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JP2008226920A - Connection structure of power module - Google Patents

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JP2008226920A
JP2008226920A JP2007059027A JP2007059027A JP2008226920A JP 2008226920 A JP2008226920 A JP 2008226920A JP 2007059027 A JP2007059027 A JP 2007059027A JP 2007059027 A JP2007059027 A JP 2007059027A JP 2008226920 A JP2008226920 A JP 2008226920A
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JP
Japan
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power module
connection structure
wiring board
conductive member
metal wiring
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Application number
JP2007059027A
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Haruhisa Toyoda
晴久 豊田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive connection structure of a power module capable of coping with an increase in power. <P>SOLUTION: The power module 10 has: a semiconductor chip 11 having an upper surface electrode 11 as a conductive member; a DBA substrate 23 having a conductive member (upper metal layer 23a); a heat sink 21; and the like. The power module 10 is stored at the opening of a resin case 53 mounted to a top board 50a in a vessel. In the resin case 53, a wiring member (electrode terminal layer 56) connected to external equipment is provided. Then a metal wiring board 31 is provided, wherein a base end section 31a is connected to the wiring member, and a tip section 31b is pressed against the conductive member of the power module 10 due to elastic deformation and is brought into contact to conduct electricity. The metal wiring board 31 allows a large current to flow with a large sectional area, and the manufacturing cost is small. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体パワーデバイスを搭載したパワーモジュールの接続構造に関する。   The present invention relates to a connection structure of a power module on which a semiconductor power device is mounted.

近年、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池など、モータ駆動用のスイッチング素子などを備えたパワーモジュール(半導体装置)として、IGBTやFETを用いたモジュールが用いられている。特に、車載用の半導体装置においては、大電力化かつ小型化が必要となっている。   In recent years, modules using IGBTs or FETs have been used as power modules (semiconductor devices) equipped with switching elements for driving motors, such as electric vehicles, hybrid vehicles, and fuel cells. In particular, in-vehicle semiconductor devices require high power and small size.

かかる要求に応えるべく、パワーモジュールと外部の端子とを接続する配線部材についても、種々の提案が成されている。特許文献1には、パッケージに組み込まれた半導体チップと外部機器との電気的接続を行う接続導体の構造として、アルミニウムのワイヤを多数本ボンディングする代わりに、束線,撚線,編組線を用いることにより、大電力の伝達を可能としつつ、はんだ接続工程で発生する熱収縮などに起因する引張応力を接続導体により吸収し、はんだ連結部の剥離,チップ割れなどのダメージの発生を防止しようとする技術が開示されている。
特開2004−319740号公報
In order to meet such demands, various proposals have been made for wiring members that connect the power module and external terminals. In Patent Document 1, a bundled wire, a stranded wire, and a braided wire are used as a connection conductor structure for electrically connecting a semiconductor chip incorporated in a package and an external device, instead of bonding a large number of aluminum wires. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of damage such as peeling of the solder joints and chip cracking by absorbing the tensile stress caused by the thermal shrinkage that occurs in the solder connection process by the connection conductor while enabling the transmission of high power. Techniques to do this are disclosed.
JP 2004-319740 A

パワーモジュールがますます大電力化されると、単線のボンディングワイヤを狭い領域に形成することが困難となるが、特許文献1の技術では、単線のボンディングワイヤに比べ、大電力を伝達することができる。しかしながら、束線等がバラバラになるのを防ぎ、各線に確実に電流を流すための構造が複雑になり、製造コストが増大する。また、たとえば同公報の図2に拡大詳示されているように、各線に確実に電流を流すために接続導体と半導体チップとの接続部に端子を設けているが、熱サイクルを受けたときなどに、確実に各線に電流を流すためには端子の構造を強固なものにする必要がある。しかし、端子の構造を強固にすると、全体構造の小型化が困難となり、かつ、熱サイクルやはんだ付け時の応力によるはんだ連結部の剥離,チップ割れなどを生じるおそれがあるので、信頼性も低下するおそれがある。   As the power module becomes more and more powerful, it becomes difficult to form a single-wire bonding wire in a narrow region. However, the technique of Patent Document 1 can transmit a large amount of power compared to a single-wire bonding wire. it can. However, it is possible to prevent the bundled wires and the like from falling apart, and to make a structure for reliably passing a current through each wire complicated, resulting in an increase in manufacturing cost. For example, as shown in enlarged detail in FIG. 2 of the same publication, a terminal is provided at the connection portion between the connection conductor and the semiconductor chip in order to surely flow the current through each line. For example, it is necessary to make the terminal structure strong in order to allow current to flow through each line with certainty. However, if the terminal structure is strengthened, it is difficult to reduce the size of the entire structure, and there is a risk of peeling of the solder joints and chip cracking due to thermal cycling and stress during soldering, resulting in reduced reliability. There is a risk.

