(57)【要約】【課題】低コスト、小型化、放熱性の向上等を達成できる半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明の筐体一体型半導体モジュールは、金属ベース（１５）上に形成された絶縁層（１２）とこの上に形成された配線層（１３）とからなる金属ベース配線基板（１０）と、配線層上に搭載された半導体素子（２０）とからなる半導体モジュールで（１）あって、前記金属ベースは、前記半導体モジュールを取付ける機器の筐体の少なくとも一部を構成していることを特徴とする。筐体の一部を配線基板の金属ベースとすることにより、半導体モジュール全体としての、低コスト、小型化、放熱性の向上等が達成された。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースと該金属ベース上に形成された絶縁層と該絶縁層上に形成された配線層とからなる金属ベース配線基板と、
該金属ベース配線基板の該配線層上に搭載された半導体素子とからなる半導体モジュールであって、
前記金属ベースは、前記半導体モジュールを取付ける機器の筐体の少なくとも一部を構成していることを特徴とする筐体一体型半導体モジュール。
【請求項２】
前記筐体は、前記半導体素子の発熱を放熱するヒートシンクを兼ねる請求項１に記載の筐体一体型半導体モジュール。
【請求項３】
金属ベースと該金属ベース上に形成された絶縁層と該絶縁層上に形成された配線層とからなる金属ベース配線基板と、
該金属ベース配線基板の該配線層上に搭載された半導体素子とからなる半導体モジュールを備える制御機器であって、
前記半導体モジュールは、該半導体モジュールを取付ける筐体の少なくとも一部を前記金属ベースとした筐体一体型半導体モジュールであることを特徴とする制御機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ベース配線基板上に半導体素子を搭載した半導体モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の機器の制御に、基板上に半導体素子を配設した半導体モジュールが使用される。半導体モジュールの用途にもよるが、通常、半導体素子は発熱して高温となる。半導体素子の安定した動作を確保するには、そこに生じた熱を効率的に放熱させる必要がある。そこで従来は、半導体素子を搭載したセラミックス基板の裏面にヒートシンクを別途設けて、半導体素子の熱が効率的に放熱されるようにしていた。
【０００３】
ところがセラミックス基板は、熱伝導性および絶縁性に優れるものの、高価で衝撃等に弱い。そこで、最近では、図２に示すような、より安価で、衝撃等に強く、かつ熱伝導性も優れる金属ベース基板１１０が使用されつつある。しかもこの場合、その金属ベース１１１を前述のヒートシンクと兼用させることで、さらに安価で放熱性に優れる半導体モジュール１００が形成される。なお、前述の金属ベース基板１１０は、前述の金属ベース１１１上の樹脂絶縁層１１２に銅配線層１１３が形成されたものである。半導体素子１２０は、この銅配線層１１３上にハンダ１３２で固定され、それらの周囲はモジュールケース１４０で覆われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記金属ベース基板１１０を用いた場合でも、従来はその半導体モジュール１００と、それを取付ける機器の筐体１５０とは別々に製造され、後に、その筐体１５０に半導体モジュール１００が組付けられていた。このため、図２に示すように、例えば、シリコングリース１３１等の放熱用塗布剤を金属ベース１１１と筐体１５０との間に介在させて、両者間の熱伝達性を確保していた。
【０００５】
しかし、シリコングリース１３１等は、使用上の取扱いが難しい。また、シリコングリース１３１を使用する分、部品コストや組付コストの上昇をも招く。さらに、シリコングリース１３１等も金属ベース１１１や筐体１５０等の金属に比べれば、熱伝導性が劣り、半導体素子１２０の熱を円滑に放熱させる上で好ましいものではない。
【０００６】
また、金属ベース配線基板１１０と筐体１５０とを別に組付ける際、両者をボルト等の固定具１６０で固定する必要もある。この固定具１６０の使用は、部品コストや組付コストの上昇を招く。また、固定具１６０の取付けスペースや作業スペースを確保しなければならないため、機器の小型化も図り難い。
【０００７】
さらに、筐体１５０も熱伝導性や放熱性に優れるＡｌ等の金属からなるにも拘らず、前述の金属ベース１１１と筐体１５０とを２重に設けるのは、熱伝導性および軽量小型化の点から観ても好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放熱性、小型化またはコスト削減等を図れる半導体モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、半導体モジュールが取付けられる機器の筐体の一部を、金属ベース配線基板の金属ベースとして利用することを思いつき、本発明を完成させるに至った。
（筐体一体型半導体モジュール）
すなわち、本発明の筐体一体型半導体モジュールは、金属ベースと該金属ベース上に形成された絶縁層と該絶縁層上に形成された配線層とからなる金属ベース配線基板と、該金属ベース配線基板の該配線層上に搭載された半導体素子とからなる半導体モジュールであって、
