JPH09181219A - Power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module

Info

Publication number
JPH09181219A
JPH09181219A JP35024895A JP35024895A JPH09181219A JP H09181219 A JPH09181219 A JP H09181219A JP 35024895 A JP35024895 A JP 35024895A JP 35024895 A JP35024895 A JP 35024895A JP H09181219 A JPH09181219 A JP H09181219A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal substrate
power semiconductor
semiconductor module
ceramic plate
substrate
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.)
Granted
Application number
JP35024895A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2920102B2 (en
Inventor
Masahiro Aoyama
雅洋 青山
Toyoji Yasuda
豊二 安田
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.)
Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Sansha Electric Manufacturing Co 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 Sansha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP35024895A priority Critical patent/JP2920102B2/en
Publication of JPH09181219A publication Critical patent/JPH09181219A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2920102B2 publication Critical patent/JP2920102B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/05Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate
    • H05K1/053Insulated conductive substrates, e.g. insulated metal substrate the metal substrate being covered by an inorganic insulating layer
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/14Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/142Arrangements of planar printed circuit boards in the same plane, e.g. auxiliary printed circuit insert mounted in a main printed circuit

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress warping of a heated metal substrate. SOLUTION: Electric circuits each including a power semiconductor chip are discretely formed on a plurality of, e.g. five ceramic plates 20, 30, 50, 70 and 90, and are placed on a metal substrate 10. Accordingly, when the ceramic plates and the metal substrate are heated for soldering even if the metal substrate 10 warps due to the difference between thermal-expansion coefficients of the ceramic plates and the substrate, the warp of the metal substrate 10 can be diffused. That is, the warp of the metal substrate 10 can be suppressed to a low level.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気回路が形成さ
れた絶縁体基板を金属基板上に載設した構造を有する電
力用半導体モジュールに関し、特に、上記絶縁体基板と
金属基板とを、例えば半田付け等の鑞付けにより接着さ
せる電力用半導体モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor module having a structure in which an insulating substrate on which an electric circuit is formed is mounted on a metal substrate, and in particular, the insulating substrate and the metal substrate are The present invention relates to a power semiconductor module that is bonded by brazing such as soldering.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、溶接機や充電器、無停電電源装
置、モータコントロール装置等において、これらの装置
の小型・軽量化を図るために、その電源部にインバータ
回路を採用するものが多くなっている。このインバータ
回路を用いた電源部の回路図の一例を図3に示す。
2. Description of the Related Art In recent years, in welding machines, chargers, uninterruptible power supply devices, motor control devices, and the like, in order to reduce the size and weight of these devices, an inverter circuit is often used in the power supply part thereof. ing. FIG. 3 shows an example of a circuit diagram of a power supply unit using this inverter circuit.

【0003】同図において、1は、交流電源で、この交
流電源1から、例えば50または60Hzの商用交流電
圧がこの電源部に供給される。この電源部に供給された
商用交流電圧は、サイリスタ2a、2bの直列回路2及
びダイオード3a、3bの直列回路3から成るブリッジ
回路によって整流され、更にコンデンサ4a、4bの直
列回路4により平滑されて直流電圧に変換された後、イ
ンバータ回路5に入力される。
In the figure, reference numeral 1 is an AC power supply, and a commercial AC voltage of, for example, 50 or 60 Hz is supplied from this AC power supply 1 to this power supply section. The commercial AC voltage supplied to this power supply unit is rectified by a bridge circuit composed of a series circuit 2 of thyristors 2a and 2b and a series circuit 3 of diodes 3a and 3b, and further smoothed by a series circuit 4 of capacitors 4a and 4b. After being converted into a DC voltage, it is input to the inverter circuit 5.

【0004】インバータ回路5は、スイッチング素子5
a、5bの直列回路と、各スイッチング素子5a、5b
に逆並列接続されたフリーホイリングダイオード5c、
5dとによって構成されており、入力された上記直流電
圧を、例えば20乃至50kHzの高周波交流電圧に変
換する。なお、上記スイッチング素子5a、5bは、例
えばIGBTやMOS−FET、バイポーラトランジス
タ等により形成されており、これらのスイッチング動作
は、図示しない制御回路によって制御される。
The inverter circuit 5 includes a switching element 5
a and 5b series circuit and each switching element 5a, 5b
A freewheeling diode 5c anti-parallel connected to
5d and converts the input DC voltage into a high frequency AC voltage of 20 to 50 kHz, for example. The switching elements 5a and 5b are formed of, for example, IGBTs, MOS-FETs, bipolar transistors, etc., and their switching operations are controlled by a control circuit (not shown).

【0005】上記インバータ回路5の出力は、高周波変
圧器6によって絶縁されると共に、負荷に必要な電圧レ
ベルにまで変圧される。そして、出力ダイオード7a、
7bから成る出力整流回路7によって整流され、更にリ
アクトル8によって平滑され、即ち再度直流電圧に変換
されて、図示しない負荷に供給される。
The output of the inverter circuit 5 is insulated by the high frequency transformer 6 and transformed to a voltage level required for the load. And the output diode 7a,
It is rectified by the output rectifying circuit 7 composed of 7b, further smoothed by the reactor 8, that is, converted into a DC voltage again, and supplied to a load (not shown).

【0006】なお、同図に示す回路においては、交流電
源1の一端と、コンデンサ4a、4bの接続点及び高周
波変圧器6の一次巻線6aの一端との間に、トライアッ
ク9を設けている。即ち、交流電源1が100V系のと
き、このトライアック9のゲート端子をONさせ、20
0V系のときにはOFFさせることにより、交流電源1
が100V系のときも200V系のときも、インバータ
回路5に供給される直流電圧のレベルが略同等になるよ
うに構成されている。
In the circuit shown in the figure, a triac 9 is provided between one end of the AC power supply 1, the connection point of the capacitors 4a and 4b, and one end of the primary winding 6a of the high frequency transformer 6. . That is, when the AC power supply 1 is 100 V system, the gate terminal of the triac 9 is turned on to
AC power supply 1 by turning it off in the 0V system
In both the 100V system and the 200V system, the levels of the DC voltage supplied to the inverter circuit 5 are configured to be substantially the same.

【0007】ところで、上記図3に示すような電源部、
特に電力用半導体素子(即ち、サイリスタ2a、2b、
ダイオード3a、3b、スイッチング素子5a、5b、
フリーホイリングダイオード5c、5d、出力ダイオー
ド7a、7b、及びトライアック9)については、一般
に、電力用半導体モジュールとして例えば1個のケース
内にまとめられ、これによって更なる小型・軽量化が図
られている。従来、この電力用半導体モジュールとし
て、例えば図4に示すようなものがある。
By the way, the power supply unit as shown in FIG.
In particular, power semiconductor devices (that is, thyristors 2a, 2b,
Diodes 3a and 3b, switching elements 5a and 5b,
The freewheeling diodes 5c and 5d, the output diodes 7a and 7b, and the triac 9) are generally integrated into a single case as a power semiconductor module, thereby further reducing the size and weight. There is. Conventionally, as this power semiconductor module, for example, there is one as shown in FIG.

【0008】同図において、100は、絶縁体基板、例
えばアルミナや窒化アルミニウム等で形成されたセラミ
ックス板で、このセラミックス板100は、四隅が若干
扇状に切り取られた概略長方形の形状を有している。こ
のセラミックス板100の一方の面(同図(a)におい
ては紙面の表側面、同図(b)においては上方面。)に
は、メタライズ処理またはその他の処理によって銅回路
(パターン)100aが形成されており、この銅回路1
00aの所定箇所に、上述した各電力用半導体素子のチ
ップ部品(半導体チップ)が半田付けされている。更
に、必要に応じて、電力用半導体チップと銅回路100
aとの間でワイヤボンディング(図示せず)が成されて
おり、これによって上記図3に示す回路が形成されてい
る。一方、このセラミックス板100の他方の面には、
メタライズ処理またはその他の処理により例えば銅等の
金属層100bが形成されている。
In the figure, reference numeral 100 designates an insulating substrate, for example, a ceramics plate made of alumina, aluminum nitride, or the like. The ceramics plate 100 has a substantially rectangular shape with four corners cut out slightly in a fan shape. There is. A copper circuit (pattern) 100a is formed on one surface of the ceramic plate 100 (the front surface of the paper in FIG. 1A and the upper surface in FIG. 2B) by metallization or other processing. Has been done, this copper circuit 1
The chip component (semiconductor chip) of each of the power semiconductor elements described above is soldered to a predetermined portion of 00a. Further, if necessary, the power semiconductor chip and the copper circuit 100
Wire bonding (not shown) is carried out with a, whereby the circuit shown in FIG. 3 is formed. On the other hand, on the other surface of the ceramic plate 100,
The metal layer 100b made of, for example, copper is formed by the metallizing process or another process.

