JP6557540B2 - パワーモジュール - Google Patents

パワーモジュール Download PDF

Info

Publication number
JP6557540B2
JP6557540B2 JP2015151455A JP2015151455A JP6557540B2 JP 6557540 B2 JP6557540 B2 JP 6557540B2 JP 2015151455 A JP2015151455 A JP 2015151455A JP 2015151455 A JP2015151455 A JP 2015151455A JP 6557540 B2 JP6557540 B2 JP 6557540B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductor
power module
voltage
intermediate conductor
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015151455A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017034050A (ja
Inventor
房郎 北條
房郎 北條
円丈 露野
円丈 露野
利昭 石井
利昭 石井
順平 楠川
順平 楠川
晃 松下
晃 松下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority to JP2015151455A priority Critical patent/JP6557540B2/ja
Priority to CN201680044174.5A priority patent/CN107851638B/zh
Priority to PCT/JP2016/070362 priority patent/WO2017022414A1/ja
Priority to EP16832693.2A priority patent/EP3331009B1/en
Priority to US15/747,365 priority patent/US10186473B2/en
Publication of JP2017034050A publication Critical patent/JP2017034050A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6557540B2 publication Critical patent/JP6557540B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3733Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon having a heterogeneous or anisotropic structure, e.g. powder or fibres in a matrix, wire mesh, porous structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601Structure
    • H01L2224/0603Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/32227Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the layer connector connecting to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H01L2224/331Disposition
    • H01L2224/3318Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
    • H01L2224/33181On opposite sides of the body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/36Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/37Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/3754Coating
    • H01L2224/37599Material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/4023Connecting the strap to a pin of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401Disposition
    • H01L2224/40151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/40221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/40225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/40237Connecting the strap to a die pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48105Connecting bonding areas at different heights
    • H01L2224/48106Connecting bonding areas at different heights the connector being orthogonal to a side surface of the semiconductor or solid-state body, e.g. parallel layout
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48135Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H01L2224/48229Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item the bond pad protruding from the surface of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/4912Layout
    • H01L2224/49175Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73201Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73221Strap and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73263Layer and strap connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203Rectifying Diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明はパワー半導体素子をモジュール化したパワーモジュールに関し、特に車両搭載用のパワーモジュールに関する。
