JP2005086018A - Power module, and attaching method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IGBTモジュール等のパワーモジュール及びその組み付け方法に関し、特に、ケースに対する密着性を向上して放熱性を高めたパワーモジュール及びその組み付け方法に関する。 The present invention relates to a power module such as an IGBT module and an assembling method thereof, and more particularly, to a power module and an assembling method thereof having improved heat dissipation by improving adhesion to a case.
IGBT素子等の半導体素子を収納したパワーモジュール等のパッケージは、半導体素子からの発熱を放熱するために、冷却体として作用するインバータケース等のケース部材等に取り付けられることが多い。
例えば、パワーモジュールにインバータケースを取り付けた場合は、パワーモジュールとインバータケースとの間に熱伝導性グリスを充填して、パワーモジュールの熱を、熱伝導性グリスを通じてインバータケースへ効率良く伝達するように構成している。
また、特許文献1に記載されているように、マイクロプロセッサ等の半導体チップを収納するパッケージでは、ヒートスプレッダ及び熱伝導材を介してヒートシンクを取り付けて、半導体チップから発生する熱を放熱するように構成されている。
A package such as a power module housing a semiconductor element such as an IGBT element is often attached to a case member such as an inverter case that acts as a cooling body in order to dissipate heat generated from the semiconductor element.
For example, when an inverter case is attached to the power module, heat conductive grease is filled between the power module and the inverter case so that the heat of the power module is efficiently transferred to the inverter case through the heat conductive grease. It is configured.
Further, as described in Patent Document 1, in a package that houses a semiconductor chip such as a microprocessor, a heat sink is attached via a heat spreader and a heat conducting material, and heat generated from the semiconductor chip is radiated. Has been.
前述の、パワーモジュールとインバータケースとの間に熱伝導性グリスを充填する場合には、図12に示すように、熱伝動性グリス105を塗布したインバータケース103上にパワーモジュール101を載置して、両端をボルト106等により締結することで、パワーモジュール101をインバータケース103へ組み付けるようにしていた。
When the thermal conductive grease is filled between the power module and the inverter case, the
しかし、図13に示すように、熱伝動性グリス105を塗布したインバータケース103にパワーモジュール101を組み付けた場合には、熱伝動性グリス105の流動性が悪いため、ボルト106によりパワーモジュール101を締結する際に、パワーモジュール101が熱伝動性グリス105からの反力を受け、熱伝動性グリス105の両端部を支点Pとして変形し、上に凸の形状となる。
このように、パワーモジュール101が上に凸となるように変形すると、パワーモジュール101の底面と熱伝動性グリス105との間に隙間Qが出来てしまって、パワーモジュール101とインバータケース103との密着性が確保できず、放熱性が低下してしまうこととなる。
However, as shown in FIG. 13, when the
As described above, when the
パワーモジュール101の底面と熱伝動性グリス105との間に隙間Qが生じないようにするためには、例えば、パワーモジュール101を、底面が下に凸の反り形状となるように予め形成しておき、組み付ける際には、熱伝動性グリス105に対してパワーモジュール101の中央部から先に接し、順次外側が接するように構成することで、隙間Qの発生を防ぐことが考えられる。
特許文献1にも、ヒートシンクに中央部が凸となる反りを予め形成しておいて、ヒートシンクと熱伝導材との間に隙間が生じることを防止する旨が記載されている。
In order to prevent the gap Q from being generated between the bottom surface of the
Patent Document 1 also describes that a warp having a convex central portion is formed in advance on the heat sink to prevent a gap from being generated between the heat sink and the heat conducting material.
しかし、ヒートシンクやパワーモジュール101に、予め反りを形成するのでは、これらの材料等のコストが上昇することとなる。
また、単にパワーモジュール101底面の中央部に凸形状の反りを形成しただけで、インバータケース103に塗布される熱伝動性グリス105を均一な厚みに塗布していたのでは、
パワーモジュール101が熱伝動性グリス105の中央部から外側へ向けて接する際に、中央部の熱伝動性グリス105が外側へ押しやられて、端部の熱伝動性グリス105が厚くなってしまい、その端部の厚い熱伝動性グリス105の反力によりパワーモジュール101が変形して、結果的にパワーモジュール101とインバータケース103との間に隙間が生じてしまう恐れがある。
However, if the warp is formed on the heat sink or the
In addition, by simply forming a convex warp at the center of the bottom of the
When the
上記課題を解決する本発明のパワーモジュール及びその組み付け方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項1記載の如く、放熱板が装着されたパワーモジュールを、熱伝導性グリスを介してケースに組み付けるパワーモジュールの組み付け方法であって、パワーモジュールをケースに組み付ける前に、該パワーモジュールの放熱板面を予め加熱して、パワーモジュールに放熱板面が凸となる反りを形成し、該放熱板面の反り形成方向における一端側をケースに固定した後に、他端側をケースに固定する。
このように、予熱されたパワーモジュールにより熱伝導性グリスが加熱されて粘度が低下するため、熱伝導性グリスが広がり易くなる。
また、パワーモジュールは予熱により放熱板面が凸となる反り形状となっているので、ケースへ組み付けたとき、ケースと放熱板との間に空洞や隙間ができることがなく、両者が密着する。
これにより、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
The power module and the assembling method of the present invention for solving the above problems have the following features.
