JP6700119B2 - Power semiconductor device and method of manufacturing power semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、導電性接合層を介してヒートシンクに接合された半導体モジュールを備えた電力用半導体装置、および電力用半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device including a semiconductor module bonded to a heat sink via a conductive bonding layer, and a method for manufacturing the power semiconductor device.
近年、電力用半導体装置は、一般産業用、電鉄用のみならず車載用にも広く使用されるようになってきた。自動車では、限られたスペースの中で各部品を小型化することが車両性能に直結することから、特に車載用の電力用半導体装置では、その小型化が求められている。また、一般的に、電力用半導体装置では、その高出力密度化が求められている。 In recent years, power semiconductor devices have come to be widely used not only for general industries and electric railways but also for vehicles. In automobiles, miniaturization of each component in a limited space is directly linked to vehicle performance. Therefore, miniaturization is demanded especially for in-vehicle power semiconductor devices. Further, in general, power semiconductor devices are required to have high output density.
電力用半導体装置の高出力密度化、具体的には半導体素子の高電流密度化に伴って、半導体素子の通電時の温度も上昇する。そこで、車載用の電力用半導体装置では、1つ以上の半導体素子を含む半導体モジュールの下面にはんだ材を介してヒートシンクを取り付け、放熱性の向上を図っている。 Along with the increase in power density of power semiconductor devices, specifically, the increase in current density of semiconductor elements, the temperature of the semiconductor elements during energization also rises. Therefore, in a vehicle-mounted power semiconductor device, a heat sink is attached to the lower surface of a semiconductor module including one or more semiconductor elements via a solder material to improve heat dissipation.
一般に、はんだ材を溶融させる方法として、特許文献1には、誘導加熱を用いることが記載されており、特許文献2には、レーザ光を用いることが記載されている。
Generally, as a method for melting a solder material, Patent Document 1 describes using induction heating, and
ところで、はんだ材などの導電性接合材を加熱する方法として、特許文献1,2に記載された方法の他に、赤外線を用いた輻射熱方式が存在する。ヒートシンクの上に導電性接合材を介して半導体モジュールを配置し、赤外線を照射して導電性接合材を加熱する場合、ヒートシンクの表面に温度のばらつきが生じると、形成される導電性接合層の質が低下し、ヒートシンクと半導体モジュールとの接合部の信頼性が低下するという問題がある。特に、車載用の電力用半導体装置では、ヒートシンクの表面の面積が大きくなるため、この問題が顕著になる。
By the way, as a method for heating a conductive bonding material such as a solder material, there is a radiant heat method using infrared rays in addition to the methods described in
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あり、導電性接合層を介してヒートシンクに接合された半導体モジュールを備えた電力用半導体装置において、接合部の信頼性を従来技術よりも向上させることを課題とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a power semiconductor device including a semiconductor module bonded to a heat sink via a conductive bonding layer, the reliability of the bonding portion has been conventionally improved. The challenge is to improve rather than technology.
上記目的を達成するために、本発明に係る電力用半導体装置は、
表面および裏面を有するヒートシンクと、
導電性接合層を介して前記ヒートシンクの表面に接合された半導体モジュールと、を備え、
前記ヒートシンクの裏面には、所定波長の赤外線に対して第1放射率を有する第1面部と、前記所定波長の赤外線に対して前記第1放射率より小さい第2放射率を有する平滑な第2面部とが設けられ、
前記ヒートシンクの表面には、温度監視用の高放射率部が設けられている。
In order to achieve the above object, a power semiconductor device according to the present invention,
A heat sink having a front surface and a back surface,
A semiconductor module bonded to the surface of the heat sink via a conductive bonding layer,
On the back surface of the heat sink, a first surface portion having a first emissivity with respect to infrared rays having a predetermined wavelength, and a smooth second surface having a second emissivity smaller than the first emissivity with respect to infrared rays having the predetermined wavelength. And a face portion are provided,
A high emissivity portion for temperature monitoring is provided on the surface of the heat sink.
本発明によれば、ヒートシンクの表面に温度監視用の高放射率部が設けられていることにより、高質の導電性接合層を設けることができ、これにより、接合部の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, since the high emissivity portion for temperature monitoring is provided on the surface of the heat sink, it is possible to provide a high-quality conductive joining layer, thereby improving the reliability of the joining portion. be able to.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、必要に応じて特定の方向を示す用語(上、下など)を用いるが、これらは本発明の理解を容易にするために用いているのであって、こられの用語により本発明の範囲が限定さると理解すべきでない。以下の説明では、符号「X」を付した方向を幅方向、符号「Y」を付した方向を長さ方向、符号「Z」を付した方向を高さ方向という。X方向、Y方向およびZ方向は、互いに直交している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the following description, terms indicating specific directions (upper, lower, etc.) are used as necessary, but these terms are used for facilitating understanding of the present invention. It should not be understood that the scope of the invention is limited. In the following description, the direction with the symbol “X” is referred to as the width direction, the direction with the symbol “Y” is referred to as the length direction, and the direction with the symbol “Z” is referred to as the height direction. The X direction, the Y direction and the Z direction are orthogonal to each other.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電力用半導体装置1000を示す斜視図である。電力用半導体装置1000は、6つの半導体モジュール101,102,103,104,105,106を備えている。半導体モジュール101〜106は、ヒートシンク110の表面120の上に接合されている。ヒートシンク110の上には、長さ方向Yに延びる主回路配線51〜55が配置されている。
Embodiment 1.
