(57)【要約】【課題】熱疲労に対する信頼性を高めたパワー半導体モジュールを提供すること。【解決手段】本発明のパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子と、素子の下側に接合した下側電極と、下側電極の下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板と、パワー半導体素子の上側に接合した上側電極と、上側電極の上側に接合され、両面に金属箔が接合された第２の絶縁基板と、第１の絶縁基板の下側に接合した第１の放熱板と、第２の絶縁基板の上側に接合した第２の放熱板とを備え、パワー半導体素子と第１の絶縁基板と第２の絶縁基板とを樹脂で封止した。【選択図】図１
2007251076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子と、
該パワー半導体素子の下側に接合した下側電極と、
該下側電極の下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板と、
前記パワー半導体素子の上側に接合した上側電極と、
該上側電極の上側に接合され、両面に金属箔が接合された第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の下側に接合された第１の放熱板と、
前記第２の絶縁基板の上側に接合された第２の放熱板とを備え、
前記パワー半導体素子と前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とを樹脂で封止したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記上側電極が前記パワー半導体素子の上部に接合する接合部の厚さが、前記上側電極が前記パワー半導体素子の上部に接合していない部分の厚さより厚いことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１において、
少なくとも前記上側電極あるいは下側電極の何れかに、銅−炭素複合材料（Ｃｕ−Ｃ）を用いたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１において、
前記パワー半導体素子と、前記上側電極や下側電極とを接合するハンダと、
前記上側電極や下側電極と、前記第１の絶縁基板や前記第２の絶縁基板に接合された金属箔とを接合するハンダが、銅粒子と錫粒子を混合した高温ハンダであって、
前記第１の絶縁基板や前記第２の絶縁基板と、前記第１の放熱板や第２の放熱板とを接合するハンダが、前記高温ハンダよりも溶融温度が低いハンダであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１において、
前記第１の絶縁基板の形状と、
前記第２の絶縁基板の形状とが異なる形状であって、
前記下側電極を介して前記第１の絶縁基板に配置した隣接するパワー半導体素子を流れる電流の方向が反対向きとなるようにパワー半導体素子を配置したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項６】
パワー半導体素子と、
該パワー半導体素子の下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板と、
前記パワー半導体素子の上側に接合した上側電極と、
該上側電極の上側に接合され、両面に金属箔が接合された第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の下側に接合された第１の放熱板と、
前記第２の絶縁基板の上側に接合された第２の放熱板とを備え、
前記パワー半導体素子と前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とを樹脂で封止したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項６において、
前記上側電極が前記パワー半導体素子の上部に接合する接合部の厚さが、前記上側電極が前記パワー半導体素子の上部に接合していない部分の厚さより厚いことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項６において、
少なくとも前記上側電極に、銅−炭素複合材料（Ｃｕ−Ｃ）を用いたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項６において、
