JP6997552B2 - Power converter and manufacturing method of power converter - Google Patents
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本発明は、モジュール、電力変換装置及びモジュールの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a module, a power conversion device, and a method for manufacturing a module.
自動車等に搭載される電力変換装置(パワーモジュール)は、例えばバッテリから出力される力流電力をモータに供給するための交流電力に変換する。このような電力変換装置は、トランジスタ等の複数の半導体チップを相互に接続した構造を有している。例えば、特許文献1には、このような電力変換装置に適用することができ、半導体チップと半導体チップを冷却する冷却管とを有する半導体モジュールが開示されている。
A power conversion device (power module) mounted on an automobile or the like converts, for example, the power flow power output from a battery into AC power for supplying the motor. Such a power conversion device has a structure in which a plurality of semiconductor chips such as transistors are connected to each other. For example,
ところで、半導体チップの表裏面を2つの電極で挟み込む構造を採用する場合には、例えば電極に導電性ペーストを塗布して半導体チップの配置し、導電性ペーストを加熱するリフロー工程を経て、半導体チップと電極とを接続している。このとき、半導体チップと電極との位置精度を高めるために、先に半導体チップの一方側の面を一方の電極に固定し、その後に半導体チップの他方側の面を他方の電極に固定している。つまり、従来においては、2つの電極を、位置精度を確保して半導体チップに接合するために、導電性ペーストを加熱する工程を2回行う必要がある。 By the way, when adopting a structure in which the front and back surfaces of a semiconductor chip are sandwiched between two electrodes, for example, a conductive paste is applied to the electrodes, the semiconductor chip is arranged, and the semiconductor chip is heated through a reflow step. And the electrode are connected. At this time, in order to improve the positional accuracy between the semiconductor chip and the electrode, one surface of the semiconductor chip is first fixed to one electrode, and then the other surface of the semiconductor chip is fixed to the other electrode. There is. That is, conventionally, in order to secure the positional accuracy and bond the two electrodes to the semiconductor chip, it is necessary to perform the step of heating the conductive paste twice.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、半導体チップの表裏面に電極が接続されたモジュールにおいて、半導体チップの電極に対する位置精度を確保しつつ製造工程を簡略化可能とすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in a module in which electrodes are connected to the front and back surfaces of a semiconductor chip, it is possible to simplify the manufacturing process while ensuring the position accuracy of the semiconductor chip with respect to the electrodes. With the goal.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration as a means for solving the above problems.
第1の発明は、半導体チップの表面に導電性接合部を介して接続された表側電極と、上記半導体チップの裏面に導電性接合部を介して接続された裏側電極とを有するモジュールであって、上記表側電極及び上記裏側電極の少なくとも一方が、上記半導体チップを側方から囲繞する収容凹部を有するという構成を採用する。 The first invention is a module having a front side electrode connected to the front surface of a semiconductor chip via a conductive joint portion and a back side electrode connected to the back surface of the semiconductor chip via a conductive joint portion. , At least one of the front side electrode and the back side electrode has a housing recess that surrounds the semiconductor chip from the side.
第2の発明は、第1の発明において、上記表側電極及び上記裏側電極の一方が上記収容凹部を有し、上記表側電極及び上記裏側電極の他方が上記収容凹部に対向配置されると共に上記半導体チップに対して上記収容凹部と反対側から覆い被さる冠部を有するという構成を採用する。 In the second invention, in the first invention, one of the front side electrode and the back side electrode has the accommodation recess, and the other of the front side electrode and the back side electrode is arranged facing the accommodation recess and the semiconductor. A configuration is adopted in which the chip has a crown portion that covers the chip from the opposite side to the accommodating recess.
第3の発明は、第1の発明において、上記表側電極及び上記裏側電極の一方が上記収容凹部を有し、上記表側電極及び上記裏側電極の他方が上記収容凹部に対向配置されると共に上記収容凹部に向けて突出する凸部を有するという構成を採用する。 In the third aspect of the invention, in the first invention, one of the front side electrode and the back side electrode has the housing recess, and the other of the front side electrode and the back side electrode is arranged facing the housing recess and the housing is held. A configuration having a convex portion protruding toward the concave portion is adopted.
第4の発明は、上記第1~第3いずれかの発明において、上記収容凹部の深さ寸法が、表裏方向の上記半導体チップの厚さ寸法よりも小さいという構成を採用する。 In the fourth invention, in any one of the first to third inventions, the configuration in which the depth dimension of the accommodating recess is smaller than the thickness dimension of the semiconductor chip in the front and back directions is adopted.
第5の発明は、電力変換装置であって、上記第1~第4のいずれかのモジュールからなる、あるいは、上記第1~第4のいずれかのモジュールを備え、入力電力の形態を変更して出力するという構成を採用する。 A fifth aspect of the present invention is a power conversion device, which comprises any of the above-mentioned first to fourth modules, or includes any of the above-mentioned first to fourth modules, and changes the form of input power. And output.