本発明の目的は、大電力の伝達が可能で、製造コストの安価なパワーモジュールの接続構造を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a power module connection structure that can transmit a large amount of power and is inexpensive to manufacture.

本発明のパワーモジュールの接続構造は、外部機器に接続される配線部材に基部がつながり、先端部が弾性変形によって導電部材に押し付けられて、導通可能に接触する金属配線板を備えている。   The power module connection structure of the present invention includes a metal wiring board in which a base is connected to a wiring member connected to an external device, and a distal end is pressed against the conductive member by elastic deformation so as to be conductive.

これにより、金属配線板の先端部の弾性変形により、接触部を介して金属配線板−導電部材が確実に導通する。そして、多数のワイヤを接続する必要がないので、製造コストも安価である。また、金属配線板を介して大電流を流すことが容易になり、パワーモジュールの大電力化にも対応することができる。   Thereby, the metal wiring board-conductive member is reliably conducted through the contact portion due to elastic deformation of the front end portion of the metal wiring board. And since it is not necessary to connect many wires, manufacturing cost is also cheap. In addition, it becomes easy to flow a large current through the metal wiring board, and it is possible to cope with an increase in power of the power module.

金属配線板の先端部と導電部材とを接合する半田部材をさらに備えることにより、接合の信頼性が向上する。   By further including a solder member that joins the leading end portion of the metal wiring board and the conductive member, the reliability of the joining is improved.

金属配線板の先端部と導電部材とを互いに固着する接着剤層をさらに備えることにより、弾性部材の先端部と導電部材との接触状態をより確実に維持することができる。   By further including an adhesive layer that fixes the tip of the metal wiring board and the conductive member to each other, the contact state between the tip of the elastic member and the conductive member can be more reliably maintained.

金属配線板の導電部材との接触面が、なし地加工されていることにより、金属配線板と導電部材とが強固に接触することになる。   Since the contact surface of the metal wiring board with the conductive member is ground, the metal wiring board and the conductive member come into strong contact.

金属配線板の導電部材との接触面に凸部が形成されていることにより、金属配線板と導電部材との接触面に自然酸化膜が破壊された新生面が露出するので、金属配線板と導電部材との接触抵抗が低減される。   Since the convex portion is formed on the contact surface of the metal wiring board with the conductive member, a new surface where the natural oxide film is destroyed is exposed on the contact surface between the metal wiring board and the conductive member. Contact resistance with the member is reduced.

金属配線板の具体的な構造として、自然状態では、基部または基部につながる中間部に交差しており、取り付け状態では、基部または中間部に直交する位置に近づくように強制的に変形させられるように設けることにより、基端部をボルト等で固定するだけで、先端部を弾性変形させることができるので、接続構造が簡素になる。   As a specific structure of the metal wiring board, in the natural state, it intersects the base or the intermediate part connected to the base, and in the attached state, it can be forcibly deformed so as to approach the position orthogonal to the base or the intermediate part. Since the tip end portion can be elastically deformed simply by fixing the base end portion with a bolt or the like, the connection structure is simplified.

本発明のパワーモジュールの接続構造によると、大電力の伝達が可能で、安価なパワーモジュールの接続構造の提供を図ることができる。   According to the power module connection structure of the present invention, it is possible to transmit a large amount of power and to provide an inexpensive power module connection structure.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るパワーユニットの構造を示す断面図である。同図に示すように、本実施形態のパワーユニットは、放熱器50の上にパワーモジュール10を接合して構成されている。放熱器50は、天板50aと天板50aに接合された容器50bとからなり、天板50aには、パワーモジュール10を組み込むための多数の矩形状貫通穴が設けられている。放熱器50を構成する天板50aと容器50bとは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、ダイキャスト,押し出し,鍛造,鋳造,機械加工等によって製造することができる。放熱器50の天板50aと容器50bとの間の流路51には、熱交換媒体としての冷却水が図1の紙面に直交する方向に流れている。
(Embodiment 1)
1 is a cross-sectional view showing a structure of a power unit according to Embodiment 1. FIG. As shown in the figure, the power unit of this embodiment is configured by joining a power module 10 on a radiator 50. The radiator 50 includes a top plate 50a and a container 50b joined to the top plate 50a. The top plate 50a is provided with a number of rectangular through holes for incorporating the power module 10 therein. The top plate 50a and the container 50b constituting the radiator 50 are made of aluminum or an aluminum alloy, and can be manufactured by die casting, extrusion, forging, casting, machining, or the like. In a flow path 51 between the top plate 50a and the container 50b of the radiator 50, cooling water as a heat exchange medium flows in a direction orthogonal to the paper surface of FIG.

