[go: up one dir, main page]

CN107924885A - 构造体 - Google Patents

构造体 Download PDF

Info

Publication number
CN107924885A
CN107924885A CN201580082498.3A CN201580082498A CN107924885A CN 107924885 A CN107924885 A CN 107924885A CN 201580082498 A CN201580082498 A CN 201580082498A CN 107924885 A CN107924885 A CN 107924885A
Authority
CN
China
Prior art keywords
area
tectosome
power semiconductor
wall portion
resin
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
CN201580082498.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107924885B (zh
Inventor
露野円丈
德山健
井出英
井出英一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Publication of CN107924885A publication Critical patent/CN107924885A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107924885B publication Critical patent/CN107924885B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675—Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the groups H01L21/18 - H01L21/326 or H10D48/04 - H10D48/07 e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/565—Moulds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/02—Containers; Seals
    • H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
    • H01L23/041—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction having no base used as a mounting for the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/433—Auxiliary members in containers characterised by their shape, e.g. pistons
    • H01L23/4334—Auxiliary members in encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group subclass H10D
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group subclass H10D
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices all the devices being of a type provided for in a single subclass of subclasses H10B, H10F, H10H, H10K or H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group subclass H10D the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of semiconductor or other solid state devices the devices being of the types provided for in two or more different main groups of the same subclass of H10B, H10D, H10F, H10H, H10K or H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition 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
    • H01L2224/32221—Disposition 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
    • H01L2224/32245—Disposition 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 metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/33—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of a plurality of layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

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

Abstract

本发明的目的在于，提供一种抑制冷却介质的旁通流、提高冷却效率的构造体、特别是功率半导体模块。本发明涉及一种构造体，具备：散热板，其与发热体热连接；以及树脂区域，其具有固定所述发热体和所述散热板的树脂材料，其中，所述散热板具有：凸片部，其具有从该散热板的散热面突出、并且从密封树脂材料露出而形成的多个凸片；以及壁部，其从所述散热面向与所述凸片相同的一侧突出而形成，并且将所述凸片部与所述树脂区域隔开。

