JP2017092056A - Power semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a power semiconductor device with a good insulation heat radiation property and a good productivity.SOLUTION: A power semiconductor device includes: a heat sink with a convex part; and a power semiconductor module that has an insulation member provided on a convex part upper surface of the convex part of the heat sink, a lead frame placed on the insulation member, a power semiconductor element placed on the lead frame, a mold resin provided in a state where the power semiconductor element and the lead frame are encapsulated, and a resin spacer provided between the mold resin and the insulation member in a state contacted between an outer periphery of the convex part upper surface of the heat sink and the lead frame. The power semiconductor module is connected with the heat sink via the insulation member kept at a constant thickness by means of the resin spacer.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、電力半導体装置に関するものであり、特に、非実装面側のリードフレームが一部露出したモールド封止型の電力半導体モジュールを搭載した電力半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device on which a mold-sealed power semiconductor module in which a lead frame on a non-mounting surface side is partially exposed is mounted.

電力半導体装置は、内部に配線パターン状に成形されたリードフレーム、スイッチング可能な電力半導体素子、これらを接続する接合部材からなる電力半導体モジュールと、電力半導体モジュールの発熱を外部に放出するヒートシンクなどの冷却器などから構成されている。一般に、電力半導体モジュールのリードフレームから成形された電極とヒートシンク間は、回路構成上絶縁する必要がある。また、電力半導体モジュールは、大電流が通電されたり、高速でスイッチングされたりすることで、その都度電力半導体素子内部で発熱損失が生じる。この際に、電力半導体素子で生じた熱は、電力半導体素子が許容温度以内となるように放熱される必要がある。電力半導体素子で生じた熱は、概してリードフレーム、絶縁部材、ヒートシンクの順に伝達され、ヒートシンクの放熱面から外部に排出される。このとき、電力半導体モジュールとヒートシンクとの間にある絶縁部材は、絶縁性能と放熱性能を両立する構成である必要がある。   The power semiconductor device includes a lead frame molded in a wiring pattern inside, a switchable power semiconductor element, a power semiconductor module composed of a joining member connecting them, and a heat sink that releases heat generated by the power semiconductor module to the outside. It consists of a cooler. In general, it is necessary to insulate the electrode formed from the lead frame of the power semiconductor module and the heat sink in view of the circuit configuration. Moreover, the power semiconductor module generates heat loss inside the power semiconductor element each time a large current is applied or is switched at high speed. At this time, the heat generated in the power semiconductor element needs to be dissipated so that the power semiconductor element is within an allowable temperature. Heat generated in the power semiconductor element is generally transmitted in the order of the lead frame, the insulating member, and the heat sink, and is discharged to the outside from the heat dissipation surface of the heat sink. At this time, the insulating member between the power semiconductor module and the heat sink needs to have a configuration that achieves both insulating performance and heat dissipation performance.

電力半導体モジュールの中でも、非実装面側のリードフレームが一部露出したモールド封止型の電力半導体モジュールにおいては、ヒートシンクとの間の絶縁部材は電力半導体モジュールおよびヒートシンクとは別の部材となっている。この絶縁部材の性能、形状の管理や、検査工程での試験などにより、絶縁放熱性の品質を確保する必要がある。この時に絶縁放熱性の品質ばらつきが大きいと製造時の歩留り低下などの原因となる。
例えば、特許文献１に示された従来の制御装置一体型回転電機に搭載された電力半導体装置においては、樹脂封止型の電力半導体モジュールのヒートシンク対向面にリードフレームが露出し、リードフレーム表面は樹脂突起が設けられ、絶縁層の最低厚さを確保することでモーターからの受熱を制限し、電力半導体素子の温度上昇を許容範囲以内とする構造が提案されている。 Among power semiconductor modules, in a mold-sealed power semiconductor module in which the lead frame on the non-mounting surface side is partially exposed, the insulating member between the heat sink and the power semiconductor module and the heat sink are separate members. Yes. It is necessary to ensure the quality of the insulation heat dissipation by managing the performance and shape of the insulating member, testing in the inspection process, and the like. At this time, if the quality variation of the insulation heat dissipation is large, it may cause a decrease in yield during manufacturing.
For example, in a power semiconductor device mounted on a conventional controller-integrated dynamoelectric machine disclosed in Patent Document 1, a lead frame is exposed on the heat sink facing surface of a resin-sealed power semiconductor module, and the surface of the lead frame is A structure has been proposed in which resin protrusions are provided and heat reception from the motor is limited by ensuring the minimum thickness of the insulating layer, so that the temperature rise of the power semiconductor element is within an allowable range.

特許第４９４２８２５号公報Japanese Patent No. 4942825

しかしながら、特許文献１に示されたものでは、露出したリードフレーム表面に設けられた樹脂突起は、リードフレーム間のすきまに充填されたモールド樹脂をヒートシンク側に延長させた構造であり、その設置位置が限定されてしまうか、または突起の位置に合せてリードフレームの形状を変更する必要がある。また、絶縁層に熱伝導用の高放熱フィラーなどを含有する接着剤などを使用する場合、樹脂突起の下にフィラーが配置され、不必要に絶縁層の厚みが増加することにより熱抵抗のばらつきが大きくなる。この場合、製品は熱抵抗のばらつき中の最大値で製品の性能を保障する必要があり、ヒートシンクの放熱性能やチップサイズなど構造制約の原因となる。   However, in the one shown in Patent Document 1, the resin protrusion provided on the exposed lead frame surface has a structure in which the mold resin filled in the gap between the lead frames is extended to the heat sink side, and its installation position Or the shape of the lead frame needs to be changed in accordance with the position of the protrusion. Also, when using an adhesive containing high heat dissipation filler for heat conduction in the insulating layer, the filler is placed under the resin protrusion, and the thickness of the insulating layer increases unnecessarily, resulting in variations in thermal resistance. Becomes larger. In this case, the product must guarantee the performance of the product with the maximum value among the variations in thermal resistance, which causes structural constraints such as heat dissipation performance of the heat sink and chip size.

この発明は、上述のような課題を解消するためになされたものであり、安定した絶縁性能と放熱性能、および製造歩留りの向上を実現可能とした電力半導体装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a power semiconductor device capable of realizing stable insulation performance, heat dissipation performance, and improvement in manufacturing yield.

この発明に係わる電力半導体装置は、凸部を有するヒートシンク、前記ヒートシンクの前記凸部の凸部上面に設けられた絶縁部材と、この絶縁部材上に載置されたリードフレームと、このリードフレーム上に搭載された電力半導体素子と、この電力半導体素子および前記リードフレームを封止した状態で設けられたモールド樹脂と、前記モールド樹脂と前記絶縁部材の間であってかつ前記ヒートシンクの前記凸部上面の外周と前記リードフレームとの間に接した状態で設けられた樹脂スペーサとを有する電力半導体モジュール、を備え、前記電力半導体モジュールは、前記樹脂スペーサにより一定の厚さに保持された前記絶縁部材を介して前記ヒートシンクと接続されているものである。   A power semiconductor device according to the present invention includes a heat sink having a convex portion, an insulating member provided on an upper surface of the convex portion of the convex portion of the heat sink, a lead frame placed on the insulating member, and a lead frame on the lead frame. A power semiconductor element mounted on the mold, a mold resin provided in a state in which the power semiconductor element and the lead frame are sealed, and an upper surface of the convex portion of the heat sink between the mold resin and the insulating member. A power semiconductor module having a resin spacer provided in contact with the outer periphery of the lead frame, the power semiconductor module being held at a constant thickness by the resin spacer It is connected to the heat sink via.

