JP6540995B2

JP6540995B2 - Semiconductor module

Info

Publication number: JP6540995B2
Application number: JP2015173230A
Authority: JP
Inventors: 貴仁稗田; 谷　直樹; 直樹谷
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-09-02
Also published as: JP2017051006A

Description

この発明は、例えば電動パワーステアリング装置のインバータ回路に用いられる半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device used, for example, in an inverter circuit of an electric power steering apparatus.

電動パワーステアリング装置のインバータ回路においては、スイッチング素子が短時間で急激に発熱するおそれがある。そこで、スイッチング素子が接合された基板の裏面にヒートシンクを接合した構造とすることにより、スイッチング素子で発熱した熱をヒートシンクによって吸収するようにしている。 In the inverter circuit of the electric power steering apparatus, the switching element may generate heat rapidly in a short time. Therefore, by adopting a structure in which the heat sink is joined to the back surface of the substrate to which the switching element is joined, the heat generated by the switching element is absorbed by the heat sink.

特開２０１２−９９６１２号公報JP, 2012-99612, A

従来においては、一方の表面にドレイン電極（またはコレクタ電極）が設けられ、他方の表面にソース電極（またはエミッタ電極）およびゲート電極（またはベース電極）が設けられた縦型半導体素子が、スイッチング素子として用いられるのが一般的である。
一方の表面にドレイン電極（またはコレクタ電極）、ソース電極（またはエミッタ電極）およびゲート電極（またはベース電極）が設けられ、他方の表面に電極が設けられていない横型半導体素子を、スイッチング素子として用いることが考えられる。横型半導体素子の一例は、ＧａＮを主材料としたスイッチング素子である。横型半導体素子をスイッチング素子として用いる場合には、一方の表面に設けられた電極の面積は、縦型半導体素子のドレイン電極（またはコレクタ電極）の面積よりも小さい。このため、横型半導体素子では、電極が設けられている一方の表面（以下、「電極面」という場合がある。）の熱抵抗は、縦型半導体素子のドレイン電極（またはコレクタ電極）が設けられている表面の熱抵抗に比べて大きくなる。そこで、横型半導体素子をスイッチング素子として用いる場合には、電極面で電気的接続を行い、電極が設けられてない他方の表面（以下、「非電極面」という場合がある。）から放熱する構造をとる必要がある。 Conventionally, a vertical semiconductor device is provided with a drain electrode (or collector electrode) on one surface and a source electrode (or emitter electrode) and a gate electrode (or base electrode) on the other surface. It is generally used as
A lateral semiconductor element in which a drain electrode (or collector electrode), a source electrode (or emitter electrode) and a gate electrode (or base electrode) are provided on one surface and no electrode is provided on the other surface is used as a switching element It is conceivable. An example of the lateral semiconductor element is a switching element whose main material is GaN. When a lateral semiconductor element is used as a switching element, the area of the electrode provided on one surface is smaller than the area of the drain electrode (or collector electrode) of the vertical semiconductor element. For this reason, in the lateral semiconductor element, the thermal resistance of one surface (hereinafter sometimes referred to as "electrode surface") on which the electrode is provided is provided with the drain electrode (or collector electrode) of the vertical semiconductor element. Compared to the surface's thermal resistance. Therefore, in the case of using a horizontal semiconductor element as a switching element, an electrical connection is made on the electrode surface, and the heat is dissipated from the other surface (hereinafter sometimes referred to as "non-electrode surface") where the electrode is not provided. Need to take

この発明の目的は、スイッチング素子で発生した熱をスイッチング素子の非電極面から効率的に放熱することができる半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of efficiently radiating heat generated by a switching element from a non-electrode surface of the switching element.

請求項１に記載の発明は、基板（２）と、複数の電極（１１，１２，１３）が設けられている電極面（１０ａ）と、前記電極面の反対側の表面であって、電極が設けられていない非電極面（１０ｂ）とを有し、前記電極面が前記基板の一方の表面に対向した状態で、前記基板に接合された横型半導体素子からなるスイッチング素子（Ｔｒ１〜Ｔｒ６）と、前記スイッチング素子の前記非電極面側に配置されたヒートシンク（５）と、前記スイッチング素子の前記非電極面と前記ヒートシンクとの間に介在する多孔質金属部材（３）と、前記多孔質金属部材の空隙内に充填された潜熱蓄熱材（４）とを含む、半導体装置（１，１Ａ）である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。 The invention according to claim 1 has a substrate (2), an electrode surface (10a) provided with a plurality of electrodes (11, 12, 13), and a surface opposite to the electrode surface, which is an electrode And a non-electrode surface (10b) not provided with a switching element (Tr1 to Tr6) comprising a horizontal semiconductor element joined to the substrate in a state where the electrode surface faces one surface of the substrate A heat sink (5) disposed on the non-electrode side of the switching element, a porous metal member (3) interposed between the non-electrode side of the switching element and the heat sink, and the porous material A semiconductor device (1, 1A) including a latent heat storage material (4) filled in a void of a metal member. In addition, although the alphanumeric characters in parenthesis represent the corresponding component etc. in the below-mentioned embodiment, of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment. Hereinafter, the same applies in this section.

