JP5566289B2 - 電力半導体回路装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
、上記溝の底部を露出させた状態でモールドし、その後、上記ベース板の上記溝に放熱フィンをかしめによって固着するようにしたものである。
なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力半導体回路装置を示す断面模式図である。図1において、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、もしくはMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のような電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11は、 アルミニウムからなるベース板12に一括してはんだあるいは接着剤13により接着されている。ベース板12は、押出し加工、又は鋳造、あるいはダイキャストにより製作され、電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11を搭載した面と反対側の面、即ち、ベース板12の裏面には予め溝14が加工されている。
次に、この発明の実施の形態2に係る電力半導体回路装置およびその製造方法について図3により説明する。
実施の形態2に係る電力半導体回路装置は、実施の形態1と同様に、電力半導体素子10、電力半導体素子10を搭載した配線部材11は、アルミニウムからなるベース板30に一括してはんだ付け、あるいは接着されている。また、図3(a)に示すように、電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11と、ベース板30は、ベース板30の裏面とベース板30の側面における一部の表面を露出するように、エポキシ系のモールド樹脂15でトランスファモールドされている。
次に、この発明の実施の形態3に係る電力半導体回路装置およびその製造方法について図4により説明する。
実施の形態3に係る電力半導体回路装置は、実施の形態1あるいは実施の形態2と同様に、図4(a)に示すように、電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11と、ベース板40が、ベース板40の裏面とベース板40の側面における一部の表面を露出するように、エポキシ系のモールド樹脂15でトランスファモールドされている。
次に、この発明の実施の形態4に係る電力半導体回路装置およびその製造方法について説明する。
実施の形態4に係る電力半導体回路装置は、上記各実施の形態と同様に、図5(a)に示すように、電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11が、ベース板50に搭載されている。ベース板50の電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11の搭載面と反対側の面、即ち、ベース板50の裏面50bが、電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11の搭載面、即ち、ベース板50の表面50aよりも小さくなるようにベース板50の側面に傾斜部50cを設けている。そして、モールド金型51には、モールド時にベース板50の傾斜部50cを押付けシールする手段となる傾斜部51aが形成されている。傾斜部50cは、実施の形態3の図4(b)において説明した階段部としてもよい。なお、その他の構成については実施の形態1と同様であり、同一符号を付してその説明を省略する。
次に、この発明の実施の形態5に係る電力半導体回路装置およびその製造方法について説明する。
実施の形態5に係る電力半導体回路装置は、図6(a)、(b)に示すように、ベース板60の表面、即ち、電力半導体素子10および電力半導体素子10を搭載した配線部材11の搭載面に、その面と垂直に凸部60aが形成されている。この凸部60aは、ベース板60の各側面の端部から少し内側の位置に設けられ、図6(a)に示すように、凸部60aを含むようにモールド樹脂15でモールドされている。また、ベース板60の表面の面積は、モールド樹脂15によるモールド部の投影面積に比べて大きく、かつ放熱フィン16の最端位置よりモールド樹脂15の側面が外側にある。ベース板60に形成した凸部60aは凹部でもかまわない。なお、その他の構成については実施の形態1と同様であり、同一符号を付してその説明を省略する。
また、ベース板60にアルミニウムを用いたとき、モールド樹脂15はアルミニウムとの接着性が良好でないため剥がれ易いが、凸部60aを形成することにより、ベース板60に対してモールド樹脂15の接着力が増し、放熱フィン16を形成する際のストレスにより、モールド樹脂15が剥がれること防ぐことができる。
図7は、本発明の実施の形態6における電力半導体回路装置であるパワーモジュールを示す正面縦断面図、図8は、実施の形態6のパワーモジュールの分解斜視図、図9は、実施の形態6のパワーモジュールの側面縦断面図、図10は、金属ベースの溝及び板金製放熱フィンの形状を示す縦断面図、図11は、金属ベースの溝内に板金製放熱フィンのかしめ部がかしめ接合された状態を示す縦断面図であり、図12は、金属ベースの溝と板金製放熱フィンとの間の隙間に高熱伝導性接着剤が充填された状態を示す縦断面図である。
PPS(polyphenylene sulfide)やPBT(polybutylene terephthalate)等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。金属ベース113とのかしめ接合時に、コルゲート型放熱フィン116の位置決めをし易いように、モールド樹脂115のフィン側の面115aの縁部に突起115bを設け、コルゲート型放熱フィン116の側部フランジ116dに設けられた孔116eに突起115bを嵌め込んで固定している。突起115bは、溝114にかしめ接合後の板金製放熱フィン116の位置ずれの抑制にも寄与している。
