JPH11330328A - 半導体モジュール - Google Patents

半導体モジュール

Info

Publication number
JPH11330328A
JPH11330328A JP13202998A JP13202998A JPH11330328A JP H11330328 A JPH11330328 A JP H11330328A JP 13202998 A JP13202998 A JP 13202998A JP 13202998 A JP13202998 A JP 13202998A JP H11330328 A JPH11330328 A JP H11330328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
chip mounting
semiconductor module
substrate
heat
main surface
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.)
Pending
Application number
JP13202998A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuyuki Okochi
靖之 大河内
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.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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 Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP13202998A priority Critical patent/JPH11330328A/ja
Publication of JPH11330328A publication Critical patent/JPH11330328A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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]
    • 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]

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】接合強度及び熱伝導性の両特性に優れ、長寿命
を満足する半導体モジュールを提供すること。 【解決手段】この半導体モジュールでは、チップ実装基
板5はたとえばヒートシンクなどの放熱部材7に弾性付
勢部材12を用いて微小な相対変位可能に圧接されてい
るので、チップ実装基板5と放熱部材7との間に熱膨張
率差があったとしても各自自在に膨張収縮することがで
きるので、従来のように両者間の接合強度が熱ストレス
により低下してしまうといった問題が生じることがな
く、また、チップ実装基板と放熱部材とは熱伝導性グリ
ス9を介して圧接されるので、優れた放熱性を確保する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力用IGBTモ
ジュールなどの半導体モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電力用モジュールの一例を図5を
参照して説明する。シリコン系半導体素子1は、銅薄板
3、4が接合されたセラミック基板2からなるチップ実
装基板5の一主面に半田6により接合され、チップ実装
基板5の他主面は金属製のヒートシンク7に半田8によ
り接合されている。
【0003】また、特開平4ー162756は、半田8
をシリコン系接着剤に代替することを提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来では、セラミック
基板2としてはシリコン系半導体素子1と熱膨張率が近
い窒化アルミニウムなどを用いて両者の熱膨張率の差に
起因する半田の疲労破壊を防いでいるが、その結果、金
属からなるヒートシンク7とチップ実装基板5との熱膨
張率差が大きくなってしまい、この接合部分の半田8の
接合強度が熱ストレスサイクルの繰り返しにより低下す
る可能性が生まれる。
【0005】また、半田8の代わりにシリコン系接着剤
を用いると、上記熱ストレスサイクルの繰り返しにより
接合強度の低下は防止できるものの、たとえなんらかの
良熱伝導性粉末などを混入したとしても、シリコン系接
着剤の熱伝導率は半田に比較して格段に小さいので、シ
リコン系半導体素子1の放熱性が悪化するという重大な
問題が派生してしまう。 もちろん、シリコン系接着剤
にきわめて多量の良熱伝導性粉末を混入すれば、シリコ
ン系接着剤の熱伝導性は改善されるが、この場合にはシ
リコン系接着剤の接着力の低下が問題となる。
【0006】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、接合強度及び熱伝導性の両特性に優れ、長寿命を
満足する半導体モジュールを提供することをその目的と
している。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体モジュー
ルでは、チップ実装基板はたとえばヒートシンクなどの
放熱部材に弾性付勢部材を用いて相対変位可能に圧接さ
れている。したがって、本発明の半導体モジュールによ
れば、チップ実装基板と放熱部材とが互いに接合固定さ
れていないので、相互間の熱膨張率差があったとしても
