JP2010161131A - Power module and power semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power module capable of attaining a smaller size and a smaller weight with high productivity, and a power semiconductor device. <P>SOLUTION: The power module 51 has a thickness t regulated by two side surfaces 51a and 51b opposed while containing a power element 1 which generates heat by operation. The power module includes at least a pair of metal blocks 2-1 and 2-2, and the power element is held between respective side surface forming parts 2b constituting the metal blocks. The opposed side surfaces of the power module are formed with the side surface forming parts exposed as radiation surfaces. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電力用半導体素子を有するパワーモジュール、及び該パワーモジュールを備えたパワー半導体装置に関する。   The present invention relates to a power module having a power semiconductor element and a power semiconductor device including the power module.

一般的なパワー半導体装置は、一個の冷却器に、一個もしくは複数のパワーモジュールを、熱伝導グリスを介してネジ固定する構成を有する。また、小型軽量化を追求したパワー半導体装置としては、日本国特許第４０１６９０７号等に開示されるものが一例として挙げられる。該特許では、水冷冷却器をパワーモジュールの両面に配置してスタックすることで冷却器の両面を利用し、小型軽量化を図るものである。   A general power semiconductor device has a configuration in which one or a plurality of power modules are fixed to a single cooler with heat conduction grease. Moreover, as a power semiconductor device pursuing a reduction in size and weight, one disclosed in Japanese Patent No. 4016907 and the like can be cited as an example. In this patent, a water-cooled cooler is arranged on both sides of a power module and stacked to utilize both sides of the cooler, thereby reducing the size and weight.

特許第４０１６９０７号Patent No. 4016907

しかしながら、上記特許文献１に開示される半導体モジュールでは、特許文献１の図４に示されるように、一対の電極放熱板の間にＩＧＢＴ素子を挟んだ構造となっている。このような半導体モジュールは、トランスファモールド工法で製造されるが、封止に用いる樹脂は、１００気圧程度の圧力で金型内に送り込まれる。よって、例えば１０μｍ程度以上の隙間があれば樹脂の染み出しが発生する。このような染み出しが上記電極放熱板の露出部に発生し、いわゆる樹脂バリを形成した場合には、樹脂の熱伝導率が金属の数百分の一程度であることから、上記電極放熱板の放熱性は極端に低下する。   However, the semiconductor module disclosed in Patent Document 1 has a structure in which an IGBT element is sandwiched between a pair of electrode heat dissipation plates, as shown in FIG. Such a semiconductor module is manufactured by a transfer mold method, and the resin used for sealing is fed into the mold at a pressure of about 100 atm. Therefore, for example, if there is a gap of about 10 μm or more, the resin oozes out. When such an exudation occurs in the exposed portion of the electrode heat sink and a so-called resin burr is formed, the heat conductivity of the resin is about one hundredth of that of the metal. The heat dissipation is extremely reduced.

封止の際には、上型及び下型のそれぞれが上記一対の電極放熱板のそれぞれに接触して樹脂封止が行われるが、上記隙間の発生を防止するため、上型及び下型に対して数十から数百トンの加圧力が作用される。一方、上述のように上記半導体モジュールは、一対の電極放熱板の間にＩＧＢＴ素子を挟んだ構造となっていることから、上記加圧力は、直接に上記ＩＧＢＴ素子に作用する。その結果、ＩＧＢＴ素子が破損する可能性がある。一方、破損防止のため加圧力を低下させると、上記樹脂バリの発生の可能性が生じてしまう。
このように従来の半導体モジュールでは、生産性が悪いという問題があった。 At the time of sealing, each of the upper mold and the lower mold comes into contact with each of the pair of electrode heat dissipation plates, and resin sealing is performed. In order to prevent the generation of the gap, the upper mold and the lower mold are separated. On the other hand, a pressing force of several tens to several hundred tons is applied. On the other hand, since the semiconductor module has a structure in which the IGBT element is sandwiched between a pair of electrode heat sinks as described above, the applied pressure directly acts on the IGBT element. As a result, the IGBT element may be damaged. On the other hand, if the applied pressure is reduced to prevent breakage, there is a possibility that the resin burrs are generated.
As described above, the conventional semiconductor module has a problem of poor productivity.

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、生産性が高く、小型軽量化が実現可能なパワーモジュール及びパワー半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a power module and a power semiconductor device that are highly productive and can be reduced in size and weight.

上記目的を達成するため、本発明は以下のように構成する。
即ち、本発明の一態様におけるパワーモジュールは、動作により発熱する電力用半導体素子を内蔵し対向する２つの側面にて規定される厚みを有するパワーモジュールであって、上記厚みと同じ高さを有する厚規定部と、上記側面を形成し上記厚規定部と一体的に成形される側面形成部とを一体的に成形して形成される少なくとも一対の金属ブロックを備え、上記一対の金属ブロックは、それぞれの上記側面形成部を対向させて配置され、これらの側面形成部を露出させることで上記対向する２つの上記側面を放熱面として形成し、上記電力用半導体素子は、対向する２つの上記側面形成部に挟まれて保持される、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
That is, the power module according to one aspect of the present invention is a power module having a thickness defined by two opposing side surfaces that incorporates a power semiconductor element that generates heat by operation, and has the same height as the above thickness. It comprises at least a pair of metal blocks formed by integrally forming a thickness defining portion and a side surface forming portion formed integrally with the thickness defining portion and forming the side surface, Each of the side surface forming portions is arranged to face each other, and the two side surfaces facing each other are formed as heat dissipation surfaces by exposing the side surface forming portions, and the power semiconductor element has two side surfaces facing each other. It is characterized in that it is held between the forming portions.

本発明の一態様におけるパワーモジュールによれば、少なくとも一対の金属ブロックを備え、該金属ブロックを構成する各側面形成部に電力用半導体素子を挟んで保持する。そしてそれぞれの側面形成部を露出させて放熱面とし、パワーモジュールの対向する側面を形成した。よって、電力用半導体素子は、２つの放熱面へ放熱が可能であり、電力用半導体素子の放熱性を向上させることができる。さらに、このように放熱性が向上することで、従来のような大型部品である冷却器は不要となる。よって、パワー半導体装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。   According to the power module of one embodiment of the present invention, at least a pair of metal blocks are provided, and the power semiconductor elements are held between the side surface forming portions constituting the metal blocks. And each side surface formation part was exposed and it was set as the thermal radiation surface, and the side surface which a power module opposes was formed. Therefore, the power semiconductor element can dissipate heat to the two heat dissipating surfaces, and the heat dissipating property of the power semiconductor element can be improved. Furthermore, since the heat dissipation is improved in this way, a cooler that is a large component as in the prior art becomes unnecessary. Therefore, it is possible to reduce the size and weight of the power semiconductor device.

さらに、金属ブロックを構成する厚規定部は、パワーモジュールの厚みと同じ高さを有する。よって、パワーモジュールをトランスファモールド工法にて作製する場合、金型は各金属ブロックの側面形成部に接触するが、金型押さえ圧力は厚規定部に作用し電力用半導体素子に直接作用することは無い。したがって電力用半導体素子の破壊、及びいわゆる樹脂バリは、発生せず、安定してパワーモジュールの生産が可能である。よって、従来に比べて生産性の向上を図ることができる。   Furthermore, the thickness defining portion constituting the metal block has the same height as the thickness of the power module. Therefore, when the power module is manufactured by the transfer mold method, the mold comes into contact with the side surface forming part of each metal block, but the mold holding pressure acts on the thickness defining part and directly acts on the power semiconductor element. No. Therefore, destruction of the power semiconductor element and so-called resin burrs do not occur, and the power module can be produced stably. Therefore, productivity can be improved as compared with the conventional case.