この発明による電力半導体装置は、電力半導体モジュールが樹脂スペーサにより一定の厚さに保持された絶縁部材を介してヒートシンクと接続されているので、リードフレームとヒートシンクの短絡を確実に防止するとともに、リードフレームとヒートシンク凸部との距離を一定に保持することができる。また、樹脂スペーサが実装面を封止するモールド樹脂と強固に接続されることで、製造時などの温度変化による熱応力で欠けたり脱落したりしない。この結果、絶縁性と放熱性を安定させ、設計制約が最小限となることで冷却器や電力半導体素子のサイズの不必要な大型化を防止するとともに、製造歩留りの低下を防止することができる。   In the power semiconductor device according to the present invention, since the power semiconductor module is connected to the heat sink via the insulating member held at a constant thickness by the resin spacer, the lead frame and the heat sink are reliably prevented from being short-circuited, and the lead The distance between the frame and the heat sink protrusion can be kept constant. In addition, since the resin spacer is firmly connected to the mold resin for sealing the mounting surface, the resin spacer is not chipped or dropped due to thermal stress due to temperature change during manufacturing or the like. As a result, it is possible to stabilize insulation and heat dissipation and minimize design constraints, thereby preventing an unnecessary increase in size of the cooler and power semiconductor element and preventing a decrease in manufacturing yield. .

この発明の実施の形態１における電力半導体装置の電力半導体モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the power semiconductor module of the power semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 図１における電力半導体モジュールのＡ−Ａ線の断面図である。It is sectional drawing of the AA line of the power semiconductor module in FIG. この発明の実施の形態１における電力半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electric power semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２における電力半導体装置を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the electric power semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２における別の電力半導体装置を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows another electric power semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３における電力半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electric power semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態３における電力半導体装置の電力半導体モジュールを示す平面図である。It is a top view which shows the power semiconductor module of the power semiconductor device in Embodiment 3 of this invention.

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。
なお、各図面中において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを示す。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力半導体装置の電力半導体モジュールを示す平面図である。また、図２は、図１における電力半導体モジュールのＡ−Ａ線の断面図である。さらにまた、図３は、この発明の実施の形態１における電力半導体装置を示す断面図であり、図２で示した電力半導体モジュールをヒートシンクと接合させた電力半導体装置である。ここで、図１は、電力半導体モジュールをリードフレームの非実装面側から見たときの平面図であり、電力半導体モジュールをヒートシンク側から見たときの平面図である。図１から図３に示すように、電力半導体装置１は、リードフレーム２、電力半導体素子３、配線部材４、接合部材５、モールド樹脂６から構成される電力半導体モジュール７が絶縁部材８を介してヒートシンク９に配置された構造を備えている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or equivalent.
Embodiment 1 FIG.
1 is a plan view showing a power semiconductor module of a power semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of the power semiconductor module in FIG. 3 is a cross-sectional view showing the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, which is a power semiconductor device in which the power semiconductor module shown in FIG. 2 is joined to a heat sink. Here, FIG. 1 is a plan view when the power semiconductor module is viewed from the non-mounting surface side of the lead frame, and is a plan view when the power semiconductor module is viewed from the heat sink side. As shown in FIGS. 1 to 3, the power semiconductor device 1 includes a power semiconductor module 7 including a lead frame 2, a power semiconductor element 3, a wiring member 4, a bonding member 5, and a mold resin 6 with an insulating member 8 interposed therebetween. And a structure disposed on the heat sink 9.

リードフレーム２は、電力半導体素子３の素子上面電極と配線部材４を介して接続する電極と、素子下面電極と導電性の接合部材５を介して接続する電極を備えている。リードフレーム２は金属製であり、たとえば、銅やアルミを基材とした合金を用いる。リードフレーム２は、板状の材料をエッチング加工や、プレス加工で配線パターン状に成型されており、リードフレーム２の表面に基材の金属が露出しているものも使用可能である。また、少なくとも一部にめっき処理をされているものも使用可能である。リードフレーム２は、片側（実装面側）に電力半導体素子３、導電性の接合部材５、配線部材４などが実装され、モールド樹脂６で包み込まれるように封止された後に、電気配線上不要な部分が除去される。これにより、電力半導体モジュール７内に回路を構成する。リードフレーム２のＮ電極以外の電極は、モールド樹脂６の側面から延出し、外部の導線と接続されることで、電力半導体装置１の回路を構成する。   The lead frame 2 includes an electrode connected to the element upper surface electrode of the power semiconductor element 3 via the wiring member 4, and an electrode connected to the element lower surface electrode via the conductive bonding member 5. The lead frame 2 is made of metal, for example, an alloy based on copper or aluminum is used. The lead frame 2 can be formed by etching a plate-like material into a wiring pattern by etching or pressing, and the base metal is exposed on the surface of the lead frame 2. Moreover, what has been plated at least in part can also be used. The lead frame 2 is unnecessary on the electric wiring after the power semiconductor element 3, the conductive bonding member 5, the wiring member 4, etc. are mounted on one side (mounting surface side) and sealed with the mold resin 6. Unnecessary parts are removed. As a result, a circuit is configured in the power semiconductor module 7. Electrodes other than the N electrode of the lead frame 2 extend from the side surface of the mold resin 6 and are connected to an external conducting wire to constitute a circuit of the power semiconductor device 1.

電力半導体素子３は、素子上面と素子裏面に、それぞれ素子上面電極と素子下面電極を備える。素子上下面電極は、それぞれ配線部材４と導電性の接合部材５によって、機械的、電気的に接続される。通電時の電流は、素子であるチップの厚さ方向に通過する。図１から図３においては、電力半導体素子３は一例としてＭＯＳＦＥＴを示したが、ＩＧＢＴにも適用可能である。ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴは、スイッチング可能な素子であり、素子上面に素子上面電極とは別の、ゲート部とゲート電極を備える。また、温度を検知する場合には、素子上面電極およびゲート電極とは別の検温ダイオード部と検温ダイオード電極を設ける。搭載する電力半導体素子３にゲート電極や検温ダイオード電極を搭載するとき、この発明の実施の形態１で示すように、電力半導体装置１は、ゲート電極と電気的に接続するリードフレーム２の一部で構成されたゲート電極や、検温ダイオード電極に電気的に接続するリードフレーム２の一部で構成された検温ダイオード電極を搭載する。ゲート電極、検温ダイオード電極は、それぞれリードフレーム２のゲート電極と検温ダイオード電極などの信号電極にワイヤボンドで接続される。電力半導体素子３の材料としては、Ｓｉのみならず、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＧａＮ、ＧａＡｓなどを用いて作製したものも使用可能である。また電力半導体素子３の素子上面電極は、Ｎｉめっき層などのはんだ付けできる仕様に備える。   The power semiconductor element 3 includes an element upper surface electrode and an element lower surface electrode on the element upper surface and the element rear surface, respectively. The upper and lower electrodes of the element are mechanically and electrically connected by the wiring member 4 and the conductive bonding member 5, respectively. The current during energization passes in the thickness direction of the chip, which is an element. In FIG. 1 to FIG. 3, the power semiconductor element 3 is shown as a MOSFET as an example, but it can also be applied to an IGBT. A MOSFET or IGBT is a switchable element, and includes a gate portion and a gate electrode, which are different from the element upper surface electrode, on the upper surface of the element. Further, when detecting the temperature, a temperature detecting diode portion and a temperature detecting diode electrode different from the element upper surface electrode and the gate electrode are provided. When a gate electrode or a temperature detection diode electrode is mounted on the power semiconductor element 3 to be mounted, as shown in the first embodiment of the present invention, the power semiconductor device 1 includes a part of the lead frame 2 that is electrically connected to the gate electrode. And a temperature detection diode electrode constituted by a part of the lead frame 2 electrically connected to the temperature detection diode electrode. The gate electrode and the temperature detecting diode electrode are connected to the gate electrode of the lead frame 2 and the signal electrode such as the temperature detecting diode electrode by wire bonds, respectively. As the material of the power semiconductor element 3, not only Si but also one produced using SiC, SiN, GaN, GaAs, or the like can be used. Moreover, the element upper surface electrode of the power semiconductor element 3 is provided with a specification that can be soldered such as a Ni plating layer.