1 is a perspective view showing a
6つの半導体モジュール101〜106は、主回路配線51〜55を挟んで、3個ずつ配置されている。半導体モジュール組101〜103および半導体モジュール組104〜106は、それぞれ長さ方向Yに並べて配置されている。
The six
[半導体モジュール101]
図2は、本発明の実施の形態1に係る電力用半導体装置1000の半導体モジュール101を示す斜視図である。図2に示すように、半導体モジュール101は、基板10と、基板10の上に配置された半導体素子21,22と、半導体素子の配線を行う第1主端子30および第2主端子40と、半導体素子21,22を囲む枠部材70と、枠部材70に固定された制御端子80などを備えている。図3には、半導体モジュール101から枠部材70などを除いた状態を示している。
[Semiconductor module 101]
FIG. 2 is a perspective view showing the
半導体モジュール102〜106は、第1、第2主端子30,40以外は半導体モジュール101と大略同じ構成を有するので、以下では半導体モジュール101の構成について説明し、半導体モジュール102〜106については、半導体モジュール101と異なる部分のみを説明する。
The
(基板10)
基板10は、絶縁層11と、表面導体層12と、裏面導体層13(図3、図5を参照)とを有する。基板10の裏面は、第1接合層61を介してヒートシンク110の表面120に接合されている(図4、図5を参照)。
(Substrate 10)
The
絶縁層11は、絶縁性があり且つ熱伝導性の高い材料でできていることが好ましい。絶縁層11を構成する材料の例は、セラミック材料(AlN(窒化アルミニウム)、Si3N4(窒化ケイ素)、Al2O3(酸化アルミニウム)など)、および、BN(窒化ホウ素)フィラーなどを含有したエポキシ樹脂絶縁層である。絶縁層11の例示的な厚さは、約0.3mm以上約1mm以下である。表面導体層12と裏面導体層13を構成する材料の例は、Cu(銅)、Al(アルミニウム)、およびCuとAlとの積層体である。表面導体層12と裏面導体層13の例示的な厚さは、約0.2mm以上約1mm以下である。
The insulating
(半導体素子21,22)
実施形態1で、半導体素子21はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であり、半導体素子22はFWD(フリーホイールダイオード)である。半導体素子21,22は、MOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)など、他の半導体素子であってもよい。
(
In the first embodiment, the
半導体素子21,22は、幅方向Xに並べて配置されている。半導体素子21,22は、それぞれ第2接合層62を介して、基板10の表面導体層12の表面に接合されて実装されている。半導体素子21,22の材料は、Si(ケイ素)であってもよいし、GaN(窒化ガリウム)、SiC(炭化ケイ素)、ダイヤモンドなど、バンドギャップの大きい半導体材料であってもよい。
The
IGBTである半導体素子21の表面21aには、図示していないが、主電極であるエミッタと、制御電極であるゲートが設けられ、半導体素子21の裏面(符号なし)には、主電極であるコレクタが設けられている。ゲートは、制御端子80からゲート電流を受ける。FWDである半導体素子22は、図示していないが、表面22a、裏面(符号なし)に設けられた電極を有する。本明細書では、FWDの電極もまた、主電極という。以下、半導体素子21,22の表面、裏面に設けられた主電極を、それぞれ、表面主電極、裏面主電極という。半導体素子21,22の主電極と、第1主端子30と、第2主端子40と、主回路配線51〜55とにより、電力用半導体装置1000の主回路が構成される。
Although not shown, an emitter that is a main electrode and a gate that is a control electrode are provided on the
(第1、第2主端子30,40)
第1、第2主端子30,40は、板状である。第1主端子30は、電極部31と配線部32とを有する。第1主端子30の電極部31は、幅方向Xに延び、かつ、第3接合層63を介して半導体素子21,22の表面21a,22aに接合され、これにより半導体素子21,22の表面主電極に電気的に接続されている。第1主端子30の配線部32は、主回路配線51に接合されている。第2主端子40は、電極部41と配線部42とを有する。第2主端子40の電極部41は、第4接合層64を介して基板10の表面導体層12に接合され、これにより半導体素子21,22の裏面主電極に電気的に接続されている。第2主端子40の配線部42は、主回路配線54に接合されている。第1、第2主端子30,40の例示的な厚さは、約0.2mm以上約1.0mm以下である。
(First and second
The first and second
第1主端子30の電極部31は、凹部33を有する。凹部39は、第1主端子30の幅方向Xの中央付近を切り欠いて形成されている。凹部33の機能については後述する。また、第1主端子30の厚さ方向(高さ方向Z)に沿って延び且つ半導体素子21,22の表面21a,22aに対向して設けられた突起部34と貫通孔35とを有する。突起部34は、第3接合層63の最低厚さを規定する機能を有する。貫通孔35は、第3接合層63の形成時(接合材の溶融時)に接合材を吸収して半導体素子21,22の傾きを抑制する機能を有する。
The
第1、第2主端子30,40は、Cuの単層であってもよいし、例えばCu層/インバー(Fe−36%Ni合金)層/Cu層からなる積層体であってもよい。各層の厚さを変更することにより、第1、第2主端子30,40の見かけの線膨張係数を変更できる。第1、第2主端子30,40は、Cu−Mo(銅−モリブデン)合金またはCu−W(銅−タングステン)合金でできていてもよい。
The first and second
(主回路配線51〜55)
主回路配線51〜55は、電力用半導体装置1000の外部へ導出されている。上述のとおり、主回路配線51には、半導体モジュール101〜103の第1主端子30が接合されている(図5を参照)。主回路配線52,53,54には、それぞれ半導体モジュール103,101,103の第2主端子40が接合されている。図示していないが、主回路配線52,53,54には、半導体モジュール106,104,105の第2主端子40も接合されている。主回路配線55には、半導体モジュール104〜106の第1主端子30が接合されている。
(Main circuit wiring 51-55)
The main circuit wirings 51 to 55 are led out to the outside of the
これにより、6つの半導体モジュール101〜106により、図6に示すインバータ回路600が構成される。各半導体モジュールにより、インバータ回路600の1つのアームが構成される。主回路配線51〜55を挟んで設けられた一対の半導体モジュール101,104、一対の半導体モジュール102,105、および、一対の半導体モジュール103,106により、それぞれインバータ回路600のレッグが構成される。インバータ回路600は、例えばかご型三相誘導モータを駆動する駆動回路として用いられる。このとき、主回路配線51,55は、一方が外部電源の正極に、他方が外部電源の負極に接続される。主回路配線52〜54は、モータに接続される。
As a result, the six
(枠部材70、制御端子80)
枠部材70は、筐体部71と、筐体部71から長さ方向Yに突出する凸部72とを有する。枠部材70の筐体部71は、半導体素子21,22を囲むように設けられている。幅方向Yで筐体部71の主回路配線側は、第1、第2主端子30,40の配線部32,42に干渉しないように切り欠かれている。
(
The
枠部材70の凸部72は、第1主端子30の電極部31に形成された凹部33に相補的な形状を有する。枠部材70の凸部72は、第1主端子30の凹部33と略等しい寸法を有しており、両者は互いに係合するように構成されている。基板10に固定された枠部材70の凸部72と第1主端子30の凹部33とが係合していることにより、第3接合層63を介して主端子30を半導体素子21,22および主回路配線51に接合する際に生じる主端子30の位置ずれが抑制される。