本実施の形態の組み立て工程においては、放熱器50の天板50aにパワーモジュール10(パワーモジュール)が実装された後、天板50aが容器50bに接合されるが、天板50aと容器50bとを接合した後、パワーモジュール10を実装してもよい。この接合は、機械かしめ等によって行われてもよい。また、本実施の形態では、放熱器50は天板50aと容器50bを個別に形成してから両者を接合しているが、天板と容器とを一体に形成してもよい。その場合、たとえば一体型を用いたダイキャストにより放熱器を形成することができる。   In the assembly process of the present embodiment, after the power module 10 (power module) is mounted on the top plate 50a of the radiator 50, the top plate 50a is joined to the container 50b, but the top plate 50a, the container 50b, After joining, the power module 10 may be mounted. This joining may be performed by mechanical caulking or the like. Further, in the present embodiment, the radiator 50 is formed by individually forming the top plate 50a and the container 50b and then joining them together, but the top plate and the container may be integrally formed. In that case, the radiator can be formed, for example, by die casting using an integral type.

パワーモジュール10は、主要部材として、IGBTなどの半導体素子が形成された半導体チップ11と、半導体チップ11内の半導体素子と外部部材とを電気的に接続するためのDBA基板23とを備えている。DBA基板23は、AlまたはAl合金からなる上部金属層23aと、絶縁体であるALN層23bと、AlまたはAl合金からなる下部金属層23cとを積層した構造を有している。また、パワーモジュール10は、上部金属層23aと半導体チップ11とを互いに接合する上層半田層14と、半導体チップ11で発生した熱を外方に放出するためのヒートシンク21と、下部金属層23cとヒートシンク21とを接合する下層半田層26とを備えている。DBA基板23の上部金属層23aは、半導体チップ11の裏面電極(図示せず)に、上層半田層14によって接合されて、電気的に接続されている。つまり、上部金属層23aは、パワーモジュール10の配線であって、導電部材の1つである。    The power module 10 includes, as main members, a semiconductor chip 11 on which a semiconductor element such as an IGBT is formed, and a DBA substrate 23 for electrically connecting the semiconductor element in the semiconductor chip 11 and an external member. . The DBA substrate 23 has a structure in which an upper metal layer 23a made of Al or an Al alloy, an ALN layer 23b that is an insulator, and a lower metal layer 23c made of Al or an Al alloy are laminated. The power module 10 includes an upper solder layer 14 that joins the upper metal layer 23a and the semiconductor chip 11, a heat sink 21 for releasing heat generated in the semiconductor chip 11 to the outside, and a lower metal layer 23c. A lower solder layer 26 for joining the heat sink 21 is provided. The upper metal layer 23a of the DBA substrate 23 is joined to and electrically connected to the back electrode (not shown) of the semiconductor chip 11 by the upper solder layer 14. That is, the upper metal layer 23a is a wiring of the power module 10 and is one of the conductive members.

ヒートシンク部材21は、平板部21aと、平板部21aから熱交換媒体である冷却水が流れる領域(流路51)に向かって突出し、冷却水にさらされるフィン部21bとからなっている。また、天板50aには、開口部を囲む溝が形成されていて、溝内にOリング25が装着されている。ヒートシンク部材21の平板部21aは、Oリング25を押圧していて、Oリング25により、流路51が外部空間から遮断されている。これにより、冷却水が外部に漏れないように流路51が密閉されている。   The heat sink member 21 includes a flat plate portion 21a and a fin portion 21b that protrudes from the flat plate portion 21a toward a region (flow path 51) through which cooling water that is a heat exchange medium flows and is exposed to the cooling water. Further, a groove surrounding the opening is formed in the top plate 50a, and an O-ring 25 is mounted in the groove. The flat plate portion 21 a of the heat sink member 21 presses the O-ring 25, and the flow path 51 is blocked from the external space by the O-ring 25. Thereby, the flow path 51 is sealed so that the cooling water does not leak to the outside.

天板50aの上には、ボルト54により樹脂ケース53が取り付けられていて、樹脂ケース53の開口部に、パワーモジュール10が配置されている。樹脂ケース53には、外部機器に接続される配線部材である電極端子層56が形成されている。そして、電極端子層56と、パワーモジュール10の導電部材とを接続する板バネ状の金属配線板31が設けられている。本実施の形態においては、パワーモジュール10の導電部材は、半導体チップ11の上面電極12(図2(b)参照)や、DBA基板23の上部金属層23a(金属配線)であるが、本発明の導電部材はこれらに限定されるものではない。   A resin case 53 is attached to the top plate 50 a by bolts 54, and the power module 10 is disposed in an opening of the resin case 53. The resin case 53 is formed with an electrode terminal layer 56 that is a wiring member connected to an external device. A leaf spring-like metal wiring board 31 is provided to connect the electrode terminal layer 56 and the conductive member of the power module 10. In the present embodiment, the conductive member of the power module 10 is the upper surface electrode 12 (see FIG. 2B) of the semiconductor chip 11 or the upper metal layer 23a (metal wiring) of the DBA substrate 23. However, the conductive member is not limited to these.