That is, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method of assembling a power module to which a power module having a heat sink attached is attached to a case via a thermally conductive grease. The heat sink surface of the heat sink is pre-heated to form a warp on the power module with a convex heat sink surface, one end side of the heat sink surface in the warp forming direction is fixed to the case, and the other end side is then fixed to the case. To do.
Thus, since heat conductive grease is heated by the preheated power module and a viscosity falls, heat conductive grease becomes easy to spread.
Further, since the power module has a warped shape in which the heat radiating plate surface is convex due to preheating, when assembled to the case, there are no cavities or gaps between the case and the heat radiating plate, and both are in close contact.
Thereby, the heat dissipation of a power module can be improved, without raising cost.
また、請求項2記載の如く、前記熱伝導性グリスをケースに塗布する際には、パワーモジュールの前記反り形成方向における両端部の熱伝導性グリスを、中央部の熱伝導性グリスの厚みよりも薄く塗布する。
これにより、熱伝導性グリスの広がり抵抗が低減して薄く広がり易くなるとともに、熱伝導性グリスを全面に均一の厚さで塗布した場合のように、両端部で熱伝導性グリスの反力を受けてパワーモジュールが変形することもない。
そして、ケースと放熱板とが密着し、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
Further, as described in claim 2, when the thermally conductive grease is applied to the case, the thermal conductive grease at both ends in the warp forming direction of the power module is determined by the thickness of the thermally conductive grease at the center. Apply thinly.
This reduces the spreading resistance of the thermal conductive grease and makes it easier to spread thinly, and the reaction force of the thermal conductive grease is reduced at both ends as when the thermal conductive grease is applied to the entire surface with a uniform thickness. In response, the power module is not deformed.
And a case and a heat sink will closely_contact | adhere and can improve the heat dissipation of a power module, without raising a cost.
また、請求項3記載の如く、熱伝導性グリスを介してケースに組み付けられるパワーモジュールが、放熱板面を予熱することにより放熱板面が凸となる反りが形成されたパワーモジュールを、熱伝導性グリスがパワーモジュールの反り形成方向における中央部よりも両端部で薄く塗布されたケースに組み付けて構成される。
これにより、熱伝導性グリスが良く広がり、ケースと放熱板との間に空洞や隙間ができることがなく、パワーモジュールがケースへ組み付けられる。
また、両端部で熱伝導性グリスの反力を受けてパワーモジュールが変形することもない。
従って、パワーモジュールとケースとが密着して、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power module that is assembled to the case via a heat conductive grease. The power module is formed by warping the heat sink plate with a convex shape by preheating the heat sink plate surface. The adhesive grease is assembled in a case where it is applied thinner at both ends than at the center in the warp forming direction of the power module.
Thereby, the heat conductive grease spreads well, and there is no space or gap between the case and the heat sink, and the power module is assembled to the case.
Further, the power module is not deformed by receiving the reaction force of the heat conductive grease at both ends.
Therefore, the power module and the case are in close contact with each other, and the heat dissipation of the power module can be improved without increasing the cost.
本発明によれば、パワーモジュールが予熱されていることにより、放熱板面が凸となる反り形状となるとともに、熱伝導性グリスが広がり易くなるので、ケースへ組み付けたとき、ケースと放熱板との間に空洞や隙間ができることがなく、両者が密着する。
また、両端部で熱伝導性グリスの反力を受けてパワーモジュールが変形することもない。
これにより、コストを上昇させることなくパワーモジュールの放熱性を向上することができる。
According to the present invention, since the power module is preheated, the heat sink surface has a warped shape with a convex shape, and the thermal conductive grease easily spreads. There are no cavities or gaps between them, and they are in close contact.
