(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に基板と電気的接合をなす電極部を備えた複数の半導体チップと、これらの半導体チップの下面を支持する複数のヒートスプレッダと、前記複数のヒートスプレッダの半導体を実装している面を除く全ての面を保持する熱伝導性絶縁部と、前記熱伝導性絶縁部の下面に前記熱伝導性絶縁部と一体となる形で放熱器を備えたパワーモジュールにおいて、前記ヒートスプレッダ上には、パワーモジュールの電極となる電気的電気伝導性を有する突起部を備え、前記突起部によりパワーモジュールを構造的に支持すると同時に、実装高さ精度を確保することを特徴としたパワーモジュール。
【請求項２】
請求項１記載のパワーモジュールを用いたモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの、電気機器に用いられる半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インバータ装置などのパワー変換装置はさらなる小型化、高効率化が求められている。例えばインバータ装置を小型化する手段のひとつとして、複数のパワーデバイスを一体化したパワーモジュールが使われている。このようなパワーモジュールを用いることにより、パワーデバイスを別々に実装した場合に比べてインバータ回路を小型化することができる。図４は従来のパワーモジュール実装例の一つである。図４のパワーモジュール１４は半導体チップ１、ヒートスプレッダ２、アルミワイヤ１２、熱伝導性絶縁部５、リードフレーム１３から構成される。リードフレーム１３によりプリント基板１０との電気的接続が構成されており、放熱は熱伝導性絶縁部５と放熱材料８を経て、放熱器９に行っている。放熱材料８はパワーモジュール１４と放熱器９の間に空気の層ができて熱伝導が悪化するのを防止するために用いられることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図４の実装例では、リードフレームによりプリント基板と電気的接続を得ているために、プリント基板と放熱器との間のデッドスペースが大きく、さらなる小型化の障害になっている。本発明では上記課題を解決するための小型でかつ高熱伝導なパワーモジュールを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるパワーモジュールは、複数の半導体チップと、この半導体チップを支持するヒートスプレッダと、このヒートスプレッダを支持する熱伝導性絶縁部と、前記半導体チップに設けた電極部とを備え、前記熱伝導性絶縁部側を放熱面とし、前記半導体チップに設けた電極部により電気的接合を行う。このような構成にすることにより、一方の面に半導体の電極を電気的に接合するための電極部を、反対側の面に前記半導体で発生する熱を絶縁して伝導する熱伝導性絶縁部を備え、電極部をプリント基板と接続することにより従来のリードフレームに比べて接続距離を減少させ、非常に小型でかつ高熱伝導性を有するパワーモジュールを提供することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるパワーモジュールは、複数の半導体チップと、この半導体チップを支持するヒートスプレッダと、このヒートスプレッダの半導体を実装している面を除く全ての面を保持する熱伝導性絶縁部と、前記半導体チップに設けた電極部とを備え、前記熱伝導性絶縁部を放熱面とし、前記半導体チップに設けた電極部により電気的接合を行う。一方の面に半導体の電極を電気的に接合するための電極部を、反対の面に前記半導体で発生する熱を絶縁して伝導する熱伝導性絶縁部を備えており、電極部をプリント基板と接続することにより従来のリードフレームに比べて配線距離を減少させ、非常に小型でかつ高熱伝導性を有するパワーモジュールを提供することができる。
【０００６】
さらに本件発明は、一つのヒートスプレッダが複数の半導体チップを支持してもよい。
【０００７】
さらに本件発明のヒートスプレッダ上に配置した突起部は、パワーモジュールとプリント基板を構造的に支持すると同時に実装高さ精度を確保することができる。
【０００８】
さらに、本件発明の突起部は電気伝導性を有しているため、半導体チップが縦型半導体の場合にはパワーモジュール電極部として用いることができる。
【０００９】
さらに、本件発明は、パワーモジュールの熱伝導性絶縁部下面に熱伝導性絶縁部と一体となる形で放熱器を設けることで、より小型なパワーモジュールを提供することができる。
【００１０】
さらに本件発明は、パワーモジュールと、前記パワーモジュールの電極部と電気的に接合するプリント基板と、前記パワーモジュールの熱伝導性絶縁部と接する放熱器とを備え、前記パワーモジュールは、複数の半導体チップと、この複数の半導体チップを支持するヒートスプレッダと、このヒートスプレッダの半導体を実装している面を除く全ての面を保持する熱伝導性絶縁部と、前記複数の半導体チップに設けた電極部とを備え、前記半導体チップに設けた電極部により電気的接合をなすモータ駆動装置としてもよい。
【００１１】
さらに本件発明はパワーモジュールと、前記パワーモジュールの電極部と電気的に接合するプリント基板とを備え、前記パワーモジュールは、複数の半導体チップと、この複数の半導体チップを支持するヒートスプレッダと、このヒートスプレッダの半導体を実装している面を除く全ての面を保持する熱伝導性絶縁部と、前記複数の半導体チップに設けた電極部とを備えた、パワーモジュールの熱伝導性絶縁部下面に熱伝導性絶縁部と一体となる形で放熱器を設け、前記半導体チップに設けた電極部により電気的接合をなすモータ駆
