JP4158288B2 - 半導体モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体モジュールに関するものであり、特にモータ等の電気機器の駆動電流を制御する電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的には、文献（Conference Record of the 1998 IEEE Industry Applications Conference, Vol. 2of3,pp.1026-1030((1998))に記載されているＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）パワー半導体モジュールの主要部の断面概略図である。
【０００３】
図において、１１１はパワー半導体チップの一例であるＩＧＢＴチップ、１１２はパワー半導体チップの一例であるダイオードチップである。
ＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とは、電気的に逆並列の関係で接続さている。
以後の説明では、ＩＧＢＴチップ１１１、ダイオードチップ１１２を総称してパワー半導体チップと称することにする。
【０００４】
１２０は窒化アルミニウム（AlN）、アルミナ（Al2O3）等からなる絶縁部材である。
１３０はCu等からなる金属のベース板である。
１４１は絶縁部材１２０に接合されたCu等からなるベース板側金属薄板、１４２はベース板側金属薄板１４１と対向する絶縁部材１２０の面に接合されたCu等からなる半導体チップ側金属薄板である。
１４３は絶縁部材１２０に後述するエミッタ電極１５１を取り付けるためのエミッタ電極接合用金属薄板である。
ベース板側金属薄板１４１、半導体チップ側金属薄板１４２、及びエミッタ電極接合用金属薄板１４３を絶縁部材１２０に接合するには、例えば活性金属接合法、または直接接合法等が用いられる。
【０００５】
エミッタ電極接合用金属薄板１４３と半導体チップ側金属薄板１４２とは絶縁されている。
１５１はエミッタ電極、１５２はコレクタ電極である。
１６１はベース板１３０とベース板側金属薄板１４１とを接合する接合材、１６２はＩＧＢＴチップ１１１と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６３はダイオードチップ１１２と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６４はエミッタ電極１５１とエミッタ電極接合用金属薄板１４３とを接合する接合材、１６５はコレクタ電極１５２とパワー半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材である。
接合材１６１〜１６５として、例えば半田等が用いられる。
【０００６】
１７１はＩＧＢＴチップ１１１の上面（エミッタ面）とダイオードチップ１１２を電気的に接続するためにボンディングされたワイヤ、１７２はＩＧＢＴチップ１１１のエミッタ面とエミッタ電極１５１とを電気的に接続するためのワイヤである。
ワイヤ１７１、１７２は例えばAlやAu等からなるものである。
【０００７】
ＩＧＢＴチップ１１１の下面（コレクタ面）は、接合材１６２、半導体チップ側金属薄板１４２、接合材１６５を介してコレクタ電極１５２と電気的に接続されている。
１８０はＩＧＢＴチップ１１１、ダイオードチップ１１２を保護するためのケースである。
１９０はケース１８０の内部に注入されたシリコンゲル等の充填材である。
【０００８】
図５では、パワー半導体チップとエミッタ電極１５１は同一の絶縁部材１２０上にあるが、絶縁部材１２０を分割して別に設けて構成することもある。
【０００９】
さらに、ワイヤ１７２はエミッタ電極接合用金属薄板１４３を介さずに、エミッタ電極１５１に直接ワイヤボンディングされることもある。
また、コレクタ電極１５２についても、中継基板として両面にCu等からなる金属薄板を接合した窒化アルミニウム（AlN）、アルミナ（Al2O3）等からなる絶縁部材を別に設け、その金属薄板にコレクタ電極１５２を接合し、半導体チップ側金属薄板とこの中継基板との間の電気的接合をAl等によるワイヤボンディングで行ってもよい。
【００１０】
パワー半導体モジュール稼働時には、パワー半導体チップが発熱し、接合材１６２、１６３、半導体チップ側金属薄板１４２、絶縁部材１２０、ベース板側金属薄板１４１、及び接合材１６１を通して、ベース板１３０へと熱が伝わる。
さらに、ベース板１３０に伝わった熱は、ベース板１３０に接して配置されたヒートシンク（図示せず）などを用いて外部へ放熱される。
【００１１】
また、ベース板１３０自体が放熱機能を有する構成とすることもある。
このような構成をとるパワー半導体モジュールにおいては、パワー半導体チップであるＩＧＢＴチップ１１１、またはダイオードチップ１１２における発熱は、線膨張係数または熱伝導率の異なる材料からなる幾つかの層を経て外部に放熱されることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によるパワー半導体モジュールでは、絶縁部材１２０として、例えば窒化アルミニウム（AlN）、アルミナ（Al2O3）等からなるセラミックスが用いられ、絶縁部材１２０の線膨張係数は４〜７×１０-6（１／℃）である。
