JP5627499B2 - 半導体モジュールを備えた半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の一実施形態にかかる半導体モジュールが備えられた半導体装置として、冷却機構を有するインバータを例に挙げて説明する。
(数2) R2=R21・R22/(R21+R22)
このように表わされる上アームの熱抵抗R1と下アームの熱抵抗R2について、R1>R2の関係が成り立つ構造としてある。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して半導体モジュール4の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して半導体モジュール4の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態も、第1実施形態に対して半導体モジュール4の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して半導体装置のうち半導体モジュール4の構造を変更したものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
上記第4、第5実施形態では、封止樹脂部12内において放熱板10dおよび放熱板10gが接続配線13を介して電気的に接続された構造について説明したが、封止樹脂部12内で放熱板10d、10gを電気的に接続しなければならない訳ではない。図13に示すように、上アームを構成する放熱板10d、10eの間に半導体チップ8aと銅ブロック9aを配置したものと、下アームを構成する放熱板10f、10gの間に半導体チップ8bと銅ブロック9bを配置したものとを単に封止樹脂部12によって一体化した構造としても良い。この場合、例えば、放熱板10dや放熱板10gそれぞれから封止樹脂部12の外に出力端子Oを突き出させることで、これらの接続を行うことが可能となる。なお、図13では、第4実施形態のように、熱抵抗の大きな上アームを冷媒流れの上流側に配置し、熱抵抗の小さな下アームを冷媒流れの下流側に配置する構造について図示したが、第5実施形態のように、熱抵抗の大きな下アームを冷媒流れの上流側に配置し、熱抵抗の小さな上アームを冷媒流れの下流側に配置する構造としても良い。
2 直流電源
3 三相モータ
4 半導体モジュール
5 冷却機構
6 IGBT
7 FWD
8 半導体チップ
9 銅ブロック
10 放熱板
11 ゲート端子
12 封止樹脂部
Claims (5)
- 表面および裏面を有し、半導体パワー素子(6)が形成された上アームを構成する第1
半導体チップ(8a)および下アームを構成する第2半導体チップ(8b)と、
前記第1半導体チップ(8a)の裏面側に配置される第1放熱板(10a)と、
前記第1半導体チップ(8a)の表面側に配置されると共に、前記第2半導体チップ(8b)の裏面側に配置される第2放熱板(10b)と、
前記第2半導体チップ(8b)の表面側に配置される第3放熱板(10c)と、
前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)および前記第1〜第3放熱板(10a〜10c)を封止する樹脂封止部(12)とを有し、
前記第1〜第3放熱板(10a〜10c)のうち前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)と反対側の面を放熱面として前記樹脂封止部(12)から露出させてなる半導体モジュール(4)であって、
上アーム及び下アームを構成する前記半導体モジュール(4)が三相分並列接続され、直流電源に基づいて負荷である三相モータを交流駆動するインバータを構成するものであり、
冷媒が流れる冷媒通路(5e)が備えられ、前記半導体モジュール(4)を挟み込むことで、前記封止樹脂部(12)から露出させられた前記第1〜第3放熱板(10a〜10c)の前記放熱面に接触し、前記半導体モジュール(4)に備えられた前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)を冷却する冷却機構(5)とを備え、
前記上アームおよび前記下アームのうち、前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)から前記第1〜第3放熱板(10a〜10c)の前記放熱面までの熱抵抗の合成値(R1、R2)が大きい方を前記冷媒通路(5e)内を流れる冷媒流れの上流側に配置し、前記熱抵抗の合成値(R1、R2)が小さい方を前記下流側に配置し、
前記第1半導体チップ(8a)の表面側に形成され、該第1半導体チップ(8a)よりも小さなサイズで、かつ、該第1半導体チップ(8a)のうち前記半導体パワー素子(6)の電流が流れるアクティブ領域に接合される第1金属ブロック(9a)を有し、前記第2放熱板(10b)は、前記第1金属ブロック(9a)に対して前記第1半導体チップ(8a)と反対側に配置され、
前記第2半導体チップ(8b)の表面側に形成され、該第2半導体チップ(8b)よりも小さなサイズで、かつ、該第2半導体チップ(8b)のうち前記半導体パワー素子(6)の電流が流れるアクティブ領域に接合される第2金属ブロック(9b)を有し、前記第3放熱板(10c)は、前記第2金属ブロック(9b)に対して前記第2半導体チップ(8b)と反対側に配置され、
前記上アームの熱抵抗R1は、前記第1半導体チップ(8a)から前記第1放熱板(10a)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗R11と、前記第1半導体チップ(8a)から前記第1金属ブロック(9a)および前記第2放熱板(10b)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗R12との合成値であり、