【0009】また、図4における10は、例えば鉄や
銅、アルミニウム等により形成された金属基板で、この
金属基板10は、上記セラミックス板100よりも(平
面の)面積が若干、例えば一回りほど大きい長方形の形
状を有している。そして、この金属基板10上に、上記
セラミックス板100が、上記金属層100bの形成さ
れた面をこの金属基板10の一方の面に向けた状態で、
かつ金属基板10の周縁からはみ出ないように載設され
ている。なお、この金属基板10とセラミックス板10
0とは、鑞付け、例えば半田付けにより接着されてお
り、例えば、上記金属基板10の一方の面上にクリーム
半田を印刷して、この上にセラミックス板100を載置
し、これをリフロー炉で加熱することにより、両者の半
田接着を実現することができる。また、この半田接着の
際に、予め銅回路100a上の必要箇所にクリーム半田
を塗布し、この上に例えば銅回路100a間を接続する
中継帯や外部引出端子等(図示せず)を載置しておくこ
とによって、これらについても上記リフロー炉の加熱に
よって同時に半田接着することができる。
Reference numeral 10 in FIG. 4 is a metal substrate formed of, for example, iron, copper, aluminum, or the like. The metal substrate 10 has a slightly (planar) area smaller than that of the ceramic plate 100, for example, about one turn. It has a large rectangular shape. Then, on the metal substrate 10, the ceramic plate 100 with the surface on which the metal layer 100b is formed facing the one surface of the metal substrate 10,
Moreover, the metal substrate 10 is mounted so as not to protrude from the peripheral edge thereof. The metal substrate 10 and the ceramic plate 10
0 is bonded by brazing, for example, soldering. For example, cream solder is printed on one surface of the metal substrate 10, the ceramic plate 100 is placed on this, and the reflow furnace is used. It is possible to realize solder bonding between the two by heating at. Further, at the time of this solder bonding, cream solder is applied in advance to necessary portions on the copper circuit 100a, and, for example, a relay strip or an external lead terminal (not shown) for connecting the copper circuits 100a is placed thereon. By doing so, these can also be solder-bonded at the same time by heating the reflow furnace.

【0010】そして、上記半田接着の後に、図4(a)
に一点鎖線で示すように、金属基板10の周縁及び上方
を例えば樹脂製のケースで覆い、このケース内に所定量
のシリコンゲルを注入してこれを加熱硬化し、更にエポ
キシ樹脂を充填してこれを加熱硬化することによって、
電力用半導体モジュールを完成させている。なお、ケー
スの外側には、上述した外部引出端子が引き出されてお
り、ケース内に納められない上記電力用半導体チップ以
外の部品、即ちコンデンサ4a、4bや高周波変圧器
6、リアクトル8等については、ケースの外側において
これらの外部引出端子に接続される。
Then, after the above-described solder bonding, FIG.
As shown by the alternate long and short dash line, the peripheral edge and the upper portion of the metal substrate 10 are covered with, for example, a resin case, a predetermined amount of silicon gel is injected into the case, which is heat-cured, and further filled with epoxy resin. By heat-curing this,
The power semiconductor module has been completed. The external lead-out terminal described above is pulled out to the outside of the case, and the parts other than the power semiconductor chip that cannot be housed in the case, that is, the capacitors 4a and 4b, the high frequency transformer 6, the reactor 8 and the like are , Are connected to these external lead terminals on the outside of the case.

【0011】また、この電力用半導体モジュールは、内
部の上記各電力用半導体チップから発生する熱を外部に
放熱させるために、通常、例えば同図(b)に点線で示
すような冷却フィンに固定される。なお、冷却フィン
は、金属基板10の上記セラミックス板100が載置さ
れた側とは反対側の面に密着するように設けられ、電力
用半導体モジュールは、金属基板10の四隅に穿設され
ている取付孔11、11、・・・を介して例えばボルト
等により上記冷却フィンに固定される。
Further, this power semiconductor module is usually fixed to, for example, a cooling fin as shown by a dotted line in FIG. 2B in order to radiate the heat generated from each power semiconductor chip inside to the outside. To be done. The cooling fins are provided so as to come into close contact with the surface of the metal substrate 10 opposite to the side on which the ceramic plate 100 is placed, and the power semiconductor modules are provided at the four corners of the metal substrate 10. It is fixed to the cooling fin by bolts or the like via the mounting holes 11, 11 ,.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に金属基板10とセラミックス板100とをリフロー炉
で加熱すると、両者は共に熱膨張するが、金属基板10
の熱膨張係数がセラミックス板100の熱膨張係数より
も遙かに大きいため、金属基板10の方がセラミックス
板100に比べて大きく膨張する。その結果、金属基板
10とセラミックス板100との接着面において、金属
基板10に反り(変形)が生じてしまう。ここで、上記
従来技術においては、セラミックス板100は金属基板
10に比べて一回りほど小さい寸法(面積)とされてお
り、即ち金属基板10の略全面にわたってセラミックス
板100が半田接着されるので、金属基板10は、例え
ば図5に誇張して示すように、その略全面にわたって大
きく反ってしまうという問題がある。
When the metal substrate 10 and the ceramic plate 100 are heated in the reflow furnace as described above, both of them thermally expand, but the metal substrate 10
Since the coefficient of thermal expansion of is much larger than the coefficient of thermal expansion of the ceramic plate 100, the metal substrate 10 expands more than the ceramic plate 100. As a result, the metal substrate 10 is warped (deformed) at the bonding surface between the metal substrate 10 and the ceramic plate 100. Here, in the above-described conventional technique, the ceramic plate 100 has a size (area) slightly smaller than that of the metal substrate 10, that is, the ceramic plate 100 is solder-bonded over substantially the entire surface of the metal substrate 10. There is a problem in that the metal substrate 10 is largely warped over substantially the entire surface thereof, as exaggeratedly shown in FIG.

【0013】即ち、上記のように金属基板10の略全面
にわたって大きな反りが生じると、この電力用半導体モ
ジュールを冷却フィンに固定したときに、両者を十分に
密着させることができなくなる。従って、電力用半導体
モジュール内の電力用半導体チップから発生した熱が冷
却フィン側に十分に伝導せず、即ち冷却フィンによる放
熱効果を十分に得ることができず、ひいては上記電力用
半導体チップを熱破壊してしまう恐れがあるという問題
がある。
That is, if a large amount of warpage occurs on the substantially entire surface of the metal substrate 10 as described above, when the power semiconductor module is fixed to the cooling fin, it is not possible to sufficiently adhere the both. Therefore, the heat generated from the power semiconductor chip in the power semiconductor module is not sufficiently conducted to the cooling fin side, that is, the heat radiating effect by the cooling fin cannot be sufficiently obtained, and thus the power semiconductor chip is not heated. There is a problem that it may be destroyed.

【0014】また、上記冷却フィンによる放熱効果が得
られるようにするために、金属基板10の反りの方向と
反対向きに大きな力を加えて電力用半導体モジュール
(金属基板10)と冷却フィンとを無理矢理密着させよ
うとすると(金属基板10の反りを補正しようとする
と)、セラミックス板100がこの応力に耐えきれずに
割れてしまう(破損してしまう)という問題も生じる。
In order to obtain the heat radiation effect of the cooling fins, a large force is applied in a direction opposite to the warp direction of the metal substrate 10 so that the power semiconductor module (metal substrate 10) and the cooling fins are connected to each other. If they are forcibly brought into close contact with each other (when the warp of the metal substrate 10 is attempted to be corrected), the ceramic plate 100 may not be able to withstand this stress and may be cracked (broken).

