する面と、挿入溝２１９を形成する対向する面とが、それぞれ平らに連続するように、取付面２１８に設けられる。これにより、第２支持部７１の変形量は、点線で示す第２支持部２８１のように、大きくなる。そのため、伝熱板１５と放熱板２１６との接触面積を広く確保することができ、接続部分での伝熱抵抗を減らすことが可能になる。 Embodiment 4 FIG.
The power semiconductor device of the present embodiment has substantially the same configuration as that of the power semiconductor device of the second embodiment and is characterized by a heat sink. As shown in FIG. 7, the flat plate portion 217 of the heat radiating plate 216 has an insertion groove 219 for inserting the fixing portion of the heat transfer plate 15 on the mounting surface 218. The insertion groove 219 is a groove provided on the mounting surface 218 of the flat plate portion 217 by cutting or the like. In addition, the first support portion 19 and the second support portion 71 are provided upright at both ends of the insertion groove 219. That is, the first support portion 19 and the second support portion 71 are such that the opposing surfaces of the first support portion 19 and the second support portion 71 and the opposing surfaces forming the insertion groove 219 are flat. It is provided on the mounting surface 218 so as to be continuous. Thereby, the deformation amount of the second support portion 71 is increased as in the second support portion 281 indicated by the dotted line. Therefore, a wide contact area between the heat transfer plate 15 and the heat radiating plate 216 can be secured, and the heat transfer resistance at the connection portion can be reduced.

なお、平板部２１７は、取付面２１８に設けられる挿入溝２１９に代えて、取付面２１８から放熱面２２４にまで貫通するスロットであってもよい。この場合、伝熱板１５の固定部は、底面とそれに対向する上面との間の帯状部分であり、スロットに囲われて第１及び第２挟持部によって固定される。この場合、スロットがあるため放熱面２２４の近傍に水を流すことは困難であるため、空冷方式が適する。   The flat plate portion 217 may be a slot that penetrates from the mounting surface 218 to the heat radiating surface 224 instead of the insertion groove 219 provided on the mounting surface 218. In this case, the fixing portion of the heat transfer plate 15 is a belt-like portion between the bottom surface and the upper surface facing the bottom surface, and is fixed by the first and second sandwiching portions surrounded by the slot. In this case, since there is a slot, it is difficult to flow water in the vicinity of the heat radiating surface 224, so an air cooling method is suitable.

実施の形態５．
本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態２の電力用半導体装置と概ね同じ構成であり、放熱板に特徴を有する。放熱板３１７の平板部３１７は、図８に示すように、伝熱板１５の固定部を挿入するための挿入溝３１９と、パンチ７５の先端７７の位置決め及び押圧による取付面３１８の変形を容易にする押圧溝３２１とを有する。すなわち、放熱板３１７は、実施の形態２と異なり、第２支持部を有しない。 Embodiment 5 FIG.
The power semiconductor device of the present embodiment has substantially the same configuration as that of the power semiconductor device of the second embodiment and is characterized by a heat sink. As shown in FIG. 8, the flat plate portion 317 of the heat radiating plate 317 easily deforms the mounting surface 318 by positioning and pressing the insertion groove 319 for inserting the fixing portion of the heat transfer plate 15 and the tip 77 of the punch 75. And a pressing groove 321. That is, unlike the second embodiment, the heat radiating plate 317 does not have the second support portion.