Description

构造体
技术领域
本发明涉及一种具备散热板的构造体，特别涉及一种搭载有功率半导体元件的功率半导体模块以及具有该功率半导体模块的电力转换装置。
背景技术
利用功率半导体元件的开关的电力转换装置由于转换效率高，所以广泛用于民生用途、车载用途、铁路用途、变电设备等。该功率半导体元件由于通电而放热，所以，要求高的散热性。另外，功率半导体元件为了实现绝缘性，用树脂或者凝胶密封。
作为将功率半导体元件树脂密封的构造，公开了专利文献1、2。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－303900号公报
专利文献2：日本特开2013－030649号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
专利文献1所记载的半导体装置形成平坦的散热面，表面积小，换热的效率差。
专利文献2所记载的半导体模块在单面形成使散热器露出的散热面，通过散热器，向气体的散热性提高，但当在利用散热性比气体优良的液体的冷却中使用的情况下，会产生旁通流，散热效率差。
解决技术问题的技术手段
本发明涉及一种构造体，具备：散热板，其与发热体热连接；以及树脂区域，其具有密封所述发热体和所述散热板的密封树脂材料，所述构造体的特征在于，所述散热板具有：凸片部，其具有从该散热板的散热面突出、并且从所述密封树脂材料露出而形成的多个凸片；以及壁部，其从所述散热面向与所述凸片相同的一侧突出而形成，并且将所述凸片部与所述树脂区域隔开，在所述树脂区域的一部分具有密封部，并且，本发明的特征在于，将所述构造体插入到具有平坦的壁面的水路构造体中。
发明效果
根据本发明，通过将具有功率半导体元件等发热体的构造体插入到具有平坦的壁面的水路构造体，能够容易地形成冷却水路以及流路，并且，能够抑制旁通流，所以，能够高效地将水流引导到凸片，能够实现高散热化。
附图说明
图1是实施例1的功率半导体模块的立体图。
图2是实施例1的功率半导体模块的分解立体图。
图3是散热部的立体图。
图4是将实施例1的功率半导体模块插入到水路构造体20的剖面图。
图5是实施例1的连接器侧陶瓷基板的立体图。
图6是实施例1的连接器侧陶瓷基板组的立体图。
图7是实施例1的功率半导体模块的制造中途的立体图。
图8是实施例1的功率半导体模块的制造中途的立体图。
图9是传递模塑工序的剖面图。
图10是传递模塑中的填充距离与间隙的关系。
图11是实施例1的功率半导体模块的制造中途的立体图。
图12是功率半导体模块的电路图。
图13是电力转换装置的电路图。
图14是电力转换装置的立体图。
图15是电力转换装置的剖面立体图。
图16是电力转换装置的剖面图。
图17是变形例1中的功率半导体模块的示意图。
图18是变形例1中的传递模塑工序的剖面图。
图19是实施例2的电力转换装置的剖面立体图。
图20是实施例3的电力转换装置的剖面立体图。
图21是比较例的电力转换装置的剖面图。
具体实施方式
以下，作为本发明的构造体的实施方式，说明车辆搭载用的电力转换装置中使用的功率半导体模块。在以下说明的功率半导体模块的实施方式中，参照附图说明作为发热体的功率半导体元件、作为与该发热体热连接的散热板的Al底板、凸片部、以及作为固定该发热体与该散热板的树脂材料的密封树脂等各结构要素。此外，在各图中，关于同一要素，记为同一符号，省略重复的说明。
图1是第一实施方式的功率半导体模块300的立体图。功率半导体模块300具有密封树脂900、直流侧的端子315B和319B、交流侧的端子320B以及信号用的端子325U、325L。密封树脂900对搭载于引线框、陶瓷基板布线等金属导体的功率半导体元件进行密封。端子325L、320B、325U从功率半导体模块300的密封树脂900的一面排成一列地突出。另外，端子315B、319B从功率半导体模块300的密封树脂900的一面排成一列地突出。直流端子315B、319B邻接，从而使输入输出的电流接近，具有降低电感的效果。
将密封部901形成于有这些端子突出的密封树脂900。如后所述，功率半导体模块300在固定于流路形成体1000时，通过配置于密封部901的O型环等构件，确保冷却制冷剂的液密性。
另外，功率半导体模块300具有将凸片部920与密封树脂900隔开的壁部800A以及800B。密封树脂900具有形成得与壁部800A高度相同的树脂区域900A以及形成得与壁部800B高度相同的树脂区域900B。壁部800A形成为高度小于壁部800B。
图2是功率半导体模块300的分解立体图。此外，在本图中，仅示意性地图示出一部分的部件。
本实施方式的功率半导体模块300具有由Al底板902、陶瓷绝缘体942和Al布线911构成的陶瓷基板(集电极侧陶瓷基板930以及发射极侧陶瓷基板931)。关于集电极侧陶瓷基板930，在后面叙述。在图2中，为了说明而分开图示，但将陶瓷绝缘体942连结到Al底板902之上，进一步地在其上，作为布线图案而形成有Al布线911。
图3是用于说明功率半导体模块300的凸片部920的详细结构的图。在凸片部920的外周，形成有壁部800A和800B以及斜面部800C。将它们连结于Al底板902。
本实施方式的Al底板902具有大致长方形形状的主面。壁部800A形成于Al底板902的横向侧边缘部。壁部800B形成于Al底板902的纵向侧边缘部。换言之，凸片部920被壁部800A在横向上夹着，并且，被壁部800B在纵向上夹着。壁部800B沿着流过凸片部920的凸片间的制冷剂的流动方向形成。
壁部800B以使向凸片部920的突出方向的高度高于壁部800A处的高度的方式形成。壁部800A与壁部800B的高度不同，所以，在连接壁部800A与壁部800B的部分(4处)，形成有斜面部800C。由此，壁部800A、壁部800B与斜面部800C的前端面不为高低差形状，而是形成连续的面。在本实施方式中，凸片部920的凸片的突出方向的高度形成为比壁部800A高，是与壁部800B大致相等的高度。
图4是将本实施方式的功率半导体模块300插入于水路构造体20的示意图。水路构造体20具有容纳功率半导体模块300的容纳空间，该容纳空间的内壁面形成平坦的水路壁1001。
冷却介质流过由凸片部920和平坦的水路壁1001形成的流路19。关于除此以外的区域，通过壁部800B以及树脂区域900B抑制冷却介质的旁通流。另外，壁部800A以及树脂区域900A为了抑制流路阻力，低于壁部800B等地形成。通过上述结构，能够得到低压力损耗且高散热化的功率半导体模块(电力转换装置)。