【0015】更に、図5に示すように、金属基板10の
中央側がセラミックス板100の位置する側と反対方向
に向かって突き出るように凸状に反った場合、リフロー
炉による加熱の際に、クリーム半田内に残っているガス
や空気などが外部に逃げることができず、これによって
半田層12内にボイド(空胴:図示せず)が発生する。
このように半田層12内にボイドが発生すると、セラミ
ックス板100及び金属基板10間における熱伝導効率
が悪化するので、このことも上記放熱効果を低下させる
原因となる。
Further, as shown in FIG. 5, when the central side of the metal substrate 10 is warped in a convex shape so as to protrude in a direction opposite to the side where the ceramic plate 100 is located, the cream is applied during heating in the reflow oven. The gas and air remaining in the solder cannot escape to the outside, which causes voids (cavities: not shown) in the solder layer 12.
When voids are generated in the solder layer 12 as described above, the heat conduction efficiency between the ceramic plate 100 and the metal substrate 10 is deteriorated, and this also causes a decrease in the heat dissipation effect.

【0016】本発明は、上記金属基板10の反りを小さ
く抑えることにより、上記各問題を克服した電力用半導
体モジュールを提供することを目的とするものである。
It is an object of the present invention to provide a power semiconductor module that overcomes the above problems by suppressing the warpage of the metal substrate 10.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項1に記載の発明は、一方
の面に電力用半導体素子を含む電気回路が形成された絶
縁体基板と、該絶縁体基板が載設された金属基板とを具
備し、上記絶縁体基板は、その他方の面が上記金属基板
面に例えば半田付け等の鑞付けにより接着され上記金属
基板面の周縁からはみ出ない状態に該金属基板上に載設
されている電力用半導体モジュールにおいて、上記絶縁
体基板が、複数に分割された状態で上記金属基板上に載
設されていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present invention is an insulator having an electric circuit including a power semiconductor element formed on one surface thereof. A substrate and a metal substrate on which the insulator substrate is mounted, the insulator substrate having the other surface adhered to the metal substrate surface by brazing such as soldering. In the power semiconductor module mounted on the metal substrate so as not to protrude from the peripheral edge, the insulator substrate is mounted on the metal substrate in a state of being divided into a plurality of parts. It is a thing.

【0018】即ち、絶縁体基板が分割されているので、
金属基板に生じる反り(変形)も分散される。
That is, since the insulating substrate is divided,
The warp (deformation) generated in the metal substrate is also dispersed.

【0019】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の電力用半導体モジュールにおいて、上記電気回路が複
数形成されており、上記絶縁体基板が上記各電気回路毎
及びいくつかの上記電気回路の組み合わせ毎の両方又は
一方に応じて分割されていることを特徴とするものであ
る。
According to a second aspect of the present invention, in the power semiconductor module according to the first aspect, a plurality of the electric circuits are formed, and the insulating substrate is provided for each of the electric circuits and for some of the electric circuits. It is characterized in that it is divided according to both or one of each combination of circuits.

【0020】即ち、各絶縁体基板毎に、1個又は複数の
電気回路が形成されている。なお、ここでいう電気回路
とは、それ単独で、ある1つの電気的機能を奏するよう
に構成された回路のことを示す。
That is, one or a plurality of electric circuits are formed for each insulator substrate. In addition, the electric circuit referred to here means a circuit configured to perform a certain electric function by itself.

【0021】請求項3に記載の発明は、請求項1又は2
に記載の電力用半導体モジュールにおいて、上記各絶縁
体基板の上記金属基板との鑞付け面に沿う全方向それぞ
れの各最大寸法が、上記金属基板の上記全方向それぞれ
における最大寸法の半分以下となる状態に構成されたこ
とを特徴とするものである。
The third aspect of the present invention is the first or second aspect.
In the power semiconductor module according to, each maximum dimension in each direction along the brazing surface with the metal substrate of each insulator substrate is half or less of the maximum dimension in each of the metal substrate in all directions. It is characterized by being configured into a state.

【0022】即ち、金属基板の略全面にわたって絶縁体
基板が接着される場合と比較して、金属基板に生じる反
りの程度が半分以下になる。
That is, as compared with the case where the insulator substrate is adhered over substantially the entire surface of the metal substrate, the degree of warpage of the metal substrate is reduced to half or less.

【0023】請求項4に記載の発明は、請求項1、2又
は3に記載の電力用半導体モジュールにおいて、上記各
絶縁体基板の上記金属基板との鑞付け面に沿う全方向そ
れぞれにおける各最大寸法のうち、最も大きい寸法を有
する絶縁体基板の上記最大寸法が、最も小さい寸法を有
する絶縁体基板の上記最大寸法の1乃至3倍となる状態
に構成されたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the power semiconductor module according to the first, second or third aspect, the maximum in each direction along the brazing surface of the insulator substrate with the metal substrate. Among the dimensions, the maximum dimension of the insulating substrate having the largest dimension is configured to be 1 to 3 times the maximum dimension of the insulating substrate having the smallest dimension. .

【0024】即ち、金属基板に生じている反りのうち、
最も反りの大きい部分の反りの程度が、最も反りの小さ
い部分の反りの程度の1乃至3倍となる。
That is, of the warpage that occurs on the metal substrate,
The degree of warp in the portion with the largest warp is 1 to 3 times the degree of warp in the portion with the smallest warp.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明に係る電力用半導体モジュ
ールの一実施の形態について、図1を参照して説明す
る。本実施の形態における電力用半導体モジュールは、
上述した従来技術のものと同様、例えば図3に示す回路
構成、特に各電力用半導体チップ(サイリスタ2a、2
b、ダイオード3a、3b、スイッチング素子5a、5
b、フリーホイリングダイオード5c、5d、出力ダイ
オード7a、7b、及びトライアック9)を1個のケー
ス内にまとめたもので、図1(a)は、上記ケースを取
り付ける前の状態を示す平面図、同図(b)は、側面図
である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a power semiconductor module according to the present invention will be described with reference to FIG. The power semiconductor module according to the present embodiment is
Similar to the prior art described above, for example, the circuit configuration shown in FIG. 3, particularly each power semiconductor chip (thyristor 2a, 2
b, diodes 3a and 3b, switching elements 5a and 5
b, the freewheeling diodes 5c and 5d, the output diodes 7a and 7b, and the triac 9) are put together in one case, and FIG. 1A is a plan view showing a state before the case is attached. The same figure (b) is a side view.

【0026】なお、本実施の形態の電力用半導体モジュ
ールは、上述の図4に示す従来技術の電力用半導体モジ
ュールにおける1枚のセラミックス板100を、複数、
例えば5枚のセラミックス板20、30、50、70、
90に分割し、これらを金属基板10上に載置接着した
もので、この点が本実施の形態の大きな特徴とするとこ
ろである。これ以外の構成については、上記従来技術と
同様であり、同等部分には同一符号を付して、その詳細
な説明を省略する。
The power semiconductor module according to the present embodiment is provided with a plurality of ceramic plates 100 of the prior art power semiconductor module shown in FIG.
For example, five ceramic plates 20, 30, 50, 70,
It is divided into 90 pieces, and these are placed and adhered on the metal substrate 10. This is a major feature of this embodiment. The configuration other than this is the same as that of the above-described conventional technique, and the same reference numerals are given to the same portions, and detailed description thereof will be omitted.

【0027】即ち、図1(a)に示すセラミックス板2
0、30、50、70、90は、上記従来技術における
セラミックス板100と同様に、例えばアルミナや窒化
アルミニウム等で形成されており、各々例えば長方形状
に成形されている。そして、各々の一方の面(図1
(a)においては紙面の表側面、同図(b)においては
上方面)には、メタライズ処理またはその他の処理によ
って銅回路(パターン)20a、30a、50a、70
a、90aが形成されている。また、各々の他方の面に
は、メタライズ処理またはその他の処理により例えば銅
等の金属層20b、30b、50b、70b、90bが
形成されている。
That is, the ceramic plate 2 shown in FIG.
0, 30, 50, 70, 90 are formed of, for example, alumina, aluminum nitride, or the like, similarly to the ceramic plate 100 in the above-mentioned conventional technique, and each is formed in, for example, a rectangular shape. Then, one side of each (Fig. 1
The copper circuits (patterns) 20a, 30a, 50a, 70 are formed on the front side surface of the paper in (a) and the upper surface in (b) of the figure by metallization or other processing.
a and 90a are formed. Further, metal layers 20b, 30b, 50b, 70b, 90b made of, for example, copper are formed on the other surface of each by metallizing treatment or other treatment.