この構成では、スイッチング素子で発生した熱は、その非電極面から多孔質金属部材に伝達される。多孔質金属部材の空隙には潜熱蓄熱材が充填されているので、スイッチング素子の熱が多孔質金属部材に伝達されると、多孔質金属部材に接している潜熱蓄熱材が融解して熱を吸収する。多孔質金属部材は、熱伝導性が高い金属から構成されているので、多孔質金属部材内に充填されている潜熱蓄熱材に効率よく熱が伝達されるので、潜熱蓄熱材による熱吸収が効率よく行われる。これにより、スイッチング素子で発生した熱をその非電極面から効率よく放熱することができる。 In this configuration, the heat generated by the switching element is transferred from the non-electrode surface to the porous metal member. Since the latent heat storage material is filled in the pores of the porous metal member, when the heat of the switching element is transferred to the porous metal member, the latent heat storage material in contact with the porous metal member melts and heats Absorb. Since the porous metal member is made of metal having high thermal conductivity, heat is efficiently transmitted to the latent heat storage material filled in the porous metal member, so the heat absorption by the latent heat storage material is efficient It is often done. Thus, the heat generated in the switching element can be efficiently dissipated from the non-electrode surface.

また、この構成では、スイッチング素子で発生した熱を、非電極面から多孔質金属部材を介してヒートシンクにより効率よく伝達することができる。これにより、スイッチング素子で発生した熱をその非電極面からより効率よく放熱することができる。
請求項２に記載の発明は、前記多孔質金属部材が、前記スイッチング素子と前記ヒートシンクとによって挟まれる方向に圧縮されている、請求項１に記載の半導体装置である。 Further, in this configuration, the heat generated in the switching element can be efficiently transmitted from the non-electrode surface to the heat sink through the porous metal member. Thus, the heat generated in the switching element can be dissipated more efficiently from the non-electrode surface.
The invention according to claim 2 is the semiconductor device according to claim 1, wherein the porous metal member is compressed in a direction in which it is sandwiched by the switching element and the heat sink.

この構成では、多孔質金属部材は圧縮されているので、多孔質金属部材が圧縮されていない場合に比べて、多孔質金属部材とスイッチング素子の非電極面との間の接触面積、多孔質金属部材とヒートシンクとの間の接触面積が広くなるとともに、多孔質金属部材の金属密度も高くなる。これにより、スイッチング素子で発生した熱は、多孔質金属部材により効率よく伝達されるとともに、多孔質金属部材内に充填されている潜熱蓄熱材により効率よく熱が伝達されるので、潜熱蓄熱材による熱吸収がより効率よく行われる。 In this configuration, since the porous metal member is compressed, the contact area between the porous metal member and the non-electrode surface of the switching element, the porous metal, as compared to the case where the porous metal member is not compressed. As the contact area between the member and the heat sink increases, the metal density of the porous metal member also increases. Thereby, the heat generated in the switching element is efficiently transmitted by the porous metal member, and the heat is efficiently transmitted by the latent heat storage material filled in the porous metal member. Heat absorption is performed more efficiently.

請求項３に記載の発明は、前記基板と前記多孔質金属部材との間において、前記スイッチング素子の側面を取り囲むように設けられた潜熱蓄熱材からなる蓄熱体（６）をさらに含む、請求項１または２に記載の半導体装置である。
この構成では、スイッチング素子で発生した熱を、スイッチング素子の側面および電極面の周囲にある蓄熱体によって吸収することができる。 The invention according to claim 3 further includes a heat storage body (6) made of a latent heat storage material provided so as to surround the side surface of the switching element between the substrate and the porous metal member. 1 is a semiconductor device according to 1 or 2;
In this configuration, the heat generated in the switching element can be absorbed by the heat storage bodies around the side surface of the switching element and the electrode surface.

請求項４に記載の発明は、前記基板と前記多孔質金属部材との間において、前記スイッチング素子の前記電極面および前記スイッチング素子の側面の前記電極面寄りの部分を覆うモールド樹脂（７）と、前記基板と前記多孔質金属部材との間において、前記スイッチング素子の側面の残りの部分を取り囲むように設けられた潜熱蓄熱材からなる蓄熱体（６）とをさらに含む、請求項１または２に記載の半導体装置である。 The invention according to claim 4 is a mold resin (7) for covering the electrode surface of the switching element and a portion of the side surface of the switching element near the electrode surface between the substrate and the porous metal member. The heat storage body (6) made of a latent heat storage material provided so as to surround the remaining part of the side surface of the switching element between the substrate and the porous metal member The semiconductor device according to

この構成では、スイッチング素子で発生した熱を、スイッチング素子の側面の周囲にある蓄熱体によって吸収することができる。 In this configuration, the heat generated in the switching element can be absorbed by the heat storage body around the side surface of the switching element.

本発明の第１実施形態に係る半導体装置が適用されたパワーモジュールを示す平面図であって、基板を取り除いた状態での平面図である。It is a top view which shows the power module to which the semiconductor device concerning a 1st embodiment of the present invention was applied, and is a top view in the state where a substrate was removed. 図２は、図１のII-II線に沿う拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along the line II-II in FIG. 図３は、インバータ回路を示す電気回路図である。FIG. 3 is an electric circuit diagram showing an inverter circuit. 本発明の第２実施形態に係る半導体装置が適用されたパワーモジュールを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the power module to which the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment of this invention was applied.