図2(a),(b)は、順に、実施の形態1における金属配線板の取付前の自然状態の断面図、および取付後の接続構造を示す図である。図2(a)に示すように、金属配線板31は、2箇所で折り曲げられた平板であって、パワーモジュール10の導電部材に接触する先端部31aと、外部機器に接続される配線部材に接続される基部31bと、先端部31aと基部31bとの中間に位置する中間部31cとを有している。そして、取付前の自然状態においては、先端部31aは、中間部31cに角度αで交差する方向に延びており、この角度αは直角よりも角度βだけ大きく設定されている。一方、基端部31bは、中間部31cからほぼ直角に曲げられてほぼ水平に延びている。   2A and 2B are a cross-sectional view of a natural state before attachment of the metal wiring board and a connection structure after attachment, in order, in the first embodiment. As shown in FIG. 2 (a), the metal wiring board 31 is a flat plate bent at two locations, and is connected to a tip 31a that contacts the conductive member of the power module 10 and a wiring member connected to an external device. It has a base part 31b to be connected and an intermediate part 31c located between the tip part 31a and the base part 31b. And in the natural state before attachment, the front-end | tip part 31a is extended in the direction which cross | intersects the intermediate part 31c at the angle (alpha), and this angle (alpha) is set only the angle (beta) rather than the right angle. On the other hand, the base end portion 31b is bent substantially at a right angle from the intermediate portion 31c and extends substantially horizontally.

そして、図2(b)に示すように、金属配線板31の基部31bを電極端子層56上に載置して、先端部31aをパワーモジュール10の導電部材(この図では、半導体チップ11の上面電極12)に接触させておいて、複数箇所でネジ32を樹脂ケース53に取り付ける。これにより、金属配線板31の先端部31aがほぼ水平位置まで曲げられて半導体チップ11の上面電極12(導電部材)に押し付けられる。すなわち、金属配線板31の先端部31aは、自然状態から角度βだけ上方に曲げられて中間部31cに直交する位置に近づくことにより、自然状態に復元しようとする力(下方への付勢力)を生じ、この復元力によって、先端部31aと上面電極12とが互いに押し付けられて、安定して導通可能に接触する。図2(b)は、電極端子層56と半導体チップ11の上面電極12との接続状態を示しているが、電極端子層56とDBA基板23の上部金属層23a(パワーモジュールの導電部材)との接続部(図1参照)も同様の構造になっている。
なお、弾性変形をできるだけ先端部31aのみに生じさせるために、金属配線板31の基部31bを先端部よりも厚くするか、基部31bに沿った補強板を設けることができる。
2B, the base 31b of the metal wiring board 31 is placed on the electrode terminal layer 56, and the tip 31a is placed on the conductive member of the power module 10 (in this figure, the semiconductor chip 11). The screws 32 are attached to the resin case 53 at a plurality of locations in contact with the upper surface electrode 12). Thereby, the front-end | tip part 31a of the metal wiring board 31 is bent to a substantially horizontal position, and is pressed on the upper surface electrode 12 (conductive member) of the semiconductor chip 11. In other words, the tip 31a of the metal wiring board 31 is bent upward from the natural state by an angle β and approaches a position orthogonal to the intermediate portion 31c, thereby causing a force to restore the natural state (downward biasing force). Due to this restoring force, the tip portion 31a and the upper surface electrode 12 are pressed against each other and come into contact with each other in a stable and conductive manner. FIG. 2B shows a connection state between the electrode terminal layer 56 and the upper surface electrode 12 of the semiconductor chip 11, but the electrode terminal layer 56 and the upper metal layer 23 a (conductive member of the power module) of the DBA substrate 23. The connecting portion (see FIG. 1) also has the same structure.
In order to cause elastic deformation only at the tip portion 31a as much as possible, the base portion 31b of the metal wiring board 31 can be made thicker than the tip portion, or a reinforcing plate can be provided along the base portion 31b.