また、ベース板１３０として、例えば銅が用いられ、銅の線膨張係数は１７×１０-6（１／℃）である。
絶縁部材１２０の両側に接合される金属薄板には、例えば、銅またはアルミニウム（線膨張係数が２４×１０-6（１／℃））が用いられるが、その厚さは一般に０．５ｍｍ以下と薄いため、温度変化に伴う膨張及び収縮は絶縁部材１２０に束縛される。
【００１３】
したがって、パワー半導体モジュール稼働時には、パワー半導体チップの発熱により、モジュール各部に温度変動、例えば室温から約１００℃までの温度変動が生じるが、このとき絶縁部材１２０とベース板１３０の線膨張係数の差による熱応力（熱ひずみ）が接合材１６１に発生する。
【００１４】
このため、パワー半導体モジュールの稼働と停止が繰り返されると、パワー半導体チップの発熱と冷却の繰り返しにより接合材１６１に熱疲労による亀裂が発生する。この亀裂が進展して、パワー半導体モジュールのＩＧＢＴチップ１１１またはダイオードチップ１１２などのパワー半導体素子からベース板１３０までの熱抵抗が増加するおそれがあった。
【００１５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、半導体チップでの発熱の放熱性を損なうことなく、絶縁部材とベース板の熱膨張係数の差による相互の熱変形差から生じる接合材の表面における熱疲労による亀裂の発生を防止できる半導体モジュールを提案するものである。
【００１６】
また、接合材を厚肉化することによって、熱応力（熱ひずみ）を緩和して、接合材の表面における熱疲労による亀裂の発生を防止できる半導体モジュールを得るものである。
さらに、ベース板側金属薄板を絶縁部材より小さくすることによって、金属薄板に損傷を与えることなく容易に取り扱うことができる半導体モジュールを得るものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体モジュールは、絶縁部材、絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と絶縁部材との間に微小間隙を有することを特徴とするものである。
【００１８】
この発明に係る半導体モジュールは、絶縁部材、絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と上記絶縁部材との間に非接合部を有することを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る半導体モジュールは、第２の金属板において、ベース板と接合する面の周辺部に段差を設けて薄くしたことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る半導体モジュールは、第２の金属板の端面が絶縁部材の端面と一致するか、または絶縁部材の端面よりも内側となるように第２の金属板を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下においては、パワー半導体チップとしてＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とを用いたパワー半導体モジュールを例にして説明する。
図１は実施の形態１によるパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的にはパワー半導体チップを搭載したパワー半導体モジュールの主要部の断面図である。
【００２２】
図において、１１１はパワー半導体チップの一例であるＩＧＢＴチップ、１１２はパワー半導体チップの一例であるダイオードチップである。
ＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とは、電気的に逆並列の関係で接続さている。
１２１、１２２は絶縁部材であり、絶縁部材１２１、１２２は、例えば、窒化アルミニウム（AlN）、またはアルミナ（Al2O3）等からなるものである。
１３０は金属製のベース板であり、例えばCu等の金属からなるものである。
【００２３】
１４２は絶縁部材１２１に活性金属接合法や直接接合法によって接合された第１の金属板に相当する半導体チップ側金属薄板であり、半導体チップ側金属薄板１４２は例えばCu等からなるものである。
１４３は絶縁部材１２２に後述するエミッタ電極１５１を取り付けるためのエミッタ電極接合用金属薄板であり、半導体チップ側金属薄板１４２とは絶縁されている。エミッタ電極接合用金属薄板１４３は、例えば、絶縁部材１２２に活性金属接合法や直接接合法によって接合されたCu等からなるものである。
１４５、１４６は、絶縁部材１２１、１２２に活性金属接合法や直接接合法によって接合された第２の金属板に相当するベース板側金属薄板であり、ベース板側金属薄板１４５、１４６は例えばCu等からなるものである。