第6の発明は、表裏面の各々に接続部を有する半導体チップと、上記半導体チップの表面に導電性接合部を介して接続された表側電極と、上記半導体チップの裏面に導電性接合部を介して接続された裏側電極とを有するモジュールの製造方法であって、上記表側電極及び上記裏側電極の少なくとも一方に設けられると共に上記半導体チップを収容可能な収容凹部に対して、導電性ペーストを配置する導電性ペースト配置工程と、上記収容凹部に上記半導体チップを収容すると共に、上記表側電極と上記裏側電極とで挟んだ状態で上記半導体チップを保持する半導体チップ保持工程と、上記導電性ペーストを加熱することによって上記導電性接合部を形成する導電性接合部形成工程とを有するという構成を採用する。 The sixth invention comprises a semiconductor chip having a connection portion on each of the front and back surfaces, a front electrode connected to the surface of the semiconductor chip via a conductive junction portion, and a conductive junction portion on the back surface of the semiconductor chip. It is a method of manufacturing a module having a back side electrode connected via a conductive paste, and a conductive paste is placed in a storage recess provided in at least one of the front side electrode and the back side electrode and capable of accommodating the semiconductor chip. A semiconductor chip holding step of accommodating the semiconductor chip in the accommodating recess and holding the semiconductor chip in a state of being sandwiched between the front side electrode and the back side electrode, and the conductive paste. A configuration having a conductive joint portion forming step of forming the conductive joint portion by heating is adopted.
第7の発明は、上記第6の発明において、上記半導体チップ、上記表側電極及び上記裏側電極を金型内部に収容した状態で上記導電性接合部形成工程を行い、上記導電性接合部形成工程後に、上記半導体チップ、上記表側電極及び上記裏側電極を樹脂材で覆うインサート成形を行うモールド工程を有するという構成を採用する。 In the seventh invention, in the sixth invention, the conductive joint forming step is performed with the semiconductor chip, the front electrode and the back electrode housed inside the mold, and the conductive joint forming step is performed. Later, a configuration is adopted in which the semiconductor chip, the front side electrode, and the back side electrode are covered with a resin material for insert molding.
本発明によれば、半導体チップの表面に接続された表側電極と半導体チップの裏面に接続された裏側電極との少なくとも一方が、半導体チップを側方から囲繞可能な収容凹部を有している。このため、導電性ペーストの流動性が高い状態であっても、半導体チップの表側電極あるいは裏側電極に対する位置精度を維持することができる。したがって、本発明によれば、表側電極と裏側電極とを1つの工程で半導体チップに接合することが可能となる。よって、本発明によれば、半導体チップの表裏面に電極が接続されたモジュールにおいて、半導体チップの電極に対する位置精度を確保しつつ製造工程を簡略化することが可能となる。 According to the present invention, at least one of the front side electrode connected to the front surface of the semiconductor chip and the back side electrode connected to the back surface of the semiconductor chip has a housing recess that can surround the semiconductor chip from the side. Therefore, even when the fluidity of the conductive paste is high, the position accuracy of the semiconductor chip with respect to the front side electrode or the back side electrode can be maintained. Therefore, according to the present invention, the front side electrode and the back side electrode can be bonded to the semiconductor chip in one step. Therefore, according to the present invention, in a module in which electrodes are connected to the front and back surfaces of a semiconductor chip, it is possible to simplify the manufacturing process while ensuring the position accuracy of the semiconductor chip with respect to the electrodes.
以下、図面を参照して、本発明に係るモジュール、電力変換装置及びモジュールの製造方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。なお、本実施形態においては、本発明のモジュールからなる電力変換装置及びその製造方法の一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a module, a power conversion device, and a method for manufacturing a module according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member recognizable. In this embodiment, an embodiment of a power conversion device composed of the module of the present invention and a method for manufacturing the same will be described.