配線部材４は、素子上面電極とリードフレーム２から構成される電極を接続する。図１から図３に示したように、金属板状の配線部材４であるインナーリードを用いる場合は、インナーリードと素子上面電極の間、インナーリードと電極の間は、導電性の接合部材５を介して接合される。配線部材４は、モールド樹脂６内部に包括されるように配置されており、製造時に外部から配線部材４を支える部分をもたない。導電性の接合部材５を介して接続される部分同士をつなぐ配線部材４の胴体部は、接続される部分よりもリードフレーム２から離れる方向に変形している。配線部材４の胴体部の断面積は、通電する電流の量によって決められる。また、実施の形態１では、一例として金属板状の配線部材４を示したが、ワイヤボンドなどの金属線材を用いても良い。
接合部材５は、素子上面電極と配線部材４の間、配線部材４とリードフレーム２の間に配置される。素子上面電極と配線部材４の間の導電性の接合部材５には、はんだを用いるが、導電性ペーストなどの微細な金属フィラーと樹脂のコンポジット材を用いても良い。 The wiring member 4 connects an electrode composed of the element upper surface electrode and the lead frame 2. As shown in FIG. 1 to FIG. 3, when using an inner lead that is a metal plate-like wiring member 4, a conductive bonding member 5 is provided between the inner lead and the element upper surface electrode and between the inner lead and the electrode. It is joined via. The wiring member 4 is disposed so as to be included in the mold resin 6 and does not have a portion that supports the wiring member 4 from the outside during manufacture. The body part of the wiring member 4 that connects the parts connected via the conductive bonding member 5 is deformed in a direction away from the lead frame 2 rather than the connected part. The cross-sectional area of the body portion of the wiring member 4 is determined by the amount of current to be applied. Moreover, in Embodiment 1, although the metal plate-shaped wiring member 4 was shown as an example, you may use metal wires, such as a wire bond.
The bonding member 5 is disposed between the element upper surface electrode and the wiring member 4 and between the wiring member 4 and the lead frame 2. Solder is used for the conductive bonding member 5 between the element upper surface electrode and the wiring member 4, but a fine metal filler such as a conductive paste and a resin composite material may be used.

モールド樹脂６は、リードフレーム２と、電力半導体素子３と、導電性の接合部材５と、配線部材４を包み込むように配置されることで実装面を封止する。また、モールド樹脂６は、リードフレーム２上に上述した各種構成部材を実装した後に、トランスファー成形により設置される。モールド樹脂６は、例えばエポキシ樹脂系の樹脂である。さらにまた、モールド樹脂６は、絶縁性のフィラー材を含んでおり、電力半導体素子３で生じた発熱を外部に熱伝導により伝達する。
図１に示すように、電力半導体モジュール７は、リードフレーム２の主表面である実装面側に電力半導体素子３を搭載する電力半導体素子搭載部１４を備えている。リードフレーム２の電力半導体素子３の実装面とは反対側の非実装面側、すなわちヒートシンク９との対向面側にリードフレーム２が露出した第１の対向面１０を備えている。ここで、第１の対向面１０は、角部を有する矩形であり、図１において点線で図示した領域である。また、電力半導体モジュール７には、第１の対向面１０を取り囲むように配置され、モールド樹脂６で形成された第２の対向面１１が形成されている。図２に示すように、第２の対向面１１はモールド樹脂６で形成されたＣからＢ（ＢからＣ）の面である。また、第１の対向面１０は、第２の対向面１１で取り囲まれたＢからＢの面である。モールド樹脂６により封止された後に、リードフレーム２の不要な部分は切り落され、リードフレーム２のモールド樹脂６からの延出部を曲げることによって電力半導体モジュール７が構成される。 The mold resin 6 is disposed so as to wrap the lead frame 2, the power semiconductor element 3, the conductive bonding member 5, and the wiring member 4, thereby sealing the mounting surface. The mold resin 6 is installed by transfer molding after mounting the above-described various components on the lead frame 2. The mold resin 6 is, for example, an epoxy resin resin. Further, the mold resin 6 includes an insulating filler material, and transmits heat generated in the power semiconductor element 3 to the outside by heat conduction.
As shown in FIG. 1, the power semiconductor module 7 includes a power semiconductor element mounting portion 14 that mounts the power semiconductor element 3 on the mounting surface side that is the main surface of the lead frame 2. A first facing surface 10 with the lead frame 2 exposed is provided on the non-mounting surface side opposite to the mounting surface of the power semiconductor element 3 of the lead frame 2, that is, on the facing surface side with respect to the heat sink 9. Here, the 1st opposing surface 10 is a rectangle which has a corner | angular part, and is an area | region illustrated with the dotted line in FIG. Further, the power semiconductor module 7 is provided with a second facing surface 11 that is disposed so as to surround the first facing surface 10 and is formed of the mold resin 6. As shown in FIG. 2, the second facing surface 11 is a surface from C to B (B to C) formed of the mold resin 6. The first facing surface 10 is a surface from B to B surrounded by the second facing surface 11. After sealing with the mold resin 6, unnecessary portions of the lead frame 2 are cut off, and the power semiconductor module 7 is configured by bending the extension portion of the lead frame 2 from the mold resin 6.

図３に示すように、絶縁部材８は、電力半導体モジュール７の第１の対向面１０の略全面と、第２の対向面１１の一部とヒートシンク９の凸部１２の間に配置される。これにより、電力半導体モジュール７で生じた発熱が、絶縁部材８を介してヒートシンク９へ伝達し、ヒートシンク９から外部へ排出される。このとき、絶縁部材８の厚さを薄くすることで、第１の対向面１０とヒートシンク９との距離を短くし、熱抵抗を小さくすることで放熱性を向上できる。また、電力半導体モジュール７のリードフレーム２から形成された電極は、絶縁部材８とモールド樹脂６でヒートシンク９から絶縁されおり、電力半導体モジュール７は、単品で耐圧検査が可能となる。   As shown in FIG. 3, the insulating member 8 is disposed between substantially the entire first facing surface 10 of the power semiconductor module 7, a part of the second facing surface 11, and the convex portion 12 of the heat sink 9. . Thereby, the heat generated in the power semiconductor module 7 is transmitted to the heat sink 9 via the insulating member 8 and is discharged from the heat sink 9 to the outside. At this time, by reducing the thickness of the insulating member 8, the distance between the first facing surface 10 and the heat sink 9 can be shortened, and the heat resistance can be reduced by reducing the thermal resistance. Moreover, the electrode formed from the lead frame 2 of the power semiconductor module 7 is insulated from the heat sink 9 by the insulating member 8 and the mold resin 6, and the power semiconductor module 7 can be subjected to a pressure resistance test as a single product.