本発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power module in Embodiment 1 of this invention. 図１に示すパワーモジュールの斜視図である。It is a perspective view of the power module shown in FIG. 本発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power module in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３におけるパワー半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態４におけるパワーモジュールの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the power module in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態５におけるパワーモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power module in Embodiment 5 of this invention. 図６に示すパワーモジュールの回路図である。It is a circuit diagram of the power module shown in FIG. 本発明の実施の形態６におけるパワーモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power module in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態７におけるパワーモジュールの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the power module in Embodiment 7 of this invention.

本発明の実施形態であるパワーモジュール、及び該パワーモジュールを備えたパワー半導体装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同一又は同様の構成部分については同じ符号を付している。   A power module according to an embodiment of the present invention and a power semiconductor device including the power module will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals.

実施の形態１．
本実施の形態１におけるパワーモジュールの一例の断面図を図１に示し、また、その斜視図を図２に示す。本実施形態におけるパワーモジュール５１は、基本的構成部分として、パワー素子１と、一対の金属ブロック２−１，２−２とを備える。ここで、それぞれの金属ブロック２−１，２−２は、それぞれ同形状にてなり、厚規定部２ａ、及び該厚規定部２ａと一体的に成形される側面形成部２ｂを一体的に成形して形成されている。尚、後述の実施形態にて説明するように、金属ブロック２−１，２−２対の数は、一対に限定するものではない。このようなパワーモジュール５１は、対向する２つの側面に相当する第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂにて規定される厚みｔを有する。 Embodiment 1 FIG.
A cross-sectional view of an example of the power module in the first embodiment is shown in FIG. 1, and a perspective view thereof is shown in FIG. The power module 51 in the present embodiment includes a power element 1 and a pair of metal blocks 2-1 and 2-2 as basic components. Here, each of the metal blocks 2-1 and 2-2 has the same shape, and integrally forms the thickness defining portion 2a and the side surface forming portion 2b formed integrally with the thickness defining portion 2a. Is formed. In addition, as will be described later in the embodiment, the number of the metal blocks 2-1 and 2-2 is not limited to a pair. Such a power module 51 has a thickness t defined by a first main surface 51a and a second main surface 51b corresponding to two opposing side surfaces.

パワー素子１は、その材質として、ＳｉやＧａＡｓ、ＳｉＣなどが用いられて作製され、動作により発熱するＩＧＢＴのような電力用半導体素子であり、そのサイズは、例えば１０ｍｍ角から２０ｍｍ角程度、厚み０．１〜１ｍｍ程度である。このようなパワー素子１の、互いに対向する第１主面１ａ及び第２主面１ｂには、それぞれ電極が形成されている。これらの電極の内、一方もしくは両方は、第１主面１ａ及び第２主面１ｂの少なくとも一方の縁端部に、耐電圧性を確保するために、導電層３と接しない絶縁領域１ｃを設けている。本実施形態では、図示するように第２主面１ｂのみに絶縁領域１ｃを設けているが、第１主面１ａ及び第２主面１ｂにおける各縁端部に絶縁領域１ｃを設けてもよい。パワー素子１のその他の電極は、それぞれ導電層３を介して金属ブロック２−１及び金属ブロック２−２と電気的に接続される。   The power element 1 is a power semiconductor element such as an IGBT that is manufactured using Si, GaAs, SiC, or the like as a material and generates heat by operation. The size of the power element 1 is, for example, about 10 mm square to 20 mm square. It is about 0.1-1 mm. Electrodes are formed on the first main surface 1a and the second main surface 1b of the power element 1 facing each other. One or both of these electrodes has an insulating region 1c not in contact with the conductive layer 3 in order to ensure withstand voltage at the edge of at least one of the first main surface 1a and the second main surface 1b. Provided. In the present embodiment, as shown in the drawing, the insulating region 1c is provided only on the second main surface 1b. However, the insulating region 1c may be provided at each edge of the first main surface 1a and the second main surface 1b. . The other electrodes of the power element 1 are electrically connected to the metal block 2-1 and the metal block 2-2 through the conductive layer 3, respectively.

金属ブロック２−１，２−２は、アルミニウムや銅などの、熱伝導率及び導電性の高い材料が用いられ、本実施形態ではそれぞれＬ字形の同形状にてなる。即ち金属ブロック２−１、２−２は、それぞれ、当該パワーモジュール５１の厚み方向５１ｄの厚みｔを規定する厚規定部２ａと、導電層３を介してパワー素子１を保持する保持部２ｂとを有する。厚規定部２ａ及び保持部２ｂは、厚規定部２ａにおける厚み方向５１ｄに直交する側面２ｃ−１と、保持部２ｂにおける厚み方向５１ｄに直交する側面２ｃ−２とが同一面を形成するようにして、Ｌ字形にて一体的に成形される。尚、厚規定部２ａの側面２ｃ−１と、保持部２ｂの側面２ｃ−２とにより同一面として形成された側面を側面２ｃとする。又、金属ブロック２−１、２−２の各厚規定部２ａ、２ａの厚さは、上述のようにパワーモジュール５１の上記厚みｔを規定し、本実施形態では約２〜１０ｍｍ程度である。   The metal blocks 2-1 and 2-2 are made of a material having high thermal conductivity and conductivity such as aluminum and copper, and in this embodiment, have the same L-shape. That is, each of the metal blocks 2-1 and 2-2 includes a thickness defining portion 2a that defines the thickness t in the thickness direction 51d of the power module 51, and a holding portion 2b that holds the power element 1 via the conductive layer 3. Have In the thickness defining portion 2a and the holding portion 2b, the side surface 2c-1 orthogonal to the thickness direction 51d in the thickness defining portion 2a and the side surface 2c-2 orthogonal to the thickness direction 51d in the holding portion 2b form the same surface. And integrally formed in an L-shape. The side surface formed as the same surface by the side surface 2c-1 of the thickness defining portion 2a and the side surface 2c-2 of the holding portion 2b is referred to as a side surface 2c. Further, the thicknesses of the thickness defining portions 2a and 2a of the metal blocks 2-1 and 2-2 define the thickness t of the power module 51 as described above, and are about 2 to 10 mm in this embodiment. .

上述の形状にてなる金属ブロック２−１，２−２は、金属ブロック２−１の保持部２ｂと金属ブロック２−２の保持部２ｂとが当該パワーモジュール５１の厚さ方向５１ｄにて上下に位置し対向するように、配置される。そして、図示するように、対向した保持部２ｂ、２ｂの間には、導電層３を介してパワー素子１が保持される。   In the metal blocks 2-1 and 2-2 having the above-described shape, the holding part 2 b of the metal block 2-1 and the holding part 2 b of the metal block 2-2 are vertically moved in the thickness direction 51 d of the power module 51. It arrange | positions so that it may be located in and oppose. As illustrated, the power element 1 is held between the opposing holding portions 2 b and 2 b via the conductive layer 3.