前記パワー半導体素子と、前記上側電極とを接合するハンダと、
前記上側電極と、前記第２の絶縁基板に接合された金属箔とを接合するハンダが、銅粒子と錫粒子を混合した高温ハンダであって、
前記第１の絶縁基板や前記第２の絶縁基板と、前記第１の放熱板や第２の放熱板とを接合するハンダが、前記高温ハンダよりも溶融温度が低いハンダであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項６において、
前記第１の絶縁基板の形状と、
前記第２の絶縁基板の形状とが異なる形状であって、
前記第１の絶縁基板に配置した隣接するパワー半導体素子を流れる電流の方向が反対向きとなるようにパワー半導体素子を配置したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
パワー半導体素子と、
該パワー半導体素子の下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板と、
前記パワー半導体素子の上側に接合され、両面に金属箔が接合された第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板の下側に接合された第１の放熱板と、
前記第２の絶縁基板の上側に接合された第２の放熱板とを備え、
前記第２の絶縁基板に接合された金属箔で前記パワー半導体素子との接合面の金属箔の厚さが、前記パワー半導体素子の上部に接合していない部分の厚さより厚く、
前記パワー半導体素子と前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板とを樹脂で封止したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記パワー半導体素子と、前記第１の絶縁基板に接合された金属箔とを接合するハンダと、
前記パワー半導体素子と、前記第２の絶縁基板に接合された金属箔とを接合するハンダが、銅粒子と錫粒子を混合した高温ハンダであって、
前記第１の絶縁基板や前記第２の絶縁基板と、前記第１の放熱板や第２の放熱板とを接合するハンダが、前記高温ハンダよりも溶融温度が低いハンダであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記パワー半導体素子の下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板の形状と、
前記パワー半導体素子の上側に接合され、両面に金属箔が接合された第２の絶縁基板の形状とが異なる形状であって、
前記第１の絶縁基板に配置した隣接するパワー半導体素子を流れる電流の方向が反対向きとなるようにパワー半導体素子を配置したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１４】
パワー半導体素子と、
該パワー半導体素子の下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板と、
前記パワー半導体素子の上側に接合された上側電極と、
前記第１の絶縁基板の下側に接合された第１の放熱板と、
前記上側電極の上側に電気絶縁性樹脂材を介して接合された第２の放熱板とを備え、
前記パワー半導体素子と前記第１の絶縁基板とを樹脂で封止したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記パワー半導体素子と前記第１の絶縁基板とを封止する樹脂が、エポキシ系樹脂であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記パワー半導体素子と、前記第１の絶縁基板の金属箔と上側電極が、ポリイミド系樹脂又はポリアミドイミド系樹脂で被覆されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記エポキシ樹脂が、線膨張係数が７×１０-6〜２０×１０-6／Ｋで、ヤング率が５ＧＰａ〜２０ＧＰａであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１８】
請求項１４において、
前記パワー半導体素子が、シリコンカーバイドの素子であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１９】
請求項１４において、