以下、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体装置が適用されたパワーモジュールを示す平面図であって、基板を取り除いた状態での平面図を示している。図２は、図１のII-II線に沿う拡大断面図である。
このパワーモジュール１は、図３に示すような、電動パワーステアリング装置(ＥＰＳ:electric power steering）用のインバータ回路１００を実現するためのモジュールである。図３に示すインバータ回路１００は、平滑コンデンサＣと、複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に逆並列接続された複数のダイオード素子Ｄｉ１〜Ｄｉ６とを含む。平滑コンデンサＣは、電源Ｖｃの両端子間に接続されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a plan view showing a power module to which a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention is applied, and is a plan view in a state in which a substrate is removed. FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along the line II-II in FIG.
The power module 1 is a module for realizing an inverter circuit 100 for an electric power steering apparatus (EPS: electric power steering) as shown in FIG. The inverter circuit 100 shown in FIG. 3 includes a smoothing capacitor C, a plurality of switching elements Tr1 to Tr6, and a plurality of diode elements Di1 to Di6 connected in anti-parallel to the switching elements Tr1 to Tr6. The smoothing capacitor C is connected between both terminals of the power supply Vc.

複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、Ｕ相用のハイサイドの第１のスイッチング素子Ｔｒ１と、それに直列に接続されたＵ相用のローサイドの第２のスイッチング素子Ｔｒ２と、Ｖ相用のハイサイドの第３のスイッチング素子Ｔｒ３と、それに直列に接続されたＶ相用のローサイドの第４のスイッチング素子Ｔｒ４と、Ｗ相用のハイサイドの第５のスイッチング素子Ｔｒ５と、それに直列に接続されたＷ相用のローサイドの第６のスイッチング素子Ｔｒ６とを含む。この実施形態では、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、ＧａＮを主材料としたＧａＮ−ＦＥＴから構成されている。第１〜第６のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６には、第１〜第６のダイオード素子Ｄｉ１〜Ｄｉ６が逆並列接続されている。 The plurality of switching elements Tr1 to Tr6 are a high side first switching element Tr1 for the U phase, a low side second switching element Tr2 for the U phase connected in series thereto, and a high side for the V phase Of the third switching element Tr3, the low-side fourth switching element Tr4 for V phase connected in series thereto, the fifth high-side switching element Tr5 for W phase, and the third switching element Tr3 connected in series And a low-side sixth switching element Tr6 for the W phase. In this embodiment, each of the switching elements Tr1 to Tr6 is formed of a GaN-FET whose main material is GaN. First to sixth diode elements Di1 to Di6 are connected in antiparallel to the first to sixth switching elements Tr1 to Tr6.

第１、第３および第５のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のドレインは、電源Ｖｃの正極側端子に接続されている。第１、第３および第５のスイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のソースは、それぞれ第２、第４および第６のスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のドレインに接続されている。第２、第４および第６のスイッチング素子Ｔｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６のソースは、電源Ｖｃの負極側端子に接続されている。 The drains of the first, third and fifth switching elements Tr1, Tr3 and Tr5 are connected to the positive terminal of the power supply Vc. The sources of the first, third and fifth switching elements Tr1, Tr3 and Tr5 are connected to the drains of the second, fourth and sixth switching elements Tr2, Tr4 and Tr6, respectively. The sources of the second, fourth and sixth switching elements Tr2, Tr4 and Tr6 are connected to the negative terminal of the power supply Vc.

第１のスイッチング素子Ｔｒ１と第２のスイッチング素子Ｔｒ２との接続点は、電動モータ５０のＵ相ステータ巻線５１に接続されている。第３のスイッチング素子Ｔｒ３と第４のスイッチング素子Ｔｒ４との接続点は、電動モータ５０のＶ相ステータ巻線５２に接続されている。第５のスイッチング素子Ｔｒ５と第６のスイッチング素子Ｔｒ６との接続点は、電動モータ５０のＷ相ステータ巻線５３に接続されている。各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のゲートは、モータ制御回路（図示略）に接続されている。 A connection point between the first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 is connected to the U-phase stator winding 51 of the electric motor 50. The connection point between the third switching element Tr3 and the fourth switching element Tr4 is connected to the V-phase stator winding 52 of the electric motor 50. A connection point between the fifth switching element Tr5 and the sixth switching element Tr6 is connected to the W-phase stator winding 53 of the electric motor 50. The gates of the switching elements Tr1 to Tr6 are connected to a motor control circuit (not shown).

図１および図２を参照して、パワーモジュール１は、基板２と、複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６と、多孔質金属部材３と、多孔質金属部材３の空隙に充填された潜熱蓄熱材４と、ヒートシンク５と、蓄熱体６とを含む。パワーモジュール１は、図３に示されている複数のダイオード素子Ｄｉ１〜Ｄｉ６および平滑コンデンサＣを含んでいるが、説明の便宜上、図１および図２では図示を省略している。 Referring to FIGS. 1 and 2, power module 1 includes a substrate 2, a plurality of switching elements Tr 1 to Tr 6, a porous metal member 3, and a latent heat storage material 4 filled in the voids of porous metal member 3. And a heat sink 5 and a heat storage body 6. The power module 1 includes the plurality of diode elements Di1 to Di6 and the smoothing capacitor C shown in FIG. 3, but for convenience of description, the illustration is omitted in FIG. 1 and FIG.