導電層３として、半田、導電性接着剤などが用いられる。導電層３の厚みは、例えば１０μｍから１ｍｍ程度である。導電層３の厚みは、薄いほうが放熱性が高まり好ましい。しかしながら、パワー素子１の素材と金属ブロック２−１，２−２の素材との線膨張係数が倍以上異なる構成の場合、パワー素子１に熱応力が発生する。よってこのような構成では、弾性率がパワー素子１及び金属ブロック２−１，２−２よりも低い導電層３を用いることで、上記熱応力を低減することができる。このような場合、導電層３の厚みは大きいほど好ましい。   As the conductive layer 3, solder, conductive adhesive, or the like is used. The thickness of the conductive layer 3 is, for example, about 10 μm to 1 mm. A thinner conductive layer 3 is preferable because heat dissipation is improved. However, when the linear expansion coefficients of the power element 1 and the metal blocks 2-1 and 2-2 are different from each other by a factor of two or more, thermal stress is generated in the power element 1. Therefore, in such a configuration, the thermal stress can be reduced by using the conductive layer 3 whose elastic modulus is lower than that of the power element 1 and the metal blocks 2-1 and 2-2. In such a case, the thickness of the conductive layer 3 is preferably as large as possible.

又、以下に説明する金属ブロック２−１、２―２の封止の際に、パワー素子１へ万一加圧力が作用したときでもその力を低減するために、導電層３は、その弾性率が金属ブロック２−１、２−２の弾性率よりも小さいものがよい。   In addition, when the metal blocks 2-1 and 2-2 described below are sealed, even if an applied pressure is applied to the power element 1, in order to reduce the force, the conductive layer 3 has its elasticity. It is preferable that the modulus is smaller than the elastic modulus of the metal blocks 2-1 and 2-2.

上述のように配置、構成された、パワー素子１及び導電層３を含む金属ブロック２−１，２−２は、金属ブロック２−１、２−２に保持されたパワー素子１も含めて封止樹脂４にてモールドされる。該モールドにより、パワーモジュール５１の筐体が形成される。又モールドに際し、金属ブロック２−１、２−２において最も大きな側面２ｃ、２ｃは、パワーモジュール５１の第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂとそれぞれ同一面を形成し、第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂにそれぞれ露出する。尚、第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂは、パワーモジュール５１の上記厚みｔを規定する側面である。   The metal blocks 2-1 and 2-2 including the power element 1 and the conductive layer 3 arranged and configured as described above are sealed together with the power element 1 held by the metal blocks 2-1 and 2-2. Molded with a stop resin 4. The casing of the power module 51 is formed by the mold. In molding, the largest side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 and 2-2 form the same surface as the first main surface 51a and the second main surface 51b of the power module 51, respectively, and the first main surface 51a. And exposed on the second main surface 51b. The first main surface 51 a and the second main surface 51 b are side surfaces that define the thickness t of the power module 51.

又、第１主面５１ａには、金属ブロック２−１の露出した側面２ｃの他に、金属ブロック２−２の厚規定部２ａの側面が露出し、第１主面５１ａにおいて、金属ブロック２−１の保持部２ｂと、金属ブロック２−２の厚規定部２ａとは隙間５１ｃを介して対向する。ここで隙間５１ｃは、金属ブロック２−１の保持部２ｂと、金属ブロック２−２の厚規定部２ａとの電気的絶縁を確保するための距離であり、必要な耐電圧特性に合わせて設定される。同様に、第２主面５１ｂには、金属ブロック２−２の露出した側面２ｃの他に、金属ブロック２−１の厚規定部２ａの側面が露出し、第１主面５１ｂにおいて、金属ブロック２−２の保持部２ｂと、金属ブロック２−１の厚規定部２ａとは隙間５１ｃを介して対向する。ここでも、隙間５１ｃは、金属ブロック２−２の保持部２ｂと、金属ブロック２−１の厚規定部２ａとの電気的絶縁を確保するための距離であり、必要な耐電圧特性に合わせて設定される。   In addition to the exposed side surface 2c of the metal block 2-1, the side surface of the thickness defining portion 2a of the metal block 2-2 is exposed on the first main surface 51a, and the metal block 2 is exposed on the first main surface 51a. -1 holding portion 2b and the thickness defining portion 2a of the metal block 2-2 are opposed to each other through a gap 51c. Here, the gap 51c is a distance for securing electrical insulation between the holding portion 2b of the metal block 2-1 and the thickness defining portion 2a of the metal block 2-2, and is set according to a required withstand voltage characteristic. Is done. Similarly, in addition to the exposed side surface 2c of the metal block 2-2, the side surface of the thickness defining portion 2a of the metal block 2-1 is exposed on the second main surface 51b. The holding part 2b of 2-2 and the thickness defining part 2a of the metal block 2-1 are opposed to each other through a gap 51c. Also here, the gap 51c is a distance for ensuring electrical insulation between the holding portion 2b of the metal block 2-2 and the thickness defining portion 2a of the metal block 2-1, and according to the required withstand voltage characteristics. Is set.

封止樹脂４は、熱硬化型樹脂が一般的に用いられ、シリカフィラー入りのエポキシ樹脂が通常用いられる。絶縁性が高く、耐熱性がある樹脂であれば上述の樹脂に限らないのは言うまでもない。   As the sealing resin 4, a thermosetting resin is generally used, and an epoxy resin containing a silica filler is usually used. Needless to say, the resin is not limited to the above-described resins as long as the resin has high insulating properties and heat resistance.

以上のような構成を有するパワーモジュール５１における封止樹脂４による封止方法について説明する。
一般的に、熱硬化型樹脂を封止に用いる工法は、トランスファモールドという名称で広く半導体装置の封止技術として用いられている。この工法の特徴は、上金型、下金型にキャビティとよばれる凹み部があり、該凹み部に封止する部材を入れた状態で、熱硬化型樹脂を加圧注入し、樹脂硬化後に成型物を取り出すものである。このプロセスでは、溶融した樹脂の粘度は、水に近い程度に低く、例えば０．１ｍｍ以下の隙間でさえ樹脂は、通過してしまう。よって、金型同士は、高い面精度で作製する必要があり、数十から数百ｔという高い加圧力で金型を押し付けあうことで隙間をなくし、初めて加工が可能となる。 A sealing method using the sealing resin 4 in the power module 51 having the above configuration will be described.
In general, a method of using a thermosetting resin for sealing is widely used as a sealing technique for semiconductor devices under the name of transfer mold. The feature of this method is that the upper mold and the lower mold have dents called cavities, and a thermosetting resin is injected under pressure with a sealing member in the dent, and after the resin is cured The molded product is taken out. In this process, the viscosity of the molten resin is as low as that of water. For example, the resin passes even through a gap of 0.1 mm or less. Therefore, it is necessary to manufacture the molds with high surface accuracy. By pressing the molds with a high pressurizing force of several tens to several hundreds t, the gap is eliminated, and processing becomes possible for the first time.