前記パワー半導体素子が、ガリウムナイトライドの素子であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールを小型化するには、パワー半導体素子の小型化や冷却機構の小型化が必要である。パワー半導体素子を小型化するには、素子を低損失化することが必要であり、冷却機構を小型化するには素子を高温で使えるようにすることが有効である。しかしながら、小型化を進めると発熱密度が増大するので、高効率の冷却が必要になる。また素子を高温で使うためには、熱疲労に耐える信頼性が必要である。特許文献１には、パワー半導体素子の上下に絶縁基板を設け、さらにその両側に放熱板を設けて上下から冷却を行う構造が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７６５８号公報（図５、図６と、（００４９）段落から（００５６）段落の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような従来技術では、パワー半導体素子を上下から拘束することによって温度変化時などのひずみが増加し、そのために素子やハンダに加えられる応力が増加して信頼性が低下するので、信頼性を確保することが課題であった。
【０００５】
本発明の目的は、熱疲労に対する信頼性を高めたパワー半導体モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のパワー半導体モジュールでは、パワー半導体素子と、素子の下側に接合された下側電極と、下側電極のさらに下側に接合され、両面に金属箔が接合された第１の絶縁基板と、前記パワー半導体素子の上側に接合された上側電極と、上側電極のさらに上側に接合され、両面に金属箔が接合された第２の絶縁基板と、第１の絶縁基板の下側に接合された第１の放熱板と、第２の絶縁基板の上側に接合された第２の放熱板とを備え、パワー半導体素子と第１の絶縁基板と第２の絶縁基板とを樹脂で封止した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、パワー半導体素子、さらにはパワー半導体モジュール全体を小型化できるとともに、熱疲労などに対する高い信頼性が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の詳細を図面を用いながら説明する。
【実施例１】
【０００９】
本発明の実施の形態を以下、図面を用いて説明する。図１に本実施例のパワー半導体モジュールの縦断面図を、図２に横断面図を示す。図１の符号１はＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子であり、符号２はフリーホイールダイオードなどのパワー半導体素子である。パワー半導体素子１、２の下側は、第１のハンダ３、４によって下側のリード電極５に接合されている。下側のリード電極５の材質は銅でもよいが、線膨張係数が小さい銅とカーボンの複合材料（Ｃｕ−Ｃ）を使うことにより、第１のハンダ３、４や第２のハンダ６にかかる熱変形による応カが緩和されるので信頼性が向上する。Ｃｕ−Ｃ材料の線膨張係数は６×１０-6／Ｋ程度であり、銅の１７×１０-6／Ｋと比較して小さい。下側の絶縁基板８は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）・窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）やボロンナイトライド（ＢＮ）等の材料でできており、その両面には、銅箔７、９（またはアルミ箔）があらかじめ直接に接合されている。下側のリード電極５の下側は、第２のハンダ６によって下側の絶縁基板８の上面の銅箔７と接合されている。下側の絶縁基板８の下面に設けられた銅箔９と下側の銅ベース１１（放熱板）とは、第３のハンダ１０により接合されている。下側の銅ベース１１と下側のヒートシンク１３とは、図示していないボルトなどによって接合し、グリース１２を介して密着されている。あるいは、グリースの替わりに低融点のハンダで接合してもよい。例えば、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ系など、融点が第２のハンダ６より低い融点が１００℃前後のハンダを用いる。
【００１０】
