JP2000228491A - 半導体モジュール及び電力変換装置 - Google Patents
半導体モジュール及び電力変換装置Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 電力用半導体素子の発熱損失増大に対応
し、電力用半導体素子の信頼性を向上させ寿命の低下を
抑制すると共に、コストを低減する。 【解決手段】 半導体モジュールは、第１の絶縁基板２
の上部に金属電極３が接合され、金属電極３の上部に熱
拡散用金属板１１が接合され、熱拡散用金属板１１の上
部に電力用半導体素子４，５が接合されている。電力用
半導体素子４，５と熱拡散用金属板１１と金属電極３は
絶縁性を有する樹脂製パッケージ６に収納され、更に第
１の絶縁基板２と樹脂製パッケージ６は端部で接着され
ている。樹脂製パッケージ６の内部には、絶縁性のゲル
７が封入されている。第１の絶縁基板２を冷却器に加圧
接触させる事により、電力用半導体素子４，５で発生す
る熱を放熱させる。さらに電力用半導体素子４，５と接
続する外部引き出し端子の一部を幅広導体にする事によ
り、放熱特性をより向上させることが出来る。
し、電力用半導体素子の信頼性を向上させ寿命の低下を
抑制すると共に、コストを低減する。 【解決手段】 半導体モジュールは、第１の絶縁基板２
の上部に金属電極３が接合され、金属電極３の上部に熱
拡散用金属板１１が接合され、熱拡散用金属板１１の上
部に電力用半導体素子４，５が接合されている。電力用
半導体素子４，５と熱拡散用金属板１１と金属電極３は
絶縁性を有する樹脂製パッケージ６に収納され、更に第
１の絶縁基板２と樹脂製パッケージ６は端部で接着され
ている。樹脂製パッケージ６の内部には、絶縁性のゲル
７が封入されている。第１の絶縁基板２を冷却器に加圧
接触させる事により、電力用半導体素子４，５で発生す
る熱を放熱させる。さらに電力用半導体素子４，５と接
続する外部引き出し端子の一部を幅広導体にする事によ
り、放熱特性をより向上させることが出来る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電力用半導
体素子と電力用半導体素子と電気的に接続される複数の
外部引き出し端子とを有する半導体モジュール及び当該
半導体モジュールを使用した電力変換装置に関する。
体素子と電力用半導体素子と電気的に接続される複数の
外部引き出し端子とを有する半導体モジュール及び当該
半導体モジュールを使用した電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電力用半導体素子は大容量化、高
速化し、熱損失が増大している。一方、信頼性や寿命の
点から、電力用半導体素子はある温度内に保つ必要があ
る。このため、熱損失の増大に対応し、かつ電力用半導
体素子をある温度内に保つ半導体モジュール構造が必要
となってきている。
速化し、熱損失が増大している。一方、信頼性や寿命の
点から、電力用半導体素子はある温度内に保つ必要があ
る。このため、熱損失の増大に対応し、かつ電力用半導
体素子をある温度内に保つ半導体モジュール構造が必要
となってきている。
【０００３】以下、従来の半導体モジュールの構造を、
図２４及び図２５を参照して説明する。図２４は平面図
で、図２５は図２４のＡ−Ａ断面図である。
図２４及び図２５を参照して説明する。図２４は平面図
で、図２５は図２４のＡ−Ａ断面図である。
【０００４】図２４及び図２５において、半導体モジュ
ールは、放熱用金属板１の上部に電力用半導体素子４，
５と放熱用金属板１を絶縁するための第１の絶縁基板
２、第１の絶縁基板２の上部に金属電極３、金属電極３
の上部に電力用半導体素子４，５が積層され且つ接合さ
れている。そして、電力用半導体素子４，５と金属電極
３と第１の絶縁基板２とが絶縁性を有する樹脂製パッケ
ージ６に収納され、放熱用金属板１と樹脂製パッケージ
６は端部で接着されている。樹脂製パッケージ６の内部
には、絶縁性のゲル７が封入されている。
ールは、放熱用金属板１の上部に電力用半導体素子４，
５と放熱用金属板１を絶縁するための第１の絶縁基板
２、第１の絶縁基板２の上部に金属電極３、金属電極３
の上部に電力用半導体素子４，５が積層され且つ接合さ
れている。そして、電力用半導体素子４，５と金属電極
３と第１の絶縁基板２とが絶縁性を有する樹脂製パッケ
ージ６に収納され、放熱用金属板１と樹脂製パッケージ
６は端部で接着されている。樹脂製パッケージ６の内部
には、絶縁性のゲル７が封入されている。
【０００５】また、外部引き出し端子８，９と電力用半
導体素子４，５はワイヤボンディング１０により電気的
に接続されている。このように構成された半導体モジュ
ールにおいては、電力用半導体素子４，５が通電された
ときに熱損失が発生する。電力用半導体素子４，５の上
部には断熱材である絶縁性のゲル７が封入されているの
で、電力用半導体素子４，５で発生した熱損失の大部分
は、下部の金属電極３に熱伝導する。金属電極３に熱伝
導した熱損失は、第１の絶縁基板２を伝わり放熱用金属
板１に熱伝導する。放熱用金属板１は、ネジにより冷却
器に加圧接触され、熱損失が冷却器により放熱される。
以上のように、電力用半導体素子４，５は、片面冷却さ
れ、ある温度以内に保たれる。
導体素子４，５はワイヤボンディング１０により電気的
に接続されている。このように構成された半導体モジュ
ールにおいては、電力用半導体素子４，５が通電された
ときに熱損失が発生する。電力用半導体素子４，５の上
部には断熱材である絶縁性のゲル７が封入されているの
で、電力用半導体素子４，５で発生した熱損失の大部分
は、下部の金属電極３に熱伝導する。金属電極３に熱伝
導した熱損失は、第１の絶縁基板２を伝わり放熱用金属
板１に熱伝導する。放熱用金属板１は、ネジにより冷却
器に加圧接触され、熱損失が冷却器により放熱される。
以上のように、電力用半導体素子４，５は、片面冷却さ
れ、ある温度以内に保たれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図２６は、電力用半導
体素子４の形状が１１ｍｍ角で、第１の絶縁基板２がア
ルミナで放熱用金属板１が銅で過渡的な熱損失が発生し
た場合の、電力用半導体素子４、第１の絶縁基板２、放
熱用金属板１の温度上昇の計算結果を示す。
体素子４の形状が１１ｍｍ角で、第１の絶縁基板２がア
ルミナで放熱用金属板１が銅で過渡的な熱損失が発生し
た場合の、電力用半導体素子４、第１の絶縁基板２、放
熱用金属板１の温度上昇の計算結果を示す。
【０００７】従来の半導体モジュールでは、熱伝導率の
悪い第１の絶縁基板２の上部に接合されている金属電極
が１ｍｍ以下と非常に薄いため、電力用半導体素子４で
発生した熱損失を拡散することができず、第１の絶緑基
板２で熱集中が発生する。このため、図２６に示すよう
に、熱損失が集中する熱伝導率の悪い第１の絶縁基板２
の温度上昇が非常に高くなり、結果的に電力用半導体素
子４の温度上昇が非常に高くなる。
悪い第１の絶縁基板２の上部に接合されている金属電極
が１ｍｍ以下と非常に薄いため、電力用半導体素子４で
発生した熱損失を拡散することができず、第１の絶緑基
板２で熱集中が発生する。このため、図２６に示すよう
に、熱損失が集中する熱伝導率の悪い第１の絶縁基板２
の温度上昇が非常に高くなり、結果的に電力用半導体素
子４の温度上昇が非常に高くなる。
【０００８】また、電力用半導体素子４，５は、ワイヤ
ボンディング１０により電気的に接続されているので、
ワイヤボンディング１０の熱応力による切断なども考え
られ信頼性が低い。
ボンディング１０により電気的に接続されているので、
ワイヤボンディング１０の熱応力による切断なども考え
られ信頼性が低い。
【０００９】以上より、従来の半導体モジュール構造で
は、以下の問題点がある。片面冷却であり冷却効率が悪
く、電力用半導体素子４の熱損失を熱伝導率の悪い第１
の絶縁基板２の上部で拡散することができず、またワイ
ヤボンディングにより電気的に接続されているので、以
下の問題点を有する。 （１）電力用半導体素子の熱損失増大、すなわち大容量
化、高速化に対応できない。 （２）電力用半導体素子の信頼性が低い。 （３）電力用半導体素子の寿命の低下が発生する。 （４）電力用半導体素子を冷却するための冷却器が大型
化し、電力変換装置のコストも高くなる。
は、以下の問題点がある。片面冷却であり冷却効率が悪
く、電力用半導体素子４の熱損失を熱伝導率の悪い第１
の絶縁基板２の上部で拡散することができず、またワイ
