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JP2003068940A - 電力用半導体装置 - Google Patents

電力用半導体装置

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Publication number
JP2003068940A
JP2003068940A JP2001257798A JP2001257798A JP2003068940A JP 2003068940 A JP2003068940 A JP 2003068940A JP 2001257798 A JP2001257798 A JP 2001257798A JP 2001257798 A JP2001257798 A JP 2001257798A JP 2003068940 A JP2003068940 A JP 2003068940A
Authority
JP
Japan
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semiconductor device
power semiconductor
power
package
foam material
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001257798A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiaki Shinohara
利彰 篠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to DE10234477A priority patent/DE10234477A1/de
Priority to US10/207,022 priority patent/US20030042624A1/en
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 外部から振動が与えられる条件下で電力用半
導体装置が使用された場合における、電力用半導体装置
の構成部分の共振による破損を防止する。 【解決手段】 パワー素子7がパッケージ内に封入され
た電力用半導体装置100において、パッケージと、パ
ッケージ内に固定されたパワー素子と、パワー素子に接
続されたボンディングワイヤ11と、パワー素子を覆う
ゲル状絶縁体12とを含み、更に、パッケージ内に残る
中空部を満たすように発泡材19が充填される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力用半導体装置
に関し、特に、防振対策がなされた電力用半導体装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、全体が500で表された、従来
の電力用半導体装置の断面図である。電力用半導体装置
500は、放熱板1を含む。放熱板1の上には、セラミ
ック基板3の両面に配線パターン4、5が形成された絶
縁基板2が、半田層6で接続されている。配線パターン
4の上には、パワー素子7が半田層8で接続されてい
る。また、放熱板1の上には、絶縁基板2を囲むように
ケース部9が設けられている。ケース部9には、端子1
0が設けられている。端子10と、配線パターン4およ
びパワー素子7との間は、ボンディングワイヤ11で接
続されている。ケース部9の内部には、絶縁基板2、パ
ワー素子7、ボンディングワイヤ11を埋め込むように
シリコンゲル12が充填されている。一方、シリコンゲ
ル12が充填されていない部分は中空部20となってい
る。
【0003】ケース部9の内部には、更に、シールド板
13、制御基板14が固定されている。制御基板14上
には、制御用素子15が設けられ、中継端子16を介し
てパワー素子7に接続されている。制御基板14上には
信号端子17が設けられている。ケース部9の上には蓋
部18が設けられている。信号端子17は、蓋部18に
設けた孔部(図示せず)から外部に突出している。放熱
板1、ケース部9および蓋部18により、パッケージが
形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電力用半導体装置50
0が、電車や自動車に搭載されて使用された場合、20
Hz〜2000Hz程度の振動が電力用半導体装置50
0に外部から与えられ、柔らかいシリコンゲル12、ケ
ース部9にねじ止めされたシールド板13や制御基板1
4が、それぞれ所定の固有振動数で共振する。この結
果、シリコンゲル12等の振動の振幅は、外部から与え
られた振動の振幅より大きくなり、シリコンゲル12中
のボンディングワイヤ11が切断したり、制御基板12
や中継端子16が破損するという問題があった。
【0005】そこで、本発明は、外部から振動が与えら
れる条件下で電力用半導体装置が使用された場合におけ
る、電力用半導体装置の構成部分の共振による破損を防
止した電力用半導体装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、パワー素子が
パッケージ内に封入された電力用半導体装置であって、
パッケージと、該パッケージ内に固定されたパワー素子
と、該パワー素子に接続されたボンディングワイヤと、
該パワー素子を覆うゲル状絶縁体とを含み、更に、該パ
ッケージ内に残る中空部を満たすように発泡材が充填さ
れたことを特徴とする電力用半導体装置である。このよ
うに、中空部に発泡材を充填して、ゲル状絶縁体と接す
るようにすることにより、ゲル状絶縁体に共振を抑制す
ることができる。この結果、ゲル状絶縁体内に封入され