【0028】このうち、セラミックス板20上に形成さ
れた銅回路20aの所定箇所には、例えば図3に示すサ
イリスタ2a、2bのチップ部品が半田付けされてお
り、即ち、このセラミックス板20上には、上記サイリ
スタ2a、2bから成る直列回路2が形成されている。
Of these, the chip parts of the thyristors 2a and 2b shown in FIG. 3, for example, are soldered to predetermined positions of the copper circuit 20a formed on the ceramic plate 20, that is, on the ceramic plate 20. Form a series circuit 2 including the thyristors 2a and 2b.

【0029】また、セラミックス板30上に形成された
銅回路30aの所定箇所には、例えば図3に示すダイオ
ード3a、3bのチップ部品が半田付けされており、即
ち、このセラミックス板30上には、上記ダイオード3
a、3bから成る直列回路3が形成されている。
Chip parts of the diodes 3a and 3b shown in FIG. 3, for example, are soldered to predetermined portions of the copper circuit 30a formed on the ceramic plate 30, that is, on the ceramic plate 30. , The diode 3
A series circuit 3 including a and 3b is formed.

【0030】更に、セラミックス板50上に形成された
銅回路50aの所定箇所には、例えば図3に示すスイッ
チング素子5a、5b、フリーホイリングダイオード5
c、5dの各チップ部品が半田付けされている。即ち、
このセラミックス板50上には、上記スイッチング素子
5a、5b、及びフリーホイリングダイオード5c、5
dから成るインバータ回路5が形成されている。
Further, at predetermined positions of the copper circuit 50a formed on the ceramic plate 50, for example, the switching elements 5a and 5b and the free wheeling diode 5 shown in FIG.
The chip components c and 5d are soldered. That is,
On the ceramic plate 50, the switching elements 5a, 5b and the freewheeling diodes 5c, 5
An inverter circuit 5 composed of d is formed.

【0031】また、セラミックス板70上に形成された
銅回路70aの所定箇所には、例えば図3に示す出力ダ
イオード7a、7bのチップ部品が半田付けされてお
り、即ち、このセラミックス板70上には、上記出力ダ
イオード7a、7bから成る出力整流回路7が形成され
ている。
Further, for example, the chip parts of the output diodes 7a and 7b shown in FIG. 3 are soldered to predetermined portions of the copper circuit 70a formed on the ceramic plate 70, that is, on the ceramic plate 70. Forms an output rectifying circuit 7 including the output diodes 7a and 7b.

【0032】そして、セラミックス板90上に形成され
た銅回路90aの所定箇所には、例えば図3に示すトラ
イアック9のチップ部品が半田付けされており、即ち、
このセラミックス板90上には、上記トライアック9に
よる所謂電源電圧切換回路が形成されている。
The chip parts of the triac 9 shown in FIG. 3, for example, are soldered to predetermined portions of the copper circuit 90a formed on the ceramic plate 90, that is,
On the ceramic plate 90, a so-called power supply voltage switching circuit by the triac 9 is formed.

【0033】つまり、上記各セラミックス板20、3
0、50、70、90毎に、各々単独で所定の電気的機
能を奏する電気回路、即ちサイリスタ2a、2bの直列
回路2、ダイオード3a、3bの直列回路3、インバー
タ回路5、出力整流回路7、電源電圧切換回路(トライ
アック9)が形成されている。なお、各セラミックス板
20、30、50、80、90においては、各銅回路2
0a、30a、50a、70a、90aと各電力用半導
体チップとの間で、必要に応じて、上記各電気回路を形
成するためのワイヤボンディング(図示せず)が成され
ている。
That is, the above ceramic plates 20, 3
Each of the 0, 50, 70 and 90 electric circuits independently performs a predetermined electric function, that is, a series circuit 2 of thyristors 2a and 2b, a series circuit 3 of diodes 3a and 3b, an inverter circuit 5, and an output rectifying circuit 7. A power supply voltage switching circuit (triac 9) is formed. In each ceramic plate 20, 30, 50, 80, 90, each copper circuit 2
Wire bonding (not shown) is formed between 0a, 30a, 50a, 70a, 90a and each power semiconductor chip as needed to form each of the above electric circuits.

【0034】そして、上記各セラミックス板20、3
0、50、70、90は、金属基板10上に、各々の金
属層20b、30b、50b、70b、90bの形成さ
れた面を金属基板10の一方の面に向けた状態で、かつ
金属基板10の周縁からはみ出したり互いに干渉し合わ
ないよう載設されている。各セラミックス板20、3
0、50、70、90は、金属基板10に対して、鑞付
け、例えば半田付けにより接着されている。
Then, the above ceramic plates 20, 3
0, 50, 70, 90 are the metal substrates 10 with the surface on which the metal layers 20b, 30b, 50b, 70b, 90b are formed facing the one surface of the metal substrate 10. They are mounted so that they do not protrude from the peripheral edge of 10 or interfere with each other. Each ceramic plate 20, 3
0, 50, 70 and 90 are bonded to the metal substrate 10 by brazing, for example, soldering.

【0035】この各セラミックス板20、30、50、
70、90と金属基板10との半田接着については、例
えば、上記金属基板10の一方の面上にクリーム半田を
印刷し、この上にセラミックス板100を載置してこれ
をリフロー炉で加熱することにより、上記半田接着を実
現することができる。また、この半田接着の際に、予め
各銅回路20a、30a、50a、70a、90a上の
必要箇所にクリーム半田を塗布し、これらの上に例えば
各々を相互に接続する中継帯や外部引出端子等(図示せ
ず)を載置しておくことによって、これらについても上
記リフロー炉の加熱により同時に半田接着することがで
きる。また、上記各銅回路20a、30a、50a、7
0a、90a間は、必要に応じて、上記中継帯以外に例
えばワイヤボンディングによっても互いに接続されてい
る。
Each of the ceramic plates 20, 30, 50,
Regarding solder bonding between the metal substrates 70 and 90 and the metal substrate 10, for example, cream solder is printed on one surface of the metal substrate 10, the ceramic plate 100 is placed on this, and this is heated in a reflow oven. As a result, the solder bonding can be realized. In addition, at the time of this solder bonding, cream solder is applied in advance to necessary portions on each of the copper circuits 20a, 30a, 50a, 70a, 90a, and on these, for example, a relay strip or an external lead terminal for connecting each to each other. By placing the like parts (not shown) on them, it is possible to simultaneously solder them by heating the reflow furnace. In addition, the copper circuits 20a, 30a, 50a, 7
0a and 90a are connected to each other by wire bonding, for example, in addition to the above-mentioned relay band, if necessary.

【0036】なお、各セラミックス板20、30、5
0、70、90は、金属基板10上に載設された状態に
おいて、金属基板10との半田付け面に沿う(図1
(a)の紙面に沿う)全方向それぞれの各最大寸法が、
金属基板10の上記全方向それぞれにおける最大寸法の
半分以下となるよう構成されている。例えば、図1
(a)に示すように、各セラミックス板20、30、5
0、70、90を、各々の各辺が金属基板10の各辺に
対して略平行を成す状態に金属基板10上に載設したと
き、各セラミックス板20、30、50、70、90の
各辺の長さが、これらと略平行を成す金属基板10の各
辺の長さの半分以下となるように構成されている。従っ
て、この構成によれば、各セラミックス板20、30、
50、70、90の面積は、金属基板10の面積の4分
の1以下となる。
Each ceramic plate 20, 30, 5
0, 70, and 90 are along the surface to be soldered to the metal substrate 10 when mounted on the metal substrate 10 (see FIG. 1).
Each maximum dimension in all directions (along the plane of (a))
It is configured to be less than or equal to half the maximum dimension of the metal substrate 10 in each of the above directions. For example, FIG.
As shown in (a), each ceramic plate 20, 30, 5
When 0, 70, 90 are placed on the metal substrate 10 in such a manner that each side is substantially parallel to each side of the metal substrate 10, each of the ceramic plates 20, 30, 50, 70, 90 The length of each side is configured to be half or less than the length of each side of the metal substrate 10 that is substantially parallel to these. Therefore, according to this configuration, each ceramic plate 20, 30,
The area of 50, 70, 90 is not more than a quarter of the area of the metal substrate 10.