パワー半導体素子１、２の上側は、第４のハンダ１４、１５、１６により上側のリード電極１７、１８と接合されている。上側のリード電極１７、１８の材質も、下側のリード電極５と同様、銅または銅カーボン複合材とする。上側の絶縁基板２３は、下側の絶縁基板８と同様、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化珪素等の材質でできており、下側に銅箔２１、２２（またはアルミ箔）、上側に銅箔２４（またはアルミ箔）が接合されている。上側のリード電極１７、１８は、第５のハンダ１９、２０によって、上側の絶縁基板２３の下面に設けられた銅箔２１、２２と接合されている。上側のリード電極１７、１８で、パワー半導体素子１、２の上部のハンダと接合される部分付近の厚みを他の部分よりも大きくする。これは、上下の電極が極端に近くなって放電が起こることを避けるように電極間距離を保つ。特に後述のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）パワー素子は非常に薄く作られるためにその必要性が高い。
【００１１】
上側の絶縁基板２３の上側の銅箔２４は、第６のハンダ２５によって上側の銅ベース２６に接合されている。上側の銅ベース２６と上側のヒートシンク２８とは、図示していないボルトなどによって接合し、グリース２７を介して密着されている。この部分も、低融点のハンダで接合してもよい。
【００１２】
パワー半導体素子１、２、絶縁基板８、２３、絶縁基板に接合された銅箔７、９、２１、２２、２４（またはアルミ箔）およびリード電極５、１７、１８の表面や側面の全部または一部にはポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂等の柔軟な樹脂で薄く被覆し、硬化後にエポキシ系のモールド樹脂２９により封止する。樹脂材料による封止は、トランスファーモールド構造にしてもよい。ポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂等の柔軟な樹脂で薄く被覆することにより、硬いエポキシ系樹脂の変形にともなって素子やハンダにかかる応力を緩和できる。封止する樹脂は電機絶縁性かつ熱量伝導性の樹脂を用いた。また、封止する樹脂の熱膨張を小さくするために、樹脂にＳｉ０2、ＳｉＣ、ＢＮ、Ｓｉ3Ｎ4、ＡｌＮ、Ａｌ2０3などをフィラーとして１種類以上混合させてもよい。エポキシ系樹脂材料としては、線膨張係数が７×１０-6〜２０×１０-6／Ｋの範囲で、ヤング率が５〜２０ＧＰａである材料を使用することにより、特に高い信頼性が確保できる。さらに、後述のＳｉＣパワー素子のように高温で動作する素子を使う場合、ガラス転移温度が２００℃以上の樹脂、例えば高耐熱エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂などで封止するとよい。
【００１３】
下側のリード電極５の一部分は、モールド樹脂２９の外側まで延ばしており、主電源などの接続端子部を形成する。上側のリード電極１７の一部分もモールド樹脂２９の外側まで延ばして、モータ結線の接続端子部を形成する。上側のリード電極１８の一部分も同様にモールド樹脂２９の外側まで延ばして、ゲートなどの制御端子部を形成する。制御端子にはパワー素子の動作を制御する外部信号が入力される。下側のヒートシンク１３および上側のヒートシンク２８には冷却媒体が流れ、パワー半導体素子１、２を上下の両側から冷却する構造となっている。冷却媒体としては、不凍液などが用いられる。上下のヒートシンク１３、２８の材質は、アルミニウムや銅などである。このように、パワー半導体素子を上下から冷却することにより、高い発熱密度に対応できるとともに、モジュールを小型化することが可能となる。なお、上下のヒートシンク１３、２８を空気で冷却するフィンで構成する空冷方式を採用する場合もある。
【００１４】
各ハンダの材質としては、環境問題を考慮して、すべてのハンダに鉛フリーハンダを使用することが推奨される。パワー半導体素子１、２と上下のリード電極５、１７、１８を接合する第１のハンダ３、４および第４のハンダ１４、１５、１６には、例えば銅粒子と錫粒子を混合した高温ハンダを用いる。また、下側のリード電極５と下側の絶縁基板８を接合している第２のハンダ６および上側のリード電極１７、１８と上側の絶縁基板２３を接合している第５のハンダ１９、２０にも同じハンダを用いる。パワー半導体素子１、２と上下のリード電極５、１７、１８および上下の絶縁基板８、２３は、ハンダペーストを塗って重ね合わせた状態で、同時にもしくは個々に加熱溶融させて接合する。下側の絶縁基板８と下側の銅ベース１１とを接合する第３のハンダ１０および上側の絶縁基板２３と上側の銅ベース２６を接合する第６のハンダ２５には、先の第１、第４、第２、第５のハンダよりも融点あるいは溶融温度が低いハンダ、例えばＳｎ−３Ａｇ−０.５Ｃｕ鉛フリーハンダなどを使用する。第３のハンダ１０と第６のハンダ２５とは、同時にもしくは個々に加熱溶融して接合する。このとき、高温側ハンダの錫も溶融させ、ボイドレス化のために真空炉を組み合わせた雰囲気の炉を使用することが望ましい。銅ベース１１、２６の表面に細孔（ディンブル）を設けることにより、樹脂の剥離を防止できる。その場合、ディンブルを埋めないようにするため、銅ベース１１、２６の表面にはポリイミドなどは塗布しない。
