JPH11214612A - パワー半導体モジュール - Google Patents
パワー半導体モジュールInfo
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- JPH11214612A JPH11214612A JP1228898A JP1228898A JPH11214612A JP H11214612 A JPH11214612 A JP H11214612A JP 1228898 A JP1228898 A JP 1228898A JP 1228898 A JP1228898 A JP 1228898A JP H11214612 A JPH11214612 A JP H11214612A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】半導体素子，絶縁基板を搭載した金属ベースに
凹凸部を形成したことにより、信頼性に優れたパワー半
導体モジュールを提供する。 【解決手段】放熱を兼ねた金属ベース１０１と、この金
属ベース１０１の主面上に複数個の半導体素子４が接合
された絶縁基板３が接合され、この半導体素子４を外雰
囲気より遮断するための樹脂ケース１０で覆われたパワ
ー半導体モジュールにおいて、金属ベース１０１の主面
上に、１つ以上の凹凸部が形成され、この凹部１０１ａ
に絶縁基板３が半田により接合される構成となってい
る。 【効果】金属ベースに凹凸部が形成されていることによ
り、絶縁基板の接合の安定化が図れ、接合不良などが防
止でき、信頼性を向上することができる。
凹凸部を形成したことにより、信頼性に優れたパワー半
導体モジュールを提供する。 【解決手段】放熱を兼ねた金属ベース１０１と、この金
属ベース１０１の主面上に複数個の半導体素子４が接合
された絶縁基板３が接合され、この半導体素子４を外雰
囲気より遮断するための樹脂ケース１０で覆われたパワ
ー半導体モジュールにおいて、金属ベース１０１の主面
上に、１つ以上の凹凸部が形成され、この凹部１０１ａ
に絶縁基板３が半田により接合される構成となってい
る。 【効果】金属ベースに凹凸部が形成されていることによ
り、絶縁基板の接合の安定化が図れ、接合不良などが防
止でき、信頼性を向上することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー半導体装置
に係り特に高耐圧パワー半導体モジュールの構造に関す
る。
に係り特に高耐圧パワー半導体モジュールの構造に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来からＩＧＢＴ，ＧＴＯ，パワートラ
ンジスタなどのパワー半導体スイッチング素子が、絶縁
容器内に封入されたパワー半導体モジュールが知られて
いる。これらの素子はその耐圧や電流容量に応じて、各
種インバータ装置などに応用されている。中でもＩＧＢ
Ｔは、電圧制御素子のため制御が容易であり、大電流の
高周波動作が可能であるなどの利点を有している素子で
ある。また、モジュール使用上の簡便性の点から多くの
場合はモジュールのベース部分と電流通電部分が電気的
に絶縁された内部絶縁型の構造となっている。
ンジスタなどのパワー半導体スイッチング素子が、絶縁
容器内に封入されたパワー半導体モジュールが知られて
いる。これらの素子はその耐圧や電流容量に応じて、各
種インバータ装置などに応用されている。中でもＩＧＢ
Ｔは、電圧制御素子のため制御が容易であり、大電流の
高周波動作が可能であるなどの利点を有している素子で
ある。また、モジュール使用上の簡便性の点から多くの
場合はモジュールのベース部分と電流通電部分が電気的
に絶縁された内部絶縁型の構造となっている。
【０００３】従来の構造を、製造プロセスに従って図１
０にて説明する。従来構造では、アルミナやＡＬＮセラ
ミックに銅パターンを接続した絶縁基板３上に、半導体
素子４を半田５により接合し、電極引き出しのために半
導体素子４と絶縁基板３の電極板上にＡＬワイヤー６な
どでボンディング接続される。この絶縁基板３は、モジ
ュールの冷却板である平面な金属ベース１に半田２によ
り接合されるが、この半田２は半田５よりも融点が低い
ものが使用される。モジュールの外部端子と絶縁板３上
の電極の接続は、外部端子と一体化した銅リード８及び
１２でなされ、絶縁基板電極部へ半田７により接合され
る。この半田７は半田２と同じ融点のものを使用してい
る。この外部端子は一般に端子ブロックと呼ばれる。金
属ベース１にモールド形成された樹脂ケース１０が接着
剤１１により接着される。この中にゲル９が注入硬化さ
れる。以上がＩＧＢＴモジュールの一般的製造プロセス
及び構造である。
０にて説明する。従来構造では、アルミナやＡＬＮセラ
ミックに銅パターンを接続した絶縁基板３上に、半導体
素子４を半田５により接合し、電極引き出しのために半