Further, the power module is not deformed by receiving the reaction force of the heat conductive grease at both ends.
Thereby, the heat dissipation of a power module can be improved, without raising cost.
次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
図1、図2に示すパワーモジュール1は、IGBT素子等の半導体素子が実装された基板(図示せず)を、合成樹脂等により構成されるハウジング11にて覆い、さらに底部に放熱板12を装着して構成されている。
Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The power module 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 covers a substrate (not shown) on which a semiconductor element such as an IGBT element is mounted with a
パワーモジュール1は、熱伝導性グリス5を介してインバータケース3に組み付けられており、熱伝導性グリス5によりパワーモジュール1の放熱板12とインバータケース3とを密着させて、パワーモジュール1の半導体素子からの発熱をインバータケース3へ効率良く伝達するようにしている。
The power module 1 is assembled to the
このように、パワーモジュール1を、熱伝導性グリス5を介してインバータケース3に組み付ける場合、まずインバータケース3に熱伝導性グリス5を塗布した上でパワーモジュール1を組み付けるが、この組み付けの際にパワーモジュール1と熱伝導性グリス5との間に隙間が生じてしまうと放熱性が悪くなってしまうため、隙間が生じないようにしてパワーモジュール1とインバータケース3との密着性を確保する必要がある。
As described above, when the power module 1 is assembled to the
そこで、本発明においては、次のようにパワーモジュール1をインバータケース3に組み付けて、パワーモジュール1とインバータケース3との密着性を向上させている。
Therefore, in the present invention, the power module 1 is assembled to the
まず、図3に示すように、インバータケース3上に、熱伝導性グリス5を塗布するためのマスク21を載置し、図4に示すように、載置したマスク21上に熱伝導性グリス5を滴下する。
First, as shown in FIG. 3, a
その後、図5に示すように、スキージ23により熱伝導性グリス5を広げて印刷する。スキージ23により広げられた熱伝導性グリス5は、マスク21の開口部21aを通じてインバータケース3上に転写され、マスク21を取り外すと、図6に示すように、マスク21の開口部21aの形状に応じて熱伝導性グリス5が塗布された状態となる。
なお、以降、パワーモジュール1やインバータケース3等の短手方向をX方向と称し、長手方向をY方向と称する(図1、図3等に図示)。
Thereafter, as shown in FIG. 5, the thermal
Hereinafter, the short direction of the power module 1 and the
ここで、図7、図8に示すように、マスク21は、例えばメタルマスクに構成されており、熱伝導性グリス5の塗布領域21cに、複数の開口部21aが部分的に形成される部分開口マスクである。
開口部21aが形成される塗布領域21cは、組み付けられるパワーモジュール1の放熱板12の形状等に応じて設定されている。
Here, as shown in FIGS. 7 and 8, the
The
各開口部21aはマスク21の短手方向(X方向)における中央部では開口面積が大きく形成されて、マスク21の開口率が大きくなっており、中央部から両端部へいくにつれて各開口部21aの開口面積は小さくなって、マスク21の開口率が減少している。
Each opening 21a has a large opening area at the center in the short direction (X direction) of the
このように構成されるマスク21を用いて熱伝導性グリス5を塗布すると、X方向における中央部では開口率が大きいため熱伝導性グリス5の塗布量が多くなり、両端部では開口率が小さいため塗布量が少なくなる。
When the heat
以上のように、熱伝導性グリス5をマスク21を用いてインバータケース3に塗布する一方で、図9に示すように、組み付けるパワーモジュール1をホットプレート等の加熱器28により予め加熱しておく。
パワーモジュール1の加熱器28による予熱は、放熱板12面側からの加熱のみを行う。これにより、放熱板12面側の熱膨張度合いが他面側の熱膨張度合いよりも大きくなり、パワーモジュール1のX方向には、放熱板12面が凸となる反りが生じる。すなわち、X方向は予熱による反り形成方向といえる。
As described above, the thermal
Preheating by the
図10に示すように、この予熱したパワーモジュール1を熱伝導性グリス5が塗布されたインバータケース3上に載置し、ボルト6にて締結して組み付ける。
このパワーモジュール1をインバータケース3上に載置して組み付ける場合は、次のように組み付けを行う。
As shown in FIG. 10, the preheated power module 1 is placed on the
When this power module 1 is mounted on the
つまり、図11(a)に示すように、X方向においては、パワーモジュール1は放熱板12面が凸となるように反っており、熱伝導性グリス5は中央部の塗布量が多くて厚くなっているため、載置されたパワーモジュール1は、中央部近辺に位置する支点Pにより支持されることとなる。この支点Pはパワーモジュール1にかかる熱伝導性グリス5の反力の支点である。
That is, as shown in FIG. 11A, in the X direction, the power module 1 is warped so that the surface of the
