JPH05136304A - 半導体モジユール及びそれを用いたパワー制御装置 - Google Patents

半導体モジユール及びそれを用いたパワー制御装置

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JPH05136304A
JPH05136304A JP3298895A JP29889591A JPH05136304A JP H05136304 A JPH05136304 A JP H05136304A JP 3298895 A JP3298895 A JP 3298895A JP 29889591 A JP29889591 A JP 29889591A JP H05136304 A JPH05136304 A JP H05136304A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱効率の向上と放熱性のばらつきを改善
し、平面度管理、ネジ締めトルク管理の省略、工作性の
向上、パワー制御装置の小型化の促進を図る。 【構成】 アルミフィン７を用いた半導体モジュールに
おいて、アルミフィン７上に直接コートされる厚膜樹脂
１５と、厚膜樹脂１５表面に導電路を形成する銅箔パタ
ーン４と、銅箔パターン４上に接続する半導体素子６を
有する。また、上記半導体モジュール用いたパワー制御
装置は、銅箔パターン４により形成される導電路以外の
部分に半田付け実装される制御回路部１６を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、放熱フィンを用いた
半導体モジュールと、該半導体モジュールを用いた、可
変電圧、可変周波数の交流を得る誘導電動機駆動用イン
バータ装置等のパワー制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は、例えば、特開平２−２０９７８
７号公報に開示されている「回路基板」の主要構成を示
す説明図であり、ここでは、アルミニウム基板１上にポ
リイミドフィルム３を接着層２によって接着し、その上
に銅箔パターン４により導電路を形成し、更に、その上
に銅片等の熱伝導板５を介して半導体素子６等を固着し
ている。
【０００３】図５は、図４に示した回路基板を利用した
インバータ装置の主要構成を示す説明図であり、図示の
如く、アルミニウム基板１の裏面に放熱性を高めるため
にシリコーンコンパウンド８を塗布し、放熱フィン７に
対しネジ９を用いて固定していた。図中、１０はアルミ
ニウム基板１上の半導体素子６を保護するモールドパッ
ケージ、１１は半導体モジュールを保護するインバータ
装置のカバー、１２は半導体素子６と銅箔パターン４を
つなぐワイヤである。
【０００４】上記の如く、シリコーンコンパウンド８を
塗布するのは、仮に、アルミニウム基板１と放熱フィン
７をシリコーンコンパウンド８を塗らずに直接ネジ止め
した場合、その間隙に小さな空気の隙間が形成される。
空気の熱伝導率は約０．０６×１０-3（ｃａｌ／ｃｍ・
ｓ・℃）と小さく、熱が伝わりにくいので放熱性改善の
ために利用しているものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の回路基板にあっ
ては、放熱性改善のためにシリコーンコンパウンドを塗
布するが、シリコーンコンパウンドの熱伝導率は約３．
４×１０-3（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）と、アルミの熱伝
導率４８６×１０-3（ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃）に比べる
とかなり悪く、この構成を採用すると放熱効率が低下す
るという問題点があった。
【０００６】また、アルミニウム基板の裏面にシリコー
ンコンパウンドを塗布する際にあっては、コストの面か
らできるだけ薄く全面に塗るが、アルミニウム基板や放
熱フィンに反りがあると、シリコーンコンパウンドが塗
布されない部分が発生し、毎回反りに合わせて適量を塗
ることは難しく、その結果、隙間ができる（ネジ締めに
より反りが生じ、隙間ができる場合もある）と放熱性に
ばらつきが発生するという問題点があった。
【０００７】そのため、アルミニウム基板、放熱フィン