基板２は、この実施形態では、平面視で円形に形成されている。基板２は、セラミック基板、ガラスエポキシ基板等からなる。基板２は、第１の主面２ａ（図２の上面）と、第１の主面２ａとは反対側の第２の主面２ｂ（図２の下面）を有している。基板２の第１の主面２ａには、インバータ回路１００内のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を制御するためのモータ制御回路（図示略）が実装されている。基板２の第２の主面２ｂには、インバータ回路１００を形成するための配線パターン（図示略）が形成されている。基板２の第２の主面２ｂ上に、複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６、複数のダイオード素子Ｄｉ１〜Ｄｉ６（図１および図２では図示略）および平滑コンデンサＣ（図１および図２では図示略）が実装されている。 The substrate 2 is formed circular in plan view in this embodiment. The substrate 2 is made of a ceramic substrate, a glass epoxy substrate or the like. The substrate 2 has a first main surface 2a (upper surface in FIG. 2) and a second main surface 2b (lower surface in FIG. 2) opposite to the first main surface 2a. A motor control circuit (not shown) for controlling the switching elements Tr1 to Tr6 in the inverter circuit 100 is mounted on the first main surface 2a of the substrate 2. A wiring pattern (not shown) for forming the inverter circuit 100 is formed on the second main surface 2 b of the substrate 2. On the second main surface 2b of the substrate 2, a plurality of switching elements Tr1 to Tr6, a plurality of diode elements Di1 to Di6 (not shown in FIGS. 1 and 2) and a smoothing capacitor C (not shown in FIGS. 1 and 2) ) Has been implemented.

各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、一方向に長い矩形の平面形状を有する直方体形状である。各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、複数の電極が設けられている電極面（図２の上面）１０ａと、電極面の反対側の表面であって、電極が設けられていない非電極面（図２の下面）１０ｂとを有している。各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の非電極面１０ｂには、金属薄膜（図示略）が形成されている。 Each of the switching elements Tr1 to Tr6 has a rectangular parallelepiped shape having a rectangular planar shape long in one direction. Each of the switching elements Tr1 to Tr6 is an electrode surface (upper surface in FIG. 2) 10a on which a plurality of electrodes are provided, and a non-electrode surface on which the electrodes are not provided (FIG. 2). Lower surface) 10b. A metal thin film (not shown) is formed on the non-electrode surface 10b of each of the switching elements Tr1 to Tr6.

各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極面１０ａには、複数のドレイン電極１１と、複数のソース電極１２と、１つのゲート電極１３とが設けられている。各ドレイン電極１１および各ソース電極１２は、平面視において、電極面１０ａの短手方向に細長い矩形状である。複数のドレイン電極１１と複数のソース電極１２とは、電極面１０ａの長手方向に等間隔をおいて交互に配置されている。ゲート電極１３は、平面視で正方形に近い矩形状であり、電極面１０ａの一端側の幅中央部に配置されている。なお、ドレイン電極１１とソース電極１２とは、互いに対向するように櫛歯状に形成されていてもよい。 A plurality of drain electrodes 11, a plurality of source electrodes 12, and one gate electrode 13 are provided on the electrode surface 10a of each of the switching elements Tr1 to Tr6. Each of the drain electrodes 11 and each of the source electrodes 12 has a rectangular shape elongated in the short direction of the electrode surface 10 a in plan view. The plurality of drain electrodes 11 and the plurality of source electrodes 12 are alternately arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the electrode surface 10a. The gate electrode 13 has a rectangular shape close to a square in plan view, and is disposed at the width center of one end side of the electrode surface 10a. The drain electrode 11 and the source electrode 12 may be formed in a comb shape so as to face each other.