The
枠部材70の壁面の外側には、ヒートシンク110に向かって延びる突出部73が設けられている。突出部73は、ヒートシンク110に設けられた凹部116と嵌合している。突出部73が凹部116に嵌合することにより、電力用半導体装置1000の製造時における半導体モジュール101の位置ずれが抑制される。
A projecting
枠部材70は、例えば射出成形可能で耐熱性の高い樹脂でできている。枠部材70は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、液晶樹脂、フッ素系樹脂でできていてもよい。図示していないが、枠部材70の内側には封止樹脂が注入され、半導体素子21,22、第1、第2主端子30,40の電極部31,41などが樹脂封止される。枠部材70は、基板10の表面導体層12の表面に図示しない第5接合層を介して接合されている。第5接合層を構成する接合材は、シリコーン系の柔らかい接着剤であってもよい。
The
制御端子80は、枠部材70から高さ方向Zに突出して延びている。制御端子80は、半導体素子21の表面21aに設けられたゲートに、ボンディングワイヤ81(図2を参照)またはボンディングリボンを介して接合されている。
The
[ヒートシンク110]
(全体構成)
ヒートシンク110は、これに限定されないが、大略、直方体形状を有している。ヒートシンク110は、基板10の裏面に第1接合層61を介して接合された天板111と、天板111に取り付けられた複数の放熱フィン112と、冷媒が流通する冷媒ジャケット113とを有する。冷媒ジャケット113は、外部のラジエータへ冷媒を循環させるための入口部114と出口部115を有する。
[Heat sink 110]
(overall structure)
Although not limited to this, the
ヒートシンク110は、熱伝導率が高く且つ入手しやすいものであることが好ましく、例えばCuまたはAlでできていてもよい。電力用半導体装置10000を車載用に用いる場合、ヒートシンク110は、軽量化ひいては燃費向上のために、Alでできていることが好ましい。また、電力用半導体装置1000を大容量モータの駆動に用いる場合、冷媒ジャケット113を流通する冷媒は水であることが好ましい。冷媒が水である場合、耐腐食性の観点から、ヒートシンク110はAlでできていることが好ましい。
The
電力用半導体装置1000において、冷媒ジャケット113は、構造部材として機能するように、その厚さを大きくしている。また、冷媒ジャケット113には、半導体モジュール101〜106の設計に応じて、配線経路などを通す穴を設ける必要がある。そこで、冷媒ジャケット113は、アルミダイカスト法など、型成形によって製造することが好ましい。
In the
冷媒ジャケット113は、天板111と冷媒ジャケット113との気密性が確保されてヒートシンク外部への冷媒の漏れが防止されるように、天板111に固定されている。
The
冷媒ジャケット113と天板111との固定は、アルミニウムロウ付けにより行ってもよい。具体的には、天板111、放熱フィン112、冷媒ジャケット113、入口部114および出口部115を別部材で準備し、AlSiロウ材などを各部材の間に配置し、約600℃まで昇温させ、ロウ材を溶融させてAlと接合する。
The
あるいは、冷媒ジャケット113と天板111との固定は、ゴム製Oリングとねじ止め、またはシール材塗布とねじ止めにより行ってもよい。具体的には、天板111、放熱フィン112、冷媒ジャケット113、入口部114および出口部115を別部材で準備し、天板111と冷媒ジャケット113の外周部に溝を設け、ゴム製のOリング、シール材で充填した状態でネジ止めを行ってもよい。
Alternatively, the
あるいは、冷媒ジャケット113と天板111との固定は、摩擦撹拌接合により行ってもよい。このとき、天板111と放熱フィン112とをあらかじめ切削加工などで一体化し、はんだ付けに必要なNi(ニッケル)めっきを施しておく。そして、Niめっきされた天板111と放熱フィン112を、冷媒ジャケット113と合わせて摩擦撹拌接合し、入口部114と出口部115を冷媒ジャケット113に圧入する。
Alternatively, the
(ヒートシンク110の裏面130)
図4、図5に示すように、ヒートシンク110の裏面130には、第1面部131と第2面部132とが設けられている。第1面部131は、例えばダイカスト成形により形成される凹凸のある粗面であり、所定波長の赤外線に対して第1放射率を有する。例えば、第1面部131は、波長1μm以上10μmの赤外線に対して、例えば0.2以上0.3未満の第1放射率を有する。ただし、第1面部131は製造上形成される面であって、第1面部131の全体に亘って放射率が均一ではないことがあり、したがって、第1放射率の大きさには幅があってよい。第2面部132は、例えばダイカスト成形により形成される粗面に対して切削加工が施された平滑面であり、前記所定波長の赤外線に対して第2放射率を有する。第2面部132は、光沢面であってもよい。
(
As shown in FIGS. 4 and 5, the
ここで、一般に、物体の面に光を照射する場合、物体の放射率は、物体を構成する材料と照射する光の波長だけでなく、光を照射する面の平滑度に応じて変化する。面の平滑度が小さい、すなわち面が粗いほど、物体の放射率は大きくなる。したがって、ヒートシンク110の裏面130において、粗い第1面部131の第1放射率は、平滑な第2面部132の第2放射率と比較して大きい。
Here, in general, when irradiating the surface of an object with light, the emissivity of the object changes not only according to the material forming the object and the wavelength of the light to be irradiated, but also according to the smoothness of the surface to be irradiated with light. The smaller the surface smoothness, ie the rougher the surface, the greater the emissivity of the object. Therefore, on the
ヒートシンク110の裏面130の第2面部132には、リアクトル310、ステップダウンコンバータ320などの電子部品が実装される(図9、図10を参照)。第2面部132の形状は、実装される電子部品の形状に応じて変更されてよい。
Electronic components such as a
リアクトル310は、例えば自動車に搭載される高圧バッテリ(直流電源)からの電圧を大きくするための昇圧回路(または昇圧コンバータ)に組み込まれる。リアクトル310は、大型のコイル部品であって、昇圧回路に組み込まれるスイッチング素子をスイッチングしてリアクトル310の磁気エネルギーの蓄積と放出を繰り返すことにより、昇圧機能を果たす。リアクトル310では、コイルへの通電により銅損が発生し、コアに磁束が生じるため鉄損が発生して熱が生じる。したがって、電力用半導体装置全体を小型化するためには、リアクトル310の小型化に加えて、リアクトル310の損失により発生する熱を効率良く処理する必要がある。
本実施形態1では、ヒートシンク110の表面120に電力変換部であるインバータ回路600(半導体モジュール101〜106)を設け、ヒートシンク110の裏面130にリアクトル310を密着させる。これにより、リアクトル310の損失により発生する熱は、ヒートシンク110を介して効率良く装置外部へ放出される。
In the first embodiment, the inverter circuit 600 (