ヤボンディングにより電気的に接続されているので、以
下の問題点を有する。 （１）電力用半導体素子の熱損失増大、すなわち大容量
化、高速化に対応できない。 （２）電力用半導体素子の信頼性が低い。 （３）電力用半導体素子の寿命の低下が発生する。 （４）電力用半導体素子を冷却するための冷却器が大型
化し、電力変換装置のコストも高くなる。
【００１０】従って、本発明は、上記問題点を鑑み、電
力用半導体素子の大容量化、高速化に対応し、信頼性を
向上し、寿命の低下を防ぐ半導体モジュール及び冷却器
を小型化し、コストを低減した電力変換装置を提供する
ことを目的とする。
力用半導体素子の大容量化、高速化に対応し、信頼性を
向上し、寿命の低下を防ぐ半導体モジュール及び冷却器
を小型化し、コストを低減した電力変換装置を提供する
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成
するために、請求項１記載の発明は、半導体モジュール
において、第１の絶縁基板の上部に金属電極を接合し、
上記金属電極の上部に熱拡散用金属板を接合し、この熱
拡散用金属板の上部に電力用半導体素子を接合する。ま
た、電力用半導体素子、熱拡散用金属板、金属電極は絶
縁性を有する樹脂製パッケージに収納され、更に第１の
絶縁基板と樹脂製パッケージは端部で接着し、上記第１
の絶縁基板を冷却器に加圧接触する。従って、電力用半
導体素子の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、
電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制
する。
するために、請求項１記載の発明は、半導体モジュール
において、第１の絶縁基板の上部に金属電極を接合し、
上記金属電極の上部に熱拡散用金属板を接合し、この熱
拡散用金属板の上部に電力用半導体素子を接合する。ま
た、電力用半導体素子、熱拡散用金属板、金属電極は絶
縁性を有する樹脂製パッケージに収納され、更に第１の
絶縁基板と樹脂製パッケージは端部で接着し、上記第１
の絶縁基板を冷却器に加圧接触する。従って、電力用半
導体素子の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、
電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制
する。
【００１２】また、請求項２記載の発明は、半導体モジ
ュールにおいて、樹脂性パッケージをネジにより冷却器
に取付けることにより、第１の絶縁基板を冷却器に加圧
接触させる。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散
し温度上昇を低減すると共に、電力用半導体素子の信頼
性を向上し、寿命の低下を抑制する。
ュールにおいて、樹脂性パッケージをネジにより冷却器
に取付けることにより、第１の絶縁基板を冷却器に加圧
接触させる。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散
し温度上昇を低減すると共に、電力用半導体素子の信頼
性を向上し、寿命の低下を抑制する。
【００１３】更に、請求項３記載の発明は、半導体モジ
ュールにおいて、第１の絶縁基板の下部に金属薄板を接
合し、第１の絶縁基板を金属薄板を介し冷却器に加圧接
触させる。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散し
温度上昇を低減すると共に、電力用半導体素子の信頼性
を向上し、寿命の低下を抑制する。
ュールにおいて、第１の絶縁基板の下部に金属薄板を接
合し、第１の絶縁基板を金属薄板を介し冷却器に加圧接
触させる。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散し
温度上昇を低減すると共に、電力用半導体素子の信頼性
を向上し、寿命の低下を抑制する。
【００１４】また、請求項４記載の発明は、半導体モジ
ュールにおいて、第１の絶縁基板の下部に冷却器に対し
凸形状となっている金属薄板を接合し、第１の絶縁基板
を上記凸形状の金属薄板を介し冷却器に加圧接触させ
る。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散し温度上
昇を低減すると共に、電力用半導体素子の信頼性を向上
し、寿命の低下を抑制する。
ュールにおいて、第１の絶縁基板の下部に冷却器に対し
凸形状となっている金属薄板を接合し、第１の絶縁基板
を上記凸形状の金属薄板を介し冷却器に加圧接触させ
る。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散し温度上
昇を低減すると共に、電力用半導体素子の信頼性を向上
し、寿命の低下を抑制する。
【００１５】そして、請求項５記載の発明は、半導体モ
ジュールにおいて、第１の絶縁基板を下部で薄く側面で
一定の厚みを有する金属板で覆い、さらに金属板と樹脂
製パッケージを端部で接着し、金属板をネジにより冷却
器に取付けることにより、第１の絶縁基板を金属板を介
し冷却器に加圧接触させる。従って、電力用半導体素子
の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、電力用半
導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制する。
ジュールにおいて、第１の絶縁基板を下部で薄く側面で
一定の厚みを有する金属板で覆い、さらに金属板と樹脂
製パッケージを端部で接着し、金属板をネジにより冷却
器に取付けることにより、第１の絶縁基板を金属板を介
し冷却器に加圧接触させる。従って、電力用半導体素子
の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、電力用半
導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制する。
【００１６】また、請求項６記載の発明は、半導体モジ
ュールにおいて、金属電極の上部に接合する熱拡散用金
属板を、電力用半導体素子ごとに分割する。更に、請求
項７記載の発明は、半導体モジュールにおいて、熱拡散
用金属板の上部表面に電力用半導体素子と熱膨張係数の
近い金属箔、下部表面に第１の絶縁基板と熱膨張係数の
近い金属箔が接合された多層構造となっており、上記金
属箔を介して熱拡散用金属板を電力用半導体素子、第１
の絶縁基板と接合する。従って、電力用半導体素子の熱
損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、電力用半導体
素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制する。
ュールにおいて、金属電極の上部に接合する熱拡散用金
属板を、電力用半導体素子ごとに分割する。更に、請求
項７記載の発明は、半導体モジュールにおいて、熱拡散
用金属板の上部表面に電力用半導体素子と熱膨張係数の
近い金属箔、下部表面に第１の絶縁基板と熱膨張係数の
近い金属箔が接合された多層構造となっており、上記金
属箔を介して熱拡散用金属板を電力用半導体素子、第１
の絶縁基板と接合する。従って、電力用半導体素子の熱
損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、電力用半導体
素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制する。
【００１７】また更に、請求項８記載の発明は、半導体
モジュールにおいて、複数の外部引き出し端子のうち少
なくともいずれかの端子を、幅広導体によって上記電力
用半導体素子と電気的に接続する。従って、電力用半導
体素子の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、電
力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制す
る。
モジュールにおいて、複数の外部引き出し端子のうち少
なくともいずれかの端子を、幅広導体によって上記電力
用半導体素子と電気的に接続する。従って、電力用半導
体素子の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共に、電
力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制す
る。
【００１８】また、請求項９記載の発明は、半導体モジ