前記金属ベースは、前記半導体モジュールを取付ける機器の筐体の少なくとも一部を構成していることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、半導体モジュールを構成する金属ベース配線基板の金属ベースを筐体の一部として利用することにより、放熱性、部品コスト、組付コスト、小型化等のあらゆる点で優れた半導体モジュールが得られた。
【００１１】
具体的にいうと、シリコングリース等の放熱用塗布剤を金属ベースと筐体との間に介在させる必要がないので、両者間の熱伝達および熱伝導が問題とならず、半導体素子の発熱を円滑に放熱させることができる。また、放熱用塗布剤等を使用する必要がないことから、部品コストや組付コストの削減も図れる。
【００１２】
また、金属ベースと筐体とが一体化しているため、ねじ等の固定具が不要となり、その分、部品削減によるコスト低減および組付コスト低減、またスペース削減による小型化等を図れるようになった。
【００１３】
さらに、両者が一体となっているため、従来の金属ベースに要した、コスト、スペース、重量等の削減を図れた。
【００１４】
このように、筐体が金属ベースと一体化した結果、前記筐体は、前記半導体素子の発熱を効率的に放熱するヒートシンクをも兼ねることとなる。ここで、筐体は、ＡｌやＡｌ合金等からなることが多いが、放熱性に優れるものである限り、その材質は問わない。また、筐体の形状も問わず、その外周囲に適宜、放熱用のフィン等を設けても良い。
（制御機器）
本発明は、上記筐体一体型半導体モジュールに限らず、その半導体モジュールを搭載した制御機器としても把握できる。
【００１５】
すなわち、本発明は、金属ベースと該金属ベース上に形成された絶縁層と該絶縁層上に形成された配線層とからなる金属ベース配線基板と、該金属ベース配線基板の該配線層上に搭載された半導体素子とからなる半導体モジュールを備える制御機器であって、前記半導体モジュールは、該半導体モジュールを取付ける筐体の少なくとも一部を前記金属ベースとした筐体一体型半導体モジュールであることを特徴とする制御機器としても良い。
【００１６】
このような制御機器として、例えば、直流を交流に変換するインバータ等がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態を挙げて、本発明をより詳細に説明する。
【００１８】
本発明に係る実施形態であるパワーモジュール（筐体一体型半導体モジュール）１の部分断面図を図１に示す。このパワーモジュール１は、例えば、三相誘導電動機（三相モータ）の駆動制御用のインバータ装置（制御機器）に使用されるものである。
【００１９】
パワーモジュール１は、パワーＭＯＳＦＥＴ等の種々の半導体素子２０と、この半導体素子２０を搭載する金属ベース配線基板１０とからなる。図１では、便宜上、１個の半導体素子２０の近傍のみを示してある。
【００２０】
金属ベース配線基板１０は、インバータ装置等の機器の筐体の一部を構成する底板１５と、この底板１５上に直接設けられた樹脂絶縁層１２と、樹脂絶縁層１２に形成された銅配線層１３とからなる。底板１５が本発明でいう金属ベースを構成し、この底板１５を含めて、筐体全体はＡｌからなる。
【００２１】
半導体素子２０は、その銅配線層１３上にハンダ３２によりハンダ付けされている。そして、半導体素子２０の周囲は樹脂製のモジュールケース４０で覆われている。このモジュールケース４０の外周下面は、樹脂絶縁層１２上に接着されている。
【００２２】
本発明のパワーモジュール１は、筐体の底板１５を金属ベース配線基板１０の金属ベースとしたことにより、放熱用塗布剤、モジュール固定具、従来の金属ベース等が不要となった。これにより、部品削減、組付工数削減等による、小型化、低コスト化等を図れると共に放熱性が向上した。
【００２３】
なお、上記樹脂絶縁層１２は、底板１５の全面に設ける必要はなく、必要部分に設ければ足る。また、半導体モジュール１を形成する場所は、筐体の底面部分でも、側面部分でも、上面部分でも良い。
【００２４】
上記筐体は、Ａｌ製としたが、Ｃｕ製等でも良い。その筐体の外周面は、空冷されても水冷されても良い。空冷する場合は、適宜、空冷用フィンを設けると良い。
【００２５】
半導体素子２０は、ベアチップでもディスクリートチップでも良い。モジュールケース４０を無くして半導体素子２０の上方への放熱性を高めても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のパワーモジュールを示す要部断面図である。
【図２】従来の実施形態のパワーモジュールを示す要部断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　パワーモジュール（筐体一体型半導体モジュール）
１０　　　　金属ベース配線基板
１２　　　　樹脂絶縁層
１３　　　　銅配線層
１５　　　　底板（金属ベース）
２０　　　　半導体素子
【図１】
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【図２】
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