ヒートシンク９は、Ａｌもしくは銅などの金属を基材にした合金を、鋳造、鍛造、板金加工、切削加工などで加工して構成される。ヒートシンク９は、強制空冷用であり、電力半導体モジュール７の搭載面の反対側には放熱フィン（図示なし）などの面積拡大機構を備える。ヒートシンク９は、凸形状を有しており、ヒートシンク９の凸部１２の凸部上面に電力半導体モジュール７が搭載される。電力半導体モジュール７の搭載部である凸部上面は、電力半導体モジュール７の第２の対向面に収まるような凸形状を有している。また、凸部上面は平面を有している。これにより、電力半導体モジュール７の外周から突出した電極とヒートシンク９との絶縁距離を確保可能となる。また、電力半導体モジュール７がヒートシンク９上に搭載完了した時に、第２の対向面１１とヒートシンク９の凸部１２の外周面とは接しない寸法関係になっている。   The heat sink 9 is formed by processing an alloy based on a metal such as Al or copper by casting, forging, sheet metal processing, cutting, or the like. The heat sink 9 is for forced air cooling, and includes an area expansion mechanism such as a heat radiating fin (not shown) on the opposite side of the mounting surface of the power semiconductor module 7. The heat sink 9 has a convex shape, and the power semiconductor module 7 is mounted on the upper surface of the convex portion of the convex portion 12 of the heat sink 9. The upper surface of the convex portion, which is the mounting portion of the power semiconductor module 7, has a convex shape that fits on the second facing surface of the power semiconductor module 7. Moreover, the convex part upper surface has a plane. Thereby, the insulation distance between the electrode protruding from the outer periphery of the power semiconductor module 7 and the heat sink 9 can be secured. Further, when the mounting of the power semiconductor module 7 on the heat sink 9 is completed, the second facing surface 11 and the outer peripheral surface of the convex portion 12 of the heat sink 9 are in a dimensional relationship.

図１に示すように、電力半導体モジュール７は、電力半導体素子３が実装されていないリードフレーム２の非実装面側を露出させた第１の対向面１０とこの第１の対向面１０を取り囲むように非実装面側にモールド樹脂６により形成された第２の対向面１１とを有している。また、第１の対向面１０上の外周にはモールド樹脂６で形成された樹脂スペーサ１３を３個以上備えている。また、３個の樹脂スペーサ１３の内、少なくとも１個以上は角部の樹脂スペーサ１３であり、少なくとも第２の対向面１１のモールド樹脂６側面と２面以上接続されている。また、角部以外の樹脂スペーサ１３は、リードフレーム２間に充填されたモールド樹脂６と第２の対向面１１のモールド樹脂６の側面との２面以上を接続している。ヒートシンク９は電力半導体モジュール７を搭載する部分に凸部１２を備え、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の外周は当接し、第１の対向面１０とヒートシンク９の凸部１２の間には絶縁部材８が配置されている。樹脂スペーサ１３は、モールド樹脂６と同一の材料から形成された、例えばエポキシ樹脂系の樹脂である。   As shown in FIG. 1, the power semiconductor module 7 surrounds the first facing surface 10 that exposes the non-mounting surface side of the lead frame 2 on which the power semiconductor element 3 is not mounted, and the first facing surface 10. Thus, it has the 2nd opposing surface 11 formed of the mold resin 6 in the non-mounting surface side. Further, three or more resin spacers 13 formed of the mold resin 6 are provided on the outer periphery on the first facing surface 10. Further, at least one of the three resin spacers 13 is a corner resin spacer 13 and is connected to at least two sides of the mold resin 6 on the second facing surface 11. The resin spacers 13 other than the corners connect two or more surfaces of the mold resin 6 filled between the lead frames 2 and the side surface of the mold resin 6 of the second facing surface 11. The heat sink 9 is provided with a convex portion 12 on the portion where the power semiconductor module 7 is mounted, the outer periphery of the resin spacer 13 and the convex portion 12 of the heat sink 9 abut, and between the first facing surface 10 and the convex portion 12 of the heat sink 9. Is provided with an insulating member 8. The resin spacer 13 is made of the same material as the mold resin 6 and is, for example, an epoxy resin resin.

上述のような構造とすることで、電力半導体モジュール７の第１の対向面１０とヒートシンク９の距離を一定に保持し、絶縁部材８で満たすことで、絶縁性と放熱性を安定させ設計制約を最小限にすることで、冷却器であるヒートシンク９や電力半導体素子３などが適切な形状を選択可能となる。また、第１の対向面１０の外周部に３点以上の樹脂スペーサ１３を設けることで、リードフレーム２とヒートシンク９の短絡を確実に防止する。さらに、角部のリードフレーム２間に充填されたモールド樹脂６と接続されない樹脂スペーサ１３を第２の対向面１１のモールド樹脂６の側面と接続させる。また、角部以外の樹脂スペーサ１３は、リードフレーム２間に充填されたモールド樹脂６と第２の対向面１１のモールド樹脂６の側面との２面に接続している。このように、樹脂スペーサ１３は、モールド樹脂６と２面以上接続していることで、電力半導体モジュール７との接着力が強く、製造時に電力半導体モジュール７に加わる温度変化などに起因した熱応力による樹脂スペーサ１３の脱落を防止し、製造歩留りの低下を防止する。また、上述のような構造をとることで、第１の対向面１０の外周部の任意の位置に樹脂スペーサ１３を設置可能となり、電力半導体モジュール７がヒートシンク９の凸部１２の凸部上面に安定した状態で配置可能となる。   By adopting the structure as described above, the distance between the first facing surface 10 of the power semiconductor module 7 and the heat sink 9 is kept constant and filled with the insulating member 8, thereby stabilizing the insulation and heat dissipation and design constraints. By minimizing the above, it is possible to select an appropriate shape for the heat sink 9 and the power semiconductor element 3 that are the coolers. In addition, by providing three or more resin spacers 13 on the outer periphery of the first facing surface 10, a short circuit between the lead frame 2 and the heat sink 9 can be reliably prevented. Further, a resin spacer 13 that is not connected to the mold resin 6 filled between the lead frames 2 at the corners is connected to the side surface of the mold resin 6 on the second facing surface 11. Further, the resin spacers 13 other than the corners are connected to two surfaces of the mold resin 6 filled between the lead frames 2 and the side surface of the mold resin 6 of the second facing surface 11. Thus, since the resin spacer 13 is connected to the mold resin 6 on two or more surfaces, the adhesive force with the power semiconductor module 7 is strong, and thermal stress caused by temperature change applied to the power semiconductor module 7 during manufacturing is caused. This prevents the resin spacer 13 from falling off and prevents the production yield from decreasing. Further, by adopting the above-described structure, the resin spacer 13 can be installed at an arbitrary position on the outer peripheral portion of the first facing surface 10, and the power semiconductor module 7 is placed on the upper surface of the convex portion 12 of the convex portion 12 of the heat sink 9. Arrangement is possible in a stable state.

