JP2002314037A - パワー半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】冷却水純度に対する配慮や、絶縁距離に対する
配慮が不要で、耐腐食性に優れ信頼性が高く、熱抵抗が
十分低い、パワー半導体モジュールを提供する。 【解決手段】パワー半導体チップ１０と、該パワー半導
体チップを搭載し、パワー半導体チップの熱を拡散させ
る金属体１２と、該金属体に接着される絶縁層１３と、
該パワー半導体チップを冷却する水冷手段、とを備えて
いて、前記パワー半導体チップが接着手段１１で前記金
属体の一方の面に電気的に接着され、該金属体の他方の
面が絶縁層でコーティングされ、該絶縁層に前記水冷手
段の冷却水が接する。
配慮が不要で、耐腐食性に優れ信頼性が高く、熱抵抗が
十分低い、パワー半導体モジュールを提供する。 【解決手段】パワー半導体チップ１０と、該パワー半導
体チップを搭載し、パワー半導体チップの熱を拡散させ
る金属体１２と、該金属体に接着される絶縁層１３と、
該パワー半導体チップを冷却する水冷手段、とを備えて
いて、前記パワー半導体チップが接着手段１１で前記金
属体の一方の面に電気的に接着され、該金属体の他方の
面が絶縁層でコーティングされ、該絶縁層に前記水冷手
段の冷却水が接する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ，ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolartransistor）
等、高い発熱量のパワー半導体素子を有するモジュール
の水冷構造に関する。
Ｔ，ＩＧＢＴ（Insulated gate bipolartransistor）
等、高い発熱量のパワー半導体素子を有するモジュール
の水冷構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハイブリッド電気自動車用モータ等、大
出力モータを制御する大容量インバータに使用される従
来技術のパワー半導体モジュールを、図２，図３，図４
に示す。図２は、パワー半導体モジュール２９を、熱伝
導グリース２６でヒートシンク２７に固着した、いわゆ
る間接冷却モジュールである。図３は、図２の銅ベース
２４を、フィン３１付き銅ベース３０として、図２の熱
伝導グリース２６を削除した直接冷却モジュール３２で
ある。さらに、図４は、パワー半導体チップ１０を、水
路１４を有するヒートシンク４０にはんだ接着した直接
冷却モジュールである。
出力モータを制御する大容量インバータに使用される従
来技術のパワー半導体モジュールを、図２，図３，図４
に示す。図２は、パワー半導体モジュール２９を、熱伝
導グリース２６でヒートシンク２７に固着した、いわゆ
る間接冷却モジュールである。図３は、図２の銅ベース
２４を、フィン３１付き銅ベース３０として、図２の熱
伝導グリース２６を削除した直接冷却モジュール３２で
ある。さらに、図４は、パワー半導体チップ１０を、水
路１４を有するヒートシンク４０にはんだ接着した直接
冷却モジュールである。
【０００３】図２において、パワー半導体チップ１０
が、回路パターンである銅板２０，窒化アルミ２１，裏
面銅板２２で構成される窒化アルミ基板２３に、はんだ
１１で接着される。さらに、この窒化アルミ基板２３
は、銅ベース２４にはんだ２５で接着される。このよう
な構造で、パワー半導体モジュール２９は、パワー半導
体チップ１０と銅ベース２４が電気的に絶縁された、い
わゆる絶縁型モジュールとなる。絶縁型モジュールは、
例えばインバータとして組み上げるときに、モジュール
とヒートシンク２７の電気絶縁に配慮しなくて良いの
で、取り扱いが容易である。なお、モジュールの放熱
は、窒化アルミ基板２３，銅ベース２４を介して、フィ
ン２９が形成されたヒートシンク２７で行われる。この
従来技術では、ヒートシンク２７，水路カバー１５とで
水路１４を構成した水冷構造である。本従来技術の場
合、水冷しているので空冷より高い熱伝達を達成してい
るが、金属部材と比べて２桁熱伝導率の低い熱伝導グリ
ース２６部で温度が上昇する。さらに、絶縁モジュール
の特徴である窒化アルミ基板２３も、金属と比べて熱伝
導率が低いため、温度上昇する。
が、回路パターンである銅板２０，窒化アルミ２１，裏
面銅板２２で構成される窒化アルミ基板２３に、はんだ
１１で接着される。さらに、この窒化アルミ基板２３
は、銅ベース２４にはんだ２５で接着される。このよう
な構造で、パワー半導体モジュール２９は、パワー半導
体チップ１０と銅ベース２４が電気的に絶縁された、い
わゆる絶縁型モジュールとなる。絶縁型モジュールは、
例えばインバータとして組み上げるときに、モジュール
とヒートシンク２７の電気絶縁に配慮しなくて良いの
で、取り扱いが容易である。なお、モジュールの放熱
は、窒化アルミ基板２３，銅ベース２４を介して、フィ
ン２９が形成されたヒートシンク２７で行われる。この
従来技術では、ヒートシンク２７，水路カバー１５とで
水路１４を構成した水冷構造である。本従来技術の場
合、水冷しているので空冷より高い熱伝達を達成してい
るが、金属部材と比べて２桁熱伝導率の低い熱伝導グリ
ース２６部で温度が上昇する。さらに、絶縁モジュール
の特徴である窒化アルミ基板２３も、金属と比べて熱伝
導率が低いため、温度上昇する。
【０００４】図３では、フィン３１をパワーモジュール
３２の銅ベース３０に設けている。銅ベース３０と水路
カバー１５とで水路１４を構成し、銅ベース３０に直接
冷却水を当てているベース直冷構造である。この構造
は、図２では平板であった銅ベース３０にフィン３１を
設けたため、窒化アルミ基板２３のはんだ接着工程で、
フィン３１を変形させない配慮が必要になる。さらに、
熱抵抗が高い窒化アルミ基板は依然として存在する。
３２の銅ベース３０に設けている。銅ベース３０と水路
カバー１５とで水路１４を構成し、銅ベース３０に直接
冷却水を当てているベース直冷構造である。この構造
は、図２では平板であった銅ベース３０にフィン３１を
設けたため、窒化アルミ基板２３のはんだ接着工程で、
フィン３１を変形させない配慮が必要になる。さらに、
熱抵抗が高い窒化アルミ基板は依然として存在する。
【０００５】図４は、図３に示すベース直冷構造モジュ
ールの絶縁基板（窒化アルミ基板）を削除して、低熱抵
抗性を向上させていて、水路１４を形成したアルミニウ
ム製ヒートシンク４０に、パワー半導体チップ１０をは