導体素子４と絶縁基板３の電極板上にＡＬワイヤー６な
どでボンディング接続される。この絶縁基板３は、モジ
ュールの冷却板である平面な金属ベース１に半田２によ
り接合されるが、この半田２は半田５よりも融点が低い
ものが使用される。モジュールの外部端子と絶縁板３上
の電極の接続は、外部端子と一体化した銅リード８及び
１２でなされ、絶縁基板電極部へ半田７により接合され
る。この半田７は半田２と同じ融点のものを使用してい
る。この外部端子は一般に端子ブロックと呼ばれる。金
属ベース１にモールド形成された樹脂ケース１０が接着
剤１１により接着される。この中にゲル９が注入硬化さ
れる。以上がＩＧＢＴモジュールの一般的製造プロセス
及び構造である。
【０００４】尚、この種のモジュール構造として関連す
るものに、特願平6−243654 号公報を挙げることができ
る
るものに、特願平6−243654 号公報を挙げることができ
る
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は次のような問題点がある。
は次のような問題点がある。
【０００６】金属ベース１に絶縁基板３を半田２で接合
し、この後に一体化した銅リード８を半田７で接合させ
るが、同一融点の半田のためにこの時絶縁基板３下の半
田２も再溶融される。この時金属ベース１の反りや絶縁
基板３の反り，組立の冶具などの傾きなどにより溶融し
た半田２が流れ出したり、絶縁基板３がずれたりするこ
とによる接合不良や、流れ出した半田により絶縁基板３
上にまで盛り上がり絶縁不良が発生する問題がある。
し、この後に一体化した銅リード８を半田７で接合させ
るが、同一融点の半田のためにこの時絶縁基板３下の半
田２も再溶融される。この時金属ベース１の反りや絶縁
基板３の反り，組立の冶具などの傾きなどにより溶融し
た半田２が流れ出したり、絶縁基板３がずれたりするこ
とによる接合不良や、流れ出した半田により絶縁基板３
上にまで盛り上がり絶縁不良が発生する問題がある。
【０００７】また金属ベース１と樹脂ケース１０を接着
剤１１で接着密封するが、金属ベース１の反りによる密
着不良や、接着剤１１のケース１０内部へのはみ出した
形状によりゲル内部への亀裂（ゲルクラック）を発生さ
せ絶縁不良が発生する問題がある。
剤１１で接着密封するが、金属ベース１の反りによる密
着不良や、接着剤１１のケース１０内部へのはみ出した
形状によりゲル内部への亀裂（ゲルクラック）を発生さ
せ絶縁不良が発生する問題がある。
【０００８】金属ベースの反りを低減させるには、ベー
スを厚くして剛性を持たせる方法があるが、これでは反
り量は抑えることは出来るがベースが厚くなった分モジ
ュールの熱抵抗が大きくなり、またモジュールの重量も
増して例えば使用可能な最大損失や実装方法などが制限
されることになる。
スを厚くして剛性を持たせる方法があるが、これでは反
り量は抑えることは出来るがベースが厚くなった分モジ
ュールの熱抵抗が大きくなり、またモジュールの重量も
増して例えば使用可能な最大損失や実装方法などが制限
されることになる。
【０００９】本発明の目的は、前記課題を解決し高信頼
性なパワー半導体モジュールの構造を提供することにあ
る。
性なパワー半導体モジュールの構造を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し高信頼
性なパワー半導体モジュールを得るために、本発明では
次のような手段を用いた。
性なパワー半導体モジュールを得るために、本発明では
次のような手段を用いた。
【００１１】従来構造では、平面な金属ベースに半導体
素子を半田接合した絶縁基板，樹脂ケースなどを接合接
着しているのに対し、金属ベース主面上に１つ以上の凹
凸面を設けることにより、良好な絶縁基板の接着，樹脂
ケースの接着を行う手段を備えている点にある。
素子を半田接合した絶縁基板，樹脂ケースなどを接合接
着しているのに対し、金属ベース主面上に１つ以上の凹
凸面を設けることにより、良好な絶縁基板の接着，樹脂
ケースの接着を行う手段を備えている点にある。
【００１２】また、金属ベース反主面上に複数個の凹凸
部を設けることにより、熱放散を向上させる手段を備え
ている点にある。
部を設けることにより、熱放散を向上させる手段を備え
ている点にある。
【００１３】本発明の前記手段により、次の作用が得ら
れる。
れる。
【００１４】金属ベース主面上の絶縁基板接続面を凹
部、又は周辺部を凸部形状にすることにより、絶縁基板
がこの凹凸部で固定され、また半田流れや樹脂ケースの
接着剤の内部はみ出しも抑止される。
部、又は周辺部を凸部形状にすることにより、絶縁基板
がこの凹凸部で固定され、また半田流れや樹脂ケースの
接着剤の内部はみ出しも抑止される。
【００１５】また金属ベース主面上の樹脂ケース接着面
の厚みを他の面の厚みよりも厚くすることにより、金属
ベースの反りを抑制することができる。