【００１５】
次に、パワー半導体素子などの平面上のレイアウトについて、パワー素子として、ＩＧＢＴ素子を例として図１、図２により説明する。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ断面の下側を示す図、図２（ｂ）はＡ−Ａ断面の上側を示す図である。図２（ａ）の右端のＩＧＢＴ（パワー半導体素子１）は、図１の下側のリード電極５から上側のリード電極１７に向って電流が流れるように配置される。すなわち、下側がコレクタ電極、上側がエミッタ電極となるように配置される。なお、ゲート電極も上側になる。フリーホイールダイオード（パワー半導体素子２）は上側がアノード、下側がカソードとなるように配置される。一方、図２（ａ）の右から２番目のＩＧＢＴ素子１０１では、電流が上側から下側に流れるように配置される。すなわち、上側がコレクタ電極、下側がエミッタ電極となる。ゲート電極も下側に配置される。また、ダイオード１０２は、下側がアノード、上側がカソードとなるように配置される。図２（ｂ）において、パワー半導体素子１の上側のエミッタ側リード電極とＩＧＢＴ素子１０１のコレクタ側リード電極とが上側のリード電極で共通になっていることが示されている。このような配置を取ることにより、小さなスペースに素子を配置することができ、モジュールを小型化できる。パワー半導体素子の形状は矩形としているが、角部への応力集中を避けるために、角部にアールを付けた形状としてもよい。また、素子を円形の形状などにしても、角部への応カ集中を避けることができる。
【００１６】
パワー半導体素子はシリコン（Ｓｉ）でもよいが、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やガリウムナイトライド（ＧａＮ）のようなワイドギャップ半導体とすれば、より高温での使用が可能であり、素子やモジュールをさらに小型化できる。ＳｉＣの特性として、温度の上昇に対する損失の増加割合が大きいので、熱暴走を防止するために温度センサーを例えば絶縁基板上に設けてもよい。
【００１７】
以上の説明において、便宜上、上側、下側という表現を使ったが、横向きやその他の向きに配置してもよく、例えば横向きの場合には上側、下側を右側、左側などに置き換えればよい。
【００１８】
本実施例によれば、上下からパワー半導体素子を冷却することにより、パワー半導体素子の高い発熱密度に対応した冷却が可能であり、パワー半導体素子、さらにはパワー半導体モジュール全体を小型化できる。また、ポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂等の柔軟な樹脂の塗布とエポキシ系樹脂によるトランスファーモールド構造によって素子やハンダへの応力集中が緩和され、熱疲労などに対する高い信頼性が確保できる。
【実施例２】
【００１９】
図３に本実施例のパワー半導体モジュールの断面図を示す。本実施例では、パワー半導体素子１、２の下側を絶縁基板の銅箔７に接合した構造となっている。パワー半導体素子１、２と銅箔７とは、第１のハンダ３、４によって接合されている。銅箔７には銅などでできた板状の接続部材４０がハンダ４２によって接続されており、さらに接続部材４０は電極端子４１とハンダ４３によって接続されている。その他の部分は実施例１と同様なので、説明を省略する。
【００２０】
パワー半導体素子１、２とリード電極１７、１８を接合する第４のハンダ１４、１５、１６には、例えば銅粒子と錫粒子を混合した高温ハンダを用いる。また、パワー半導体素子１、２と下側の絶縁基板８を接合している第１のハンダ３、４およびリード電極１７、１８と上側の絶縁基板２３を接合している第５のハンダ１９、２０にも同じ高温ハンダを用いる。パワー半導体素子１、２とリード電極１７、１８および上下の絶縁基板８、２３は、ハンダペーストを塗って重ね合わせた状態で同時もしくは個々に加熱溶融させて接合する。下側の絶縁基板８と下側の銅ベース１１とを接合する第３のハンダ１０、上側の絶縁基板２３と上側の銅ベース２６を接合する第６のハンダ２５及び電極端子をつけるためのハンダ４２、４３には、先の第１のハンダ３、４、第４のハンダ１４、１５、１６、第５のハンダ１９、２０よりも融点が低いハンダ、例えばＳｎ−３Ａｇ−０.５Ｃｕ鉛フリーハンダなどを使用する。第３のハンダ１０、第６のハンダ２５及びハンダ４２、４３は、同時もしくは個々に加熱溶融して接合する。
