JP6139331B2 - パワーモジュール - Google Patents
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Description
図1は実施の形態1のパワーモジュール100の断面図である。同図に示すように、絶縁性基板1はセラミック基板1cの両面に導体層1aと導体層1bを備えている構成になっている。絶縁性基板1には半導体素子2と接合層7が接合されている。ヒートシンク3は接合層7によって絶縁性基板1と接合されている。絶縁性基板1とヒートシンク3の間の接合層7は、緩衝材6とはんだ接合材5とが複合化した構造である。緩衝材6は、熱伝導率がはんだ接合材5よりも大きく、線膨張係数が絶縁性基板1とヒートシンク3の間に位置する。半導体素子2と導体層1aははんだ層4によって接合されている。はんだ層4には例えばSn3.0Ag0.5Cuのような鉛フリーはんだを用いる。
図6は実施の形態2のパワーモジュールの部分断面図である。実施の形態2に係る緩衝材6はスポンジ状の発泡金属、メッシュ状の平織りされた金網、金属箔の積層物、等の空洞が存在するものを使用する。金属箔の積層物は、短冊状に切断された金属箔からなり、積層物は一層ごとに、縦方向および横方向に金属箔の向きを変えて配置されているものである。金属箔はばらけないように、スポット溶接しておくとよい。同図に示すように、緩衝材6は内部に空洞6aが形成されている。空洞6aは相互に繋がり、側面や表層まで通じている。緩衝材6の材料が接合平面方向に繋がり、一体として扱える構造であるため、ハンドリング性を確保でき、生産性が高い。実施の形態2に係る緩衝材6によれば、緩衝材の内部に、外周部にガスを逃がすことが可能となる。ホットプレス時には、はんだ接合材5が溶融し、空洞6aははんだで充填される。詳細を下記に示す。
図8は実施の形態3のパワーモジュールの断面図である。同図に示すように、緩衝材6にはヒートシンク3の平面方向に対する角部付近に突起6aが設けられている。同様に、緩衝材6には絶縁性基板1の平面方向に対する角部付近に突起6bが設けられている。絶縁性基板1の導体層1bには、突起6bに対応する位置に突起6bが収まる程度の窪み(もしくは穴)1dが形成されていても良い。同様にヒートシンク3には、突起6aに対応する位置に突起6aが収まる程度の窪み(もしくは穴)3bが形成されていても良い。
Claims (10)
- 複数のフィンを有するヒートシンクと、
側面の周囲ならびに主面の両側がはんだ材で被覆されており、前記はんだ材を介して前記ヒートシンクに接合されている緩衝材と、
第1主面には外周に第1余白部を残して第1導体層が形成されており、第2主面には外周に第2余白部を残して第2導体層が形成されているセラミック基板と、
前記第2導体層に固定されている半導体素子と、を備え、
前記緩衝材は、前記ヒートシンクに向かう突起と、前記セラミック基板に向かう突起が形成されており、
前記第1導体層と前記緩衝材は前記はんだ材を介して接合されていて、
前記緩衝材の広さは、前記半導体素子の広さよりも大きく、
前記ヒートシンクには前記ヒートシンクに向かう突起に対応する位置に窪みが形成されているか、または、前記第1導体層には前記セラミック基板に向かう突起に対応する位置に窪みが形成されていることを特徴とするパワーモジュール。 - 前記緩衝材は、板状金属からなることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記緩衝材は、発泡金属からなることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記緩衝材は、金網からなることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記緩衝材は、短冊状に切断された金属箔の積層物からなり、前記積層物は一層ごとに金属箔の向きを変えて配置されていることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記緩衝材は、多角形の形状を有し、角部が切り欠かれていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記緩衝材の熱伝導率は、前記はんだ材の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記緩衝材の線膨張係数は、前記セラミック基板の線膨張係数よりも大きくかつ前記ヒートシンクの線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項7に記載のパワーモジュール。
- 前記半導体素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかの半導体であることを特徴とする請求項9に記載のパワーモジュール。
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