JP3321008B2 - 電力半導体装置 - Google Patents

電力半導体装置

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雅洋 青山
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気回路が形成され
た絶縁体基板を金属基板上に載設した構造を有する電力
半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明の実施対象となる半導体装置の従
来における組立構造を図２に示す。図において、２は放
熱用金属ベース、３１は放熱用金属ベース上に設けられ
た例えばエポキシ樹脂などの絶縁層、４，５ａ，５ｂは
絶縁層３上に設けられた電気回路であり、電気回路５ａ
上には電力用半導体チップ１が半田付けされている。ま
た、電力用導体半導体チップ１は、ワイヤ１２によって
電気回路５ｂに接続されている。さらに、電気回路５ｂ
は接続端子または電子部品２５を介して他の電気回路４
に接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、絶縁層３が
エポキシ樹脂の場合、熱伝導率が１．８Ｗ／ｍ・ｋと小
さく、絶縁層３の厚さを０．１２ｍｍとすると、熱抵抗
は単位平方ｍｍ当たり３７．８ｋ／ｗとなり、電力用半
導体チップの発生した熱を十分に放熱することができな
かった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のうち、請求項１
記載の発明は、一方の面に電力用半導体チップを含む第
１の電気回路が形成され、他方の面に第２の電気回路が
形成されている熱伝導率が高い絶縁体基板と、この絶縁
体基板の第２の電気回路と高温半田により半田付けされ
ている補助金属ベースとにより形成されているブロック
と、上記補助金属ベースが挿入される開口部を有し、絶
縁層を介して第３の電気回路が形成されている放熱用金
属ベースを備え、上記第２の電気回路と上記第３の電気
回路とが低温半田により半田付けされているものであ
る。
【０００５】すなわち、絶縁体基板は熱伝導率が高く、
電力用半導体チップが発生する熱は補助金属ベースから
十分に放熱される。
【０００６】請求項２に記載の発明は、上記補助金属ベ
ースが、上記電力用半導体チップの端部から補助金属ベ
ースの底部の端部までの広がり角が、３５〜５０゜であ
る。
【０００７】すなわち、横方向の熱の広がりと縦方向の
広がりが同じ速度であれば、広がり角が４５゜で伝達さ
れ、補助金属ベースの下面から放熱される。なお、通常
補助金属ベースの底面には、外部のフィンが接続される
ため、縦方向の熱の広がりが横方向の広がりより速く行
われ、広がり角を小さくすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下の本発明の実施の形態を図１
に基づいて説明する。なお、各実施の形態で、図２と対
応する同一部材には同じ符号を付している。異なる点
は、電力用半導体チップがマウントされる放熱用金属ベ
ースを開口させている点にある。また、電力用半導体チ
ップを熱伝導性の優れた絶縁体基板を介して補助金属ベ
ースに載設して、この電力用半導体チップが載設された
補助金属ベースを放熱用金属ベースの開口部に挿入させ
ている点にある。
【０００９】すなわち、図１において、２０は放熱用金
属ベース２に開口して設けられた開口部である。８は窒
化アルミニウム又はアルミナのように熱伝導性の優れた
絶縁体基板で、絶縁体基板８の一方の面には電力用半導
体チップを含む第１の電気回路９ａ，９ｂが、また、他
方の面には第２の電気回路１０が直接貼り付けられてい
る。６は放熱用金属ベースの開口部２０より小さく、例
えば銅製、又はニッケルメッキもしくは半田メッキを施
した鉄製の補助金属ベースである。この補助金属ベース
の厚みは、放熱用金属ベースの厚みに絶縁材と電気回路
の厚みを加えたものにし、放熱用金属ベースの下面と補
助金属ベースの下面とが同じ位置にあることが望まし
い。
【００１０】この電力用半導体装置を形成するには、ま
ず補助金属ベース６の一面に高温のクリーム半田を塗布