ュールにおいて、複数の外部引き出し端子のうち少なく
ともいずれかの端子を幅広導体によって上記電力用半導
体素子と電気的に接続し、さらに上記幅広導体の上部に
第２の絶縁基板を接合し、第２の絶縁基板と樹脂製パッ
ケージを端部で接着し、上記第２の絶縁基板の上部にも
冷却器を加圧接触させ電力用半導体素子で発生する熱損
失を放熱する。
ュールにおいて、複数の外部引き出し端子のうち少なく
ともいずれかの端子を幅広導体によって上記電力用半導
体素子と電気的に接続し、さらに上記幅広導体の上部に
第２の絶縁基板を接合し、第２の絶縁基板と樹脂製パッ
ケージを端部で接着し、上記第２の絶縁基板の上部にも
冷却器を加圧接触させ電力用半導体素子で発生する熱損
失を放熱する。
【００１９】従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散
し温度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却
効率が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、
寿命の低下を抑制する。
し温度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却
効率が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、
寿命の低下を抑制する。
【００２０】請求項１０記載の発明は、半導体モジュー
ルにおいて、電力用半導体素子の上部に接合される幅広
導体が、幅広導体の下部表面に電力用半導体素子と熱膨
張係数の近い金属箔、上部表面に第２の絶縁基板と熱膨
張係数が近い金属箔が接合した多層構造となっており、
上記金属箔を介して電力用半導体素子、第２の絶縁基板
と接合する。
ルにおいて、電力用半導体素子の上部に接合される幅広
導体が、幅広導体の下部表面に電力用半導体素子と熱膨
張係数の近い金属箔、上部表面に第２の絶縁基板と熱膨
張係数が近い金属箔が接合した多層構造となっており、
上記金属箔を介して電力用半導体素子、第２の絶縁基板
と接合する。
【００２１】従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散
し温度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却
効率が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、
寿命の低下を抑制する。また、請求項１１記載の発明
は、半導体モジュールにおいて、複数の外部引き出し端
子のうち少なくともいずれかの端子を幅広導体によって
上記電力用半導体素子と電気的に接続し、さらに上記幅
広導体の上部に第２の絶縁基板を接合し、第２の絶緑基
板と樹脂製パッケージを端部で接着し、上記第２の絶縁
基板の上部に冷却器を接合する。
し温度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却
効率が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、
寿命の低下を抑制する。また、請求項１１記載の発明
は、半導体モジュールにおいて、複数の外部引き出し端
子のうち少なくともいずれかの端子を幅広導体によって
上記電力用半導体素子と電気的に接続し、さらに上記幅
広導体の上部に第２の絶縁基板を接合し、第２の絶緑基
板と樹脂製パッケージを端部で接着し、上記第２の絶縁
基板の上部に冷却器を接合する。
【００２２】従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散
し温度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却
効率が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、
寿命の低下を抑制する。
し温度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却
効率が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、
寿命の低下を抑制する。
【００２３】更に、請求項１２記載の発明は、半導体モ
ジュールにおいて、第２の絶縁基板の上部に接合された
冷却器の上部に第３の絶縁基板を設ける。従って、電力
用半導体素子の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共
に、両面冷却であるので冷却効率が高く、更に電力用半
導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制する。
ジュールにおいて、第２の絶縁基板の上部に接合された
冷却器の上部に第３の絶縁基板を設ける。従って、電力
用半導体素子の熱損失を拡散し温度上昇を低減すると共
に、両面冷却であるので冷却効率が高く、更に電力用半
導体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を抑制する。
【００２４】そして、請求項１３記載の発明は、半導体
モジュールにおいて、少なくとも第１の絶縁基板及び第
２の絶縁基板のいずれか一方に、セラミック繊維を複合
させる。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散し温
度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却効率
が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命
の低下を抑制する。
モジュールにおいて、少なくとも第１の絶縁基板及び第
２の絶縁基板のいずれか一方に、セラミック繊維を複合
させる。従って、電力用半導体素子の熱損失を拡散し温
度上昇を低減すると共に、両面冷却であるので冷却効率
が高く、更に電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命
の低下を抑制する。
【００２５】また、請求項１４記載の発明は、電力変換
装置において上記半導体モジュールを使用する。従っ
て、電力変換装置に上記半導体モジュールを使用するこ
とにより、冷却器を小型化できるので、しいては電力変
換装置を小型化、低コスト化することができる。
装置において上記半導体モジュールを使用する。従っ
て、電力変換装置に上記半導体モジュールを使用するこ
とにより、冷却器を小型化できるので、しいては電力変
換装置を小型化、低コスト化することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００２７】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明す
る。図１は、本実施の形態を示す平面図で、図２は、図
１のＡ−Ａ断面図である。
の実施の形態について、図１乃至図３を用いて説明す
る。図１は、本実施の形態を示す平面図で、図２は、図
１のＡ−Ａ断面図である。
【００２８】図３は、本実施の形態における過渡的な熱
損失が発生した場合の電力用半導体素子４、第１の絶縁
基板２の温度上昇の計算結果を示す。図１及び図２にお
いて、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の
絶縁基板２の上部に金属電極３が接合され、金属電極３
の上部に熱拡散用金属板１１が接合され、熱拡散用金属
板１１の上部に電力用半導体素子４，５が接合されてい
る。熱拡散用金属板１１の材質として、例えば銅（Ｃ
ｕ）を用いる。電力用半導体素子４，５と熱拡散用金属
板１１と金属電極３は絶縁性を有する樹脂製パッケージ
６に収納され、更に第１の絶縁基板２と樹脂製パッケー
ジ６は端部で接着されている。樹脂製パッケージ６の内
部には、絶縁性のゲル７が封入されている。また、樹脂
性パッケージ６をネジにより冷却器に取付けることによ
り、第１の絶縁基板を冷却器に加圧接触させ、電力用半
導体素子４，５で発生する熱損失を放熱する。
損失が発生した場合の電力用半導体素子４、第１の絶縁
基板２の温度上昇の計算結果を示す。図１及び図２にお
いて、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の
絶縁基板２の上部に金属電極３が接合され、金属電極３