１５１はエミッタ電極である。
【００２４】
１６２はＩＧＢＴチップ１１１と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６３はダイオードチップ１１２と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６４はエミッタ電極１５１とエミッタ電極接合用金属薄板１４３とを接合する接合材、１６５はベース板１３０とベース板側金属薄板１４５とを接合する接合材、１６６はベース板１３０とベース板側金属薄板１４６とを接合する接合材である。
接合材１６２〜１６６として、例えば半田等が用いられる。
【００２５】
１７１はＩＧＢＴチップ１１１の上面（エミッタ面）とダイオードチップ１１２とを電気的に接続するためのボンディングされたワイヤ、１７３はダイオードチップ１１２とエミッタ電極１５１とを電気的に接続するためのワイヤである。
ワイヤ１７１、１７３は例えばAlまたはAu等からなるものである。
ＩＧＢＴチップ１１１の下面（コレクタ面）は、コレクタ電極（図示せず）と電気的に接続し、パワー半導体モジュールのケース（図示せず）の内部に注入されたシリコンゲル等の充填材（図示せず）がある。
【００２６】
２０１は接合材１６５の外部に露出したフィレット表面、２０２は接合材１６６の外部に露出したフィレット表面である。
２１１は絶縁部材１２１とベース板側金属薄板１４５の周辺部（例えば、側端面及びその付近）との間に設けられた微小間隙、２１２は絶縁部材１２２とベース板側金属薄板１４６の周辺部（例えば、側端面及びその付近）との間に設けられた微小間隙である。
【００２７】
絶縁部材に接合されている部分の金属薄板の熱膨張や熱収縮は、絶縁部材のそれに束縛されるため、絶縁部材に接合されている金属薄板の実質的な線膨張係数は絶縁部材の線膨張係数に近い値となり、絶縁部材の線膨張係数とベース板のそれとの差により、絶縁部材とベース板との間の接合材には熱応力（熱ひずみ）が発生する。
【００２８】
パワー半導体モジュールの稼動と停止を繰り返すことで、従来、熱応力（熱ひずみ）による熱疲労亀裂は、一般に接合材のフィレット表面から発生している。
【００２９】
本実施の形態のパワー半導体モジュールは、微小間隙２１１、２１２を設けたので、微小間隙２１１、２１２に位置する箇所のベース板側金属薄板１４５、１４６は、絶縁部材１２１、１２２に接合されなくなり、温度変化にともなう膨張及び収縮は絶縁部材１２１、１２２に束縛されることなく、ベース板側金属薄板１４５、１４６の線膨張係数で決まる。したがって、フィレット表面２０１、２０２に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減することができる。
【００３０】
ＩＧＢＴチップ１１１またはダイオードチップ１１２などのパワー半導体チップにおける発熱の放熱性をよくするためには、絶縁部材１２１、１２２の両面の金属薄板（半導体チップ側金属薄板１４２、エミッタ電極接合用金属薄板１４３、ベース板側金属薄板１４５、１４６）、及びベース板１３０として、例えば熱伝導性の良い銅が適している。
【００３１】
ここで、ベース板側金属薄板１４５、１４６の材料とベース板１３０の材料とを同一の材料とすれば、上記の絶縁部材１２１に束縛されていない微小間隙２１１に位置するベース板側金属薄板１４５とベース板１３０とを接合している接合材１６５の部分に発生する熱応力（熱ひずみ）、及び、上記の絶縁部材１２２に束縛されていない微小間隙２１２に位置するベース板側金属薄板１４６とベース板１３０とを接合している接合材１６６の部分に発生する熱応力（熱ひずみ）が低減されることになる。
【００３２】
このように、フィレット表面２０１、２０２に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
また、パワー半導体チップの発熱量はＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とでは発熱量が異なり、さらに、ＩＧＢＴチップ１１１内、ダイオードチップ１１２内でも発熱量が異なるので、熱応力（熱ひずみ）の程度はフィレット表面２０１、２０２の位置によって、当然、異なってくる。
【００３３】
このため、微小間隙２１１、２１２はベース板側金属薄板１４５、１４６の全周に設けることもあれば、熱応力（熱ひずみ）が大きくフィレット表面２０１、２０２に熱疲労による亀裂が発生し易いと考えられる箇所、例えば、接合材１６５、１６６の角部に設けたり、ベース板側金属薄板１４５、１４６の辺に沿って設けたりして、ベース板側金属薄板１４５、１４６の周辺部の一部に設けることもある。
【００３４】
接合材の熱疲労による亀裂は、接合材の角部から発生しやすいため、この部分の熱応力（熱ひずみ）を低減することが、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止するのに特に有効である。
【００３５】