動装置としてもよい。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照にしながら説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１はパワーモジュール１５を上面から見た（絶縁封止材料７を除いた図）状態を示している。パワーモジュール１５は半導体チップ１、半導体チップ１の上部に、半導体電極とプリント基板１０を接続するための電極部３、半導体チップ１を下方で支持し、且つ半導体チップ１で発生した熱を拡散するヒートスプレッダ２、構造的な支持と高さ精度を確保するためと同時に電極としても利用する突起部４、半導体チップ１と電極部３を保護するための封止材料６から構成される。なお、電極部３、突起部４の一部は、パワーモジュール１５の上面に露出している。
【００１４】
このパワーモジュール１５は、１個の熱伝導性絶縁部５に対して、複数の半導体チップ１と複数のヒートスプレッダ２があり、それぞれのヒートスプレッダ２のすべてに、半導体チップ１が乗っている。なお、１個のヒートスプレッダ２の上に、複数の半導体チップ１を乗せてもよい。
【００１５】
このパワーモジュール１５をプリント基板１０に取り付けた状態の断面図を図２に示す。パワーモジュール１５は電極部３と突起部４によりプリント基板１０と電気的に接続されており、絶縁封止材料７はプリント基板上の絶縁距離を確保するためにプリント基板１０とパワーモジュール１５の間に充填する。熱伝導性絶縁部５は、放熱材料８を介して放熱器９と接触している。放熱材料８はパワーモジュール１５と放熱器９の間に空気の層ができて熱伝導が悪化するのを防止する。放熱材料８は例えば、放熱グリースや熱伝導性シートなどを用いてもよい。基板支持部１１はプリント基板１０と放熱器９の間隔を規定すると同時にプリント基板１０を放熱器９と固定し、パワーモジュール１５を放熱器９に密着させるために設けられる。
【００１６】
突起部４はパワーモジュール１５とプリント基板１０の接続を構造的に支持するとともに、突起部４の高さを規定することによりパワーモジュール１５の実装高さ精度を確保することができる。
【００１７】
さらに半導体チップ１とヒートスプレッダ２は通常はんだ付けなどの導電性材料でろう付けされているため、半導体チップ１が縦型半導体の場合は半導体裏面の電極をヒートスプレッダ２と突起部４を介して電気的に接続することができる。また電極部３と半導体チップ１は固相拡散接合やろう付けなどの手段により接続されている。半導体チップ１からの電気信号は電極部３と突起部４を経てプリント基板上の回路へと伝わる。一方、半導体チップ１で発生した熱はヒートスプレッダ２から熱伝導性絶縁部５、放熱材料８を経て放熱器９へと伝導される。図４のような従来のパワーモジュール１４を使用した構成に比べて、半導体チップ１から放熱器９までの距離が短くなり、より良い熱伝導性を得ることができる。熱伝導性絶縁部５は絶縁性と熱伝導性の両方を兼ね備えた特性が必要であり、例えばエポキシ系樹脂やセラミックなどを用いてもよい。
【００１８】
本発明によるパワーモジュール１５は半導体チップ１上の電極部３とプリント基板１０を接続しているために、従来のパワーモジュール１４のようなリードフレーム１３による接続よりも接続距離が短い構成となるため、デッドスペースが小さくなり、電気機器をより小型化することができる。
【００１９】
特にモータ制御装置に使用するパワーモジュールは、他のパワーモジュールに比べて発
熱が大きく、小型にすることが非常に困難であったが、このような構成とすることにより小型化が可能になる。なお、このようなパワーモジュールは、モータ制御装置にかぎらず、インバータ装置、電源装置等に用いても同様の効果を得ることができる。
【００２０】
（実施例２）
図３に実施例２の断面図を示す。実施例２では、パワーモジュール自身が放熱器９を備えている構成のため、電気機器の構造にとらわれずにプリント基板１０の表裏どちら側にも実装でき、基板レイアウトの自由度が向上する。また放熱器９の大きさも発熱量によって適当に変えられるので、電気機器をより小型化するのにも有効である。この場合放熱材料８は使わずに、絶縁封止材料７のみで放熱器と一体成型してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によるパワーモジュールは、一方の面では電気的に最短距離で接続され、反対の面では熱的に最短距離で接続できるため、従来のパワーモジュールと比べて電気機器の小型化に有効である。また電気的接合距離を短くすることで電気抵抗を低減させ、電気機器の効率改善に有効である。さらにパワーモジュール自体に放熱器を備える構造をとることにより、基板レイアウトの自由度が向上し、電気機器のさらなる小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１のパワーモジュールを上から見た図
【図２】  同モータ制御装置の断面図
【図３】  実施例２のモータ制御装置の断面図
【図４】  従来のモータ制御装置を示す図
【符号の説明】
１  半導体チップ
２  ヒートスプレッダ
３  電極部
４  突起部
５  熱伝導性絶縁部
６  封止材料
７  絶縁封止材料
８  放熱材料
９  放熱器
１０  プリント基板
１１  基板支持部
１２  アルミワイヤ
１３  リードフレーム
１４  従来のパワーモジュール
１５  本発明に係るパワーモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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