自在に膨張収縮することができるので、従来のように両
者間の接合強度が熱ストレスにより低下してしまうとい
った問題が生じることがなく、また、チップ実装基板と
放熱部材とは熱伝導性グリスを介して圧接されるので、
優れた放熱性を確保することができる。
【0008】請求項2記載の構成によれば請求項1記載
の半導体モジュールにおいて更に、半導体チップを保護
する外囲ケースの張り出し部に支持される弾性板がチッ
プ実装基板を放熱部材に弾性付勢する。このようにすれ
ば、既存の外囲ケースすなわちこの半導体モジュールの
ケースに弾性板を追加するだけで実現することができ、
半導体モジュールの体格、重量、コストの増大や製造工
程の複雑化を抑止しつつ、放熱性および接合強度の向上
を実現することができる。
【0009】請求項3記載の構成によれば請求項1記載
の半導体モジュールにおいて更に、半導体チップを保護
する外囲ケースの張り出し部自体の弾性を利用してチッ
プ実装基板を放熱部材へ弾性付勢する。このようにすれ
ば、上述した弾性板を省略することができるので、一層
のコスト低下製造工程の簡素化を図ることができる。
【0010】請求項4記載の構成によれば請求項2又は
3記載の半導体モジュールにおいて更に、張り出し部は
金属補強された樹脂部材からなるので、張り出し部をい
たずらに厚くすることなくその剛性、耐久性を向上する
ことができる。請求項5記載の構成によれば請求項4記
載の半導体モジュールにおいて更に、金属補強部材は配
線用のブスバーからなるので、金属補強部材を追設する
必要がなく、材料費の増大および製造工程の延長を防止
することができる。
【0011】
【発明を実施するための態様】本発明の半導体モジュー
ルの好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【0012】
【実施例1】本発明の半導体モジュールの第1実施例を
図1を参照して説明する。図1は、この半導体モジュー
ルの縦断面図である。ただし、理解を容易とするために
図5に示す従来の半導体モジュールと主機能が共通する
構成要素には同一符号を付す。
【0013】図1において、電気自動車の走行用モータ
を制御するIGBTチップからなるシリコン系半導体素
子1は、銅薄板3、4が接合されたセラミック基板2か
らなるチップ実装基板5の一主面に半田6により接合さ
れ、熱伝導性グリス9を通じて金属製のヒートシンク
(放熱部材)7に密着されている。チップ実装基板5は
窒化アルミニウムからなるセラミック基板2の両面に銅
薄板3、4をロウ付け等で接合して形成されている。チ
ップ実装基板5はヒートシンク7に接着された樹脂製の
外囲ケース11により囲覆されており、外囲ケース11
は、チップ実装基板5を囲む側壁部111と、側壁部1
11の上端からチップ実装基板5の上方に張り出した張
り出し部112とを有し、シリコン系半導体素子1の表
面の電極(図示せず)は、張り出し部112に囲まれた
窓部113からワイヤボンディング(図示せず)により
外部のブスバー(図示せず)に電気接続されている。
【0014】外囲ケース11の張り出し部112の内表
面は、チップ実装基板5のチップ実装側の主面の周縁部
に所定ギャップを隔てて対面しており、外囲ケース11
の張り出し部112の内表面とチップ実装基板5のチッ
プ実装側の主面の周縁部との間にシリコンゴムからなる
シート状の弾性板12が角枠形状に挟設されている。こ
れにより、弾性板12は、張り出し部112に支持され
てチップ実装基板5の周縁部を全周にわたってヒートシ
ンク7へ向けて弾性付勢し、その結果、チップ実装基板
5は熱伝導性グリス9を通じて強くヒートシンク7に密
着され、シリコン系半導体素子1で発生した熱はチップ
実装基板5を通じてヒートシンク7に良好に放熱され
る。また、チップ実装基板5とヒートシンク7との間の
熱膨張率差があっても、ヒートシンク7はチップ実装基
板5に対して自由に相対変位することができ、相対変位
後も弾性板12がチップ実装基板5をヒートシンク7へ
向けて以前となんら変わらず弾性付勢するので、放熱性
やチップ実装基板支持性能が低下することはない。
【0015】なお、弾性板12の上記弾性付勢力は、た
とえばこの半導体モジュールを落下させたりした場合の
衝撃ではチップ実装基板5がヒートシンク7に対して変
位しない大きさに設定される。銅薄板4は省略されるこ
とができ、外囲ケース11の形状を変更してもよい。更
に、外囲ケース11及び弾性板12のペアの代わりにた
とえば両端又は一端がヒートシンク7に支持された板ば
ねやブスバーなどで上記と同様の弾性付勢を行うことも
可能である。
【0016】熱伝導性グリス9は、シリコン樹脂系ゲル
に良熱伝導性微粉末を混合して形成されるが、チップ実
装基板5とヒートシンク7とを熱伝導性良好に密着する
ものであれば他の材料を採用してもよい。チップ実装基
板5のセラミック基板2の熱膨張率はシリコン系半導体
素子1のそれになるべく近く設定されて、半田6の熱ス
トレスを緩和することが好適である。
【0017】
【実施例2】本発明の半導体モジュールの第2実施例を
図2を参照して説明する。図2は、この半導体モジュー
ルの縦断面図である。ただし、理解を容易とするため
に、図1に示す実施例1の半導体モジュールと主機能が
共通する構成要素には同一符号を付す。
【0018】この実施例の半導体モジュールは、図1に
示す実施例1の半導体モジュールにおいて、外囲ケース
11の張り出し部112の上面にブスバー131、13
2を密着させたものであり、この実施例ではブスバー1
31、132は図示しないねじにより外囲ケース11ま
たは図示しない外部の基板やケースに締結されるが、イ
ンサート成形により外囲ケース11などに固定してもよ