また、電力半導体モジュール７の第１の対向面１０に設置された角部の樹脂スペーサ１３は、第２の対向面１１のモールド樹脂６の側面と接続された２面の両端を直線で結んだ略三角形形状を備える。これにより、第２の対向面１１のモールド樹脂６の側面と接続しない１面以外をモールド樹脂６で接続保持することで、製造時の温度変化などの応力が生じた場合でも樹脂スペーサ１３に応力が集中しなくなり、脱落や欠けが生じることを防止できる。この結果、製造時の歩留り低下を防止できる。また、樹脂スペーサ１３が第１の対向面１０の角部に配置されていることで、絶縁部材８の角部の形状は９０°以上の鈍角となる。樹脂スペーサ１３がない場合、絶縁部材８の角部の形状は略９０°の形状となる。電力半導体モジュール７がヒートシンク９に固定され、電力半導体装置１が完成した後に、温度変化が作用した場合に絶縁部材８で生じる熱応力は、コーナー部で高くなることが知られている。この発明の実施の形態１における構造では、コーナー部を鈍角とすることから絶縁部材８のクラック進展などに対する信頼性を向上できる。このことから過酷な環境温度下で使用される場合でも信頼性を確保可能となり、信頼性を向上させるための追加部材などを必要とせずコストアップを回避できる。   In addition, the resin spacer 13 at the corner portion installed on the first facing surface 10 of the power semiconductor module 7 connects both ends of the two surfaces connected to the side surface of the mold resin 6 of the second facing surface 11 with a straight line. It has a substantially triangular shape. As a result, the resin spacer 13 is stressed even when a stress such as a temperature change occurs during manufacturing by connecting and holding the mold resin 6 except for one surface not connected to the side surface of the mold resin 6 of the second facing surface 11. Can be prevented from falling off and chipping. As a result, it is possible to prevent a decrease in yield during manufacturing. Moreover, since the resin spacer 13 is disposed at the corner of the first facing surface 10, the shape of the corner of the insulating member 8 becomes an obtuse angle of 90 ° or more. When the resin spacer 13 is not provided, the shape of the corner of the insulating member 8 is approximately 90 °. It is known that the thermal stress generated in the insulating member 8 when the temperature change is applied after the power semiconductor module 7 is fixed to the heat sink 9 and the power semiconductor device 1 is completed increases at the corners. In the structure according to the first embodiment of the present invention, since the corner portion has an obtuse angle, it is possible to improve the reliability with respect to the crack progress of the insulating member 8. This makes it possible to ensure reliability even when used under harsh environmental temperatures, avoiding an increase in cost without requiring an additional member for improving reliability.

絶縁部材８は、絶縁性の高放熱フィラー材を含有する熱伝導率が１Ｗ／ｍｋ以上の高放熱絶縁接着剤で構成される。これにより、放熱性と絶縁性を確保しつつ、電力半導体モジュール７を固定できる。また、電力半導体モジュール７の裏面をモールド樹脂６で封止した電力半導体装置１よりも、熱伝導率がよい絶縁放熱接着剤を使用することで放熱性を向上させられる。さらに、絶縁性の高放熱フィラーを含有した接着剤は、絶縁性フィラーを含有しない接着剤に比べて、高い熱伝導率を実現でき絶縁性を確保しながら熱抵抗の小さい絶縁部材８を構成可能となる。また、電力半導体モジュール７に作用する電圧の高さに応じて絶縁部材８を厚くする場合に、絶縁性フィラーを含有する接着剤では熱伝導率が高いため、熱抵抗の増大を防止できる。この結果、電力半導体モジュール７のサイズを増大させることを回避でき、不必要なコストアップを防止できる。
以上のように、上述の構成とすることで、安定した絶縁放熱性能と製造歩留りを実現する電力半導体装置１を得ることが可能となる。 The insulating member 8 is composed of a high heat dissipation insulating adhesive having an insulating high heat dissipation filler material and a thermal conductivity of 1 W / mk or more. Thereby, the power semiconductor module 7 can be fixed while ensuring heat dissipation and insulation. Moreover, heat dissipation can be improved by using an insulating heat dissipation adhesive having better thermal conductivity than the power semiconductor device 1 in which the back surface of the power semiconductor module 7 is sealed with the mold resin 6. Furthermore, an adhesive containing an insulating high heat dissipation filler can realize a higher thermal conductivity than an adhesive not containing an insulating filler, and can constitute an insulating member 8 having a low thermal resistance while ensuring insulation. It becomes. Further, when the insulating member 8 is thickened according to the level of the voltage acting on the power semiconductor module 7, the adhesive containing the insulating filler has a high thermal conductivity, so that an increase in thermal resistance can be prevented. As a result, it is possible to avoid increasing the size of the power semiconductor module 7 and to prevent unnecessary cost increase.
As described above, with the above-described configuration, it is possible to obtain the power semiconductor device 1 that realizes stable insulating heat dissipation performance and manufacturing yield.

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における電力半導体装置を示す拡大断面図である。図４に示すように、この発明の実施の形態２における電力半導体装置１は、さらに過酷な熱応力が樹脂スペーサ１３に作用する場合でも樹脂スペーサ１３の脱落を回避できるような構造を備えている。図４に示すように、電力半導体モジュール７の第１の対向面１０に設置された角部の樹脂スペーサ１３が配置される部分のリードフレーム２には、貫通穴１５が形成されている。貫通穴１５は、リードフレーム２の主表面（電力半導体素子３の実装面）から裏面（電力半導体素子３の非実装面）まで貫通されており、モールド樹脂６によって充填されている。また、貫通穴１５に充填されたモールド樹脂６と樹脂スペーサ１３は接続されている。リードフレーム２の貫通穴１５に充填されたモールド樹脂６と樹脂スペーサ１３が接続されることで、樹脂スペーサ１３の固定をさらに強固にでき、過酷な製造環境でも樹脂スペーサ１３の脱落を防止できる。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, power semiconductor device 1 according to the second embodiment of the present invention has a structure that can prevent resin spacer 13 from falling off even when severer thermal stress acts on resin spacer 13. . As shown in FIG. 4, a through hole 15 is formed in a portion of the lead frame 2 where a corner resin spacer 13 disposed on the first facing surface 10 of the power semiconductor module 7 is disposed. The through hole 15 penetrates from the main surface (mounting surface of the power semiconductor element 3) to the back surface (non-mounting surface of the power semiconductor element 3) of the lead frame 2 and is filled with the mold resin 6. Further, the mold resin 6 filled in the through hole 15 and the resin spacer 13 are connected. By connecting the mold resin 6 filled in the through hole 15 of the lead frame 2 and the resin spacer 13, the resin spacer 13 can be more firmly fixed, and the resin spacer 13 can be prevented from dropping even in a harsh manufacturing environment.