の上部に熱拡散用金属板１１が接合され、熱拡散用金属
板１１の上部に電力用半導体素子４，５が接合されてい
る。熱拡散用金属板１１の材質として、例えば銅（Ｃ
ｕ）を用いる。電力用半導体素子４，５と熱拡散用金属
板１１と金属電極３は絶縁性を有する樹脂製パッケージ
６に収納され、更に第１の絶縁基板２と樹脂製パッケー
ジ６は端部で接着されている。樹脂製パッケージ６の内
部には、絶縁性のゲル７が封入されている。また、樹脂
性パッケージ６をネジにより冷却器に取付けることによ
り、第１の絶縁基板を冷却器に加圧接触させ、電力用半
導体素子４，５で発生する熱損失を放熱する。
【００２９】外部引き出し端子８，９と電力用半導体素
子４，５は、ワイヤボンディング１０により電気的に接
続されている。本実施の形態のように構成された半導体
モジュールにおいては、電力用半導体素子４，５が通電
されたときに熱損失が発生する。電力用半導体素子４，
５の上部には断熱材である絶縁性のゲル７が封入されて
いるので、電力用半導体素子４，５で発生した熱損失の
大部分は、下部の熱拡散用金属板１１に熱伝導する。下
部の熱拡散用金属板１１に伝わった熱損失は、熱拡散用
金属板１１内部で拡散し、下部の第１の絶縁基板２に熱
伝導する。第１の絶縁基板２は、冷却器に加圧接触さ
れ、熱損失が冷却器に伝わり放熱される。
子４，５は、ワイヤボンディング１０により電気的に接
続されている。本実施の形態のように構成された半導体
モジュールにおいては、電力用半導体素子４，５が通電
されたときに熱損失が発生する。電力用半導体素子４，
５の上部には断熱材である絶縁性のゲル７が封入されて
いるので、電力用半導体素子４，５で発生した熱損失の
大部分は、下部の熱拡散用金属板１１に熱伝導する。下
部の熱拡散用金属板１１に伝わった熱損失は、熱拡散用
金属板１１内部で拡散し、下部の第１の絶縁基板２に熱
伝導する。第１の絶縁基板２は、冷却器に加圧接触さ
れ、熱損失が冷却器に伝わり放熱される。
【００３０】電力用半導体素子４の形状が１１ｍｍ角
で、熱拡散用金属板１１の材質が銅で厚みが２．７ｍ
ｍ、第１の絶縁基板２がアルミナで、過渡的な熱損失が
発生した場合の電力用半導体素子４、第１の絶縁基板２
の温度上昇の計算結果を図３に示す。
で、熱拡散用金属板１１の材質が銅で厚みが２．７ｍ
ｍ、第１の絶縁基板２がアルミナで、過渡的な熱損失が
発生した場合の電力用半導体素子４、第１の絶縁基板２
の温度上昇の計算結果を図３に示す。
【００３１】熱拡散用金属板１１が、熱伝導率の悪い第
１の絶縁基板２の上部において熱損失を拡散するため第
１の絶縁基板２で熱集中が起こらず、図２６に示した従
来の半導体モジュールに比べて、１２秒後の電力用半導
体素子４の温度上昇が３２Ｋから２３Ｋへ、１３．５秒
後の温度上昇が温８７Ｋから５４Ｋと非常に低減され
る。
１の絶縁基板２の上部において熱損失を拡散するため第
１の絶縁基板２で熱集中が起こらず、図２６に示した従
来の半導体モジュールに比べて、１２秒後の電力用半導
体素子４の温度上昇が３２Ｋから２３Ｋへ、１３．５秒
後の温度上昇が温８７Ｋから５４Ｋと非常に低減され
る。
【００３２】本実施の形態においては、電力用半導体素
子の熱損失を拡散し、電力用半導体素子の温度上昇を低
減することができるので、熱損失増大すなわち大容量
化、高速化に対応することができる。また、電力用半導
体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を防ぐことができ
る。更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減すること
ができるので、電力用半導体素子を冷却する冷却器を小
型化し、コストを低減することができる。
子の熱損失を拡散し、電力用半導体素子の温度上昇を低
減することができるので、熱損失増大すなわち大容量
化、高速化に対応することができる。また、電力用半導
体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を防ぐことができ
る。更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減すること
ができるので、電力用半導体素子を冷却する冷却器を小
型化し、コストを低減することができる。
【００３３】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について、図４及び図５を参照して説明す
る。
の実施の形態について、図４及び図５を参照して説明す
る。
【００３４】図４は、本実施の形態を示す平面図で、図
５は、図４のＡ−Ａ断面図である。図４及び図５におい
て、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の絶
縁基板２の下部に金属薄板１２を接合し、第１の絶縁基
板２を金属薄板１２を介し冷却器に加圧接触させる。金
属薄板１２の材質は、例えば銅（Ｃｕ），アルミニウム
（Ａｌ），銀（Ａｇ）である。その他の構造は、第１の
実施の形態と同様である。
５は、図４のＡ−Ａ断面図である。図４及び図５におい
て、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の絶
縁基板２の下部に金属薄板１２を接合し、第１の絶縁基
板２を金属薄板１２を介し冷却器に加圧接触させる。金
属薄板１２の材質は、例えば銅（Ｃｕ），アルミニウム
（Ａｌ），銀（Ａｇ）である。その他の構造は、第１の
実施の形態と同様である。
【００３５】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第１の実施の形態と同様の作用に
加え、第１の絶縁基板２を非常に薄く柔らかい金属薄板
１２を介し冷却器に接触させるので、第１の絶縁基板２
と冷却器の密着性が向上し接触熱抵抗が低減され、電力
用半導体素子４の温度上昇が第１の実施の形態以上に低
減できる。このとき、第１の実施の形態の効果以上の効
果を奏することができる。
ジュールにおいては、第１の実施の形態と同様の作用に
加え、第１の絶縁基板２を非常に薄く柔らかい金属薄板
１２を介し冷却器に接触させるので、第１の絶縁基板２
と冷却器の密着性が向上し接触熱抵抗が低減され、電力
用半導体素子４の温度上昇が第１の実施の形態以上に低
減できる。このとき、第１の実施の形態の効果以上の効
果を奏することができる。
【００３６】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について、図６及び図７を参照して説明す
る。
の実施の形態について、図６及び図７を参照して説明す
る。
【００３７】図６は、本実施の形態を示す平面図で、図
７は、図６のＡ−Ａ断面図である。図６及び図７におい
て、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の絶
縁基板２の下部に冷却器に対し凸形状となっている金属
薄板１２を接合し、第１の絶縁基板２を凸形状の金属薄
板１２を介し冷却器に加圧接触させる。金属薄板１２の
材質は、例えば銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）或い
は銀（Ａｇ）である。その他の構造は、第１の実施の形
態と同様である。
７は、図６のＡ−Ａ断面図である。図６及び図７におい
て、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の絶
縁基板２の下部に冷却器に対し凸形状となっている金属
薄板１２を接合し、第１の絶縁基板２を凸形状の金属薄
板１２を介し冷却器に加圧接触させる。金属薄板１２の
材質は、例えば銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）或い
は銀（Ａｇ）である。その他の構造は、第１の実施の形
態と同様である。
【００３８】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第１の実施の形態と同様の作用に
加え、第１の絶縁基板２を非常に薄く柔らかく、且つ冷
却器に対しと凸形状である金属薄板１２を介し冷却器に
接触させるので、第１の絶縁基板２と冷却器の密着性が
第２の実施の形態の効果以上に向上し、接触熱抵抗が低
減され、電力用半導体素子４の温度上昇が第２の実施の
形態以上に低減できる。このとき、第２の実施の形態以
上の効果を奏することができる。
ジュールにおいては、第１の実施の形態と同様の作用に
加え、第１の絶縁基板２を非常に薄く柔らかく、且つ冷