の平面度管理、ネジ締めトルク管理が必要となり、工程
数が増加し、反りがひどいものは廃却しなければなら
ず、歩留まりが悪くなるという問題点があった。
【０００８】また、シリコーンコンパウンドは、指につ
くとべたつき工作性が悪いという問題点もあった。
【０００９】また、放熱性を損なわず、全面隙間ができ
ないようにアルミニウム基板と放熱フィンをネジで締め
合わせるため、アルミニウム基板、放熱フィンに反りが
あると、締め付けたときに半導体素子の半田付け部や銅
箔パターンに応力がかかり、半導体素子の割れ、半導体
素子のパターンからの剥離、パターンの亀裂等を招来
し、機器が破損する恐れがあった。そこで、アルミニウ
ム基板、放熱フィンの厳密な平面度管理、ネジ締めトル
ク管理が必要となるが、上記理由に起因する割れ等を絶
無にすることは実際には難しいという問題点があった。
【００１０】更に、アルミニウム基板上にネジ穴のスペ
ースが必要であり、部品実装やパターンに使える面積が
狭くなり所望の処理を実行するパワー制御装置を得るた
めにはアルミニウム基板を大きくしなければならず、パ
ワー制御装置の小型化を阻害するという問題点もあっ
た。
【００１１】この発明は、上記の問題点を解決するため
になされたものであって、放熱効率の向上と放熱性のば
らつき改善を行い、アルミニウム基板、放熱フィンの厳
密な平面度管理、ネジ締めトルク管理の省略、工作性の
向上、パワー制御装置の小型化の促進を図ることを目的
とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る半導体モ
ジュールは、放熱フィンを用いた半導体モジュールにお
いて、前記放熱フィン上に直接コートされる電気絶縁樹
脂と、前記電気絶縁樹脂表面に導電路を形成する銅箔パ
ターンと、前記銅箔パターン上に接続するパワー半導体
素子を有するものである。
【００１３】また、この発明に係る半導体モジュールを
用いたパワー制御装置は、放熱フィンと、前記放熱フィ
ン上に直接コートされる電気絶縁樹脂と、前記電気絶縁
樹脂表面に導電路を形成する銅箔パターンと、前記銅箔
パターン上に半田付け実装されるパワー半導体素子と、
前記導電路以外の部分に半田付け実装される制御回路部
とを有するものである。
【００１４】
【作用】この発明に係る半導体モジュールは、放熱フィ
ン上に電気絶縁樹脂を直接コートし、電気絶縁樹脂表面
に銅箔パターンよって導電路を形成し、銅箔パターン上
にパワー半導体素子を接続したものである。
【００１５】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１は、この発明に係る半導体モジュールの構成
を示す説明図であり、（放熱用）アルミフィン７の上に
電気絶縁用の厚膜樹脂１５、例えば、エポキシ樹脂を直
接コートして、導電路を形成するためその上に銅箔パタ
ーン４を印刷し、熱伝導板５を介してその上にパワート
ランジスタ、ＩＧＢＴ、ダイオード等の半導体素子６の
裸のチップを半田付け実装したものである。１２は半導
体素子６と銅箔パターン４をつなぐワイヤである。
【００１６】図２は、上記図１に示した半導体モジュー
ルを利用したパワー制御装置の構成を示す説明図であ
り、上記銅箔パターン４上に半田付け実装される半導体
素子６の他、銅箔パターン４により形成される導電路以
外の部分に制御回路部１６を半田付け実装する。１１は
パワー制御装置の内部を保護するカバーである。
【００１７】次に、アルミフィン７に対するエポキシ樹
脂（厚膜樹脂１５）等の絶縁体のコート方法の一例につ
いて説明する。まず、アルミナ粉末、エポキシ樹脂、硬
化剤及び溶剤等から成る接着剤ワニスを銅箔に対し均一
に塗布し、乾燥させる。ここにおいて、アルミナ粉末
は、熱伝導性をよくするために充填されるものである。
その後、表面を平面研磨処理しておいたアルミフィン７
の表面に上記接着剤ワニス付銅箔を、接着剤側をアルミ
フィン側にして貼り合わせた後、加熱・加圧してコート
するものである。
【００１８】次に、アルミフィン７の表面酸化による絶
縁の方法について説明する。アルミニウムは、大気中に
おいて、その表面に容易に安定な酸化皮膜を形成する
が、耐食性を向上させるために、より厚い酸化皮膜を意
図的に形成する場合には、陽極酸化法と化学薬品による
化学的皮膜化成処理法がある。