パワー半導体素子のスイッチングによる電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。このパワー半導体素子は通電により発熱するため、高い放熱性が求められる。通常、放熱には、フィンを有する金属製の放熱構造を用い、電位の安定化や、感電防止を目的としてグラウンド(GND)に接地する。このため、パワー半導体素子と放熱構造との間に配置される絶縁材は、優れた熱伝導性が必要とされる。しかしながら、変換する電圧が高い場合、絶縁性を向上するため絶縁材を厚く構成する必要が生じ、放熱性が悪化してしまう。
放熱性を向上する手法としては、例えば特許文献1に示されるような、絶縁層と絶縁層の間に高熱伝導性材料である導体を挟む手法が知られている。
特開2012−244750号公報
特許文献1に記載されたパワーモジュールは、第1の絶縁材と第2の絶縁材の間に金属製のプレートを設ける事で、放熱性を向上させることはできるが、第1の絶縁材と第2の絶縁材とを合わせた絶縁材の総厚を低減できるものではない。
本発明の課題は、高い絶縁性を満足しつつ、放熱性にすぐれたパワーモジュールを提供する点である。
本発明に係るパワーモジュールは、スイッチング素子が接続される導体板と、前記導体板と対向して配置される放熱板と、前記導体板と前記放熱板との間に配置される絶縁部材と、前記導体板及び前記放熱板とは電気的に絶縁された状態で前記絶縁部材中に配置される導電性の中間導体と、を備え、前記中間導体は、前記中間導体に対して前記導体板側に配置される前記絶縁部材と前記中間導体に対して前記放熱板側に配置される前記絶縁部材との間で連通する連通領域を有することを特徴とする。
本発明によれば、絶縁層の総厚を低減でき、パワーモジュールを高放熱化できるため、電力変換装置を小型化することができる。
実施例1のパワーモジュールの回路図 実施例1のパワーモジュールの平面図 図2のパワーモジュールをA−B断面で切断した断面図 絶縁層と電極間に空気層がある場合の電圧分担のモデル パッシェンの法則による部分放電発生電圧と気圧p・電極間距離dの関係 最小部分放電電圧と絶縁層厚さの関係 標高による気圧の変化を考慮した最小部分放電電圧と絶縁層厚さの関係 温度による粒子密度の変化を考慮した最小部分放電電圧と絶縁層厚さの関係 最小部分放電電圧と絶縁層厚さの関係 パワーモジュールの交流電圧が加わる絶縁層部分からなる実験系の模式図 電圧分担率と周波数の関係 貫通領域を有する中間導体を有する絶縁層の作製方法 連通孔径に対する熱抵抗低減効果と部分放電開始電圧の関係 実施例2のパワーモジュールの平面図 図14のパワーモジュールをC−D断面で切断した断面図 実施例3のパワーモジュールの斜視図 図16(a)のパワーモジュールをE−F断面で切断した断面図 図16(a)のG−H断面で切断したときの断面の模式図 実施例3のパワーモジュールにおける中間導体の配置を示す展開図 パワーモジュール及びその周辺の回路図 低インダクタンス化の説明図を示す回路図 低インダクタンス化の説明図を示すパワーモジュールの展開図 実施例4のパワーモジュールの断面図 電力変換装置の回路図 電力変換装置の外観を示す斜視図 ハイブリッド自動車の制御ブロック図
以下、図面を参照して、本発明に係るパワーモジュールの実施の形態について説明する。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
まず、図1から図3を用いて、第1の実施形態に係るパワーモジュールの構成について説明する。
図1は、本実施例のパワーモジュール300の回路構成図である。パワーモジュール300は、上アーム回路を構成するIGBT328及びダイオード156と、下アーム回路を構成するIGBT330及びダイオード166と、から構成される。ここでIGBTとは、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの略称である。バッテリーの正極側に接続し、パワー半導体素子のスイッチングで交流波形を作成する回路が上アーム回路であり、バッテリーの負極側又はGND側に接続し、交流波形を作成する回路が下アーム回路である。中性点接地をする場合は、下アーム回路は、GNDでなくコンデンサの負極側に接続する。
パワーモジュール300は、導体板315、318、320及び319を備える。導体板315は、上アーム側のIGBT328のコレクタ側に接続される。導体板318は、上アーム側のIGBT328のエミッタ側に接続される。導体板320は、下アーム側のIGBT330のコレクタ側に接続される。導体板導体板319は、下アーム側のIGBT330のエミッタ側に接続される。
パワーモジュール300は、端子315B、319B、320B、325U及び325Lを備える。端子315Bは、導体板315に接続される。端子315Bは、直流バッテリー又は平滑コンデンサの正極側に接続される。端子319Bは、導体板319に接続される。端子319Bは、直流バッテリー若しくは平滑コンデンサの負極側又はグラウンド(GND)に接続される。端子320Bは、導体板320に接続される。端子320Bは、モータに接続される。端子325Uは、上アーム側のIGBT328の制御端子である。端子325Lは、下アーム側のIGBT325の制御端子である。
端子315Bに接続される導体板315は、直流電流を伝達する。端子319Bに接続される導体板319は、直流電流を伝達する。端子320Bに接続される導体板320は、交流電流を伝達する。
図2は、本実施例のパワーモジュール300の構造を示す平面図である。IBGT328及びIGBT330は、各々のエミッタ面が同じ方向を向くように配置されている。
図3は、図2のパワーモジュール300を、A−B断面で切断したときの断面図である。パワーモジュール300は、放熱のためのフィンが形成された放熱面307を有する。放熱面307は、導体板320及び導体板315を挟んで、IGBT328、330、ダイオード156、166とは反対側に配置される。放熱面307は、導電性の部材より形成され、電圧の安定化のためGNDに接地される。
また、パワーモジュール300は、中間導体910及び中間導体911を有する。中間導体910は、導体板320と放熱面307との間に配置される。中間導体911は、導体板315と放熱面307との間に配置される。中間導体910と導体板320の間、中間導体910と放熱面307の間、中間導体911と導体板315の間、及び中間導体911と放熱面307の間には、絶縁層900が形成される。本実施形態における特徴部分の一つとしては、図3の部分拡大図に示されるように、中間導体910及び911のいずれか一方または両方について、連通領域1101が形成されている点である。連通領域の構成等については、後述する。
本実施例のパワーモジュールにおいては、導体板320と中間導体910の配列方向に沿って投影した場合、中間導体910は、導体板320の射影部が当該中間導体910の射影部を包含するように、形成される。また、導体板315と中間導体911の配列方向に沿って投影した場合、中間導体911は、導体板319の射影部が当該中間導体911の射影部を包含するように、形成される。
本実施例のパワーモジュールのように、上アーム回路と下アーム回路の2つのアーム回路を一体にモジュール化した構造を2in1構造という。2in1構造は、1つのアーム回路ごとにモジュール化する1in1構造に比べ、出力端子の数を低減することができる。本実施例では、2in1構造の例を示したが、3in1構造、4in1構造又は6in1構造等にすることにより、さらに端子数を低減することができる。2in1構造のパワーモジュールでは、上アーム回路と下アーム回路を並べ、絶縁層を介して金属平板と対向して配置することにより、磁界相殺効果で回路のインダクタンスを低減することができる。
本実施例のパワーモジュールは、中間導体910を設けることにより、導体板320と放熱面307の間の電圧を、導体板320と中間導体910の間と中間導体910と放熱面307の間とに分担させる。これにより、本実施例のパワーモジュールは、絶縁性を満足しつつ、絶縁層厚を低減させることができる。その原理について、以下、図4から図13を用いて説明をする。