【0037】また、各セラミックス板20、30、5
0、70、90の上記全方向それぞれにおける各最大寸
法のうち、最も大きい寸法を有するセラミックス板の上
記最大寸法が、最も小さい寸法を有するセラミックス板
の上記最大寸法の1乃至3倍となるように構成されてい
る。例えば、図1(a)の左右方向においては、この方
向において最も大きい寸法を有するセラミックス板50
の最大寸法W50が、上記方向において最も小さい寸法を
有するセラミックス板70の最大寸法W70の1乃至3倍
(W70≦W50≦W70×3)となるように構成されてい
る。また、同図の上下方向においては、この方向におい
て最も大きい寸法を有するセラミックス板90の最大寸
法D90が、上記方向において最も小さい寸法を有するセ
ラミックス板50の最大寸法D50の1乃至3倍(D50
90≦D50×3)となるように構成されている。
Further, each ceramic plate 20, 30, 5
Among the maximum dimensions of 0, 70, 90 in each of the above-mentioned all directions, the maximum dimension of the ceramic plate having the largest dimension is 1 to 3 times the maximum dimension of the ceramic plate having the smallest dimension. It is configured. For example, in the left-right direction of FIG. 1A, the ceramic plate 50 having the largest dimension in this direction.
Has a maximum dimension W 50 of 1 to 3 times the maximum dimension W 70 of the ceramic plate 70 having the smallest dimension in the above direction (W 70 ≤W 50 ≤W 70 × 3). Further, in the vertical direction of the figure, the maximum dimension D 90 of the ceramic plate 90 having the largest dimension in this direction is 1 to 3 times the maximum dimension D 50 of the ceramic plate 50 having the smallest dimension in the above direction ( D 50
D 90 ≦ D 50 × 3).

【0038】そして、上記各セラミックス板20、3
0、50、70、90と金属基板10との半田接着、及
び各銅回路20a、30a、50a、70a、90a間
の接続の後、従来技術と同様、図1(a)に一点鎖線で
示すようにケース(図示せず)が取り付けられ、更に同
図(b)に点線で示すように冷却フィンが取り付けられ
る。
Then, each of the above ceramic plates 20 and 3
After solder bonding of 0, 50, 70, 90 and the metal substrate 10 and connection between the respective copper circuits 20a, 30a, 50a, 70a, 90a, as shown in FIG. As described above, a case (not shown) is attached, and further, cooling fins are attached as shown by a dotted line in FIG.

【0039】上記のように、本実施の形態によれば、複
数のセラミックス板20、30、50、70、90が分
散された状態で金属基板10上に載設されている。従っ
て、各セラミックス板20、30、50、70、90と
金属基板10とを半田接着するためにこれらをリフロー
炉で加熱しても、両者の熱膨張係数の差異によって生じ
る金属基板10の反りは分散されるので、上述した従来
技術に比べて、上記金属基板10の反りを小さく抑える
ことができる。よって、金属基板10と冷却フィンとの
密着性を向上させることができ、即ち冷却フィンの放熱
効果を向上させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the plurality of ceramic plates 20, 30, 50, 70, 90 are mounted on the metal substrate 10 in a dispersed state. Therefore, even if each ceramic plate 20, 30, 50, 70, 90 and the metal substrate 10 are heated in a reflow furnace for solder bonding, the warpage of the metal substrate 10 caused by the difference in thermal expansion coefficient between the two Since they are dispersed, the warp of the metal substrate 10 can be suppressed to be smaller than that in the above-described conventional technique. Therefore, the adhesion between the metal substrate 10 and the cooling fins can be improved, that is, the heat dissipation effect of the cooling fins can be improved.

【0040】また、金属基板10に反りが生じたとして
も、その反りの程度が小さいので、従来よりも小さい力
で上記反りを補正することができる。即ち、上記反りを
補正しようとして、反りの方向と反対向きに力を加えた
としても、従来よりもその補正量が小さいので、各セラ
ミックス板20、30、50、70、90に掛かる応力
も従来に比べて小さくなる。従って、この補正時に各セ
ラミックス板20、30、50、70、90に掛かる応
力によって、それらを破損してしまう(割ってしまう)
という心配が少ない。
Further, even if the metal substrate 10 is warped, since the degree of the warp is small, it is possible to correct the warp with a force smaller than the conventional one. That is, even if a force is applied in the direction opposite to the direction of the warp in order to correct the warp, the amount of correction is smaller than in the conventional case, so that the stress applied to each ceramic plate 20, 30, 50, 70, 90 is also in the conventional case. Will be smaller than. Therefore, the stress applied to each of the ceramic plates 20, 30, 50, 70, 90 at the time of this correction damages (breaks) them.
There is little concern.

【0041】更に、上記金属基板10に生じる反りの程
度が小さいので、各セラミックス板20、30、50、
70、90と金属基板10との間の半田層内において、
ボイドの発生を抑えることができる。
Furthermore, since the degree of warpage of the metal substrate 10 is small, the ceramic plates 20, 30, 50,
In the solder layer between 70 and 90 and the metal substrate 10,
The generation of voids can be suppressed.

【0042】また、各セラミックス板20、30、5
0、70、90毎に、各々単独で所定の電気的機能を奏
する電気回路、即ちサイリスタ2a、2bの直列回路
2、ダイオード3a、3bの直列回路3、インバータ回
路5、出力整流回路7、電源電圧切換回路(トライアッ
ク9)が形成されているので、各セラミックス板20、
30、50、70、90相互間、即ち各銅回路20a、
30a、50a、70a、90a間を接続するための中
継帯やワイヤボンディング等の配線数を抑えることがで
きる。
Further, each ceramic plate 20, 30, 5
An electric circuit that independently performs a predetermined electric function for each of 0, 70, and 90, that is, a series circuit 2 of thyristors 2a and 2b, a series circuit 3 of diodes 3a and 3b, an inverter circuit 5, an output rectifying circuit 7, and a power supply. Since the voltage switching circuit (triac 9) is formed, each ceramic plate 20,
Between 30, 50, 70, 90, that is, each copper circuit 20a,
It is possible to suppress the number of wirings such as a relay band and wire bonding for connecting between 30a, 50a, 70a and 90a.

【0043】そして、各セラミックス板20、30、5
0、70、90は、金属基板10との半田付け面に沿う
全方向それぞれの各最大寸法が、金属基板10の上記全
方向それぞれにおける最大寸法の半分以下となるよう構
成されている。従って、リフロー炉加熱により金属基板
10に反りが生じたとしても、その反りの程度を、金属
基板10面の略全面にわたってセラミックス板100を
半田接着させた従来技術と比較して、約半分以下に抑え
ることができる。
Then, each ceramic plate 20, 30, 5
Nos. 0, 70, 90 are configured such that the maximum dimensions in all directions along the soldering surface with the metal substrate 10 are half or less than the maximum dimensions in all the above directions of the metal substrate 10. Therefore, even if the metal substrate 10 is warped by heating in the reflow furnace, the degree of the warp is about half or less as compared with the conventional technique in which the ceramic plate 100 is solder-bonded over substantially the entire surface of the metal substrate 10. Can be suppressed.

【0044】更に、各セラミックス板20、30、5
0、70、90の上記全方向それぞれにおける各最大寸
法のうち、最も大きい寸法を有するセラミックス板の上
記最大寸法が、最も小さい寸法を有するセラミックス板
の上記最大寸法の1乃至3倍となるように構成されてい
る。従って、リフロー炉加熱により金属基板10に反り
が生じたとしても、その反りのうち、最も反りの大きい
部分の反りの程度が、最も反りの小さい部分の反りの程
度の1乃至3倍となり、即ち上記反りの大きい部分と小
さい部分との程度の差(バラツキ)を3倍以内に抑える
ことができる。
Further, each ceramic plate 20, 30, 5
Among the maximum dimensions of 0, 70, 90 in each of the above-mentioned all directions, the maximum dimension of the ceramic plate having the largest dimension is 1 to 3 times the maximum dimension of the ceramic plate having the smallest dimension. It is configured. Therefore, even if the metal substrate 10 warps due to heating in the reflow furnace, the degree of warpage in the portion with the largest warp is 1 to 3 times the degree of warpage in the portion with the smallest warp, that is, It is possible to suppress the difference (variation) in the degree between the large warp portion and the small warp portion within three times.