使用图5至图11来说明本实施方式的功率半导体模块300的制造次序。
图5是示出集电极侧陶瓷基板930的立体图。在凸片部920的外周，形成壁部800A和800B以及斜面部800C，连结于Al底板902。将陶瓷绝缘体940连结于Al底板902之上。在其上，通过Al布线911形成布线图案。在布线图案之上，在进行锡焊连接的区域形成有Ni镀层941。
Al布线911、Al底板902、凸片920、壁部800A、800B、斜面部800C在通过使熔融了的Al流入到铸模得到的熔液而一体形成之后，通过蚀刻、机械加工，进行图案间的绝缘、凸片部的形状调整。
图6是示出集电极侧基板组950的立体图。集电极侧基板组950是将上桥臂侧IGBT155、上桥臂侧二极管156、下桥臂侧IGBT157、下桥臂侧二极管158以及引线框510、520锡焊连接于集电极侧陶瓷基板930而成的。在这里，IGBT是绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor)的略称。
引线框510以及520具有连接带912，防止在后述的传递模塑时端子部被密封树脂掩埋。引线框510配置于与IGBT155、157接近的一侧的边，引线框520配置于与二极管156、158接近的一侧的边。引线框510具有以后成为交流侧端子320B、信号端子325U、325L的端子部。引线框520具有以后成为直流正极侧端子315B以及直流负极侧端子329B的端子部。
引线框510通过Al导线530，与IGBT155、157的栅极焊盘电连接。
图7示出集电极侧基板组950以及发射极侧陶瓷基板940的立体图。将发射极侧陶瓷基板940锡焊连接到集电极侧基板组950。
在图8中示出基板组955的立体图。基板组955是将发射极侧陶瓷基板940与集电极侧基板组950组装好的状态。
在图9中示出表示对基板组955进行传递模塑成型的工序的示意图。基板组955通过传递模塑模具960以及961而合模。此时，壁部800的前端面被按压到传递模塑模具960以及961的内表面而发生变形。通过该变形，吸收在壁部的制造工序中产生的高度偏差，具有能够紧贴于模具的效果。此外，在图9中，仅图示出通过壁部800B的一个剖面，但传递模塑模具960以及961还与壁部800A、斜面部800C的前端面抵接、紧贴。
在凸片部920的周围，壁部800发生变形，吸收制造工序的偏差，从而紧贴于模具，所以，在传递模塑工序中，能够防止树脂向凸片部的流入。通过上述工序，能够制造抑制了旁通流的低压力损耗、高散热的功率半导体模块。
图10示出密封树脂的填充距离L与间隙H的关系。曲线图表示相对于厚度H的间隙的、从间隙的端部注入密封树脂时的填充距离L。观察到间隙H越大则填充距离L越大的倾向。根据图10可知，在间隙H为40μm以下的情况下，填充距离L大致为零。
因此，可知通过将壁部800与传递模塑模具之间的间隙H设为40μm以下，能够防止密封树脂向凸片部的流入。传递模塑工序是按模具温度175℃、成型压力5Mpa来实施的。
在图11中示出传递模塑后的功率半导体模块300的外观立体图。紧接在传递模塑之后，成为端子彼此通过连接带912相互连接的状态。该连接带912在传递模塑后被切断。由此，端子彼此相互电分离，成为图1所示的功率半导体模块300。
图12是本实施方式的功率半导体模块的电路图。端子315B从上桥臂电路的集电极侧输出，连接到电池或者电容器的正极侧。端子325U从上桥臂电路的IGBT155的栅极以及发射极输出。端子319B从下桥臂电路的发射极侧输出，连接到电池或者电容器的负极侧或者GND。端子325L从下桥臂电路的IGBT157的栅极以及发射极输出。端子320B从下桥臂电路的集电极侧输出，连接到马达。在进行中性点接地的情况下，下桥臂电路不连接到GND而连接到电容器的负极侧。
本实施例的功率半导体模块是将上桥臂电路以及下桥臂电路这2个桥臂电路一体化为1个模块的构造即2in1构造。除2in1构造之外，在使用3in1构造、4in1构造、6in1构造等的情况下，也能够降低来自功率半导体模块的输出端子的数量而小型化。
图13是使用本实施方式的功率半导体模块的电力转换装置的电路图。电力转换装置200具备逆变器电路部140、142、辅机用的逆变器电路部43以及电容器模块500。逆变器电路部140以及142具备多个功率半导体模块300，通过将它们连接而构成3相桥式电路。在电流容量大的情况下，进一步地并联连接功率半导体模块300，对应于3相逆变器电路的各相地进行这些并联连接，从而能够应对电流容量的增大。另外，通过将内置于功率半导体模块300的功率半导体元件并联连接，也能够应对电流容量的增大。
逆变器电路部140与逆变器电路部142的基本电路结构相同，控制方法、动作也基本相同。逆变器电路部140等的电路动作的概要是公知的，所以，在这里省略详细说明。
如上所述，上桥臂电路具备上桥臂用IGBT155和上桥臂用二极管156来作为开关用的功率半导体元件，下桥臂电路具备下桥臂用IGBT157和下桥臂用二极管158。IGBT155以及157接受从构成驱动器电路174的2个驱动器电路中的一个或者另一个输出的驱动信号而进行开关动作，将从电池136供给的直流电力转换成三相交流电力。
上桥臂用IGBT155、下桥臂用IGBT157具备集电极电极、发射极电极(信号用发射极电极端子)、栅极电极(栅极电极端子)。上桥臂用二极管156、下桥臂用二极管158具备阴极电极以及阳极电极这2个电极。以使从上桥臂用IGBT155、下桥臂用IGBT157的发射极电极向集电极电极的方向为正向的方式，将二极管156、158的阴极电极电连接于IGBT155、157的集电极电极，将阳极电极电连接于IGBT155、157的发射极电极。此外，作为功率半导体元件，也可以使用MOSFET(金属氧化物半导体型场效应晶体管)，在该情况下，不需要上桥臂用二极管156、下桥臂用二极管158。
从设置于上下桥臂串联电路的温度传感器(未图示)将上下桥臂串联电路的温度信息输入到微型机。另外，将上下桥臂串联电路的直流正极侧的电压信息输入到微型机。微型机根据这些信息，进行过温度检测以及过电压检测，在检测到过温度或者过电压的情况下，使全部的上桥臂用IGBT155、下桥臂用IGBT157的开关动作停止，保护上下桥臂串联电路免受过温度或者过电压的影响。