んだ１１で直接接着している。すなわち、図２，図３で
はヒートシンクとチップが電気的に絶縁された絶縁型モ
ジュールであるのに対し、この従来技術では、ヒートシ
ンクが電気絶縁されていない、非絶縁モジュールであ
る。本従来技術は、パワー半導体チップ１０の熱が、は
んだ１１以外の介在物なしで水冷ヒートシンク４０で放
熱されている構造である。
ールの絶縁基板（窒化アルミ基板）を削除して、低熱抵
抗性を向上させていて、水路１４を形成したアルミニウ
ム製ヒートシンク４０に、パワー半導体チップ１０をは
んだ１１で直接接着している。すなわち、図２，図３で
はヒートシンクとチップが電気的に絶縁された絶縁型モ
ジュールであるのに対し、この従来技術では、ヒートシ
ンクが電気絶縁されていない、非絶縁モジュールであ
る。本従来技術は、パワー半導体チップ１０の熱が、は
んだ１１以外の介在物なしで水冷ヒートシンク４０で放
熱されている構造である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】パワー半導体モジュー
ルを水冷とするのは、半導体チップジャンクションから
冷媒への熱抵抗，Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を低減するためであ
る。しかし、図２，図３に示す従来技術の場合、パワー
半導体チップ１０とモジュールベース２７，３０を絶縁
するための絶縁基板２３がある為、熱抵抗の低下には限
界がある。
ルを水冷とするのは、半導体チップジャンクションから
冷媒への熱抵抗，Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）を低減するためであ
る。しかし、図２，図３に示す従来技術の場合、パワー
半導体チップ１０とモジュールベース２７，３０を絶縁
するための絶縁基板２３がある為、熱抵抗の低下には限
界がある。
【０００７】図４の構造では、非絶縁モジュールのた
め、例えばパワー半導体チップ１０がＩＧＢＴの場合、
ヒートシンク４０はコレクタ電極となる。すなわち、ヒ
ートシンク４０には、高電圧が印加される。従って、隣
接するヒートシンク間の絶縁距離を十分にとらなければ
ならない。また、冷却水にも電圧が印加されるので、冷
却水の純度十分上げて絶縁性を確保しなければならな
い。さらに、冷却水に電圧が印加されると、微弱ながら
当然冷却水中にリーク電流が流れ、リーク電流でヒート
シンク４０の腐食を促進する懸念がある。
め、例えばパワー半導体チップ１０がＩＧＢＴの場合、
ヒートシンク４０はコレクタ電極となる。すなわち、ヒ
ートシンク４０には、高電圧が印加される。従って、隣
接するヒートシンク間の絶縁距離を十分にとらなければ
ならない。また、冷却水にも電圧が印加されるので、冷
却水の純度十分上げて絶縁性を確保しなければならな
い。さらに、冷却水に電圧が印加されると、微弱ながら
当然冷却水中にリーク電流が流れ、リーク電流でヒート
シンク４０の腐食を促進する懸念がある。
【０００８】本発明の目的は、冷却水純度に対する配慮
や、絶縁距離に対する配慮が不要で、耐腐食性に優れ信
頼性が高く、熱抵抗が十分低い、パワー半導体モジュー
ルを提供することである。
や、絶縁距離に対する配慮が不要で、耐腐食性に優れ信
頼性が高く、熱抵抗が十分低い、パワー半導体モジュー
ルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】図１に本発明のパワー半
導体モジュールの断面図を示す。本発明では、パワー半
導体モジュール１６とは、絶縁層１３より上の部分を示
す。本発明のパワー半導体モジュールでは、パワー半導
体チップ１０をはんだ１１でヒートシンク兼コレクタ電
極（ＩＧＢＴの場合）１２に接着し、ヒートシンク１２
のパワー半導体チップ１０搭載面の対向面に、絶縁層１
３を設け、この対向面と水路カバー１５とで、水路１４
を形成する。このような構成で、冷却水とパワー半導体
モジュール１６が絶縁された絶縁モジュールとなる。
導体モジュールの断面図を示す。本発明では、パワー半
導体モジュール１６とは、絶縁層１３より上の部分を示
す。本発明のパワー半導体モジュールでは、パワー半導
体チップ１０をはんだ１１でヒートシンク兼コレクタ電
極（ＩＧＢＴの場合）１２に接着し、ヒートシンク１２
のパワー半導体チップ１０搭載面の対向面に、絶縁層１
３を設け、この対向面と水路カバー１５とで、水路１４
を形成する。このような構成で、冷却水とパワー半導体
モジュール１６が絶縁された絶縁モジュールとなる。
【００１０】また、パワー半導体チップ１０の熱は、絶
縁層１３はあるものの、図２の従来技術の配線パターン
２０(厚さ：〜０.３mm）よりも厚い（〜１mm以上）ヒー
トシンク１２で十分に拡散される為、絶縁層１３の伝熱
面積が十分に大きくなり、絶縁層１３の熱抵抗は無視で
きるほど小さくなる。さらに、本発明のパワー半導体モ
ジュールでは、冷却水とヒートシンク１２界面にある絶
縁層１３が、エポキシ等の樹脂，リン酸ガラス等のガラ
スで構成される為、耐腐食コーティングの役割もなす。
縁層１３はあるものの、図２の従来技術の配線パターン
２０(厚さ：〜０.３mm）よりも厚い（〜１mm以上）ヒー
トシンク１２で十分に拡散される為、絶縁層１３の伝熱
面積が十分に大きくなり、絶縁層１３の熱抵抗は無視で
きるほど小さくなる。さらに、本発明のパワー半導体モ
ジュールでは、冷却水とヒートシンク１２界面にある絶
縁層１３が、エポキシ等の樹脂，リン酸ガラス等のガラ
スで構成される為、耐腐食コーティングの役割もなす。
【００１１】本発明のパワー半導体モジュールは図５に
示すように、ヒートシンク５０にフィン５２を設け、そ
の外側に絶縁層５１を形成している。水路カバー１５と
ヒートシンク５０とで水路１４を構成して、フィン５２
により熱伝達面積を増大すると同時に、絶縁層５１の熱
抵抗も大幅に低減しているので一層の熱抵抗の低下が実
現できる。
示すように、ヒートシンク５０にフィン５２を設け、そ
の外側に絶縁層５１を形成している。水路カバー１５と
ヒートシンク５０とで水路１４を構成して、フィン５２
により熱伝達面積を増大すると同時に、絶縁層５１の熱
抵抗も大幅に低減しているので一層の熱抵抗の低下が実
現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を、以下図面を使
用して詳細に説明する。
用して詳細に説明する。
【００１３】（実施例１）図６を用いて本実施例を説明