【００２１】
本実施例によれば、下側に電極の部材を用いていないので、熱低抗を小さくでき、パワー素子、さらにはパワー半導体モジュール全体をさらに小型化できる。
【実施例３】
【００２２】
図４に本実施例のパワー半導体モジュールの縦断面図を、図５に横断面図を示す。図５（ａ）は図４のＡ−Ａ断面下側を示す図、図５（ｂ）はＡ−Ａ断面上側を示す図である。本実施例では、パワー半導体素子１、２の下側が下側の絶縁基板の銅箔７に接合されている。パワー半導体素子１、２と銅箔７とは、第１のハンダ３、４によって接合されている。一方、パワー半導体素子１、２の上側は上側の絶縁基板２３に接合された銅箔２１、２２に接合されている。パワー半導体素子１、２と銅箔２１、２２とは、第４のハンダ１４、１５、１６によって接合されている。銅箔７には銅などでできた板状の接続部材４０がハンダ４２によって接続されており、さらに接続部材４０は電極端子４１とハンダ４３によって接続されている。銅箔２１には銅などでできた板状の接続部材４４がハンダ４６によって接続されており、さらに接続部材４４は電極端子４５とハンダ４７によって接続されている。また、銅箔２２には銅などでできた板状の接続部材４８がハンダ５０によって接続されており、さらに接続部材４８は電極端子４９とハンダ５１によって接続されている。上側の絶縁基板２３に接合された銅箔のうちで、パワー半導体素子の上部でハンダと接合される部分付近の厚みは、他の部分よりも厚くしてある。これは、上下の電極が極端に近くなって放電が起こることを避けるように電極間距離を保つ。パワー半導体素子１、２の厚みが十分に大きければ、特に素子部分の銅箔２１、２２の厚みを変えなくてよい。また、接続部材４０と接続部材４８とが干渉することを避けるために、下側の絶縁基板８と上側の絶縁基板２３の大きさを変えた。
【００２３】
パワー半導体素子１、２と上側の絶縁基板２３を接合する第４のハンダ１４、１５、１６には、例えば銅−錫銅粒子と錫粒子を混合した高温ハンダを用いる。また、パワー半導体素子１、２と下側の絶縁基板８を接合している第１のハンダ３、４にも同じ高温ハンダを用いる。パワー半導体素子１、２と上下の絶縁基板８、２３は、ハンダペーストを塗って重ね合わせた状態で同時に加熱溶融させて接合する。下側の絶縁基板８と下側の銅ベース１１とを接合する第３のハンダ１０、上側の絶縁基板２３と上側の銅ベース２６を接合する第６のハンダ２５及び電極端子をつけるためのハンダ４２、４３、４６、４７、５０、５１には、先の第１のハンダ３、４、第４のハンダ１４、１５、１６よりも融点が低いハンダ、例えばＳｎ−３Ａｇ−０.５Ｃｕ鉛フリーハンダなどを使用する。第３のハンダ１０、第６のハンダ２５及びハンダ４２、４３、４６、４７、５０、５１は、同時に加熱溶融して接合する。
【００２４】
本実施例によれば、上下とも絶縁基板８、２３に接合された銅箔を電極としているので熱低抗を小さくでき、さらにパワー半導体モジュールを小型化できる。
【実施例４】
【００２５】
図６に本実施例のパワー半導体モジュールの縦断面図を、図７に横断面図を示す。図７（ａ）は図６のＡ−Ａ断面下側を示す図、図７（ｂ）はＡ−Ａ断面上側を示す図である。基本的な構造は実施例３と同様なので、異なる部分について説明する。
【００２６】
本実施例では、実装面積をさらに低減するために、下側の絶縁基板８および上側の絶縁基板２３の一部に切欠部を設けた。これにより、上下の電極の接続部材４０、４８などが干渉することを避けられるので、絶縁基板の大きさをさらに小さくできる。従って、本実施例によれば、パワー半導体モジュールをさらに小型化できる。
【実施例５】
【００２７】
図８に本実施例のパワー半導体モジュールの断面図を示す。図８で、パワー半導体素子１、２の下側は、第１のハンダ３、４によって絶縁基板８に設けられた銅箔７（又はアルミ箔）に接合される。絶縁基板８は、例えば窒化アルミニウム（Ａ１Ｎ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化珪素（ＳｉＮ）等の材料でできており、その上面には、銅箔７、５３、５６（又はアルミ箔）が、下面には銅箔９（又はアルミ箔）が予め直接接合されている。
【００２８】