の厚みを他の面の厚みよりも厚くすることにより、金属
ベースの反りを抑制することができる。
【００１６】また金属ベースの反主面上に複数個の凹凸
部を設けることにより、金属ベースの表面積が増加し熱
放散を向上することができる。
部を設けることにより、金属ベースの表面積が増加し熱
放散を向上することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面を用い
て説明する。
て説明する。
【００１８】図１は本発明を適用したＩＧＢＴモジュー
ルに適用した断面構造図、図２は金属ベースを上から見
た平面図である。図１０の従来構造と同一符号は同一要
素を示す。ＡＬＮセラミックに銅パターンを接続した絶
縁基板３上に、ＩＧＢＴチップ４を半田５により接合
し、電極引き出しのためにＩＧＢＴチップ４と絶縁基板
３の電極板上にＡＬワイヤー６でボンディング接続され
る。この絶縁基板３は、モジュールの冷却板である金属
ベース１０１に半田２により接続される。本実施例で
は、この絶縁基板３を２枚並列接続している。この金属
ベース１０１には、絶縁基板３が半田付けされる面１０
１ａ面が他の面よりも凹面となっており、絶縁基板３が
この凹面１０１ａに半田接続される。この凹面１０１ａ
は、絶縁基板３の形状に合わせ形成される。絶縁基板３
の接合に使用する半田２は、ＩＧＢＴチップ４を半田５
よりも融点の低いものが使用される。モジュールの外部
端子と絶縁基板３上の電極の接続は、外部端子と一体化
した銅リード８、及び１２でなされ絶縁基板電極部へ半
田７により並列接続される。この半田７は半田２と同じ
融点のものを使用している。金属ベース１０１にモール
ド形成された樹脂ケース１０が接着剤１１により接着さ
れる。この中にゲル９が注入硬化され密封封止される構
造となっている。上記で説明したＩＧＢＴモジュールに
おいては、金属ベース１０１に絶縁基板３が接続される
面１０１ａ面を凹面に形成しているが、この凹面により
絶縁基板３が固定されるため半田流れや、絶縁基板のず
れが抑止され良好な接合を形成することができる。また
絶縁基板３の接合面が他の面よりも薄くなっているた
め、熱抵抗も小さくなり冷却効率が向上する。組立面に
おいても、従来絶縁基板３と金属ベース１を接合する場
合、カーボンなどの材質で作られた組立用冶具を使用し
ていたがこの金属ベース１０１を使用することにより凹
部が冶具の代用となり組立用冶具が不要となる。
ルに適用した断面構造図、図２は金属ベースを上から見
た平面図である。図１０の従来構造と同一符号は同一要
素を示す。ＡＬＮセラミックに銅パターンを接続した絶
縁基板３上に、ＩＧＢＴチップ４を半田５により接合
し、電極引き出しのためにＩＧＢＴチップ４と絶縁基板
３の電極板上にＡＬワイヤー６でボンディング接続され
る。この絶縁基板３は、モジュールの冷却板である金属
ベース１０１に半田２により接続される。本実施例で
は、この絶縁基板３を２枚並列接続している。この金属
ベース１０１には、絶縁基板３が半田付けされる面１０
１ａ面が他の面よりも凹面となっており、絶縁基板３が
この凹面１０１ａに半田接続される。この凹面１０１ａ
は、絶縁基板３の形状に合わせ形成される。絶縁基板３
の接合に使用する半田２は、ＩＧＢＴチップ４を半田５
よりも融点の低いものが使用される。モジュールの外部
端子と絶縁基板３上の電極の接続は、外部端子と一体化
した銅リード８、及び１２でなされ絶縁基板電極部へ半
田７により並列接続される。この半田７は半田２と同じ
融点のものを使用している。金属ベース１０１にモール
ド形成された樹脂ケース１０が接着剤１１により接着さ
れる。この中にゲル９が注入硬化され密封封止される構
造となっている。上記で説明したＩＧＢＴモジュールに
おいては、金属ベース１０１に絶縁基板３が接続される
面１０１ａ面を凹面に形成しているが、この凹面により
絶縁基板３が固定されるため半田流れや、絶縁基板のず
れが抑止され良好な接合を形成することができる。また
絶縁基板３の接合面が他の面よりも薄くなっているた
め、熱抵抗も小さくなり冷却効率が向上する。組立面に
おいても、従来絶縁基板３と金属ベース１を接合する場
合、カーボンなどの材質で作られた組立用冶具を使用し
ていたがこの金属ベース１０１を使用することにより凹
部が冶具の代用となり組立用冶具が不要となる。
【００１９】この金属ベース１０１の材質としては、Ｃ
ｕ板，Ｍｏ板および複合材，ＡＬ．ＳＩＣなどがあげら
れるが、Ｃｕ板，Ｍｏ板ではこの凹面は機械加工やプレ
ス等で行わなければならず、特にＭｏ板では硬度が高い
ために機械加工が困難とされる。このため、ＡＬ．ＳＩ
ＣやＣｕ．ＳＩＣなどの鋳造で形成される材料が望まし
い。これらの材料であれば、金型の成形により凹部形成
は金属ベース形成時に一体成形されるため、機械加工が
不要となり容易に製作が可能である。
ｕ板，Ｍｏ板および複合材，ＡＬ．ＳＩＣなどがあげら