プレス刃118により、板金製放熱フィン116のかしめ部116aと金属ベース113の溝114とのかしめ接合を行なうとき、金属ベース113に実装されたパワー半導体素子111は、金属ベース113の変形による応力の発生により破損する可能性があり、パワー半導体素子111が破損しない程度の弱いプレス荷重でかしめ接合を行なう必要がある。
溝114の開口部の幅A1と底面114aの幅A2は、略同一となっている。また、板金製放熱フィン116のかしめ部116aのテーパ角度と溝114のテーパ面114cのテーパ角度とは、略同一となっている。
プレス刃118により、略V字形に折り曲げ形成されたかしめ部116aを押し潰すようにして、かしめ部116aを溝114内にかしめ接合する。
以上、金属ベース113の溝114の断面形状について詳細に説明したが、溝114は、テーパ面114c及び逆テーパ面114bを設けない単純矩形形状であってもよい。
また、隙間114dに、高熱伝導性接着剤119を充填しなくてもよい。
図13は、本発明に係る実施の形態7のパワーモジュールの正面縦断面図である。
実施の形態7のパワーモジュール92が、実施の形態6のパワーモジュール91と異なるところは、実施の形態6の金属フレーム112及び金属ベース113を、金属基板123に替えたことである。
金属基板123は、熱伝導率の高いアルミニウムや銅等により形成されている。
Claims (14)
- 電力半導体素子を備えた電力半導体回路装置において、
一面に少なくとも上記電力半導体素子を搭載し、上記電力半導体素子を搭載する面の反対側の面に接合用の溝が形成されたベース板と、上記ベース板と上記電力半導体素子とを、上記ベース板の上記電力半導体素子を搭載する面の反対側の面と上記ベース板の側面の少なくとも一部の表面を露出させた状態でモールドする樹脂と、上記モールド後に上記ベース板の溝に押圧力により接合される放熱フィンとを備え、上記樹脂によるモールドは、上記ベース板の周辺を押圧する手段を有する金型により、上記溝の底部を露出させた状態でモールドされ、上記溝に上記放熱フィンをかしめによって固着したことを特徴とする電力半導体回路装置。 - 上記放熱フィンは、一枚の板を波状に形成したものであることを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 上記ベース板に形成された溝には、開口部に向かって拡幅するテーパ面と、底部に向かって拡幅する逆テーパ面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 上記ベース板の溝と該溝内にかしめによって固着された放熱フィンとの間の隙間に、高熱伝導性接着剤が充填されていることを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 上記ベース板の少なくとも対向する二つの面に、階段状の段部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 上記ベース板の電力半導体素子を搭載する面から該電力半導体素子を搭載する面の反対側の面にかけて形成された傾斜部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 上記ベース板の電力半導体素子の搭載面の面積を、上記樹脂によるモールド部の投影面積に比べて大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 上記ベース板の電力半導体素子の搭載面に、垂直方向の凸部または凹部を形成したことを特徴とする請求項7に記載の電力半導体回路装置。
- 電力半導体素子を備えた電力半導体回路装置の製造方法において、
ベース板の一面に少なくとも上記電力半導体素子を搭載すると共に、上記ベース板の反対側の面に接合用の溝を形成し、上記ベース板と上記電力半導体素子とを、上記ベース板の上記電力半導体素子を搭載する面の反対側の面を含む上記ベース板の一部の表面を露出させた状態で樹脂によりモールドし、上記樹脂によるモールドは、上記ベース板の周辺を押圧する手段を有する金型により、上記溝の底部を露出させた状態でモールドし、その後、上記ベース板の上記溝に放熱フィンをかしめによって固着することを特徴とする電力半導体回路装置の製造方法。 - 上記ベース板の周辺に段部もしくはテーパ部を形成することを特徴とする請求項9に記載の電力半導体回路装置の製造方法。
- 上記放熱フィンを上記ベース板に加熱しながらかしめによって固着して形成することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の電力半導体回路装置の製造方法。
- 上記放熱フィンは、V字形に折り曲げ形成されたかしめ部を有し、このかしめ部を押し潰すように上記溝内にかしめによって固着され、且つ前記かしめ部の前記溝から食み出た部分が該溝の底面より低い位置になるように塑性変形されたことを特徴とする請求項1に記載の電力半導体回路装置。
- 発熱するパワー半導体素子と、
一面に上記パワー半導体素子が実装され、他面に複数の平行な溝が形成され、上記一面と他面との間に絶縁層が形成された金属基板と、
上記パワー半導体素子を被覆するとともに上記金属基板の上記一面及び該一面側の外周部を上記溝の底部を露出させた状態で覆うモールド樹脂と、
V字形に折り曲げ形成されたかしめ部を有し、このかしめ部を押し潰すように上記溝内にかしめによって固着され、上記かしめ部の上記溝から食み出た部分が該溝の底面より低い位置になるように塑性変形された放熱フィンと、を備えることを特徴とする電力半導体回路装置。 - パワー半導体素子を金属フレームに実装する工程と、他面に複数の平行な溝が形成された金属ベースの一面に上記金属フレームを設置する工程と、モールド樹脂により上記パワー半導体素子及び金属フレームを被覆するとともに上記金属ベースの上記一面及び該一面側の外周部を上記溝の底部を露出させた状態で覆う工程と、板金製放熱フィンのV字形に折り曲げ形成されたかしめ部を、押し潰すように前記溝内にかしめによって固着し、前記かしめ部の前記溝から食み出た部分を該溝の底面より低い位置になるように塑性変形する工程と、を含むことを特徴とする電力半導体回路装置の製造方法。
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