第１〜第６のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６は、その電極面１０ａが基板２の第２の主面２ｂに対向した状態で、基板２の第２の主面２ｂに接合されている。具体的には、第１〜第６のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極１１，１２，１３の表面が、基板２の第２の主面２ｂに形成された配線パターンに、図示しない半田を介して接合されている。
第１スイッチング素子Ｔｒ１および第２スイッチング素子Ｔｒ２は、平面視において、それらの長手方向が一致するように一列状に並んで配置されている。第３スイッチング素子Ｔｒ３および第４スイッチング素子Ｔｒ４は、平面視において、それらの長手方向が一致するように一列状に並んで配置されている。第５スイッチング素子Ｔｒ５および第６スイッチング素子Ｔｒ６は、平面視において、それらの長手方向が一致するように一列状に並んで配置されている。第１および第２スイッチング素子Ｔｒ１，Ｔｒ２の組、第３および第４スイッチング素子Ｔｒ３，Ｔｒ４の組ならびに第５および第６スイッチング素子Ｔｒ５，Ｔｒ６の組は、それぞれ、平面視で基板２の外周円に内接する正方形の４つの辺のうちの３つの辺に対応するような位置に配置されている。 The first to sixth switching elements Tr1 to Tr6 are joined to the second main surface 2b of the substrate 2 in a state where the electrode surface 10a faces the second main surface 2b of the substrate 2. Specifically, the surface of the electrodes 11, 12, and 13 of the first to sixth switching elements Tr1 to Tr6 is connected to the wiring pattern formed on the second main surface 2b of the substrate 2 through solder (not shown). It is joined.
The first switching element Tr1 and the second switching element Tr2 are arranged in a line so that the longitudinal directions thereof coincide with each other in plan view. The third switching element Tr3 and the fourth switching element Tr4 are arranged in a line so that the longitudinal directions thereof coincide with each other in plan view. The fifth switching element Tr5 and the sixth switching element Tr6 are arranged in a line so that the longitudinal directions thereof coincide with each other in plan view. The set of the first and second switching elements Tr1 and Tr2, the set of the third and fourth switching elements Tr3 and Tr4, and the set of the fifth and sixth switching elements Tr5 and Tr6 respectively have an outer peripheral circle of the substrate 2 in plan view. Are arranged at positions corresponding to three of the four sides of the square inscribed in.

複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の非電極面１０ｂ側にヒートシンク５が配置されている。複数のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の非電極面１０ｂと、ヒートシンク５との間に、平板状の多孔質金属部材３が介在している。この実施形態では、多孔質金属部材３は、平面視で基板２と同心でかつ基板２よりも径が少し小さな円形に形成されている。ヒートシンク５は、平面視で基板２と同心でかつ基板２と径がほぼ等しい円形に形成されている。多孔質金属部材３は金属から構成されている。この実施形態では、多孔質金属部材３はアルミニウムからなる。多孔質金属部材３の空隙内には、潜熱蓄熱材４が充填されている。この実施形態では、ヒートシンク５はアルミニウムからなる。 The heat sink 5 is arrange | positioned at the non-electrode surface 10b side of several switching element Tr1-Tr6. The flat porous metal member 3 is interposed between the non-electrode surface 10 b of the plurality of switching elements Tr 1 to Tr 6 and the heat sink 5. In this embodiment, the porous metal member 3 is formed in a circle which is concentric with the substrate 2 in a plan view and slightly smaller in diameter than the substrate 2. The heat sink 5 is formed in a circle which is concentric with the substrate 2 in plan view and has a diameter substantially equal to that of the substrate 2. The porous metal member 3 is made of metal. In this embodiment, the porous metal member 3 is made of aluminum. The latent heat storage material 4 is filled in the space of the porous metal member 3. In this embodiment, the heat sink 5 is made of aluminum.

基板２と多孔質金属部材３との間には、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面を取り囲むとともに各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極面１０ａを覆う蓄熱体６が設けられている。蓄熱体６は、潜熱蓄熱材からなる。多孔質金属部材３の空隙内に充填された潜熱蓄熱材４および蓄熱体６を構成する潜熱蓄熱材としては、たとえば、エリスリトール、パラフィン等が用いられる。この実施形態では、潜熱蓄熱材の粘度を上げるために、エリスリトール、パラフィン等に増粘剤が加えられたものが潜熱蓄熱材として用いられている。 A heat storage body 6 is provided between the substrate 2 and the porous metal member 3 so as to surround the side surfaces of the switching elements Tr1 to Tr6 and cover the electrode surface 10a of the switching elements Tr1 to Tr6. The heat storage body 6 is made of a latent heat storage material. As a latent heat storage material which comprises the thermal storage material 4 and the thermal storage body 6 with which the space | gap of the porous metal member 3 was filled, an erythritol, a paraffin, etc. are used, for example. In this embodiment, in order to increase the viscosity of the latent heat storage material, erythritol, paraffin or the like to which a thickener is added is used as the latent heat storage material.

基板２は、ボルト２３およびナット２４によって、ヒートシンク５に固定されている。多孔質金属部材３は、基板２がヒートシンク５にボルト止めされることによって、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６とヒートシンク５とによって挟持されている。具体的には、基板２の周縁部には、周方向に間隔をおいて複数の第１ボルト挿通孔２１が形成されている。ヒートシンク５の周縁部には、平面視において、各第１ボルト挿通孔２１と整合する位置に第２ボルト挿通孔２２が形成されている。各第１ボルト挿通孔２１およびそれに対応する第２ボルト挿通孔２２に、基板２の第１の主面２ａ側からボルト２３が挿通されている。そして、ヒートシンク５から突出した各ボルト２３の先端部にナット２４がねじ締められることにより、基板２がヒートシンク５に固定されている。この実施形態では、基板２をヒートシンク５にボルト固定する際には、多孔質金属部材３の熱伝導性を向上させるために、多孔質金属部材３が圧縮変形する程度まで、ナット２４がねじ締められる。 The substrate 2 is fixed to the heat sink 5 by bolts 23 and nuts 24. The porous metal member 3 is sandwiched between the switching elements Tr <b> 1 to Tr <b> 6 and the heat sink 5 by bolting the substrate 2 to the heat sink 5. Specifically, a plurality of first bolt insertion holes 21 are formed in the peripheral portion of the substrate 2 at intervals in the circumferential direction. Second bolt insertion holes 22 are formed in the peripheral edge portion of the heat sink 5 at positions aligned with the first bolt insertion holes 21 in a plan view. The bolts 23 are inserted into the first bolt insertion holes 21 and the corresponding second bolt insertion holes 22 from the side of the first main surface 2 a of the substrate 2. The substrate 2 is fixed to the heat sink 5 by screwing a nut 24 to the tip of each bolt 23 protruding from the heat sink 5. In this embodiment, when the substrate 2 is bolted to the heat sink 5, the nut 24 is screwed to the extent that the porous metal member 3 is compressed and deformed in order to improve the thermal conductivity of the porous metal member 3. Be