本実施の形態に係るパワーモジュールの接続構造によると、先端部31aが板バネとなる金属配線板31を用い、パワーモジュール10の導電部材と、外部機器につながる配線部材とを接続しているので、多数のボンディングワイヤを用いる場合のごとく、煩雑な作業を必要とせず、製造コストの削減を図ることができる。また、金属配線板31によって大電流を流すことができるので、パワーモジュール10の大電力化にも容易に対応することができる。たとえば、ボンディングワイヤの径は約0.4mm(断面積約0.13mm2)であるが、金属配線板31の厚みは0.5mm〜1mmで幅5〜20mmである。したがって、1本の金属配線板31により、数十本〜百数十本のボンディングワイヤに匹敵する電流を流すことができる。
よって、本実施の形態のパワーモジュールの接続構造により、パワーモジュールの大電力化に対応しつつ、安価なパワーモジュールの提供を図ることができる。
According to the connection structure of the power module according to the present embodiment, the metal wiring board 31 whose tip 31a is a leaf spring is used to connect the conductive member of the power module 10 and the wiring member connected to the external device. As in the case of using a large number of bonding wires, no complicated work is required, and the manufacturing cost can be reduced. Further, since a large current can be passed through the metal wiring board 31, it is possible to easily cope with an increase in power of the power module 10. For example, the diameter of the bonding wire is about 0.4 mm (cross-sectional area is about 0.13 mm 2), but the thickness of the metal wiring board 31 is 0.5 mm to 1 mm and the width is 5 to 20 mm. Therefore, the current equivalent to several tens to hundreds of bonding wires can be flowed by one metal wiring board 31.
Therefore, the power module connection structure of the present embodiment can provide an inexpensive power module while accommodating the increase in power of the power module.

本発明の金属配線板31の構成材料は、本実施の形態のAlまたはAl合金に限定されるものではない。たとえば、より電気抵抗の小さいCuまたはCu合金を用いてもよいが、同じ断面積で比較すると、AlまたはAl合金の方が変形によって生じる付勢力が小さいので、先端部31aが押し付ける導電部材の損傷を確実に回避できる点で好ましい。   The constituent material of the metal wiring board 31 of the present invention is not limited to Al or Al alloy of the present embodiment. For example, Cu or Cu alloy having a smaller electrical resistance may be used, but when compared with the same cross-sectional area, the biasing force generated by deformation is smaller in Al or Al alloy, so that the conductive member is pressed against the tip 31a. Is preferable in that it can be avoided reliably.

本発明の金属配線板31の形状は、図2(a)に示す構造に限定されるものではない。たとえば、自然状態でほぼ平板状であっても、取り付けた状態で自然状態から変形して、自然状態に復元しようとする力によって、金属配線板31の先端部31aを導電部材に押し付ける構造になっていればよい。ただし、先端部31aの導電部材とは、取付状態でほぼ平面的に接触することが好ましい。   The shape of the metal wiring board 31 of the present invention is not limited to the structure shown in FIG. For example, even if it is substantially flat in the natural state, the tip 31a of the metal wiring board 31 is pressed against the conductive member by a force that is deformed from the natural state in the attached state and attempts to restore the natural state. It only has to be. However, it is preferable that the conductive member of the distal end portion 31a is substantially planarly contacted in the attached state.

(変形例1)
図3(a),(b)は、順に、実施の形態1の変形例1における金属配線板の取付前の自然状態の断面図、および取付後の接続構造を示す図である。この変形例では、パワーモジュール10の導電部材は、DBA基板23の上部金属層23aである。図3(b)において、図1に示す符号と同じ符号で示されている部材は、図1について説明した通りの構造を有している。
(Modification 1)
FIGS. 3A and 3B are a cross-sectional view in a natural state before attachment of a metal wiring board and a connection structure after attachment in Modification 1 of Embodiment 1, respectively. In this modification, the conductive member of the power module 10 is the upper metal layer 23 a of the DBA substrate 23. In FIG. 3B, the members indicated by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 have the structure as described with reference to FIG.

図3(a)に示すように、本変形例に係る金属配線板31の先端部31aの下面には、凸部31dが設けられている。そして、図3(b)に示すように、AlまたはAl合金からなる金属配線板31を取り付けると、先端部31aの凸部31dが、AlまたはAl合金からなる上部金属層23aに食い込んで、上部金属層23aが変形すると同時に、凸部31dがつぶれるので、両者の表面上の自然酸化膜が破壊されて新生面が露出した状態で接触し、両者間の接触抵抗が低減される。   As shown in FIG. 3A, a convex portion 31d is provided on the lower surface of the tip portion 31a of the metal wiring board 31 according to this modification. Then, as shown in FIG. 3B, when the metal wiring board 31 made of Al or Al alloy is attached, the convex portion 31d of the tip 31a bites into the upper metal layer 23a made of Al or Al alloy, At the same time as the metal layer 23a is deformed, the convex portion 31d is crushed, so that the natural oxide film on both surfaces is destroyed and the new surface is exposed, and the contact resistance between them is reduced.