图14是示出电力转换装置200的外观的立体图。本实施方式的电力转换装置200的外观是将上表面或者底面为大致长方形的框体12、设置于框体12的短边侧的外周之一的上部壳体10以及用于堵塞框体12的下部开口的下部壳体16固定而形成的。通过将框体12的仰视图或者俯视图的形状设为大致长方形，从而向车辆的安装变得容易，并且容易生产。
图15是示出电力转换装置200的剖面构造的概略图。功率半导体模块300与图4所示的设置构造同样地设置于流路形成体1000。
在将功率半导体模块300插入到流路形成体之后，装配搭载有安装部件的层叠布线板501，将信号端子与层叠布线板501电连接。进一步地，流过大电流的端子320B、315B、320B与从层叠多层母线布线而成的板1200突出的端子焊接。通过对层叠布线板501与板1200进行立体层叠，能够使电力转换装置小型化。
流路形成体1000形成使冷却功率半导体模块300的制冷剂流过的制冷剂流路。流路形成体1000具有壁面1001。壁面1001在功率半导体模块300的散热部910与该壁面1001之间形成流过制冷剂的流路。为了使制冷剂不流过功率半导体模块300的密封树脂面900B与该壁面1001之间，壁面1001具有平面构造。流路形成体1000以使相互对置的壁面1001彼此的距离和功率半导体模块300的一侧的密封树脂面900B与另一侧的密封树脂面900B之间的距离大致相等的方式形成。在功率半导体模块300的密封部901处设置有O型环等弹性体。
功率半导体模块300以使密封树脂面900B与流路形成体1000的壁面1001相接的方式插入到流路形成体1000中。由此，功率半导体模块300配置成使以成为与密封树脂面900B大概相同的面的方式形成的凸片部920的前端与流路形成体1000的壁面1001抵接。因此，就抑制了凸片部920与壁面1001之间流过的制冷剂在密封树脂面900B与壁面1001之间、在凸片前端与壁面1001之间等作为旁通流而流过。散热部910由热导率高的高导热体920构成，所以，能够高效地将功率半导体元件的热冷却。因此，本实施方式的功率半导体模块300的散热性优良。
另外，制冷剂流过的流路通过形成于功率半导体模块300侧的凸片构造与形成于流路形成体1000侧的平面上的壁面1001的组合而构成。通过这样简化构造，制造电力转换装置就变得容易。
另外，本实施方式中的大概相同的面意味着尽可能制作成相同的面。由于由树脂的硬化收缩、构件间的热膨胀差而产生的高低差以及表面粗糙度等不超过100μm的高低差在抑制旁通流方面的影响小，所以，设为被包含于大概相同的面。
流路形成体1000只要具有不透水构造，则没有特别限定，能够使用铝、压铸铝等金属、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等热塑性树脂、环氧树脂等热固化性树脂来制作。
图16是图14的剖面A处的剖面图。框体12形成流路形成体1000。从冷却水入口13流入到水路19内的制冷剂如箭头所示地流过水路19，从冷却水出口14排出。在本实施方式中，在水路19内，沿着冷却水的流动配置有6个功率半导体装置300。
另外，不限于本实施例，上述实施方式的功率半导体模块300能够对密封部以下的与冷却水接触的表面实施金属镀敷。由此，能够防止密封树脂直接与冷却水接触，从而能够抑制由于密封树脂吸水导致的芯片绝缘性能的降低。
在图17中示出说明作为本发明的功率半导体模块的变形例的构造的示意图。在图17中，为了容易理解，用实线表示壁部、凸片部以及应力支撑部1300，用虚线表示密封树脂、端子。尤其是，施加阴影线来表示的构件是应力支撑部1300。应力支撑部1300配置在形成于凸片部920的外周的壁部800的正下方。应力支撑部1300配置有多个。
图18是图17所示的变形例的功率半导体模块的传递模塑时的示意图。应力支撑部1300通过用焊锡等连接材料将设置于集电极侧陶瓷基板与发射极侧陶瓷基板的布线图案连接而形成。由于通过布线图案和焊锡等连接材料而形成应力支撑部，所以，不需要用于形成应力支撑部的追加工艺、构件，具有生产率优良且成本低的效果。
通过这样以与壁部800重叠的方式设置应力支撑部1300，从而应力支撑部1300支撑传递模塑时的模具的合模力，所以，具有降低施加到半导体元件的应力并且防止元件损坏的效果。
图19示出第二实施方式的电力转换装置的剖面立体图。相对于第一实施方式的变化点是功率半导体模块的端子从一个方向伸出这一点。本实施方式的功率半导体模块具有向流路形成体1000的插入变得容易的效果。
图20示出第三实施方式的电力转换装置的剖面立体图。相对于第一实施方式的变化点是水路形成体1000由树脂制成这一点、功率半导体模块上没有绝缘层这一点以及冷却介质是绝缘性油这一点。由于将绝缘性油用作冷却介质，所以，在功率半导体模块内部不需要绝缘层，能够使电力转换装置小型化。
图21示出比较例的电力转换装置的示意图。由于凸片部920突出，所以，冷却介质不仅流过凸片部920附近，还在上下的间隙中流过，会产生旁通流1002。在这样的结构中，与流过旁通流的区域相比间隙较窄的凸片部的流量大幅减少，散热性差。
符号说明
10 上部壳体
12 框体
13 冷却水入口
14 冷却水出口
16 下部壳体
18 交流终端
19 流路
20 水路构造体
21 连接器
43 逆变器电路
136 电池
140 逆变器电路
142 逆变器电路
155 上桥臂用IGBT
156 上桥臂用二极管
157 下桥臂用IGBT
158 下桥臂用二极管
174 驱动器电路
192 电动发电机
194 电动发电机
200 电力转换装置
300 功率半导体装置
315B 直流端子(正极)
319B 直流端子(负极)
320B 交流端子
325U 信号端子
325L 信号端子
500 电容器模块
501 层叠布线板
510 引线框
520 引线框
530 Al导线
800 壁部
800A 壁部
800B 壁部
800C 斜面部
900 密封树脂
900A 树脂密封区域
900B 树脂密封区域
901 密封部
902 Al底板
911 Al布线
912 连接带
920 凸片部
930 集电极侧陶瓷基板
931 发射极侧陶瓷基板
940 发射极侧基板组
941 镍镀层
942 陶瓷绝缘体
950 集电极侧基板组
955 基板组
960 传递模塑模具
961 传递模塑模具
965 柱塞
1000 流路形成体
1001 水路壁
1002 旁通流
1200 板。