このようなトランスファモールド工法の場合、金型押さえ圧力が直接パワー素子にかかる従来の構造では、パワー素子の破壊が問題となる。
これに対し本実施形態における構造では、上述のように金属ブロック２−１、２−２のそれぞれは、パワーモジュール５１の厚みｔを規定する厚規定部２ａ、２ａを有し、さらに各厚規定部２ａにおける厚み方向５１ｄに直交する側面２ｃ−１と、各保持部２ｂにおける厚み方向５１ｄに直交する側面２ｃ−２とは、それぞれ同一面の側面２ｃを形成している。よって、樹脂封止を行いパワーモジュール５１の厚さｔを規定する上金型及び下金型にそれぞれの側面２ｃを接触させ、かつ厚さｔにてなる厚規定部２ａを上金型及び下金型にて挟んで配置することで、上金型と下金型とが型締めされたときの厚さｔと、各厚規定部２ａの厚さｔとが同一であることから、金属ブロック２−１，２−２の厚規定部２ａ、２ａは、金型押さえ圧力を受け止めることができる。 In the case of such a transfer mold method, destruction of the power element becomes a problem in the conventional structure in which the mold pressing pressure is directly applied to the power element.
On the other hand, in the structure according to the present embodiment, each of the metal blocks 2-1 and 2-2 has the thickness defining portions 2a and 2a that define the thickness t of the power module 51 as described above, and further each thickness defining unit. The side surface 2c-1 perpendicular to the thickness direction 51d in the portion 2a and the side surface 2c-2 perpendicular to the thickness direction 51d in each holding portion 2b form the same side surface 2c. Accordingly, the side surfaces 2c are brought into contact with the upper mold and the lower mold that define the thickness t of the power module 51 by sealing the resin, and the thickness defining portion 2a having the thickness t is changed to the upper mold and the lower mold. Since the thickness t when the upper die and the lower die are clamped and the thickness t of each thickness defining portion 2a are the same by being sandwiched by the die, the metal block The thickness defining portions 2a and 2a of 2-1 and 2-2 can receive the mold pressing pressure.

よって、厚み方向５１ｄにおいて、金属ブロック２−１と、金属ブロック２−２との間で高さズレさえ無いように金属ブロック２−１，２−２を配置することで、パワー素子１には金型押さえ圧力は作用しない。又、上述したように、導電層３の弾性率が金属ブロック２−１、２−２の弾性率よりも小さくなるような導電層３を選択することで、万が一、パワー素子１に加圧力が作用した場合でも、その作用力を低減することができる。
したがってパワー素子１の破壊は、発生せず、パワーモジュール５１の安定した生産が可能であり、生産性の向上を図ることができる。 Therefore, by arranging the metal blocks 2-1 and 2-2 so that there is no height deviation between the metal block 2-1 and the metal block 2-2 in the thickness direction 51d, the power element 1 has The mold holding pressure does not work. Further, as described above, by selecting the conductive layer 3 such that the elastic modulus of the conductive layer 3 is smaller than the elastic modulus of the metal blocks 2-1 and 2-2, the power element 1 should be pressurized. Even when it acts, the acting force can be reduced.
Therefore, destruction of the power element 1 does not occur, the stable production of the power module 51 is possible, and productivity can be improved.

又、上述のように、金属ブロック２−１、２−２の側面２ｃ、２ｃは、パワーモジュール５１の第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂにそれぞれ露出する。ここでパワー素子１は、導電層３を介して金属ブロック２−１及び金属ブロック２−２に接続されている。よって、パワー素子１から発生した熱は、金属ブロック２−１及び金属ブロック２−２の両方に伝導し、パワーモジュール５１の第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂの両面から放熱を行うことができ、放熱性は向上している。又、パワー素子１の第１主面１ａ及び第２主面１ｂに形成されている電極とそれぞれ電気的に接続された金属ブロック２−１、２−２の側面２ｃ、２ｃは、パワーモジュール５１の第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂのいずれにも存在する。よって、パワーモジュール５１に対する配線を容易に行うことができるという効果がある   Further, as described above, the side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 and 2-2 are exposed to the first main surface 51a and the second main surface 51b of the power module 51, respectively. Here, the power element 1 is connected to the metal block 2-1 and the metal block 2-2 via the conductive layer 3. Therefore, the heat generated from the power element 1 is conducted to both the metal block 2-1 and the metal block 2-2, and heat is radiated from both the first main surface 51a and the second main surface 51b of the power module 51. The heat dissipation is improved. The side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 and 2-2 electrically connected to the electrodes formed on the first main surface 1a and the second main surface 1b of the power element 1 The first main surface 51a and the second main surface 51b are present. Therefore, there is an effect that wiring to the power module 51 can be easily performed.

実施の形態２．
図３には、本発明の実施の形態２におけるパワーモジュール５２が示されている。
パワーモジュール５２は、上述した実施の形態１のパワーモジュール５１とほとんど同じ構成を有し、同一の構成部分についてはその説明を省略する。よって、以下では相違部分についてのみ説明を行う。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 shows a power module 52 according to the second embodiment of the present invention.
The power module 52 has almost the same configuration as the power module 51 of the first embodiment described above, and the description of the same components is omitted. Therefore, only different parts will be described below.

パワーモジュール５２とパワーモジュール５１との唯一の相違点は、金属ブロック２−１の保持部２ｂと、金属ブロック２−２の厚規定部２ａとの間に形成されている隙間５１ｃ部分には、パワーモジュール５１の第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂにおいて溝状の凹部６を形成した点である。   The only difference between the power module 52 and the power module 51 is that the gap 51c formed between the holding portion 2b of the metal block 2-1 and the thickness defining portion 2a of the metal block 2-2 This is that a groove-like recess 6 is formed on the first main surface 51 a and the second main surface 51 b of the power module 51.

このようなパワーモジュール５２は、実施の形態１におけるパワーモジュール５１が有する上述の効果を奏することができ、さらに、凹部６を設けることで、パワーモジュールとして必要な絶縁性能が高い場合であっても、金属ブロック２−１，２−２の露出面積を大幅に犠牲にすることなく、必要な沿面絶縁距離を確保することができるという効果を得ることができる。   Such a power module 52 can achieve the above-described effects of the power module 51 according to the first embodiment. Further, by providing the recess 6, even if the insulation performance necessary for the power module is high. The required creeping insulation distance can be ensured without significantly sacrificing the exposed areas of the metal blocks 2-1 and 2-2.

すなわち、金属ブロック２−１，２−２の露出面積が大きいほど放熱性が高いのに対し、絶縁性を高めるためには金属ブロック２−１，２−２の間の領域の幅を大きくする必要があり、相反するという問題点がある。例えば１２００Ｖ程度の絶縁性能を、水分や汚損の可能性のある環境で使用する場合に、沿面絶縁距離として１２ｍｍ程度を確保する必要があるとされている。このような１２ｍｍ幅の樹脂の帯状の部分を放熱面に構成することで、金属ブロック２−１，２−２の放熱性は著しく損なわれてしまう。これに対して、例えば幅２ｍｍ深さ３ｍｍの溝を幅６ｍｍの領域に設けることで、１２ｍｍの沿面絶縁距離が確保され、すなわち、放熱面として６ｍｍの幅を増やすことができる。
尚、本実施形態では、凹部６の形態であるが、突起形状としてもかまわない。 That is, the larger the exposed area of the metal blocks 2-1 and 2-2, the higher the heat dissipation. On the other hand, to increase the insulation, the width of the region between the metal blocks 2-1 and 2-2 is increased. There is a problem that it is necessary and conflicts. For example, when an insulation performance of about 1200 V is used in an environment where there is a possibility of moisture or fouling, it is said that it is necessary to ensure about 12 mm as a creeping insulation distance. By configuring such a 12 mm wide resin band-like portion on the heat dissipating surface, the heat dissipating properties of the metal blocks 2-1 and 2-2 are significantly impaired. On the other hand, for example, by providing a groove having a width of 2 mm and a depth of 3 mm in a region having a width of 6 mm, a creeping insulation distance of 12 mm is ensured, that is, the width of 6 mm can be increased as a heat dissipation surface.
In addition, in this embodiment, although it is the form of the recessed part 6, you may make it a protrusion shape.

