(57)【要約】【課題】制御基板に悪影響を及ぼすことなくパワーモジュール及び制御基板を同一パッケージ内に配置することができる半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】パワーモジュール２から発せられる輻射熱及びパワーモジュール２周辺に発生する熱気による熱は第１の熱遮断部材３により遮断されると共に、空気層５により第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４の間が断熱されて第１の熱遮断部材３の熱が制御基板６にまで到達することが防止される。また、第１の熱遮断部材３で吸収された熱は第１の熱遮断部材３の支持脚部４ｂからベース板１を介して外部に放散される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板上にパワーモジュールが実装されると共にこのパワーモジュールと制御基板とが同一パッケージ内に配置される半導体装置において、
ベース板上のパワーモジュールを覆うように配置される第１の熱遮断部材と、
前記第１の熱遮断部材の上面を覆うように配置される第２の熱遮断部材と、
前記第１の熱遮断部材と前記第２の熱遮断部材との間に形成されてこれら第１の熱遮断部材と第２の熱遮断部材との間を断熱するための断熱層と
を備え、前記第１の熱遮断部材及び前記第２の熱遮断部材のうち少なくとも一方が熱伝導性の優れた材料から形成されてその下端部でベース板に接触して固定されると共に、制御基板は前記第２の熱遮断部材の上に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に係り、特にパワーモジュールとこのパワーモジュールを制御する回路を搭載した制御基板とを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーモジュールとこのパワーモジュールを制御する回路を搭載した制御基板とを有する半導体装置では、パワーモジュールにおける発熱が制御基板に悪影響を及ぼさないようにパワーモジュールと制御基板とを別々のパッケージ内に配置していたが、このように配置すると装置全体が大型化するという問題があった。
そこで、例えば特許文献１に開示されている半導体装置では、パワーモジュールの上方に制御基板を配置すると共に、これらパワーモジュール及び制御基板を覆う金属製のカバーに制御基板に実装された素子を接して配置することによりこのカバーを介して制御基板の熱を外部に逃がす構造にし、パワーモジュールと制御基板を同一パッケージ内に配置して装置の小型化を図っている。
【０００３】
【特許文献１】実開平３−７５５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の半導体装置では、制御基板がパワーモジュールの直上に何ら介すことなく配置されているため、制御基板はパワーモジュールから発せられる輻射熱やパワーモジュールの周辺に発生した熱気に晒されて加熱され、制御基板が悪影響を受ける虞があった。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、制御基板に悪影響を及ぼすことなくパワーモジュール及び制御基板を同一パッケージ内に配置することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る半導体装置は、ベース板上にパワーモジュールが実装されると共にこのパワーモジュールと制御基板とが同一パッケージ内に配置される半導体装置において、ベース板上のパワーモジュールを覆うように第１の熱遮断部材を配置すると共に第１の熱遮断部材の上面を覆うように第２の熱遮断部材を配置して、第１の熱遮断部材と前記第２の熱遮断部材との間にこれら第１の熱遮断部材と第２の熱遮断部材との間を断熱するための断熱層を形成し、第１の熱遮断部材及び第２の熱遮断部材のうち少なくとも一方を熱伝導性の優れた材料から形成してその下端部でベース板に接触させて固定すると共に、制御基板を第２の熱遮断部材の上に配置するものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、制御基板に悪影響を及ぼすことなくパワーモジュール及び制御基板を同一パッケージ内に配置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す。この半導体装置は金属板からなるベース板１を有しており、ベース板１の表面上には、半導体からなるパワーモジュール２が実装されている。このパワーモジュール２の上方に熱伝導性の優れた金属板からなる第１の熱遮断部材３が配置され、この第１の熱遮断部材３によりパワーモジュール２が覆われている。また、第１の熱遮断部材３の上方に熱伝導性の優れた金属板からなる第２の熱遮断部材４が配置され、この第２の熱遮断部材４により第１の熱遮断部材３が覆われている。