Claims (10)

1.一种构造体，具备：
散热板，其与发热体热连接；以及
树脂区域，其具有固定所述发热体和所述散热板的树脂材料，
所述构造体的特征在于，
所述散热板具有：
凸片部，其具有从该散热板的散热面突出、并且从所述密封树脂材料露出而形成的多个凸片；以及
壁部，其从所述散热面向与所述凸片相同的一侧突出而形成，并且将所述凸片部与所述树脂区域隔开。
2.根据权利要求1所述的构造体，其特征在于，
所述壁部在所述凸片部的周围具有第一区域和第二区域，
所述第一区域以该第一区域突出的高度小于所述第二区域突出的高度的方式形成。
3.根据权利要求2所述的构造体，其特征在于，
所述第一区域以该第一区域突出的高度小于所述凸片突出的高度的方式形成。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的构造体，其特征在于，
所述壁部具有沿着从所述密封树脂材料露出的所述壁部与所述树脂区域的边界形成的变形部。
5.根据权利要求2或者3所述的构造体，其特征在于，
所述树脂区域在与所述第一区域相接的表面和与所述第二区域相接的表面之间具有高低差。
6.根据权利要求2或者3所述的构造体，其特征在于，
所述壁部在所述第一区域与所述第二区域的边界部分具有连接所述第一区域的表面与所述第二区域的表面的斜面部。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的构造体，其特征在于，
所述凸片的前端形成于与所述壁部的前端相同的平面上。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的构造体，其特征在于，
所述发热体是通过开关动作将直流电力转换成交流电力的功率半导体元件，
所述构造体具备与所述功率半导体元件电连接并且传递电流的电流端子，
所述电流端子从所述树脂区域突出。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的构造体，其特征在于，
所述散热板具有第一底板和第二底板，
所述发热体配置于所述第一底板与所述第二底板之间。
10.一种组装体，其特征在于，具备：
权利要求1至9中的任一项所述的构造体；以及
水路构造体，所述水路构造体中插入有所述构造体，并且具有平坦的壁面，
在所述平坦的壁面与所述散热面之间形成有供冷却介质流通的水路。
CN201580082498.3A 2015-08-26 2015-08-26 构造体 Active CN107924885B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/073926 WO2017033295A1 (ja) 2015-08-26 2015-08-26 構造体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107924885A true CN107924885A (zh) 2018-04-17
CN107924885B CN107924885B (zh) 2020-08-25

