(57)【要約】【課題】パワー半導体素子の上方のゲルに停滞する熱を効率よく外へ熱伝導させるパワーモジュールを得る。【解決手段】本発明のパワーモジュールは、パワー半導体素子１と基板２とベース３からなる本体をケース５で覆い、ケース内にゲル４を充填したもので、このパワー半導体素子上方のゲル中をとおりケースの外側まで伸延した熱伝導体６を設けたものである。また、ケースの外側まで伸延した熱伝導体にヒートシンクを取り付けてもよい。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子と絶縁回路をもつ基板とベースからなる本体をケースで覆い、前記ケース内にゲルを充填したパワーモジュールにおいて、前記パワー半導体素子上方のゲル中をとおり前記ケースの外側まで伸延した熱伝導体を設けたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記ケースの外側まで伸延した熱伝導体にヒートシンクを取り付けたことを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボアンプやインバータに用いられると共に、パワー変換回路を構成するパワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパワーモジュールにおいては、パワー半導体素子を動作させたときに発生する熱を主にパワー半導体素子下方にある絶縁回路基板を通り、ベースへ熱伝導させ放熱していた。
従来のパワーモジュールの構造を図４に示す。図４において、１はパワー半導体素子、２は絶縁回路を有した基板、３はべース、４はゲル、５はケースである。以上の構成において、パワー半導体素子１を絶縁回路基板２にはんだ付け実装し、さらにベース３にはんだ付けしたものにケース５を接着固定させ、その中にゲル５を充填している。
つぎに、動作について述べる。
パワー半導体素子１を動作させると熱が発生する。発生した熱の約９割は下方の基板２からベース３へ熱伝導させ放熱することができる。残りの約１割はパワー半導体素子１の上方のゲル４へ放熱する。
発生した残りの約１割の熱を逃がすため、パワー半導体素子上部に熱伝導接続部材を接続しパワー半導体上部から放熱するようにしている（例えば、特許文献１参照）。また、パワー半導体素子上面に補助基板に接続し放熱するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−６８４２６（第１−３頁、第１図）
【０００４】
【特許文献２】
特開２０００−３２３６３０（第１−４頁、第１図）
【０００５】
しかし両文献とも熱伝導部材に電気的な配線と熱伝導の役割を持たせているために、パワー半導体素子と熱伝導部材を狭い部分で接続する構造になっている。このため、パワー半導体素子上面への放熱が不十分になる。さらに、熱伝導部材に絶縁性の材料を使わなければならず、熱伝導性が悪くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のパワーモジュールにおいては、図５に示すようにパワー半導体素子１の上方のゲル４へ熱伝導する熱が、ゲル４の中で滞留しゲル４の外へ放熱できにくくなっており、パワー半導体素子１の温度が高くなるという問題があった。また、パワー半導体素子１の上方の熱伝導を改善するための方法として、図６に示すようにゲル４にＡｌ２Ｏ３やＡｌＮなどの熱伝導性に優れた材料のフィラーを含有したフィーラー入りゲル８を充填している。このため、パワー半導体素子１の上方の熱は従来のゲル４に比べ拡散しやすいが、フィラー入りゲル８から外部への熱伝導が低いために熱がモジュール外部へ放熱されにくいという問題があった。
そこで、本発明の目的はパワー半導体素子１の上方のゲル４に停滞する熱を効率よく外へ熱伝導させることができるパワーモジュール構造を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明のパワーモジュールはつぎの構成にしている。
（１）パワー半導体素子と絶縁回路の基板とベースからなる本体をケースで覆い、前記ケース内にゲルを充填したパワーモジュールにおいて、前記パワー半導体素子上方のゲル中をとおり前記ケースの外側まで伸延した熱伝導体を設けたものである。
本構成によれば、パワー半導体素子で発生しゲル中に停滞する熱は、図２に示すように、パワー半導体素子上部のゲル中に停滞する熱をある熱伝導体に素早く伝熱させることができ、効率よく外部へ熱伝導することができる。