図1は、本実施形態の電力変換装置1の概略構成図であり、(a)が回路図であり、(b)が断面図である。本実施形態の電力変換装置1は、車両に搭載され、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータ機能を有するパワーモジュールである。図1(a)に示すように、本実施形態の電力変換装置1は、高圧側電極配線2と、低圧側電極配線3と、U相用スイッチングレグ4と、V相用スイッチングレグ5と、W相用スイッチングレグ6と、出力用電極配線7と、制御電極配線8(図1(b)参照)とを有している。
1A and 1B are schematic configuration diagrams of the
図1(a)に示すように、高圧側電極配線2は、バッテリBの高圧側端子と接続されており、U相用スイッチングレグ4、V相用スイッチングレグ5及びW相用スイッチングレグ6をバッテリBの高圧側端子に接続している。低圧側電極配線3は、バッテリBの低圧側端子と接続されており、U相用スイッチングレグ4、V相用スイッチングレグ5及びW相用スイッチングレグ6をバッテリBの低圧側端子に接続している。
As shown in FIG. 1A, the high-voltage
U相用スイッチングレグ4、V相用スイッチングレグ5及びW相用スイッチングレグ6は、複数のアーム9が複数並列接続されて形成されている。各々のアーム9は、直列接続された1つの上アーム9aと1つの下アーム9bとを有している。上アーム9aは、コレクタが高圧側電極配線2に接続され、エミッタが出力用電極配線7に接続されたトランジスタ9a1と、カソードが高圧側電極配線2に接続され、アノードが出力用電極配線7に接続されたダイオード9a2とを備えている。下アーム9bは、コレクタが出力用電極配線7に接続され、エミッタが低圧側電極配線3に接続されたトランジスタ9b1と、アノードが低圧側電極配線3に接続され、カソードが出力用電極配線7に接続されたダイオード9b2とを備えている。
The U-phase switching leg 4, the V-
出力用電極配線7は、U相用スイッチングレグ4、V相用スイッチングレグ5及びW相用スイッチングレグ6との各々に対して設けられており、各々のアーム9において、上アーム9aと下アーム9bとの間に接続されている。これらの出力用電極配線7から交流電力が不図示のモータに向けて出力される。制御電極配線8は、トランジスタ9a1のベースと、トランジスタ9b1のベースとの各々に1本ずつ接続されている。これらの制御電極配線8は、不図示の制御装置の制御の下に、トランジスタ9a1及びトランジスタ9b1に駆動信号を入力する。
The
図1(b)は、1つのアーム9に沿って切断した断面図である。この図に示すように、本実施形態の電力変換装置1は、上述の高圧側電極配線2と、低圧側電極配線3と、出力用電極配線7、制御電極配線8、アーム9に加えて、樹脂モールド部10と、導電性接合部11と、制御電極配線保持部12と、熱伝導シート13と、冷却器14とを備えている。なお、本実施形態の電力変換装置1の設置姿勢は、重力方向に対して特に限定されるものではない。ただし、以下の説明においては、説明の便宜上、図1(b)の座標軸に示すように、高圧側電極配線2側を下側、低圧側電極配線3を上側として説明する。
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along one
高圧側電極配線2は、樹脂モールド部10に保持された導電性の金属配線であり、例えば銅(Cu)材によって形成されている。この高圧側電極配線2は、湾曲された出力用電極配線7の下側に配置されている。また、高圧側電極配線2は、上面側に、下方に向けて窪んだ収容凹部2aを有している。この収容凹部2aは、半導体チップからなるトランジスタ9a1とダイオード9a2とを個別に収容しており、トランジスタ9a1とダイオード9a2をそれぞれ側方から囲繞するように平面視において矩形状に形状設定されている。この収容凹部2aの深さ寸法は、表裏方向(図1(b)における上下方向)におけるトランジスタ9a1やダイオード9a2の厚さ寸法よりも小さく設定されている。
The high-voltage
図2は、図1(b)のA-A断面図である。上述したように、U相用スイッチングレグ4、V相用スイッチングレグ5及びW相用スイッチングレグ6は、複数のアーム9が複数並列接続されている。本実施形態の電力変換装置1では、U相用スイッチングレグ4、V相用スイッチングレグ5及びW相用スイッチングレグ6が、それぞれ5つずつのアーム9を並列に備えているものとする。このため、高圧側電極配線2は、各スイッチングレグに10箇所の収容凹部2aを有している。このような高圧側電極配線2は、導電性接合部11を介してトランジスタ9a1(5つのトランジスタ9a1)及びダイオード9a2(5つのダイオード9a2)の下側面と接続されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (b). As described above, in the U-phase switching leg 4, the V-
低圧側電極配線3は、高圧側電極配線2と同様に、樹脂モールド部10に保持された導電性の金属配線であり、例えば銅(Cu)材によって形成されている。この低圧側電極配線3は、湾曲された出力用電極配線7の上側に配置されている。また、低圧側電極配線3は、下面側に、上方に向けて窪んだ収容凹部3aを有している。この収容凹部3aは、半導体チップからなるトランジスタ9b1とダイオード9b2とを個別に収容しており、トランジスタ9b1とダイオード9a2とをそれぞれ側方から囲繞するように平面視において矩形状に形状設定されている。この収容凹部3aの深さ寸法は、表裏方向(図1(b)における上下方向)におけるトランジスタ9b1やダイオード9b2の厚さ寸法よりも小さく設定されている。このような低圧側電極配線3に形成された収容凹部3aは、高圧側電極配線2に形成された収容凹部2aと同様に、図1(b)の奥行方向に5つずつ配列されている。このような低圧側電極配線3は、導電性接合部11を介してトランジスタ9b1及びダイオード9b2の上側面と接続されている。
Like the high-voltage
出力用電極配線7は、高圧側電極配線2及び低圧側電極配線3と同様に、樹脂モールド部10に保持された導電性の金属配線であり、例えば銅(Cu)材によって形成されている。出力用電極配線7は、図1(b)に示すように、断面形状が略S字状となるように湾曲されており、一端側が高圧側電極配線2の上方に配置され、他端側が低圧側電極配線3の下方に配置されている。出力用電極配線7は、高圧側電極配線2に対向される部位に高圧側電極配線2に向かって突出して設けられた冠部7aを有している。この冠部7aには、図2に示すように、トランジスタ9a1とダイオード9a2とがそれぞれ収容される凹部7a1が形成されている。このような冠部7aは、図2に示すように、トランジスタ9a1及びダイオード9a2に高圧側電極配線2と反対側から覆い被さるように配置されている。このような出力用電極配線7は、導電性接合部11を介してトランジスタ9a1及びダイオード9a2の上面側と接続されている。
