JP5755196B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
また、本発明にかかる電力用半導体装置は、繊維強化樹脂で板状に形成され、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられた回路基板と、前記回路基板の一方の面の前記貫通孔を含む領域に、直接または伝熱板を介して接合された電力用半導体素子と、前記貫通孔内に突出するように、前記電力用半導体素子または前記伝熱板に設けられた突起と、を備え、前記突起は、前記電力用半導体素子または前記伝熱板の所定位置に接合したはんだバンプであり、前記貫通孔の側壁と接合されているとともに、当該突起が設けられた電力用半導体素子または伝熱板を構成する部材の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有することを特徴とする。
図1と図2は、本発明の実施の形態1にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための図である。図1は電力用半導体装置および半導体素子を接合するためのヒートシンクの構造を説明するためのもので、図1(a)は電力用半導体装置の部分断面図、図1(b)はヒートシンクの裏面側から見たときの平面図、図1(c)はヒートシンクの側面図である。また、図2は上記ヒートシンクに応じて形成された回路基板の構造を説明するためのもので、図2(a)は回路基板の部分平面図、図2(b)は、図2(a)のB−B線による断面を示す部分断面図である。本発明の実施の形態1にかかる電力用半導体装置は、電力用半導体素子をヒートシンクを介して回路基板に伝熱接合するものである。以下、詳細に説明する。
まず、回路基板3の各スルーホール3hに突起22が入るように、回路基板3の一方の面3f1側の所定位置にヒートシンク2を設置する。そして、図1(a)に示すように、スルーホール3hと突起22との隙間が埋まるように、はんだ52(SnAgCu:融点219℃)によってヒートシンク2を回路基板3に接合する。このとき、突起22の先端の平坦面が回路基板3の他方の面3f2と面一となるように、ヒートシンク2の平板部21を一方の面3f1に密着させておく。
本実施の形態2では、実施の形態1と較べて突起の形成方法が異なり、実施の形態1に用いたかしめではなく、突起用の柱状部材をはんだにより平板に接合したものである。図3は、本発明の実施の形態2にかかる電力用半導体装置の構成を説明するための部分断面図で、実施の形態1の説明に用いた図1(a)に対応するものである。図中、放熱板や絶縁シートの記載を省略し、実施の形態1で説明したものと同様のものには同様の符号を付して説明を省略する。
本実施の形態3においては、実施の形態2と較べて突起の構成が異なり、核材を用いずはんだバンプにより直接突起を形成するようにしたものである。図4と図5は、本発明の実施の形態3にかかる電力用半導体装置の構成とその製造方法を説明するためのもので、図4は電力用半導体装置の部分断面図で、実施の形態2の説明に用いた図3に対応するものである。図5は電力用半導体装置の製造方法を説明するための工程ごとの部材の状態を示すもので、図5(a)はヒートシンクの平板部の平面図、図5(b)はヒートシンクに突起を設ける際の断面図、図5(c)は回路基板にヒートシンクを挿入する際の部分断面図、図5(d)は回路基板にヒートシンクを接合した際の部分断面図である。ここでも、実施の形態1で説明したものと同様のものには同様の符号を付して説明を省略する。
2:ヒートシンク、
2mb:板材、2mp柱状部材、
21:平板部、22:突起、22n:核材、22c:はんだ、
3:回路基板、
3h:スルーホール(貫通孔)、
31:基板本体(ガラスエポキシ基板)、32:銅パターン、
41:絶縁シート、
42:放熱板、
52:はんだ。
Claims (7)
- 繊維強化樹脂で板状に形成され、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられた回路基板と、
前記回路基板の一方の面の前記貫通孔を含む領域に、直接または伝熱板を介して接合された電力用半導体素子と、
前記貫通孔内に突出するように、前記電力用半導体素子または前記伝熱板に設けられた突起と、を備え、
前記回路基板はガラスエポキシ基板であり、
前記突起は前記貫通孔の側壁と接合されているとともに、当該突起が設けられた電力用半導体素子または伝熱板を構成する部材の線膨張係数よりも大きく、前記ガラスエポキシ基板の厚み方向の線膨張係数に近い線膨張係数を有することを特徴とする電力用半導体装置。 - 前記突起は、前記電力用半導体素子または前記伝熱板の所定位置に接合したはんだバンプであ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。
- 繊維強化樹脂で板状に形成され、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられた回路基板と、
前記回路基板の一方の面の前記貫通孔を含む領域に、直接または伝熱板を介して接合された電力用半導体素子と、
前記貫通孔内に突出するように、前記電力用半導体素子または前記伝熱板に設けられた突起と、を備え、
前記突起は、前記電力用半導体素子または前記伝熱板の所定位置に接合したはんだバンプであり、前記貫通孔の側壁と接合されているとともに、当該突起が設けられた電力用
半導体素子または伝熱板を構成する部材の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有することを特徴とする電力用半導体装置。 - 前記突起と前記貫通孔の側壁との接合に、前記はんだバンプを構成するはんだ材よりも融点の低いはんだ材が用いられていることを特徴とする請求項2または3に記載の電力用半導体装置。
- 前記突起の先端は、平坦状に形成されており、
前記突起の平坦状の先端と前記回路基板の他方の面とが同一面になっていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。 - 前記電力用半導体素子がワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系材料、およびダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
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