ているパワー素子やボンディングワイヤ等の破損を防止
できる。
【0007】また、本発明は、パワー素子がパッケージ
内に封入された電力用半導体装置であって、パッケージ
と、該パッケージ内に固定されたパワー素子と、該パワ
ー素子に接続されたボンディングワイヤとを含み、更
に、該パッケージ内の中空部を満たすように発泡材が充
填されたことを特徴とする電力用半導体装置である。パ
ワー素子の電極間の距離が大きい場合等は、中空部全体
に発泡材を充填することにより、電力用半導体装置の構
成部分の共振を抑制して、電力用半導体装置の破損を防
止できる。
【0008】更に、上記パワー素子を制御する制御基板
と、該パワー素子と該制御基板の間に設けられたシール
ド板とを含み、該制御基板と該シールド板とが上記発泡
材中に封入されたことを特徴とする電力用半導体装置で
もある。かかる制御基板、シールド板を発泡材中に封入
することにより、板状体であるこれらの共振を防止する
ことができる。
【0009】上記ボンディングワイヤは、上記発泡材中
に封入されたことが好ましい。共振が殆ど発生しない発
泡材中に封入することにより、ボンディングワイヤの破
損を防止できるからである。
【0010】上記パッケージが、放熱板、ケース部およ
び蓋部からなり、上記パワー素子が該放熱板上に固定さ
れたものであっても良い。
【0011】上記発泡材の有する固有振動数は、略20
Hz〜略2000Hzの範囲からはずれたことが好まし
い。電力用半導体装置が自動車等に搭載された場合、か
かる周波数範囲の振動が電力用半導体装置に加えられ
る。従って、発泡材の有する固有振動数をかかる周波数
範囲からはずすことにより、発泡材の共振を防止でき
る。
【0012】上記発泡材は、発泡ポリウレタンからなる
ことが好ましい。
【0013】上記発泡ポリウレタンの密度は、略25k
g/m〜略50kg/mの範囲にあることが好まし
い。
【0014】上記発泡材は、独立気泡の発泡材であるこ
とが好ましい。独立気泡の発泡材は、高い絶縁特性を有
するためである。
【0015】上記ゲル状絶縁体は、シリコンゲルである
ことが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、全体が1
00で表される、本実施の形態にかかる電力用半導体装
置の断面図である。図中、図3と同一符号は、同一又は
相当箇所を示す。
【0017】電力用半導体装置100は、放熱板1を含
む。放熱板1は、銅やアルミニウムから形成される。放
熱板1の上には、セラミック基板3の両面に配線パター
ン4、5が形成された絶縁基板2が、半田層6で接続さ
れている。セラミック基板3は、例えば窒化アルミニウ
ムやアルミナからなる。また、配線パターン4、5は、
銅やアルミニウムの薄層からなる。配線パターン4の上
には、IGBTやダイオード等のパワー素子7が半田層
8で接続されている。
【0018】また、放熱板1の上には、絶縁基板2を囲
むようにケース部9が設けられている。ケース部9中に
は、外部導出用の端子10が設けられている。端子10
は、ケース部9の形成時にケース部9中に造り込まれ
る。配線パターン4やパワー素子7と端子10との間
や、配線パターン4やパワー素子7と中継端子16との
間等は、例えばアルミニウムからなるボンディングワイ
ヤ11で接続されている。
【0019】ケース部9の内部には、更に、シールド板
13、制御基板14が固定されている。制御基板14上
には、制御用素子15が設けられ、中継端子16を介し
てパワー素子7に接続されている。制御基板14と中継
端子16とは、例えば半田で接続されている。制御基板
14上には、制御信号を外部から制御用素子15に入力
するための信号端子17が設けられている。
【0020】ケース部9の上には蓋部18が設けられて
いる。信号端子17は、蓋部18に設けた孔部(図示せ
ず)から外部に突出している。
【0021】また、ケース部9の内部には、パワー素子
7を覆うように、シリコンゲル12が充填されている。
このように、パワー素子7を、絶縁性の高いシリコンゲ
ル12で覆うことにより、パワー素子7の端子間の絶縁
性を保つことができる。
【0022】更に、シリコンゲル12上の中空部を満た
すように、発泡ポリウレタン19が充填されている。発
泡ポリウレタン19は、ボンディングワイヤ11、シー
ルド板13、制御基板14、中継端子16等を覆うよう
に充填される。発泡ポリウレタン19は、密度が略25
kg/m〜略50kg/m程度と小さい。このた
め、発泡ポリウレタン19の固有振動数は、電力用半導
体装置100を自動車用に搭載した場合に、電力用半導
体装置100に外部から与えられる振動数(20Hz〜
2000Hz程度)とは大きく異なるようになり、外部
から振動が与えられても共振しない。また、発泡ポリウ
レタン19は独立気泡型であるため、連続気泡型に比較
して絶縁性を高く保つことができる。
【0023】また、シールド板13等が発泡ポリウレタ
ン19と接することによりシールド板13等の剛性が大
きくなる。これにより、シールド板13等の固有振動数
を、外部から与えられる振動数の範囲からはずすことが
でき、シールド板13等の共振の防止又は低減が可能と
なる。また、シールド板13等の固有振動数を、外部か
ら与えられた振動数の範囲からはずすことができなくて
も、シールド板13等の振幅を小さくすることができ
る。更に、シリコンゲル12は、発泡ポリウレタン19
と接することにより、振動が抑制される。特に、本実施
の形態では、ボンディングワイヤ11が、できるだけ発
泡ポリウレタン19で覆われるようにしているため、シ
リコンゲル12が振動しても、ボンディングワイヤ11
の振動は抑制され、ボンディングワイヤ11の破損が防
止できる。
【0024】このように、本実施の形態にかかる電力用