The
また、出力用電極配線7は、図1(b)に示すように、低圧側電極配線3に対向される部位に低圧側電極配線3に向かって突出して設けられた冠部7bを有している。この冠部7bには、トランジスタ9b1とダイオード9b2とがそれぞれ収容される凹部(不図示)が形成されている。このような冠部7bは、トランジスタ9b1及びダイオード9b2に低圧側電極配線3と反対側から覆い被さるように配置されている。このような出力用電極配線7は、導電性接合部11を介してトランジスタ9b1及びダイオード9b2の下面側と接続されている。
Further, as shown in FIG. 1B, the
制御電極配線8は、制御電極配線保持部12に保持された状態で樹脂モールド部10の内部に配置されている。この制御電極配線8は、トランジスタ9a1上方のベースあるいはトランジスタ9b1下方のベースに接続されている。
The
トランジスタ9a1及びトランジスタ9b1は、トランジスタとして機能を有する扁平かつ矩形状のベアチップ(半導体チップ)からなる。トランジスタ9a1は、高圧側電極配線2の上面側に設けられた収容凹部2aに収容された状態で、高圧側電極配線2と出力用電極配線7との間に配置されている。このトランジスタ9a1は、上面側にエミッタが形成され、下面側にコレクタが形成されている。トランジスタ9b1は、低圧側電極配線3の下面側に設けられた収容凹部3aに収容された状態で、低圧側電極配線3と出力用電極配線7との間に配置されている。このトランジスタ9b1は、上面側にエミッタが形成され、下面側にコレクタが形成されている。
The transistor 9a1 and the transistor 9b1 are composed of a flat and rectangular bare chip (semiconductor chip) having a function as a transistor. The transistor 9a1 is arranged between the high-voltage
例えば、トランジスタ9a1の上面を表面とし下面を裏面とした場合、出力用電極配線7がトランジスタ9a1の表面に導電性接合部11を介して接続された表側電極となる。また、高圧側電極配線2がトランジスタ9a1の裏面に導電性接合部11を介して接続された裏側電極となる。さらに、これらの表側電極と裏側電極のうち裏側電極である高圧側電極配線2が、トランジスタ9a1を側方から囲繞する収容凹部2aを有している。
For example, when the upper surface of the transistor 9a1 is the front surface and the lower surface is the back surface, the
一方、トランジスタ9b1の上面を表面とし下面を裏面とした場合、出力用電極配線7がトランジスタ9b1の裏面に導電性接合部11を介して接続された裏側電極となる。また、低圧側電極配線3がトランジスタ9b1の表面に導電性接合部11を介して接続された表側電極となる。さらに、これらの表側電極と裏側電極のうち表側電極である低圧側電極配線3が、トランジスタ9b1を側方から囲繞する収容凹部3aを有している。
On the other hand, when the upper surface of the transistor 9b1 is the front surface and the lower surface is the back surface, the
ダイオード9a2及びダイオード9b2は、ダイオードとして機能を有する扁平かつ矩形状のベアチップ(半導体チップ)からなる。ダイオード9a2は、高圧側電極配線2の上面側に設けられた収容凹部2aに収容された状態で、高圧側電極配線2と出力用電極配線7との間に配置されている。このダイオード9a2は、上面側にアノードが形成され、下面側にカソードが形成されている。ダイオード9b2は、低圧側電極配線3の下面側に設けられた収容凹部3aに収容された状態で、低圧側電極配線3と出力用電極配線7との間に配置されている。このダイオード9b2は、上面側にアノードが形成され、下面側にカソードが形成されている。
The diode 9a2 and the diode 9b2 are composed of a flat and rectangular bare chip (semiconductor chip) having a function as a diode. The diode 9a2 is arranged between the high-voltage
樹脂モールド部10は、高圧側電極配線2、低圧側電極配線3、出力用電極配線7及び制御電極配線8等を保持するベース部材であり、絶縁性の樹脂材によって形成されている。この樹脂モールド部10は、高圧側電極配線2の下面と低圧側電極配線3の上面とを露出するようにして、高圧側電極配線2及び低圧側電極配線3を保持している。
The
導電性接合部11は、高圧側電極配線2とトランジスタ9a1の下面(コレクタ)との間、出力用電極配線7とトランジスタ9a1の上面(エミッタ)との間、低圧側電極配線3とトランジスタ9b1の上面(エミッタ)との間、出力用電極配線7とトランジスタ9a1の下面(コレクタ)との間、高圧側電極配線2とダイオード9a2の下面(カソード)との間、出力用電極配線7とダイオード9a2の上面(アノード)との間、低圧側電極配線3とダイオード9b2の上面(アノード)との間、及び、出力用電極配線7とダイオード9b2の下面(カソード)との間に介挿されている。これらの導電性接合部11は、熱硬化性の導電性ペーストを加熱することによって硬化させた導電性部材であり、トランジスタ9a1あるいはトランジスタ9b1を電極(高圧側電極配線2、低圧側電極配線3あるいは出力用電極配線7)と電気的に接続する。
The
これらの導電性接合部11のうち高圧側電極配線2とトランジスタ9a1及びダイオード9a2の下面(コレクタ、カソード)との間に介挿された導電性接合部11は、高圧側電極配線2の収容凹部2aに収容された状態で設けられている。また、導電性接合部11のうち低圧側電極配線3とトランジスタ9b1及びダイオード9b2の上面(エミッタ、アノード)との間に介挿された導電性接合部11は低圧側電極配線3の収容凹部3aに収容された状態で設けられている。
Of these
制御電極配線保持部12は、制御電極配線8を保持する部位であり、絶縁性の樹脂によって形成されている。この制御電極配線保持部12は、樹脂モールド部10によって保持されている。熱伝導シート13は、高圧側電極配線2と冷却器14との間、及び、低圧側電極配線3と冷却器14との間に介挿されている。これらの熱伝導シート13は、高圧側電極配線2の樹脂モールド部10に被覆されていない領域と、低圧側電極配線3の樹脂モールド部10に被覆されていない領域とに配置されており、高圧側電極配線2あるいは低圧側電極配線3から冷却器14に熱を伝達する。冷却器14は、例えば内部に冷却水が流されており、高圧側電極配線2や低圧側電極配線3を経由してトランジスタ9a1やトランジスタ9b1から伝達された熱を外部に放出する。なお、冷却器14としては、放熱フィン等を用いることも可能である。