する。図６は、上下各１アームを搭載した、一相ＩＧＢ
Ｔモジュールの断面模式図である。電圧／電流定格が６
００Ｖ／２００Ａであり、ＩＧＢＴ６０及び、フリーホ
イーリングダイオード(ＦＷＤ)６１のチップサイズは、
各々概略１０mm，７mmである。長さ６９１／幅６９５／
間隔６９６が６mm／６mm／３mmのフィン６６が、厚さ６
９７が３mmの板に４本形成されたヒートシンク６９３
に、共晶はんだ６９０でＩＧＢＴ６０、及び、ＦＷＤ６
１チップがはんだ接着される。ヒートシンク６９３は、
タフピッチ銅（Ｃ１１００）製で、表面は無電解Ｎｉメ
ッキ（膜厚：約６μｍ）処理されている。平面寸法は、
２cm×４cmである。ここで、ヒートシンク６９３の凹凸
は０.１mm 以上あれば良く、２mm以上あればなお良い。
さらに、チップ搭載面６９４以外のヒートシンク６９３
表面には、主成分がＢｉ2Ｏ3であるビスマス系ガラス
（膜厚：２０μｍ）がコーティングされている。
する。図６は、上下各１アームを搭載した、一相ＩＧＢ
Ｔモジュールの断面模式図である。電圧／電流定格が６
００Ｖ／２００Ａであり、ＩＧＢＴ６０及び、フリーホ
イーリングダイオード(ＦＷＤ)６１のチップサイズは、
各々概略１０mm，７mmである。長さ６９１／幅６９５／
間隔６９６が６mm／６mm／３mmのフィン６６が、厚さ６
９７が３mmの板に４本形成されたヒートシンク６９３
に、共晶はんだ６９０でＩＧＢＴ６０、及び、ＦＷＤ６
１チップがはんだ接着される。ヒートシンク６９３は、
タフピッチ銅（Ｃ１１００）製で、表面は無電解Ｎｉメ
ッキ（膜厚：約６μｍ）処理されている。平面寸法は、
２cm×４cmである。ここで、ヒートシンク６９３の凹凸
は０.１mm 以上あれば良く、２mm以上あればなお良い。
さらに、チップ搭載面６９４以外のヒートシンク６９３
表面には、主成分がＢｉ2Ｏ3であるビスマス系ガラス
（膜厚：２０μｍ）がコーティングされている。
【００１４】このビスマス系ガラスの厚さは５０μｍよ
り薄いことが好ましい。また、ビスマス系ガラスの他に
も融点が６６０℃以下でアルミニウムの融点より低いガ
ラスであれば本実施例に適用できる。はんだ６９０の厚
さは概略０.１mm 、Ｓｉチップ厚さは、概略０.５mm で
ある。ＩＧＢＴ６０，ＦＷＤ６１が各１チップ搭載され
たヒートシンク６９３は、Ｐ，Ｎ，出力，制御端子（図
示せず）、及びＮ電極６７が一体成形された、いわゆる
インサートケース６２にシリコーン接着剤６４で接着さ
れる。インサートケース６２の材質はポリフェニレンサ
ルファイド（ＰＰＳ）である。外形寸法は、９cm（Ｌ）
×３.５cm(Ｗ）×３cm（Ｈ）である。インサートケース
６２には、プリント回路基板（ＰＣＢ）６９が制御回路
用として、同じくシリコーン接着剤６４で接着される。
電気的配線は、超音波ワイヤボンディングされるアルミ
ニウムワイヤ６８で行われる。線径０.３mmφ であり、
電流容量を考慮して、チップ当たり、２４本のワイヤが
接続されている。封止は、エポキシ樹脂６３で行われ
る。ＩＧＢＴモジュールでは、シリコーンゲルによる封
止が一般的であるが、本実施例ではいわゆる硬質レジン
のみで封止したので、接着材６４のみの場合より、防水
の信頼性がより向上する。
り薄いことが好ましい。また、ビスマス系ガラスの他に
も融点が６６０℃以下でアルミニウムの融点より低いガ
ラスであれば本実施例に適用できる。はんだ６９０の厚
さは概略０.１mm 、Ｓｉチップ厚さは、概略０.５mm で
ある。ＩＧＢＴ６０，ＦＷＤ６１が各１チップ搭載され
たヒートシンク６９３は、Ｐ，Ｎ，出力，制御端子（図
示せず）、及びＮ電極６７が一体成形された、いわゆる
インサートケース６２にシリコーン接着剤６４で接着さ
れる。インサートケース６２の材質はポリフェニレンサ
ルファイド（ＰＰＳ）である。外形寸法は、９cm（Ｌ）
×３.５cm(Ｗ）×３cm（Ｈ）である。インサートケース
６２には、プリント回路基板（ＰＣＢ）６９が制御回路
用として、同じくシリコーン接着剤６４で接着される。
電気的配線は、超音波ワイヤボンディングされるアルミ
ニウムワイヤ６８で行われる。線径０.３mmφ であり、
電流容量を考慮して、チップ当たり、２４本のワイヤが
接続されている。封止は、エポキシ樹脂６３で行われ
る。ＩＧＢＴモジュールでは、シリコーンゲルによる封
止が一般的であるが、本実施例ではいわゆる硬質レジン
のみで封止したので、接着材６４のみの場合より、防水
の信頼性がより向上する。
【００１５】本実施例のＩＧＢＴモジュールの全端子を
短絡し、モジュールを銅板の上に載せて、銅板と、短絡
した全端子間の絶縁耐圧を測定すると、４ＫＶであり、
素子耐圧６００ＶのＩＧＢＴモジュールとして十分な値
である。
短絡し、モジュールを銅板の上に載せて、銅板と、短絡
した全端子間の絶縁耐圧を測定すると、４ＫＶであり、
素子耐圧６００ＶのＩＧＢＴモジュールとして十分な値
である。
【００１６】冷却は、本実施例のＩＧＢＴモジュールの
ケース底面６９８を水路カバーに接着し、ヒートシンク
６９３に冷却水を当てて行う。冷却系まで含めた断面構
造を図７に示す。ＩＧＢＴモジュール７４は、図６の構
造と基本的に同じであり、本実施例では、インサートケ
ース７５の底面全体に、銅板（Ｃ１１００）７１をイン
サート成形している。水路カバー７２はアルミニウムダ
イカストで製造されている。冷却水のシールは、この銅
板７１部で、ケース７５底面と水路カバー７２とをガス
ケット７０でネジ締めする。
ケース底面６９８を水路カバーに接着し、ヒートシンク
６９３に冷却水を当てて行う。冷却系まで含めた断面構
造を図７に示す。ＩＧＢＴモジュール７４は、図６の構
造と基本的に同じであり、本実施例では、インサートケ
ース７５の底面全体に、銅板（Ｃ１１００）７１をイン
サート成形している。水路カバー７２はアルミニウムダ
イカストで製造されている。冷却水のシールは、この銅
板７１部で、ケース７５底面と水路カバー７２とをガス
ケット７０でネジ締めする。
【００１７】上記水路７３に、冷却水を流速３ｍ／ｓで
流して、ＩＧＢＴ６０の熱抵抗を測定した。その結果、
Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.０９℃／Ｗ であった。図２の従
来技術の場合、同じ３ｍ／ｓの流速で、Ｒｔｈ（ｊ−
ｗ）＝０.３２℃／Ｗ であり、熱抵抗を７０％以上小さ
くできた。さらに、ガラス層６５が存在しない場合のＲ
ｔｈ（ｊ−ｗ）は０.０８℃／Ｗであり、図４の従来技