図4は、絶縁層と電極間に空気層がある場合の電圧分担のモデルを示す図である。電極間には、空気層850と、絶縁層851とが形成されている。電極間の全体に印加する交流電圧をVとし、そのうち空気層に加わる電圧をVとすると、電圧Vは、次式で表される。ただし、Cは空気層の容量を、Cは絶縁層の容量を、εは真空の誘電率を、εは絶縁層の比誘電率を、Sは電極面積を、dは空気層の厚さを、dは絶縁層の厚さを、それぞれ表す。
(数1) V=V・(C+C)/C=V・(d/(ε・d)+1)
(数2) C=ε・S/d
(数3) C=ε・ε・S/d
電極と絶縁層の間や、絶縁層内部において、ボイドや剥離による空気層が発生すると、電極に高電圧が印加されたときに部分放電が発生する。絶縁層は、常時部分放電する環境に晒されると、放電による火花で侵食され、耐久時間が著しく低下する。特に、樹脂製の絶縁体では、セラミックスに比べ耐熱性が低く、その影響が顕著となる。絶縁性を向上させるには、部分放電しない条件で使用をすることが有効である。
また、放電現象は、直流電圧と交流電圧とで異なる。直流電圧下で、電極間に絶縁層がある場合、部分放電が発生する条件でも、1回放電した後は、絶縁層が帯電して空間の電界が低くなるため、放電は停止する。したがって、電圧を1回だけ放電するだけであるので、放電による絶縁層の劣化への影響は少ない。一方、交流電圧下では、絶縁層に加わる電圧は時間の経過で反転するため、放電が繰り返される。そのため、放電による絶縁層の劣化への影響が大きい。さらに、パワー半導体素子のスイッチングで交流波形を作る場合、サージ電圧が交流波形に重畳されるため、定格電圧よりも高い電圧が絶縁層に加わる。
そのため、交流電圧が加わる絶縁層は、特に、部分放電が発生する環境に晒さないようにすることが重要である。部分放電を抑えるためには、電極間に空気層が存在しないよう絶縁体で完全に満たされるように製造し、かつ温度変化が加わる使用環境であってもその状態を維持できるようにするか、または、剥離等によって空気層が発生しても部分放電しないような絶縁層の厚さを設けるか、いずれかの手法が考えられる。本実施形態のパワーモジュールは、後者のアプローチを採るものである。
図5を用いて、部分放電が発生する電圧について説明する。電極間に空隙がある場合、部分放電が開始する電圧は、気圧と電極間の空隙長の関数で示される事が、パッシェンによって示され、その後多くの研究者によって理論的、実験的に確認されている。図5は、気圧pにおいて、電極間距離dの電極に電圧を印加した際に、部分放電が発生する電圧を、気圧pと電極間距離dの積との関係で示したグラフである。図5は、20℃において測定したものである。部分放電発生電圧は、図5に示されるように、気圧と電極間距離の積p・dがある値のときに最小値を持つ。つまり、部分放電発生電圧の最小値であるその電圧を超える電圧が電極間の空隙に印加されたとき、p・d積の値によっては部分放電が発生することになる。
パッシェンの法則による圧力は気体の粒子密度に換算できるため、気体の状態方程式を用いて、任意の温度、圧力での部分放電開始電圧を求めることができる。このようにして求めた部分放電開始電圧を式(1)中のVに代入すると、気圧pと空気層の厚さdとの関係で、放電が発生する電極間電圧Vの最小値を算出することができる。そのようにして算出した最小部分放電電圧の値を絶縁層の厚さdに対してプロットしたグラフを図6から図8に示す。
図6は、25℃、1atmでの最小部分放電電圧と絶縁層厚さdの関係を示す。絶縁層厚さdが厚くなると、電圧Vに対して絶縁層851が分担する電圧が高くなるため、空気層850が分担する電圧Vが小さくなる。よって、絶縁層厚さdが大きくなるほど、最小部分放電開始電圧が高くなる。
ここで注目すべき点は、絶縁層厚さdに対する最小部分放電電圧の関係が、比例ではない点である。すなわち、絶縁層厚さdが小さい領域におけるグラフの傾きが、絶縁層厚さdが大きい領域におけるグラフの傾きに比べて大きい。この特徴を利用することで、後述するように、絶縁性を確保しつつ、絶縁層厚の低減を実現することができる。また、図6からは、同じ最小部分放電電圧においては、絶縁層851の誘電率が低いほど、その厚さdを小さくすることができることがわかる。
図7は、25℃、絶縁層の比誘電率6での最小部分放電電圧と絶縁層厚さdの関係を示す。図7からは、同じ最小部分放電電圧にするには、標高が高いほど、すなわち気圧が低いほど、絶縁層厚さを厚くする必要がある事がわかる。特に4000mを越えたあたりからこの影響が顕著となった。
図8は、1atm、絶縁層の比誘電率6での最小部分放電電圧と絶縁層厚さdの関係を示す。図8より、同じ最小部分放電電圧にするには、温度が高いほど、絶縁層厚さdを厚くする必要がある事がわかる。特に50℃を越えたあたりからこの影響が顕著となった。
図9は、25℃、1atm、比誘電率6での最小部分放電電圧と絶縁層厚さdの関係を示す。図9を用いて、部分放電を抑制しつつ、絶縁層851の総厚dを低減する原理について説明する。
例えば、電極間に最大1.6kVpの電圧が加わる場合を考える。図9より、絶縁層厚さdが330μmのときの最小部分放電電圧が1.6kVpであるため、剥離等により空隙が生じても、絶縁層が330μmより厚く形成されていれば、部分放電は発生しない。
一方、電極間に加わる電圧が0.8kVpであるときは、絶縁層は80μmより厚ければ、部分放電は発生しない。これは、前述のように、最小部分放電電圧と絶縁層厚さdの関係は、比例関係ではなく、絶縁層厚dが小さい領域での傾きが大きく、絶縁層厚さdが大きくなるにつれて傾きが小さくなっていることによる。
そこで、1.6kVpの電圧であっても、その電圧を0.8kVpと0.8kVpに2分割することで、それぞれ80μmより厚い絶縁層を設ければ放電を抑制することができる。これにより、1層だけだと330μm必要な絶縁層の総厚を、160μmに低減することができる。ここでは、2層の例を示したが、3層以上にする事でより薄肉化できる事は明らかである。絶縁層を薄肉化できれば、その分だけ熱抵抗が低減するため放熱性が向上する。さらに絶縁層が薄肉化する分、材料コストが低減できる効果がある。そこで続いて、パワーモジュールの絶縁層に加わる電圧を分割するための構造についてのモデルを、図10から図13を用いて説明をする。
図10は、中間導体を有する絶縁層部分に交流電圧を加える実験系の模式図である。上述したように、図3のパワーモジュールにおいて、導体板319には直流電流が流れるが、導体板320には交流電流が流れる。図10は、交流電圧が加わるパワーモジュールの絶縁層における電圧分担モデルを表している。図10の電極800は図3の導体板320に、図10の中間導体801は図3の中間導体910に、図10の電極802は図3の放熱面307に、図10の絶縁層810及び811は図3の絶縁層900に、それぞれ対応する。
発信器1001には、電極800及び801が接続される。中間導体801は、電極800と電極801の間に配置される。絶縁層810は、電極800と中間導体801の間に配置される。絶縁層811は、電極802と中間導体801の間に配置される。電極802は、GNDに接地される。中間導体801と電極802の間の電圧をVとし、電極800と電極802の間の電圧をVとすると、交流電圧を印加した場合の容量回路の電圧分担は以下の式で算出することができる。
(数4) V=V・C/(C+C
(数5) C=ε・ε・S/d
(数6) C=ε・ε・S/d
ただし、Cは電極800と中間導体801の間の容量を、Cは中間導体801と電極802の間の容量を、εは真空の誘電率を、εは絶縁層810の比誘電率を、εは絶縁層811の比誘電率を、Sは電極800と中間導体801の配置方向における投影面が重なり合う面積を、Sは中間導体801と電極802の配置方向における投影面が重なり合う面積を、dは絶縁層810の厚さを、dは絶縁層811の厚さを、それぞれ表す。