実施の形態３．
図４には、上述した実施の形態２のパワーモジュール５２を備えた、本発明の実施の形態３におけるパワー半導体装置５３が示されている。
パワー半導体装置５３は、実施の形態２におけるパワーモジュール５２を厚み方向５１ｄから冷却器７、７で挟んだ構造である。即ち、パワーモジュール５２における第２主面５１ｂには、金属ブロック２−１，２−２に形成した電極（不図示）に電気的にそれぞれ接続される配線部材９が設けられる。配線部材９は、当該パワーモジュール５２と外部との導通路を形成する。このような配線部材９上、及びパワーモジュール５２における第１主面５１ａには、それぞれ絶縁層８が形成される。さらにこれらの絶縁層８を介して厚み方向５１ｄから冷却器７、７が設けられている。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 shows a power semiconductor device 53 according to the third embodiment of the present invention, which includes the power module 52 according to the second embodiment described above.
The power semiconductor device 53 has a structure in which the power module 52 according to the second embodiment is sandwiched between the coolers 7 and 7 from the thickness direction 51d. That is, the second main surface 51b of the power module 52 is provided with the wiring members 9 that are electrically connected to electrodes (not shown) formed on the metal blocks 2-1 and 2-2, respectively. The wiring member 9 forms a conduction path between the power module 52 and the outside. The insulating layer 8 is formed on the wiring member 9 and on the first main surface 51 a of the power module 52. Further, coolers 7 and 7 are provided from the thickness direction 51d through these insulating layers 8.

このような構成を有するパワー半導体装置５３によれば、金属ブロック２−１，２−２の側面２ｃ、２ｃにそれぞれ対向して冷却器７を設けたことから、パワー素子１からの熱抵抗を低減でき、かつ装置の小型化が可能となる。   According to the power semiconductor device 53 having such a configuration, the cooler 7 is provided so as to face the side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 and 2-2, so that the thermal resistance from the power element 1 is reduced. It is possible to reduce the size of the apparatus.

実施の形態４．
図５には、本発明の実施の形態４におけるパワーモジュール５４が示されている。
パワーモジュール５４は、上述した実施の形態１のパワーモジュール５１に外部端子に相当する主端子１０を設けた構成である。よって、パワーモジュール５１に関する構成部分については、ここでの説明を省略する。以下では、パワーモジュール５１との相違部分である主端子１０についてのみ説明を行う。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 shows a power module 54 according to Embodiment 4 of the present invention.
The power module 54 has a configuration in which the main terminal 10 corresponding to an external terminal is provided in the power module 51 of the first embodiment described above. Therefore, the description of the components related to the power module 51 is omitted here. Below, only the main terminal 10 which is a different part from the power module 51 is demonstrated.

主端子１０は、ＣｕやＡｌ，Ｆｅなどの導電性のある金属からなる短冊形状であり、その厚みは、例えば０．３ｍｍから１ｍｍ程度が実用的である。このような主端子１０は、金属ブロック２−１，２−２における側面２ｃ、２ｃに直交する側面２ｄ、２ｄにそれぞれ立設される。主端子１０と側面２ｄとの固着方法としては、レーザ溶接などの高エネルギ密度の接合手段を用いることができる。又、主端子１０、１０における、側面２ｄとの固着端部近傍は封止樹脂４による封止工程にて封止されるが、先端部を含めてその他の部分は、パワーモジュール５４の筐体表面から外部へ突出する。   The main terminal 10 has a strip shape made of a conductive metal such as Cu, Al, or Fe, and its thickness is practically about 0.3 mm to 1 mm, for example. Such main terminals 10 are erected on the side surfaces 2d and 2d orthogonal to the side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1, 2-2, respectively. As a method of fixing the main terminal 10 and the side surface 2d, a high energy density joining means such as laser welding can be used. Further, the vicinity of the fixed end of the main terminals 10 and 10 with the side surface 2d is sealed by the sealing process with the sealing resin 4, but the other parts including the tip are the casing of the power module 54. Projects from the surface to the outside.

このように構成されるパワーモジュール５４では、上述したパワー半導体装置５３とは異なり、金属ブロック２−１，２−２の側面２ｃが露出したパワーモジュールの主面に、配線部材９を構成する必要はなくなる。よって、上述の実施の形態３のように、パワーモジュール５４の第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂに対向して冷却器７、７を設ける場合、第１主面５１ａ及び第２主面５１ｂと、冷却器７、７との間の熱抵抗を最小限にすることができる。したがって、実施の形態３の構成に比べて放熱性をより高めることができ、かつパワー半導体装置の小型化が可能である。   In the power module 54 configured as described above, unlike the power semiconductor device 53 described above, it is necessary to configure the wiring member 9 on the main surface of the power module where the side surfaces 2c of the metal blocks 2-1 and 2-2 are exposed. Will disappear. Therefore, when the coolers 7 and 7 are provided facing the first main surface 51a and the second main surface 51b of the power module 54 as in the third embodiment, the first main surface 51a and the second main surface are provided. The thermal resistance between 51b and the coolers 7, 7 can be minimized. Therefore, heat dissipation can be further improved as compared with the configuration of the third embodiment, and the power semiconductor device can be reduced in size.

実施の形態５．
図６には、本発明の実施の形態５におけるパワーモジュール５５が示されている。
上述の各実施形態におけるパワーモジュール５１、５２、５４では、一つのパワー素子１を有する構成であるが、本実施形態では、複数のパワー素子１を有するパワーモジュールの構成を有する。尚、図６では、２つのパワー素子１を有する場合を例示しているが、３以上のパワー素子１を有する場合についても本実施形態と同様に構成することができる。 Embodiment 5 FIG.
FIG. 6 shows a power module 55 according to the fifth embodiment of the present invention.
The power modules 51, 52, and 54 in each of the above-described embodiments have a configuration having one power element 1, but the present embodiment has a configuration of a power module having a plurality of power elements 1. In addition, in FIG. 6, although the case where it has two power elements 1 is illustrated, the case where it has three or more power elements 1 can also be comprised similarly to this embodiment.

複数のパワー素子１を設けるため、パワーモジュール５５の第１主面５５ａ及び第２主面５５ｂに沿う方向において、金属ブロック２−１と金属ブロック２−２との間に、さらに金属ブロック２−３を設ける。尚、金属ブロック２−１，２−２に関する構成は、上述の構成に同じであるので、ここでの説明は省略する。又、第１主面５５ａは、上述した第１主面５１ａに、第２主面５５ｂは、上述した第２主面５１ｂにそれぞれ対応するものであり、ここでの説明は省略する。したがって以下には、金属ブロック２−３について説明を行う。   In order to provide a plurality of power elements 1, in the direction along the first main surface 55a and the second main surface 55b of the power module 55, a metal block 2- is further provided between the metal block 2-1 and the metal block 2-2. 3 is provided. In addition, since the structure regarding the metal blocks 2-1 and 2-2 is the same as the above-mentioned structure, description here is abbreviate | omitted. The first main surface 55a corresponds to the first main surface 51a described above, and the second main surface 55b corresponds to the second main surface 51b described above, and the description thereof is omitted here. Therefore, the metal block 2-3 will be described below.