また、図５は、この発明の実施の形態２における別の電力半導体装置を示す拡大断面図である。リードフレーム２は、素地のＣｕの表面にＮｉめっきが施されている。図５に示すように、角部の樹脂スペーサ１３が配置される部分に対応したリードフレーム２には、プレス加工によりせん断加工のような段差（プレス加工による突起２０）が設けられている。段差の側面は、リードフレーム２の母材である銅が露出しており、Ｃｕ素地露出面１７を有している。そして、Ｃｕ素地露出面１７と角部の樹脂スペーサ１３は接している。Ｎｉめっき面は、モールド樹脂６および樹脂スペーサ１３を形成するモールド樹脂６との密着力が比較的弱いため、樹脂スペーサ１３の脱落などが起きる可能性もある。しかし、プレス加工によりＮｉめっき面がはがれ、それに伴い露出されることで形成されたＣｕ素地露出面１７は、Ｎｉめっき面よりもモールド樹脂６との接着力が強い。よって、樹脂スペーサ１３の脱落をさらに防止することができる。これにより、製造歩留り悪化を防止することができる。   FIG. 5 is an enlarged sectional view showing another power semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. The lead frame 2 has Ni plating applied to the surface of the base Cu. As shown in FIG. 5, the lead frame 2 corresponding to the portion where the resin spacers 13 at the corners are disposed is provided with a level difference (protrusion 20 by pressing) such as shearing by pressing. On the side surface of the step, copper that is the base material of the lead frame 2 is exposed and has a Cu base exposed surface 17. The Cu substrate exposed surface 17 and the corner resin spacer 13 are in contact with each other. Since the Ni plating surface has a relatively weak adhesion with the mold resin 6 and the mold resin 6 forming the resin spacer 13, the resin spacer 13 may drop off. However, the Ni-plated surface is peeled off by press working, and the Cu base exposed surface 17 formed by being exposed therewith has a stronger adhesive force with the mold resin 6 than the Ni-plated surface. Therefore, the resin spacer 13 can be further prevented from falling off. Thereby, a manufacturing yield deterioration can be prevented.

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３における電力半導体装置を示す断面図である。また、図７は、この発明の実施の形態３における電力半導体装置の電力半導体モジュールを示す平面図である。図６は、電力半導体モジュール７とヒートシンク９を接合する前の電力半導体装置１の状態を示しており、電力半導体装置１の製造方法を模式的に示す断面図である。また、図７は、この発明の実施の形態３における電力半導体モジュールのリードフレームの非実装面側を模式的に示す平面図である。実施の形態３において、電力半導体装置１のヒートシンク９の凸部１２の１辺の長さと、その凸部１２の１辺の長さと平行に位置する第１の対向面１０の１辺の長さの差は、絶縁部材８の厚さの２倍以上となる寸法構成を備える。実施の形態３における絶縁部材８は、絶縁性の接着剤１６により形成される。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 is a cross sectional view showing a power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view showing a power semiconductor module of the power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a state of the power semiconductor device 1 before joining the power semiconductor module 7 and the heat sink 9, and is a cross-sectional view schematically showing a method for manufacturing the power semiconductor device 1. FIG. 7 is a plan view schematically showing the non-mounting surface side of the lead frame of the power semiconductor module according to Embodiment 3 of the present invention. In the third embodiment, the length of one side of the convex portion 12 of the heat sink 9 of the power semiconductor device 1 and the length of one side of the first facing surface 10 positioned parallel to the length of one side of the convex portion 12 are described. The difference is provided with a dimensional configuration that is twice or more the thickness of the insulating member 8. Insulating member 8 in the third embodiment is formed of insulating adhesive 16.

また、ヒートシンク９の凸部１２の電力半導体モジュール７との対向面は球面上の凹みを有し、製造時には凹みの中央に絶縁性の接着剤１６を滴下し、電力半導体モジュール７を上から矢印方向に加圧固定する。この際、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の外周部１９が接触し、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の当接部には、絶縁部材８が配置されない、もしくは絶縁部材８に含まれるフィラーを除いた接着剤成分のみが配置される。これは、ヒートシンク９の凸部１２が球状の凹みを備え、滴下された絶縁性の接着剤１６が、電力半導体モジュール７が加圧されるとともに押し広げられる際に、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２のすきまが小さくなり、接着剤１６が広がる際の流路としての流路抵抗が大きくなるため、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の間に入り込むことを回避できる。または、数μから百数十μｍ程度の高放熱フィラーは、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の間に侵入せず、樹脂成分のみが侵入した状態となる。図７に示すように、電力半導体モジュール７は、第１の対向面１０内にフィラー分布領域１８を有しており、点線で示した領域にヒートシンク９が接合される。   Further, the surface of the convex portion 12 of the heat sink 9 facing the power semiconductor module 7 has a spherical recess, and an insulating adhesive 16 is dropped on the center of the recess at the time of manufacture, and the power semiconductor module 7 is moved from the top to the arrow. Press and fix in the direction. At this time, the resin spacer 13 and the outer peripheral portion 19 of the convex portion 12 of the heat sink 9 are in contact with each other, and the insulating member 8 is not disposed at the contact portion between the resin spacer 13 and the convex portion 12 of the heat sink 9, or Only the adhesive component excluding the filler contained is placed. This is because the convex portion 12 of the heat sink 9 has a spherical recess, and the dropped insulating adhesive 16 is pressed between the resin spacer 13 and the heat sink 9 when the power semiconductor module 7 is pressed and spread. Since the clearance between the protrusions 12 is reduced and the flow path resistance as a flow path when the adhesive 16 spreads is increased, the gap between the resin spacer 13 and the protrusions 12 of the heat sink 9 can be avoided. Alternatively, the high heat dissipation filler of about several μ to several tens of μm does not enter between the resin spacer 13 and the convex portion 12 of the heat sink 9, and only the resin component enters. As shown in FIG. 7, the power semiconductor module 7 has a filler distribution region 18 in the first facing surface 10, and the heat sink 9 is joined to the region indicated by the dotted line.

上述の構造をとることで、製造時に接着剤１６を滴下した際に、高放熱接着剤がヒートシンク９の凸部１２上の中央に保持されるようになり、粘度が低い接着剤１６を使用可能となり、より広いバリエーションの樹脂を選定できる。さらに、ヒートシンク９の凸部１２と第１の対向面１０との幅方向のクリアランスが絶縁部材８の厚さの２倍以上確保されることで、電力半導体モジュール７がヒートシンク９の凸部１２に加圧される過程で、溢れた絶縁放熱接着剤が樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２のすきまからヒートシンク９の凸部１２の側面へ優先的に排出されるようになり、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の間に絶縁性の接着剤１６のフィラーが配置されるのを防ぐことで、絶縁部材８の厚さが均一化され放熱性ばらつきが小さくなり、絶縁部材８の信頼性も安定する。   By adopting the above-described structure, when the adhesive 16 is dropped at the time of manufacture, the high heat dissipation adhesive is held at the center on the convex portion 12 of the heat sink 9, and the adhesive 16 having a low viscosity can be used. Therefore, a wider variety of resins can be selected. Furthermore, since the clearance in the width direction between the convex portion 12 of the heat sink 9 and the first facing surface 10 is secured at least twice the thickness of the insulating member 8, the power semiconductor module 7 is formed on the convex portion 12 of the heat sink 9. In the process of being pressurized, the overflowing insulating heat radiation adhesive is discharged preferentially from the gap between the resin spacer 13 and the convex portion 12 of the heat sink 9 to the side surface of the convex portion 12 of the heat sink 9. By preventing the filler of the insulating adhesive 16 from being disposed between the convex portions 12 of the heat sink 9, the thickness of the insulating member 8 is made uniform and the heat dissipation variation is reduced, and the reliability of the insulating member 8 is reduced. Is also stable.