ステップダウンコンバータ320は、例えば、高圧バッテリ(例えば定格電圧である288V)から補機バッテリ(例えば12V)への変換装置であるDC/DCコンバータとして機能する。ステップダウンコンバータ320を電力用半導体装置内に組み込むことにより、配線経路の削減による低コスト化および小型化が可能となる。
The step-down
ステップダウンコンバータ320には、高い放熱性が必要になる電子回路部品が内蔵されている。ステップダウンコンバータ320もヒートシンク110の裏面130に密着させるので、上述のとおり、ステップダウンコンバータ320から発生する熱も、ヒートシンク110を介して効率良く装置外部へ放出される。
The step-down
(ヒートシンク110の表面120)
ヒートシンク110の表面120には、高放射率部121が設けられている。ヒートシンク110の表面120であって半導体モジュール101〜106が接合されていない面において、高放射率部121は、他の領域と比較して放射率が大きい。高放射率部121は、波長1μm以上10μmの赤外線に対して、0.3以上の放射率を有することが好ましい。
(The
A
高放射率部121は、これに限定されないが、平面視円形であって、長方形状の表面120の四隅に設けられている。高放射率部121は、好ましくは、半導体モジュール101〜106の直ぐ外側に設けられる。高放射率部121の形状および配置は、図1に示したものに限定されず、例えば長方形の表面120の四辺に沿って、線状または枠状に設けられていてもよい。
Although not limited to this, the
高放射率部121の面積を小さくし且つ半導体モジュール101〜106に近づけて配置することにより、電力用半導体装置1000を面内方向に小型化できる。高放射率部121の面積は、例えば1箇所当たり3mm2以下であってもよい。
By reducing the area of the
高放射率部121には、高放射率テープが貼付されている。高放射率テープの放射率は、後述する検出精度を向上させるために、大きい方がよい。高放射率テープは、放射率の大きい黒体テープであってもよい。高放射率テープは、耐熱性の高いものであることが好ましい。後述するように、他の手段によっても、高放射率部121を設けることができる。
A high emissivity tape is attached to the
[第1から第4接合層61〜64]
第1接合層61は、ヒートシンク110と基板10との間に設けられている。接合層61を構成する接合材は、Alでできているヒートシンク110への直接の接合を可能とするAl−Siろう材であってもよいし、Sn系はんだ材であってもよい。ここで、本明細書において、Sn系はんだ材は、Sn(錫)を主成分とするはんだ材であって、例えばAg(銀)、Cu(銅)、Bi(ビスマス)、In(インジウム)、Sb(アンチモン)またはPb(鉛)が添加されたものを指す。以下、例えばSnにCuが添加されたSn系はんだ材をSn−Cuはんだ材、のように示す。
[First to Fourth Bonding Layers 61 to 64]
The
第1接合層61を構成する接合材がSn系はんだ材であってヒートシンク110を構成する材料がAlであれば、ヒートシンク110に、例えばNiめっきまたはSnめっきを予め施しておくことにより、Sn系はんだとの合金化により、両者を直接に接合しやすくなる。めっき層の厚さは、約2μm以上約10μm以下であれば、はんだ材の濡れ性と接合部の信頼性とを十分に満足させられることがわかっている。
If the bonding material that forms the
ここで、ヒートシンク110を構成する材料がAlであり、基板10の絶縁層11が厚さ0.32mmのSi3N4、表面導体層12と裏面導体層13がそれぞれ厚さ0.5mmのCuであるとする。ヒートシンク110を構成するAlの線膨張係数が23ppm/Kであるのに対し、基板10の見かけの線膨張係数は約7ppm/K以上約8ppm/K以下であり、両者の線膨張係数差が大きくなる。このように、ヒートシンク110を構成する材料と基板10を構成する材料との線膨張係数差が大きいとき、第1接合層61を構成する接合材に、降伏応力または0.2%耐力が大きい接合材を用いることにより、第1接合層61のき裂進展速度(負荷1サイクルあたりのき裂進展量)を小さくすることが好ましい。
Here, the material forming the
また、後述するように、第1接合層61を構成する接合材は、フラックスレスはんだ材であってもよい。
Further, as will be described later, the bonding material forming the
第2接合層62は、基板10と半導体素子21,22との間に設けられている。第3接合層63は、半導体素子21,22の表面21a,22aと第1主端子30との間に設けられている。第4接合層64は、基板10の表面導体層12と第2主端子40との間に設けられている。
The
第2から第4接合層62〜64を構成する接合材は、はんだ材であってもよい。当該接合材は、導電性フィラー(銀またはグラファイト)を混合したエポキシ樹脂系の接着剤であってもよい。はんだ材などの低融点材料は、接合時の加熱温度が低いため使いやすいという利点がある。 The bonding material forming the second to fourth bonding layers 62 to 64 may be a solder material. The bonding material may be an epoxy resin-based adhesive mixed with a conductive filler (silver or graphite). A low melting point material such as a solder material has an advantage that it is easy to use because the heating temperature at the time of joining is low.
また、第2から第4接合層62〜64を構成する接合材は、Ag系シンター材、Cu系シンター材およびCuSn(銅錫合金)系シンター材などの焼結性接合材であってもよい。ここで、焼結性金属接合材は、骨材である金属微粒子が有機成分中に分散されてペースト状になった接合材であり、金属微粒子がその金属の融点よりも低い温度で焼結する現象を利用したものである。焼結性金属接合材では、接合後の接合材の融点が金属としての本来の融点にまで高くなることにより、接合部の耐熱温度を高くすることができる。 In addition, the bonding material forming the second to fourth bonding layers 62 to 64 may be a sinterable bonding material such as an Ag-based sintering material, a Cu-based sintering material, and a CuSn (copper-tin alloy)-based sintering material. . Here, the sinterable metal bonding material is a bonding material in which fine metal particles as an aggregate are dispersed in an organic component to form a paste, and the fine metal particles are sintered at a temperature lower than the melting point of the metal. It utilizes the phenomenon. In the sinterable metal joining material, the melting point of the joining material after joining rises up to the original melting point as a metal, so that the heat resistant temperature of the joining portion can be increased.