い。
【0019】このようにすれば、ブスバー131、13
2により、材料費を増加することなく、製造工程を延長
することなく、張り出し部112の剛性を一層強化する
ことができ、その分だけ圧接力を強化して、チップ実装
基板5からヒートシンク7への熱伝導性を改善すること
ができる。なお、この実施例では、ブスバー3、4を別
体としたが、同じブスバーで形成してもよく、また、張
り出し部12を押さえるブスバーの形状を剛性向上のた
めに適宜変更してもよいことは当然である。
【0020】
【実施例3】本発明の半導体モジュールの第3実施例を
図3を参照して説明する。図2は、この半導体モジュー
ルの縦断面図である。ただし、理解を容易とするために
図1に示す実施例1の半導体モジュールと主機能が共通
する構成要素には同一符号を付す。
【0021】この実施例の半導体モジュールは、図1に
示す実施例1の半導体モジュールにおいて、外囲ケース
11の張り出し部112の下面に金属補強部材としての
角枠状の金属板14をインサート成形により固定したも
のであり、弾性板12はこの金属板14を通じて外囲ケ
ース11に支持されている。このようにすれば、外囲ケ
ース11の張り出し部112の剛性は金属板14により
補強されるので、チップ実装基板5とヒートシンク7と
の間の圧接力を向上することができる。
【0022】
【実施例4】本発明の半導体モジュールの第4実施例を
図4を参照して説明する。図4は、この半導体モジュー
ルの縦断面図である。ただし、理解を容易とするために
図1に示す実施例1の半導体モジュールと主機能が共通
する構成要素には同一符号を付す。
【0023】この実施例の半導体モジュールは、図1に
示す実施例1の半導体モジュールにおいて、弾性板12
を省略し、外囲ケース11の張り出し部112の下面に
よりチップ実装基板5の周縁部を弾性付勢するものであ
る。すなわち、この実施例では、張り出し部112が本
発明でいう弾性付勢部材を兼用している。このようにす
れば、一層の製造工程短縮、材料費節減及び小型化を図
ることができる。
【0024】
【変形態様】なお、上記した各実施例において、外囲ケ
ース11が、シリコン系半導体素子1すなわち半導体チ
ップ及びチップ実装基板5を保護しつつ、弾性板12す
なわち弾性付勢部材を支持したり又はこの弾性付勢部材
を兼ねたりするが、外囲ケース11の代わりにブスバー
など他の部材が弾性板12を支持したり又はこの弾性付
勢部材を兼ねたりすることも可能である。
【0025】また、上記実施例では、外囲ケース11は
窓113を有しているが、窓113を省略して全面的に
張り出し部112でチップ実装基板5を囲覆してもよい
ことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体モジュールの第1実施例を示
す縦断面図である。
【図2】 本発明の半導体モジュールの第2実施例を示
す縦断面図である。
【図3】 本発明の半導体モジュールの第3実施例を示
す縦断面図である。
【図4】 本発明の半導体モジュールの第4実施例を示
す縦断面図である。
【図5】 従来の半導体モジュールの一例を示す縦断面
図である。
【符号の説明】
1はシリコン系半導体素子(半導体チップ)、2はセラ
ミック基板、5はチップ実装基板、6は半田、7はヒー
トシンク(放熱部材)、9は熱伝導性グリス、11は外
囲ケース、12は弾性板(弾性付勢部材)、112は外
囲ケース11の張り出し部、131、132はブスバ
ー、14は金属板(金属補強部材)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体チップが接合されたチップ実装基板
    と、 前記チップ実装基板の反チップ実装側の主面に密着され
    て前記半導体チップの熱を吸収する金属性の放熱部材
    と、 前記チップ実装基板のチップ実装側の主面を前記放熱部
    材へ向けて付勢して前記チップ実装基板を前記放熱部材
    に熱伝導性グリスを介して圧接する弾性付勢部材と、を
    備えることを特徴とする半導体モジュール。
  2. 【請求項2】請求項1記載の半導体モジュールにおい
    て、 前記チップ実装基板のチップ実装側の主面に対して所定
    ギャップを隔てて対面する張り出し部を有して前記放熱
    部材に固定される外囲ケースを有し、 前記弾性付勢部材は、前記外囲ケースの張り出し部と前
    記チップ実装基板のチップ実装側の主面との間に挟設さ
    れる弾性板からなることを特徴とする半導体モジュー
    ル。
  3. 【請求項3】請求項1記載の半導体モジュールにおい
    て、 前記チップ実装基板のチップ実装側の主面を覆う張り出
    し部を有して前記放熱部材に固定される外囲ケースを有
    し、 前記外囲ケースの張り出し部は、前記弾性付勢部材を兼
    ねることを特徴とする半導体モジュール。
  4. 【請求項4】請求項2又は3記載の半導体モジュールに
    おいて、 前記張り出し部は、金属補強部材と一体に形成された樹
    脂部材からなることを特徴とする半導体モジュール。
  5. 【請求項5】請求項4記載の半導体モジュールにおい
    て、 前記金属補強部材は、配線用のブスバーからなることを
    特徴とする半導体モジュール。
JP13202998A 1998-05-14 1998-05-14 半導体モジュール Pending JPH11330328A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13202998A JPH11330328A (ja) 1998-05-14 1998-05-14 半導体モジュール