前記下アームの熱抵抗R2は、前記第2半導体チップ(8b)から前記第2放熱板(10b)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗R21と、前記第2半導体チップ(8b)から前記第2金属ブロック(9b)および前記第3放熱板(10c)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗R22との合成値であることを特徴とする半導体装置。 - 前記上アームと前記下アームの配列方向において、前記第1放熱板(10a)と前記第3放熱板(10c)のサイズが等しく、かつ、前記第2放熱板(10b)の長さが前記第1放熱板(10a)および前記第3放熱板(10c)を合わせた長さ以上とされ、
前記冷媒通路(5e)内を流れる冷媒流れの上流側に前記上アームが配置され、それよりも下流側に前記下アームが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記上アームと前記下アームの配列方向において、前記第1放熱板(10a)のサイズが前記第3放熱板(10c)のサイズより長くされ、
前記冷媒通路(5e)内を流れる冷媒流れの上流側に前記下アームが配置され、それよりも下流側に前記上アームが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 表面および裏面を有し、半導体パワー素子(6)が形成された上アームを構成する第1半導体チップ(8a)および下アームを構成する第2半導体チップ(8b)と、
前記第1半導体チップ(8a)の表面側に配置された第1放熱板(10d)と、
前記第1半導体チップ(8a)の裏面側に配置された第2放熱板(10e)と、
前記第2半導体チップ(8b)の表面側に配置された第3放熱板(10f)と、
前記第2半導体チップ(8b)の裏面側に配置された第4放熱板(10g)と、
前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)および前記第1〜第4放熱板(10d〜10g)を封止する樹脂封止部(12)とを有し、
前記第1〜第4放熱板(10d〜10g)のうち前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)と反対側の面を放熱面として前記樹脂封止部(12)から露出させてなる半導体モジュール(4)であって、
上アーム及び下アームを構成する前記半導体モジュール(4)が三相分並列接続され、直流電源に基づいて負荷である三相モータを交流駆動するインバータを構成するものであり、
冷媒が流れる冷媒通路(5e)が備えられ、前記半導体モジュール(4)を挟み込むことで、前記封止樹脂部(12)から露出させられた前記第1〜第4放熱板(10d〜10g)の前記放熱面に接触し、前記半導体モジュール(4)に備えられた前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)を冷却する冷却機構(5)とを備え、
前記上アームおよび前記下アームのうち、前記第1、第2半導体チップ(8a、8b)から前記第1〜第4放熱板(10d〜10g)の前記放熱面までの熱抵抗の合成値(R1、R2)が大きい方を前記冷媒通路(5e)内を流れる冷媒流れの上流側に配置し、前記熱抵抗の合成値(R1、R2)が小さい方を前記下流側に配置し、
前記第1半導体チップ(8a)の表面側に形成され、該第1半導体チップ(8a)よりも小さなサイズで、かつ、該第1半導体チップ(8a)のうち前記半導体パワー素子(6)の電流が流れるアクティブ領域に接合される第1金属ブロック(9a)を有し、前記第1放熱板(10d)は、前記第1金属ブロック(9a)に対して前記第1半導体チップ(8a)と反対側に配置され、
前記第2半導体チップ(8b)の表面側に形成され、該第2半導体チップ(8b)よりも小さなサイズで、かつ、該第2半導体チップ(8b)のうち前記半導体パワー素子(6)の電流が流れるアクティブ領域に接合される第2金属ブロック(9b)を有し、前記第3放熱板(10f)は、前記第2金属ブロック(9b)に対して前記第2半導体チップ(8b)と反対側に配置され、
前記上アームの熱抵抗は、前記第1半導体チップ(8a)から前記第1金属ブロック(9a)および前記第2放熱板(10b)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗と、前記第1半導体チップ(8a)から前記第2放熱板(10e)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗との合成値であり、
前記下アームの熱抵抗は、前記第2半導体チップ(8b)から前記第2金属ブロック(9b)および前記第3放熱板(10c)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗と、前記第2半導体チップ(8b)から前記第4放熱板(10b)を通じて放熱面に至る経路の熱抵抗をR21、をR22とすると、冷媒流れ下流側となる前記下アームの熱抵抗R2は、前記R21と前記R22の合成値であることを特徴とする半導体装置。 - 前記上アームと前記下アームの配列方向において、前記上アーム側となる前記第1、第2放熱板(10d、10e)と前記下アーム側となる前記第3、前記第4放熱板(10f、10g)のいずれか一方がいずれか他方よりもサイズが長くされ、
前記冷媒通路(5e)内を流れる冷媒流れの下流側に前記上アームおよび前記下アームのうち前記サイズが長くされた方のアームが配置され、それよりも上流側にもう一方のアームを配置していることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
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