却器に対しと凸形状である金属薄板１２を介し冷却器に
接触させるので、第１の絶縁基板２と冷却器の密着性が
第２の実施の形態の効果以上に向上し、接触熱抵抗が低
減され、電力用半導体素子４の温度上昇が第２の実施の
形態以上に低減できる。このとき、第２の実施の形態以
上の効果を奏することができる。
【００３９】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明す
る。
の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明す
る。
【００４０】図８は、本実施の形態を示す平面図で、図
９は、図８のＡ−Ａ断面図である。図８及び図９におい
て、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の絶
縁基板２を下部で薄く側面で一定の厚みを有する金属板
１８で覆い、さらに金属板１８と樹脂製パッケージを端
部で接着し、金属板１８をネジにより冷却器に取付ける
ことにより、第１の絶縁基板を金属板１８を介し冷却器
に加圧接触させる。金属板１８の材質は、例えばアルミ
ニウム（Ａｌ）である。その他の構造は、第１の実施の
形態と同様である。
９は、図８のＡ−Ａ断面図である。図８及び図９におい
て、本実施の形態である半導体モジュールは、第１の絶
縁基板２を下部で薄く側面で一定の厚みを有する金属板
１８で覆い、さらに金属板１８と樹脂製パッケージを端
部で接着し、金属板１８をネジにより冷却器に取付ける
ことにより、第１の絶縁基板を金属板１８を介し冷却器
に加圧接触させる。金属板１８の材質は、例えばアルミ
ニウム（Ａｌ）である。その他の構造は、第１の実施の
形態と同様である。
【００４１】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第１の実施の形態と同様の作用に
加え、第１の絶縁基板２を下部で非常に薄い金属板１８
を介し冷却器に接触させるので、第１の絶縁基板２と冷
却器の密着性が第１の実施の形態以上に向上し、接触熱
抵抗が低減され、電力用半導体素子４の温度上昇が第１
の実施の形態以上に低減できる。このとき、第１の実施
の形態の効果以上の効果を奏することができる。
ジュールにおいては、第１の実施の形態と同様の作用に
加え、第１の絶縁基板２を下部で非常に薄い金属板１８
を介し冷却器に接触させるので、第１の絶縁基板２と冷
却器の密着性が第１の実施の形態以上に向上し、接触熱
抵抗が低減され、電力用半導体素子４の温度上昇が第１
の実施の形態以上に低減できる。このとき、第１の実施
の形態の効果以上の効果を奏することができる。
【００４２】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態について、図１０及び図１１を参照して説
明する。
の実施の形態について、図１０及び図１１を参照して説
明する。
【００４３】図１０は、本実施の形態を示す平面図で、
図１１は、図１０のＡ−Ａ断面図である。図１０及び図
１１において、本実施の形態である半導体モジュール
は、金属電極３の上部に接合する熱拡散用金属板１１が
電力用半導体素子４，５ごとに分割されている。その他
の構造は、第３の実施の形態と同様である。
図１１は、図１０のＡ−Ａ断面図である。図１０及び図
１１において、本実施の形態である半導体モジュール
は、金属電極３の上部に接合する熱拡散用金属板１１が
電力用半導体素子４，５ごとに分割されている。その他
の構造は、第３の実施の形態と同様である。
【００４４】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第３の実施の形態と同様の作用に
加え、熱拡散用金属板１１が電力用半導体素子ごとに分
割されているため、分割されていない場合に比べ通電時
の熱拡散用金属板１１の熱膨張が少なくなる。これによ
り、電力用半導体素子４，５、第１の絶縁基板２と熱拡
散用金属板１１の熱膨張の差により発生する熱応力を低
減でき、且つ熱応力を分散することができる。このと
き、第３の実施の形態と同様の効果に加え、電力用半導
体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を防ぐことができ
る。
ジュールにおいては、第３の実施の形態と同様の作用に
加え、熱拡散用金属板１１が電力用半導体素子ごとに分
割されているため、分割されていない場合に比べ通電時
の熱拡散用金属板１１の熱膨張が少なくなる。これによ
り、電力用半導体素子４，５、第１の絶縁基板２と熱拡
散用金属板１１の熱膨張の差により発生する熱応力を低
減でき、且つ熱応力を分散することができる。このと
き、第３の実施の形態と同様の効果に加え、電力用半導
体素子の信頼性を向上し、寿命の低下を防ぐことができ
る。
【００４５】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態について、図１２及び図１３を参照して説
明する。
の実施の形態について、図１２及び図１３を参照して説
明する。
【００４６】図１２は、本実施の形態を示す平面図で、
図１３は、図１２のＡ−Ａ断面図である。図１２及び図
１３において、本実施の形態である半導体モジュール
は、熱拡散用金属板１１の上部表面に電力用半導体素子
４，５と熱膨張係数の近い金属箔１３、下部表面に第１
の絶縁基板と熱膨張係数の近い金属箔１３が接合された
多層構造となっており、金属箔１３を介して熱拡散用金
属板１１を電力用半導体素子４，５、第１の絶縁基板２
と接合する。その他の構造は、第５の実施の形態と同様
である。
図１３は、図１２のＡ−Ａ断面図である。図１２及び図
１３において、本実施の形態である半導体モジュール
は、熱拡散用金属板１１の上部表面に電力用半導体素子
４，５と熱膨張係数の近い金属箔１３、下部表面に第１
の絶縁基板と熱膨張係数の近い金属箔１３が接合された
多層構造となっており、金属箔１３を介して熱拡散用金
属板１１を電力用半導体素子４，５、第１の絶縁基板２
と接合する。その他の構造は、第５の実施の形態と同様
である。
【００４７】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第５の実施の形態と同様の作用に
加え、熱拡散用金属板１１が電力用半導体素子４，５、
第１の絶縁基板２と熱膨張係数の近い金属箔１３を介し
て接合されるため、電力用半導体素子４，５、第１の絶
縁基板２に発生する熱応力を第５の実施の形態以上に低
減することができる。このとき、第５の実施の形態と同
様の効果に加え、更に、電力用半導体素子の信頼性を向
上し、寿命の低下を防ぐことができる。
ジュールにおいては、第５の実施の形態と同様の作用に
加え、熱拡散用金属板１１が電力用半導体素子４，５、
第１の絶縁基板２と熱膨張係数の近い金属箔１３を介し
て接合されるため、電力用半導体素子４，５、第１の絶
縁基板２に発生する熱応力を第５の実施の形態以上に低
減することができる。このとき、第５の実施の形態と同
様の効果に加え、更に、電力用半導体素子の信頼性を向
上し、寿命の低下を防ぐことができる。
【００４８】（第７の実施の形態）次に、本発明の第７
の実施の形態について、図１４及び図１５を参照して説
明する。
の実施の形態について、図１４及び図１５を参照して説
明する。
【００４９】図１４は、本実施の形態を示す平面図で、
図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図である。図１４及び図
１５において、本実施の形態である半導体モジュール
は、電力用半導体素子４，５と外部引き出し端子８，９
を、幅広導体１４によって電気的に接続する。その他の
構造は、第６の実施の形態と同様である。
図１５は、図１４のＡ−Ａ断面図である。図１４及び図
１５において、本実施の形態である半導体モジュール
は、電力用半導体素子４，５と外部引き出し端子８，９
を、幅広導体１４によって電気的に接続する。その他の
構造は、第６の実施の形態と同様である。
【００５０】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第６の実施の形態と同様の作用に
加え、幅広導体１４が電力用半導体素子４，５の過渡的
な熱損失を吸収するのに十分な熱容量を持っているの
で、図３に示した１３．５秒後の電力用半導体素子４の
温度上昇が５４Ｋ以下に低減される。更に、電力用半導
体素子４，５を幅広導体１４で電気的に接続しているの