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13202998A JPH11330328A (ja) 1998-05-14 1998-05-14 半導体モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11330328A true JPH11330328A (ja) 1999-11-30

Family

ID=15071842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP13202998A Pending JPH11330328A (ja) 1998-05-14 1998-05-14 半導体モジュール

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11330328A (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7034395B2 (en) 2001-10-10 2006-04-25 Eupec Europaische Gesellschaft Fur Leistungshalbleiter Gmbh Power semiconductor module with cooling element and pressing apparatus
JP2007103603A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Nissan Motor Co Ltd 電力変換装置
JP2007281234A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Hitachi Ltd 電子回路基板
JP2007335244A (ja) * 2006-06-15 2007-12-27 Jimbo Electric Co Ltd 配線器具
EP3342594A1 (en) 2016-12-28 2018-07-04 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Head module and liquid ejection apparatus
JP2018133598A (ja) * 2018-06-05 2018-08-23 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
DE112019007524T5 (de) 2019-07-02 2022-03-24 Mitsubishi Electric Corporation Halbleiterbauelement, verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen, und leistungswandlervorrichtung
US11997837B2 (en) 2020-11-02 2024-05-28 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and power converter

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7034395B2 (en) 2001-10-10 2006-04-25 Eupec Europaische Gesellschaft Fur Leistungshalbleiter Gmbh Power semiconductor module with cooling element and pressing apparatus
JP2007103603A (ja) * 2005-10-03 2007-04-19 Nissan Motor Co Ltd 電力変換装置
JP2007281234A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Hitachi Ltd 電子回路基板
JP2007335244A (ja) * 2006-06-15 2007-12-27 Jimbo Electric Co Ltd 配線器具
EP3342594A1 (en) 2016-12-28 2018-07-04 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Head module and liquid ejection apparatus
US10518533B2 (en) 2016-12-28 2019-12-31 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Head module and liquid ejection apparatus
JP2018133598A (ja) * 2018-06-05 2018-08-23 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
DE112019007524T5 (de) 2019-07-02 2022-03-24 Mitsubishi Electric Corporation Halbleiterbauelement, verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen, und leistungswandlervorrichtung
US11997837B2 (en) 2020-11-02 2024-05-28 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor module and power converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3627738B2 (ja) 半導体装置
TWI244740B (en) Electronic module heat sink mounting arrangement
US7019395B2 (en) Double-sided cooling type semiconductor module
US7034395B2 (en) Power semiconductor module with cooling element and pressing apparatus
JP4533152B2 (ja) 半導体装置
JP4218184B2 (ja) 半導体装置の実装構造
JP2001156219A5 (ja)
WO2000068992A1 (en) Semiconductor device
JP5069876B2 (ja) 半導体モジュールおよび放熱板
JP2023525115A (ja) チップモジュール及びエレクトロニクス装置
JPH11330328A (ja) 半導体モジュール
US20100102431A1 (en) Power module and inverter for vehicles
US9633918B2 (en) Semiconductor device
JP4046623B2 (ja) パワー半導体モジュールおよびその固定方法
KR20190005736A (ko) 반도체 모듈
JP2003347783A (ja) 電力変換装置
JP3797040B2 (ja) 半導体装置
JP2004228352A (ja) 電力半導体装置
US20230422451A1 (en) Heat dissipating device and controller assembly
JP2004363521A (ja) 半導体装置の放熱構造
JP7257977B2 (ja) 半導体装置および半導体モジュール
JP3770164B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
EP2940718B1 (en) Assembly for cooling a power module
JP2005347684A (ja) 半導体装置
JP2002344177A (ja) 電子装置