なお、図3(a)に示す凸部31dに代えて、なし地加工面を設けることも好ましい。その場合には、金属配線板31の先端部31aのなし地加工された面と、パワーモジュール10の導電部材の接触部の面とが強固に接触するからである。   In addition, it is also preferable to provide a finishing surface instead of the convex portion 31d shown in FIG. In this case, the ground-processed surface of the tip portion 31a of the metal wiring board 31 and the surface of the contact portion of the conductive member of the power module 10 are in strong contact.

(変形例2,3)
図4(a),(b)は、順に、実施の形態1の変形例2,3における金属配線板の取付後の接続構造を示す図である。これらの変形例においては、パワーモジュール10の導電部材は、半導体チップ11の上面電極12である。
(Modifications 2 and 3)
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing the connection structure after the metal wiring board is attached in Modifications 2 and 3 of Embodiment 1 in order. In these modifications, the conductive member of the power module 10 is the upper surface electrode 12 of the semiconductor chip 11.

図4(a)に示すように、変形例2においては、金属配線板31の先端部31aと導電部材(上面電極12)とは、半田層34によって、互いに接合されている。この半田層34により、先端部31aと導電部材(上面電極12)との接合(電気的接続)の信頼性が向上する。   As shown in FIG. 4A, in Modification 2, the tip 31a of the metal wiring board 31 and the conductive member (upper surface electrode 12) are joined to each other by a solder layer. The solder layer 34 improves the reliability of bonding (electrical connection) between the tip 31a and the conductive member (upper surface electrode 12).

なお、図4(a)に示す構造では、半田層34が上面電極12の上面と金属配線板31の先端部31aの側面とだけに接触しているが、半田層34が上面電極12と先端部31aの間に入り込んでいる構造も採りうる。半田層34が上面電極12と先端部31aの間に入り込んでいる場合の方が、接合強度がより向上する。   In the structure shown in FIG. 4A, the solder layer 34 is in contact only with the upper surface of the upper electrode 12 and the side surface of the tip portion 31a of the metal wiring board 31, but the solder layer 34 is in contact with the upper electrode 12 and the tip. A structure entering between the portions 31a can also be adopted. The bonding strength is further improved when the solder layer 34 is inserted between the upper surface electrode 12 and the tip 31a.

図4(b)に示すように、変形例3においては、金属配線板31の先端部31aと導電部材(上面電極12)とは、エポキシ樹脂などの接着剤層35によって、互いに固着されている。この接着剤層35により、先端部31aと導電部材(上面電極12)との接触状態をより確実に維持することができる。   As shown in FIG. 4B, in Modification 3, the tip 31a of the metal wiring board 31 and the conductive member (upper surface electrode 12) are fixed to each other by an adhesive layer 35 such as an epoxy resin. . By this adhesive layer 35, the contact state between the tip 31a and the conductive member (upper surface electrode 12) can be more reliably maintained.

(実施の形態2)
図5(a),(b)は、順に、 実施の形態2における金属配線板の取付前の自然状態の断面図、およびパワーモジュールの配線構造を示す図である。本実施の形態では、パワーモジュール10の導電部材は、半導体チップ11の上面電極12である。本実施の形態においては、接続構造以外の部分は、実施の形態1と同様の部材を備えている(図1参照)。
(Embodiment 2)
FIGS. 5A and 5B are, in order, a cross-sectional view in a natural state before mounting a metal wiring board in Embodiment 2, and a diagram showing a wiring structure of a power module. In the present embodiment, the conductive member of the power module 10 is the upper surface electrode 12 of the semiconductor chip 11. In the present embodiment, parts other than the connection structure are provided with the same members as those in the first embodiment (see FIG. 1).

図5(a)に示すように、本変形例では、金属配線板31の自然状態においては、先端部31aと中間部31cとは、直角よりもβだけ小さい角度αで交差している。そして、図5(b)に示すように、金属配線板31が取り付けられると、先端部31aが中間部31cに直交する位置に近づくよう上方に曲げられ(強制的に弾性変形させられて)、先端部31aの下面と上面電極12の上面とが、平面的に接触する。   As shown in FIG. 5A, in the present modification, in the natural state of the metal wiring board 31, the tip portion 31a and the intermediate portion 31c intersect at an angle α that is smaller than the right angle by β. And as shown in FIG.5 (b), when the metal wiring board 31 is attached, the front-end | tip part 31a will be bent upwards so that it may approach the position orthogonal to the intermediate part 31c (it is forcedly elastically deformed), The lower surface of the distal end portion 31a and the upper surface of the upper surface electrode 12 are in planar contact.