【０００８】
第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４とは互いの間に隙間を形成して配置されており、この隙間に第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４との間を断熱するための断熱層として空気層５が形成されている。ここで、第１の熱遮断部材３は、パワーモジュール２の上面を覆う平坦部３ａと、この平坦部３ａの端部から垂下してパワーモジュール２の側面を覆う支持脚部３ｂとを有しており、支持脚部３ｂの下端部がベース板１の表面に接触して固定されている。同様に、第２の熱遮断部材４も、第１の熱遮断部材３の上面を覆う平坦部４ａと、この平坦部４ａの端部から垂下して第１の熱遮断部材３の側面を覆う支持脚部４ｂとを有しており、支持脚部４ｂの下端部がベース板１の表面に接触して固定されている。
【０００９】
また、第２の熱遮断部材４の上方には、パワーモジュール２を制御するための回路を搭載した制御基板６が図示しない支持部材により支持されて配置されている。さらに、ベース板１の表面上には、パワーモジュール２、第１の熱遮断部材３、第２の熱遮断部材４及び制御基板６を覆う樹脂からなる密閉型のカバー７が固定されており、このカバー７により外部からの水分やほこりの侵入が防止される。
【００１０】
次に、この発明の実施の形態１に係る半導体装置の作用について説明する。パワーモジュール２の作動時に、パワーモジュール２から輻射熱が発せられると共にパワーモジュール２の周辺に熱気が生じるが、パワーモジュール２は第１の熱遮断部材３により覆われているため、これら輻射熱及び熱気による熱は第１の熱遮断部材３で吸収されることにより遮断される。また、第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４との間に空気層５が位置しているため、この空気層５により第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４の間が断熱され、第１の熱遮断部材３の熱が制御基板６にまで到達することが抑制される。
【００１１】
したがって、パワーモジュール２から発せられる輻射熱及びパワーモジュール２の周辺に発生した熱気による悪影響を制御基板６に及ぼすことなくパワーモジュール２及び制御基板６を同一パッケージ内に配置することができる。なお、第１の熱遮断部材３が金属板から形成されているため、第１の熱遮断部材３で吸収された熱は、その支持脚部３ａの下端部からベース板１に伝わり、ベース板１から外部へ放散される。
【００１２】
また、制御基板６からも熱を発生することが考えられるが、第２の熱遮断部材４が金属板から形成されているため、制御基板６で発生した熱は第２の熱遮断部材４で吸収され、その支持脚部４ｂの下端部からベース板１を介して外部に放散される。これにより、制御基板６自身の発熱による制御基板６の加熱も抑制することができる。
【００１３】
さらに、第１の熱遮断部材３及び第２の熱遮断部材４がそれぞれ金属板から形成されているため、これら第１の熱遮断部材３及び第２の熱遮断部材４は、パワーモジュール２の大電流通電時に生じる電界ノイズの制御基板６への伝播を遮断するシールドとしても機能する。
また、パワーモジュール２と制御基板６との間に第１の熱遮断部材３、空気層５及び第２の熱遮断部材４を配置することにより、パワーモジュール２と制御基板６とを同一パッケージ内に近接して配置することができ、これにより装置全体の小型化を達成することができる。
【００１４】
実施の形態２．
次に図２を参照して、この発明の実施の形態２に係る半導体装置を説明する。この実施の形態２は、実施の形態１の半導体装置において、第２の熱遮断部材４の上方に隙間をあけて制御基板６を配置する代わりに、第２の熱遮断部材４の平坦部４ａの上面に制御基板用絶縁シート１１を配置し、この絶縁シート１１の上面に制御基板６を配置したものである。また、パワーモジュール２上部の接続端子部と第１の熱遮断部材３の下面との間にも、モジュール用絶縁シート１２が挿入されている。
なお、これら絶縁シート１１及び１２はそれぞれ絶縁性を有すると共に優れた熱伝導性を有するゴムまたはゲル等から形成されている。
【００１５】