図11(b)に示すように、この状態からX方向における一端側(図11(b)では左端側)のボルト6を締めると、パワーモジュール1の支点Pが一端側へ移動し、パワーモジュール1の一端部が熱伝導性グリス5に密着して、他端部(図11(b)では左端部)が反りにより浮き上がった姿勢となる。
なお、一端側のボルト6は、他端側のボルト6を締める前に全て締めておく。
As shown in FIG. 11 (b), when the
The
この状態からパワーモジュール1の他端部を押し下げてボルト6で締結すると、他端部を押し下げの押し下げ量に応じて支点Pが他端側に移動する。
支点Pが一端側から他端側へ移動する過程で熱伝導性グリス5を順次押し広げていくため、途中で気泡をかんだり空洞ができたりすることなく熱伝導性グリス5が一面に広がって、放熱板12とインバータケース3とが密着する。
When the other end portion of the power module 1 is pushed down and fastened with the
As the fulcrum P moves from one end side to the other end side, the thermally
図11(a)〜(c)に示すように、パワーモジュール1をインバータケース3に組み付ける際には、パワーモジュール1は予熱されているので、その熱により熱伝導性グリス5が加熱されて粘度が低下するため、熱伝導性グリス5が広がり易くなる。
また、パワーモジュール1は予熱により放熱板12面が凸となる反り形状となっているので、インバータケース3へ組み付けたとき、インバータケース3と放熱板12との間に空洞や隙間ができることがなく、両者が密着する。
これにより、パワーモジュール1の放熱性を向上することができる。
As shown in FIGS. 11A to 11C, when the power module 1 is assembled to the
Moreover, since the power module 1 has a warped shape in which the surface of the
Thereby, the heat dissipation of the power module 1 can be improved.
さらに、マスク21を部分開口型として、塗布領域21c内に熱伝導性グリス5の未塗布部分を形成するようにしているとともに、インバータケース3に塗布される熱伝導性グリス5の、中央部の塗布量に対する両端部の塗布量を少なくしているので、熱伝導性グリス5の広がり抵抗が低減して薄く広がり易くなるとともに、熱伝導性グリス5を全面に均一の厚さで塗布した場合のように、両端部で熱伝導性グリス5の反力を受けてパワーモジュール1が変形することもない。
Further, the
1 パワーモジュール
3 インバータケース
5 熱伝導性グリス
12 放熱板
21 マスク
21a 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
パワーモジュールをケースに組み付ける前に、該パワーモジュールの放熱板面を予め加熱して、パワーモジュールに放熱板面が凸となる反りを形成し、
該放熱板面の反り形成方向における一端側をケースに固定した後に、他端側をケースに固定することを特徴とするパワーモジュールの組み付け方法。 A method for assembling a power module in which a power module equipped with a heat sink is assembled to a case via thermally conductive grease,
Before assembling the power module to the case, preheat the heat sink surface of the power module to form a warp on the power module with a convex heat sink surface,
A method for assembling a power module, comprising: fixing one end side of the heat sink surface in a warp forming direction to the case, and then fixing the other end side to the case.
パワーモジュールの前記反り形成方向における両端部の熱伝導性グリスを、中央部の熱伝導性グリスの厚みよりも薄く塗布することを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュールの組み付け方法。 When applying the thermally conductive grease to the case,
The method for assembling a power module according to claim 1, wherein the heat conductive grease at both ends in the warp forming direction of the power module is applied thinner than the thickness of the heat conductive grease at the center.
放熱板面を予熱することにより、放熱板面が凸となる反りが形成されたパワーモジュールを、
熱伝導性グリスがパワーモジュールの反り形成方向における中央部よりも両端部で薄く塗布されたケースに組み付けて構成されることを特徴とするパワーモジュール。
A power module that is assembled to the case via thermally conductive grease,
By preheating the heat sink surface, a power module with a warped heat sink surface is formed.
A power module characterized in that the heat conductive grease is assembled in a case where it is applied thinner at both ends than at the center in the warp forming direction of the power module.
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