下側の絶縁基板８の下面に設けられた銅箔９と下側の銅ベース１１とは、第３のハンダ１０により接合されている。下側の銅ベース１１と下側のヒートシンク１３とは、ボルト締めなどにより接合し、グリース１２を介して密着されている。パワー半導体素子１、２の上側は、第４のハンダ１４、１５、１６により上側のリード電極５２、５５と接合されている。上側のリード電極５２、５５の材質は、銅または銅カーボン複合材とする。上側のリード電極５２はさらに、絶縁基板８上に設けられた銅箔５３に、ハンダ５４によって接合される。銅箔５３には電極接合部材５７がハンダ６０によって接合されており、電極接合部材５７と電極端子５８とが、ハンダ６１によって接合される。もうひとつの上側のリード電極５５は、絶縁基板８上に設けられた銅箔５６に、ハンダによって接合される。銅箔５６には電極接合部材６２がハンダ６４によって接合されており、電極接合部材６２と端子６３とが、ハンダ６５によって接合される。
【００２９】
上側のリード電極５２、５５の上部には、電気的には絶縁で、かつ比較的熱伝導率が大きい樹脂材料６６を密着させ、樹脂材料６６の上面には、第２の放熱板である銅ベース２６を設ける。第２の放熱板である銅ベース２６と上側のヒートシンク２８とは、ボルト締めなどにより接合し、グリース２７を介して密着されている。このような構成により、パワー素子から発生する熱がリード電極を通じて下側の放熱板に放熱されるとともに、樹脂材料６６を介して上側の放熱板にも効果的に放熱される。
【００３０】
パワー半導体素子１、２の周囲は、モールド樹脂２９によるトランスファーモールド構造をとる。パワー半導体素子１、２、絶縁基板８、絶縁基板に接合された銅箔７、５３、５６等の表面や側面の全部または一部にはポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂等の柔軟な樹脂で薄く被覆をし、硬化後にエポキシ系樹脂により封止するトランスファーモールド構造を取る。ポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂等の柔軟な樹脂で薄く被覆することにより、温度変化によるエポキシ系樹脂の変形にともなって素子に加わる応カを緩和できる。
【００３１】
本実施例によれば、上下からパワー半導体素子を冷却することにより、パワー半導体素子の高い発熱密度に対応した冷却が可能であり、パワー半導体素子、さらにはパワー半導体モジュール全体を小型化できる。また、ポリイミド系樹脂やポリアミドイミド系樹脂などの柔軟な樹脂の塗布とエポキシ系樹脂によるトランスファーモールド構造と電極板による応力緩和作用とにより、パワー半導体素子などに大きな応力が加わることなく、熱疲労などに対する高い信頼性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１のパワー半導体モジュールの縦断面図である。
【図２】実施例１のパワー半導体モジュールの横断面図である。
【図３】実施例２のパワー半導体モジュールの断面図である。
【図４】実施例３のパワー半導体モジュールの縦断面図である。
【図５】実施例３のパワー半導体モジュールの横断面図である。
【図６】実施例４のパワー半導体モジュールの縦断面図である。
【図７】実施例４のパワー半導体モジュールの横断面図である。
【図８】実施例５のパワー半導体モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１、２…パワー半導体素子、３、４…第１のハンダ、５、１７、１８、５２、５５…リード電極、６…第２のハンダ、７、９、２１、２２、２４、５３、５６…銅箔、８、２３…絶縁基板、１０…第３のハンダ、１１、２６…銅ベース、１２、２７…グリース、１３…ヒートシンク、１４、１５、１６…第４のハンダ、１９、２０…第５のハンダ、２５…第６のハンダ、２８…ヒートシンク、２９…モールド樹脂、４０、４４、４８…接続部材、４１、４５、４９、５８…電極端子、４２、４３、４６、４７、５０、５１、５４、６０、６１、６４、６５…ハンダ、５７、６２…電極接合部材、６３…端子、６６…樹脂材料、１０１…ＩＧＢＴ素子、１０２…ダイオード。
【図１】
2007251076.tif 000003
【図２】
2007251076.tif 000004
【図３】
2007251076.tif 000005
【図４】
2007251076.tif 000006
【図５】
2007251076.tif 000007
【図６】
2007251076.tif 000008
【図７】
2007251076.tif 000009
【図８】
2007251076.tif 000010