れるが、Ｃｕ板，Ｍｏ板ではこの凹面は機械加工やプレ
ス等で行わなければならず、特にＭｏ板では硬度が高い
ために機械加工が困難とされる。このため、ＡＬ．ＳＩ
ＣやＣｕ．ＳＩＣなどの鋳造で形成される材料が望まし
い。これらの材料であれば、金型の成形により凹部形成
は金属ベース形成時に一体成形されるため、機械加工が
不要となり容易に製作が可能である。
【００２０】図３，図４は第２の実施例を示したもので
ある。図３中、図１と同一符号は同一要素を示す。図３
はその部分断面構造図、図４は金属ベースを上から見た
平面図である。本実施例では、金属ベース１０２の主面
上で絶縁基板３の周辺部に凸部１０２ａが形成されてい
る。この凸部１０２ａにより、絶縁基板３が固定され半
田接合時の絶縁基板３のずれや、半田流れを抑止でき良
好な接合を形成することができる。凸部１０２ａは金属
ベースの梁の効果もあり、金属ベース自体の剛性を増し
反りの抑制を図ることができる。またこの凸部１０２ａ
は、樹脂ケース１０の接着される周辺に形成されている
ため、この部分により接着剤１１のケース内部へのはみ
出しも抑止される。このため、従来構造で発生していた
接着剤１１のケース内部への接着剤１１のはみ出し形状
に起因して起こるゲルクラックも防止でき絶縁性も向上
できる。
ある。図３中、図１と同一符号は同一要素を示す。図３
はその部分断面構造図、図４は金属ベースを上から見た
平面図である。本実施例では、金属ベース１０２の主面
上で絶縁基板３の周辺部に凸部１０２ａが形成されてい
る。この凸部１０２ａにより、絶縁基板３が固定され半
田接合時の絶縁基板３のずれや、半田流れを抑止でき良
好な接合を形成することができる。凸部１０２ａは金属
ベースの梁の効果もあり、金属ベース自体の剛性を増し
反りの抑制を図ることができる。またこの凸部１０２ａ
は、樹脂ケース１０の接着される周辺に形成されている
ため、この部分により接着剤１１のケース内部へのはみ
出しも抑止される。このため、従来構造で発生していた
接着剤１１のケース内部への接着剤１１のはみ出し形状
に起因して起こるゲルクラックも防止でき絶縁性も向上
できる。
【００２１】図５，図６は第３の実施例を示したもので
ある。図５中、図１と同一符号は同一要素を示す。図５
はその部分断面構造図、図６は金属ベースを上から見た
平面図である。本実施例では、金属ベース１０３の主面
上で樹脂ケースが接着される金属ベース周辺部１０３ａ
部の厚みが他の面よりも厚くなっている。この103a部に
より金属ベース１０３に剛性を持たせ金属ベース１０３
の反りを抑制することができる。このため、樹脂ケース
１０と金属ベース１０３の良好な接着状態を施すことが
可能となる。
ある。図５中、図１と同一符号は同一要素を示す。図５
はその部分断面構造図、図６は金属ベースを上から見た
平面図である。本実施例では、金属ベース１０３の主面
上で樹脂ケースが接着される金属ベース周辺部１０３ａ
部の厚みが他の面よりも厚くなっている。この103a部に
より金属ベース１０３に剛性を持たせ金属ベース１０３
の反りを抑制することができる。このため、樹脂ケース
１０と金属ベース１０３の良好な接着状態を施すことが
可能となる。
【００２２】図７，図８，図９は第４の実施例を示した
ものである。図７中、図１と同一符号は同一要素を示
す。図７はその部分断面構造図、図８，図９は金属ベー
スを下から見た下面図である。本実施例では、金属ベー
ス１０４の反主面上に凸部104a及び１０４ｂが複数個形
成されている。金属ベースの反主面側は、モジュールが
取り付けられる冷却フィンなどとの接触面となる。本実
施例では、冷却フィン側にも同様の凹凸部分を形成した
フィンが必要となるが、この凹凸部により金属ベースの
冷却面積が拡大し熱放散が大幅に向上される。
ものである。図７中、図１と同一符号は同一要素を示
す。図７はその部分断面構造図、図８，図９は金属ベー
スを下から見た下面図である。本実施例では、金属ベー
ス１０４の反主面上に凸部104a及び１０４ｂが複数個形
成されている。金属ベースの反主面側は、モジュールが
取り付けられる冷却フィンなどとの接触面となる。本実
施例では、冷却フィン側にも同様の凹凸部分を形成した
フィンが必要となるが、この凹凸部により金属ベースの
冷却面積が拡大し熱放散が大幅に向上される。
【００２３】上記実施例では、ＩＧＢＴモジュールを例
にして説明したがこれに限定されるものでは無く、他の
パワートランジスタ，ＧＴＯサイリスタ等でも良いこと
は勿論である。
にして説明したがこれに限定されるものでは無く、他の
パワートランジスタ，ＧＴＯサイリスタ等でも良いこと
は勿論である。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、金属ベースに凹凸部を
形成することにより絶縁基板の接合の安定化及び、金属
ベースの反り抑制による樹脂ケースの密着安定化及び熱