前述のパワーモジュール１は、例えば次のようにして製造される。まず、第１の主面２ａにモータ制御回路が実装されかつ第２の主面２ｂにインバータ回路１００を形成するための配線パターンが形成された基板２を用意する。次に、基板２の第２の主面２ｂに、インバータ回路１００を構成するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６等の電気部品を接合する。 The aforementioned power module 1 is manufactured, for example, as follows. First, the substrate 2 on which the motor control circuit is mounted on the first main surface 2a and the wiring pattern for forming the inverter circuit 100 on the second main surface 2b is prepared. Next, electrical components such as switching elements Tr1 to Tr6 constituting the inverter circuit 100 are joined to the second main surface 2b of the substrate 2.

次に、ヒートシンク５の上面に多孔質金属部材３を載置する。そして、多孔質金属部材３の上面に、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の非電極面１０ｂが下方を向いた姿勢で、基板２を載置する。
次に、ボルト２３およびナット２４を用いて、基板２をヒートシンク５に固定する。前述したように、この際、多孔質金属部材３が圧縮変形する程度まで、ナット２４がねじ締められる。 Next, the porous metal member 3 is placed on the upper surface of the heat sink 5. Then, the substrate 2 is mounted on the upper surface of the porous metal member 3 in a posture in which the non-electrode surfaces 10b of the switching elements Tr1 to Tr6 face downward.
Next, the substrate 2 is fixed to the heat sink 5 using the bolts 23 and the nuts 24. As described above, at this time, the nut 24 is screwed to such an extent that the porous metal member 3 is compressed and deformed.

次に、基板２とヒートシンク５との間に、全てのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６および多孔質金属部材３を取り囲むように、枠部材（図示略）を設ける。そして、枠部材内に高温の液体状の潜熱蓄熱材を注入（充填）する。これにより、多孔質金属部材３の空隙内に潜熱蓄熱材が充填されるとともに、枠部材とスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６との間に蓄熱体６を構成する潜熱蓄熱材が充填される。この後、冷却することにより、潜熱蓄熱材を固化させる。最後に、枠部材を取り外す。これにより、図１および図２に示されるパワーモジュール１が得られる。 Next, a frame member (not shown) is provided between the substrate 2 and the heat sink 5 so as to surround all the switching elements Tr1 to Tr6 and the porous metal member 3. Then, a high temperature liquid latent heat storage material is injected (filled) into the frame member. As a result, the latent heat storage material is filled in the space of the porous metal member 3 and the latent heat storage material constituting the heat storage body 6 is filled between the frame member and the switching elements Tr1 to Tr6. Thereafter, the latent heat storage material is solidified by cooling. Finally, remove the frame member. Thereby, the power module 1 shown in FIG. 1 and FIG. 2 is obtained.

前述のパワーモジュール１では、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱は、その非電極面１０ｂから多孔質金属部材３に伝達される。多孔質金属部材３の空隙には潜熱蓄熱材４が充填されているので、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の熱が多孔質金属部材３に伝達されると、多孔質金属部材３に接している潜熱蓄熱材４が融解して熱を吸収する。多孔質金属部材３は、熱伝導性が高い金属から構成されているので、多孔質金属部材３内に充填されている潜熱蓄熱材４に効率よく熱が伝達されるので、潜熱蓄熱材４による熱吸収が効率よく行われる。これにより、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱をその非電極面１０ｂから効率よく放熱することができる。 In the power module 1 described above, the heat generated by the switching elements Tr1 to Tr6 is transmitted to the porous metal member 3 from the non-electrode surface 10b. Since the gaps of the porous metal member 3 are filled with the latent heat storage material 4, when the heat of the switching elements Tr1 to Tr6 is transferred to the porous metal member 3, the latent heat storage in contact with the porous metal member 3 The material 4 melts and absorbs heat. Since the porous metal member 3 is made of metal having high thermal conductivity, heat is efficiently transmitted to the latent heat storage material 4 filled in the porous metal member 3. Heat absorption is performed efficiently. Thereby, the heat generated in the switching elements Tr1 to Tr6 can be efficiently dissipated from the non-electrode surface 10b.