図１では、エミッタ電極１５１側にも微小間隙２１２を設けているが、絶縁部材１２２には発熱量が多大であるパワー半導体チップが搭載されていないため、微小間隙２１１と異なり微小間隙２１２を設けないこともあり得る。
【００３６】
また、エミッタ電極１５１は絶縁部材１２２上に、パワー半導体チップは絶縁部材１２１上にあるが、同一の絶縁部材上で構成することもある。
また、ワイヤ１７３はエミッタ電極接合用金属薄板を介さずに、エミッタ電極１５１に直接ワイヤボンディングされることもある。
【００３７】
これらのことは、図示していないがコレクタ電極１５２についても同様である。さらに、ベース板１３０に接して配置されたヒートシンク（図示せず）を設けたり、ベース板１３０自体に放熱機能を有する構成にしたりしている。
本実施の形態で説示したことは、実施の形態１に限ったことではなく、全ての実施の形態に当てはまることである。
【００３８】
実施の形態２．
図２は実施の形態２によるパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的にはパワー半導体チップを搭載している主要部の断面図である。
【００３９】
図において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、１４７は第２の金属板に相当するベース板側金属薄板、２２１はベース板側金属薄板１４７と絶縁部材１２１とが接合していない非接合部である。非接合部２２１においては、ベース板側金属薄板１４７と絶縁部材１２１とが接触していることもあれば、非接触の場合もある。
本実施の形態では、絶縁部材１２１の周辺部（例えば、側端面及びその付近）でベース板側金属面１４７と対面する部分とが接合されない構成としている。
【００４０】
なお、実施の形態１の説明で用いた図１では、ワイヤ１７１、１７３やエミッタ電極１５１に関連する構成部材等も図示していたが、本発明の本質的な部分を説明するには、図２に示すパワー半導体チップを搭載している部分を示して説明するだけで足りるため、以下の図においては、ワイヤ１７１、１７３やエミッタ電極１５１に関連する構成部材などは省略する。
【００４１】
非接合部２２１を設けるには、例えば、活性金属接合法では絶縁部材１２１の全面ではなく、非接合部２２１に相当する部分を除いた絶縁部材１２１の残りの部分に、ろう材を塗布しておくことによって実現することができる。
【００４２】
このように、非接合部２２１を設けることで、ベース板側金属薄板１４７と絶縁部材１２１とが接合されていないので、非接合部２２１から端面までのベース板側金属薄板１４７は、絶縁部材１２１から拘束されることはない。
これによって、非接合部２２１を設けたベース板側金属薄板１４５の近傍におけるベース板１３０との間の接合材１６５に発生する熱応力（熱ひずみ）が低減されるので、実施の形態１と同様に、熱疲労による亀裂が発生して熱抵抗が増加することを防止できる。
【００４３】
なお、図２では、ベース板側金属薄板１４７は、絶縁部材１２１の端部からはみ出しているが、はみ出さない構造でも、接合材１６５に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減し、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
【００４４】
また、非接合部２２１において、接合はされていないが接触している場合には、絶縁部材１２１からベース板側金属薄板１４７へと熱をより伝達することができるので、熱抵抗を小さくする効果がさらに高まる。
【００４５】
非接合部２２１はベース板側金属薄板１４７の全周に設けることもあれば、熱応力（熱ひずみ）が大きくフィレット表面２０１に熱疲労による亀裂が発生し易いと考えられる箇所、例えば、接合材１６５の角部に設けたり、ベース板側金属薄板１４７の辺に沿って設けたりして、ベース板側金属薄板１４７の周辺部の一部に設けることもある。
接合材の熱疲労による亀裂は、接合材の角部から発生しやすいため、この部分の熱応力（熱ひずみ）を低減することが、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止するのに特に有効である。
【００４６】
実施の形態３．
図３は実施の形態３のパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的にはパワー半導体チップを搭載している主要部の断面図である。
図において、図１と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものであり、１４８は第２の金属板に相当するベース板側金属薄板、２３１、２３２はベース板側金属薄板１４８のベース板側表面の周辺部に段差を設けて、ベース板側金属薄板１４８の中央部よりも周辺部の厚みを薄くしたベース板側金属薄板１４８の薄肉部、２３３は接合材１６５の中でも薄肉部２３１に対応した厚肉部、２３４は接合材１６５の中でも薄肉部２３２に対応した厚肉部、２０３、２０４は接合材１６５の外部に露出したフィレット表面である。
【００４７】