ここで、電圧分担モデルの構造と絶縁層の材質を調整し、ε=ε、d=d、S=Sとすることで、C=Cとなる。このとき、式(4)より、VをVで除した電圧分担率は、50%となる。本モデルでは、C=Cとなるようにした。
(数7) V/V=50%
図11は、図10の発信器1001の周波数を変化させたときの電圧分担率V/Vを示すグラフである。電圧分担率は、中間導体801及び電極802間の電圧Vと、電極800及び電極802間の電圧Vとを、カーブトレーサ1000により測定することで、求めた。
図11より、電極800及び電極802間に加わる電圧の周波数が高くなるにつれ、電圧分担率が50%に近づく傾向が見られる。電圧分担率は、周波数が100Hzを超えると、ほぼ50%となる。このような傾向は、正弦波及び矩形波でも同様であった。
本モデルの結果からは、100Hz以上の交流電圧が加わる電極間の絶縁層中に、中間導体を設けることで、容量に応じて絶縁層に加わる電圧を分担することができることが分かる。
なお、ここではモデル評価のため、中間導体801から電流を出力したが、実際のパワーモジュールにおいては、中間導体から電流を取り出す必要がない。そのため、中間導体を絶縁層内に埋設することができる。中間導体を絶縁層に埋設すると、中間導体の端面が電極と近接するのを防止でき、端面からの放電を防止することができる。
中間導体を絶縁層に埋設する場合、中間導体の上下層に同じ材質の絶縁層を用い、中間導体の外形寸法を対向するいずれかの電極にサイズを合わせると、他方の電極とはサイズが異なっても、中間導体の両側の容量を同等することができる。この場合、完全に同等に合わせる事は実質困難なので、位置合わせや寸法交差を考慮して、中間導体の方が、面積が小さい側の電極より若干大きい事が望ましい。これは、中間導体の方が小さいと、電圧が分担されない部分が生じ、剥離により部分放電する場合があるためである。本実施形態のパワーモジュールでは、導体板320及び315の面積よりわずかに面積が大きい中間導体910及び911を有する。
なお、直流側の中間導体910は、後述する理由で、導体板315のサイズに制約されず、導体板より大きくしても、小さくしても良い。また、省略する事もできる。
図12は、中間導体を有する絶縁層の作製する手順を示す図である。ただし、図12で示すのは一例であり、作製の手順は以下の方法でなくてもよい。(1)絶縁シートを用意する。(2)中間導体形成部に孔径(メッシュを構成する孔の対角線の長さ)10μmのメッシュ状の連通孔のパターンを有する導体パターンを形成したマスキングを通してアルミ蒸着で厚さ0.1μmのアルミ皮膜導体パターンを絶縁シートに形成する。蒸着で形成したアルミ皮膜が内部になるように、パターン形成していない絶縁シートをプレスする。ここでは、アルミ皮膜の例を示したが、導電性材料であれば特に限定されない。また、蒸着の例を示したが、マスキングして形成できる形成方法であれば良く、転写、蒸着、印刷、メッキ等の等の方法でもよい。(3)金型で打ち抜く位置を設定する。(4)金型で中間導体を内部に有する絶縁シートを打ち抜く。このように作製する事で、薄い中間導体を形成する事ができる。薄い中間導体層を有する絶縁シートとする事で、絶縁シートを圧着する時に中間導体の段差による圧着圧力の不均一が生じるのを低減し、均一な圧着面を形成できる効果がある。
以上のように、本実施形態に係るパワーモジュールは、中間導体がメッシュ状の連通孔のパターンを有する点に特徴を有する。この特徴部分について、以下に詳細に説明をする。
パワーモジュールは、樹脂製の絶縁部材と、導体板及び放熱板とが圧着されることにより、形成される。樹脂性の絶縁部材と導体板及び放熱板との接着は導体板及び放熱板表面の凹凸に絶縁部材に使用する絶縁部材が圧着時の熱と圧力により流動し、硬化することにより形成される。この際、絶縁部材の形成に使用する樹脂の量が多い方が導体板及び放熱板表面の凸凹への追従性が良く、接着性が良い。例えば、絶縁部材に樹脂シートを使用する場合、樹脂シートの膜厚が厚いほど接着性は良好となる。このことは、樹脂にフィラーを含有させた樹脂シートを用いてモジュールを形成する場合に顕著となる。すなわち、フィラーを含有する分樹脂シートに含まれる樹脂量が少なくなること及び、フィラーが含まれることによる粘度増加により圧着時の流動性が低くなる。よって、より膜厚の厚いシートを使用することにより流動する樹脂量を多くすることが有効である。
しかしながら、絶縁部材内に中間導体を備え、絶縁層にかかる電圧を分担させる場合、連通領域を有さない中間導体(例えば金属箔等)を使用した場合、絶縁部材に使用する樹脂材料または樹脂/フィラー複合材料が中間導体により流動を妨げられてしまう。例えば、絶部材内の中心に中間導体層を一層設けた場合、絶縁部材における樹脂または樹脂/フィラーの流動性は1/2の膜厚を有する絶縁部材の樹脂または樹脂/フィラーの流動性と同程度に低下してしまう。そのため、絶縁部材と導体板及び放熱板との接着性が低下し、熱抵抗が大きくなる。
これに対し、本実施形態のように、連通領域を有する中間導体を使用した場合、樹脂または樹脂/フィラーは連通領域を介して流動することが可能となり、連通領域がない中間導体に比べ絶縁部材と導体板及び放熱板との接着性が向上し、熱抵抗が小さくなる。
また、フィラー含有樹脂シートと連通領域のない中間導体を用いた場合、樹脂及びフィラーが中間導体を連通することができない。このため、フィラーは中間導体である金属表面に接触し、樹脂により金属表面に接着する。樹脂シートの熱伝導率を高くするためにはフィラーが樹脂シート内で連続構造を形成していることが有効であり、このフィラーの連側構造が中間導体により妨げられてしまうと樹脂シートの熱伝導率が低くなる原因ともなる。
これに対し、本実施形態では、中間導体が連通領域を有するため、フィラーの連続構造が遮断されることなく形成される。これにより、連通領域がない中間導体を用いた場合に比べて、樹脂シートの熱伝導率を小さくすることができる。
また、樹脂に規則構造を有する液晶性樹脂等を用いた場合、一般に規則構造はフィラー表面で形成され易く、フィラー間に形成されている、もしくは、形成されるよう設計されており、金属箔表面では規則構造を形成しにくい場合や、規則構造が形成されても規則構造の方向が異なる場合がる。このような場合、金属箔表面において樹脂の規則構造が乱れ、フィラー間の樹脂よりも金属箔表面の樹脂の熱伝導率が低下してしまう。
これに対し、本実施形態では連通領域を有する中間導体を用いているため、フィラー及び樹脂が連通領域を介して連続構造を有するため金属箔表面での規則構造乱れを抑制でき、樹脂の熱伝導の低下を少なくすることができる。マトリックスである樹脂の僅かな熱伝導率の差はコンポジットであるフィラー含有樹脂シートの熱伝導率に大きく影響を与える。また、フィラーが高充填されている複合材の場合、マトリックスである樹脂の熱伝導率の変化は複合材の熱伝導率に大きく影響する。よって、規則構造を有する樹脂とフィラーから成る樹脂シートを用いた場合、連通孔有する中間導体を用いることは中間導体による樹脂シートの熱伝導率の低下を少なくすることに有効である。
連通領域を形成するために形成される中間導体の連通孔の形状は特に問わない。例として、図12の(a)や(b)を示しているが、中間導体の平面図から見た連通孔の形状が円形、四角形、楕円形、長方形、メッシュ状、等でも構わない。また、形状の異なる連通孔が含まれていてもかまわない。これらの連通孔を複数有し、中間導体内に均一に配置されていることが望ましい。また、熱伝導の低下が大きい箇所に集中的に連通孔を配置してもかまわない。
また、粒子、鱗片状、薄片、平板等の形状を有する導体を多数連結させることにより、導体の連続構造を有する層を形成し、この導体の連続構造を有する層に連通孔を設けることで中間導体とすることもできる。中間導体に形成された連通孔は孔路内を樹脂とフィラーが流動できる連結孔であればよく、中間導体内部で孔路が直進していてもよく、屈曲していてもよい。