一般的に、金属は再結晶温度以上で使用していると、結晶粒界が拡散により移動して結晶粒が粗大化し、金属疲労に対して弱くなる。そこで、特に、半導体素子21,22に直接に接する場所に設けられた第2、第3接合層62,63を構成する接合材は、長期信頼性の観点から、焼結性金属接合材であることが好ましい。
Generally, when a metal is used at a temperature higher than the recrystallization temperature, the grain boundaries move due to diffusion, the crystal grains become coarse, and the metal becomes weak against metal fatigue. Therefore, particularly from the viewpoint of long-term reliability, the bonding material forming the second and third bonding layers 62 and 63 provided at the positions directly contacting the
[電力用半導体装置1000の製造方法]
電力用半導体装置1000の例示的な製造方法は、ヒートシンク110を準備するステップ1100と、ヒートシンク110の表面120に半導体モジュール101〜106を接合するステップ1200と、ヒートシンク110の裏面130に電子部品を実装するステップ1300とを含む。
[Method of Manufacturing Power Semiconductor Device 1000]
An exemplary method of manufacturing the
(ヒートシンク110を準備するステップ1100)
ステップ1100では、製造コストを低下させる観点から、ダイカスト成形によりヒートシンク110の冷媒ジャケット113を製造する(ステップ1110)。ヒートシンク110の天板111、放熱フィン112、入口部114および出口部115は、例えば押出成形により製造する。
(
In
ダイカスト成形した冷媒ジャケット113の裏面(ヒートシンク110の裏面130)は、凹凸のある粗面である。ヒートシンク110の裏面130に電子部品を接合する場合、裏面130に凹凸があると、電子部品の安定性が損なわれる。そこで、ステップ1100では、ヒートシンク110の裏面130の一部(電子部品を接合する部分)に切削加工を施し、電子部品の接合に適した平滑な第2面部132を形成する(ステップ1120)。また、ヒートシンク110の表面120に高放射率テープを貼付することにより、ヒートシンク110の表面120に高放射率部121を設ける(ステップ1130)。
The back surface of the die-cast molded coolant jacket 113 (the
高放射率部121を設けるステップ1130では、高放射率テープを貼付する代わりに、例えばスプレーを用いて高放射率コーティングを設けてもよい。また、高放射率部121を設ける部分でヒートシンク110の天板111を構成する材料の酸化度を高くしてもよい。また、当該部分に切削工具を接触させて粗面化してもよい。また、耐久性のある白色耐熱ソルダーレジストインクを印刷および硬化させて当該部分に密着させてもよい。また、耐熱性のあるポリイミドを印刷、ディスペンスなどの方法で供給し、硬化させて当該部分に密着させてもよい。
In
(ヒートシンク110の表面120に半導体モジュール101〜106を接合するステップ1200)
ステップ1200では、例えば、ヒートシンク110の表面に主回路配線51〜55を固定し、ヒートシンク110の表面に接合材を用いて基板10を接合し、基板10の表面に接合材を用いて半導体素子21,22を接合し、基板10の表面に接合材を用いて枠部材70を接合し、半導体素子21,22の表面21a,22aおよび主回路配線51に接合材を用いて第1主端子30を接合し、基板10の表面導体層12および主回路配線54に接合材を用いて第2主端子40を接合する。
(
In
接合材を用いる各ステップでは、接合材がはんだ材であれば、接合材を加熱して溶融させて冷却することにより、接合材が焼結性接合材であれば、接合材を加熱して焼結させることにより、接合層を形成する。複数の接合部にはんだ材を配置し、公知のリフロー工程により一括で複数の接合層を形成してもよい。 In each step of using the bonding material, if the bonding material is a solder material, the bonding material is heated to melt and cool, and if the bonding material is a sinterable bonding material, the bonding material is heated and burned. The bonding layer is formed by binding. You may arrange|position a solder material in several joint parts, and may form several joint layers collectively by a well-known reflow process.
ステップ1200では、フラックスレスはんだ材を用いて接合を行ってもよい。具体的には、フラックスを用いずに還元雰囲気を低酸素濃度にして、還元力を有するギ酸、水素などのガスで置換し、さらに、はんだ溶融中に真空引きを行う。
In
フラックスレスはんだ材の加熱方法として、1)リフロー槽に熱風を送り込む雰囲気加熱方式、2)加熱ブロックからワークへの伝熱方式、および、3)ハロゲンランプなど赤外線を用いた輻射熱方式の3つの方式が主として存在する。 There are three methods for heating the fluxless solder material: 1) an atmosphere heating method that sends hot air into the reflow bath, 2) a heat transfer method from the heating block to the work, and 3) a radiant heat method that uses infrared rays such as a halogen lamp. Is mainly present.
フラックスレスはんだ材を用いる場合、フラックスの代わりに還元力を有するギ酸、水素などの還元ガスを用いることが一般的である。雰囲気加熱方式の場合、熱風を効率良く送り込むリフロー槽を設ける必要があるが、ギ酸、水素ガスを用いた場合、酸性のギ酸を含むガスによる異臭の発生、水素爆発などを防止するため、リフロー槽に気密性を持たせることが必要となる。しかし、リフロー槽の気密性を確保しつつ熱風を効率良く送りこむことは、困難であるか、リフロー槽の製造コストが高くなる。 When using a fluxless solder material, it is common to use a reducing gas such as formic acid or hydrogen, which has a reducing power, instead of the flux. In the case of the atmosphere heating method, it is necessary to install a reflow tank that sends hot air efficiently.However, when using formic acid or hydrogen gas, the reflow tank is used to prevent an offensive odor due to a gas containing acidic formic acid or a hydrogen explosion It is necessary to have airtightness in. However, it is difficult to efficiently send hot air while ensuring the airtightness of the reflow tank, or the manufacturing cost of the reflow tank increases.
次に、伝熱方法の場合、はんだ接合部品として、他の部品に比べて大型であるヒートシンク110と基板10とのはんだ接合を行う際に、ヒートシンク110の反り量によっては、放熱経路に空気層が介在することになる。空気は熱伝導率が低いことから、被接合面同士の間での温度差、および、各被接合面内での温度のばらつきが解消されないことも考えられる。
Next, in the case of the heat transfer method, when soldering the
次に、輻射熱方式の場合、ヒートシンク110の反りなど形状因子に起因する熱伝達不足、熱伝達分布は発生しない。また、雰囲気加熱方式のように、気密性が確保され且つ効率良く熱風を送り込むことが可能なリフロー槽を設ける必要はない。
Next, in the case of the radiant heat method, insufficient heat transfer and heat transfer distribution due to a shape factor such as warpage of the
そこで、本実施形態1では、ヒートシンク110の表面120に半導体モジュール101〜106を接合するステップ1200において、輻射熱方式を採用する。具体的には、赤外線ヒータ装置230を用いてヒートシンク110の裏面130に所定波長の赤外線232を放射する(ステップ1210)。
Therefore, in the first embodiment, the radiant heat method is adopted in
赤外線232は、単一波長であってもよいが、一般的には所定の波長域を有する。赤外線232が所定の波長域を有する場合、「照射する赤外線の波長」は、所定の波長域におけるピーク波長を指す。
The
赤外線ヒータ装置230は、長さ方向Yに並べて配置された複数の棒ヒータ231を含む。各棒ヒータ231は、例えば、波長1μm以上10μm以下の赤外線を放出する。各棒ヒータ231から放出される赤外線の強度は、マイクロコンピュータ、メモリなどで構成された制御装置220により制御される。
The
ヒートシンク110の裏面130に赤外線232を放射することにより、ヒートシンク110の表面120に配置されたフラックスレスはんだ材が加熱されて溶融する。