（２）前記ケースの外側まで伸延した前記熱伝導体にヒートシンクを取り付けたものである。
本構成によれば、パワー半導体素子上方からゲルに停滞する熱を更に効率よく外へ放熱することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態を示すパワーモジュールの側断面図である。
パワー半導体素子１の上方のゲル４中に熱伝導体６として厚さ２ｍｍの銅板をゲル中４に取り付けた。この熱伝導体６はケース５側面を貫通し、ケース５に沿って９０度下方に曲げた構造をしている。熱伝導体６のケース５の中に入る部分にはパワー半導体素子１の上方にかからない場所に樹脂が充填できるように数個の孔９を開けた。この孔９からパワー半導体素子１を含むベース３と熱伝導体６の銅板とケース５からなる空間を完全に満たすようにゲル４を充填した。
本発明のパワーモジュールのパワー半導体素子１に１５０Ａの電流を通電した。比較のために従来のパワーモジュールのパワー半導体素子１にも１５０Ａの電流を通電し、パワー半導体素子１の温度上昇をパワー半導体素子１に内蔵してあるダイオードで検知し、温度に換算してモニターした。その結果、従来のパワーモジュールのパワー半導体素子１の温度上昇ΔＴは９０℃であったが、本発明のパワーモジュールのパワー半導体素１子の温度上昇ΔＴは８３℃となった。本発明のパワーモジュールによれば、従来に比べ約８％温度を低くすることができることを確認できた。なお、熱伝導体６の材質としてアルミニウムや金や銀でも良い。
本実施形態によれば、図２に示すようにパワー半導体素子１の上方のゲル４に停滞する熱を効率よく熱伝導することができる。
【０００９】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態を示すパワーモジュールの側断面図である。
熱伝導体６のケース５外側に出し折り曲げた部分にそれぞれヒートシンク７を取り付けた。ヒートシンク７はアルミのベース３にアルミのフィンを櫛形に配列したものである。
本発明のパワーモジュールのパワー半導体素子１に１５０Ａの電流を通電した。比較のために従来のパワーモジュールのパワー半導体素子１にも１５０Ａの電流を通電し、パワー半導体素子１の温度上昇をパワー半導体素子１に内蔵してあるダイオードで検知し、温度に換算してモニターした。その結果、従来のパワーモジュールのパワー半導体素子１の温度上昇ΔＴは９０℃であったが、本発明のパワーモジュールのパワー半導体素子１の温度上昇ΔＴは８１℃となった。本発明のパワーモジュールによれば、従来に比べ１０％温度を低くすることができることが確認できた。
本実施形態によれば、熱伝導体６にヒートシンク７を取り付けたことにより、パワー半導体素子１の上方のゲル４に停滞する熱を効率よく放熱することができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、つぎの効果がある。
（１）パワー半導体素子と基板とベースからなる本体をケースで覆い、ケース内にゲルを充填したパワーモジュールであり、このパワー半導体素子上方のゲル中をとおりケースの外側まで伸延した熱伝導体を設けたので、パワー半導体素子で発生しゲル中に停滞する熱を効率よく外部へ熱伝導することができる。
（２）ケースの外側まで伸延した熱伝導体にヒートシンクを取り付けたので、パワー半導体素子上方からゲルに停滞する熱を、更に効率よく外へ放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すパワーモジュールの側断面図である。
【図２】図１の構造における熱伝導を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示すパワーモジュールの側断面図である。
【図４】従来のパワーモジュールを示す側断面図である。
【図５】従来の構造における熱伝導を示す模式図である。
【図６】従来の他の構造における熱伝導を示す模式図である。
【符号の説明】
１　パワー半導体素子
２　基板
３　ベース
４　ゲル
５　ケース
６　熱伝導体
７　ヒートシンク
８　フィラー入りゲル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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