で、ワイヤボンディング１０による接続個所が減少し、
熱応力による切断の可能性が減少する。
ジュールにおいては、第６の実施の形態と同様の作用に
加え、幅広導体１４が電力用半導体素子４，５の過渡的
な熱損失を吸収するのに十分な熱容量を持っているの
で、図３に示した１３．５秒後の電力用半導体素子４の
温度上昇が５４Ｋ以下に低減される。更に、電力用半導
体素子４，５を幅広導体１４で電気的に接続しているの
で、ワイヤボンディング１０による接続個所が減少し、
熱応力による切断の可能性が減少する。
【００５１】このとき、第６の実施の形態と同様の効果
に加え、更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減でき
る。また、電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の
低下を防ぐことができる。
に加え、更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減でき
る。また、電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の
低下を防ぐことができる。
【００５２】（第８の実施の形態）次に、本発明の第８
の実施の形態について、図１６及び図１７を参照して説
明する。
の実施の形態について、図１６及び図１７を参照して説
明する。
【００５３】図１６は、本実施の形態を示す平面図で、
図１７は、図１６のＡ−Ａ断面図である。図１６及び図
１７において、本実施の形態である半導体モジュール
は、電力用半導体素子４，５と外部引き出し端子８，９
を、幅広導体１４によって電気的に接続する。更に、幅
広導体１４の上部に第２の絶縁基板１５を接合し、第２
の絶縁基板１５と樹脂製パッケージ６を端部で接着す
る。第２の絶縁基板１５の上部にも冷却器が取付け可能
であり、ネジにより冷却器を加圧接触させ電力用半導体
素子４，５で発生する熱損失を放熱する。その他の構造
は、第７の実施の形態と同様である。
図１７は、図１６のＡ−Ａ断面図である。図１６及び図
１７において、本実施の形態である半導体モジュール
は、電力用半導体素子４，５と外部引き出し端子８，９
を、幅広導体１４によって電気的に接続する。更に、幅
広導体１４の上部に第２の絶縁基板１５を接合し、第２
の絶縁基板１５と樹脂製パッケージ６を端部で接着す
る。第２の絶縁基板１５の上部にも冷却器が取付け可能
であり、ネジにより冷却器を加圧接触させ電力用半導体
素子４，５で発生する熱損失を放熱する。その他の構造
は、第７の実施の形態と同様である。
【００５４】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、電力用半導体素子４，５が通電さ
れたときに、熱損失が発生する。電力用半導体素子４，
５で発生した熱損失の一部は、電力用半導体素子４，５
の下部に接合された熱拡散用金属板１１へ、残りの熱損
失は上部に接合された幅広導体１４へ熱伝導する。
ジュールにおいては、電力用半導体素子４，５が通電さ
れたときに、熱損失が発生する。電力用半導体素子４，
５で発生した熱損失の一部は、電力用半導体素子４，５
の下部に接合された熱拡散用金属板１１へ、残りの熱損
失は上部に接合された幅広導体１４へ熱伝導する。
【００５５】熱拡散用金属板１１に熱拡散した熱損失
は、金属電極３を通り第１の絶縁基板２に熱伝導する。
第１の絶縁基板２には、冷却器が取付けられ熱損失が放
熱される。同様に、幅広導体１４に熱伝導した熱損失
は、幅広導体１４内部で熱拡散し第２の絶縁基板１５に
熱伝導する。第２の絶縁基板１５には、小型の副冷却器
が取付けられ熱損失が放熱される。
は、金属電極３を通り第１の絶縁基板２に熱伝導する。
第１の絶縁基板２には、冷却器が取付けられ熱損失が放
熱される。同様に、幅広導体１４に熱伝導した熱損失
は、幅広導体１４内部で熱拡散し第２の絶縁基板１５に
熱伝導する。第２の絶縁基板１５には、小型の副冷却器
が取付けられ熱損失が放熱される。
【００５６】上述したように、電力用半導体素子４，５
は両面冷却されるので、冷却効率が高い。更に、電力用
半導体素子４，５の過渡的な熱損失も、幅広導体１４の
熱容量により吸収できる。これらより、第７の実施の形
態以上に電力用半導体素子４，５の温度上昇が低減され
る。
は両面冷却されるので、冷却効率が高い。更に、電力用
半導体素子４，５の過渡的な熱損失も、幅広導体１４の
熱容量により吸収できる。これらより、第７の実施の形
態以上に電力用半導体素子４，５の温度上昇が低減され
る。
【００５７】更に、電力用半導体素子４，５を幅広導体
１４で電気的に接続しているので、ワイヤボンディング
１０による接続個所が減少し、熱応力による切断の可能
性が減少する。
１４で電気的に接続しているので、ワイヤボンディング
１０による接続個所が減少し、熱応力による切断の可能
性が減少する。
【００５８】このとき、第７の実施の形態と同様の効果
に加え、更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減でき
る。また、電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の
低下を防ぐことができる。
に加え、更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減でき
る。また、電力用半導体素子の信頼性を向上し、寿命の
低下を防ぐことができる。
【００５９】（第９の実施の形態）次に、本発明の第９
の実施の形態について、図１８及び図１９を参照して説
明する。
の実施の形態について、図１８及び図１９を参照して説
明する。
【００６０】図１８は、本実施の形態を示す平面図で、
図１９は、図１８のＡ−Ａ断面図である。図１８及び図
１９において、本実施の形態である半導体モジュール
は、幅広導体１４の下部表面に電力用半導体素子４，５
と熱膨張係数の近い金属箔１３、上部表面に第２の絶縁
基板１５と熱膨張係数が近い金属箔１３が接合した多層
構造となっており、金属箔１３を介して電力用半導体素
子４，５、第２の絶縁基板１５と幅広導体１４を接合す
る。その他の構造は、第８の実施の形態と同様である。
図１９は、図１８のＡ−Ａ断面図である。図１８及び図
１９において、本実施の形態である半導体モジュール
は、幅広導体１４の下部表面に電力用半導体素子４，５
と熱膨張係数の近い金属箔１３、上部表面に第２の絶縁
基板１５と熱膨張係数が近い金属箔１３が接合した多層
構造となっており、金属箔１３を介して電力用半導体素
子４，５、第２の絶縁基板１５と幅広導体１４を接合す
る。その他の構造は、第８の実施の形態と同様である。
【００６１】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第８の実施の形態と同様の作用に
加え、幅広導体１４が電力用半導体素子４，５、第２の
絶縁基板１５と熱膨張係数の近い金属箔１３を介して接
合されるため、電力用半導体素子４，５、第２の絶縁基
板２に発生する熱応力を第８の実施の形態以上に低減す
ることができる。このとき、第８の実施の形態と同様の
効果に加え、更に、電力用半導体素子の信頼性を向上
し、寿命の低下を防ぐことができる。
ジュールにおいては、第８の実施の形態と同様の作用に
加え、幅広導体１４が電力用半導体素子４，５、第２の
絶縁基板１５と熱膨張係数の近い金属箔１３を介して接
合されるため、電力用半導体素子４，５、第２の絶縁基
板２に発生する熱応力を第８の実施の形態以上に低減す
ることができる。このとき、第８の実施の形態と同様の
効果に加え、更に、電力用半導体素子の信頼性を向上
し、寿命の低下を防ぐことができる。
【００６２】（第１０の実施の形態）次に、本発明の第
１０の実施の形態について、図２０及び図２１を参照し
て説明する。
１０の実施の形態について、図２０及び図２１を参照し
て説明する。
【００６３】図２０は、本実施の形態を示す平面図で、
図２１は、図２０のＡ−Ａ断面図である。図２０及び図
２１において、本実施の形態である半導体モジュール
は、電力用半導体素子４，５と外部引き出し端子８，９
を、幅広導体１４によって電気的に接続する。更に、幅
広導体１４の上部に第２の絶縁基板１５を接合し、第２
の絶縁基板１５と樹脂製パッケージ６を端部で接着す
る。更に、第２の絶縁基板１５の上部に冷却器１６を接
合する。その他の構造は、第１０の実施の形態と同様で
ある。
図２１は、図２０のＡ−Ａ断面図である。図２０及び図
２１において、本実施の形態である半導体モジュール