金属ブロック２−３は、金属ブロック２−１，２−２と同様にアルミニウムや銅などの、熱伝導率及び導電性の高い材料が用いられ、厚規定部２ａと、導電層３を介してパワー素子１を保持する保持部２ｂ−１、２ｂ−２とを有する。厚規定部２ａは、金属ブロック２−１，２−２における厚規定部２ａと同じ機能を有するものであり、ここでの詳しい説明は省略する。   As with the metal blocks 2-1 and 2-2, the metal block 2-3 is made of a material having high thermal conductivity and conductivity, such as aluminum and copper, and the thickness defining portion 2 a and the conductive layer 3 are interposed therebetween. It has holding parts 2b-1 and 2b-2 for holding the power element 1. The thickness defining portion 2a has the same function as the thickness defining portion 2a in the metal blocks 2-1, 2-2, and detailed description thereof is omitted here.

保持部２ｂ−１、２ｂ−２は、金属ブロック２−１，２−２における保持部２ｂに類似する部分であり、金属ブロック２−３の厚規定部２ａにおいて、パワーモジュール５５の厚み方向５１ｄでの両端部から、それぞれ、パワーモジュール５５の第１主面５５ａ及び第２主面５５ｂに沿う方向に、互いに逆方向へ突設される。つまり、図６に示すように、保持部２ｂ−１は、金属ブロック２−１，２−２と共に、パワーモジュール５５の第２主面５５ｂと同一面を形成するように、金属ブロック２−３の厚規定部２ａから、図示左側の金属ブロック２−１の方へ突設され、保持部２ｂ−２は、金属ブロック２−１，２−２と共に、パワーモジュール５５の第１主面５５ａと同一面を形成するように、金属ブロック２−３の厚規定部２ａから、図示右側の金属ブロック２−２の方へ突設されている。   The holding portions 2b-1 and 2b-2 are portions similar to the holding portion 2b in the metal blocks 2-1 and 2-2. In the thickness defining portion 2a of the metal block 2-3, the thickness direction 51d of the power module 55 is set. Are projected in opposite directions from each other in the direction along the first main surface 55a and the second main surface 55b of the power module 55, respectively. That is, as shown in FIG. 6, the holding portion 2 b-1 is formed with the metal blocks 2-1 and 2-2 so as to form the same surface as the second main surface 55 b of the power module 55. Projecting from the thickness defining portion 2a toward the left metal block 2-1, the holding portion 2b-2 is connected to the first main surface 55a of the power module 55 together with the metal blocks 2-1, 2-2. The metal block 2-3 protrudes from the thickness defining portion 2a of the metal block 2-3 toward the right metal block 2-2 so as to form the same surface.

このような構成により、金属ブロック２−３の保持部２ｂ−１と、金属ブロック２−１の保持部２ｂとの間には、導電層３、３を介して第１パワー素子１−１が配置され、金属ブロック２−３の保持部２ｂ−２と、金属ブロック２−２の保持部２ｂとの間には、導電層３、３を介して第２パワー素子１−２が配置される。   With such a configuration, the first power element 1-1 is interposed between the holding portion 2b-1 of the metal block 2-3 and the holding portion 2b of the metal block 2-1 via the conductive layers 3 and 3. The second power element 1-2 is disposed between the holding portion 2b-2 of the metal block 2-3 and the holding portion 2b of the metal block 2-2 via the conductive layers 3 and 3. .

このように構成されたパワーモジュール５５の回路図を図７に示す。これはコンバータ回路の１相分であり、例えば３相の商用電力に対しては、この回路を３つ備えることで交流直流の順変換ができるコンバータ回路が構成できる。尚、主端子１０は、図６では図示していないが、図５に示す構成と同様に、厚み方向５１ｄに直交する方向に沿って各金属ブロック２−１〜２−３の側面から突出させている。   FIG. 7 shows a circuit diagram of the power module 55 configured as described above. This is for one phase of the converter circuit. For example, for three-phase commercial power, a converter circuit capable of forward conversion of AC / DC can be configured by providing three of these circuits. Although not shown in FIG. 6, the main terminal 10 is protruded from the side surfaces of the metal blocks 2-1 to 2-3 along the direction orthogonal to the thickness direction 51d, as in the configuration shown in FIG. ing.

二つのパワー素子１−１，１−２は、異なる電圧で動作しており、お互いに絶縁性を確保し、かつ放熱性を確保した状態で用いることが必要である。   The two power elements 1-1 and 1-2 operate at different voltages, and need to be used in a state in which insulation is ensured and heat dissipation is ensured.

このようなパワーモジュール５５においても、実施の形態１におけるパワーモジュール５１が有する、パワー素子１の破壊が発生せず安定した生産が可能である、及び放熱性の向上、という上述の効果を奏することができる。さらに、上述のように２つのパワー素子１−１，１−２を異なる金属ブロック２−１〜２−３を用いて一体化したことで、回路をパワーモジュール５５の内部に構成でき、パワーモジュール５５を備えるパワー半導体装置の小型化が可能である。   Also in such a power module 55, the power module 51 in the first embodiment has the above-described effects that the power element 1 is not broken and can be stably produced, and the heat dissipation is improved. Can do. Further, as described above, by integrating the two power elements 1-1 and 1-2 using different metal blocks 2-1 to 2-3, the circuit can be configured inside the power module 55. The power semiconductor device including 55 can be downsized.

尚、本実施形態では３つの金属ブロック２−１〜２−３にて２つのパワー素子１−１，１−２を用いた例を示しているが、例えば６個のパワー素子を内蔵してもよく、様々な回路構成に対応できることは言うまでもない。   In this embodiment, two power elements 1-1 and 1-2 are used in the three metal blocks 2-1 to 2-3. However, for example, six power elements are incorporated. Needless to say, it can be applied to various circuit configurations.

またこの例ではコンバータ回路について示しているが、ＩＧＢＴとダイオードを備えたブリッジ回路で構成してもよい。この場合には、ゲート配線の追加が必要となる。ゲート配線は、パワー素子の表面電極および裏面電極と絶縁された状態で外部に引き出される。このとき、パワー素子表面のゲート電極と前記ゲート配線との配線には、はんだ付けやワイヤボンドが用いられる。ワイヤボンドの場合は金属ブロックに、前記ゲート電極がある方向から見て露出するような切り欠きを設け、その空間内で接合することができる。はんだ付けの場合はゲート配線を直接パワー素子の電極近傍に配置し、はんだ接合してもよい。ゲート電極の例について示したが、他の保護回路の電極への配線を更に備えてもよい。   In this example, a converter circuit is shown, but a bridge circuit including an IGBT and a diode may be used. In this case, it is necessary to add a gate wiring. The gate wiring is led out to the outside while being insulated from the front electrode and the back electrode of the power element. At this time, soldering or wire bonding is used for wiring between the gate electrode on the power element surface and the gate wiring. In the case of wire bonding, the metal block can be provided with a notch that is exposed when viewed from a certain direction, and can be joined within the space. In the case of soldering, the gate wiring may be arranged directly near the electrode of the power element and soldered. Although an example of the gate electrode has been described, wiring to the electrode of another protection circuit may be further provided.