するか、高温の半田箔を載置し、この半田の上に絶縁体
基板８を載置し、さらにこの絶縁体基板８の電気回路９
ａ，９ｂの必要箇所に高温のクリーム半田を塗布する
か、高温の半田箔を載置する。この半田の上に電力用半
導体チップ１及び接続端子又は電子部品２５を載置して
加熱し、補助金属ベース６と絶縁体基板８、絶縁体基板
８と電力用半導体チップ１及び接続端子２５を半田付け
を行いブロック１１を形成する。
【００１１】そして、放熱用金属ベース２上の絶縁層３
上の電気回路２１，４に低温のクリーム半田を塗布する
か又は低温の半田箔２２，２３を載置し、上記ブロック
１１を放熱用金属ベース２の開口部２０に挿入し、上記
半田２２とブロック１１の電気回路１０を接触させ、さ
らに、上記半田２３と接続端子又は電子部品２５とを接
触させて、加熱し、電気回路２１と電気回路１０、電気
回路４と接触端子又は電子部品２５とを半田付けする。
【００１２】なお、補助金属ベース６の大きさは、次の
ようにして選択される。すなわち、電力用半導体チップ
１の端部Ａから補助金属ベース６の底部の端部Ｂまでの
角度を３５〜５０゜、望むなら３５〜４５゜の広がり角
θを持たせている。横方向への熱の広がりと縦方向への
熱の広がり速度が同じであれば、熱の広がり角が４５゜
で伝達され、補助金属ベース６の下面から放熱される。
また、補助金属ベース６の下面には、外部のフィンが接
続されるため、縦方向の広がりが早く、広がり角を小さ
くすることができる。
【００１３】このようにして形成された電力用半導体装
置は、絶縁体基板８に窒化アルミニウムが選択されたと
き、熱伝導率が６０ｗ／ｍ・ｋと十分大きく、厚みを
０．６３５ｍｍに設計しても熱抵抗は単位平方ｍｍ当た
り１０．５８ｋ／ｗと小さく、電力用半導体チップの発
生した熱を補助金属ベース６を介して十分に放熱するこ
とができる。
【００１４】上記実施の形態では、１つの電力半導体チ
ップ１を対象としていたが、複数個の電力用半導体チッ
プを１つの補助金属ベースに搭載してもよい。
【００１５】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、絶縁体
基板は熱伝導率が高く、電力用半導体チップが発熱する
熱は、補助ベースから十分に放熱される。
【００１６】請求項２に記載の発明によれば、横方向へ
の熱の広がりと縦方向への熱の広がり速度が同じであれ
ば、熱の広がり角が４５゜で伝達され、補助金属ベース
の下面から放熱される。また、補助金属ベースの下面に
は、外部のフィンが接続され、縦方向の広がりが早く、
広がり角を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力用半導体装置の一実施の形態の断
面図である。
【図２】従来の電力用半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 電力用半導体チップ ２ 放熱用金属ベース ３ 絶縁層 ６ 補助金属ベース ８ 絶縁体基板 ９ａ，９ｂ （第１の）電気回路 １０ （第２の）電気回路 １１ ブロック １３，１４，１６ 高温半田 ２０ 開口部 ２１ （第３の）電気回路 ２２，２３ 低温半田

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の面に電力用半導体チップを含む第
    １の電気回路が形成され、他方の面に第２の電気回路が
    形成されている熱伝導率が高い絶縁体基板と、この絶縁
    体基板の第２の電気回路と高温半田により半田付けされ
    ている補助金属ベースとにより形成されているブロック
    と、上記補助金属ベースが挿入される開口部を有し、絶
    縁層を介して第３の電気回路が形成されている放熱用金
    属ベースを備え、上記第２の電気回路と上記第３の電気
    回路とが低温半田により半田付けされている電力用半導
    体装置。
  2. 【請求項２】 上記補助金属ベースが、上記電力用半導
    体チップの端部から補助金属ベースの底部の端部までの
    広がり角が、３５〜５０゜である請求項１記載の電力半
    導体装置。
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