また、電力半導体装置１は、電力半導体モジュール７が１つのヒートシンク９の複数の凸部１２の凸部上面に複数個搭載され、モータージェネレータなどの車載用機器のモーター駆動もしくは整流用の三相交流回路を構成することができる。たとえば、モータージェネレータでは、電力半導体モジュール７に作用する電圧は数十Ｖ程度であり、この発明の実施の形態３の構成を使用することで絶縁部材８の厚みを小さく設定でき、厚みばらつきも小さくできるため高い絶縁放熱性を実現できる。また、１つのヒートシンク９上に複数の電力半導体モジュール７を搭載する場合、絶縁スペーサが１箇所でも脱落すると歩留り低下になる場合があり得るが、この発明の実施の形態３の構造を適用することで樹脂スペーサ１３の脱落を防止でき、歩留り低下を防止できる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the power semiconductor device 1, a plurality of power semiconductor modules 7 are mounted on the upper surfaces of the plurality of protrusions 12 of one heat sink 9, and a three-phase AC for driving or rectifying a motor of an in-vehicle device such as a motor generator. A circuit can be constructed. For example, in the motor generator, the voltage acting on the power semiconductor module 7 is about several tens of volts, and by using the configuration of the third embodiment of the present invention, the thickness of the insulating member 8 can be set small, and the thickness variation is small. Therefore, high insulation heat dissipation can be realized. Further, when a plurality of power semiconductor modules 7 are mounted on one heat sink 9, there is a possibility that the yield is lowered if the insulating spacer is dropped even at one place, but the structure of the third embodiment of the present invention is applied. Therefore, it is possible to prevent the resin spacer 13 from falling off and to prevent a decrease in yield.
It should be noted that within the scope of the present invention, the embodiments can be freely combined, or the embodiments can be appropriately modified or omitted.

１ 電力半導体装置、２ リードフレーム、３ 電力半導体素子、４ 配線部材、５ 接合部材、６ モールド樹脂、７ 電力半導体モジュール、８ 絶縁部材、９ ヒートシンク、１０ 第１の対向面、１１ 第２の対向面、１２ 凸部、１３ 樹脂スペーサ、１４ 電力半導体素子搭載部、１５ 貫通穴、１６ 接着剤、１７ Ｃｕ素地露出面、１８ フィラー分布領域、１９ 外周部、２０ 突起   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power semiconductor device, 2 Lead frame, 3 Power semiconductor element, 4 Wiring member, 5 Joining member, 6 Mold resin, 7 Power semiconductor module, 8 Insulation member, 9 Heat sink, 10 1st opposing surface, 11 2nd opposing Surface, 12 convex portion, 13 Resin spacer, 14 Power semiconductor element mounting portion, 15 Through hole, 16 Adhesive, 17 Cu base exposed surface, 18 Filler distribution region, 19 Outer peripheral portion, 20 Protrusion

この発明に係わる電力半導体装置は、凸部を有するヒートシンク、前記ヒートシンクの前記凸部の凸部上面に設けられた絶縁部材と、この絶縁部材上に載置されたリードフレームと、このリードフレーム上に搭載された電力半導体素子と、この電力半導体素子および前記リードフレームを封止した状態で設けられたモールド樹脂と、前記モールド樹脂と前記絶縁部材の間であってかつ前記ヒートシンクの前記凸部上面の外周と前記リードフレームとの間に接した状態で設けられた樹脂スペーサとを有する電力半導体モジュール、を備え、前記電力半導体モジュールは、前記電力半導体素子が実装されていない前記リードフレームの非実装面側を露出させた第１の面と、前記第１の面を取り囲む状態で前記非実装面側に前記モールド樹脂により形成された第２の面と、を有し、前記ヒートシンクの前記凸部上面は、球面状の凹みを有しており、前記電力半導体モジュールは、前記樹脂スペーサにより一定の厚さに保持された前記絶縁部材を介して前記ヒートシンクと接続されているものである。 A power semiconductor device according to the present invention includes a heat sink having a convex portion, an insulating member provided on an upper surface of the convex portion of the convex portion of the heat sink, a lead frame placed on the insulating member, and a lead frame on the lead frame. A power semiconductor element mounted on the mold, a mold resin provided in a state in which the power semiconductor element and the lead frame are sealed, and an upper surface of the convex portion of the heat sink between the mold resin and the insulating member. A power semiconductor module having a resin spacer provided in contact with the outer periphery of the lead frame, and the power semiconductor module is not mounted on the lead frame on which the power semiconductor element is not mounted. The first resin with the surface side exposed and the mold resin on the non-mounting surface side in a state of surrounding the first surface And a second surface which has been made, and the convex upper surface of the heat sink has a spherical recess, the power semiconductor module, which is held at a constant thickness by the resin spacer It is connected to the heat sink via the insulating member.

また、ヒートシンク９の凸部１２の電力半導体モジュール７との対向面は球面状の凹みを有し、製造時には凹みの中央に絶縁性の接着剤１６を滴下し、電力半導体モジュール７を上から矢印方向に加圧固定する。この際、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の外周部１９が接触し、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の当接部には、絶縁部材８が配置されない、もしくは絶縁部材８に含まれるフィラーを除いた接着剤成分のみが配置される。これは、ヒートシンク９の凸部１２が球状の凹みを備え、滴下された絶縁性の接着剤１６が、電力半導体モジュール７が加圧されるとともに押し広げられる際に、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２のすきまが小さくなり、接着剤１６が広がる際の流路としての流路抵抗が大きくなるため、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の間に入り込むことを回避できる。または、数μから百数十μｍ程度の高放熱フィラーは、樹脂スペーサ１３とヒートシンク９の凸部１２の間に侵入せず、樹脂成分のみが侵入した状態となる。図７に示すように、電力半導体モジュール７は、第１の対向面１０内にフィラー分布領域１８を有しており、点線で示した領域にヒートシンク９が接合される。 Further, the surface facing the power semiconductor module 7 of the convex portion 12 of the heat sink 9 has a spherical recess, dropwise adhesive 16 center of insulating dent during manufacture, arrows from above power semiconductor module 7 Press and fix in the direction. At this time, the resin spacer 13 and the outer peripheral portion 19 of the convex portion 12 of the heat sink 9 are in contact with each other, and the insulating member 8 is not disposed at the contact portion between the resin spacer 13 and the convex portion 12 of the heat sink 9, or Only the adhesive component excluding the filler contained is placed. This is because the convex portion 12 of the heat sink 9 has a spherical recess, and the dropped insulating adhesive 16 is pressed between the resin spacer 13 and the heat sink 9 when the power semiconductor module 7 is pressed and spread. Since the clearance between the protrusions 12 is reduced and the flow path resistance as a flow path when the adhesive 16 spreads is increased, the gap between the resin spacer 13 and the protrusions 12 of the heat sink 9 can be avoided. Alternatively, the high heat dissipation filler of about several μ to several tens of μm does not enter between the resin spacer 13 and the convex portion 12 of the heat sink 9, and only the resin component enters. As shown in FIG. 7, the power semiconductor module 7 has a filler distribution region 18 in the first facing surface 10, and the heat sink 9 is joined to the region indicated by the dotted line.