挿入溝３１９及び押圧溝３２１は、切削等によって、平板部２１７の取付面３１８に設けられた溝である。挿入溝３１９及び押圧溝３２１は、互いに平行であり、所定の距離で設けられる。挿入溝３１９は、底面部と、底面部の両端から互いに対向して起立する第１面部及び第２面部によって形成される。第１支持部１９は、第１面部に立設される。第１支持部１９は、その一面と、第１面部が有する面とが平らに連続するように設けられる。押圧溝３２１は、第２面部の近傍に設けられる。押圧溝３２１は、パンチ７５によって押圧され、それによって、第２面部が伝熱板１５を第１面部に押し付けるように塑性変形する。図８では、変形後の第２面部３８１の形状を点線で示す。挿入溝３１９と押圧溝３２１との距離は、押圧部３２１をパンチ７５で押圧したときの変形によって伝熱板１５を固定できる距離である。   The insertion groove 319 and the pressing groove 321 are grooves provided on the attachment surface 318 of the flat plate portion 217 by cutting or the like. The insertion groove 319 and the pressing groove 321 are parallel to each other and provided at a predetermined distance. The insertion groove 319 is formed by a bottom surface portion, and a first surface portion and a second surface portion that stand to face each other from both ends of the bottom surface portion. The first support portion 19 is erected on the first surface portion. The 1st support part 19 is provided so that the one surface and the surface which a 1st surface part has may continue flat. The pressing groove 321 is provided in the vicinity of the second surface portion. The pressing groove 321 is pressed by the punch 75, whereby the second surface portion is plastically deformed so as to press the heat transfer plate 15 against the first surface portion. In FIG. 8, the shape of the deformed second surface portion 381 is indicated by a dotted line. The distance between the insertion groove 319 and the pressing groove 321 is a distance at which the heat transfer plate 15 can be fixed by deformation when the pressing portion 321 is pressed by the punch 75.

なお、第１支持部１９はなくてもよい。この場合、第１支持部１９の代わりに、挿入溝３１９の第１面部が、伝熱板１５に当接して伝熱板１５を支持する。   In addition, the 1st support part 19 does not need to be. In this case, instead of the first support portion 19, the first surface portion of the insertion groove 319 contacts the heat transfer plate 15 to support the heat transfer plate 15.

このように、放熱板は、第２支持部を備えず、押圧溝を備えるだけである。そのため、放熱板に施す加工が少なくてすむ。その結果、放熱板の製造が容易になる。   Thus, the heat sink does not include the second support part, but only includes the pressing groove. Therefore, less processing is required for the heat sink. As a result, manufacture of a heat sink becomes easy.

実施の形態６．
本実施の形態の電力用半導体装置は、実施の形態１の電力用半導体装置と概ね同じ構成であり、放熱板に特徴を有する。放熱板４１６は、図９の側方断面図及び図１０の斜視図に示すように、平板部４１７にスロット４２１を備える。本実施の形態の電力用半導体装置は、スロット４２１を備えるため、空冷方式に適する。なお、放熱板４１６は、放熱面４２４に、フィンを備えてもよい。 Embodiment 6 FIG.
The power semiconductor device according to the present embodiment has substantially the same configuration as the power semiconductor device according to the first embodiment, and is characterized by a heat sink. As shown in the side sectional view of FIG. 9 and the perspective view of FIG. 10, the heat radiating plate 416 includes a slot 421 in the flat plate portion 417. Since the power semiconductor device of the present embodiment includes the slot 421, it is suitable for the air cooling system. Note that the heat dissipation plate 416 may include fins on the heat dissipation surface 424.

スロット４２１は、第１支持部４１９に平行に形成される。スロット４２１は、第１支持部４１９に隣接する。すなわち、スロット４２１は、スロット４２１を形成する一面と、第１支持部４１９の一面とが連続する平らな支持面を形成するように、設けられる。変形後の第２支持部４２７は、支持面を支える支持部材４６３がスロット４２１を介して挿入された状態で、変形前の第２支持部４２３を第１支持部４１９の方向に押すことによって形成される。   The slot 421 is formed in parallel with the first support part 419. The slot 421 is adjacent to the first support part 419. That is, the slot 421 is provided so as to form a flat support surface in which one surface forming the slot 421 and one surface of the first support portion 419 are continuous. The deformed second support portion 427 is formed by pushing the unsupported second support portion 423 in the direction of the first support portion 419 in a state where the support member 463 that supports the support surface is inserted through the slot 421. Is done.