連通孔の大きさは連通孔の孔径が300μm以下なものが好ましい。ここで、孔径とは連通孔を形成する孔形状で、最も離れた箇所の長さをさす。連通孔の大きさは300μm以上であると樹脂及びフィラーの流動性が向上し、熱抵抗を低下させることができるが、中間導体による電圧分担の効果が小さくあるいは、なくなってしまうため、部分放電がおこりやすくなる。よって、連通孔の孔径は300μm以下であることが望ましいが、より望ましくは、100μm以下である方が中間導体による電圧分担の効果がなくならず、好ましい。
中間導体が有する連通孔内を樹脂あるいは樹脂とフィラーが流動することにより、連通孔を有しない中間導体に比べ熱抵抗を低減できる。よって、連通孔の孔径は少なくとも、樹脂が流動できる孔径であればよく、望ましくは、樹脂及びフィラーが流動できる孔径を有していることが好ましい。連通孔の孔径が0.1μm以下であると樹脂の流動性が低下するため熱抵抗が大きくなる。また、連通孔の孔径がフィラー粒子径以下であると樹脂及びフィラーの流動性が低下するため熱抵抗が大きくなる。また、ここで、フィラーの粒子径とは樹脂シートには一定の粒度分布をもつ単数または複数のフィラー群が含まれるが一定の粒度分布をもつフィラー群のうち最も粒子径の小さいフィラー群の粒度分布(個数分布)における平均粒子径をさす。
中間導体を形成する材料は電気伝導体であれば良く、例えば銅やアルミニウム等を用いることができる。連結孔を有する中間導体の形成方法としては樹脂とフィラーから成る絶縁シート上に連通孔を有する金属の薄膜を転写、蒸着、印刷、メッキ等の方法により形成した後、絶縁シートを圧着させる方法、あるいは、フレーク状、鱗片状、薄片、平板等の形状を有する導体片、導体粉や導体粒子を樹脂シート上に連通孔が形成される様に噴霧、散布等することにより連通孔を有する導体層を形成した後、絶縁シートを圧着させる方法等がある。
図13は、連通孔を有する中間導体を用いた場合における熱抵抗低下の効果と絶縁性能について説明するための実験結果を示すグラフである。連通孔を有する中間導体を用いた場合における熱抵抗低下の効果を確認するため、以下に示す試料を作成した。厚さ2mmの150mm角のAl板の上に150mm角のフィラーを含有する樹脂絶縁シートを置き、樹脂絶縁シートの上に孔径(メッシュを構成する孔の対角線の長さ)2μm〜500μmで連結孔間の間隔が50μmのメッシュ状の連通孔のパターンを有する導体パターンを形成したマスキングを通してアルミ蒸着で厚さ0.1μmのアルミ皮膜導体パターンを絶縁シートに形成した。蒸着で形成したアルミ皮膜が内部になるように、パターン形成していない150mm角のフィラーを含有する樹脂絶縁シート、さらに、厚さ2mm,100mm角のAl板をのせた後、加熱、圧着して試料を形成し、熱抵抗及び部分放電開始電圧を測定した。
図13の横軸は連通孔の孔径であり、縦軸は連通孔がない中間導体を用いた場合における試料の熱抵抗を1とした規格化熱抵抗及び規格化部分放電開始電圧である。図13に示すように、連通孔がない中間導体に比べ、中間導体に連通孔を形成することにより熱抵抗を低下させることができる。熱抵抗は連通孔の孔径を大きくすることにより、2μm以下の孔径においても徐々に低下する。これに対し、部分放電開始電圧は連通孔の大きさを大きくすると、100μm以上で大きな低下がみられはじめる。このことから、連通孔の孔径を制御すれば部分放電開始電圧を下げずに、熱抵抗を低減できることが解る。
同様に、樹脂絶縁シートの上に孔径(メッシュを構成する孔の直径)10μmの中間導体の平面図から見た連通孔の形状が円形の連通孔のパターンが連結孔間の間隔が30μmを有する導体パターンを形成したマスキングを通してアルミ蒸着で厚さ0.1μmのアルミ皮膜導体パターンを絶縁シートに形成した。蒸着で形成したアルミ皮膜が内部になるように、パターン形成していない150mm角のフィラーを含有する樹脂絶縁シート、さらに、厚さ2mm,100mm角のAl板をのせた後、圧着して試料を形成し、熱抵抗及び部分放電開始電圧を測定した。この場合における規格化熱抵抗は0.83であり、規格化部分放電開始電圧は1.0であった。このように、円形の連通孔を有する中間導体を用いても同様の効果を得ることができる。
図14及び図15を用いて、第2の実施形態に係るパワーモジュールについて説明する。実施例2のパワーモジュールは、実施例1のパワーモジュールの変形例を示す。図14は平面図であり、図15は、図14のC−D断面で切断した断面図である。
本実施形態では、パワー半導体素子のエミッタ側の電極をワイヤで接続している。そして、下アーム側IGBT330のコレクタ側に接続される導体板320と、上アーム側IGBT328のエミッタ面とは、中間電極390を介して接続される。中間電極390は、導体板320及び315と同様に、絶縁層900を介して放熱面307と対向するように、配置される。中間電極390と放熱面307の間には、中間導体912が配置される。中間導体912は、中間導体910及び911と同様に、絶縁層900中に埋設される。
中間電極390は、導体板320と同様に、交流電圧が加わるため、中間導体912により電圧分担することができる。
図16ないし図20を用いて、第3の実施形態に係るパワーモジュールについて説明する。
図16(a)は、本実施形態のパワーモジュールの斜視図であり、図16(b)は、図16(a)におけるE−F断面で切断したときの断面図である。本実施形態のパワーモジュール300は、CAN型冷却器である冷却体304にパワー半導体素子を収納した両面冷却構造である。冷却体304は、放熱フィン305が形成される第一放熱面307A及び第二放熱面307B、放熱面と枠体を接続する薄肉部304A、フランジ部304Bを有する。有底筒型形状に形成される冷却体304の挿入口306からパワー半導体素子や導体板からなる回路体を挿入し、封止材351で封止してパワーモジュール300を形成する。本実施形態のパワーモジュールは、パワー半導体素子が第一放熱面307A及び第二放熱面307Bの両面から冷却されるため、放熱性に優れる。
図17は、図16(a)のG−H断面で切断したときの断面の模式図である。本実施形態のパワーモジュール300は、パワー半導体素子の一方側に配置される絶縁層において中間導体910及び911を有する。そして、パワーモジュール300は、パワー半導体素子の前記一方側とは反対側の他方側に配置される絶縁層において中間導体913及び914を有する。中間導体910は、交流電圧が加わる導体板320と放熱面307Aの間に配置される。中間導体911は、直流電圧が加わる導体板315と放熱面307Aの間に配置される。中間導体913は、交流電圧が加わる導体板318と放熱面307Bの間に配置される。中間導体914は、直流電圧が加わる導体板319と放熱面307Bの間に配置される。
そして、各中間導体は、容量回路C1ないしC8を形成する。容量C1は、導体板315と中間導体911の間の容量である。容量C2は、中間導体911と放熱面307Aの間の容量である。容量C3は、導体板318と中間導体913の間の容量である。容量C4は、中間導体913と放熱面307Bの間の容量である。容量C5は、導体板320と中間導体910の間の容量である。容量C6は、中間導体910と放熱面307Aの間の容量である。容量C7は、導体板319と中間導体914の間の容量である。容量C8は、中間導体914と放熱面307Bの間の容量である。ただし、直流電圧が加わる導体板315と放熱面307Aの間の容量C1、C2及び導体板319と放熱面307Bの間のC8、C9は、直流電圧が変化したときのみ容量回路が形成される。
図18は、本実施形態のパワーモジュールにおける中間導体の配置を説明するための展開図である。説明のため、一部の構成のみを図中に示している。
