JPH11284115A - 半導体装置及びその半導体装置に使用される絶縁回路基板 - Google Patents

半導体装置及びその半導体装置に使用される絶縁回路基板

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JPH11284115A
JPH11284115A JP10083099A JP8309998A JPH11284115A JP H11284115 A JPH11284115 A JP H11284115A JP 10083099 A JP10083099 A JP 10083099A JP 8309998 A JP8309998 A JP 8309998A JP H11284115 A JPH11284115 A JP H11284115A
Authority
JP
Japan
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semiconductor device
conductive plate
main surface
heat pipe
substrate
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Pending
Application number
JP10083099A
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English (en)
Inventor
Yoshinori Endo
佳紀 遠藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH11284115A publication Critical patent/JPH11284115A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/754Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 冷却装置の一部が半導体装置の一部に組み込
まれることで、使用者に半導体装置の特別な取り付け方
法及び冷却装置を工夫させずとも容易に低い熱抵抗が得
られ、且つ高耐圧にできる電力用半導体装置を提供する
することを目的とする。 【解決手段】 複数の電極を有する半導体素子T.D
と、前記複数の電極の内の少なくとも一つが接続される
と共に、前記半導体素子T.Dが載置される主面を有す
る良熱伝導性の導電板20と、少なくとも前記主面が露
呈するように一体成形された樹脂性基板10と、前記半
導体素子T.Dから発生する熱が前記導電板20の主面
を介して伝導する位置に固定されると共に前記主面と平
行な方向に前記導電板から前記樹脂性基板の内部を通し
て該基板外へ導出されたヒートパイプ30とを有するこ
とを特徴とする半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は冷却装置を有する
電力用半導体装置及びその半導体装置に使用される絶縁
回路基板に関するものであり、特に電気自動車に好適す
る電力用半導体装置及び絶縁回路基板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の100A以上の電力用半導体装置
は、図6に示されるような構成をしており、半導体素子
の電極と放熱板1とはセラミック等からなる絶縁基板2
により絶縁されたいた。図6において1は放熱板、2は
例えばDBC(DirectBonding Copp
er)により製造された絶縁基板で、銅製の電極板2
a,2bが直接AlN等の絶縁基板に貼り付けられてい
る。3はトランジスタ,ダイオードなどの半導体素子、
4は半導体素子3の表面に設けられた電極と電極板2a
とを接続するボンディングワイヤ、5は電極板2aに接
続された外部端子、6は放熱板の底面を残した状態で内
容物の側壁を形作る外囲ケース、7は外囲ケースの内部
の空間を埋める樹脂充填層、8は外部端子5の位置を固
定する端子支持板である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような構造の従来
の半導体装置では、半導体素子3の耐圧が高くなるほど
発熱量が大きくなるが、耐圧が高くなれば熱伝導率の比
較的低い絶縁基板2の板厚も厚くする必要があり、半導
体素子3の耐圧が高くなればなるほど熱抵抗が増大して
しまう問題があった。また、強制的に冷却することを前
提としても、放熱板1の裏面に新たに冷却装置を取り付
ける必要があり、半導体装置の使用者が半導体装置の取
り付け方法を含めて冷却装置を工夫なければならない問
題点があった。このように、上述の従来の構造では熱抵
抗の低い高耐圧の電力用半導体装置を製造することが極
めて困難であった。
【0004】本願発明は上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、冷却装置の一部が半導体装置の一部に組み込
まれることで、使用者に半導体装置の特別な取り付け方
法及び冷却装置を工夫させずとも容易に低い熱抵抗が得
られ、且つ高耐圧にできる電力用半導体装置を提供する
ことを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明では、複数の電極を有する半導
体素子と、前記複数の電極の内の少なくとも一つが接続
されると共に、前記半導体素子が載置される主面を有す
る良熱伝導性の導電板と、少なくとも前記主面が露呈す
るように一体成形された樹脂性基板と、前記半導体素子
から発生する熱が前記導電板の主面を介して伝導する位
置に固定されると共に前記主面と平行な方向に前記導電
板から前記樹脂性基板の内部を通して該基板外へ導出さ
れたヒートパイプとを有する半導体装置を提供する。こ
のため、半導体装置を低熱抵抗で、且つ高耐圧ににする
ことができる また、請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明に
おいて、前記樹脂性基板を熱硬化性の樹脂とし、前記導
電板及びヒートパイプの一部を一体成形した半導体装置
を提供する。このため、導電板及びヒートパイプの間の
熱抵抗を大きく低減することができる。
【0006】また、請求項3に係る発明では、請求項1
に係る発明において、前記樹脂性基板が、前記導電板と
絶縁された電極板を具備する半導体装置を提供する。こ
のため、前記半導体素子の電極から外部端子への電気的
な接続を容易に行なうことができる。
【0007】また、請求項4に係る発明では、請求項1
に係る発明において、前記半導体素子を電力用トランジ
スタとした半導体装置を提供する。また、請求項5に係
る発明では、請求項4に係る発明において、前記導電板
を前記電力用トランジスタのコレクタ電極に接続し、前
記電極板をエミッタ電極に接続した半導体装置を提供す
る。
【0008】また、請求項6に係る発明では、請求項1
に係る発明において、前記ヒートパイプの前記樹脂性基
板外へ導出された部分を前記導電板と絶縁した半導体装
置を提供する。このため、ヒートパイプが金属製である
とき電気的な絶縁を配慮せずに使用できる。
【0009】また、請求項7に係る発明では、半導体素
子が載置可能な主面を有する良熱伝導性の導電板と、少
なくとも前記主面が露呈するように一体成形された樹脂
性基板と、前記導電板の主面を近傍に固定されると共に
前記主面と平行な方向に前記導電板から前記樹脂性基板
の内部を通して該基板外へ導出されたヒートパイプとを
有する絶縁回路基板を提供する。このため、絶縁回路基
板の熱抵抗を低くくできる また、請求項8に係る発明では、請求項7に係る発明に
おいて、前記樹脂性基板を熱硬化性の樹脂とし、前記導
電板及びヒートパイプの一部を一体成形した絶縁回路基
板を提供する。このため、導電板及びヒートパイプの間
の熱抵抗を大きく低減することができる。
【0010】また、請求項9に係る発明では、請求項7
に係る発明において、前記樹脂性基板が、前記導電板と
絶縁された電極板を具備する絶縁回路基板を提供する。
また、請求項10に係る発明では、請求項7に係る発明
において、前記ヒートパイプの前記樹脂性基板外へ導出
された部分を前記導電板と絶縁した絶縁回路基板を提供
する。このため、ヒートパイプが金属製であるとき電気
的な絶縁を配慮せずに使用できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下この発明の第1の形態につい
て図面を参照して説明する。 (実施形態1)図1はこの発明の半導体装置の一実施例
を示す上面図であり、図2は図1のA−A矢視断面図で
ある。この半導体装置は一相分の整流回路として使用さ
れる。図1、図2において、10は樹脂性基板、20は
導電板、30はヒートパイプ、40は電極板、Dはフリ
ー・ホイール・ダイオード等の整流素子、TはIGBT
及びIEGT等のトランジスタである。
【0012】導電板20は導電性及び熱伝導性に配慮し
熱膨張率αが4ppm〜10ppm程度の低熱膨張率導
電材料、例えばMoやCuW製の金属ブロックが使用さ
れ、その内部にヒートパイプ30が図1の破線で示され
るように半導体素子搭載部に対応して埋め込まれてい
る。また、導電板20の表面には半導体素子T及びDの
固定に使用される半田による接続のため、半田との濡れ
性を考慮した金属製のメッキが施される。この導電板2
0を構成する金属ブロックは、エポキシ樹脂などの絶縁
性のある熱硬化性樹脂により成形された樹脂性基板10
に一体的に固定される。金属ブロックと一体に成形され
た樹脂性基板10には、ヒートパイプ30の両端部を残
し、金属ブロックからのヒートパイプの導出部分が固定
されると共に、図2に示されるように金属ブロックの裏
面(半導体素子の搭載される側とは反対の面)と側面が
埋め込まれる。また、樹脂性基板10には、必要に応じ
銅、Mo、及びCuW製の板材でなる電極板40も金属
ブロックと同様に一体的に取り付けられる。この電極板
40については一体的に取り付けずに、絶縁ネジ等(図
示せず)で樹脂性基板10に固定してもよい。更に、本
願発明の半導体装置が組み込まれる際の取り付け用ネジ
穴50を樹脂性基板10の端部に設けることで半導体装
置の組み込みが容易になる。
【0013】このように構成された導電板20の表面に
整流素子D、トランジスタTのような半導体素子が半田
により固定される。この時、半導体素子を金属ブロック
及びヒートパイプから電気的に絶縁したければ、絶縁性
の熱導電性樹脂等で固定してもよい。半導体素子を図1
のようにダイオードDとトランジスタTのような異なる
機能素子とした場合には、機能の異なる素子を交互に金
属ブロック上に配置することが好ましい。また、ヒート
パイプ30は金属ブロックに埋め込まれており、電気的
には絶縁されていないため、半導体素子を半田により固
定した場合には、樹脂性基板10の側面(図1の最下
部)から引き出されたヒートパイプ30の端部をセラミ
ックやテフロン等の絶縁性材料からなるチューブで覆
い、ヒートパイプ30に接続される冷却装置との電気的
絶縁を図る方が好ましい。
【0014】図1に示されるダイオードD、及びトラン
ジスタTは、少なくとも一つの電極が導電板20に接続
されるが、残りの電極は図示されていないアルミ線等に
より電極板40とワイヤボンディング等の公知の方法で
接続され、一相分の整流回路として回路構成される。そ
の後、従来と同様に外囲ケース、外部端子、端子支持板
等が樹脂性基板10の半導体素子側に取り付けられ半導
体装置が完成する。
【0015】上述のように構成されたこの発明の半導体
装置には絶縁性の樹脂性基板10により導電板20が絶
縁された状態で一体化され、且つ導電板20内に冷却装
置であるヒートパイプ30が、埋め込まれて一体化され
ているため、使用者に半導体装置の特別な取り付け方法
及び冷却装置を工夫させずとも容易に低い熱抵抗が得ら
れ、且つ高耐圧にできる。
【0016】図3は金属ブロックの形状を樹脂性基板1
0から離脱しないよう、樹脂性基板10の表面側で金属
ブロックの断面積が減少するように導電板20の形状を
工夫したものを示している。このようにすれば、たとえ
半導体素子の発熱により樹脂性基板10が膨張しても、
導電板20(金属ブロック)と樹脂性基板10の境界に
大きな隙間が発生することはなく、脱落する恐れはな
い。尚、他の構成は図2と同一の構成であるため、同一
の符号を付し説明を省略する。
【0017】図4はこの発明の他の実施例の半導体装置
の上面図であり、図5は図4のB−B矢視断面図であ
る。この半導体装置は二相分の整流回路として使用され
る。図4、図5において、10は樹脂性基板、20は導
電板、30はヒートパイプ、40は電極板、Dはフリー
・ホイール・ダイオード等の整流素子、TはIGBT及
びIEGT等のトランジスタであることは、図1の半導
体装置と同様である。
【0018】図4の半導体装置は図1の半導体装置の2
倍の回路素子を搭載する二相分の整流回路を構成するた
め、2個の導電板20を一つの樹脂性基板10により一
体的に固定している。ヒートパイプ30が2つの金属ブ
ロックの夫々に埋め込まれているため、ヒートパイプ3
0の端部を夫々樹脂性基板10の一部から引き出す必要
があるが、この半導体装置を組み込む際の利便のため、
2つの金属ブロック夫々に埋め込まれたヒートパイプ3
0の端部は一方向に引き出される。当然、図1の半導体
装置に比べて樹脂性基板10の面積は大きくなるため、
取り付け用ネジ穴50は数を増やす必要があり、図4の
半導体装置では6個所とした。しかし、図1の半導体装
置を2個使用する場合に比べネジ穴の数は2つ減少し、
樹脂性基板10の面積も小さくなる。半導体素子T及び
Dの配置や電極板40の取り付け等については、図1の
半導体装置と同様であるため説明を省略する。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、冷却装置の一部が半導体装置の一部に組み込まれる
ことで、使用者に半導体装置の特別な取り付け方法及び
冷却装置を工夫させずとも容易に低い熱抵抗が得られ、
且つ高耐圧にできる電力用半導体装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の半導体装置の上面図。
【図2】図1の半導体装置のA−A矢視断面図。
【図3】図2半導体装置の金属ブロックの断面形状を容
易に離脱しない形状とした半導体装置の断面図。
【図4】この発明の他の実施例の半導体装置の上面図。
【図5】図4の半導体装置のB−B矢視断面図。
【図6】従来の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
10 樹脂性基板 20 導電板 30 ヒートパイプ 40 電極板 50 ネジ穴 T,D 半導体素子

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の電極を有する半導体素子と、前記
    複数の電極の内の少なくとも一つが接続されると共に、
    前記半導体素子が載置される主面を有する良熱伝導性の
    導電板と、少なくとも前記主面が露呈するように一体成
    形された樹脂性基板と、前記半導体素子から発生する熱
    が前記導電板の主面を介して伝導する位置に固定される
    と共に前記主面と平行な方向に前記導電板から前記樹脂
    性基板の内部を通して該基板外へ導出されたヒートパイ
    プとを有することを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記良熱伝導性の導電板は、モリブデン
    (Mo)及び銅タングステン合金(CuW)の内から選
    択されたいずれか一つの材料であることを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記樹脂性基板は、熱硬化性の樹脂であ
    り、前記導電板及びヒートパイプの一部を一体成形した
    ものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 前記樹脂性基板は、前記導電板と絶縁さ
    れた電極板を具備することを特徴とする請求項1記載の
    半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体素子は電力用トランジスタで
    あることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記導電板は前記電力用トランジスタの
    コレクタ電極に接続され、また前記電極板はエミッタ電
    極に接続されていることを特徴とする請求項5記載の半
    導体装置。
  7. 【請求項7】 前記ヒートパイプの前記樹脂性基板外へ
    導出された部分は、前記導電板とは絶縁されていること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 半導体素子が載置可能な主面を有する良
    熱伝導性の導電板と、少なくとも前記主面が露呈するよ
    うに一体成形された樹脂性基板と、前記導電板の主面を
    近傍に固定されると共に前記主面と平行な方向に前記導
    電板から前記樹脂性基板の内部を通して該基板外へ導出
    されたヒートパイプとを有することを特徴とする絶縁回
    路基板。
  9. 【請求項9】 前記良熱伝導性の導電板は、モリブデン
    (Mo)及び銅タングステン合金(CuW)の内から選
    択されたいずれか一つの材料であることを特徴とする請
    求項8記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記樹脂性基板は、熱硬化性の樹脂で
    あり、前記導電板及びヒートパイプの一部を一体成形し
    たものであることを特徴とする請求項8記載の絶縁回路
    基板。
  11. 【請求項11】 前記樹脂性基板は、前記導電板と絶縁
    された電極板を具備することを特徴とする請求項8記載
    の絶縁回路基板。
  12. 【請求項12】 前記ヒートパイプの前記樹脂性基板外
    へ導出された部分は、前記導電板とは絶縁されているこ
    とを特徴とする請求項8記載の絶縁回路基板。
JP10083099A 1998-03-30 1998-03-30 半導体装置及びその半導体装置に使用される絶縁回路基板 Pending JPH11284115A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020004894A (ja) * 2018-06-29 2020-01-09 三菱重工業株式会社 半導体素子の冷却構造及び電子デバイスの冷却構造
CN114975316A (zh) * 2022-05-23 2022-08-30 日月光半导体制造股份有限公司 半导体封装件及其形成方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020004894A (ja) * 2018-06-29 2020-01-09 三菱重工業株式会社 半導体素子の冷却構造及び電子デバイスの冷却構造
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