術の場合と比べても熱抵抗が１０％程度しか増加せず、
絶縁モジュールとして実装しやすくなっている。
流して、ＩＧＢＴ６０の熱抵抗を測定した。その結果、
Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.０９℃／Ｗ であった。図２の従
来技術の場合、同じ３ｍ／ｓの流速で、Ｒｔｈ（ｊ−
ｗ）＝０.３２℃／Ｗ であり、熱抵抗を７０％以上小さ
くできた。さらに、ガラス層６５が存在しない場合のＲ
ｔｈ（ｊ−ｗ）は０.０８℃／Ｗであり、図４の従来技
術の場合と比べても熱抵抗が１０％程度しか増加せず、
絶縁モジュールとして実装しやすくなっている。
【００１８】ヒートシンク６９３を銅（Ｃ１１００）と
したのは、熱抵抗低減を最優先としたためであり、製造
コストを考慮して、アルミニウムとしてもよい。ヒート
シンク６９３をアルミニウム（ＪＩＳ Ａ １１００）と
した場合（形状は同一）についても同様に熱抵抗を測定
したところ、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.１１℃／Ｗ であっ
た。アルミニウムは銅よりも熱伝導率が低い為、熱抵抗
が多少増大するが、図２の従来技術の構造よりも低い熱
抵抗である。なお、アルミニウム製ヒートシンクの場
合、線膨張係数が、銅よりも大きい為、チップ下はんだ
６９０の歪みは銅製の場合よりも大きいので、アルミニ
ウム製ヒートシンクの場合、はんだ６９０を０.２mm と
厚くした。
したのは、熱抵抗低減を最優先としたためであり、製造
コストを考慮して、アルミニウムとしてもよい。ヒート
シンク６９３をアルミニウム（ＪＩＳ Ａ １１００）と
した場合（形状は同一）についても同様に熱抵抗を測定
したところ、Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.１１℃／Ｗ であっ
た。アルミニウムは銅よりも熱伝導率が低い為、熱抵抗
が多少増大するが、図２の従来技術の構造よりも低い熱
抵抗である。なお、アルミニウム製ヒートシンクの場
合、線膨張係数が、銅よりも大きい為、チップ下はんだ
６９０の歪みは銅製の場合よりも大きいので、アルミニ
ウム製ヒートシンクの場合、はんだ６９０を０.２mm と
厚くした。
【００１９】なお、ヒートシンク６９３の材質として
は、無酸素銅（Ｃ１０２０），アルミダイカスト等でも
よく、製造コスト，熱抵抗を考慮して選択すればよい。
は、無酸素銅（Ｃ１０２０），アルミダイカスト等でも
よく、製造コスト，熱抵抗を考慮して選択すればよい。
【００２０】（実施例２）本実施例を、図８の断面構造
模式図を使用して説明する図６，図７に示した実施例と
本実施例が異なるのは、ヒートシンク８２の形状、及
び、それに付随したインサートケース８１の形状のみで
あり、その他の部分は全く同じである。図６のヒートシ
ンク６９３にはフィン６６を形成していたが、本実施例
では平板のヒートシンク８２であり、材質、及び、メッ
キ仕様は同じである。ヒートシンク８２の表面は凹凸の
山と谷との間を測定し、大きいほうから５点の平均値が
0.1mm以下であり、この凹凸が０.０５mm 以下であると
より好ましい。ヒートシンク８２にＩＧＢＴ，ＦＷＤチ
ップをはんだ接着後、インサートケース８１にヒートシ
ンクをシリコーン接着材で接着する。絶縁は、モジュー
ル底面全体に熱伝導樹脂シート８０を接着して行われ
る。熱伝導樹脂シート８０は、エポキシ樹脂にアルミナ
フィラーを混錬したもので、膜厚は０.１mm、熱伝導率
は１.６Ｗ／ｍ・℃である。接着は、１５０℃に加熱
し、加圧する、いわゆる熱圧着で行われる。本実施例の
構造で、モジュール底面は、樹脂シート８０で覆われ
る。なお、熱伝導樹脂シートの厚さは０.３mmより薄け
れば良く、好ましくは０.２mm以下である。
模式図を使用して説明する図６，図７に示した実施例と
本実施例が異なるのは、ヒートシンク８２の形状、及
び、それに付随したインサートケース８１の形状のみで
あり、その他の部分は全く同じである。図６のヒートシ
ンク６９３にはフィン６６を形成していたが、本実施例
では平板のヒートシンク８２であり、材質、及び、メッ
キ仕様は同じである。ヒートシンク８２の表面は凹凸の
山と谷との間を測定し、大きいほうから５点の平均値が
0.1mm以下であり、この凹凸が０.０５mm 以下であると
より好ましい。ヒートシンク８２にＩＧＢＴ，ＦＷＤチ
ップをはんだ接着後、インサートケース８１にヒートシ
ンクをシリコーン接着材で接着する。絶縁は、モジュー
ル底面全体に熱伝導樹脂シート８０を接着して行われ
る。熱伝導樹脂シート８０は、エポキシ樹脂にアルミナ
フィラーを混錬したもので、膜厚は０.１mm、熱伝導率
は１.６Ｗ／ｍ・℃である。接着は、１５０℃に加熱
し、加圧する、いわゆる熱圧着で行われる。本実施例の
構造で、モジュール底面は、樹脂シート８０で覆われ
る。なお、熱伝導樹脂シートの厚さは０.３mmより薄け
れば良く、好ましくは０.２mm以下である。
【００２１】銅板の上に本モジュールを載せて、全端子
と銅板間の絶縁耐圧を測定したところ、６ＫＶを示し、
十分な耐圧を確認できた。さらに、実施例１と同じく、
流速３ｍ／ｓで熱伝導樹脂シート８０下に冷却水を流
し、ＩＧＢＴチップ６０の熱抵抗を測定したところ、Ｒ
ｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.２℃／Ｗ であった。本実施例では
図２の従来構造に比べ、低い熱抵抗を実現できた。
と銅板間の絶縁耐圧を測定したところ、６ＫＶを示し、
十分な耐圧を確認できた。さらに、実施例１と同じく、
流速３ｍ／ｓで熱伝導樹脂シート８０下に冷却水を流
し、ＩＧＢＴチップ６０の熱抵抗を測定したところ、Ｒ
ｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.２℃／Ｗ であった。本実施例では
図２の従来構造に比べ、低い熱抵抗を実現できた。
【００２２】（実施例３）図９に本実施例の断面構造模
式図を示す。図９は、ＩＧＢＴチップ６０，FWDチップ
６１，チップ抵抗９４各２チップを搭載した１アームモ
ジュールである。アウターリードを含む大きさが約７cm
×６cm，板厚１mmのＮｉメッキ銅(Ｃ1020)製リードフレ
ーム９１に、ＩＧＢＴチップ６０，ＦＷＤチップ６１，
チップ抵抗９４各２チップを共晶はんだ６９０で接着す
る。ＩＧＢＴチップ６０，ＦＷＤチップ６１がはんだ接