By radiating
このとき、ステップ1210で赤外線232を照射しつつ、放射温度計210を用いて高放射率部121の温度を非接触で測定する(ステップ1220)。放射温度計210は、高放射率部121から放出される赤外線放射エネルギーを、赤外線センサを用いて検出する。高放射率部121から放出される赤外線放射エネルギーは、近似的には、高放射率部121の放射率を比例定数として、絶対温度の4乗に比例する。この関係に基づいて、放射温度計210は高放射率部121の温度を測定する。予め高放射率部121の放射率を測定し、放射温度計210を補正してもよい。
At this time, the temperature of the
放射温度計210により測定された各高放射率部121の温度は、放射温度計210から制御装置220にフィードバックされる(ステップ1230)。制御装置220は、フィードバックされた高放射率部121の温度に基づいて、各棒ヒータ231から照射される赤外線232の強度を制御する(ステップ1240)。例えば、ある位置に設けられた高放射率部121の温度が低い場合、当該位置の下方(および、選択的にその周辺)の棒ヒータ231から放出される赤外線の強度を大きくする制御を行う。
The temperature of each
赤外線232を一定時間照射した後、フラックスレスはんだ材を冷却して固化させることにより、ヒートシンク110の表面120に半導体モジュール101が接合される。
After irradiating the
(ヒートシンク110の裏面130に電子部品を実装するステップ1300)
ヒートシンク110と電子部品との間の熱抵抗を小さくするため、ヒートシンク110の裏面130と電子部品との間には、ヒートシンク110の表面120と半導体モジュール101〜106と同様に、はんだ材などの熱伝導率の高い導電性接合材を用いて薄い接合層を設けることが好ましい。しかし、ヒートシンク110の表面120と裏面130の両方ではんだ接合を行うと、裏面側ではんだ材が自重で溢れ出すのを防止する手段を設ける必要がある。さらに、裏面側の電子部品を保持しつつはんだ接合を行う必要がある。このように、ヒートシンク110の両面ではんだ接合工程を実施すると、工程が複雑になる。なお、表面側を一旦はんだ付けした後に、反転し、裏面側をはんだ付けしても、同様の問題が生じる。
(
In order to reduce the thermal resistance between the
そこで、本実施形態1では、先に、より高い放熱性が必要とされる表面側では、ヒートシンク110と半導体モジュール101〜106とをはんだ接合し、裏面側で、ヒートシンク110と電子部品とを、はんだ付け以外の方法で接合する。例えば、電子部品は、放熱グリースを介してヒートシンク110の裏面にねじ止めされてもよいし、樹脂接着シートを用いてヒートシンク110の裏面に固着されてもよい。
Therefore, in the first embodiment, first, the
[効果]
本実施形態1の効果について具体的に説明する。まず、本実施形態1に係る電力用半導体装置1000において想定される課題を説明する。
[effect]
The effect of the first embodiment will be specifically described. First, a problem assumed in the
上述のとおり、本実施形態1では、ダイカスト成形によりヒートシンク110の冷媒ジャケット113を製造する。また、冷媒ジャケット113の裏面(ヒートシンク110の裏面130)において電子部品を実装する部分は、切削加工により平滑化して第2面部132を形成する。
As described above, in the first embodiment, the
また、本実施形態1では、赤外線を用いた輻射熱方式により、フラックスレスはんだ材を加熱して溶解させる。しかし、ヒートシンク110の裏面130において、平滑な第2面部132と粗い第1面部131とでは、所定波長の赤外線232に対する放射率が異なる。したがって、ヒートシンク110の裏面130は、第1面部131において第2面部132よりも赤外線232の吸収率が大きくなる。その結果、ヒートシンク110の裏面130から表面120に熱伝導したときに、表面120の温度にばらつきが生じることが考えられる。
In the first embodiment, the fluxless solder material is heated and melted by the radiant heat method using infrared rays. However, on the
ヒートシンク110の表面120の温度にばらつきが生じると、フラックスレスはんだ材が表面全体に均一に濡れ広がらず、さらに、フラックスレスはんだ材が冷却されて形成された接合層に、引け巣、ボイドが生じやすくなり、ヒートシンク110と半導体モジュール101〜106との接合部の信頼性が低下する。
If the temperature of the
本実施形態1では、ヒートシンク110の表面120に半導体モジュール101〜106を接合するステップ1200(1210〜1240)において、放射温度計210により測定された各高放射率部121の温度がフィードバックされ、各高放射率部121の温度に基づいて、各棒ヒータ231から放出される赤外線の強度が制御される。これにより、ヒートシンク110の表面120に配置されたフラックスレスはんだ材を均一に加熱でき、フラックスレスはんだ材を表面全体に均一に濡れ広がらせることができる。このようにして、ヒートシンク110と半導体モジュール101〜106との接合部の信頼性を従来技術よりも向上させることができる。
In the first embodiment, in step 1200 (1210 to 1240) of joining the
実施の形態2.
本実施形態2の説明では、実施形態1と同一または対応する構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。
In the description of the second embodiment, configurations that are the same as or correspond to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description of the configuration is omitted.
本実施形態2に係る電力用半導体装置では、第1、第3、第4接合層61,63,64を構成する接合材としてSn系はんだ材を用い、第2接合層62を構成する接合材として、Sn系はんだ材よりも降伏応力または0.2%耐力が大きい焼結性接合材を用いる。
In the power semiconductor device according to the second embodiment, the Sn-based solder material is used as the bonding material forming the first, third, and fourth bonding layers 61, 63, 64, and the bonding material forming the
本実施形態2に係る電力用半導体装置の製造方法では、第1、第3、第4接合層61,63,64は、実施形態1で説明したように、公知のリフロー工程により一括で形成する。 In the method for manufacturing a power semiconductor device according to the second embodiment, the first, third, and fourth bonding layers 61, 63, 64 are collectively formed by the known reflow process as described in the first embodiment. ..
次に、本実施形態2の効果を説明する。基板10の表面導体層12と半導体素子21,22とを接合する第2接合層62は、他の接合層に比べてき裂に対する感度が大きい。したがって、本実施形態2によれば、第2接合層62を構成する接合材として焼結性接合材を用い、かつ、第1、第3、第4接合層61,63,64を構成する接合材としてSn系はんだ材を用いて一括でこれらの接合層を形成することにより、生産性の向上を図りつつ、各接合部の高い信頼性を確保できる。
Next, the effect of the second embodiment will be described. The
実施の形態3.
本実施形態3の説明では、実施形態1,2と同一または対応する構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。
In the description of the third embodiment, configurations that are the same as or correspond to those of the first and second embodiments are given the same reference numerals, and description of the configurations is omitted.
本実施形態3に係る電力用半導体装置では、第1、第2接合層61,62を構成する接合材として、降伏応力または0.2%耐力が第3、第4接合層63,64を構成する接合材よりも大きいSn−Sbはんだ材を用いる。第3、第4接合層63,64を構成する接合材としては、例えばPbフリーのSn−Cuはんだ材を用いる。 In the power semiconductor device according to the third embodiment, the yield stress or the 0.2% proof stress constitutes the third and fourth bonding layers 63 and 64 as the bonding material constituting the first and second bonding layers 61 and 62. The Sn-Sb solder material larger than the joining material is used. As the bonding material forming the third and fourth bonding layers 63, 64, for example, Pb-free Sn—Cu solder material is used.