また、前述のパワーモジュール１では、多孔質金属部材３は圧縮（圧縮変形）されているので、多孔質金属部材３が圧縮されていない場合に比べて、多孔質金属部材３とスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の非電極面１０ｂとの間の接触面積、多孔質金属部材３とヒートシンク５との間の接触面積が広くなるとともに、多孔質金属部材３の金属密度も高くなる。これにより、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱は、多孔質金属部材３により効率よく伝達されるとともに、多孔質金属部材３内に充填されている潜熱蓄熱材４により効率よく熱が伝達されるので、潜熱蓄熱材４による熱吸収がより効率よく行われる。これにより、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱をその非電極面１０ｂからより効率よく放熱することができる。 Further, in the power module 1 described above, since the porous metal member 3 is compressed (compressed and deformed), the porous metal member 3 and the switching elements Tr1 to Tr1 are compared with the case where the porous metal member 3 is not compressed. The contact area between the non-electrode surface 10b of the Tr 6 and the contact area between the porous metal member 3 and the heat sink 5 is increased, and the metal density of the porous metal member 3 is also increased. Thereby, the heat generated in the switching elements Tr1 to Tr6 is efficiently transmitted by the porous metal member 3 and is efficiently transmitted by the latent heat storage material 4 filled in the porous metal member 3 Therefore, heat absorption by the latent heat storage material 4 is performed more efficiently. Thus, the heat generated in the switching elements Tr1 to Tr6 can be dissipated more efficiently from the non-electrode surface 10b.

また、前述のパワーモジュール１では、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱を、非電極面１０ｂから多孔質金属部材３を介してヒートシンク５により効率よく伝達することができる。これにより、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱をその非電極面１０ｂからさらに効率よく放熱することができる。
また、前述の実施形態では、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面を取り囲むとともに各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極面１０ａを覆う蓄熱体６が設けられている。このため、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６で発生した熱を、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面および電極面１０ａの周囲にある蓄熱体６によって吸収することができる。 In the power module 1 described above, the heat generated in the switching elements Tr1 to Tr6 can be efficiently transmitted from the non-electrode surface 10b to the heat sink 5 via the porous metal member 3. As a result, the heat generated in the switching elements Tr1 to Tr6 can be dissipated more efficiently from the non-electrode surface 10b.
Moreover, in the above-mentioned embodiment, while covering the side surface of each switching element Tr1-Tr6, the thermal storage body 6 which covers the electrode surface 10a of each switching element Tr1-Tr6 is provided. For this reason, the heat generated by the switching elements Tr1 to Tr6 can be absorbed by the heat storage body 6 located on the side surfaces of the switching elements Tr1 to Tr6 and around the electrode surface 10a.

図４は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置が適用されたパワーモジュールを示す断面図であり、図２に対応する断面図である。図４において、前述の図２の各部に対応する部分には、図２と同じ符号を付して示す。
このパワーモジュール１Ａでは、基板２と多孔質金属部材３との間において、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極面１０ａおよびスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面の電極面１０ａ寄りの部分は、モールド樹脂７によって覆われている。そして、基板２と多孔質金属部材３との間において、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面の残りの部分を取り囲むように、潜熱蓄熱材からなる蓄熱体６が設けられている。その他の点は、図２に示されるパワーモジュール１と同じである。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing a power module to which the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention is applied, and is a cross-sectional view corresponding to FIG. In FIG. 4, parts corresponding to the parts in FIG. 2 described above are denoted by the same reference numerals as in FIG. 2.
In this power module 1A, between the substrate 2 and the porous metal member 3, the portions near the electrode surface 10a of the switching elements Tr1 to Tr6 and the side surfaces of the switching elements Tr1 to Tr6 are covered with the mold resin 7. It is A heat storage body 6 made of a latent heat storage material is provided between the substrate 2 and the porous metal member 3 so as to surround the remaining portions of the side surfaces of the switching elements Tr1 to Tr6. The other points are the same as the power module 1 shown in FIG.

このパワーモジュール１Ａは、例えば次のようにして製造される。まず、第１の主面２ａにモータ制御回路が実装されかつ第２の主面２ｂにインバータ回路１００を形成するための配線パターンが形成された基板２を用意する。次に、基板２の第２の主面２ｂに、インバータ回路１００を構成するスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６等の電気部品を接合する。 The power module 1A is manufactured, for example, as follows. First, the substrate 2 on which the motor control circuit is mounted on the first main surface 2a and the wiring pattern for forming the inverter circuit 100 on the second main surface 2b is prepared. Next, electrical components such as switching elements Tr1 to Tr6 constituting the inverter circuit 100 are joined to the second main surface 2b of the substrate 2.

次に、基板２の第２の主面２ｂ側に、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極面１０ａおよびスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面の電極面１０ａ寄りの部分を覆うように、モールド樹脂７を形成する。
次に、ヒートシンク５の上面に多孔質金属部材３を載置する。そして、多孔質金属部材３の上面に、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の非電極面１０ｂが下方を向いた姿勢で、基板２を載置する。 Next, mold resin 7 is formed on the second main surface 2b side of substrate 2 so as to cover electrode surface 10a of switching elements Tr1 to Tr6 and a portion near the electrode surface 10a of the side surface of switching elements Tr1 to Tr6. .
Next, the porous metal member 3 is placed on the upper surface of the heat sink 5. Then, the substrate 2 is mounted on the upper surface of the porous metal member 3 in a posture in which the non-electrode surfaces 10b of the switching elements Tr1 to Tr6 face downward.