着されるリードフレーム９１裏面には、実施例１と同じ
低融点ガラス９０が膜厚２０μｍコーティングされてい
る。各チップとリードフレーム９１間は、アルミニウム
ワイヤ６８の超音波ボンディングで接続される。チップ
抵抗９４は、ＩＧＢＴチップ６０のゲートに接続され、
その目的は、並列接続されたＩＧＢＴ６０の発振防止で
ある。本リードフレーム９１は、裏面が露出されるよう
に、エポキシ樹脂で符号９２の部分がトランスファモー
ルドされる。しかる後ＩＧＢＴチップ６０，ＦＷＤチッ
プ６１が搭載された、裏面ガラスコートリードフレーム
９１が露出するように、エポキシ樹脂で符号９３の部分
が再びトランスファモールドされている。トランスファ
モールド樹脂９３は、裏面ガラスコートリードフレーム
９１の裏面に約１.５mm オーバーハング９７となってい
る。トランスファモールド樹脂９３でリードフレーム９
１をかしめて、防水を確実にするためである。パッケー
ジの高さは、約６mmである。
式図を示す。図９は、ＩＧＢＴチップ６０，FWDチップ
６１，チップ抵抗９４各２チップを搭載した１アームモ
ジュールである。アウターリードを含む大きさが約７cm
×６cm，板厚１mmのＮｉメッキ銅(Ｃ1020)製リードフレ
ーム９１に、ＩＧＢＴチップ６０，ＦＷＤチップ６１，
チップ抵抗９４各２チップを共晶はんだ６９０で接着す
る。ＩＧＢＴチップ６０，ＦＷＤチップ６１がはんだ接
着されるリードフレーム９１裏面には、実施例１と同じ
低融点ガラス９０が膜厚２０μｍコーティングされてい
る。各チップとリードフレーム９１間は、アルミニウム
ワイヤ６８の超音波ボンディングで接続される。チップ
抵抗９４は、ＩＧＢＴチップ６０のゲートに接続され、
その目的は、並列接続されたＩＧＢＴ６０の発振防止で
ある。本リードフレーム９１は、裏面が露出されるよう
に、エポキシ樹脂で符号９２の部分がトランスファモー
ルドされる。しかる後ＩＧＢＴチップ６０，ＦＷＤチッ
プ６１が搭載された、裏面ガラスコートリードフレーム
９１が露出するように、エポキシ樹脂で符号９３の部分
が再びトランスファモールドされている。トランスファ
モールド樹脂９３は、裏面ガラスコートリードフレーム
９１の裏面に約１.５mm オーバーハング９７となってい
る。トランスファモールド樹脂９３でリードフレーム９
１をかしめて、防水を確実にするためである。パッケー
ジの高さは、約６mmである。
【００２３】図１２はエポキシ樹脂で封止する前のリー
ドフレーム形状図である。図中のＡＡ断面を、樹脂封
止、及び、冷却装置に取り付けた状態で示したのが、前
述の図９である。ＩＧＢＴ６０，ＦＷＤ６１はリードフ
レームのコレクタパターン１２０に接着され、エミッタ
はアルミニウムワイヤ６８でエミッタパターン122に接
続されている。補助エミッタワイヤ１２３，ゲートワイ
ヤ１２４以外のアルミニウムワイヤは簡略化のため、一
対のＩＧＢＴ，ＦＷＤのみに描いている。前述のチップ
抵抗９４はゲートパターン１２６に接着され、補助エミ
ッタワイヤ１２３はパターン１２５に接続されている。
リードフレーム４隅の穴１２１はモジュール取付穴であ
る。ＩＧＢＴ６０，ＦＷＤ６１の熱は、大きさ約５cm×
２cmのコレクタパターン１２０全体に広がり、効率良く
放熱できる為、低い熱抵抗を実現できる。
ドフレーム形状図である。図中のＡＡ断面を、樹脂封
止、及び、冷却装置に取り付けた状態で示したのが、前
述の図９である。ＩＧＢＴ６０，ＦＷＤ６１はリードフ
レームのコレクタパターン１２０に接着され、エミッタ
はアルミニウムワイヤ６８でエミッタパターン122に接
続されている。補助エミッタワイヤ１２３，ゲートワイ
ヤ１２４以外のアルミニウムワイヤは簡略化のため、一
対のＩＧＢＴ，ＦＷＤのみに描いている。前述のチップ
抵抗９４はゲートパターン１２６に接着され、補助エミ
ッタワイヤ１２３はパターン１２５に接続されている。
リードフレーム４隅の穴１２１はモジュール取付穴であ
る。ＩＧＢＴ６０，ＦＷＤ６１の熱は、大きさ約５cm×
２cmのコレクタパターン１２０全体に広がり、効率良く
放熱できる為、低い熱抵抗を実現できる。
【００２４】本パッケージを回路ケース９６に接着し
て、水路カバー１５とで水路９５を形成した。水路の厚
さは２mmである。この水路９５に、約２kg／cm2 の水圧
をかけたところ、パッケージ内部への冷却水の浸透は全
く見られず、実用的な水圧では冷却水浸透の心配は無い
ことが分かった。また、これまでと同様に、流速３ｍ／
ｓで、ＩＧＢＴ６０の熱抵抗を測定したところ、Ｒｔｈ
（ｊ−ｗ）＝０.１℃／Ｗ となり十分小さい熱抵抗を実
現できた。また絶縁耐圧も、実施例１から２と同様に十
分な値であった。
て、水路カバー１５とで水路９５を形成した。水路の厚
さは２mmである。この水路９５に、約２kg／cm2 の水圧
をかけたところ、パッケージ内部への冷却水の浸透は全
く見られず、実用的な水圧では冷却水浸透の心配は無い
ことが分かった。また、これまでと同様に、流速３ｍ／
ｓで、ＩＧＢＴ６０の熱抵抗を測定したところ、Ｒｔｈ
（ｊ−ｗ）＝０.１℃／Ｗ となり十分小さい熱抵抗を実
現できた。また絶縁耐圧も、実施例１から２と同様に十
分な値であった。
【００２５】（実施例４）図１０に本実施例の断面構造
模式図を示す。本実施例は、トランスファモールド樹脂
９３を絶縁に使用した。本実施例では、裏面に一切コー
ティングしていないリードフレーム９１にＩＧＢＴ６
０，ＦＷＤ６１，チップ抵抗９４を搭載し、リードフレ
ーム裏面を露出させて、樹脂９２でトランスファモール
ドする。リードフレーム９１，はんだ６９０等は、実施
例３と同一である。絶縁は、図示したように、トランス
ファモールド樹脂９３で裏面全体を封止したトランスフ
ァモールド樹脂による絶縁層１０１を形成することを行
っている。なお、図１０では、トランスファモールド樹
脂による絶縁層１０１の厚さは強調して表現しており、
実際の厚さは約０.２mmである。本構造は、封止樹脂と
絶縁樹脂を共通化して、製造コストを低減すると同時
に、パッケージの防水性がより完全になる。
模式図を示す。本実施例は、トランスファモールド樹脂
９３を絶縁に使用した。本実施例では、裏面に一切コー
ティングしていないリードフレーム９１にＩＧＢＴ６
０，ＦＷＤ６１，チップ抵抗９４を搭載し、リードフレ
ーム裏面を露出させて、樹脂９２でトランスファモール
ドする。リードフレーム９１，はんだ６９０等は、実施
例３と同一である。絶縁は、図示したように、トランス
ファモールド樹脂９３で裏面全体を封止したトランスフ