このような構成にすれば、制御基板用絶縁シート１１により制御基板６で発生する熱を第２の熱遮断部材４に効率よく伝えて第２の熱遮断部材４及びベース板１を介して外部へ放散することができ、これにより制御基板６の放熱性が向上する。
また、モジュール用絶縁シート１２によりパワーモジュール２の接続端子部等で発生する熱を第１の熱遮断部材３に効率よく伝えて第１の熱遮断部材３及びベース板１を介して外部へ放散することができ、この装置全体の放熱性が向上する。
なお、このように制御基板６の熱が制御基板用絶縁シート１１により第２の熱遮断部材４に、パワーモジュール２の接続端子部等の熱がモジュール用絶縁シート１２により第１の熱遮断部材３にそれぞれ伝えられても、第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４の間に空気層５があるため、それぞれの熱遮断部材３及び４で受けた熱が相手側に影響しにくくなっている。
【００１６】
実施の形態３．
次に図３を参照して、この発明の実施の形態３に係る半導体装置を説明する。この実施の形態３は、上述の実施の形態１において、第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４との間の隙間に断熱材２１を充填したものである。このような構成にすれば、第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４との間がさらに効果的に断熱される。
また、断熱材２１を充填する代わりに、第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４との間の隙間を密閉して減圧する、あるいは真空にすることもできる。
なお、上述の実施の形態２においても同様に、第１及び第２の熱遮断部材３及び４の間の隙間に断熱材を充填したり、隙間を減圧または真空にすることができる。
【００１７】
実施の形態４．
次に図４を参照して、この発明の実施の形態４に係る半導体装置を説明する。この実施の形態４は、上述の実施の形態１において、金属板からなる第２の熱遮断部材４の代わりに、樹脂等からなる第２の熱遮断部材３１を備えるものである。この場合、第１の熱遮断部材３の支持脚部３ｂと第２の熱遮断部材３１の支持脚部３１ｂとを接して配置することにより、さらに小型の半導体装置を実現することができる。
反対に、第２の熱遮断部材４は金属板から、第１の熱遮断部材３を樹脂等から形成することもできる。
なお、上述の実施の形態２においても同様に、第１及び第２の熱遮断部材３及び４の一方を樹脂から形成することができる。
【００１８】
なお、上述の実施の形態１〜３において、第１の熱遮断部材３及び第２の熱遮断部材４を形成する金属板として、それぞれ銅板、アルミ板及び鉄板等を用いることができる。例えば、双方の熱遮断部材３及び４を金属板から形成する場合、第１の熱遮断部材３には熱伝導性を重視して銅板を用い、第２の熱遮断部材４にはシールド性を重視して鉄板を用いることが可能である。
また、金属板の他にも、グラファイト等の優れた熱伝導性を有する材料を用いることができる。例えばグラファイトの場合、面方向の熱伝導性が高いため各熱遮断部材３及び４からベース板１への放熱性が向上すると共に、厚さ方向の熱伝導性が低いため第１の熱遮断部材３と第２の熱遮断部材４の間の断熱性が向上する。
【００１９】
また、所望の耐温度・耐ノイズ特性に応じて第１の熱遮断部材３及び第２の熱遮断部材４，３１の厚さをそれぞれ選択することが好ましい。
また、ベース板１を形成する金属板として、銅板及びアルミ板等を用いることができる。
さらに、ベース板１の下部にフィン等の放熱部材を設ければ、ベース板１の熱を外部へ効率よく放散することができる。
また、樹脂からなるカバー７の代わりに金属製のカバーを用いてもよく、その場合、外部からの電界ノイズがカバーにより遮断されると共に装置全体の放熱性を向上させることができる。
なお、この発明の半導体装置は、ＡＣインバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  ベース板、２  パワーモジュール、３  第１の熱遮断部材、３ａ，４ａ  平坦部、３ｂ，４ｂ，３１ｂ  支持脚部、４，３１  第２の熱遮断部材、５  空気層、６  制御基板、７  カバー、１１  制御基板用絶縁シート、１２  モジュール用絶縁シート、２１  断熱材。
【図１】
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【図２】
2006339352.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006339352.tif 000006