図19は、容量C1ないしC8をパワーモジュールの回路図に示した図である。容量C1、C2、C8及びC7は直流電圧が加わる部分である。よって、当該部分の中間導体911及び914は、省略する事ができる。容量C3、C4、C5及びC6は交流電圧が加わる部分である。よって、当該部分の中間導体910及び913は、絶縁層に加わる電圧を分担することができる。
本実施形態のパワーモジュールは、冷却性に優れた両面冷却構造のパワーモジュールにおいて、絶縁層に中間導体構造を設けることで、絶縁層が薄肉化でき、より放熱性に優れた高耐圧のパワーモジュールを得る事ができる。
図20(a)及び図20(b)を用いて、本実施形態のパワーモジュールにおけるインダクタンス低減について説明する。図20(a)は、本実施形態のパワーモジュール300の回路図である。図20(b)は、パワーモジュール300の展開図である。
下アーム側のダイオード166が順方向バイアス状態で導通している状態とする。この状態で、上アーム側のIGBT328がON状態になると、下アーム側のダイオード166が逆方向バイアスとなりキャリア移動に起因するリカバリ電流が上下アームを貫通する。このとき、各導体板315、3318、320及び319には、図20(b)に示されるリカバリ電流360が流れる。リカバリ電流360は、直流負極端子319Bと対向して配置された直流正極端子315Bを流れる。続いて、各導体板315、318、320、319により形成されるループ形状の経路を流れる。そして、直流負極端子319Bを流れる。
ループ形状経路を電流が流れることによって、冷却器304の第1放熱面307A及び第2放熱面307Bに渦電流361が流れる。この渦電流361の電流経路に等価回路362が発生する磁界相殺効果によって、ループ形状経路における配線インダクタンス363が低減する。なお、リカバリ電流360の電流経路がループ形状に近いほど、インダクタンス低減作用が増大する。このように上アーム回路と下アーム回路を1セットでモジュール化した2in1構造とする事で磁界相殺効果によってインダクタンスを低減することができる。これは、4in1、6in1と増やしても同じ効果を持たせることができる。
図21を用いて、第4の実施形態に係るパワーモジュールについて説明する。
図21は、本実施形態のパワーモジュールの断面図である。実施例3のパワーモジュールについての図17に相当する。実施例3からの変更点は、中間導体の数を増やした点である。
中間導体910aおよび910bは、交流電圧が加わる導体板320と放熱面307Aの間に配置される。中間導体911a及び911bは、直流電圧が加わる導体板315と放熱面307Aの間に配置される。中間導体913a及び913bは、交流電圧が加わる導体板318と放熱面307Bの間に配置される。中間導体914a及び914bは、直流電圧が加わる導体板319と放熱面307Bの間に配置される。
そして、各中間導体は、容量回路C1ないしC12を形成する。容量C1は、導体板315と中間導体911aの間の容量である。容量C2は、中間導体911aと中間導体911bの間の容量である。容量C3は、中間導体911bと放熱面307Aの間の容量である。容量C4は、導体板318と中間導体913aの間の容量である。容量C5は、中間導体913aと中間導体913bの間の容量である。容量C6は、中間導体913bと放熱面307Bの間の容量である。容量C7は、導体板320と中間導体910aの間の容量である。容量C8は、中間導体910aと中間導体910bの間の容量である。容量C9は、中間導体910bと放熱面307Aの間の容量である。容量C10は、導体板319と中間導体914aの間の容量である。容量C11は、中間導体914aと中間導体914bの間の容量である。容量C12は、中間導体914bと放熱面307Bの間の容量である。ただし、直流電圧が加わる導体板315と放熱面307Aの間の容量C1、C2、C3及び導体板319と放熱面307Bの間のC10、C11、C12は、直流電圧が変化したときのみ容量回路が形成される。
本実施例のパワーモジュールでは、絶縁層に加わる電圧を3つに分担することができるため、より絶縁層の総厚を薄くすることができる。
図22ないし図24を用いて、本発明のパワーモジュールを組み込んだ電力変換装置及び車両システムの構成例を説明する。図22は、電力変換装置の回路図を示す。
電力変換装置200は、インバータ回路部140、142と、補機用のインバータ回路部43と、コンデンサモジュール500と、を備えている。インバータ回路部140及び142は、パワーモジュール300を複数備えており、それらを接続することにより3相ブリッジ回路を構成している。電流容量が大きい場合には、更にパワーモジュール300を並列接続し、これら並列接続を3相インバータ回路の各相に対応して行うことにより、電流容量の増大に対応できる。また、パワーモジュール300に内蔵しているパワー半導体素子を並列接続することでも電流容量の増大に対応できる。
インバータ回路部140とインバータ回路部142とは、基本的な回路構成は同じであり、制御方法や動作も基本的には同じである。ここでは代表してインバータ回路部140を例に説明する。インバータ回路部140は、3相ブリッジ回路を基本構成として備えている。具体的には、U相(符号U1で示す)やV相(符号V1で示す)やW相(符号W1で示す)として動作するそれぞれのアーム回路が、直流電力を送電する正極側および負極側の導体にそれぞれ並列に接続されている。なお、インバータ回路部142のU相、V相およびW相として動作するそれぞれのアーム回路を、インバータ回路部140の場合と同様に、符号U2、V2およびW2で示す。
各相のアーム回路は、上アーム回路と下アーム回路とが直列に接続した上下アーム直列回路で構成されている。各相の上アーム回路は正極側の導体にそれぞれ接続され、各相の下アーム回路は負極側の導体にそれぞれ接続されている。上アーム回路と下アーム回路の接続部には、それぞれ交流電力が発生する。各上下アーム直列回路の上アーム回路と下アーム回路の接続部は、各パワーモジュール300の交流端子320Bに接続されている。各パワーモジュール300の交流端子320Bはそれぞれ電力変換装置200の交流出力端子に接続され、発生した交流電力はモータジェネレータ192あるいは194の固定子巻線に供給される。各相の各パワーモジュール300は基本的に同じ構造であり、動作も基本的に同じであるので、代表してパワーモジュール300のU相(U1)について説明する。
上アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として上アーム用IGBT328と上アーム用ダイオード156とを備えている。また、下アーム回路は、スイッチング用のパワー半導体素子として下アーム用IGBT330と下アーム用ダイオード166とを備えている。各上下アーム直列回路の直流正極端子315Bおよび直流負極端子319Bは、コンデンサモジュール500のコンデンサ接続用直流端子にそれぞれ接続される。交流端子320Bから出力される交流電力は、モータジェネレータ192、194に供給される。
IGBT328、330は、ドライバ回路174を構成する2つのドライバ回路の一方あるいは他方から出力された駆動信号を受けてスイッチング動作し、バッテリー136から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。変換された電力は、モータジェネレータ192の固定子巻線に供給される。なお、V相およびW相については、U相と略同じ回路構成となるので、符号328、330、156、166の表示を省略している。インバータ回路部142のパワーモジュール300は、インバータ回路部140の場合と同様の構成であり、また、補機用のインバータ回路部43はインバータ回路部142と同様の構成を有しており、ここでは説明を省略する。