本実施の形態の第２支持部４２３の加工方法について説明する。第２支持部４２３は、放熱板４１７が載置される載置台４６１と、載置台４６１から起立する支持部材４６３と、押圧棒４６５とを備える加工機によって、加工される。まず、放熱板４１７が載置台４６１に載置される。このとき、支持部材４６３がスロット４２１を貫通するように、載置される。次に、押圧棒４６５が、側方に移動し、第２支持部４２３を第１支持部４１９の方向（図中の矢印の方向）に押圧する。押圧棒４６５が、点線で示す押圧棒４６７の位置にまで移動すると、第２支持部４２３は、伝熱板１５を第１支持部材側に押さえ付けるように塑性変形する。このように、押圧棒４６３が第２支持部４２３を押圧している間、支持部材４６３は、放熱板４１７が移動したり、第１支持部材４１９が変形することがないように、第１支持部４１９の支持面を支える。これによると、パンチによって第２支持部を上下方向に押圧できない場合であっても、第１及び第２支持部とで伝熱板１５を挟持して固定することが可能になる。押圧棒４６５の先端は、第２支持部４２３の根元をせん断破壊して第２支持部４２３が折れてしまわないように、テーパーが形成されている。このため、第２支持部４２３の根元の変形は小さくて良い。   A method for processing the second support portion 423 of the present embodiment will be described. The second support portion 423 is processed by a processing machine including a mounting table 461 on which the heat radiating plate 417 is mounted, a support member 463 that stands up from the mounting table 461, and a pressing rod 465. First, the heat radiating plate 417 is mounted on the mounting table 461. At this time, the support member 463 is placed so as to penetrate the slot 421. Next, the pressing rod 465 moves to the side and presses the second support portion 423 in the direction of the first support portion 419 (the direction of the arrow in the drawing). When the pressing bar 465 moves to the position of the pressing bar 467 indicated by the dotted line, the second support portion 423 is plastically deformed so as to press the heat transfer plate 15 toward the first support member. In this manner, while the pressing rod 463 is pressing the second support portion 423, the support member 463 has the first support so that the heat radiating plate 417 does not move and the first support member 419 is not deformed. The support surface of the part 419 is supported. According to this, even if it is a case where a 2nd support part cannot be pressed in an up-down direction with a punch, it becomes possible to pinch | interpose and fix the heat exchanger plate 15 with a 1st and 2nd support part. The tip of the pressing rod 465 is tapered so that the second support part 423 is not broken by shearing and breaking the base of the second support part 423. For this reason, the deformation | transformation of the base of the 2nd support part 423 may be small.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は各実施の形態に限定されるものではない。例えば、各実施の形態に含まれる要素を矛盾しない限度で、任意に組み合わせて構成される電力用半導体装置も本発明に含まれる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to each embodiment. For example, a power semiconductor device configured by arbitrarily combining elements included in each embodiment as long as they do not contradict each other is also included in the present invention.

本発明は、電力用の半導体素子又は電力用の半導体モジュールを備える電力用半導体装置に適用できる。   The present invention can be applied to a power semiconductor device including a power semiconductor element or a power semiconductor module.