【0045】なお、本実施の形態においては、電力用半
導体モジュールを含む電気回路を5枚のセラミックス板
20、3、50、70、90に分割して形成したが、セ
ラミックス板20、30、50、70、90の枚数は、
5枚に限らず、これ以外の複数枚としてもよい。
In the present embodiment, the electric circuit including the power semiconductor module is divided into five ceramic plates 20, 3, 50, 70, 90, but the ceramic plates 20, 30, 50 are used. , 70 and 90 are
The number of sheets is not limited to five, and a plurality of sheets other than this may be used.

【0046】また、各セラミックス板20、30、5
0、70、90毎に、各々単独で所定の電気的機能を有
する電気回路(本実施の形態におけるサイリスタ2a、
2bの直列回路2、ダイオード3a、3bの直列回路
3、インバータ回路5、出力整流回路7、トライアック
9による所謂電源電圧切換回路)を形成したが、各セラ
ミックス板20、30、50、70、90に、上記電気
回路をいくつか組み合わせたものを形成してもよい。
Further, each ceramic plate 20, 30, 5
For each of 0, 70, 90, each independently has an electrical circuit having a predetermined electrical function (thyristor 2a in the present embodiment,
2b series circuit 2, diodes 3a and 3b series circuit 3, inverter circuit 5, output rectifier circuit 7, so-called power supply voltage switching circuit by triac 9 are formed, and each ceramic plate 20, 30, 50, 70, 90 is formed. In addition, a combination of some of the above electric circuits may be formed.

【0047】更に、ここでは、図3に示す回路を一体化
した電力用半導体モジュールについて説明したが、これ
以外の回路構成についても、本技術を適用できる。
Further, although the power semiconductor module in which the circuits shown in FIG. 3 are integrated has been described here, the present technology can be applied to other circuit configurations.

【0048】そして、各セラミックス板20、30、5
0、70、90と金属基板10とを半田接着するのに、
リフロー炉を用いてこれらを加熱したが、リフロー炉以
外の加熱手段により上記半田接着を行ってもよい。そし
て、上記各セラミックス板20、30、50、70、9
0と金属基板10との接着については、半田接着以外の
鑞付けによって行ってもよい。
Then, each ceramic plate 20, 30, 5
For solder bonding 0, 70, 90 and the metal substrate 10,
Although these are heated using a reflow furnace, the solder bonding may be performed by a heating means other than the reflow furnace. Then, the above ceramic plates 20, 30, 50, 70, 9
Bonding between 0 and the metal substrate 10 may be performed by brazing other than solder bonding.

【0049】また、本実施の形態においては、各セラミ
ックス板20、30、50、70、90及び金属基板1
0の形状が各々長方形である場合について説明したが、
これに限らず、各々が例えば図2に示すような形状を有
する場合にも、本技術を適用することができる。
Further, in this embodiment, the ceramic plates 20, 30, 50, 70, 90 and the metal substrate 1 are used.
The case where the shape of 0 is a rectangle has been described.
Not limited to this, the present technology can be applied even when each has a shape as shown in FIG. 2, for example.

【0050】即ち、同図において、40が金属基板であ
り、この金属基板40は、長方形以外の形状、例えば六
角形の形状を有しているとする。そして、この金属基板
40上に、長方形以外の形状、例えば各々凹凸状の形状
を有する2枚のセラミックス板60、80が載設されて
いるものとする。
That is, in the figure, 40 is a metal substrate, and this metal substrate 40 has a shape other than a rectangle, for example, a hexagonal shape. Then, it is assumed that two ceramic plates 60, 80 having a shape other than a rectangle, for example, an uneven shape, are mounted on the metal substrate 40.

【0051】このような場合にも、上述した条件と同様
に、各セラミックス板60、80の金属基板40との半
田付け面に沿う全方向それぞれの各最大寸法が、金属基
板40の上記全方向それぞれにおける最大寸法の半分以
下となるよう構成する。
Also in such a case, similarly to the above-mentioned conditions, the respective maximum dimensions in all directions along the soldering surface of the ceramic plates 60, 80 with the metal substrate 40 are the above-mentioned all directions of the metal substrate 40. It is configured to be less than half of the maximum dimension of each.

【0052】即ち、図2に示す各セラミックス板60、
80のうち、例えば同図(a)の左右方向において最も
大きい寸法を有するセラミックス板60の最大寸法W60
が、同方向における金属基板40の最大寸法W40の半分
以下(W60≦(1/2)W40)となるように構成する。
That is, each ceramic plate 60 shown in FIG.
Of the 80, for example, the maximum dimension W 60 of the ceramic plate 60 having the largest dimension in the left-right direction in FIG.
Is less than half the maximum dimension W 40 of the metal substrate 40 in the same direction (W 60 ≦ (1/2) W 40 ).

【0053】また、同図(a)の上下方向については、
同方向において最も大きい寸法を有するセラミックス板
80の最大寸法D80が、同方向における金属基板40の
最大寸法D40の半分以下(D80≦(1/2)D40)とな
るように構成する。
As for the vertical direction of FIG.
Maximum dimension D 80 of the ceramic plate 80 with the largest dimension in the same direction, configured to be less than half of the maximum dimension D 40 of the metal substrate 40 in the same direction (D 80 ≦ (1/2) D 40) .

【0054】更に、例えば同図(b)に点線で示す斜め
の方向についても、同方向において最も大きい寸法を有
するセラミックス板60の最大寸法L60が、同方向にお
ける金属基板40の最大寸法L40の半分以下(L60
(1/2)L40)となるように構成する。
Further, for example, also in the diagonal direction shown by the dotted line in FIG. 6B, the maximum dimension L 60 of the ceramic plate 60 having the largest dimension in the same direction is the maximum dimension L 40 of the metal substrate 40 in the same direction. Less than half (L 60
(1/2) L 40 ).

【0055】勿論、上記以外の方向、例えば同図(b)
に一点鎖線で示す斜めの方向等についても、上記と同様
である。
Of course, directions other than the above, for example, FIG.
The same applies to the diagonal direction and the like indicated by the alternate long and short dash line.

【0056】また、各セラミックス板60、80の各寸
法の相互関係についても、上述した条件と同様に、各セ
ラミックス板60、80の上記全方向それぞれにおける
各最大寸法のうち、最も大きい寸法を有するセラミック
ス板の上記最大寸法が、最も小さい寸法を有するセラミ
ックス板の上記最大寸法の1乃至3倍となるように構成
する。
Regarding the mutual relationship between the respective dimensions of the respective ceramic plates 60, 80, similarly to the above-mentioned conditions, the largest dimension among the respective maximum dimensions of the respective ceramic plates 60, 80 in all the above-mentioned directions. The maximum size of the ceramic plate is set to be 1 to 3 times the maximum size of the ceramic plate having the smallest size.

【0057】即ち、上記セラミックス板60、80のう
ち、例えば同図(a)の左右方向において最も大きい寸
法を有するセラミックス板60の最大寸法W60が、同方
向において最も小さい寸法を有するセラミックス板80
の最大寸法W80の1乃至3倍(W80≦W60≦W80×3)
となるように構成する。
That is, of the ceramic plates 60, 80, the maximum size W 60 of the ceramic plate 60 having the largest dimension in the left-right direction of FIG.
1 to 3 times the maximum dimension of W 80 (W 80 ≤ W 60 ≤ W 80 × 3)
It is configured so that

【0058】また、同図(a)の上下方向については、
同方向において最も大きい寸法を有するセラミックス板
80の最大寸法D80が、同方向において最も小さい寸法
を有するセラミックス板60の最大寸法D60の1乃至3
倍(D60≦D80≦D60×3)となるように構成する。
Regarding the vertical direction of FIG.
Maximum dimension D 80 of the ceramic plate 80 with the largest dimension in the same direction, 1 to 3 of the largest dimension D 60 of the ceramic plate 60 having a smallest dimension in the same direction
Double (D 60 ≤ D 80 ≤ D 60 × 3).