本実施形態3に係る電力用半導体装置の製造方法では、第1から第4接合層61〜64は、実施形態1で説明したように、公知のリフロー工程により一括で形成する。 In the method for manufacturing a power semiconductor device according to the third embodiment, the first to fourth bonding layers 61 to 64 are collectively formed by the known reflow process as described in the first embodiment.
次に、本実施形態3の効果を説明する。第1接合層61では、接合部材同士(ヒートシンク110と基板10)の間の厚さの差と線膨張係数差が大きくなる。基板10と半導体素子21,22とを接合する第2接合層62は、上述のとおり、き裂に対する感度が大きい。
Next, the effect of the third embodiment will be described. In the
本実施形態3では、第1、第2接合層61,62を構成する接合材としてSn−Sbはんだ材を用い、かつ、第1から第4接合層61〜64を構成する接合材としてSn系はんだ材を用いて一括でこれらの接合層を形成することにより、生産性の向上を図りつつ、各接合部の高い信頼性を確保できる。 In the third embodiment, Sn-Sb solder material is used as the bonding material forming the first and second bonding layers 61 and 62, and Sn-based solder is used as the bonding material forming the first to fourth bonding layers 61 to 64. By forming these joint layers at once using a solder material, it is possible to improve productivity and ensure high reliability of each joint.
実施形態4.
図9、図10は、本発明の実施の形態5に係る電力用半導体装置を示す斜視図、側面図である。本実施形態4の説明では、実施形態1から3と同一または対応する構成には同じ符号を付して、当該構成の説明を省略する。
Embodiment 4.
9 and 10 are a perspective view and a side view showing a power semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention. In the description of the fourth embodiment, configurations that are the same as or correspond to those of the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description of the configurations is omitted.
本実施形態4で、ヒートシンク110の裏面130の第1面部131には、高い熱伝導率と可撓性を有する樹脂シート133が貼付され、これを介して電子部品、具体的にはリアクトル310とステップダウンコンバータ320が実装されている。
In the fourth embodiment, a
可撓性を有する樹脂シート133は、例えばシリコーン樹脂でできている。樹脂シート133の例示的な熱伝導率は、2W/m・K以上10W/m・K以下である。
The
次に、本実施形態4の効果を説明する。上述のとおり、ヒートシンク110の冷媒ジャケット113は、好ましくはダイカスト成形により製造される。ダイカスト成形された冷媒ジャケット113の裏面(ヒートシンク110の裏面130)は、粗さが大きくなり、凝固収縮時に蓄積された歪が、時間を経ると解放されて反りが生じることがある。
Next, the effect of the fourth embodiment will be described. As mentioned above, the
ヒートシンク110の裏面130に生じた反りが例えば0.1mm程度であれば、樹脂シート133に吸収されるので、第2面部132に電子部品を安定して保持できる。また、樹脂シートを粗面に貼付した場合は、接触熱抵抗が増大するところ、樹脂シート133が貼付される第2面部132は平滑化されている。したがって、ヒートシンク110の裏面130の第2面部132に樹脂シート133を貼付することにより、電子部品の保持性を確保しつつ、放熱性の向上による電力用半導体装置1000の小型化を図ることができる。
If the warp generated on the
本実施形態4では、樹脂シート133に代えて放熱グリースが塗布されていてもよい。放熱グリースは、親水性(有極性)を有する絶縁物のフィラーと油性のオイル(無極性)の混合物であってもよい。放熱グリースの例示的な熱伝導率は、0.5W/m・K以上5W/m・K以下である。
In the fourth embodiment, heat dissipation grease may be applied instead of the
なお、放熱グリースを用いる場合、表面に形成された凹凸の凸部に沿って厚さが決定されるため、厚さの増大による熱抵抗が増大する。また、ヒートシンク1190が親水性の物質に汚染されていると、放熱グリースとの馴染みが悪くなるなどの不具合が生じる。そこで、好ましくは、ギャップの変化に追従できる濡れ性と粘度を有する放熱グリースが用いられる。好ましくはダイカスト成形された表面に親油性のコーティングまたは表面処理をすることで、より効果的に放熱性を確保できる。 When using the heat dissipation grease, the thickness is determined along the convex portions of the irregularities formed on the surface, so that the thermal resistance increases due to the increase in the thickness. Further, when the heat sink 1190 is contaminated with a hydrophilic substance, a problem such as poor compatibility with the heat dissipation grease occurs. Therefore, it is preferable to use a heat-dissipating grease having wettability and viscosity capable of following the change in the gap. Preferably, the die-cast molded surface is subjected to lipophilic coating or surface treatment to more effectively secure heat dissipation.
以上、複数の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施形態に限定されないと理解すべきである。また、各実施形態に記載された特徴は、自由に組み合わせられてよい。また、実施形態には、種々の改良、設計上の変更および削除が加えられてよい。 Although the present invention has been described with reference to a plurality of embodiments, it should be understood that the present invention is not limited to the embodiments. Further, the features described in each embodiment may be freely combined. Further, various improvements, design changes and deletions may be added to the embodiment.