本実施の形態は、実施の形態1とは逆に、外部機器に接続される配線部材(端子電極層56)が、パワーモジュールの導電部材(半導体チップ11の上面電極12)よりも下方に位置している場合であり、実施の形態1と同じ効果を発揮することができる。また、本実施の形態においても、実施の形態1の各変形例1〜4の構造を採ることができる。   In the present embodiment, contrary to the first embodiment, the wiring member (terminal electrode layer 56) connected to the external device is positioned below the conductive member (the upper surface electrode 12 of the semiconductor chip 11) of the power module. The same effect as in the first embodiment can be exhibited. Also in the present embodiment, the structures of the first to fourth modifications of the first embodiment can be adopted.

(他の実施の形態)
図6は、実施の形態1,2とは異なり、金属配線板31が先端部31aと基部31bだけによって構成されている構造例を示す断面図である。同図に示すように、基端部31bがネジ32によって、外部機器に接続される配線部材の上に取り付けられている。そして、面31Lでパワーモジュール10の導電部材に接続される場合には、自然状態でL側に位置している。一方、面31Rでパワーモジュール10の導電部材に接続される場合には、先端部31aは自然状態でR側に位置している。そして、取り付けられると、先端部31aが基部31bに直交する位置に近づくように強制的に弾性変形させられて、導電部材に接触する。
この例は、パワーモジュール10の導電部材が、縦方向に延びている場合の構造を示している。逆に、パワーモジュール10の導電部材が横方向に延びている場合には、先端部31aが横方向に延びており、図6を時計回りまたは反時計回りに90°回転させた構造を採ることになる。
金属配線板31が図6に示す構造であっても、先端部31aが弾性変形によって導電部材を押し付けて接触する作用を生じるので、実施の形態1と同じ効果を発揮することができる。また、実施の形態1の変形例1〜4の構造を採ることもできる。
(Other embodiments)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example in which the metal wiring board 31 is configured only by the tip portion 31a and the base portion 31b, unlike the first and second embodiments. As shown in the figure, the base end portion 31b is attached to a wiring member connected to an external device by a screw 32. When the surface 31L is connected to the conductive member of the power module 10, it is positioned on the L side in a natural state. On the other hand, when the surface 31R is connected to the conductive member of the power module 10, the tip 31a is positioned on the R side in a natural state. And when attached, the front-end | tip part 31a is forcibly elastically deformed so that it may approach the position orthogonal to the base 31b, and it contacts an electrically-conductive member.
This example shows a structure in which the conductive member of the power module 10 extends in the vertical direction. Conversely, when the conductive member of the power module 10 extends in the lateral direction, the tip end portion 31a extends in the lateral direction, and the structure in which FIG. 6 is rotated 90 ° clockwise or counterclockwise is adopted. become.
Even if the metal wiring board 31 has the structure shown in FIG. 6, the distal end portion 31 a exerts an action of pressing and contacting the conductive member by elastic deformation, so that the same effect as in the first embodiment can be exhibited. Moreover, the structure of the modifications 1-4 of Embodiment 1 can also be taken.

上記各実施の形態では、パワーモジュール10にDBA基板23が配置されているが、DBA基板23に代えて、CuまたはCu合金,あるいはAlまたはAl合金などからなる単層の配線を設けてもよい。   In each of the above embodiments, the DBA substrate 23 is disposed in the power module 10, but instead of the DBA substrate 23, a single layer wiring made of Cu or Cu alloy, Al or Al alloy, or the like may be provided. .

ヒートシンク部材24との熱交換を行う熱交換媒体は、冷却能やコストを考慮すると、フロリナートや水などの液体であることが好ましい。ただし、ヘリウム,アルゴン,窒素,空気などの気体であってもよい。   The heat exchange medium for exchanging heat with the heat sink member 24 is preferably a liquid such as fluorinate or water in consideration of cooling ability and cost. However, it may be a gas such as helium, argon, nitrogen or air.

上記実施の形態では、天板50aに多数のパワーモジュール10を取り付ける構造を採ったが、天板を兼ねる単一のヒートシンク部材24上に多数の半導体チップを搭載してもよい。   In the above embodiment, a structure in which a large number of power modules 10 are attached to the top plate 50a is adopted. However, a large number of semiconductor chips may be mounted on a single heat sink member 24 that also serves as a top plate.

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.

本発明のパワーモジュールの接続構造は、MOSFET,IGBT,ダイオード,JFET等を搭載した各種機器に利用することができる。   The connection structure of the power module of the present invention can be used for various devices equipped with MOSFET, IGBT, diode, JFET and the like.