ァモールド樹脂による絶縁層１０１を形成することを行
っている。なお、図１０では、トランスファモールド樹
脂による絶縁層１０１の厚さは強調して表現しており、
実際の厚さは約０.２mmである。本構造は、封止樹脂と
絶縁樹脂を共通化して、製造コストを低減すると同時
に、パッケージの防水性がより完全になる。
【００２６】本パッケージと回路ケース９６，水路カバ
ー１５とで水路９５を形成し、熱抵抗を測定すると、Ｒ
ｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.２６℃／Ｗ（流速：３ｍ／ｓ）で
あり、図２の従来技術の構造より低い熱抵抗である。
ー１５とで水路９５を形成し、熱抵抗を測定すると、Ｒ
ｔｈ（ｊ−ｗ）＝０.２６℃／Ｗ（流速：３ｍ／ｓ）で
あり、図２の従来技術の構造より低い熱抵抗である。
【００２７】（実施例５）図１１に本実施例の断面構造
模式図を示す。本実施例では、図９の構造に耐腐食性を
達成する為の耐腐食コーティング層１１０を設けた他
は、図９と同様である。耐腐食コーティング層１１０
は、本実施例では膜厚０.１mmの銅箔（Ｃ1020)であり、
一般的に冷却水として用いられているエチレングリコー
ル系の不凍液の場合、本コーティングで１５年稼動した
時の銅の溶出は無視出来るほど小さいと予測され、十分
な耐腐食性が期待できる。熱抵抗は、銅の抵抗が無視で
きるほど小さい為、図９の場合と同じ値であった。
模式図を示す。本実施例では、図９の構造に耐腐食性を
達成する為の耐腐食コーティング層１１０を設けた他
は、図９と同様である。耐腐食コーティング層１１０
は、本実施例では膜厚０.１mmの銅箔（Ｃ1020)であり、
一般的に冷却水として用いられているエチレングリコー
ル系の不凍液の場合、本コーティングで１５年稼動した
時の銅の溶出は無視出来るほど小さいと予測され、十分
な耐腐食性が期待できる。熱抵抗は、銅の抵抗が無視で
きるほど小さい為、図９の場合と同じ値であった。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、冷却水純度に対する配
慮や絶縁距離に対する配慮が不要で、耐腐食性に優れ信
頼性が高く、熱抵抗が十分低い、パワー半導体モジュー
ルを提供できる。
慮や絶縁距離に対する配慮が不要で、耐腐食性に優れ信
頼性が高く、熱抵抗が十分低い、パワー半導体モジュー
ルを提供できる。
【図１】本発明のパワーモジュールの断面図である。
【図２】従来技術のパワーモジュールの断面図である。
【図３】別の従来技術のパワーモジュールの断面図であ
る。
る。
【図４】さらに別の従来技術のパワーモジュールの断面
図である。
図である。
【図５】本発明のパワーモジュールの断面図である。
【図６】実施例１のパワーモジュールの断面図である。
【図７】図６のモジュールで水路を構成した場合の模式
図である。
図である。
【図８】実施例２のパワーモジュールの断面図である。
【図９】実施例３のパワーモジュールの断面図である。
【図１０】実施例４のパワーモジュールの断面図であ
る。
る。
【図１１】実施例５のパワーモジュールの断面図であ
る。
る。
【図１２】実施例３のリードフレーム平面模式図であ
る。
る。
１０…パワー半導体チップ、１１，２５，６９０…はん
だ、１２…ヒートシンク兼コレクタ、または、ドレイ
ン、または、カソード電極、１３…絶縁層、１４，７
３，９５…水路、１５，７２…水路カバー、１６，２
９，３２…パワー半導体モジュール、２０…銅板（回路
パターン）、２１…窒化アルミ、２２…銅板、２３…窒
化アルミ基板、２４…銅ベース、２６…熱伝導グリー
ス、２７，３０，４０，５０，８２，６９３…ヒートシ
ンク、２９，３１，５２，６６…フィン、５１，６５，
９０…低融点ガラス層、６０…ＩＧＢＴチップ、６１…
ＦＷＤチップ、６２，７５，８１…インサートケース、
６３…エポキシ樹脂、６４…シリコーン接着材、６７…
Ｎ電極、６８…アルミニウムワイヤ、６９…プリント回
路基板、７０…ガスケット、７１…モジュール締付け用
銅板、７４…ＩＧＢＴモジュール、７６…ヒートシンク
／ケース境界層、８０…高熱伝導樹脂シート、９１…リ
ードフレーム、９２，９３…トランスファモールド樹
脂、９４…チップ抵抗、９６…回路ケース、９７…オー
バーハング、１０１…トランスファモールド樹脂による
絶縁層、１１０…耐腐食コーティング層、１２０…リー
ドフレームコレクタパターン、１２１…モジュール取付
穴、１２２…リードフレームエミッタパターン、１２３
…補助エミッタアルミニウムワイヤ、１２４…ゲートア
ルミニウムワイヤ、１２５…リードフレーム補助エミッ
タパターン、１２６…リードフレームゲートパターン、
６９１…フィン長さ、６９４…ヒートシンクのチップ搭
載面、６９５…フィン幅、６９６…フィン間隔、６９７
…ヒートシンク厚さ、６９８…ケース底面。
だ、１２…ヒートシンク兼コレクタ、または、ドレイ
ン、または、カソード電極、１３…絶縁層、１４，７
３，９５…水路、１５，７２…水路カバー、１６，２
９，３２…パワー半導体モジュール、２０…銅板（回路
パターン）、２１…窒化アルミ、２２…銅板、２３…窒
化アルミ基板、２４…銅ベース、２６…熱伝導グリー
ス、２７，３０，４０，５０，８２，６９３…ヒートシ
ンク、２９，３１，５２，６６…フィン、５１，６５，
９０…低融点ガラス層、６０…ＩＧＢＴチップ、６１…
ＦＷＤチップ、６２，７５，８１…インサートケース、
６３…エポキシ樹脂、６４…シリコーン接着材、６７…
Ｎ電極、６８…アルミニウムワイヤ、６９…プリント回
路基板、７０…ガスケット、７１…モジュール締付け用
銅板、７４…ＩＧＢＴモジュール、７６…ヒートシンク
／ケース境界層、８０…高熱伝導樹脂シート、９１…リ
ードフレーム、９２，９３…トランスファモールド樹
脂、９４…チップ抵抗、９６…回路ケース、９７…オー
バーハング、１０１…トランスファモールド樹脂による
絶縁層、１１０…耐腐食コーティング層、１２０…リー
ドフレームコレクタパターン、１２１…モジュール取付
穴、１２２…リードフレームエミッタパターン、１２３
…補助エミッタアルミニウムワイヤ、１２４…ゲートア
ルミニウムワイヤ、１２５…リードフレーム補助エミッ
タパターン、１２６…リードフレームゲートパターン、
６９１…フィン長さ、６９４…ヒートシンクのチップ搭
載面、６９５…フィン幅、６９６…フィン間隔、６９７
…ヒートシンク厚さ、６９８…ケース底面。