The control electrode
このような本実施形態の電力変換装置1は、バッテリBから供給される直流電力を、トランジスタ9a1及びトランジスタ9b1のオンオフが適宜切り替えられることによって、交流電力に変換して出力する。
Such a
続いて、本実施形態の電力変換装置1の製造方法について図3の模式図を参照して説明する。まず、図3(a)に示すように、例えば削り出し等によって収容凹部2aが形成された高圧側電極配線2と、同様に削り出し等によって冠部7aが形成された出力用電極配線7とを作製する。なお、出力用電極配線7には冠部7bも合せて形成される。また、収容凹部3aが形成された不図示の低圧側電極配線3も作製する。さらに、図3(a)に示すように、高圧側電極配線2の収容凹部2aに対して、導電性接合部11となる導電性ペースト11aを塗布する(導電性ペースト配置工程)。また、出力用電極配線7の冠部7aの凹部7a1にも導電性ペースト11aを塗布する。なお、図示していないが、低圧側電極配線3の収容凹部3aと、出力用電極配線7の冠部7bの凹部7b1にも導電性ペースト11aを塗布する。
Subsequently, the manufacturing method of the
続いて、図3(b)に示すように、高圧側電極配線2の収容凹部2aにダイオード9a2及びトランジスタ9a1を配置し、高圧側電極配線2と出力用電極配線7とで挟み込んだ状態とすることによってダイオード9a2及びトランジスタ9a1を保持する(半導体チップ保持工程)。なお、図示していないが、低圧側電極配線3の収容凹部3aにはダイオード9b2及びトランジスタ9b1を配置し、低圧側電極配線3と出力用電極配線7とで挟み込んだ状態とすることによってダイオード9b2及びトランジスタ9b1を保持する。
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the diode 9a2 and the transistor 9a1 are arranged in the
さらに、図3(b)に示すように、トランジスタ9a1等を保持した高圧側電極配線2、出力用電極配線7、及び、低圧側電極配線3(不図示)を射出成形用の金型100のキャビティに配置する。続いて、金型ごと加熱して、導電性ペースト11aを硬化させて導電性接合部11を形成する(導電性接合部形成工程)。
Further, as shown in FIG. 3B, the high-voltage
続いて、図3(c)に示すように、金型100のキャビティに溶融樹脂を射出し、その後冷却することによって、トランジスタ9a1等を保持した高圧側電極配線2、出力用電極配線7、及び、低圧側電極配線3(不図示)を樹脂材で覆うインサート成形を行う(モールド工程)。これによって、樹脂モールド部10が形成される。なお、複数のトランジスタ9a1同士の間にも樹脂材が流れ込み、図3(c)に示すように、トランジスタ9a1同士の間にも樹脂モールド部10が入り込んだ状態で形成される。なお、金型100のキャビティには、制御電極配線8や制御電極配線保持部12も合せて収容される。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the molten resin is injected into the cavity of the
その後、熱伝導シート13や冷却器14が設置されることによって本実施形態の電力変換装置1となる。このような本実施形態の電力変換装置1は、車両に搭載される。このとき、高圧側電極配線2がバッテリBの高圧側端子に接続され、低圧側電極配線3がバッテリBの低圧側端子に接続され、出力用電極配線7がモータに接続され、制御電極配線8が制御部と接続される。
After that, the
以上のような本実施形態の電力変換装置1及びその製造方法においては、例えばトランジスタ9a1及びダイオード9a2の上面を表面とし下面を裏面とした場合、表側電極と裏側電極のうち裏側電極である高圧側電極配線2が、トランジスタ9a1及びダイオード9a2をそれぞれ側方から囲繞する収容凹部2aを有している。また、トランジスタ9b1及びダイオード9b2の上面を表面とし下面を裏面とした場合、表側電極と裏側電極のうち表側電極である低圧側電極配線3が、トランジスタ9b1及びダイオード9b2をそれぞれ側方から囲繞する収容凹部3aを有している。このため、導電性ペースト11aの流動性が高い状態であっても、トランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2の高圧側電極配線2等に対する位置精度を維持することができる。したがって、本実施形態の電力変換装置1によれば、上述のように、1回の加熱工程でトランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2の接合をすることが可能となる。したがって、本実施形態の電力変換装置1によれば、トランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2の高圧側電極配線2等に対する位置精度を確保しつつ製造工程を簡略化することが可能となる。
In the
また、本実施形態の電力変換装置1においては、出力用電極配線7が、トランジスタ9a1及びダイオード9a2に高圧側電極配線2と反対側から覆い被さるように配置された冠部7aと、トランジスタ9b1及びダイオード9b2に低圧側電極配線3と反対側から覆い被さるように配置された冠部7bとを有している。このため、製造時に冠部7aによってもトランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2が移動することを規制することができる。したがって、トランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2の高圧側電極配線2等に対する位置精度をより確実に確保することが可能となる。
Further, in the
また、本実施形態の電力変換装置1においては、収容凹部2a及び収容凹部3aの深さ寸法が、トランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2の厚さ寸法よりも小さく設定されている。このため、高圧側電極配線2と出力用電極配線7とが短絡することを防止し、また低圧側電極配線3と出力用電極配線7とが短絡することを防止することができる。
Further, in the