は、電力用半導体素子４，５と外部引き出し端子８，９
を、幅広導体１４によって電気的に接続する。更に、幅
広導体１４の上部に第２の絶縁基板１５を接合し、第２
の絶縁基板１５と樹脂製パッケージ６を端部で接着す
る。更に、第２の絶縁基板１５の上部に冷却器１６を接
合する。その他の構造は、第１０の実施の形態と同様で
ある。
【００６４】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第９の実施の形態と同様の作用に
加え、第２の絶縁基板１５に冷却器１６を接合するた
め、ネジで加圧接触した場合に第２の絶縁基板１５と冷
却器１６の間に存在する接触熱抵抗が無くなる。これに
より、電力用半導体素子４，５の温度上昇を、第９の実
施の形態以上に低減することができる。このとき、第９
の実施の実施の形態の効果以上の効果を奏する。
ジュールにおいては、第９の実施の形態と同様の作用に
加え、第２の絶縁基板１５に冷却器１６を接合するた
め、ネジで加圧接触した場合に第２の絶縁基板１５と冷
却器１６の間に存在する接触熱抵抗が無くなる。これに
より、電力用半導体素子４，５の温度上昇を、第９の実
施の形態以上に低減することができる。このとき、第９
の実施の実施の形態の効果以上の効果を奏する。
【００６５】（第１１の実施の形態）次に、本発明の第
１１の実施の形態について、図２２及び図２３を参照し
て説明する。
１１の実施の形態について、図２２及び図２３を参照し
て説明する。
【００６６】図２２は、本実施の形態を示す平面図で、
図２３は、図２２のＡ−Ａ断面図である。図２２及び図
２３において、本実施の形態である半導体モジュール
は、第２の絶縁基板１５の上部に接合された冷却器１６
の上部に第３の絶縁基板１７を設ける。その他の構造
は、第１０の実施の形態と同様である。
図２３は、図２２のＡ−Ａ断面図である。図２２及び図
２３において、本実施の形態である半導体モジュール
は、第２の絶縁基板１５の上部に接合された冷却器１６
の上部に第３の絶縁基板１７を設ける。その他の構造
は、第１０の実施の形態と同様である。
【００６７】本実施の形態のように構成された半導体モ
ジュールにおいては、第１０の実施の形態と同様の作用
に加え、第３の絶縁基板１７により、複数の外部引き出
し端子８，９と冷却器１６を絶縁することができる。更
に、第３の絶縁基板１７により冷却器１６のダクトが構
成され、冷却器１６に流れる冷却風を整流することがで
き冷却効率が高まる。これにより、電力用半導体素子
４，５の温度上昇を、第１０の実施の形態以上に低減で
きる。このとき、第１０の実施の形態と同様の効果に加
え、更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減できる。
また、電力用半導体素子の信頼性を向上できる。
ジュールにおいては、第１０の実施の形態と同様の作用
に加え、第３の絶縁基板１７により、複数の外部引き出
し端子８，９と冷却器１６を絶縁することができる。更
に、第３の絶縁基板１７により冷却器１６のダクトが構
成され、冷却器１６に流れる冷却風を整流することがで
き冷却効率が高まる。これにより、電力用半導体素子
４，５の温度上昇を、第１０の実施の形態以上に低減で
きる。このとき、第１０の実施の形態と同様の効果に加
え、更に、電力用半導体素子の温度上昇を低減できる。
また、電力用半導体素子の信頼性を向上できる。
【００６８】（第１２の実施の形態）次に、本発明の第
１２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、半導体
モジュールにおいて、第１の絶縁基板２及び第２の絶縁
基板１５のいずれか一方、もしくは両方ともに、例えば
横方向にセラミック繊維を複合させる。その他の構造
は、先の実施の形態と同様である。
１２の実施の形態を説明する。本実施の形態は、半導体
モジュールにおいて、第１の絶縁基板２及び第２の絶縁
基板１５のいずれか一方、もしくは両方ともに、例えば
横方向にセラミック繊維を複合させる。その他の構造
は、先の実施の形態と同様である。
【００６９】このように構成された半導体モジュールに
おいては、第１の絶縁基板２、第２の絶縁基板１５に横
方向にセラミック繊維が複合されているので強度が向上
し、熱応力による破壊の可能性を大幅に減少させること
ができる。このとき、先の実施の形態と同様の効果に加
え、更に、電力用半導体素子の信頼性を向上できる。
おいては、第１の絶縁基板２、第２の絶縁基板１５に横
方向にセラミック繊維が複合されているので強度が向上
し、熱応力による破壊の可能性を大幅に減少させること
ができる。このとき、先の実施の形態と同様の効果に加
え、更に、電力用半導体素子の信頼性を向上できる。
【００７０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力用半導体素子の発熱損失増大、すなわち大容量化、
高速化に対応でき、電力用半導体素子の信頼性が向上
し、電力用半導体素子の寿命の低下を防ぐことができ
る。また、電力用半導体素子を冷却するための冷却器を
小型化し、電力変換装置のコストを低減することができ
る。
電力用半導体素子の発熱損失増大、すなわち大容量化、
高速化に対応でき、電力用半導体素子の信頼性が向上
し、電力用半導体素子の寿命の低下を防ぐことができ
る。また、電力用半導体素子を冷却するための冷却器を
小型化し、電力変換装置のコストを低減することができ
る。
【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す平面図。
【図２】 図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の過渡的な熱損
失が発生した場合の電力用半導体素子の温度上昇の計算
結果を示すグラフ。
失が発生した場合の電力用半導体素子の温度上昇の計算
結果を示すグラフ。
【図４】 本発明の第２の実施の形態を示す平面図。
【図５】 図４のＡ−Ａ断面図。
【図６】 本発明の第３の実施の形態を示す平面図。
【図７】 図６のＡ−Ａ断面図。
【図８】 本発明の第４の実施の形態を示す平面図。
【図９】 図８のＡ−Ａ断面図。
【図１０】 本発明の第５の実施の形態を示す平面図。
【図１１】 図１０のＡ−Ａ断面図。
【図１２】 本発明の第６の実施の形態を示す平面図。
【図１３】 図１２のＡ−Ａ断面図。
【図１４】 本発明の第７の実施の形態を示す平面図。
【図１５】 図１４のＡ−Ａ断面図。
【図１６】 本発明の第８の実施の形態を示す平面図。
【図１７】 図１６のＡ−Ａ断面図。
【図１８】 本発明の第９の実施の形態を示す平面図。
【図１９】 図１８のＡ−Ａ断面図。
【図２０】 本発明の第１０の実施の形態を示す平面
図。
図。
【図２１】 図２０のＡ−Ａ断面図。
【図２２】 本発明の第１１の実施の形態を示す平面
図。
図。
【図２３】 図２２のＡ−Ａ断面図。
【図２４】 従来の半導体モジュールを示す平面図。
【図２５】 図２４のＡ−Ａ断面図。
【図２６】 従来の半導体モジュールの過渡的な熱損失
が発生した場合の電力用半導体素子の温度上昇の計算結
果を示すグラフ。
が発生した場合の電力用半導体素子の温度上昇の計算結
果を示すグラフ。
１：放熱用金属板、２：第１の絶縁基板、３：金属電
極、４，５：電力用半導体素子、６：樹脂製パッケー
ジ、７：絶縁性のゲル、８，９：外部引き出し端子、１
０：ワイヤボンディング、１１：熱拡散用金属板、１
２：金属薄板、１３：金属箔、１４：幅広導体、１５：
第２の絶縁基板、１６：冷却器、１７：第３の絶縁基
板、１８：金属板
極、４，５：電力用半導体素子、６：樹脂製パッケー
ジ、７：絶縁性のゲル、８，９：外部引き出し端子、１
０：ワイヤボンディング、１１：熱拡散用金属板、１
２：金属薄板、１３：金属箔、１４：幅広導体、１５：
第２の絶縁基板、１６：冷却器、１７：第３の絶縁基
板、１８：金属板
Claims (14)
- 【請求項１】 複数の電力用半導体素子と、前記電力
用半導体素子と電気的に接続される複数の外部引き出し
端子とを有する半導体モジュールにおいて、第１の絶縁
基板の上部に金属電極が接合され、前記金属電極の上部
に熱拡散用金属板が接合され、前記熱拡散用金属板の上
部に電力用半導体素子が接合され、電力用半導体素子、
熱拡散用金属板、金属電極が絶縁性を有する樹脂製パッ
ケージに収納され、さらに第１の絶縁基板と樹脂製パッ
ケージは端部で接着され、前記第１の絶緑基板を冷却器
に加圧接触させることにより電力用半導体素子で発生す