本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の斜視図。1 is a perspective view of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１に係る電力用半導体装置の側方断面図。1 is a side sectional view of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１に係る放熱板の形状及び伝熱板の固定方法を説明するための側面図。The side view for demonstrating the shape of the heat sink and the fixing method of a heat exchanger plate which concern on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２に係る放熱板の形状及び伝熱板の固定方法を説明するための側面図。The side view for demonstrating the shape of the heat sink and the fixing method of a heat exchanger plate which concern on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３に係る伝熱板の形状及びその固定方法を説明するための側面図。The side view for demonstrating the shape of the heat exchanger plate which concerns on Embodiment 3 of this invention, and its fixing method. 本発明の実施の形態３の一変形例に係る伝熱板の形状及びその固定方法を説明するための側面図。The side view for demonstrating the shape of the heat exchanger plate which concerns on the modification of Embodiment 3 of this invention, and its fixing method. 本発明の実施の形態４に係る放熱板の形状及び伝熱板の固定方法を説明するための側面図。The side view for demonstrating the shape of the heat sink which concerns on Embodiment 4 of this invention, and the fixing method of a heat exchanger plate. 本発明の実施の形態５に係る放熱板の形状及び伝熱板の固定方法を説明するための側面図。The side view for demonstrating the shape of the heat sink which concerns on Embodiment 5 of this invention, and the fixing method of a heat exchanger plate. 本発明の実施の形態６に係る放熱板の形状及び伝熱板の固定方法を説明するための側方断面図。Side sectional drawing for demonstrating the shape of the heat sink which concerns on Embodiment 6 of this invention, and the fixing method of a heat exchanger plate. 本発明の実施の形態６に係る放熱板の斜視図。The perspective view of the heat sink which concerns on Embodiment 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 電力用半導体装置、１３ 半導体モジュール、１５・１１５ａ・１１５ｂ 伝熱板、１６・１１６・４１６ 放熱板、１７・４１７ 平板部、１８ 取付面、１９・４１９ 第１支持部、２１・６５・７１・８１・１１９ａ・１１９ｂ・２８１・４２３・４２７ 第２支持部、２３・４２５ 挟持部、２４・４２４ 放熱面、２５ フィン、２９ 流路、３１ 流入管、３２ 隔壁、３３ 排水管、３５ 配管、４１ モジュール基板、４３ 半導体素子、４５ 配線、４７ 樹脂、４９ 端子、５１ 半導体端子、５３ 接続用端子、７３ 押圧溝、１１７ａ 窪み部分、１１７ｂ 鋸歯状部分、４２１ スロット。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Power semiconductor device, 13 Semiconductor module, 15 * 115a * 115b Heat-transfer board, 16 * 116 * 416 Heat sink, 17 * 417 Flat plate part, 18 Mounting surface, 19 * 419 1st support part, 21 * 65 * 71 81, 119a, 119b, 281, 423, 427 Second support part, 23, 425 Clamping part, 24, 424 Heat radiation surface, 25 Fin, 29 Channel, 31 Inlet pipe, 32 Bulkhead, 33 Drain pipe, 35 Piping, 41 module substrate, 43 semiconductor element, 45 wiring, 47 resin, 49 terminal, 51 semiconductor terminal, 53 connection terminal, 73 pressing groove, 117a recessed portion, 117b serrated portion, 421 slot.

Claims (13)