実施の形態1に係るパワーユニットの構造を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a structure of a power unit according to Embodiment 1. FIG. (a),(b)は、順に、実施の形態1における金属配線板の取付前の自然状態の断面図、および取付後の接続構造を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the cross-sectional view of the natural state before attachment of the metal wiring board in Embodiment 1, and the connection structure after attachment in order. (a),(b)は、順に、実施の形態1の変形例1における金属配線板の取付前の自然状態の断面図、および取付後の接続構造を示す図である。(A), (b) is sectional drawing of the natural state before attachment of the metal wiring board in the modification 1 of Embodiment 1, and the figure which shows the connection structure after attachment in order. (a),(b)は、順に、実施の形態1の変形例2,3における金属配線板の取付後の接続構造を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the connection structure after the attachment of the metal wiring board in the modification 2, 3 of Embodiment 1 in order. (a),(b)は、順に、 実施の形態2における金属配線板の取付前の自然状態の断面図、およびパワーモジュールの配線構造を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the cross-sectional view of the natural state before attachment of the metal wiring board in Embodiment 2, and the wiring structure of a power module in order. 金属配線板が先端部と基部だけによって構成されている構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example by which the metal wiring board was comprised only by the front-end | tip part and the base.

符号の説明Explanation of symbols

10 パワーモジュール
11 半導体チップ
12 上面電極
14 上層半田層
21 ヒートシンク部材
21a 平板部
21b フィン部
23 DBA基板
23a 上部金属層
23b AlN層
23c 下部金属層
25 Oリング
26 下層半田層
31 金属配線板
31a 先端部
31b 基端部
31c 中間部
31d 凸部
31R,31L 面
32 ネジ
50 放熱器
50a 天板
50b 容器
51 流路
53 樹脂ケース
56 電極端子層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power module 11 Semiconductor chip 12 Upper surface electrode 14 Upper layer solder layer 21 Heat sink member 21a Flat plate part 21b Fin part 23 DBA substrate 23a Upper metal layer 23b AlN layer 23c Lower metal layer 25 O-ring 26 Lower layer solder layer 31 Metal wiring board 31a Tip part 31b Base end portion 31c Intermediate portion 31d Convex portion 31R, 31L Surface 32 Screw 50 Radiator 50a Top plate 50b Container 51 Flow path 53 Resin case 56 Electrode terminal layer

Claims (6)

パワーモジュールの一部につながる導電部材と、外部機器に接続される配線部材とを電気的に接続するためのパワーモジュールの接続構造であって、
基部が前記配線部材に接続され、先端部が、弾性変形により前記導電部材に押し付けられて導通可能に接触する金属配線板を備えている、パワーモジュールの接続構造。
A power module connection structure for electrically connecting a conductive member connected to a part of the power module and a wiring member connected to an external device,
A connection structure for a power module, comprising a metal wiring board having a base connected to the wiring member and a distal end pressed against the conductive member by elastic deformation so as to be conductive.
請求項1記載のパワーモジュールの接続構造において、
前記金属配線板の先端部と前記導電部材とを互いに接合する半田部材をさらに備えているパワーモジュールの接続構造。
In the connection structure of the power module according to claim 1,
A connection structure for a power module, further comprising a solder member that joins the tip of the metal wiring board and the conductive member to each other.
請求項1記載のパワーモジュールの接続構造において、
前記金属配線板の先端部と前記導電部材とを互いに固着する接着剤層をさらに備えているパワーモジュールの接続構造。
In the connection structure of the power module according to claim 1,
A connection structure for a power module, further comprising an adhesive layer that fixes the tip of the metal wiring board and the conductive member to each other.
請求項1〜3のいずれかに記載のパワーモジュールの接続構造において、
前記金属配線板の前記導電部材との接触面は、なし地加工されている、パワーモジュールの接続構造。
In the connection structure of the power module in any one of Claims 1-3,
The connection structure of the power module, wherein the contact surface of the metal wiring board with the conductive member is ground.
請求項1〜3のいずれかに記載のパワーモジュールの接続構造において、
前記金属配線板の前記導電部材との接触面に凸部が設けられている、パワーモジュールの接続構造。
In the connection structure of the power module in any one of Claims 1-3,
A connection structure of a power module, wherein a convex portion is provided on a contact surface of the metal wiring board with the conductive member.
請求項1〜5のいずれかに記載のパワーモジュールの接続構造において、
前記先端部は、自然状態では、前記基部または基部につながる中間部に交差しており、取り付け状態では、前記基部または前記中間部に直交する位置に近づくように強制的に変形させられる、パワーモジュールの接続構造。
In the connection structure of the power module in any one of Claims 1-5,
In the natural state, the tip portion intersects the base portion or an intermediate portion connected to the base portion, and in the attached state, the tip portion is forcibly deformed so as to approach a position orthogonal to the base portion or the intermediate portion. Connection structure.
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