Family

ID=58100718

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580082498.3A Active CN107924885B (zh) 2015-08-26 2015-08-26 构造体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10818573B2 (zh)
EP (1) EP3343603B1 (zh)
JP (1) JP6488390B2 (zh)
CN (1) CN107924885B (zh)
WO (1) WO2017033295A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114009158A (zh) * 2019-10-04 2022-02-01 三井化学株式会社 发热体收容箱及结构体
CN114902400A (zh) * 2020-01-08 2022-08-12 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6922450B2 (ja) * 2017-06-08 2021-08-18 株式会社デンソー 半導体モジュール
JP2019057546A (ja) * 2017-09-19 2019-04-11 東芝メモリ株式会社 半導体記憶装置
JP7046742B2 (ja) * 2018-07-05 2022-04-04 日立Astemo株式会社 パワーモジュール
DE102020111528A1 (de) * 2020-04-28 2021-10-28 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Leistungselektronische Anordnung mit einem Mehrphasen-Leistungshalbleitermodul
JP7580233B2 (ja) * 2020-10-01 2024-11-11 株式会社日立製作所 半導体装置およびホイール内蔵システム
FR3115651B1 (fr) * 2020-10-26 2024-01-26 Commissariat A L’Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Ensemble de modules de puissance à semi-conducteurs
US11658171B2 (en) * 2020-12-23 2023-05-23 Semiconductor Components Industries, Llc Dual cool power module with stress buffer layer
CN115249672B (zh) * 2021-04-28 2025-01-14 比亚迪股份有限公司 Igbt模组、电机控制器和车辆

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10112519A (ja) * 1996-10-08 1998-04-28 Nippon Motorola Ltd 熱放散手段を有する集積回路装置及びその製造方法
US20090116197A1 (en) * 2007-11-01 2009-05-07 Sunao Funakoshi Method for power semiconductor module fabrication, its apparatus, power semiconductor module and its junction method
CN103026605A (zh) * 2010-07-28 2013-04-03 日立汽车系统株式会社 电力转换装置
JP2015115510A (ja) * 2013-12-13 2015-06-22 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュール
US20150214205A1 (en) * 2012-08-31 2015-07-30 Htachi Automotive Systems, Ltd. Power Semiconductor Module