次に、ボルト２３およびナット２４を用いて、基板２をヒートシンク５に固定する。この際、多孔質金属部材３が圧縮変形する程度まで、ナット２４がねじ締められる。
次に、基板２とヒートシンク５との間に、モールド樹脂７、全てのスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６および多孔質金属部材３を取り囲むように、枠部材（図示略）を設ける。そして、枠部材内に高温の液体状の潜熱蓄熱材を注入（充填）する。これにより、多孔質金属部材３の空隙内に潜熱蓄熱材が充填されるとともに、枠部材とスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６との間に蓄熱体６を構成する潜熱蓄熱材が充填される。この後、冷却することにより、潜熱蓄熱材を固化させる。最後に、枠部材を取り外す。これにより、図４に示されるパワーモジュール１Ａが得られる。 Next, the substrate 2 is fixed to the heat sink 5 using the bolts 23 and the nuts 24. At this time, the nut 24 is screwed to such an extent that the porous metal member 3 is compressed and deformed.
Next, a frame member (not shown) is provided between the substrate 2 and the heat sink 5 so as to surround the mold resin 7, all of the switching elements Tr 1 to Tr 6 and the porous metal member 3. Then, a high temperature liquid latent heat storage material is injected (filled) into the frame member. As a result, the latent heat storage material is filled in the space of the porous metal member 3 and the latent heat storage material constituting the heat storage body 6 is filled between the frame member and the switching elements Tr1 to Tr6. Thereafter, the latent heat storage material is solidified by cooling. Finally, remove the frame member. Thus, the power module 1A shown in FIG. 4 is obtained.

パワーモジュール１Ａにおいても、前述のパワーモジュール１と同様な効果が得られる。パワーモジュール１Ａにおいては、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の電極面１０ａおよびスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の側面の電極面１０ａ寄りの部分はモールド樹脂７で覆われている。これにより、基板２をヒートシンク５にボルト止めする際に、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６に加えられる力を緩和することができる。 Also in the power module 1A, the same effect as the above-described power module 1 can be obtained. In the power module 1A, a part near the electrode surface 10a of the electrode surface 10a of each of the switching elements Tr1 to Tr6 and the side surface of the switching elements Tr1 to Tr6 is covered with the mold resin 7. Thereby, when bolting the board | substrate 2 to the heat sink 5, the force added to each switching element Tr1-Tr6 can be relieve | moderated.

以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の第１および第２実施形態では、基板２はヒートシンク５に４本のボルト２３によって固定されているが、基板２は３本または５本以上のボルトによってヒートシンク５に固定されていてもよい。
また、前述の実施形態では、基板２の一方の主面２ｂにインバータ回路１００が実装され、他方の主面２ａにモータ制御回路が実装されているが、モータ制御回路はインバータ回路１００が実装される基板２とは別の基板に実装されてもよい。 As mentioned above, although 1st and 2nd embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in the first and second embodiments described above, the substrate 2 is fixed to the heat sink 5 by four bolts 23, but the substrate 2 is fixed to the heat sink 5 by three or more bolts. It is also good.
In the above embodiment, the inverter circuit 100 is mounted on one main surface 2b of the substrate 2 and the motor control circuit is mounted on the other main surface 2a. However, the inverter circuit 100 is mounted on the motor control circuit. May be mounted on a substrate different from the substrate 2.

この発明を電動パワーステアリング装置のインバータ回路に適用した場合について説明したが、この発明は、電動パワーステアリング装置以外に用いられるインバータ回路等にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 Although the case where this invention was applied to the inverter circuit of an electric power steering apparatus was demonstrated, this invention is applicable also to the inverter circuit etc. which are used other than an electric power steering apparatus.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１，１Ａ…パワーモジュール、２…基板、３…多孔質金属部材、４…潜熱蓄熱材、５…ヒートシンク、６…蓄熱体、７…モールド樹脂、Ｔｒ１〜Ｔｒ６…スイッチング素子、１００…インバータ回路 1, 1A: power module, 2: substrate, 3: porous metal member, 4: latent heat storage material, 5: heat sink, 6: heat storage body, 7: mold resin, Tr1 to Tr6, switching element, 100: inverter circuit

Claims

A substrate,
It has an electrode surface on which a plurality of electrodes are provided, and a non-electrode surface on the opposite side of the electrode surface and not provided with electrodes, and the electrode surface faces one surface of the substrate. A switching element formed of a lateral semiconductor element bonded to the substrate in the closed state;
A heat sink disposed on the non-electrode side of the switching element;
A porous metal member interposed between the non-electrode surface of the switching element and the heat sink;
And a latent heat storage material filled in the void of the porous metal member.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the porous metal member is compressed in a direction sandwiched by the switching element and the heat sink.

The semiconductor device according to claim 1, further comprising a heat storage body made of a latent heat storage material provided so as to surround the side surface of the switching element between the substrate and the porous metal member.

A mold resin covering the electrode surface of the switching element and a portion of the side surface of the switching element near the electrode surface between the substrate and the porous metal member;
The semiconductor according to claim 1, further comprising: a heat storage body made of a latent heat storage material provided so as to surround the remaining portion of the side surface of the switching element between the substrate and the porous metal member. apparatus.