JP6546496B2 - 半導体パワーモジュール - Google Patents
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Description
配線パターンが形成され、板厚方向に貫通孔が形成されたプリント基板と、
前記プリント基板の貫通孔に圧入された伝熱体と、
前記貫通孔のキャビティ内において前記伝熱体の上面に搭載接合され、前記プリント基板上に形成された配線パターンに対してワイヤボンディングされているベアチップと、
截頭錐体形状の主部を有し、その上面の截頭面の径が前記伝熱体の径と実質的に同じで、前記截頭面と前記伝熱体の下面とが同心同径重ね合わせ状態で熱結合されているヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの下面に対して絶縁材を介して接合されたヒートシンクとを有し、さらに、
前記伝熱体の下面が前記貫通孔の最下位置より上位位置に位置し、
前記ヒートスプレッダは前記プリント基板の肉厚範囲内で前記貫通孔内に存在し、その下面は前記プリント基板の下面とほぼ面一になっていることを特徴としている。
図1は参考例における半導体パワーモジュールの構成を示す断面図、図2はその要部の斜視図である。これらの図において、1は上面に配線パターン(図示せず)が形成され、板厚方向(上下方向)に円筒形の貫通孔1aが形成されたプリント基板(リジッド基板)、2はプリント基板1の貫通孔1aに圧入され、下面が貫通孔1aの最下位置に位置し、上面が貫通孔1aの最上位置より下位位置に位置する円柱形(中実円柱)の伝熱体である。中実というのは、内部が空洞でない、中身の詰まった立体物のことである。伝熱体2は熱伝導率の高い銅で構成されており、圧入銅とも呼ばれる。円柱形の伝熱体2の外径は貫通孔1aの内径よりわずかに大きくて、貫通孔1aに対する伝熱体2の挿入は摩擦抵抗の大きな圧入となっており、伝熱体2はプリント基板1に対して強固に固定されている。貫通孔1aのうち伝熱体2の存在しない上側部はキャビティ(凹所)1bとなっている。
図3は本発明の実施例における半導体パワーモジュールの構成を示す断面図である。実施例は上記した参考例の改良型に相当し、ヒートスプレッダをプリント基板内に埋め込み、プリント基板内層の配線パターンの有効面積を拡張するものである。図3において、参考例の図1、図2で用いたのと同一符号は同一の構成要素を指すものとし、詳しい説明は省略する。
図9は第2の比較例の半導体パワーモジュールの構造を示す断面図である。この場合の伝熱体2の直径を3mm、厚さ2mm、伝熱体2を構成する銅の熱伝導率を398W/m・Kとすると、熱抵抗θは、
熱抵抗θ=厚さ/(熱伝導率・面積)
=2×10-3 /(398×π×(1.5×10-3 )2 )
≒0.71〔K/W〕
となる。
ここでaは伝熱体2の直径であり、
熱抵抗θ=2×10-3/(398×((3×10-3)2
+2×(3×10-3)×2×10-3
≒0.24〔K/W〕
これは図9の半導体パワーモジュールに比べて約33.7パーセントに相当し、熱抵抗はほぼ3分の1まで低減されている。
1a 貫通孔
1b キャビティ
2 伝熱体
3 ベアチップ
4 ボンディングワイヤ
5 ヒートスプレッダ
5a 截頭円錐体形状の主部
5a1 截頭円面
5a2 テーパー外周面
5b 円柱状の下半部
6 ハンダ
7 ヒートシンク
8 絶縁材
10 配線パターン
Claims (3)
- 配線パターンが形成され、板厚方向に貫通孔が形成されたプリント基板と、
前記プリント基板の貫通孔に圧入された伝熱体と、
前記貫通孔のキャビティ内において前記伝熱体の上面に搭載接合され、前記プリント基板上に形成された配線パターンに対してワイヤボンディングされているベアチップと、
截頭錐体形状の主部を有し、その上面の截頭面の径が前記伝熱体の径と実質的に同じで、前記截頭面と前記伝熱体の下面とが同心同径重ね合わせ状態で熱結合されているヒートスプレッダと、
前記ヒートスプレッダの下面に対して絶縁材を介して接合されたヒートシンクとを有し、さらに、
前記伝熱体の下面が前記貫通孔の最下位置より上位位置に位置し、
前記ヒートスプレッダは前記プリント基板の肉厚範囲内で前記貫通孔内に存在し、その下面は前記プリント基板の下面とほぼ面一になっていることを特徴とする半導体パワーモジュール。 - 前記伝熱体と前記ヒートスプレッダとの熱結合はハンダ接合である請求項1に記載の半導体パワーモジュール。
- 前記伝熱体の上面が前記貫通孔の最上位置より下位位置に位置し、
前記ベアチップはその上面の高さ位置が前記プリント基板の上面よりも低位位置となっている請求項1に記載の半導体パワーモジュール。
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