フロントページの続き (72)発明者 斎藤 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 (19)
- 【請求項１】パワー半導体チップと、該パワー半導体チ
ップを搭載し、パワー半導体チップの熱を拡散させる金
属体と、該金属体に接着される絶縁層と、該パワー半導
体チップを冷却する水冷手段、とを備えたパワー半導体
モジュールにおいて、 前記パワー半導体チップは、接着手段で前記金属体の一
方の面に電気的に接着され、該金属体の他方の面が絶縁
層でコーティングされ、該絶縁層に前記水冷手段の冷却
水が接することを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項２】請求項１において、前記絶縁層は、ガラス
であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項３】請求項２において、前記ガラスは、ビスマ
ス酸化物系ガラス等、融点が６６０℃以下の低融点ガラ
スであることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項４】請求項３において、前記低融点ガラス層の
厚さは、５０μｍ以下であることを特徴とするパワー半
導体モジュール。 - 【請求項５】請求項１において、前記絶縁層が、樹脂で
あることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項６】請求項５において、前記樹脂層は、エポキ
シ樹脂にアルミナフィラーを混錬した層であることを特
徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項７】請求項６において、前記アルミナフィラー
入りエポキシ樹脂層の厚さが、300μｍ以下であること
を特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項８】請求項１において、前記パワー半導体チッ
プが接着される前記金属体は、銅、または、アルミニウ
ム、またはそれらの合金からなることを特徴とするパワ
ー半導体モジュール。 - 【請求項９】請求項８において、前記銅、または、アル
ミニウム、またはそれらの合金からなる金属体の形状
は、表面粗さが０.１mm 以下の凸凹の平板であることを
特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項１０】請求項１において、前記絶縁層は、前記
金属体表面に、酸素、または、窒素などの原子を導入し
て、前記金属体を改質した絶縁層であることを特徴とす
るパワー半導体モジュール。 - 【請求項１１】請求項１において、前記金属体の他方の
面で冷却水が接する部分を除いて、前記パワー半導体チ
ップと前記金属体と前記絶縁層とが、硬質樹脂で封止さ
れることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項１２】パワー半導体チップと、該パワー半導体
チップを搭載しパワー半導体の熱を拡散させる金属体
と、該パワー半導体チップを水冷する手段、とを備えた
パワー半導体モジュールにおいて、 前記金属体が、前記パワー半導体チップのコレクタ、ま
たは、ドレイン、または、アノード電極であって、前記
パワー半導体チップが、接着手段で、該電極に電気的に
接着されていて、該電極は絶縁層で覆われており、該絶
縁層に冷却水が接していることを特徴とするパワー半導
体モジュール。 - 【請求項１３】パワー半導体チップと、該パワー半導体
チップを搭載しパワー半導体の熱を拡散させる金属板
と、前記パワー半導体チップと前記金属板とを封止する
樹脂ケースと、該パワー半導体チップを水冷する手段、
とを備えたパワー半導体モジュールにおいて、 前記パワー半導体チップが接着手段で前記金属板に電気
的に接着され、該金属板は、前記パワー半導体チップ搭
載面の対向面が、前記ケース底面に露出するようにケー
スに接着されていて、前記金属板が露出した前記ケース
底面全体を、一体の絶縁層で被覆し、該絶縁層に冷却水
が接することを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項１４】請求項８において、前記銅、または、ア
ルミニウム、またはそれらの合金からなる金属体の形状
が、表面に０.１mm 以上の凸凹を有することを特徴とす
るパワー半導体モジュール。 - 【請求項１５】パワー半導体チップと、該パワー半導体
チップを搭載しパワー半導体の熱を拡散させる金属体
と、前記パワー半導体チップと前記金属板とを封止する
樹脂ケースと、該パワー半導体チップを水冷する手段、
とを備えたパワー半導体モジュールにおいて、 前記パワー半導体チップが接着手段で、前記金属体に電
気的に接着されていて、該金属体のパワー半導体チップ
接着面の対向面は絶縁層でコーティングされ、さらに、
該絶縁層上には、厚さ０.１mm 以下の前記絶縁層とは異
なる材質の膜が接着され、該薄膜に冷却水が接すること
を特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項１６】請求項１５において、前記絶縁層に接着
される前記薄膜は、銅、または、アルミニウム等の金属
であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項１７】請求項１３において、前記ケース底面全
体を被覆する前記絶縁層はエポキシ樹脂を主成分とする
樹脂であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 【請求項１８】請求項１記載のパワー半導体モジュール
で６個のスイッチング素子を構成したことを特徴とする
３相インバータモジュール。 - 【請求項１９】請求項５において、前記樹脂層は、パワ
ー半導体チップを封止する樹脂であることを特徴とする
パワー半導体モジュール。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100759A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-04-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置およびその製造方法 |