この発明に係わる電力半導体装置は、凸部を有するヒートシンク、前記ヒートシンクの前記凸部の凸部上面に設けられた絶縁部材と、この絶縁部材上に載置されたリードフレームと、このリードフレーム上に搭載された電力半導体素子と、この電力半導体素子および前記リードフレームを封止した状態で設けられたモールド樹脂と、前記モールド樹脂と前記絶縁部材の間であってかつ前記ヒートシンクの前記凸部上面の外周と前記リードフレームとの間に接した状態で設けられた樹脂スペーサとを有する電力半導体モジュール、を備え、前記電力半導体モジュールは、前記電力半導体素子が実装されていない前記リードフレームの非実装面側を露出させた第１の面と、前記第１の面を取り囲む状態で前記非実装面側に前記モールド樹脂により形成された第２の面と、を有し、前記ヒートシンクの前記凸部上面は、全体として湾曲された球面状の凹みを有しており、前記電力半導体モジュールは、前記樹脂スペーサにより一定の厚さに保持された前記絶縁部材を介して前記ヒートシンクと接続されているものである。 A power semiconductor device according to the present invention includes a heat sink having a convex portion, an insulating member provided on an upper surface of the convex portion of the convex portion of the heat sink, a lead frame placed on the insulating member, and a lead frame on the lead frame. A power semiconductor element mounted on the mold, a mold resin provided in a state in which the power semiconductor element and the lead frame are sealed, and an upper surface of the convex portion of the heat sink between the mold resin and the insulating member. A power semiconductor module having a resin spacer provided in contact with the outer periphery of the lead frame, and the power semiconductor module is not mounted on the lead frame on which the power semiconductor element is not mounted. The first resin with the surface side exposed and the mold resin on the non-mounting surface side in a state of surrounding the first surface And a second surface which has been made, and the convex upper surface of the heat sink has a recess in the curved spherical shape as a whole, the power semiconductor module, a constant thickness by the resin spacer The heat sink is connected to the heat sink via the insulating member held by the blade.

Claims (9)

凸部を有するヒートシンク、
前記ヒートシンクの前記凸部の凸部上面に設けられた絶縁部材と、この絶縁部材上に載置されたリードフレームと、このリードフレーム上に搭載された電力半導体素子と、この電力半導体素子および前記リードフレームを封止した状態で設けられたモールド樹脂と、前記モールド樹脂と前記絶縁部材の間であってかつ前記ヒートシンクの前記凸部上面の外周と前記リードフレームとの間に接した状態で設けられた樹脂スペーサとを有する電力半導体モジュール、を備え、
前記電力半導体モジュールは、前記樹脂スペーサにより一定の厚さに保持された前記絶縁部材を介して前記ヒートシンクと接続されていることを特徴とする電力半導体装置。 A heat sink having a convex part,
An insulating member provided on the upper surface of the convex portion of the convex portion of the heat sink, a lead frame placed on the insulating member, a power semiconductor element mounted on the lead frame, the power semiconductor element and the power semiconductor element Provided in a state in which the lead frame is sealed, and in contact with the lead frame between the mold resin and the insulating member and between the outer periphery of the upper surface of the convex portion of the heat sink and the lead frame A power semiconductor module having a resin spacer,
The power semiconductor device, wherein the power semiconductor module is connected to the heat sink through the insulating member held at a constant thickness by the resin spacer. 前記電力半導体モジュールは、前記電力半導体素子が実装されていない前記リードフレームの非実装面側を露出させた第１の面と、
前記第１の面を取り囲む状態で前記非実装面側に前記モールド樹脂により形成された第２の面と、を有し、
前記電力半導体モジュールの前記第１の面には、前記樹脂スペーサが３か所以上配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置。 The power semiconductor module includes a first surface exposing a non-mounting surface side of the lead frame on which the power semiconductor element is not mounted;
A second surface formed of the mold resin on the non-mounting surface side in a state of surrounding the first surface;
The power semiconductor device according to claim 1, wherein three or more resin spacers are arranged on the first surface of the power semiconductor module. 前記電力半導体モジュールの前記第１の面は、角部を有する矩形であり、
前記角部に形成された前記樹脂スペーサは、少なくとも前記第２の面の前記モールド樹脂の側面と２面以上接続されており、かつ前記角部以外に形成された前記樹脂スペーサは、前記リードフレーム間に充填された前記モールド樹脂と接続されていることを特徴とする請求項２に記載の電力半導体装置。 The first surface of the power semiconductor module is a rectangle having a corner,
The resin spacer formed at the corner is connected to at least two sides of the mold resin on the second surface, and the resin spacer formed at other than the corner is the lead frame. The power semiconductor device according to claim 2, wherein the power semiconductor device is connected to the mold resin filled in between. 前記角部の前記樹脂スペーサは、前記モールド樹脂側面と接続された二面の両端を直線で結んだ三角形形状を有することを特徴とする請求項３に記載の電力半導体装置。   4. The power semiconductor device according to claim 3, wherein the resin spacer at the corner portion has a triangular shape in which both ends of two surfaces connected to the side surface of the mold resin are connected by a straight line. 前記角部の前記樹脂スペーサが配置された部分に対応する前記リードフレームには、前記リードフレームを貫通する貫通穴が形成されており、
前記貫通穴に充填された前記モールド樹脂と前記角部の前記樹脂スペーサは接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電力半導体装置。 The lead frame corresponding to the portion where the resin spacer of the corner is disposed is formed with a through hole penetrating the lead frame,
The power semiconductor device according to claim 3, wherein the mold resin filled in the through hole and the resin spacer at the corner are connected. 前記リードフレームは、銅の表面にニッケルめっきが施されており、
前記角部の前記樹脂スペーサが配置された部分に対応する前記リードフレームは、二つの側面を有する段差を有しており、
前記段差の前記側面には、前記リードフレームの前記銅が露出しており、前記銅の露出面と前記角部の前記樹脂スペーサは接触していることを特徴とする請求項３に記載の電力半導体装置。 The lead frame is nickel-plated on the surface of copper,
The lead frame corresponding to the portion where the resin spacer is disposed at the corner has a step having two side surfaces,
4. The electric power according to claim 3, wherein the copper of the lead frame is exposed at the side surface of the step, and the exposed surface of the copper and the resin spacer at the corner are in contact with each other. Semiconductor device. 前記ヒートシンクの前記凸部上面は、球面状の凹みを有しており、
前記樹脂スペーサと前記凸部上面の外周が当接された当接部を有し、
前記凸部上面の一辺である第１の長さと、前記第１の長さと平行である前記第１の面の一辺である第２の長さとの差が、前記絶縁部材の厚さの２倍以上となる寸法構成となっており、
前記樹脂スペーサと前記ヒートシンクの前記凸部上面の前記当接部には、前記絶縁部材が配置されないか、もしくは前記絶縁部材に含まれる接着剤成分のみが配置されたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力半導体装置。 The upper surface of the convex portion of the heat sink has a spherical recess,
The resin spacer and a contact portion where the outer periphery of the upper surface of the convex portion is contacted,
The difference between the first length that is one side of the upper surface of the convex portion and the second length that is one side of the first surface that is parallel to the first length is twice the thickness of the insulating member. It becomes the dimension composition which becomes the above,
The insulating member is not disposed on the abutting portion of the resin spacer and the upper surface of the convex portion of the heat sink, or only an adhesive component contained in the insulating member is disposed. The power semiconductor device according to claim 6. 前記絶縁部材は、絶縁性の高放熱フィラーを含有しており、
熱伝導率が、１Ｗ／ｍｋ以上の高放熱絶縁接着剤で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力半導体装置。 The insulating member contains an insulating high heat dissipation filler,
The power semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the power semiconductor device is composed of a high heat radiation insulating adhesive having a thermal conductivity of 1 W / mk or more. 前記ヒートシンクは、前記凸部を複数個有しており、
前記電力半導体モジュールが、前記ヒートシンクの前記凸部上面にそれぞれ複数個搭載され、モータージェネレータ用の三相交流回路を構成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電力半導体装置。 The heat sink has a plurality of the convex portions,
9. The power semiconductor module according to claim 1, wherein a plurality of the power semiconductor modules are mounted on the upper surface of the convex portion of the heat sink to constitute a three-phase AC circuit for a motor generator. Power semiconductor devices.
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