実施の形態６．
図８には、本発明の実施の形態６におけるパワーモジュール５６が示されている。
パワーモジュール５６では、上述したように作製されるパワーモジュール５５に対して、金属ブロック２−１〜２−３の側面２ｃ、２ｃに絶縁層８、８を設けた構造を有する。本実施形態のパワーモジュール５６では、絶縁層１１、１１の表面がパワーモジュール５６の第１主面５６ａ及び第２主面５６ｂに相当する。 Embodiment 6 FIG.
FIG. 8 shows a power module 56 according to the sixth embodiment of the present invention.
The power module 56 has a structure in which the insulating layers 8 and 8 are provided on the side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 to 2-3 with respect to the power module 55 manufactured as described above. In the power module 56 of the present embodiment, the surfaces of the insulating layers 11 and 11 correspond to the first main surface 56 a and the second main surface 56 b of the power module 56.

絶縁層１１としては、セラミック板や絶縁樹脂などが挙げられる。セラミックの場合には、例えばアルミナや窒化アルミ、炭化珪素といった素材が、放熱性と絶縁性を兼ね備えた材料として挙げられる。例えば厚み０．３ｍｍ程度から１ｍｍ程度の絶縁板１１が利用できる。   Examples of the insulating layer 11 include a ceramic plate and an insulating resin. In the case of ceramic, for example, materials such as alumina, aluminum nitride, and silicon carbide are listed as materials having both heat dissipation and insulation properties. For example, an insulating plate 11 having a thickness of about 0.3 mm to about 1 mm can be used.

例えばＡｇＰｄ、ＡｇＰｔ、ＭｏＭｎなどの金属微粉末をガラスと一緒に練りこんだ印刷ペーストを所定箇所に印刷供給し、加熱炉で焼成することで、メタセラ基板と呼ばれる、半田付可能なセラミック板が得られる。このように作製された絶縁板１１を、半田等により金属ブロック２−１〜２−３の側面２ｃ、２ｃに固着することで、図８に示すようなパワーモジュール５６を構成可能である。   For example, a printing paste in which fine metal powders such as AgPd, AgPt, and MoMn are kneaded together with glass is supplied to a predetermined location and fired in a heating furnace to obtain a solderable ceramic plate called a metacera substrate. It is done. A power module 56 as shown in FIG. 8 can be configured by fixing the insulating plate 11 thus manufactured to the side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 to 2-3 with solder or the like.

パワーモジュール５６に備わるパワーモジュール５５では、実施の形態１におけるパワーモジュール５１が有する、パワー素子１の破壊が発生せず、安定した生産が可能であるという上述の効果を奏することができる。さらに、絶縁層１１を設けたパワーモジュール５６によれば、パワーモジュール５６の反りを低減できるという効果が得られる。
即ち、セラミックの線膨張係数は１０ｐｐｍ／℃以下であるのに対して、銅は１８ｐｐｍ／℃、アルミニウムは２３ｐｐｍ／℃であり、大きな隔たりがある。よって、バイメタル効果により、一般的には、パワー素子の発熱に応じてパワーモジュールには反りが発生する。 In the power module 55 provided in the power module 56, the power module 51 in the first embodiment has the above-described effect that the power element 1 is not broken and stable production is possible. Furthermore, according to the power module 56 provided with the insulating layer 11, the effect that the warpage of the power module 56 can be reduced is obtained.
That is, the linear expansion coefficient of ceramic is 10 ppm / ° C. or less, whereas copper is 18 ppm / ° C. and aluminum is 23 ppm / ° C., and there is a large gap. Therefore, the power module generally warps due to the heat generated by the power element due to the bimetal effect.

これに対し、本実施形態のパワーモジュール５６では、厚み方向５１ｄに直交する両側面に、およそ均等に絶縁層１１を備えたことで、反りを低減できる。一般的には、パワーモジュールの反りが大きくなると、冷却器とパワーモジュールとの固着界面に隙間が生じ、熱抵抗が増大するという不具合が生じるため、パワーモジュールの動作温度をあまり大きくできないという課題がある。しかしながら、本実施形態のパワーモジュール５６では、パワー素子１をおよそ中心部に配置し、かつパワー素子１から見て上下の厚みをほぼ均等にできる。このため、パワー素子１からの放熱経路の温度分布が上下でほぼ対称にでき、結果バランスが取れているので、パワーモジュール５６の反りを低減できる。例えばパワー素子１が片方の主面に偏っていると、温度分布がつき、パワー素子１が近い側の主面と反対側の主面との温度が異なってくるため、反りが発生しやすくなる。このようにパワー素子１をパワーモジュール５６の中心付近に配置することで、反りを低減できる。
よって、本実施形態のパワーモジュール５６では、動作温度を高くしても放熱性を維持できる。 On the other hand, in the power module 56 of the present embodiment, the warpage can be reduced by providing the insulating layers 11 approximately equally on both side surfaces orthogonal to the thickness direction 51d. In general, when the warpage of the power module increases, a gap occurs at the fixing interface between the cooler and the power module, resulting in a problem that the thermal resistance increases. is there. However, in the power module 56 of the present embodiment, the power element 1 can be arranged approximately in the center, and the upper and lower thicknesses can be made substantially equal when viewed from the power element 1. For this reason, the temperature distribution of the heat dissipation path from the power element 1 can be made substantially symmetrical up and down, and as a result the balance is achieved, the warpage of the power module 56 can be reduced. For example, if the power element 1 is biased to one main surface, a temperature distribution is generated, and the temperature of the main surface on the side closer to the power element 1 is different from that on the opposite main surface, so that warpage is likely to occur. . By arranging the power element 1 in the vicinity of the center of the power module 56 in this way, warpage can be reduced.
Therefore, in the power module 56 of this embodiment, heat dissipation can be maintained even when the operating temperature is increased.

又、本実施形態のパワーモジュール５６のように、絶縁層１１の内蔵化により、放熱面に溝などを形成せずとも所定の絶縁距離を確保できるという特徴がある。したがって、パワーモジュール５５における放熱面の利用率を向上させることができる。
又、本実施形態においてもパワーモジュール５５は図５に示す構成と同様に、主端子１０を金属ブロック２−１〜２−３の側面に固着している。よって、金属ブロック２−１〜２−３の放熱面である側面２ｃには、絶縁層１１のみを配すればよく、簡便かつ最大限に放熱性を高めることができる。 In addition, like the power module 56 of the present embodiment, the built-in insulating layer 11 has a feature that a predetermined insulating distance can be secured without forming a groove or the like on the heat radiating surface. Therefore, the utilization factor of the heat radiation surface in the power module 55 can be improved.
Also in the present embodiment, the power module 55 has the main terminal 10 fixed to the side surfaces of the metal blocks 2-1 to 2-3, as in the configuration shown in FIG. Therefore, only the insulating layer 11 may be disposed on the side surface 2c which is the heat radiating surface of the metal blocks 2-1 to 2-3, and the heat dissipation can be easily and maximally enhanced.