スイッチング用のパワー半導体素子について、上アーム用IGBT328および下アーム用IGBT330を用いて説明する。上アーム用IGBT328や下アーム用IGBT330は、コレクタ電極、エミッタ電極(信号用エミッタ電極端子)、ゲート電極(ゲート電極端子)を備えている。上アーム用IGBT328や下アーム用IGBT330のコレクタ電極とエミッタ電極との間には、上アーム用ダイオード156や下アーム用ダイオード166が図示のように電気的に接続されている。
上アーム用ダイオード156や下アーム用ダイオード166は、カソード電極およびアノード電極の2つの電極を備えている。上アーム用IGBT328や下アーム用IGBT330のエミッタ電極からコレクタ電極に向かう方向が順方向となるように、ダイオード156、166のカソード電極がIGBT328、330のコレクタ電極に、アノード電極がIGBT328、330のエミッタ電極にそれぞれ電気的に接続されている。なお、パワー半導体素子としてはMOSFET(金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ)を用いても良く、この場合は上アーム用ダイオード156、下アーム用ダイオード166は不要となる。
上下アーム直列回路に設けられた温度センサ(不図示)からは、上下アーム直列回路の温度情報がマイコンに入力される。また、マイコンには上下アーム直列回路の直流正極側の電圧情報が入力される。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知および過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全ての上アーム用IGBT328、下アーム用IGBT330のスイッチング動作を停止させ、上下アーム直列回路を過温度或いは過電圧から保護する。
図23は電力変換装置200の外観を示す斜視図である。本実施の形態に係る電力変化装置200の外観は、上面あるいは底面が略長方形の筐体12と、筐体12の短辺側の外周の一つに設けられた上部ケース10と、筐体12の下部開口を塞ぐための下部ケース16とを固定して形成されたものである。筐体12の底面図あるいは上面図の形状を略長方形としたことで、車両への取付けが容易となり、また生産しやすい。
図24は、電力変換装置を搭載したハイブリッド自動車の制御ブロック図を示す。ハイブリッド自動車(HEV)110は2つの車両駆動用システムを備えている。1つはエンジン120を動力源としたエンジン駆動システムで、もう1つはモータジェネレータ192、194を動力源とする回転電機駆動システムである。本発明の電力変換装置200は、バッテリー136、モータジェネレータ192、194、補機用モータ195間で、直流、交流の電力変換を行い車両の走行状態に応じて、モータへの駆動電力の供給や、モータからの電力回生を最適に制御し燃費の向上に貢献している。
10 上部ケース
12 筺体
16 下部ケース
18 交流ターミナル
22 駆動回路基板
43 インバータ回路
110 ハイブリッド自動車
112 前輪
114 前輪車軸
116 デファレンシャルギア
118 変速機
120 エンジン
122 動力配分機構
136 バッテリ
138 直流コネクタ
140 インバータ回路
142 インバータ回路
156 ダイオード
166 ダイオード
172 制御回路
174 ドライバ回路
180 電流センサ
192 モータジェネレータ
194 モータジェネレータ
195 モータ
200 電力変換装置
230 入力積層配線板
300 パワーモジュール
304 冷却体
304A 冷却体の薄肉部
304B フランジ
305 放熱フィン
306 挿入口
307 放熱面
307A 第一放熱面
307B 第二放熱面
315 直流正極導体板
315B 直流正極端子
319 直流負極導体板
319B 直流負極端子
318 導体板
320B 交流端子
328 IGBT
330 IGBT
333 絶縁シート
348 第一封止材
350 冷却体の厚肉部
351 第二封止材
370 接続部
500 コンデンサモジュール
800 電極
801 中間導体
802 電極
803 電極
804 電極
810 絶縁層
811 絶縁層
850 空気層
851 絶縁層
900 絶縁層
910 交流側中間導体
911 直流側中間導体
912 交流側中間導体
913 交流側中間導体
914 直流側中間導体
1000 カーブトレーサ
1001 発信器
1002 直流電源
1100 導体
1101 連通領域(連通孔)

Claims (7)

  1. スイッチング素子が接続される導体板と、
    前記導体板と対向して配置される放熱板と、
    前記導体板と前記放熱板との間に配置される絶縁部材と、
    前記導体板及び前記放熱板とは電気的に絶縁された状態で前記絶縁部材中に配置される導電性の中間導体と、を備え、
    前記中間導体は、前記中間導体に対して前記導体板側に配置される前記絶縁部材と前記中間導体に対して前記放熱板側に配置される前記絶縁部材との間で連通する連通領域を有し、
    前記連通領域は、100μm以下の径に形成されるパワーモジュール。
  2. 請求項1に記載のパワーモジュールであって、
    前記絶縁部材は、規則構造を有する樹脂により形成されるパワーモジュール。
  3. 請求項1又は2のいずれかに記載のパワーモジュールであって、
    前記絶縁部材は、フィラーを含有する樹脂により形成されるパワーモジュール。
  4. 請求項3に記載のパワーモジュールであって、
    前記通領域は、前記フィラーの粒径よりも大きく形成されるパワーモジュール。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載のパワーモジュールであって、
    前記中間導体は、複数の前記通領域が形成される格子状の導体であるパワーモジュール。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載のパワーモジュールであって、
    前記導体板は、交流電流を伝達するパワーモジュール。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載のパワーモジュールであって、
    前記中間導体は、前記導体板と前記放熱板との配列方向に垂直な方向における当該中間導体の幅が同方向における前記導体板の幅よりも大きくなるように、形成されるパワーモジュール。
JP2015151455A 2015-07-31 2015-07-31 パワーモジュール Active JP6557540B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015151455A JP6557540B2 (ja) 2015-07-31 2015-07-31 パワーモジュール
CN201680044174.5A CN107851638B (zh) 2015-07-31 2016-07-11 功率模块
PCT/JP2016/070362 WO2017022414A1 (ja) 2015-07-31 2016-07-11 パワーモジュール
EP16832693.2A EP3331009B1 (en) 2015-07-31 2016-07-11 Power module
US15/747,365 US10186473B2 (en) 2015-07-31 2016-07-11 Power module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015151455A JP6557540B2 (ja) 2015-07-31 2015-07-31 パワーモジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017034050A JP2017034050A (ja) 2017-02-09