【0059】更に、例えば同図(b)に点線で示す斜め
の方向についても、同方向において最も大きい寸法を有
するセラミックス板60の最大寸法L60が、同方向にお
いて最も小さい寸法を有するセラミックス板80の最大
寸法L80の1乃至3倍(L80≦L60≦L80×3)となる
ように構成する。
Further, for example, also in the oblique direction shown by the dotted line in FIG. 6B, the maximum size L 60 of the ceramic plate 60 having the largest dimension in the same direction is the ceramic plate 80 having the smallest dimension in the same direction. The maximum dimension L 80 is 1 to 3 times (L 80 ≤L 60 ≤L 80 × 3).

【0060】勿論、上記以外の方向、例えば同図(b)
に一点鎖線で示す斜めの方向等についても、上記と同様
である。
Of course, directions other than the above, for example, FIG.
The same applies to the diagonal direction and the like indicated by the alternate long and short dash line.

【0061】[0061]

【実施例】本発明に係る電力用半導体モジュールの一実
施例として、図1に示す各セラミックス板20、30、
50、70、90のうち、例えば最大面積を有するセラ
ミックス板90と金属基板10との各寸法を以下の通り
とした。
EXAMPLE As an example of the power semiconductor module according to the present invention, each ceramic plate 20, 30, shown in FIG.
Of the 50, 70, 90, for example, the dimensions of the ceramic plate 90 having the largest area and the metal substrate 10 are as follows.

【0062】即ち、図1(a)の左右方向においては、
金属基板10の最大寸法W10をW10=110mmとし、
同方向におけるセラミックス板90の最大寸法W90をW
90=28mmとした(WS <(1/2)WB )。
That is, in the left-right direction of FIG.
A maximum dimension W 10 of the metallic substrate 10 and W 10 = 110mm,
The maximum dimension W 90 of the ceramic plate 90 in the same direction is W
Was 90 = 28mm (W S <( 1/2) W B).

【0063】また、同図の上下方向においては、金属基
板10の最大寸法D10をD10=87mmとし、同方向に
おけるセラミックス板90の最大寸法D90をD90=43
mmとした(D90<(1/2)D10)。
Further, in the vertical direction of the figure, the maximum dimension D 10 of the metal substrate 10 is D 10 = 87 mm, and the maximum dimension D 90 of the ceramic plate 90 in the same direction is D 90 = 43 mm.
mm (D 90 <(1/2) D 10 ).

【0064】なお、これらの寸法によれば、セラミック
ス板90の金属基板10に対する面積比率は、約12.
6%となる。
According to these dimensions, the area ratio of the ceramic plate 90 to the metal substrate 10 is about 12.
6%.

【0065】更に、各セラミックス板20、30、5
0、70、90のうち、同図の左右方向において最も大
きい寸法を有するセラミックス板50の最大寸法W50
50=49mmとし、上記方向において最も小さい寸法
を有するセラミックス板70の最大寸法W70をW70=1
8mmとした(W70≦W50≦W70×3)。
Further, each ceramic plate 20, 30, 5
Of the 0, 70, and 90, the maximum dimension W 50 of the ceramic plate 50 having the largest dimension in the left-right direction in the figure is W 50 = 49 mm, and the maximum dimension W 70 of the ceramic plate 70 having the smallest dimension in the above direction. To W 70 = 1
It was set to 8 mm (W 70 ≦ W 50 ≦ W 70 × 3).

【0066】また、同図の上下方向において最も大きい
寸法を有するセラミックス板90の最大寸法D90が、上
記のようにD90=43mmであるのに対して、上記方向
において最も小さい寸法を有するセラミックス板50の
最大寸法D50をD50=28mmとした(D50≦D90≦D
50×3)。
Further, while the maximum dimension D 90 of the ceramic plate 90 having the largest dimension in the vertical direction in the figure is D 90 = 43 mm as described above, the ceramic having the smallest dimension in the above direction. The maximum dimension D 50 of the plate 50 is set to D 50 = 28 mm (D 50 ≤D 90 ≤D
50 x 3).

【0067】そして、上記各寸法条件に基づいて構成し
た電力要半導体モジュールを、上述した冷却フィンに取
り付けて実際に使用し、その動作温度を観測した。その
結果、この電力用半導体モジュールの異常な温度上昇は
認められず、即ち、上記条件によれば、金属基板10に
は電力用半導体モジュールに異常な温度上昇を来すよう
な大きな反りは生じていないという結果が得られた。
Then, the power-requiring semiconductor module constructed on the basis of the above-mentioned dimensional conditions was attached to the above-mentioned cooling fin and actually used, and its operating temperature was observed. As a result, no abnormal temperature rise of this power semiconductor module was observed, that is, according to the above-mentioned conditions, the metal substrate 10 had a large warp causing an abnormal temperature rise of the power semiconductor module. The result is that there is no.

【0068】[0068]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、金属基
板に生じる反りが分散されるので、上述した従来技術に
比べて金属基板の反りを小さく抑えることができるとい
う効果がある。従って、上記従来技術に比べて、高い放
熱効果を得ることができる。また、上記金属基板の反り
を補正しようとして反りの方向と反対向きに力を加えた
としても、従来よりもその補正量が小さいので、この補
正により絶縁体基板に掛かる応力も従来に比べて小さく
なり、これによって絶縁体基板を破損してしまう(割っ
てしまう)という心配も少なくなる。更に、絶縁体基板
と金属基板との間の半田層内においても、ボイドが発生
し難くなる。
According to the first aspect of the present invention, since the warp generated in the metal substrate is dispersed, there is an effect that the warp of the metal substrate can be suppressed to be smaller than that in the above-mentioned conventional technique. Therefore, a higher heat dissipation effect can be obtained as compared with the above-mentioned conventional technique. Further, even if a force is applied in the direction opposite to the warp direction in an attempt to correct the warp of the metal substrate, the amount of correction is smaller than in the conventional case, so the stress applied to the insulating substrate by this correction is also smaller than in the conventional case. As a result, there is less concern that the insulating substrate will be damaged (broken). Furthermore, voids are less likely to occur in the solder layer between the insulator substrate and the metal substrate.

【0069】請求項2に記載の発明によれば、各絶縁体
基板毎に、1個又は複数の電気回路が形成されている。
即ち、各絶縁体基板毎に基本的な回路構成が形成されて
いるので、各絶縁体基板間を接続する配線数を上記請求
項1に記載の発明よりも少なくすることができるという
効果がある。
According to the second aspect of the invention, one or a plurality of electric circuits are formed for each insulator substrate.
That is, since the basic circuit configuration is formed for each insulating substrate, there is an effect that the number of wirings connecting the insulating substrates can be made smaller than that of the invention described in claim 1. .

【0070】請求項3に記載の発明によれば、金属基板
の略全面にわたって絶縁体基板が接着される従来技術と
比較して、金属基板に生じる反りの程度を半分以下にす
ることができる。従って、上記請求項1又は2に記載の
発明と同様な効果を奏する。
According to the third aspect of the invention, the degree of warpage of the metal substrate can be reduced to half or less as compared with the conventional technique in which the insulating substrate is adhered over substantially the entire surface of the metal substrate. Therefore, the same effect as that of the invention described in claim 1 or 2 can be obtained.

【0071】請求項4に記載の発明によれば、金属基板
に生じている反りのうち、最も反りの大きい部分の反り
の程度が、最も反りの小さい部分の反りの程度の1乃至
3倍となるように構成されている。即ち、金属基板に生
じる反りの大きい部分と小さい部分との反りの程度の差
(バラツキ)を3倍以内に抑えることができるという効
果がある。
According to the fourth aspect of the present invention, of the warpage occurring in the metal substrate, the degree of warpage in the portion with the greatest warpage is 1 to 3 times the degree of warpage in the portion with the least warpage. Is configured to be. That is, there is an effect that it is possible to suppress the difference (variation) in the degree of warp between the large warp portion and the small warp portion of the metal substrate within three times.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る電力用半導体モジュールの一実施
の形態を示す図で、(a)は、電力用半導体モジュール
の平面図、(b)は、側面図である。
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a power semiconductor module according to the present invention, in which (a) is a plan view of the power semiconductor module and (b) is a side view.