| JP2007200982A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2008048503A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Toshiba Kyaria Kk | インバータモジュール |
| JP2011258852A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| WO2012132709A1 (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | ローム株式会社 | パワーモジュール半導体装置 |
| WO2021117145A1 (ja) * | 2019-12-10 | 2021-06-17 | 三菱電機株式会社 | 半導体パッケージ |
| WO2022071177A1 (ja) * | 2020-10-01 | 2022-04-07 | 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 |
| CN117042305A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 四川英创力电子科技股份有限公司 | 一种提高嵌铜板平整度的制作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04305965A (ja) * | 1991-04-02 | 1992-10-28 | Hitachi Ltd | マルチチップモジュール及びその製造方法 |
| JPH07507658A (ja) * | 1992-05-25 | 1995-08-24 | マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト | 流体により冷却される出力トランジスタ装置 |
| JPH08505985A (ja) * | 1993-01-20 | 1996-06-25 | ウェイブドライバー・リミテッド | パワー半導体用取付アセンブリ |
| JP2000315757A (ja) * | 1999-05-06 | 2000-11-14 | Nissan Motor Co Ltd | 電力用半導体装置の冷却構造 |
-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001117593A patent/JP3829641B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04305965A (ja) * | 1991-04-02 | 1992-10-28 | Hitachi Ltd | マルチチップモジュール及びその製造方法 |
| JPH07507658A (ja) * | 1992-05-25 | 1995-08-24 | マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト | 流体により冷却される出力トランジスタ装置 |
| JPH08505985A (ja) * | 1993-01-20 | 1996-06-25 | ウェイブドライバー・リミテッド | パワー半導体用取付アセンブリ |
| JP2000315757A (ja) * | 1999-05-06 | 2000-11-14 | Nissan Motor Co Ltd | 電力用半導体装置の冷却構造 |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006100759A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-04-13 | Sanyo Electric Co Ltd | 回路装置およびその製造方法 |
| JP4549171B2 (ja) * | 2004-08-31 | 2010-09-22 | 三洋電機株式会社 | 混成集積回路装置 |
| JP2007200982A (ja) * | 2006-01-24 | 2007-08-09 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2008048503A (ja) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Toshiba Kyaria Kk | インバータモジュール |
| US8536698B2 (en) | 2010-06-11 | 2013-09-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
| JP2011258852A (ja) * | 2010-06-11 | 2011-12-22 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| WO2012132709A1 (ja) * | 2011-03-29 | 2012-10-04 | ローム株式会社 | パワーモジュール半導体装置 |
| WO2021117145A1 (ja) * | 2019-12-10 | 2021-06-17 | 三菱電機株式会社 | 半導体パッケージ |
| JPWO2021117145A1 (ja) * | 2019-12-10 | 2021-06-17 | ||
| JP7136367B2 (ja) | 2019-12-10 | 2022-09-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体パッケージ |
| WO2022071177A1 (ja) * | 2020-10-01 | 2022-04-07 | 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 |
| CN117042305A (zh) * | 2023-10-09 | 2023-11-10 | 四川英创力电子科技股份有限公司 | 一种提高嵌铜板平整度的制作方法 |
| CN117042305B (zh) * | 2023-10-09 | 2024-01-23 | 四川英创力电子科技股份有限公司 | 一种提高嵌铜板平整度的制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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