実施の形態７．
図９には、本発明の実施の形態７におけるパワーモジュール５７が示されている。
パワーモジュール５７では、実施の形態６にて説明したように作製されたパワーモジュール５６に対して、金属ブロック２−１〜２−３の側面２ｃ、２ｃに絶縁層１２、１２を設け、さらに絶縁層１２を覆って保護層１３、１３を設けた構造を有する。尚、本実施形態におけるパワーモジュール５７は、上述の実施形態６におけるパワーモジュール５６に保護層１３をさらに設けた構成に類似するが、パワーモジュール５６に備わる絶縁層１１に代えて絶縁層１２を有する。
保護層１３の表面は、当該パワーモジュール５７における第１主面５７ａ及び第２主面５７ｂを形成する。 Embodiment 7 FIG.
FIG. 9 shows a power module 57 according to Embodiment 7 of the present invention.
In the power module 57, the insulating layers 12 and 12 are provided on the side surfaces 2c and 2c of the metal blocks 2-1 to 2-3 with respect to the power module 56 manufactured as described in the sixth embodiment, and further insulated. The protective layer 13 or 13 is provided so as to cover the layer 12. The power module 57 in this embodiment is similar to the configuration in which the protective layer 13 is further provided in the power module 56 in the above-described sixth embodiment, but has the insulating layer 12 instead of the insulating layer 11 provided in the power module 56. .
The surface of the protective layer 13 forms a first main surface 57 a and a second main surface 57 b in the power module 57.

絶縁層１２は、本実施形態では、エポキシ系の熱硬化樹脂に、ＢＮ，ＡｌＮ，アルミナ、シリカなどの絶縁性フィラーを含有した、熱伝導率が数〜数十Ｗ／ｍＫの絶縁材料が実用化可能である。このような絶縁材料は、ロールｔｏロールタイプの生産設備で製造できるため、生産性が高いという利点がある。即ち、原料を混ぜて、ＰＥＴフィルムのようなシート材料上に供給し、巻き取りながら、一定の間隙のローラーを通すことで、一定膜厚の絶縁層を形成し、所定の形状にカットし、接着することで絶縁層を構成可能である。   In this embodiment, the insulating layer 12 is made of an insulating material having a thermal conductivity of several to several tens W / mK containing an insulating filler such as BN, AlN, alumina, or silica in an epoxy thermosetting resin. Is possible. Since such an insulating material can be manufactured with a roll-to-roll type production facility, it has an advantage of high productivity. That is, the raw materials are mixed, supplied onto a sheet material such as a PET film, and rolled up, passed through a roller with a constant gap, to form an insulating layer with a constant film thickness, cut into a predetermined shape, An insulating layer can be formed by bonding.

一方、上述のような絶縁材料は、湿気にさらされると絶縁性が低下するという問題を有する。これに対し本実施形態のパワーモジュール５７では、上記問題を解決するために、絶縁層１２がパワーモジュールの主面に露出しないように、絶縁層１２を覆い保護層１３を設けた。保護層１３として、本実施形態では、例えば銅箔やステンレス箔、アルミ箔などが使用可能である。   On the other hand, the insulating material as described above has a problem that the insulating property is lowered when exposed to moisture. On the other hand, in the power module 57 of this embodiment, in order to solve the above problem, the protective layer 13 is provided so as to cover the insulating layer 12 so that the insulating layer 12 is not exposed on the main surface of the power module. In the present embodiment, for example, copper foil, stainless steel foil, aluminum foil or the like can be used as the protective layer 13.

上述のような構成を有する本実施形態のパワーモジュール５７によれば、パワーモジュール５７に備わるパワーモジュール５５では、実施の形態１におけるパワーモジュール５１が有する、パワー素子１の破壊が発生せず、安定した生産が可能であるという上述の効果を奏することができる。さらに、保護層１３を設けたことで、絶縁層１２への水分の浸入を防止することができる。したがって、例えば屋外のような湿度が不安定な過酷な環境においても、本実施形態のパワーモジュール５７は、高い絶縁性を保証することができ、高い耐久性を実現可能である。   According to the power module 57 of the present embodiment having the above-described configuration, the power module 55 included in the power module 57 does not cause the destruction of the power element 1 included in the power module 51 of the first embodiment, and is stable. It is possible to achieve the above-described effect that production is possible. Furthermore, the provision of the protective layer 13 can prevent moisture from entering the insulating layer 12. Therefore, the power module 57 of the present embodiment can guarantee high insulation and can achieve high durability even in a severe environment where the humidity is unstable such as outdoors.

１ パワー素子、２−１、２−２ 金属ブロック、２ａ 厚規定部、
２ｂ 側面形成部、６ 溝、７ 冷却器、８ 絶縁層、１０ 主端子、
１１、１２ 絶縁層、１３ 保護層、
５１、５２ パワーモジュール、５１ａ 第１主面、５１ｂ 第２主面、
５３ パワー半導体装置、５４〜５７ パワーモジュール。 1 power element, 2-1, 2-2 metal block, 2a thickness defining part,
2b Side surface forming part, 6 grooves, 7 cooler, 8 insulating layer, 10 main terminals,
11, 12 insulating layer, 13 protective layer,
51, 52 power module, 51a first main surface, 51b second main surface,
53 power semiconductor device, 54-57 power module.

Claims (5)

動作により発熱する電力用半導体素子を内蔵し対向する２つの側面にて規定される厚みを有するパワーモジュールであって、
上記厚みと同じ高さを有する厚規定部と、上記側面を形成し上記厚規定部と一体的に成形される側面形成部とを一体的に成形して形成される金属ブロックを少なくとも一対備え、
上記一対の金属ブロックは、それぞれの上記側面形成部を対向させて配置され、これらの側面形成部を露出させることで上記対向する２つの上記側面を放熱面として形成し、上記電力用半導体素子は、対向する２つの上記側面形成部に挟まれて保持される、ことを特徴とするパワーモジュール。 A power module containing a power semiconductor element that generates heat by operation and having a thickness defined by two opposing side surfaces,
At least a pair of metal blocks formed by integrally forming a thickness defining portion having the same height as the thickness and a side surface forming portion formed integrally with the thickness defining portion and the side surface,
The pair of metal blocks are arranged so that the side surface forming portions are opposed to each other, the two side surfaces facing each other are formed as heat dissipation surfaces by exposing the side surface forming portions, and the power semiconductor element is A power module characterized by being sandwiched and held between two opposing side surface forming portions. 上記金属ブロックにおける上記側面に垂直な面に固定される外部端子をさらに備えた、請求項１記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 1, further comprising an external terminal fixed to a surface perpendicular to the side surface of the metal block. 上記金属ブロックにおける上記側面を覆う絶縁層をさらに備えた、請求項１又は２記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 1, further comprising an insulating layer covering the side surface of the metal block. 上記金属ブロックにおける上記側面を覆う絶縁層と、該絶縁層を覆う保護層とをさらに備えた、請求項１又は２記載のパワーモジュール。   The power module according to claim 1, further comprising an insulating layer that covers the side surface of the metal block, and a protective layer that covers the insulating layer. 請求項１から４のいずれか１項に記載のパワーモジュールを備えたことを特徴とするパワー半導体装置。   A power semiconductor device comprising the power module according to claim 1.
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