JP6557540B2 true JP6557540B2 (ja) 2019-08-07

Family

ID=57943841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015151455A Active JP6557540B2 (ja) 2015-07-31 2015-07-31 パワーモジュール

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10186473B2 (ja)
EP (1) EP3331009B1 (ja)
JP (1) JP6557540B2 (ja)
CN (1) CN107851638B (ja)
WO (1) WO2017022414A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6557540B2 (ja) * 2015-07-31 2019-08-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール
CN112335088A (zh) * 2018-06-19 2021-02-05 日本汽车能源株式会社 锂离子二次电池及其制造方法
JP6813728B2 (ja) * 2018-06-25 2021-01-13 無錫利普思半導体有限公司 パワー半導体モジュール用パッケージの製造方法およびパワー半導体モジュール用パッケージ
JP7105214B2 (ja) * 2019-07-24 2022-07-22 株式会社日立製作所 パワー半導体装置
DE102020133622A1 (de) * 2020-12-15 2022-06-15 Danfoss Power Electronics A/S Kühlkörperanordnung für einen Stromrichter
WO2023112224A1 (ja) * 2021-12-15 2023-06-22 日立Astemo株式会社 半導体装置および絶縁部材

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7220365B2 (en) * 2001-08-13 2007-05-22 New Qu Energy Ltd. Devices using a medium having a high heat transfer rate
JP4046120B2 (ja) * 2005-01-27 2008-02-13 三菱電機株式会社 絶縁シートの製造方法およびパワーモジュールの製造方法
US20090229864A1 (en) * 2005-09-15 2009-09-17 Mitsubishi Materials Corporation Insulating circuit board and insulating circuit board having cooling sink
JP2007081200A (ja) * 2005-09-15 2007-03-29 Mitsubishi Materials Corp 冷却シンク部付き絶縁回路基板
JP2009158919A (ja) * 2007-12-04 2009-07-16 Nissan Motor Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP5825843B2 (ja) 2011-05-19 2015-12-02 株式会社日立製作所 半導体ユニット及び電力変換装置
CN104303297B (zh) * 2012-05-16 2017-05-17 松下知识产权经营株式会社 电力用半导体模块
JP6097557B2 (ja) * 2012-12-26 2017-03-15 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP2015005570A (ja) * 2013-06-19 2015-01-08 関西電力株式会社 半導体装置
JP6438225B2 (ja) * 2014-07-24 2018-12-12 株式会社ジェイデバイス 半導体パッケージ
JP6200871B2 (ja) * 2014-09-09 2017-09-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール及び電力変換装置
JP6557540B2 (ja) * 2015-07-31 2019-08-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017022414A1 (ja) 2017-02-09
US10186473B2 (en) 2019-01-22
EP3331009A4 (en) 2019-04-03
EP3331009B1 (en) 2021-09-29
EP3331009A1 (en) 2018-06-06
CN107851638A (zh) 2018-03-27
JP2017034050A (ja) 2017-02-09
CN107851638B (zh) 2020-07-31
US20180218963A1 (en) 2018-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6200871B2 (ja) パワーモジュール及び電力変換装置
JP6557540B2 (ja) パワーモジュール
CN101960706B (zh) 半导体装置及使用半导体装置的电力变换装置
US9301434B2 (en) Power conversion apparatus
US9326425B2 (en) Power module
JP5244876B2 (ja) 電力変換装置および電動車両
US8659920B2 (en) Switching device provided with a flowing restriction element
US8705257B2 (en) Switching module including a snubber circuit connected in parallel to a series-connected unit of flowing restriction elements
JP5591211B2 (ja) 電力変換装置
CN106953504B (zh) 电子的线路单元
US8604608B2 (en) Semiconductor module
JP2006196678A (ja) コンデンサ装置
CN212113470U (zh) 一种采用外置母排的金属外壳薄膜电容器
CN210092811U (zh) 叠层母排和电气产品
CN221127134U (zh) 半桥功率单元、全桥功率单元、电子设备及车辆
CN110071098A (zh) 一种功率模组电容布局的方法
EP4345897A1 (en) Switching module and inverter
CN106416037A (zh) 用于接触电部件的装置和方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170119

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20170125

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190131

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190712

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6557540

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250