また、本実施形態の電力変換装置1の製造方法においては、金型100の内部で導電性ペースト11aを加熱することで導電性接合部11を形成し、その後、金型100の内部に溶融樹脂を射出することでインサート成形を行っている。このため、金型100から取り出すことなく、導電性接合部形成工程とモールド工程を行うことができ、製造工程が簡略化される。
Further, in the manufacturing method of the
また、本実施形態の電力変換装置1においては、インサート成形によって、高圧側電極配線2と出力用電極配線7との間や、低圧側電極配線3と出力用電極配線7との間にも樹脂モールド部10が入り込んだ状態となっている。このため、経時劣化等によって、高圧側電極配線2と出力用電極配線7とが短絡、あるいは、低圧側電極配線3と出力用電極配線7とが短絡することを防止することができる。なお、より短絡を確実に防止するために、高圧側電極配線2の出力用電極配線7との対向面、出力用電極配線7の高圧側電極配線2との対向面、低圧側電極配線3の出力用電極配線7との対向面、及び、出力用電極配線7の低圧側電極配線3との対向面のいずれかあるいは複数に対して絶縁シートを別途貼付するようにしても良い。
Further, in the
また、本実施形態の電力変換装置1においては、収容凹部2a及び収容凹部3aが削り出しによって形成する例を説明した。収容凹部2a及び収容凹部3aを削り出しによって形成することで、高圧側電極配線2の収容凹部2aと反対側の面と、低圧側電極配線3の収容凹部3aと反対側の面とを平坦とすることができる。このため、エンボス加工等によって収容凹部2a及び収容凹部3aを形成する場合と比較して、高圧側電極配線2の収容凹部2aと反対側の面と、低圧側電極配線3の収容凹部3aと反対側の面とを平面度を向上させ、冷却器14との間に隙間が生じることを防止することができる。したがって、収容凹部2a及び収容凹部3aを削り出しによって形成することで冷却効率の向上を図ることが可能となる。
Further, in the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiment. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-described embodiment are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、出力用電極配線7が、トランジスタ9a1及びダイオード9a2に高圧側電極配線2と反対側から覆い被さるように配置された冠部7aと、トランジスタ9b1及びダイオード9b2に低圧側電極配線3と反対側から覆い被さるように配置された冠部7bとを有しており、該冠部7a及び冠部7bに、トランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2及びダイオード9b2がそれぞれ収容される凹部が形成されている構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図4に示すように、出力用電極配線7が、収容凹部2aに向けて突出する凸部7cを備える構成を採用することも可能である。また、図4には示されていないが、同様に、出力用電極配線7が、収容凹部3aに向けて突出する凸部を備えるようにすることも可能である。このような構成を採用することによって、高圧側電極配線2と出力用電極配線7との距離、及び、低圧側電極配線3と出力用電極配線7との距離を長く確保することができ、より確実に短絡が生じることを防止することが可能となる。
For example, in the above embodiment, the
また、出力用電極配線7に対して、冠部や凸部を設けずに平坦面とすることも可能である。また、収容凹部を出力用電極配線7に形成し、高圧側電極配線2や低圧側電極配線3に冠部や凸部を設ける構成を採用することも可能である。
Further, it is also possible to make the
また、上記実施形態においては、半導体チップがトランジスタ9a1、トランジスタ9b1、ダイオード9a2あるいはダイオード9b2である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の半導体チップを表側電極と裏側電極とで挟んだ状態となるモジュールの全般に適用することが可能である。 Further, in the above embodiment, the configuration in which the semiconductor chip is a transistor 9a1, a transistor 9b1, a diode 9a2, or a diode 9b2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to all modules in which another semiconductor chip is sandwiched between the front side electrode and the back side electrode.
また、上記実施形態においては、直流電力を交流電力に変換するインバータ機能を有するパワーモジュールに本発明を適用した例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、交流電力を直流電力に変換するパワーモジュールや、直流電力の電圧を変化させるパワーモジュール等に本発明を適用することも可能である。つまり、本発明は、入力電力の形態を変更して出力する電力変換装置に適用することが可能である。 Further, in the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a power module having an inverter function for converting DC power into AC power has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a power module that converts AC power into DC power, a power module that changes the voltage of DC power, and the like. That is, the present invention can be applied to a power conversion device that outputs by changing the form of input power.