半導体装置100では、外部から振動が与えられる条件
下で使用された場合でも、電力用半導体装置の構成部分
の共振を抑制して、電力用半導体装置の破損を防止でき
る。
【0025】なお、特開平3−112153号公報に
は、ケース内に発泡材を入れたメモリーモジュールが記
載されている。しかしながら、これは、外部から加えら
れた衝撃や振動を吸収するクッション材として発泡材を
用いるものであり、電力用半導体装置100のような共
振の抑制や防止を目的とするものではない。特に、メモ
リモジュールは、電力用半導体装置100のように、連
続して振動が与えられる状況での使用を意図したもので
はない。
【0026】実施の形態2.図2は、全体が200で表
される、本実施の形態にかかる電力用半導体装置の断面
図である。図中、図1と同一符号は、同一又は相当箇所
を示す。電力用半導体装置200では、シリコンゲルを
用いずに、発泡ポリウレタン19のみで、パワー素子7
等の周囲を埋め込んだ。
【0027】シリコンゲルに代えて発泡ポリウレタン1
9を用いることにより、絶縁特性は若干低下するが、一
方で、防振特性を向上させることができる。例えば、高
電圧が印加される電極間の距離が大きい場合には、シリ
コンゲルの代わりに発泡ポリウレタン19を用いても、
十分な絶縁特性を得ることができる
【0028】実施の形態1、2では、シールド板13、
制御基板14を有する電力用半導体装置100、200
について説明したが、これらを含まない電力用半導体装
置に適用してもかまわない。この場合には、ボンディン
グワイヤの振動による損傷を防止することができる。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
にかかる電力用半導体装置では、電力用半導体装置の構
成部分の共振を抑制して、電力用半導体装置の破損を防
止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1にかかる電力用半導体
装置の断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態2にかかる電力用半導体
装置の断面図である。
【図3】 従来の電力用半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1 放熱板、2 絶縁基板、3 セラミック基板、4、
5 配線パターン、6半田層、7 パワー素子、8 半
田層、9 ケース部、10 端子、11 ボンディング
ワイヤ、12 シリコンゲル、13 シールド板、14
制御基板、15 制御用素子、16 中継端子、17
信号端子、18 蓋部、19 発泡ウレタン、10
0、200、500 電力用半導体装置。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パワー素子がパッケージ内に封入された
    電力用半導体装置であって、 パッケージと、 該パッケージ内に固定されたパワー素子と、 該パワー素子に接続されたボンディングワイヤと、 該パワー素子を覆うゲル状絶縁体とを含み、 更に、該パッケージ内に残る中空部を満たすように発泡
    材が充填されたことを特徴とする電力用半導体装置。
  2. 【請求項2】 パワー素子がパッケージ内に封入された
    電力用半導体装置であって、 パッケージと、 該パッケージ内に固定されたパワー素子と、 該パワー素子に接続されたボンディングワイヤとを含
    み、 更に、該パッケージ内の中空部を満たすように発泡材が
    充填されたことを特徴とする電力用半導体装置。
  3. 【請求項3】 更に、上記パワー素子を制御する制御基
    板と、該パワー素子と該制御基板の間に設けられたシー
    ルド板とを含み、 該制御基板と該シールド板とが上記発泡材中に封入され
    たことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力用半導
    体装置。
  4. 【請求項4】 上記ボンディングワイヤが、上記発泡材
    中に封入されたことを特徴とする請求項1又は2に記載
    の電力用半導体装置。
  5. 【請求項5】 上記パッケージが、放熱板、ケース部お
    よび蓋部からなり、上記パワー素子が該放熱板上に固定
    されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力用
    半導体装置。
  6. 【請求項6】 上記発泡材の有する固有振動数が、略2
    0Hz〜略2000Hzの範囲からはずれたことを特徴
    とする請求項1又は2に記載の電力用半導体装置。
  7. 【請求項7】 上記発泡材が、発泡ポリウレタンからな
    ることを特徴とする請求項1又は2に記載の電力用半導
    体装置。
  8. 【請求項8】 上記発泡ポリウレタンの密度が、略25
    kg/m〜略50kg/mの範囲にあることを特徴
    とする請求項7に記載の電力用半導体装置。
  9. 【請求項9】 上記発泡材が、独立気泡の発泡材である
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電力用半導体
    装置。
  10. 【請求項10】 上記ゲル状絶縁体が、シリコンゲルで
    あることを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装
    置。
JP2001257798A 2001-08-28 2001-08-28 電力用半導体装置 Pending JP2003068940A (ja)

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