例えば、上述の実施形態では、ヒートシンク110をダイカスト成形することにより、ヒートシンク110の裏面に、粗面である第1面部131を設ける例について説明した。本発明はこれに限定されることなく、例えば、ヒートシンク110のダイカスト成形に代えて(またはこれに加えて)ヒートシンク110の裏面にサンドブラスト処理もしくはレーザ粗化処理を施すことにより、ヒートシンク110の裏面に第1面部131を設けてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the example in which the
また、上述の実施形態では、切削加工を施すことにより、ヒートシンク110の裏面に、平滑面である第2面部132を設ける例について説明した。本発明はこれに限定されることなく、例えば、切削加工に代えて(または切削加工に加えて)めっき処理を施すことにより、ヒートシンク110の裏面に第2面部132を設けてもよい。
Further, in the above-described embodiment, an example in which the
また、上述の実施形態では、各棒ヒータ231が同一波長の赤外線を放出するように構成された例について説明した。本発明はこれに限定されることなく、例えば第1波長の赤外線を放射する棒ヒータと、第1波長と異なる第2波長の赤外線を放射する棒ヒータとが交互に並べて配置されていてもよい。赤外線の波長に応じてヒートシンク110の裏面130の放射率は変化するので、2種類の棒ヒータを選択的に動作させることにより、各棒ヒータ231から照射される赤外線の強度を変更するのと同様の作用が得られる。
Further, in the above-described embodiment, an example in which each
10 基板、 21,22 半導体素子、 30 第1主端子、 40 第2主端子、 51〜55 主回路配線、 61〜64 第1から第4接合層、 70 枠部材、 80 制御端子、 101〜106 半導体モジュール、 110 ヒートシンク、 111 天板、 112 放熱フィン、 113 冷媒ジャケット、 114 入口部、 115 出口部、 120 (ヒートシンクの)表面、 121 高放射率部、 130 (ヒートシンクの)裏面、 131 第1面部、 132 第2面部、 210 放射温度計、 220 制御装置、 230 赤外線ヒータ装置、 231 棒ヒータ、 232 赤外線、 310 リアクトル、 320 ステップダウンコンバータ、 1000 電力用半導体装置 10 Substrate, 21, 22 Semiconductor Element, 30 First Main Terminal, 40 Second Main Terminal, 51-55 Main Circuit Wiring, 61-64 First to Fourth Bonding Layer, 70 Frame Member, 80 Control Terminal, 101-106 Semiconductor module, 110 heat sink, 111 top plate, 112 radiation fin, 113 refrigerant jacket, 114 inlet part, 115 outlet part, 120 (heat sink) surface, 121 high emissivity part, 130 (heat sink) back surface, 131 first surface part , 132 second surface portion, 210 radiation thermometer, 220 control device, 230 infrared heater device, 231 bar heater, 232 infrared light, 310 reactor, 320 step down converter, 1000 power semiconductor device
Claims (10)
導電性接合層を介して前記ヒートシンクの表面に接合された半導体モジュールと、を備え、
前記ヒートシンクの裏面には、所定波長の赤外線に対して第1放射率を有する第1面部と、前記所定波長の赤外線に対して前記第1放射率より小さい第2放射率を有する平滑な第2面部とが設けられ、
前記ヒートシンクの表面には、温度監視用の高放射率部が設けられている、
電力用半導体装置。 A heat sink having a front surface and a back surface,
A semiconductor module bonded to the surface of the heat sink via a conductive bonding layer,
On the back surface of the heat sink, a first surface portion having a first emissivity for infrared rays having a predetermined wavelength, and a smooth second surface having a second emissivity smaller than the first emissivity for infrared rays having the predetermined wavelength. And a face portion are provided,
The surface of the heat sink is provided with a high emissivity portion for temperature monitoring,
Power semiconductor devices.
前記高放射率部は、前記ヒートシンクの表面の隅部に設けられている、
請求項1に記載の電力用半導体装置。 The surface of the heat sink has a rectangular shape,
The high emissivity portion is provided in a corner of the surface of the heat sink,
The power semiconductor device according to claim 1.
請求項1または2に記載の電力用半導体装置。 A high emissivity tape is attached to the high emissivity part,
The power semiconductor device according to claim 1.
前記第1放射率は、0.2以上0.3未満であり、
前記高放射率部は、所定波長の赤外線に対して0.3以上の放射率を有する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。 The predetermined wavelength is 1 μm or more and 10 μm or less,
The first emissivity is 0.2 or more and less than 0.3,
The high emissivity portion has an emissivity of 0.3 or more for infrared rays having a predetermined wavelength,
The power semiconductor device according to claim 1.
請求項1から4のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。 An electronic component is mounted on the second surface portion of the back surface of the heat sink via a resin sheet or heat dissipation grease,
The power semiconductor device according to claim 1.
請求項1から5のいずれか1項に記載の電力用半導体装置。 The heat sink is made of aluminum,
The power semiconductor device according to claim 1.
導電性接合材を介して前記ヒートシンクの表面に半導体モジュールを配置するステップと、
前記ヒートシンクの裏面に所定波長の赤外線を照射して前記導電性接合材を加熱することにより、前記ヒートシンクの表面に前記半導体モジュールを接合するステップと、を含み、
前記ヒートシンクを準備するステップでは、
前記所定波長の赤外線に対して第1放射率を有する裏面を有するヒートシンクを準備し、
前記ヒートシンクの裏面に、前記所定波長の赤外線に対して前記第1放射率より小さい第2放射率を有する平滑な第2面部を設け、
前記ヒートシンクの表面に、高放射率部を設け、
前記ヒートシンクの表面に前記半導体モジュールを接合するステップでは、
放射温度計を用いて、前記ヒートシンクの表面に設けられた前記高放射率部の温度を測定し、
測定された前記高放射率部の温度に基づいて、前記ヒートシンクの裏面に照射する前記赤外線を制御して、前記導電性接合材を均一に加熱する、
電力用半導体装置の製造方法。 Providing a heat sink having a front surface and a back surface,
Disposing a semiconductor module on the surface of the heat sink via a conductive bonding material,
Irradiating the back surface of the heat sink with infrared rays of a predetermined wavelength to heat the conductive bonding material, thereby bonding the semiconductor module to the front surface of the heat sink,
In the step of preparing the heat sink,
Preparing a heat sink having a back surface having a first emissivity for infrared rays of the predetermined wavelength;
On the back surface of the heat sink, a smooth second surface portion having a second emissivity smaller than the first emissivity with respect to infrared rays having the predetermined wavelength is provided.
A high emissivity portion is provided on the surface of the heat sink,
In the step of joining the semiconductor module to the surface of the heat sink,
Using a radiation thermometer, to measure the temperature of the high emissivity portion provided on the surface of the heat sink,
Based on the measured temperature of the high emissivity portion, by controlling the infrared rays to irradiate the back surface of the heat sink, to uniformly heat the conductive bonding material,
Method for manufacturing power semiconductor device.
前記ヒートシンクの少なくとも一部をダイカスト成形することにより、または、前記ヒートシンクの裏面にサンドブラスト処理もしくはレーザ粗化処理を施すことにより、前記ヒートシンクの裏面に第1面部を設け、
前記ヒートシンクの裏面の一部に切削加工またはめっき処理を施すことにより、該裏面に前記第2面部を設ける、
請求項7に記載の電力用半導体装置の製造方法。 In the step of preparing the heat sink,
A first surface portion is provided on the back surface of the heat sink by die-casting at least a part of the heat sink or by subjecting the back surface of the heat sink to sandblasting or laser roughening.
By providing a cutting process or a plating process on a part of the back surface of the heat sink, the second surface portion is provided on the back surface.
A method of manufacturing a power semiconductor device according to claim 7.
前記第1放射率は、0.2以上0.3未満であり、
前記高放射率部は、所定波長の赤外線に対して0.3以上の放射率を有する、
請求項7または8に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The predetermined wavelength is 1 μm or more and 10 μm or less,
The first emissivity is 0.2 or more and less than 0.3,
The high emissivity portion has an emissivity of 0.3 or more for infrared rays having a predetermined wavelength,
A method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 7.
請求項7から9のいずれか1項に記載の電力用半導体装置の製造方法。 The conductive bonding material is a fluxless solder material,
The method for manufacturing a power semiconductor device according to claim 7.
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