1……電力変換装置、2……高圧側電極配線(表側電極)、2a……収容凹部、3……低圧側電極配線(裏側電極)、3a……収容凹部、4……U相用スイッチングレグ、5……V相用スイッチングレグ、6……W相用スイッチングレグ、7……出力用電極配線(表側電極、裏側電極)、7a……冠部、7a1……凹部、7b……冠部、7b1……凹部、7c……凸部、8……制御電極配線、9……アーム、9a……上アーム、9a1……トランジスタ(半導体チップ)、9a2……ダイオード(半導体チップ)、9b……下アーム、9b1……トランジスタ(半導体チップ)、9b2……ダイオード(半導体チップ)、10……樹脂モールド部、11……導電性接合部、11a……導電性ペースト、12……制御電極配線保持部、13……熱伝導シート、14……冷却器、100……金型、B……バッテリ 1 ... Power conversion device, 2 ... High-voltage side electrode wiring (front side electrode), 2a ... Containment recess, 3 ... Low-voltage side electrode wiring (back side electrode), 3a ... Containment recess, 4 ... U-phase switching Leg, 5 ... V-phase switching leg, 6 ... W-phase switching leg, 7 ... Output electrode wiring (front side electrode, back side electrode), 7a ... crown, 7a1 ... recess, 7b ... crown Part, 7b1 ... Concave, 7c ... Convex, 8 ... Control electrode wiring, 9 ... Arm, 9a ... Upper arm, 9a1 ... Transistor (semiconductor chip), 9a2 ... Diode (semiconductor chip), 9b …… Lower arm, 9b1 …… Transistor (semiconductor chip), 9b2 …… Diode (semiconductor chip), 10 …… Resin mold part, 11 …… Conductive junction, 11a …… Conductive paste, 12 …… Control electrode Wiring holder, 13 ... Heat conduction sheet, 14 ... Cooler, 100 ... Mold, B ... Battery
Claims (2)
一群の前記半導体チップの表面に導電性接合部を介して接続された一の表側電極と、
他群の前記半導体チップの裏面に導電性接合部を介して接続された他の裏側電極と、
前記一群の半導体チップの裏面に導電性接合部を介して接続される一の裏側電極部、及び前記他群の半導体チップの表面に導電性接合部を介して接続される他の表側電極部を構成しつつ前記一の裏側電極部及び前記他の表側電極部間を接続してなる出力用電極と、
を備え、
入力電力の形態を変更して前記出力用電極から出力する電力変換装置であって、
前記一の表側電極、前記出力用電極、及び前記他の裏側電極は、それぞれ表裏方向の前記半導体チップの厚さ寸法よりも小さい深さ寸法に形成されて前記半導体チップを側方から囲繞する収容凹部を有し、
前記出力用電極は、前記一群の半導体チップの側面から各裏面にかけて覆い被さって前記一の裏側電極部を形成する一の冠部と、前記他群の半導体チップの側面から各表面にかけて覆い被さって前記他の表側電極部を形成する他の冠部とを一体に有しており、
前記一の表側電極の表面及び前記他の冠部の表面側と、前記他の裏側電極の裏面及び前記一の冠部の裏面側とが各共同で、製造時に前記導電性接合部を固化する際に電力変換装置を把持するための表側把持面及び裏側把持面を形成するとともに、前記表側把持面及び裏側把持面に対して前記半導体チップからの熱を抜熱するための冷却器を熱伝導可能に対向させていることを特徴とする電力変換装置。 A plurality of semiconductor chips having a connection portion on each of the front and back surfaces, and
A group of front side electrodes connected to the surface of the semiconductor chip via a conductive junction,
With other back side electrodes connected to the back surface of the semiconductor chip of another group via a conductive joint ,
One back side electrode portion connected to the back surface of the group of semiconductor chips via a conductive joint portion, and another front side electrode portion connected to the surface of the other group of semiconductor chips via a conductive joint portion. An output electrode formed by connecting the back side electrode portion and the other front side electrode portions while being configured,
Equipped with
A power conversion device that changes the form of input power and outputs it from the output electrode .
The one front side electrode , the output electrode, and the other back side electrode are each formed to have a depth dimension smaller than the thickness dimension of the semiconductor chip in the front and back directions, and accommodate the semiconductor chip from the side. Has a recess and
The output electrode covers one crown portion forming the one back side electrode portion by covering from the side surface of the semiconductor chip of the group from the side surface to each back surface, and covers each surface from the side surface of the semiconductor chip of the other group. It has the other crown portion that forms the other front side electrode portion integrally, and has.