【００１９】陽極酸化法は、シュウ酸２％とか、硫酸１
５％の電解液中において、アルミ製品を直流電解の陽極
とし、更に、交流を重畳させて、陽極皮膜（アルマイト
層）を作成する方法である。また、化学的皮膜化成処理
法は、例えば、炭酸ソーダ約５％の水溶液中に２０〜３
０分程度浸せきする方法である。
【００２０】次に、エッチングの方法について説明す
る。図３は、エッチングの方法について工程別に示した
ものである。図３（ａ）に示すように、アルミフィン７
の上に電気絶縁用の厚膜樹脂１５、例えば、エポキシ樹
脂を直接コートし、導電路を形成するために厚膜樹脂１
５に印刷した銅箔パターン４の上にドライフィルム１７
をラミネートする。このとき、例えば、温度は９０〜１
００度、圧力は２〜４ｋｇ／ｃｍ2 、速度は１．０〜
２．０ｍ／分である。
【００２１】次に、図３（ｂ）に示すように、その上に
ネガパターンマスク１８を被せて、例えば、高圧水銀灯
により露光処理を実行する。その後、図３（ｃ）に示す
ように、ネガパターンマスク１８を外し、ドライフィル
ム１７は光の影になった部分を剥がし、残ったドライフ
ィルム１７を現像液を用いて現像する。
【００２２】次に、図３（ｄ）に示すように、塩化鉄或
いは塩化銅溶液にて不要部分になる箇所の銅箔パターン
を４を溶かしてエッチングを行う。最後に、図３（ｅ）
に示すようにドライフィルム１７（硬化レジスト）を剥
離する。
【００２３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、シリ
コーンコンパウンドの層がなくなるので、パワー半導体
素子で発生した熱の伝導率を大きく改善することができ
るため、機器の寿命が伸びる効果がある。また、放熱性
のバラツキがなくなり、更に、ネジ締めをしなくてよい
ため、反りに起因した素子、パターンへの応力の発生が
なく、機器の信頼性が向上する効果がある。また、ネジ
止めに必要なネジ穴のスペースの確保が不要となるた
め、各種素子実装のための有効面積が増え機器の小型化
を促進し、シリコーンコンパウンドを塗る手間が省ける
ため、工作性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による半導体モジュールの概略構成を
示す説明図である。
【図２】図１に示した半導体モジュールを用いたパワー
制御装置の概略構成を示す説明図である。
【図３】この発明によるエッチングの方法を示す説明図
である。
【図４】従来における半導体モジュールの概略構成を示
す説明図である。
【図５】図４に示した半導体モジュールを用いたパワー
制御装置の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
４ 銅箔パターン ５ 熱伝導板 ６ 半導体素子 ７ （放熱用）アルミフィン １５ 絶縁膜 １６ 制御回路部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年４月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 放熱フィンを用いた半導体モジュールに
    おいて、前記放熱フィン上に直接コートされる電気絶縁
    樹脂と、前記電気絶縁樹脂表面に導電路を形成する銅箔
    パターンと、前記銅箔パターン上に接続するパワー半導
    体素子を有することを特徴とする半導体モジュール。
  2. 【請求項２】 放熱フィンと、前記放熱フィン上に直接
    コートされる電気絶縁樹脂と、前記電気絶縁樹脂表面に
    導電路を形成する銅箔パターンと、前記銅箔パターン上
    に半田付け実装されるパワー半導体素子と、前記導電路
    以外の部分に半田付け実装される制御回路部とを有する
    ことを特徴とする半導体モジュールを用いたパワー制御
    装置。
  3. 【請求項３】 前記放熱フィンにアルミフィンを用いた
    ことを特徴とする請求項１，２の半導体モジュール及び
    それを用いたパワー制御装置。
JP3298895A 1991-11-14 1991-11-14 半導体モジユール及びそれを用いたパワー制御装置 Pending JPH05136304A (ja)

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