る熱損失を放熱することを特徴とする半導体モジュー
ル。 - 【請求項２】 前記樹脂性パッケージをネジにより冷
却器に取付けることにより、第１の絶縁基板を冷却器に
加圧接触させることを特徴とする請求項１記載の半導体
モジュール。 - 【請求項３】 前記第１の絶縁基板の下部に金属薄板
が接合され、第１の絶縁基板を金属薄板を介し冷却器に
加圧接触させることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の半導体モジュール。 - 【請求項４】 前記第１の絶縁基板の下部に冷却器に
対し凸形状となっている金属薄板が接合され、第１の絶
縁基板を前記凸形状の金属薄板を介し冷却器に加圧接触
させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
半導体モジュール。 - 【請求項５】 前記第１の絶縁基板を下部で薄く側面
で一定の厚みを有する金属板で覆い、さらに金属板と樹
脂製パッケージは端部で接着され、金属板をネジにより
冷却器に取付けることにより、第１の絶縁基板を金属板
を介し冷却器に加圧接触させることを特徴とする請求項
１記載の半導体モジュール。 - 【請求項６】 前記金属電極の上部に接合される熱拡
散用金属板が、電力用半導体素子ごとに分割されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記
載の半導体モジュール。 - 【請求項７】 前記金属電極の上部に接合される熱拡
散用金属板が、熱拡散用金属板の上部表面に電力用半導
体素子と熱膨張係数の近い金属箔、下部表面に第１の絶
縁基板と熱膨張係数が近い金属箔が接合された多層構造
となっており、前記金属箔を介して電力用半導体素子、
第１の絶縁基板と接合されていることを特徴とする請求
項１乃至請求項６のいずれかに記載の半導体モジュー
ル。 - 【請求項８】 前記複数の外部引き出し端子のうち少
なくともいずれかの端子が、幅広導体によって前記電力
用半導体素子と電気的に接続されていることを特徴とす
る請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体モジ
ュール。 - 【請求項９】 前記複数の外部引き出し端子のうち少
なくともいずれかの端子が幅広導体によって前記電力用
半導体素子と電気的に接続され、さらに前記幅広導体の
上部に第２の絶縁基板が接合され、第２の絶縁基板と樹
脂製パッケージは端部で接着され、前記第２の絶縁基板
の上部にも冷却器を加圧接触させ、電力用半導体素子で
発生する熱損失を放熱することを特徴とする請求項１乃
至請求項８のいずれかに記載の半導体モジュール。 - 【請求項１０】 前記電力用半導体素子の上部に接合
される幅広導体が、幅広導体の下部表面に電力用半導体
素子と熱膨張係数の近い金属箔、上部表面に第２の絶縁
基板と熱膨張係数が近い金属箔が接合された多層構造と
なっており、前記金属箔を介して電力用半導体素子、第
２の絶縁基板と接合されていることを特徴とする請求項
１乃至請求項９のいずれかに記載の半導体モジュール。 - 【請求項１１】 前記複数の外部引き出し端子のうち
少なくともいずれかの端子が幅広導体によって前記電力
用半導体素子と電気的に接続され、さらに前記幅広導体
の上部に第２の絶縁基板が接合され、第２の絶縁基板と
樹脂製パッケージは端部で接着され、前記第２の絶縁基
板の上部に冷却器を接合したことを特徴とする請求項１
乃至請求項１０のいずれかに記載の半導体モジュール。 - 【請求項１２】 前記第２の絶縁基板の上部に接合さ
れた冷却器の上部に第３の絶縁基板を設けることを特徴
とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の半導
体モジュール。 - 【請求項１３】 少なくとも前記第１の絶縁基板及び
第２の絶縁基板のいずれか一方に、セラミック繊維を複
合させたことを特徴とする請求項１乃至請求項１２のい
ずれかに記載の半導体モジュール。 - 【請求項１４】 請求項１乃至請求項１３のいずれか
に記載の半導体モジュールを使用することを特徴とする
電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11030811A JP2000228491A (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 半導体モジュール及び電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11030811A JP2000228491A (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 半導体モジュール及び電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000228491A true JP2000228491A (ja) | 2000-08-15 |
Family
ID=12314086
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11030811A Pending JP2000228491A (ja) | 1999-02-09 | 1999-02-09 | 半導体モジュール及び電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000228491A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USD464618S1 (en) | 2001-04-23 | 2002-10-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Power converter |
| JP2007067067A (ja) * | 2005-08-30 | 2007-03-15 | Kokusan Denki Co Ltd | 樹脂注型形電力用回路ユニット |
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| US8107255B2 (en) | 2007-09-27 | 2012-01-31 | Sanyo Semiconductor Co., Ltd. | Circuit device and method of manufacturing the same |
| US8169784B2 (en) | 2007-09-27 | 2012-05-01 | Sanyo Semiconductor Co., Ltd. | Circuit module |
| US9741836B2 (en) | 2015-09-10 | 2017-08-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for driving same |
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| JPH07249734A (ja) * | 1994-03-09 | 1995-09-26 | Toshiba Corp | 大電力用半導体装置 |
| JPH1093015A (ja) * | 1996-09-11 | 1998-04-10 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
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1999
- 1999-02-09 JP JP11030811A patent/JP2000228491A/ja active Pending
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| US9741836B2 (en) | 2015-09-10 | 2017-08-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for driving same |
| US10050135B2 (en) | 2015-09-10 | 2018-08-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method for driving same |
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