【図2】同実施の形態において、セラミックス板と金属
基板との各寸法の相互関係を示す電力用半導体モジュー
ルの平面図で、(a)は、上下及び左右方向における関
係を、(b)は、斜め方向における関係を示す図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of a power semiconductor module showing a mutual relationship of respective dimensions of a ceramic plate and a metal substrate in the same embodiment, (a) shows a relationship in vertical and horizontal directions, and (b) shows FIG. 5 is a diagram showing a relationship in an oblique direction.

【図3】同実施の形態を示す電力用半導体モジュールの
電気回路図である。
FIG. 3 is an electric circuit diagram of a power semiconductor module showing the same embodiment.

【図4】従来の電力用半導体モジュールを示す図で、
(a)は、平面図、(b)は、側面図である。
FIG. 4 is a diagram showing a conventional power semiconductor module,
(A) is a plan view and (b) is a side view.

【図5】従来の電力用半導体モジュールにおいて、金属
基板に反りが生じている状態を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a state in which a metal substrate is warped in a conventional power semiconductor module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2a、2b サイリスタ(電力用半導体素子) 3a、3b ダイオード(電力用半導体素子) 5a、5b スイッチング素子(電力用半導体素子) 5c、5d フリーホイリングダイオード(電力用半導
体素子) 7a、7b 出力ダイオード(電力用半導体素子) 9 トライアック(電力用半導体素子) 10 金属基板 20、30、50、70、90 セラミックス板(絶縁
体基板) 20a、30a、50a、70a、90a 銅回路(パ
ターン) 20b、30b、50b、70b、90b 金属層
2a, 2b Thyristor (power semiconductor element) 3a, 3b Diode (power semiconductor element) 5a, 5b Switching element (power semiconductor element) 5c, 5d Freewheeling diode (power semiconductor element) 7a, 7b Output diode ( Power semiconductor element) 9 Triac (power semiconductor element) 10 Metal substrate 20, 30, 50, 70, 90 Ceramic plate (insulator substrate) 20a, 30a, 50a, 70a, 90a Copper circuit (pattern) 20b, 30b, 50b, 70b, 90b Metal layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一方の面に電力用半導体素子を含む電気
回路が形成された絶縁体基板と、該絶縁体基板が載設さ
れた金属基板とを具備し、上記絶縁体基板は、その他方
の面が上記金属基板面に鑞付けにより接着され上記金属
基板面の周縁からはみ出ない状態に該金属基板上に載設
されている電力用半導体モジュールにおいて、上記絶縁
体基板が、複数に分割された状態で上記金属基板上に載
設されていることを特徴とする電力用半導体モジュー
ル。
1. An insulating substrate having an electric circuit including a power semiconductor element formed on one surface thereof, and a metal substrate on which the insulating substrate is mounted. The insulating substrate is the other one. In the power semiconductor module mounted on the metal substrate in such a state that the surface of the metal substrate is adhered to the metal substrate surface by brazing and does not protrude from the peripheral edge of the metal substrate surface, the insulator substrate is divided into a plurality of parts. A power semiconductor module, which is mounted on the metal substrate in a closed state.
【請求項2】 請求項1に記載の電力用半導体モジュー
ルにおいて、上記電気回路が複数形成されており、上記
絶縁体基板が上記各電気回路毎及びいくつかの上記電気
回路の組み合わせ毎の両方又は一方に応じて分割されて
いることを特徴とする電力用半導体モジュール。
2. The power semiconductor module according to claim 1, wherein a plurality of the electric circuits are formed, and the insulating substrate is provided for each of the electric circuits and for each combination of some of the electric circuits, or A power semiconductor module characterized by being divided according to one side.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の電力用半導体モ
ジュールにおいて、上記各絶縁体基板の上記金属基板と
の鑞付け面に沿う全方向それぞれの各最大寸法が、上記
金属基板の上記全方向それぞれにおける最大寸法の半分
以下となる状態に構成されたことを特徴とする電力用半
導体モジュール。
3. The power semiconductor module according to claim 1, wherein each maximum dimension in each direction along each brazing surface of each of the insulator substrates with the metal substrate is equal to that of the metal substrate. A power semiconductor module, characterized in that the power semiconductor module is configured so as to be half or less of the maximum dimension in each direction.
【請求項4】 請求項1、2又は3に記載の電力用半導
体モジュールにおいて、上記各絶縁体基板の上記金属基
板との鑞付け面に沿う全方向それぞれにおける各最大寸
法のうち、最も大きい寸法を有する絶縁体基板の上記最
大寸法が、最も小さい寸法を有する絶縁体基板の上記最
大寸法の1乃至3倍となる状態に構成されたことを特徴
とする電力用半導体モジュール。
4. The power semiconductor module according to claim 1, 2 or 3, wherein the largest dimension among the maximum dimensions in all directions along the brazing surface of the insulator substrate with the metal substrate. The power semiconductor module is characterized in that the maximum size of the insulating substrate having the above is set to be 1 to 3 times the maximum size of the insulating substrate having the smallest size.
JP35024895A 1995-12-21 1995-12-21 Power semiconductor module Expired - Fee Related JP2920102B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35024895A JP2920102B2 (en) 1995-12-21 1995-12-21 Power semiconductor module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP35024895A JP2920102B2 (en) 1995-12-21 1995-12-21 Power semiconductor module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09181219A true JPH09181219A (en) 1997-07-11
JP2920102B2 JP2920102B2 (en) 1999-07-19

Family

ID=18409224

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP35024895A Expired - Fee Related JP2920102B2 (en) 1995-12-21 1995-12-21 Power semiconductor module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2920102B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958535B2 (en) * 2000-09-22 2005-10-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal conductive substrate and semiconductor module using the same
EP2317569A1 (en) * 2008-08-21 2011-05-04 Panasonic Corporation Light source for lighting
US11251101B2 (en) 2018-03-20 2022-02-15 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
WO2022219934A1 (en) * 2021-04-12 2022-10-20 富士電機株式会社 Semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6958535B2 (en) * 2000-09-22 2005-10-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Thermal conductive substrate and semiconductor module using the same
EP2317569A1 (en) * 2008-08-21 2011-05-04 Panasonic Corporation Light source for lighting
EP2317569A4 (en) * 2008-08-21 2013-05-29 Panasonic Corp Light source for lighting
US11251101B2 (en) 2018-03-20 2022-02-15 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
WO2022219934A1 (en) * 2021-04-12 2022-10-20 富士電機株式会社 Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2920102B2 (en) 1999-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6705393B2 (en) Semiconductor device and power converter
JP3333409B2 (en) Semiconductor module
JP7334464B2 (en) Semiconductor module, method for manufacturing semiconductor module, and step jig
JPH11204700A (en) Power module integrating heat radiating fin
JP6640165B2 (en) Power converter
WO2018061517A1 (en) Power module, method for producing same and electric power converter
JP2003017658A (en) Power semiconductor device
JP6965706B2 (en) Semiconductor module, its manufacturing method and power converter
WO2008075409A1 (en) Base for power module, method for producing base for power module and power module
JP6826665B2 (en) Semiconductor devices, manufacturing methods for semiconductor devices, and power conversion devices
CN109698179B (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2920102B2 (en) Power semiconductor module
JP2002343911A (en) Substrate
JP7091878B2 (en) Power modules, power converters, and methods for manufacturing power modules
JP2008124187A (en) Base for power module
KR20140130862A (en) Power module having improved cooling performance
JP4487881B2 (en) Power module substrate manufacturing method
JPH11214612A (en) Power semiconductor module
JP2020088038A (en) Semiconductor device, power converter, and method of manufacturing semiconductor device
JP5840102B2 (en) Power semiconductor device
JPH08279592A (en) Assembly structure of switching power source rectifier
JP7367418B2 (en) Semiconductor modules and vehicles
WO2020174741A1 (en) Semiconductor device
WO2023195325A1 (en) Power module and power conversion device
JP2021141221A (en) Semiconductor module

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990323

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100423

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110423

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 15

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees