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JP5541393B2 - Method for manufacturing power semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明はパワーモジュールと冷却器を備える電力用半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a power semiconductor device including a power module and a cooler.

電力用半導体装置はパワーモジュールと、パワーモジュールに取り付けられた冷却器を備える。パワーモジュールは例えばIGBTなどのパワー素子をトランスファーモールド法などにより樹脂封止したものである。そしてパワーモジュールは放熱のためにモールド樹脂から露出した放熱面を備える。放熱面はパワー素子の熱をパワーモジュール外部に放出するために設けられ、熱伝導のよい金属を材料とする。このような放熱面と冷却器がはんだ付けで固定される。当該放熱面に冷却器を取り付けることはパワーモジュールの熱抵抗改善に有効である。   The power semiconductor device includes a power module and a cooler attached to the power module. The power module is obtained by sealing a power element such as an IGBT by a transfer molding method or the like. The power module includes a heat dissipation surface exposed from the mold resin for heat dissipation. The heat radiating surface is provided in order to release heat of the power element to the outside of the power module, and is made of a metal having good heat conduction. Such a heat radiating surface and a cooler are fixed by soldering. Attaching a cooler to the heat radiating surface is effective in improving the thermal resistance of the power module.

ここで、パワーモジュールの放熱面と冷却器の固定には熱伝導グリスが使われる場合もあった。パワーモジュールの熱抵抗を低減するために熱伝導グリスは薄く形成されることが好ましい。ところがパワーモジュールの放熱面および冷却器の平面には一定の凹凸があり、その凹凸の程度によってグリスの最低膜厚が制限される。よって熱伝導グリスを用いた場合に熱抵抗を低減しようとすれば、放熱面および冷却器平面の凹凸を低減することが必要である。さらに、パワーモジュールはパワー素子がシリコンであるのに対し基板や配線にはセラミックや銅、アルミが用いられるため熱膨張が均一でなく温度変化により一定の反りが生じる。そのために前述の凹凸を低減することは困難であった。また、熱伝導グリスの熱伝導率がCuやSiに比べると著しく低いことから、放熱面と冷却器の固定に熱伝導グリスを用いると熱抵抗の低減が困難であった。   Here, in some cases, heat conduction grease is used for fixing the heat radiation surface of the power module and the cooler. In order to reduce the thermal resistance of the power module, the thermal conductive grease is preferably formed thin. However, the heat radiation surface of the power module and the plane of the cooler have certain irregularities, and the minimum film thickness of the grease is limited by the degree of the irregularities. Therefore, if the thermal resistance is to be reduced when the thermal conductive grease is used, it is necessary to reduce the unevenness of the heat dissipation surface and the cooler plane. In addition, since the power element of the power module is silicon, ceramic, copper, or aluminum is used for the substrate and wiring, so thermal expansion is not uniform and a certain warp occurs due to temperature change. For this reason, it has been difficult to reduce the aforementioned unevenness. Further, since the thermal conductivity of the thermal conductive grease is significantly lower than that of Cu or Si, it is difficult to reduce the thermal resistance when the thermal conductive grease is used for fixing the heat radiation surface and the cooler.

そこで、前述のとおりパワーモジュールの放熱面と冷却器をはんだ付けで固定すると熱伝導グリスを用いた場合と比較して熱抵抗を低減できる。特許文献1−4にはパワーモジュールの放熱に関する技術などについて記載がある。   Therefore, as described above, when the heat radiation surface of the power module and the cooler are fixed by soldering, the thermal resistance can be reduced as compared with the case where the thermal conductive grease is used. Patent Documents 1-4 describe a technique related to heat dissipation of a power module.

特開2004−022973号公報JP 2004-022973 A 特開2007−096252号公報JP 2007-096252 A 特開2007−043041号公報JP 2007-043041 A 特開2001−308266号公報JP 2001-308266 A

パワーモジュールの放熱面と冷却器をはんだ付けするためには、冷却器の熱容量が高いためはんだ材を融点以上の温度に加熱する装置が大掛かりとなる。これにより製造コストが増加する問題があった。特にパワーモジュールに複数のはんだ付け面がある場合には、各はんだ付け面について適切なリフロープロファイルを確保することは困難であるという問題があった。   In order to solder the heat radiating surface of the power module and the cooler, since the heat capacity of the cooler is high, an apparatus for heating the solder material to a temperature higher than the melting point becomes large. As a result, there is a problem that the manufacturing cost increases. In particular, when the power module has a plurality of soldering surfaces, there is a problem that it is difficult to ensure an appropriate reflow profile for each soldering surface.

上述の電力用半導体装置は、製造過程においてパワーモジュールの放熱面と冷却器とのはんだ付け面の接合部にボイドなどの欠陥がないことを保証するためにX線検査を行う。ところが、冷却器は通常は内部に空隙を有するためX線検査によるボイドなどの発見が困難であるという問題があった。   The power semiconductor device described above performs X-ray inspection in order to ensure that there is no defect such as a void at the joint between the heat radiation surface of the power module and the soldering surface of the cooler during the manufacturing process. However, since the cooler usually has a gap inside, there is a problem that it is difficult to find voids by X-ray inspection.

冷却器の表面と裏面の両面に、冷却器を挟むように複数のパワーモジュールを固着する場合がある。その場合まず冷却器の表面にパワーモジュールを固着し必要なワイヤボンドを行い、その後に電力用半導体装置を反転させて同裏面にも同様の処理を行う。図12にはそのような電力用半導体装置の一例が記載される。図12では冷却液の流路500を有する冷却器502の表面に、窒化珪素板504が固着される。さらに窒化珪素板504の上に金属回路板506が配置され、金属回路板506上に半導体素子530が固着される。半導体素子530と金属回路板506の所定位置でワイヤボンディングが行われる。これら一連の工程を終えると電力用半導体装置が反転され、同様の処理を冷却器の裏面を上向きにした状態で行う。そして、上述の電力用半導体装置の反転を行うためには特殊な機構を要するため、電力用半導体装置の製造に用いる装置が大型化する問題があった。またこの反転を人手で行うと作業が複雑化する問題があった。   A plurality of power modules may be fixed to both the front and back surfaces of the cooler so as to sandwich the cooler. In that case, first, the power module is fixed to the surface of the cooler and necessary wire bonding is performed, and then the power semiconductor device is inverted and the same processing is performed on the back surface. FIG. 12 shows an example of such a power semiconductor device. In FIG. 12, a silicon nitride plate 504 is fixed to the surface of a cooler 502 having a coolant flow path 500. Further, a metal circuit board 506 is disposed on the silicon nitride plate 504, and the semiconductor element 530 is fixed on the metal circuit board 506. Wire bonding is performed at predetermined positions of the semiconductor element 530 and the metal circuit board 506. When these series of steps are completed, the power semiconductor device is inverted, and the same processing is performed with the back surface of the cooler facing upward. In order to invert the power semiconductor device described above, a special mechanism is required. Therefore, there has been a problem that an apparatus used for manufacturing the power semiconductor device is enlarged. In addition, if this reversal is performed manually, there is a problem that the work becomes complicated.

パワーモジュールは、パッケージ内に配置されたパワー素子の近傍をシリコーンゲルで封じて絶縁性を高めることが多い。ところが前述のように冷却器の両面にパワーモジュールを配置する場合、冷却器表面側のパワーモジュールにシリコーンゲルを充填し、硬化させたあとに、電力用半導体装置を反転させ冷却器裏面側のパワーモジュールについても同様の処理を行う。シリコーンゲルの充填、硬化は重力を利用するため、冷却器表面と裏面のパワーモジュールの処理を同時にはできず生産性を阻害する要因となる問題があった。   In many cases, the power module enhances insulation by sealing the vicinity of the power element disposed in the package with silicone gel. However, when the power modules are arranged on both sides of the cooler as described above, the power module on the cooler surface side is filled with silicone gel and cured, and then the power semiconductor device is turned over to reverse the power on the back side of the cooler. The same processing is performed for the module. Since filling and curing of the silicone gel use gravity, there is a problem that the processing of the power module on the front surface and the back surface of the cooler cannot be performed at the same time, which hinders productivity.

たとえば、ハイブリット車や電気自動車、電車などの移動体に、電力用半導体装置が取り付けられる場合がある。このとき、冷却器よりも下方に位置するパワーモジュールのシリコーンゲルが振動に対して位相遅れを生じ、パワーモジュールの筐体(パッケージ)と異なる動きを行いパワーモジュールに内蔵したワイヤにダメージを与えることがあった。これにより電力用半導体装置の信頼性を保証できる期間が短くなる問題があった。   For example, a power semiconductor device may be attached to a moving body such as a hybrid car, an electric car, or a train. At this time, the silicone gel of the power module located below the cooler causes a phase lag with respect to vibration, and moves differently from the casing (package) of the power module and damages the wires built in the power module. was there. As a result, there is a problem that the period during which the reliability of the power semiconductor device can be guaranteed is shortened.

この問題を回避するためにシリコーンゲルを利用しないことも考えられる。この場合、沿面絶縁距離を確保するために装置が大型化する問題があった。   In order to avoid this problem, it is conceivable not to use a silicone gel. In this case, there is a problem that the apparatus becomes large in order to ensure the creeping insulation distance.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、製造を容易化でき、装置を小型化でき、信頼性を高めることができる電力用半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for manufacturing a power semiconductor device that can facilitate manufacture, reduce the size of the device, and improve reliability. Objective.

本願の発明にかかる電力用半導体装置の製造方法は、モールド樹脂で封止され、該モールド樹脂から露出する放熱面を有する第一パワーモジュールの該放熱面と、第一冷却部の表面を第1はんだではんだ付けする第1工程と、該第一パワーモジュールと同じ構成の第二パワーモジュールの放熱面と、該第一冷却部と同じ構成の第二冷却部の表面を第2はんだではんだ付けする第2工程と、該第1工程と該第2工程の後に、該第一冷却部と該第二冷却部が冷媒通路となる空隙を形成するように、該第一冷却部と該第二冷却部を固着する第3工程とを備えたことを特徴とする。   In the method for manufacturing a power semiconductor device according to the present invention, the heat dissipation surface of the first power module having the heat dissipation surface that is sealed with the mold resin and exposed from the mold resin, and the surface of the first cooling part are first. Solder the first step of soldering with solder, the heat dissipation surface of the second power module having the same configuration as the first power module, and the surface of the second cooling unit having the same configuration as the first cooling unit with the second solder And after the first step and the second step, the first cooling portion and the second cooling portion are formed such that the first cooling portion and the second cooling portion form a gap serving as a refrigerant passage. And a third step of fixing the cooling unit.

本発明により小型で信頼性の高い電力用半導体装置を容易に製造できる。   According to the present invention, a small and highly reliable power semiconductor device can be easily manufactured.

実施形態1の電力用半導体装置の外観を説明する図である。1 is a diagram illustrating an appearance of a power semiconductor device according to a first embodiment. 電力用半導体装置を製造するフローチャートを説明する図である。It is a figure explaining the flowchart which manufactures the semiconductor device for electric power. 第一冷却部の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of a 1st cooling part. 第一パワーモジュールの構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of a 1st power module. 第一冷却部と第一パワーモジュールをはんだ付けした状態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the state which soldered the 1st cooling part and the 1st power module. 第二冷却部と第二パワーモジュールをはんだ付けした状態を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the state which soldered the 2nd cooling part and the 2nd power module. 第一冷却部と第二冷却部の固着について説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the adhering of a 1st cooling part and a 2nd cooling part. 冷却器の表面および裏面に複数のパワーモジュールが固着された半導体装置を説明する図である。It is a figure explaining the semiconductor device with which the several power module was fixed to the surface and back surface of a cooler. 冷却器の表面のパワーモジュールが冷却器の裏面のパワーモジュールに対して半ピッチずつずらして配置された電力用半導体装置を説明する図である。It is a figure explaining the semiconductor device for electric power by which the power module of the surface of a cooler is shifted by half pitch with respect to the power module of the back surface of a cooler. 実施形態2の電力用半導体装置の外観を説明する図である。It is a figure explaining the external appearance of the semiconductor device for electric power of Embodiment 2. FIG. 実施形態3の電力用半導体装置の外観を説明する図である。It is a figure explaining the external appearance of the semiconductor device for electric power of Embodiment 3. FIG. 周知な電力用半導体装置の外観について説明する図である。It is a figure explaining the external appearance of a known semiconductor device for electric power. 実施形態4の電力用半導体装置を説明する図である。It is a figure explaining the semiconductor device for electric power of Embodiment 4. FIG. ストレートフィンを説明する図である。It is a figure explaining a straight fin. 第一冷却部と第二冷却部の固着について説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the adhering of a 1st cooling part and a 2nd cooling part. シール部について説明する図である。It is a figure explaining a seal part.

実施の形態1
本実施形態は図1−9を参照して説明する。なお、異なる図番であっても同一の又は対応する構成要素には同一の符号を付して複数回の説明を省略する場合がある。他の実施形態でも同様である。
Embodiment 1
This embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, even if it is a different figure number, the same code | symbol may be attached | subjected to the same or corresponding component, and description of multiple times may be abbreviate | omitted. The same applies to other embodiments.

図1は本実施形態の電力用半導体装置10の外観を説明する図である。電力用半導体装置10は第一冷却部18と第二冷却部28を有する冷却器30を備える。第一冷却部18には第一パワーモジュール12がはんだ付けされる。第二冷却部28には第二パワーモジュール22がはんだ付けされる。第一パワーモジュール12、第二パワーモジュール22ともに内部にパワー素子を備える。また、第一パワーモジュール12は主端子14と制御端子16を備え、第二パワーモジュール22は主端子24と制御端子26を備える。以後、本実施形態の電力用半導体装置10の製造方法について説明する。   FIG. 1 is a diagram for explaining the external appearance of the power semiconductor device 10 of this embodiment. The power semiconductor device 10 includes a cooler 30 having a first cooling unit 18 and a second cooling unit 28. The first power module 12 is soldered to the first cooling unit 18. The second power module 22 is soldered to the second cooling unit 28. Both the first power module 12 and the second power module 22 include power elements inside. The first power module 12 includes a main terminal 14 and a control terminal 16, and the second power module 22 includes a main terminal 24 and a control terminal 26. Hereinafter, a method for manufacturing the power semiconductor device 10 of the present embodiment will be described.

図2は電力用半導体装置10の製造方法について説明するフローチャートである。本フローチャートのスタートの時点では冷却器は第一冷却部18と第二冷却部28に分割された状態である。まず、ステップ40では第一冷却部18と第一パワーモジュール12がはんだ付けされる。第一冷却部18の構成について図3を参照して説明する。図3は第一冷却部18の断面図である。第一冷却部18はその表面でパワーモジュールと接し、裏面では冷媒が通ることを予定する。第一冷却部18の裏面にはピンフィン50が複数配置されている。ピンフィン50はパワーモジュールから冷媒への放熱面積を増加させるものである。また、冷媒の攪拌作用も有する。さらに、第一冷却部18の裏面にはシール部52が配置される。シール部52は、後述する第二冷却部28のシール部と固着される部分である。シール部52はピンフィン50を囲むように配置される。そして、シール部52はピンフィン50側にたとえば角度30°、幅2mm程度のテーパ断面を備える。そして、ピンフィン50と反対側の外周側には凹部を備える。第一冷却部18は厚さが例えば7mm程度でありAlを材料とするものである。ピンフィン50が形成された部分においてこの厚さ7mmのうち第一冷却部18の板状の部分は3mm程度であり、ピンフィン50の部分は4mm弱の厚さで形成される。また、このようなシール部52の外側には、シール部52よりは厚い部分が形成される。   FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the power semiconductor device 10. At the start of this flowchart, the cooler is divided into a first cooling unit 18 and a second cooling unit 28. First, in step 40, the first cooling unit 18 and the first power module 12 are soldered. The configuration of the first cooling unit 18 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the first cooling unit 18. The first cooling unit 18 is in contact with the power module on the front surface, and the refrigerant is scheduled to pass through on the back surface. A plurality of pin fins 50 are arranged on the back surface of the first cooling unit 18. The pin fin 50 increases the heat radiation area from the power module to the refrigerant. It also has a refrigerant stirring action. Further, a seal portion 52 is disposed on the back surface of the first cooling portion 18. The seal portion 52 is a portion that is fixed to a seal portion of the second cooling portion 28 described later. The seal portion 52 is disposed so as to surround the pin fin 50. The seal portion 52 has a tapered cross section having an angle of about 30 ° and a width of about 2 mm on the pin fin 50 side, for example. A concave portion is provided on the outer peripheral side opposite to the pin fin 50. The first cooling unit 18 has a thickness of about 7 mm, for example, and is made of Al. In the portion where the pin fins 50 are formed, the plate-like portion of the first cooling unit 18 out of the thickness of 7 mm is about 3 mm, and the portion of the pin fins 50 is formed with a thickness of less than 4 mm. In addition, a portion thicker than the seal portion 52 is formed outside the seal portion 52.

図4は、第一パワーモジュール12の構成について説明する断面図である。本実施形態の第一パワーモジュール12は、厚みおよそ1mmから3mmのCuからなる金属板64の表面にはんだ68を介してパワー素子66が固着されている。パワー素子66はワイヤ70によりパワー素子間および主端子14、制御端子16と配線される。なお、パワー素子66は主にシリコンが用いられるが、SiCやGaNなどの化合物半導体であってもよい。さらに、金属板64の裏面には絶縁層60を介して金属層62が形成されている。金属層62はたとえば厚みが100μmから200μm程度のCu箔である。   FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the first power module 12. In the first power module 12 of the present embodiment, a power element 66 is fixed to the surface of a metal plate 64 made of Cu having a thickness of approximately 1 mm to 3 mm via a solder 68. The power element 66 is wired between the power elements, the main terminal 14, and the control terminal 16 by wires 70. The power element 66 is mainly made of silicon, but may be a compound semiconductor such as SiC or GaN. Further, a metal layer 62 is formed on the back surface of the metal plate 64 with an insulating layer 60 interposed. The metal layer 62 is, for example, a Cu foil having a thickness of about 100 μm to 200 μm.

上述の構成は、主端子14、制御端子16、金属層62を外部に露出するように してモールド樹脂72で覆われる。モールド樹脂72は線膨張係数がCuに近くなるようにフィラーの材料や含有率が調整される。なお、金属層62としてたとえばAlなどの材料を用いてもよいがその場合は、モールド樹脂72の線膨張係数はAlなどに近い値となるようにする。   The above-described configuration is covered with the mold resin 72 so that the main terminal 14, the control terminal 16, and the metal layer 62 are exposed to the outside. The material and content of the filler of the mold resin 72 are adjusted so that the linear expansion coefficient is close to Cu. For example, a material such as Al may be used as the metal layer 62. In that case, the linear expansion coefficient of the mold resin 72 is set to a value close to that of Al or the like.

このように本実施形態の第一パワーモジュール12は金属層62が絶縁層60と固着されている。よってモールド樹脂72の内部の絶縁は維持され、かつ、金属層62にてはんだ付けが可能な構成である。   Thus, in the first power module 12 of the present embodiment, the metal layer 62 is fixed to the insulating layer 60. Therefore, the insulation inside the mold resin 72 is maintained and the metal layer 62 can be soldered.

図5は、ステップ40にて第一冷却部18と第一パワーモジュール12がはんだ付けされた状態を説明する断面図である。ステップ40では第一冷却部18の表面と第一パワーモジュール12の金属層62がはんだ付けされる。このはんだ付けにははんだ80が用いられる。   FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a state where the first cooling unit 18 and the first power module 12 are soldered in Step 40. In step 40, the surface of the first cooling unit 18 and the metal layer 62 of the first power module 12 are soldered. Solder 80 is used for this soldering.

ステップ40を終えるとステップ42へと処理が進められる。ステップ42では第二冷却部28と第二パワーモジュール22がはんだ付けされる。第二冷却部28の構成は第一冷却部18と同様である。また、第二パワーモジュール22は第一パワーモジュール12と同様の構成である。   When step 40 is completed, the process proceeds to step 42. In step 42, the second cooling unit 28 and the second power module 22 are soldered. The configuration of the second cooling unit 28 is the same as that of the first cooling unit 18. The second power module 22 has the same configuration as the first power module 12.

図6はステップ42を説明する断面図であり、同図に記載の通り第二パワーモジュール22の金属層62がはんだ90により第二冷却部28と固着される。ステップ42で行われる第二パワーモジュール22と第二冷却部28の固着は、ステップ40における第一パワーモジュール12と第一冷却部18の固着と同様であるから詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the step 42, and the metal layer 62 of the second power module 22 is fixed to the second cooling part 28 by the solder 90 as shown in the figure. Since the fixing of the second power module 22 and the second cooling unit 28 performed in step 42 is the same as the fixing of the first power module 12 and the first cooling unit 18 in step 40, detailed description thereof is omitted.

ステップ42を終えるとステップ44へと処理が進められる。ステップ44では第一冷却部18と第二冷却部28が冷媒通路となる空隙を形成するように固着される。図7はステップ44を説明する断面図である。図7に記載の通り、第一冷却部18と第二冷却部28は、両者のシール部52に塗布された液状パッキン100により一体化されている。第一冷却部18と第二冷却部28が液状パッキン100により固着されると、冷媒の通路である空隙102が形成される。また、例えば第一冷却部18の一部には冷媒の入口、出口を別途固着するポートを備え、その配管継ぎ手を同時に液状パッキン100で固着することとしてもよい。   When step 42 is completed, the process proceeds to step 44. In step 44, the first cooling unit 18 and the second cooling unit 28 are fixed so as to form a gap serving as a refrigerant passage. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating step 44. As shown in FIG. 7, the first cooling part 18 and the second cooling part 28 are integrated by a liquid packing 100 applied to the seal part 52 of both. When the first cooling unit 18 and the second cooling unit 28 are fixed by the liquid packing 100, a gap 102 that is a refrigerant passage is formed. Further, for example, a part of the first cooling unit 18 may be provided with a port for separately fixing the inlet and outlet of the refrigerant, and the pipe joint may be fixed by the liquid packing 100 at the same time.

前述の液状パッキン100の供給量は、第一冷却部18のシール部52と第二冷却部28のシール部52の間隙の体積より少ない。より詳細には以下のとおりである。まず、液状パッキン100はシール部52の略中央部に配置される。そして第一冷却部18と第二冷却部28を貼り合わせて一体化させる際に、液状パッキン100はシール部52の凹部およびテーパ部へと押し出される。しかしながら供給される液状パッキン100の量は、第一冷却部18のシール部52と第二冷却部28のシール部52の間隙の体積より少ないため、液状パッキン100がシール部52の外へはみ出すことは抑制できる。よって第一冷却部18と第二冷却部28を貼り合わせたあとにも冷媒流路の形状を安定化できる。このように第一冷却部18と第二冷却部28を一体化させて冷却器30を形成しステップ44の処理を終える。以上の工程により電力用半導体装置が完成する。   The supply amount of the liquid packing 100 described above is smaller than the volume of the gap between the seal part 52 of the first cooling part 18 and the seal part 52 of the second cooling part 28. More details are as follows. First, the liquid packing 100 is disposed at a substantially central portion of the seal portion 52. When the first cooling unit 18 and the second cooling unit 28 are bonded and integrated, the liquid packing 100 is pushed out to the concave portion and the tapered portion of the seal portion 52. However, since the amount of the liquid packing 100 supplied is smaller than the volume of the gap between the seal portion 52 of the first cooling portion 18 and the seal portion 52 of the second cooling portion 28, the liquid packing 100 protrudes outside the seal portion 52. Can be suppressed. Therefore, the shape of the coolant channel can be stabilized even after the first cooling unit 18 and the second cooling unit 28 are bonded together. Thus, the 1st cooling part 18 and the 2nd cooling part 28 are integrated, the cooler 30 is formed, and the process of step 44 is finished. The power semiconductor device is completed through the above steps.

本実施形態の電力用半導体装置の構成によれば、冷却器30を構成する前に第一冷却部18と第一パワーモジュール12がはんだ付けされる。また、第二冷却部28と第二パワーモジュール22がはんだ付けされる。よって、はんだ材を融点以上に加熱する際に、熱容量の高い冷却器が障害となる問題を解消できる。   According to the configuration of the power semiconductor device of the present embodiment, the first cooling unit 18 and the first power module 12 are soldered before the cooler 30 is configured. Moreover, the 2nd cooling part 28 and the 2nd power module 22 are soldered. Therefore, the problem that the cooler having a high heat capacity becomes an obstacle when the solder material is heated to the melting point or more can be solved.

また、冷却器の表面と裏面にパワーモジュールをはんだ付けする場合は、両面のパワーモジュールを保持してはんだ付けを行うことが困難であった。また各はんだ付け面のリフロープロファイルを適切に保つことが困難であった。そのため電力用半導体装置を製造するための設備が大型化するなどの問題があったが本実施形態の構成によればこれを解消できる。すなわち、本実施形態では冷却器が分割された状態でパワーモジュールとのはんだ付けが行われるため、冷却器の表面および裏面に同時にはんだ付けすることはない。ゆえに本実施形態の電力用半導体装置は通常のアセンブリ装置で製造できるため、コスト面および製造容易化の面で優れる。   Moreover, when soldering the power module to the front and back surfaces of the cooler, it is difficult to perform soldering while holding the power modules on both sides. In addition, it is difficult to maintain an appropriate reflow profile for each soldering surface. For this reason, there is a problem that the equipment for manufacturing the power semiconductor device is enlarged, but the configuration of the present embodiment can solve this problem. That is, in the present embodiment, the power module is soldered in a state where the cooler is divided, so that the front and back surfaces of the cooler are not soldered simultaneously. Therefore, since the power semiconductor device of this embodiment can be manufactured by a normal assembly device, it is excellent in terms of cost and ease of manufacture.

本実施形態の電力用半導体装置は、パワーモジュールの放熱面である金属層62と第一冷却部18がはんだ付けされた段階でX線検査を行い接合部におけるボイドなどの有無を判定できる。つまり、空隙を有しない第一冷却部18または第二冷却部28に対してX線検査を行うことができるのでボイドなどの欠陥の有無の判定精度を高めることができる。なお好ましくは、X線検査時に通過したX線に対して第一冷却部との合計X線減衰量が同じとなる厚みをもつ治具(図示せず)を利用するとよい。このような治具は第一冷却部と同じ材質で形を転写させて、組み合わせた時に厚みが一定になるものが簡便であった。   The power semiconductor device of this embodiment can determine the presence or absence of a void or the like at the joint by performing an X-ray inspection at the stage where the metal layer 62 that is the heat dissipation surface of the power module and the first cooling unit 18 are soldered. That is, since the X-ray inspection can be performed on the first cooling unit 18 or the second cooling unit 28 that does not have a gap, it is possible to improve the determination accuracy of the presence or absence of defects such as voids. In addition, it is preferable to use a jig (not shown) having a thickness that makes the total X-ray attenuation with the first cooling unit the same as the X-rays passed during the X-ray inspection. Such a jig is simple in that the shape is transferred with the same material as that of the first cooling part and the thickness becomes constant when combined.

本実施形態の電力用半導体装置は冷却器を反転させる機構を要しない。すなわち、電力用半導体装置の製造過程において、冷却器30が第一冷却部18と第二冷却部28に分割されているから、両者ともにパワーモジュールとはんだ付けされるべき面を上向きにして同一の工程で組み立てることができる。よって、装置を反転させる機構を要しないから製造装置の大型化を回避でき、かつ、重力を利用した簡易な組み立てを行うことができる。   The power semiconductor device of this embodiment does not require a mechanism for inverting the cooler. That is, since the cooler 30 is divided into the first cooling part 18 and the second cooling part 28 in the manufacturing process of the power semiconductor device, both of them are the same with the surface to be soldered to the power module facing upward. Can be assembled in the process. Therefore, since a mechanism for reversing the apparatus is not required, an increase in the size of the manufacturing apparatus can be avoided, and simple assembly using gravity can be performed.

本実施形態の電力用半導体装置はシリコーンゲルを用いないため、シリコーンゲルの振動に起因する電力用半導体装置の信頼性の低下を回避できる。また、冷却器の表面の処理の終了を待って同裏面の処理を行うという生産性を阻害する要因も解消できる。   Since the power semiconductor device of this embodiment does not use silicone gel, it is possible to avoid a decrease in reliability of the power semiconductor device due to vibration of the silicone gel. Moreover, the factor which impedes productivity which waits for completion | finish of the process of the surface of a cooler, and processes the back surface can also be eliminated.

本実施形態の電力用半導体装置は装置の小型化の観点からも優れる。すなわち、冷却器30の表面および裏面にパワーモジュールを配置することは電力用半導体装置の小型化に貢献する。また、モールド樹脂でパワー素子などを保護することにより沿面絶縁距離を確保するために装置が大型化することを回避できることも小型化に貢献する。本実施形態では、上述のように小型化を実現しつつ、ピンフィン50により20000〜30000[W/m・K]程度の熱伝達率を実現できた。
また、ピンフィン50を用いると後述のストレートフィンを用いた場合と比較して冷却器の剛性を下げることができる。よってはんだ80、はんだ90による接続の長期信頼性を高めることができる。
The power semiconductor device of this embodiment is excellent from the viewpoint of downsizing the device. That is, disposing the power modules on the front and back surfaces of the cooler 30 contributes to downsizing of the power semiconductor device. Further, it is possible to avoid the increase in the size of the device in order to secure the creeping insulation distance by protecting the power element and the like with the mold resin, which contributes to the reduction in size. In the present embodiment, the heat transfer coefficient of about 20000 to 30000 [W / m 2 · K] can be realized by the pin fin 50 while realizing miniaturization as described above.
In addition, when the pin fin 50 is used, the rigidity of the cooler can be reduced as compared with the case where a straight fin described later is used. Therefore, the long-term reliability of the connection by the solder 80 and the solder 90 can be improved.

また、第一パワーモジュール12および第二パワーモジュール22のモールド樹脂72は線膨張係数が金属層62であるCuに近くなるようにフィラーの材料や含有率が調整される。そのため熱によるパワーモジュールの反りを抑制して信頼性の高い電力用半導体装置を製造できる。   Further, the material and content of the filler are adjusted so that the mold resin 72 of the first power module 12 and the second power module 22 has a linear expansion coefficient close to that of the metal layer 62. Therefore, it is possible to manufacture a power semiconductor device with high reliability by suppressing warpage of the power module due to heat.

このように本実施形態の電力用半導体装置は、電力用半導体装置の小型化のために冷却器の表面と裏面にパワーモジュールを取り付ける際の問題を解決しその製造を容易化したものである。具体的には冷却器を分割した状態でパワーモジュールをはんだ付けすることで加熱機構の簡素化などの利益を得るものである。   As described above, the power semiconductor device according to the present embodiment solves the problem when the power module is attached to the front and back surfaces of the cooler in order to reduce the size of the power semiconductor device and facilitates its manufacture. Specifically, it is possible to obtain benefits such as simplification of the heating mechanism by soldering the power module in a state where the cooler is divided.

本実施形態の構成は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形が可能である。たとえば、第一冷却部18と第二冷却部28は液状パッキン100でシールされる構成としたが、液状パッキン100に代えてガスケットを用いてもよい。その他、第一冷却部18と第二冷却部28を、冷媒の通路となる空隙を形成するように固着できる限り他の方法を利用してもよい。   The configuration of the present embodiment can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, the first cooling unit 18 and the second cooling unit 28 are sealed with the liquid packing 100, but a gasket may be used instead of the liquid packing 100. In addition, other methods may be used as long as the first cooling unit 18 and the second cooling unit 28 can be fixed so as to form a gap serving as a refrigerant passage.

たとえば、図8に記載されるように第一冷却部18に複数のパワーモジュール(112、114、116)をはんだ110によりはんだ付けし、第二冷却部28に複数のパワーモジュール(118、120、122)をはんだ付けしてもよい。   For example, as shown in FIG. 8, a plurality of power modules (112, 114, 116) are soldered to the first cooling section 18 with solder 110, and a plurality of power modules (118, 120, 122) may be soldered.

たとえば、図9に記載されるように冷却器30の表裏でパワーモジュールを半ピッチずつずらして配置してもよい。このような配列により冷却器30の表面裏面間の熱干渉を抑制できる。すなわち、冷却器30のうち最も高温となる場所はパワーモジュールとの接合(固着)部分である。冷却器30における温度分布は冷却器30とパワーモジュールの接合部分を中心とした同心半円状の分布となる。そのため、冷却器表面に固着されたパワーモジュールの直下の冷却器裏面にパワーモジュールが固着されるとパワーモジュールに挟まれた領域の冷媒の温度上昇が顕著となりパワーモジュールの冷却が十分行われないことが考えられる。そして、パワーモジュールに挟まれていない領域の冷媒の冷却能力は活用されないこととなるため、冷却器30の冷却能力を最大限活用できず好ましくない。ところが図9に記載されるように冷却器30の表裏でパワーモジュールを半ピッチずつずらして配置すれば、冷媒の温度上昇が顕著となる領域は発生せず、冷媒とパワーモジュールの温度差が大きい状態を維持できるためパワーモジュールの冷却効果を高めることができる。よって図9のように冷却器上下のパワーモジュールをずらして配置することで、冷媒とパワーモジュールの温度差が大きい状態を維持でき効率的にパワーモジュールを冷却できる。ゆえに冷却器の大型化や、冷却機能充実化による電力用半導体装置の大型化やコスト増を回避できる。また、冷媒の流路を簡素化でき、冷媒を循環させるポンプの重量を低減できる。   For example, as shown in FIG. 9, the power modules may be shifted by half a pitch on the front and back sides of the cooler 30. With such an arrangement, thermal interference between the front and back surfaces of the cooler 30 can be suppressed. That is, the place where the temperature is highest in the cooler 30 is a joint (fixed) portion with the power module. The temperature distribution in the cooler 30 is a concentric semicircular distribution centering on the joint between the cooler 30 and the power module. Therefore, if the power module is fixed to the back side of the cooler immediately below the power module fixed to the cooler surface, the temperature rise of the refrigerant in the region sandwiched between the power modules becomes remarkable, and the power module is not sufficiently cooled. Can be considered. And since the cooling capacity of the refrigerant | coolant of the area | region which is not pinched | interposed into a power module will not be utilized, the cooling capacity of the cooler 30 cannot be utilized to the maximum, and it is unpreferable. However, as shown in FIG. 9, if the power modules are shifted by half a pitch on the front and back of the cooler 30, there is no region where the temperature rise of the refrigerant is significant, and the temperature difference between the refrigerant and the power module is large. Since the state can be maintained, the cooling effect of the power module can be enhanced. Therefore, by disposing the power modules above and below the cooler as shown in FIG. 9, it is possible to maintain a large temperature difference between the refrigerant and the power module and to efficiently cool the power module. Therefore, it is possible to avoid an increase in size and cost of the power semiconductor device due to an increase in the size of the cooler and enhancement of the cooling function. Moreover, the flow path of a refrigerant | coolant can be simplified and the weight of the pump which circulates a refrigerant | coolant can be reduced.

実施の形態2
本実施形態は図10を参照して説明する。図10は実施形態1で説明した電力用半導体装置に主配線ブロックなどが付加された電力用半導体装置の外観を説明する図である。
Embodiment 2
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram illustrating an appearance of a power semiconductor device in which a main wiring block or the like is added to the power semiconductor device described in the first embodiment.

第一パワーモジュール12の主端子14と第二パワーモジュール22の主端子24は同一方向に伸びる。つまり、パワーモジュールの主端子は冷却器30の一側面に集中配置される。そして、当該「冷却器30の一側面」には主配線ブロック200が固着される。主配線ブロック200はその内部に所定の配線を備える。主配線ブロック200からは2本の電極が伸び、接合部202、212においてそれぞれ主端子14、主端子24と接合される。この接合は例えば主端子14、主端子24の先端方向からTIG溶接などの手法により行われるものである。   The main terminal 14 of the first power module 12 and the main terminal 24 of the second power module 22 extend in the same direction. That is, the main terminals of the power module are concentrated on one side of the cooler 30. The main wiring block 200 is fixed to the “one side surface of the cooler 30”. The main wiring block 200 has predetermined wiring inside. Two electrodes extend from the main wiring block 200 and are joined to the main terminal 14 and the main terminal 24 at the joint portions 202 and 212, respectively. This joining is performed by a technique such as TIG welding from the distal direction of the main terminals 14 and 24, for example.

第一パワーモジュール12の制御端子16は制御基板206に固着され、必要な電気的接続が行われる。同様に第二パワーモジュール22の制御端子26は制御基板216に固着され必要な電気的接続が行われる。さらに第一パワーモジュール12が冷却器30と固着される面と反対の面にはシールド板204が固着される。同様に、第二パワーモジュール22が冷却器30と固着される面と反対の面にはシールド板214が固着される。シールド板204、214は主配線の回路ループと制御基板206、216の間に、両者を遮るように主端子14、主端子24の伸びる方向に突き出して配置される。このようにシールド板204、214が配置されるため、主回路から直線的に制御基板に到達することはできない。   The control terminal 16 of the first power module 12 is fixed to the control board 206, and necessary electrical connection is performed. Similarly, the control terminal 26 of the second power module 22 is fixed to the control board 216 and necessary electrical connection is performed. Further, a shield plate 204 is fixed to the surface opposite to the surface where the first power module 12 is fixed to the cooler 30. Similarly, a shield plate 214 is fixed to the surface opposite to the surface where the second power module 22 is fixed to the cooler 30. The shield plates 204 and 214 are disposed between the circuit loop of the main wiring and the control boards 206 and 216 so as to protrude in the extending direction of the main terminals 14 and 24 so as to block both. Since the shield plates 204 and 214 are arranged in this way, it is impossible to reach the control board linearly from the main circuit.

本実施形態の構成によれば主端子14と主端子24は同一方向に伸びる。よって複数の主端子について、主配線ブロック200の電極との溶接を同一方向から行うことができる。故に生産性を向上させることができる。   According to the configuration of the present embodiment, the main terminal 14 and the main terminal 24 extend in the same direction. Therefore, welding with the electrodes of the main wiring block 200 can be performed from the same direction for the plurality of main terminals. Therefore, productivity can be improved.

本実施形態の構成によれば電力用半導体装置を小型化できる。一般に、主端子などの電極露出部分は周囲との絶縁性確保のために絶縁距離を確保することを要する。そして、本実施形態では主配線ブロック200と主端子14、24が近接し、主配線ブロック200中に必要な配線が収容されているため当該電極露出部分自体が極めて少ない。よって絶縁距離確保のために電力用半導体装置を大型化することを要せず、電力用半導体装置を小型軽量化することができる。   According to the configuration of the present embodiment, the power semiconductor device can be reduced in size. In general, it is necessary to secure an insulation distance for an electrode exposed portion such as a main terminal in order to ensure insulation from the surroundings. In this embodiment, the main wiring block 200 and the main terminals 14 and 24 are close to each other, and necessary wiring is accommodated in the main wiring block 200, so that the electrode exposed portion itself is extremely small. Therefore, it is not necessary to increase the size of the power semiconductor device in order to secure the insulation distance, and the power semiconductor device can be reduced in size and weight.

本実施形態の構成によれば制御基板が受けるノイズの影響を低減できる。一般に、電力用半導体装置では高電圧のオンオフを数μsという短期間で行うため、高いdV/dtや高いdI/dtが生じ周辺回路はノイズの影響を受ける。例えば、主配線部やパワーモジュール内部の閉回路で電圧変化が起こると閉回路に垂直な方向に磁界が発生し、この磁界を横切る回路には電圧変動が生じ誤動作などの悪影響を与えうる。そこで、本実施形態では、磁界が主回路から直線的に制御基板206、216に到達することができないようにシールド板204、214を配置した。よってシールド板204、214の電磁的なシールド効果により制御基板206、216がノイズの影響を受けづらいため誤動作などの弊害を回避できる。   According to the configuration of the present embodiment, it is possible to reduce the influence of noise received by the control board. Generally, in a power semiconductor device, a high voltage is turned on and off in a short period of several μs, so that high dV / dt and high dI / dt occur, and peripheral circuits are affected by noise. For example, when a voltage change occurs in a closed circuit inside the main wiring unit or the power module, a magnetic field is generated in a direction perpendicular to the closed circuit, and a voltage crossing occurs in the circuit crossing the magnetic field, which may cause adverse effects such as malfunction. Therefore, in this embodiment, the shield plates 204 and 214 are arranged so that the magnetic field cannot reach the control boards 206 and 216 linearly from the main circuit. Therefore, since the control boards 206 and 216 are not easily influenced by noise due to the electromagnetic shielding effect of the shield plates 204 and 214, adverse effects such as malfunction can be avoided.

本実施形態の構成は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形ができる。たとえば、シールド板を任意の保持手段によりパワーモジュールから離間させて配置してもよい。この場合、パワーモジュールの主端子とシールド板の間の沿面距離を長くできるため、電力用半導体装置を大型化することなしに使用電圧の高い電力用半導体装置に対応できる。その他、少なくとも実施形態1相当の変形をなしうる。   The configuration of the present embodiment can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, the shield plate may be disposed away from the power module by any holding means. In this case, since the creeping distance between the main terminal of the power module and the shield plate can be increased, the power semiconductor device can be used with a high operating voltage without increasing the size of the power semiconductor device. In addition, at least a modification corresponding to the first embodiment can be made.

実施の形態3
本実施形態は図11を参照して説明する。図11は実施形態2で説明した電力用半導体装置に平滑コンデンサなどが付加された電力用半導体装置の外観を説明する図である。
Embodiment 3
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating the appearance of a power semiconductor device in which a smoothing capacitor or the like is added to the power semiconductor device described in the second embodiment.

主配線ブロック200から伸びる電極(主配線ブロックの電極306と称する)は、大電流配線部302と接続される。大電流配線部302とは電力用半導体装置と、後述する平滑コンデンサ300を接続するものである。そして、平滑コンデンサ300は、平滑コンデンサ300から伸びる電極(平滑コンデンサの電極304と称する)により大電流配線部302と接続される。よって主配線ブロックの電極306は大電流配線部302を介して平滑コンデンサの電極304と接続される。   An electrode extending from the main wiring block 200 (referred to as an electrode 306 of the main wiring block) is connected to the large current wiring portion 302. The large current wiring portion 302 connects a power semiconductor device and a smoothing capacitor 300 described later. Smoothing capacitor 300 is connected to high-current wiring portion 302 by an electrode extending from smoothing capacitor 300 (referred to as smoothing capacitor electrode 304). Therefore, the electrode 306 of the main wiring block is connected to the electrode 304 of the smoothing capacitor via the large current wiring portion 302.

また、図11から明らかなように、平滑コンデンサの電極304と、主端子14、24、主配線ブロックの電極306は同一平面に引き出される。つまり、これらは平行平板で配線される。   As is clear from FIG. 11, the smoothing capacitor electrode 304, the main terminals 14 and 24, and the main wiring block electrode 306 are drawn out on the same plane. That is, they are wired with parallel plates.

一般に、パワーモジュールの端子にはP端子、N端子、出力端子(U端子、V端子、W端子)があり、P端子、N端子が平滑コンデンサに接続される。そして、パワー素子のオフ動作の際のサージは平滑コンデンサにより吸収される。ここで、サージ電圧が大きいと電力用半導体装置の損失が増大するため、サージ電圧は低減することが好ましい。サージ電圧を低減するためには、P端子N端子と平滑コンデンサの閉ループのインダクタンスを低減することが有効である。当該インダクタンス低減のためには、平滑コンデンサ300を可能な限りPN端子に近接させ、かつその配線は絶縁されつつも空間ギャップを小さくし、かつ表面積を大きくする。このような構成の配線を平行平板という。ここで、平行平板は曲面を構成しても所定の絶縁距離を維持することで、インダクタンス低減効果を得ることができるが、当該曲面の内側と外側の曲面が異なる場合はインダクタンスが増大する。   Generally, the power module has a P terminal, an N terminal, and an output terminal (U terminal, V terminal, W terminal), and the P terminal and the N terminal are connected to a smoothing capacitor. The surge during the off operation of the power element is absorbed by the smoothing capacitor. Here, since the loss of the power semiconductor device increases when the surge voltage is large, the surge voltage is preferably reduced. In order to reduce the surge voltage, it is effective to reduce the closed loop inductance of the P terminal N terminal and the smoothing capacitor. In order to reduce the inductance, the smoothing capacitor 300 is made as close as possible to the PN terminal, and the wiring is insulated while the space gap is reduced and the surface area is increased. The wiring having such a configuration is called a parallel plate. Here, even if the parallel plate forms a curved surface, an inductance reduction effect can be obtained by maintaining a predetermined insulation distance, but the inductance increases when the curved surface on the inside and outside of the curved surface are different.

本実施形態の構成によれば、平行平板は平面を積層した配置であるから、曲面を構成することによる弊害を回避しつつ、インダクタンスを低減しサージの抑制ができる。そして、サージを抑制できるため、エネルギロスを低減し損失を抑制できる。よって冷却器30への放熱を抑制できるため冷却器30を小型化でき、電力用半導体装置の小型化が可能となる。   According to the configuration of the present embodiment, since the parallel plates are arranged by laminating planes, it is possible to reduce inductance and suppress surges while avoiding the harmful effects of configuring curved surfaces. And since a surge can be suppressed, an energy loss can be reduced and a loss can be suppressed. Therefore, since the heat radiation to the cooler 30 can be suppressed, the cooler 30 can be downsized, and the power semiconductor device can be downsized.

本実施形態の構成は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形ができる。たとえば、ハイブリット車や電気自動車ではバッテリの搭載量が重量、コスト面から制限されることがあり、昇圧回路を併用してバッテリ電圧より高い駆動電圧を利用する場合がある。そのような場合にはリアクトルや昇圧用コンデンサの端子も本実施形態における平滑コンデンサの電極304のように配置することで上述の効果を得ることができる。このように大電流が通過する配線経路を同一平面に集約し、平行平板を最大限に活用することで電力用半導体装置の小型軽量化が可能となる。その他、少なくとも実施形態1相当の変形をなしうる。   The configuration of the present embodiment can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, in a hybrid vehicle or an electric vehicle, the amount of battery mounted may be limited in terms of weight and cost, and a driving voltage higher than the battery voltage may be used in combination with a booster circuit. In such a case, the above-described effects can be obtained by arranging the terminals of the reactor and the boosting capacitor like the electrode 304 of the smoothing capacitor in this embodiment. As described above, the wiring paths through which a large current passes are concentrated on the same plane, and the parallel plate is utilized to the maximum, whereby the power semiconductor device can be reduced in size and weight. In addition, at least a modification corresponding to the first embodiment can be made.

実施の形態4
本実施形態は図13−16を参照して説明する。図13は本実施形態の電力用半導体装置の外観を説明する図である。ただし説明の便宜上冷却器600については内部を記載する。第一冷却部602は冷媒通路となる空隙を形成するように第二冷却部604と固定される。そして、実施形態1のピンフィンに代えて、第一冷却部602にはストレートフィン606が配置される。同様に第二冷却部604にはストレートフィン608が配置される。
Embodiment 4
This embodiment will be described with reference to FIGS. 13-16. FIG. 13 is a view for explaining the appearance of the power semiconductor device of this embodiment. However, the inside of the cooler 600 is described for convenience of explanation. The 1st cooling part 602 is fixed with the 2nd cooling part 604 so that the space | gap used as a refrigerant path may be formed. Then, instead of the pin fins of the first embodiment, straight fins 606 are arranged in the first cooling unit 602. Similarly, straight fins 608 are disposed in the second cooling unit 604.

図14はストレートフィン608の斜視図である。ここで、図14における両方向矢印は冷媒の流れ方向である。図14から分かるとおり、ストレートフィン608は冷媒の流れ方向と平行に伸びるように形成される。また、ストレートフィン608の高さは、第一冷却部602と第二冷却部604をガスケットやパッキンで固定したときに、ストレートフィン606と接触しないように定められる。従って、ストレートフィン608とストレートフィン606の高さの和は冷媒の通る空隙の高さより小さい。本実施形態では、冷媒の通る空隙の高さは3mm、ストレートフィン608の幅は1.5mm、ストレートフィンと隣接するストレートフィンの間の間隔は2mm程度である。このようなストレートフィン608は例えばダイキャスト法により形成される。なお、ストレートフィン606についても同様に形成される。   FIG. 14 is a perspective view of the straight fin 608. Here, the double-headed arrow in FIG. 14 is the flow direction of the refrigerant. As can be seen from FIG. 14, the straight fins 608 are formed to extend in parallel with the flow direction of the refrigerant. Further, the height of the straight fin 608 is determined so as not to contact the straight fin 606 when the first cooling portion 602 and the second cooling portion 604 are fixed with a gasket or packing. Accordingly, the sum of the heights of the straight fin 608 and the straight fin 606 is smaller than the height of the gap through which the refrigerant passes. In the present embodiment, the height of the gap through which the refrigerant passes is 3 mm, the width of the straight fin 608 is 1.5 mm, and the distance between the straight fin and the adjacent straight fin is about 2 mm. Such straight fins 608 are formed, for example, by die casting. The straight fin 606 is formed in the same manner.

図15、16は第一冷却部602と第二冷却部604の接続について説明する図である。図15にはシール部52で第一冷却部602と第二冷却部604が接続される様子が描かれている。また、図16にはシール部52に液状パッキン100が塗布された様子が描かれている。これらについては前の実施形態で説明済みであるから詳細な説明は省略する。本実施形態の電力用半導体装置は上述の構成を備える。本実施形態ではストレートフィン606、608を用いて、およそ10000[W/m・K]程度の熱伝達率を実現できた。 15 and 16 are diagrams for explaining the connection between the first cooling unit 602 and the second cooling unit 604. FIG. 15 illustrates a state in which the first cooling unit 602 and the second cooling unit 604 are connected by the seal unit 52. Further, FIG. 16 shows a state in which the liquid packing 100 is applied to the seal portion 52. Since these have been described in the previous embodiment, a detailed description thereof will be omitted. The power semiconductor device of this embodiment has the above-described configuration. In this embodiment, the heat transfer coefficient of about 10000 [W / m 2 · K] can be realized by using the straight fins 606 and 608.

本実施形態の構成によれば、ストレートフィン606、およびストレートフィン608により冷却器600の冷却機能を高めることができる。それに加えて、ストレートフィン606、およびストレートフィン608は冷却器600の剛性を高めることに寄与する。従って冷却器600を構成する部材を薄くしても冷却器600の剛性を確保できる。これにより、例えば冷却器600の側壁の部材を薄くすることができる。よって冷却器600を小型軽量化できる。   According to the configuration of the present embodiment, the cooling function of the cooler 600 can be enhanced by the straight fins 606 and the straight fins 608. In addition, the straight fin 606 and the straight fin 608 contribute to increasing the rigidity of the cooler 600. Therefore, the rigidity of the cooler 600 can be secured even if the members constituting the cooler 600 are thinned. Thereby, the member of the side wall of the cooler 600 can be made thin, for example. Therefore, the cooler 600 can be reduced in size and weight.

本実施形態の構成は本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて様々な変形ができる。たとえば、本実施形態のように切れ間のないストレートフィンに代えて、間欠的なストレートフィンを利用してもよい。このような構成であれば、冷却器の剛性を高め、かつ、熱伝達率を高めることができる。その他、少なくとも実施形態1相当の変形をなしうる。   The configuration of the present embodiment can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, intermittent straight fins may be used instead of the straight fins without any gaps as in this embodiment. With such a configuration, the rigidity of the cooler can be increased and the heat transfer rate can be increased. In addition, at least a modification corresponding to the first embodiment can be made.

10 電力用半導体装置、 12 第一パワーモジュール、 18 第一冷却部、 22 第二パワーモジュール、 28 第二冷却部、 30 冷却器、 50 ピンフィン、 52シール部、 100 液状パッキン、 200 主配線ブロック、 204 シールド板、 214 シールド板、 206 制御基板、 216 制御基板、 300 平滑コンデンサ、 302 大電流配線部、 606 ストレートフィン、 608 ストレートフィン   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power semiconductor device, 12 1st power module, 18 1st cooling part, 22 2nd power module, 28 2nd cooling part, 30 cooler, 50 pin fin, 52 seal part, 100 liquid packing, 200 main wiring block, 204 Shield Plate, 214 Shield Plate, 206 Control Board, 216 Control Board, 300 Smoothing Capacitor, 302 Large Current Wiring Section, 606 Straight Fin, 608 Straight Fin

Claims (2)

モールド樹脂で封止され、前記モールド樹脂から露出する放熱面を有する第一パワーモジュールの前記放熱面と、第一冷却部の表面を第1はんだではんだ付けする第1工程と、
前記第一パワーモジュールと同じ構成の第二パワーモジュールの放熱面と、前記第一冷却部と同じ構成の第二冷却部の表面を第2はんだではんだ付けする第2工程と、
前記第1工程と前記第2工程の後に、前記第一冷却部と前記第二冷却部が冷媒通路となる空隙を形成するように、前記第一冷却部と前記第二冷却部を固着する第3工程とを備えたことを特徴とする電力用半導体装置の製造方法。
A first step of soldering the heat-dissipating surface of the first power module having a heat-dissipating surface that is sealed with a mold resin and exposed from the mold resin;
A second step of soldering the heat radiation surface of the second power module having the same configuration as the first power module and the surface of the second cooling unit having the same configuration as the first cooling unit with a second solder;
After the first step and the second step, the first cooling unit and the second cooling unit are fixed so that the first cooling unit and the second cooling unit form a gap that serves as a refrigerant passage. A method for manufacturing a power semiconductor device comprising three steps.
前記第3工程の前に、前記第1はんだにおけるボイドの有無を判定するX線検査を行う工程と、
前記第3工程の前に、前記第2はんだにおけるボイドの有無を判定するX線検査を行う工程と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置の製造方法。
Before the third step, performing X-ray inspection to determine the presence or absence of voids in the first solder;
2. The method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of performing an X-ray inspection to determine the presence or absence of voids in the second solder before the third step.
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