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2244289B1 (en) * 2000-04-19 2014-03-26 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
JP4022758B2 (ja) 2003-03-31 2007-12-19 株式会社デンソー 半導体装置
JP4379339B2 (ja) * 2005-01-19 2009-12-09 トヨタ自動車株式会社 半導体冷却装置
JP4580997B2 (ja) 2008-03-11 2010-11-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
JP5581131B2 (ja) * 2010-06-30 2014-08-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール及びそれを用いた電力変換装置
JP2012164763A (ja) 2011-02-04 2012-08-30 Toyota Motor Corp ヒートシンク付き半導体パッケージの製造方法及び当該ヒートシンク
JP2013030649A (ja) 2011-07-29 2013-02-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体モジュール及びその製造方法
JP5529208B2 (ja) 2011-08-25 2014-06-25 トヨタ自動車株式会社 パワーモジュールの構造及び成形方法
CN104137253A (zh) 2012-02-24 2014-11-05 三菱电机株式会社 半导体装置及其制造方法
US9661738B1 (en) * 2014-09-03 2017-05-23 Flextronics Ap, Llc Embedded coins for HDI or SEQ laminations
CN109637934B (zh) * 2014-10-11 2023-12-22 意法半导体有限公司 电子器件及制造电子器件的方法
JP6349275B2 (ja) 2015-03-05 2018-06-27 日立オートモティブシステムズ株式会社 電力変換装置
US9659844B2 (en) * 2015-08-31 2017-05-23 Texas Instruments Incorporated Semiconductor die substrate with integral heat sink

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10112519A (ja) * 1996-10-08 1998-04-28 Nippon Motorola Ltd 熱放散手段を有する集積回路装置及びその製造方法
US20090116197A1 (en) * 2007-11-01 2009-05-07 Sunao Funakoshi Method for power semiconductor module fabrication, its apparatus, power semiconductor module and its junction method
CN103026605A (zh) * 2010-07-28 2013-04-03 日立汽车系统株式会社 电力转换装置
US20150214205A1 (en) * 2012-08-31 2015-07-30 Htachi Automotive Systems, Ltd. Power Semiconductor Module
JP2015115510A (ja) * 2013-12-13 2015-06-22 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュール

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114009158A (zh) * 2019-10-04 2022-02-01 三井化学株式会社 发热体收容箱及结构体
CN114902400A (zh) * 2020-01-08 2022-08-12 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法
CN114902400B (zh) * 2020-01-08 2024-12-27 三菱电机株式会社 半导体装置及半导体装置的制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP3343603A4 (en) 2019-04-24
CN107924885B (zh) 2020-08-25
US10818573B2 (en) 2020-10-27
EP3343603B1 (en) 2020-05-20
JPWO2017033295A1 (ja) 2018-07-05
JP6488390B2 (ja) 2019-03-20
US20180254235A1 (en) 2018-09-06
WO2017033295A1 (ja) 2017-03-02
EP3343603A1 (en) 2018-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107924885B (zh) 构造体
CN111373524B (zh) 功率半导体装置及其制造方法
JP6302803B2 (ja) パワー半導体モジュール及びその製造方法、電力変換装置
US11961780B2 (en) Semiconductor module, power conversion device, and manufacturing method of semiconductor module
JP7046742B2 (ja) パワーモジュール
CN110771027B (zh) 功率半导体装置及使用该装置的电力转换装置
WO2018159209A1 (ja) パワー半導体装置
CN115088065A (zh) 电路体、电力转换装置及电路体的制造方法
CN111587528B (zh) 功率半导体装置
JP7444711B2 (ja) パワーモジュール及びこれを用いた電力変換装置
JP7555261B2 (ja) 電気回路体および電力変換装置
JP7555262B2 (ja) 電気回路体および電力変換装置
JP7650784B2 (ja) 半導体モジュール、電力変換装置、および半導体モジュールの製造方法
JP7549520B2 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
JP2024006808A (ja) 電気回路体および電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Ibaraki

Patentee after: Hitachi astemo Co.,Ltd.

Address before: Ibaraki

Patentee before: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, Ltd.