The front surface of the one front electrode and the front surface side of the other crown, the back surface of the other back electrode, and the back surface side of the one crown jointly solidify the conductive joint portion at the time of manufacture. A cooler for removing heat from the semiconductor chip is heat-conducted to the front-side gripping surface and the back-side gripping surface while forming a front-side gripping surface and a back-side gripping surface for gripping the power conversion device. A power conversion device characterized by being opposed to each other as much as possible .
前記表側電極、前記出力用電極、及び前記裏側電極それぞれに設けられると共に前記半導体チップを収容可能な収容凹部に対して、導電性ペーストを配置する導電性ペースト配置工程と、
前記収容凹部に前記半導体チップを収容すると共に、前記表側電極と前記出力用電極の一の冠部、及び前記裏側電極と前記出力用電極の他の冠部で各々挟んだ状態で前記複数個の半導体チップを金型内部に一挙に保持する半導体チップ保持工程と、
前記半導体チップ、前記表側電極、前記出力用電極及び前記裏側電極を金型内部に収容した状態で前記導電性ペーストを加熱することによって前記導電性接合部を形成する導電性接合部形成工程と、
前記導電性接合部形成工程後に、前記半導体チップ、前記表側電極、前記出力用電極、及び前記裏側電極を樹脂材で覆うインサート成形を行うモールド工程とを有する
ことを特徴とする電力変換装置の製造方法。 A plurality of semiconductor chips having a connection portion on each of the front and back surfaces, one front side electrode connected to the surface of the semiconductor chip in a group via a conductive joint portion, and conductivity on the back surface of the semiconductor chip in another group. Conductive bonding to the surface of the other back side electrode connected via the sex bonding portion, one crown portion connected to the back surface of the group of semiconductor chips via the conductive bonding portion, and the surface of the semiconductor chip of the other group. A method for manufacturing a power conversion device, which comprises an output electrode for connecting the one crown portion and the other crown portion while constituting another crown portion connected via the portion .
A conductive paste arranging step of arranging the conductive paste in the accommodating recess provided in each of the front side electrode , the output electrode, and the back side electrode and accommodating the semiconductor chip.
The semiconductor chip is accommodated in the accommodating recess, and the plurality of semiconductor chips are sandwiched between the front side electrode and one crown of the output electrode, and the back side electrode and the other crown of the output electrode . The semiconductor chip holding process that holds the semiconductor chips inside the mold all at once ,
A step of forming a conductive joint portion by heating the conductive paste while the semiconductor chip, the front side electrode, the output electrode, and the back side electrode are housed in a mold .
Manufacture of a power conversion apparatus comprising: a molding step of covering the semiconductor chip, the front electrode , the output electrode, and the back electrode with a resin material after the conductive joint forming step. Method.
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