使用時に発熱する電力用の半導体素子と、上記半導体素子を支持する伝熱性のモジュール基板を有し、樹脂によりモールドされている複数の電力用の半導体モジュールと、
上記モジュール基板に固定される伝熱性の伝熱板と、
放熱面から熱を放散し、上記放熱面に対向する取付面に上記伝熱板が立設される放熱板とを備え、
上記伝熱板は、上記モジュール基板が取り付けられるモジュール取付部と、このモジュール取付部に連なり、上記放熱板の支持部に挟持されて上記放熱板に固定される固定部とを有する、
ことを特徴とする電力用半導体装置。 A semiconductor element for electric power that generates heat during use, have a module substrate of thermally conductive supporting the semiconductor element, a semiconductor module for a plurality of power being molded by resin,
A heat transfer plate fixed to the module substrate;
A heat dissipating plate that dissipates heat from the heat dissipating surface and on which the heat transfer plate is erected on the mounting surface facing the heat dissipating surface;
The heat transfer plate has a module attachment portion to which the module substrate is attached, and a fixing portion that is connected to the module attachment portion and is sandwiched between support portions of the heat dissipation plate and fixed to the heat dissipation plate.
A power semiconductor device. 上記放熱板は、上記伝熱板の上記固定部を挟持する第１支持部及び第２支持部を上記取付面に有し、
上記第２支持部は、挟持された上記固定部を上記第１支持部側に押し付けるように塑性変形していることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。 The heat dissipation plate has a first support portion and a second support portion that sandwich the fixing portion of the heat transfer plate on the mounting surface,
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the second support portion is plastically deformed so as to press the clamped fixed portion against the first support portion. 上記第２支持部は、上記第１支持部と変形前の第２支持部との間に上記固定部が配置された状態で、上記変形前の第２支持部を上記固定部と平行な方向に押圧することによって塑性変形していることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。 The second support portion is arranged in a direction parallel to the fixed portion with the second support portion before deformation in a state where the fixed portion is disposed between the first support portion and the second support portion before deformation. The power semiconductor device according to claim 2, wherein the power semiconductor device is plastically deformed by being pressed. 上記変形前の第２支持部は、押圧される部分に押圧溝を有することを特徴とする請求項３に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor device according to claim 3, wherein the second support part before the deformation has a pressing groove in a pressed part. 上記放熱板は、上記取付面に、上記伝熱板の上記固定部が挿入される挿入溝を有し、
上記第１支持部及び上記第２支持部は、上記挿入溝の長手方向の両側面と連続する面を有するように設けられることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の電力用半導体装置。 The heat dissipation plate has an insertion groove into which the fixing portion of the heat transfer plate is inserted on the mounting surface,
The said 1st support part and the said 2nd support part are provided so that it may have a surface continuous with the both sides | surfaces of the longitudinal direction of the said insertion groove | channel, The any one of Claim 2 to 4 characterized by the above-mentioned. The power semiconductor device according to the above. 上記挿入溝は、上記取付面から上記放熱面まで貫通するスロットであることを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置。 The power semiconductor device according to claim 5 , wherein the insertion groove is a slot penetrating from the mounting surface to the heat dissipation surface . 上記放熱板は、
上記取付面に形成され、上記伝熱板の上記固定部が挿入される挿入溝を有し、
上記挿入溝は、
上記伝熱板と当接する第１面部と、
上記第１面部と対向する第２面部とを有し、
上記第２面部は、上記挿入溝の深さ方向に上記第２面部の近傍が押圧されることによって、上記第１面部に上記固定部を押し付けるように塑性変形していることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。 The heat sink is
An insertion groove formed on the mounting surface and into which the fixing portion of the heat transfer plate is inserted;
The insertion groove
A first surface portion in contact with the heat transfer plate;
A second surface portion facing the first surface portion;
The second surface portion is plastically deformed so as to press the fixing portion against the first surface portion when the vicinity of the second surface portion is pressed in the depth direction of the insertion groove. Item 2. The power semiconductor device according to Item 1. 上記固定部は、変形した上記第２支持部と当接する部分に、変形した上記第２支持部と係合する変形部分を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電力用半導体装置。 8. The device according to claim 1, wherein the fixed portion has a deformed portion that engages with the deformed second support portion at a portion that contacts the deformed second support portion. 9. The power semiconductor device according to Item. 