放散に優れた高信頼性なパワー半導体モジュールを提供
できる。
形成することにより絶縁基板の接合の安定化及び、金属
ベースの反り抑制による樹脂ケースの密着安定化及び熱
放散に優れた高信頼性なパワー半導体モジュールを提供
できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図。
【図２】図１に示す本発明の平面図。
【図３】本発明の第２の実施例を示す断面図。
【図４】図３に示す本発明の平面図。
【図５】本発明の第３の実施例を示す断面図。
【図６】図５に示す本発明の平面図。
【図７】本発明の第４の実施例を示す断面図。
【図８】図７に示す本発明の下面図。
【図９】図７に示す本発明の下面図。
【図１０】従来構造を示す断面図。
１，１０１，１０２，１０３，１０４…金属ベース、
２，５，７…半田、３…絶縁基板、４…ＩＧＢＴチッ
プ、６…ＡＬワイヤー、８，１２…銅リード、９…ゲ
ル、１０…樹脂ケース、１１…接着剤。
２，５，７…半田、３…絶縁基板、４…ＩＧＢＴチッ
プ、６…ＡＬワイヤー、８，１２…銅リード、９…ゲ
ル、１０…樹脂ケース、１１…接着剤。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 隆一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】銅板，ＭＯ板又は複合材やＡＬ．ＳＩＣな
どの材質からなる放熱を兼ねた金属ベースと、この金属
ベースの主面上に複数個の半導体素子が接合された絶縁
基板が接合され、この半導体素子を外雰囲気より遮断す
るための樹脂ケースで覆われたパワー半導体モジュール
において前記金属ベースの主面上に、１つ以上の凹凸面
があることを特徴としたパワー半導体モジュール。 - 【請求項２】請求項１のパワー半導体モジュールにおい
て、前記金属ベースの主面上に、絶縁基板が接続される
面が他の面よりも凹部であることを特徴としたパワー半
導体モジュール。 - 【請求項３】請求項１のパワー半導体モジュールにおい
て、前記金属ベース主面上に凸部が前記絶縁基板周辺に
形成されたことを特徴としたパワー半導体モジュール。 - 【請求項４】請求項１のパワー半導体モジュールにおい
て、前記金属ベース主面上の樹脂ケース接着面の厚みが
他の面の厚みよりも厚くしたことを特徴としたパワー半
導体モジュール。 - 【請求項５】請求項１のパワー半導体モジュールにおい
て、前記金属ベースの反主面上に複数個の凹凸部が形成
されたことを特徴としたパワー半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1228898A JPH11214612A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | パワー半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1228898A JPH11214612A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | パワー半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214612A true JPH11214612A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=11801174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1228898A Pending JPH11214612A (ja) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | パワー半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11214612A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2025017956A1 (ja) * | 2023-07-14 | 2025-01-23 | 株式会社 東芝 | 半導体装置 |
-
1998
- 1998-01-26 JP JP1228898A patent/JPH11214612A/ja active Pending
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| DE112014007285B4 (de) * | 2014-12-26 | 2024-01-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitermodul |
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