上記半導体モジュールは、上記モジュール基板を挟んで上記放熱板とは反対側にのみ配置される端子を有することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の電力用半導体装置。   The power semiconductor according to any one of claims 1 to 8, wherein the semiconductor module has a terminal disposed only on the opposite side of the heat sink with the module substrate interposed therebetween. apparatus. 上記放熱板は、上記放熱面に、上記放熱面の近傍を流れる熱媒体の流路中に突出する複数の放熱フィンを有することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の電力用半導体装置。   10. The heat dissipation plate according to claim 1, wherein the heat dissipation plate has a plurality of heat dissipation fins that protrude into a flow path of a heat medium that flows in the vicinity of the heat dissipation surface. The power semiconductor device according to the above. 複数の上記半導体モジュールは、上記伝熱板上に間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の電力用半導体装置。11. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of semiconductor modules are arranged on the heat transfer plate at intervals. 使用時に発熱する電力用の半導体素子と、上記半導体素子を支持する伝熱性のモジュール基板を有し、樹脂によりモールドされている複数の電力用の半導体モジュールと、
上記モジュール基板に固定される伝熱性の伝熱板と、
放熱面から熱を放散し、上記放熱面に対向する取付面に上記伝熱板が立設される放熱板とを備え、
上記伝熱板は、上記モジュール基板が取り付けられるモジュール取付部と、このモジュール取付部に連なり、上記放熱板の第１支持部及び第２支持部に挟持される固定部とを有する電力用半導体装置の製造方法であって、
上記第１支持部及び第２支持部の間に上記伝熱板を垂直に取り付けるステップと、
上記第２支持部を押圧することによって、上記第２支持部が、挟持された上記固定部を上記第１支持部側に押し付けるように、上記第２支持部を塑性変形させるステップとを含むことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。 A semiconductor element for electric power that generates heat during use, have a module substrate of thermally conductive supporting the semiconductor element, a semiconductor module for a plurality of power being molded by resin,
A heat transfer plate fixed to the module substrate;
A heat dissipating plate that dissipates heat from the heat dissipating surface and on which the heat transfer plate is erected on the mounting surface facing the heat dissipating surface ;
The heat transfer plate includes a module attachment portion to which the module substrate is attached, and a fixing portion that is connected to the module attachment portion and is sandwiched between the first support portion and the second support portion of the heat dissipation plate. A manufacturing method of
Attaching the heat transfer plate vertically between the first support part and the second support part;
By pressing the second support part, the second support part plastically deforming the second support part so that the clamped fixed part is pressed against the first support part side. A method for manufacturing a power semiconductor device. 使用時に発熱する電力用の半導体素子と、上記半導体素子を支持する伝熱性のモジュール基板を有し、樹脂によりモールドされている複数の電力用の半導体モジュールと、
上記モジュール基板に固定される伝熱性の伝熱板と、
放熱面から熱を放散し、上記放熱面に対向する取付面に上記伝熱板が立設される放熱板とを備え、
上記伝熱板は、上記モジュール基板が取り付けられるモジュール取付部と、このモジュール取付部に連なり、上記放熱板の上記取付面に形成された挿入溝にて挟持される固定部とを有し、
上記挿入溝は、上記固定部と当接する第１面部と、上記第１面部と対向する第２面部とを有する電力用半導体装置の製造方法であって、
上記挿入溝に上記伝熱板を垂直に取り付けるステップと、
上記第２面部の近傍を押圧することによって、上記第２面部が、挟持された上記固定部を上記第１面部側に押し付けるように、上記第２面部を塑性変形させるステップとを含むことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。 A semiconductor element for electric power that generates heat during use, have a module substrate of thermally conductive supporting the semiconductor element, a semiconductor module for a plurality of power being molded by resin,
A heat transfer plate fixed to the module substrate;
A heat dissipating plate that dissipates heat from the heat dissipating surface and on which the heat transfer plate is erected on the mounting surface facing the heat dissipating surface ;
The heat transfer plate has a module attachment portion to which the module substrate is attached, and a fixing portion that is connected to the module attachment portion and is sandwiched by an insertion groove formed on the attachment surface of the heat dissipation plate,
The insertion groove is a method for manufacturing a power semiconductor device having a first surface portion that abuts on the fixing portion and a second surface portion that faces the first surface portion,
Attaching the heat transfer plate vertically to the insertion groove;
And pressing the vicinity of the second surface portion to plastically deform the second surface portion so that the second surface portion presses the clamped fixed portion against the first surface portion side. A method for manufacturing a power semiconductor device.
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