例えば、ベース板側金属薄板１４８は約０.５ｍｍ以下の厚さであるが、薄肉部２３１、２３２の部分は０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度さらに薄く形成されている。ベース板側金属薄板１４８の外周部に薄肉部２３１を設けることで、薄肉部２３１に対応してベース板１３０と接合しているはんだ等の接合材１６５は厚肉部２３３を形成し、厚肉部２３３の外部に露出した部分がフィレット表面２０３である。ベース板側金属薄板１４８の外周部に薄肉部２３２を設けることで、薄肉部２３２に対応してベース板１３０と接合しているはんだ等の接合材１６５は厚肉部２３４を形成し、厚肉部２３４の外部に露出した部分がフィレット表面２０４である。
【００４８】
接合材１６５に発生する熱応力（熱ひずみ）は、接合材１６５の厚さが厚いほど低減するので、フィレット表面２０３、２０４の高さを高くすることで小さくなる。
薄肉部２３１によって厚肉部２３３を形成したり、薄肉部２３２によって厚肉部２３４を形成したりすることで、絶縁部材１２１に接合されたベース板側金属薄板１４８とベース板１３０との相互の熱変形差による熱応力（熱ひずみ）を緩和するので、熱疲労による亀裂が発生して熱抵抗が増加することを防止でき、実施の形態１及び２に対して更にその効果が高めることができる。
【００４９】
薄肉部２３１及び厚肉部２３３、並びに薄肉部２３２及び厚肉部２３４は、ベース板側金属薄板１４８の全周に設けることもあれば、熱応力（熱ひずみ）が大きくフィレット表面２０３、２０４に熱疲労による亀裂が発生し易いと考えられる箇所、例えば、接合材１６５の角部に設けたり、ベース板側金属薄板１４８の辺に沿って設けたりして、ベース板側金属薄板１４８の周辺部の一部に設けることもある。
【００５０】
接合材の熱疲労による亀裂は、接合材の角部から発生しやすいため、この部分の熱応力（熱ひずみ）を低減することが、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止するのに特に有効である。
【００５１】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４によるパワー半導体モジュールにおけるパワー半導体チップを搭載している主要部の断面図である。
図において、２４０、２４１は第２の金属板に相当するベース板側金属薄板１４９の周辺部に位置する端面である。端面２４０は絶縁部材１２１の端面と一致し、端面２４１は絶縁部材１２１の端面よりも内側に位置している。
【００５２】
一般に、パワー半導体モジュールでは、図４の半導体チップ側金属薄板１４２の上にＩＧＢＴチップ１１１やダイオードチップ１１２等の複数個のパワー半導体チップが絶縁部材１２１に搭載され、しかも、複数の絶縁部材１２１が接合材１６５によってベース板１３０に接合されることが多い。
【００５３】
パワー半導体モジュールの小型化のためには、絶縁部材１２１、及びベース板側金属薄板１４９は、できるだけ小さい方が良いことになる。
したがって、絶縁部材１２１に接合されるベース板側金属薄板１４９の端面が、絶縁部材１２１の端面と一致するか（端面２４０）、または絶縁部材１２１の端面よりも内側にあれば（端面２４１）、パワー半導体モジュールの小型化にとって有利な構成となる。
【００５４】
また、絶縁部材１２１の両面に接合されているベース板側金属薄板１４９と半導体チップ側金属薄板１４２は、一般に、厚さ０.５ｍｍ以下の薄板であるため、曲がりなどの損傷を受けやすい。このため取り扱いを慎重に行わねばならない面倒さがある。
【００５５】
しかし、図４のような構成では、ベース板側金属薄板１４９の端面が絶縁部材１２１の端面からはみ出してはいないため、ベース板側金属薄板１４９や半導体チップ側金属薄板１４２に損傷を与えることなく、容易に取り扱うことができるという利点がある。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に示すような効果が得られる。
【００５７】
絶縁部材、絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と絶縁部材との間に微小間隙を有することにより、接合材に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
【００５８】
また、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と上記絶縁部材との間に非接合部を有することにより、接合材に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
【００５９】
また、第２の金属板において、ベース板と接合する面の周辺部に段差を設けて薄くしたことにより、接合材に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを更に防止できる。
【００６０】
さらに、第２の金属板の端面が絶縁部材の端面と一致するか、または絶縁部材の端面よりも内側となるように第２の金属板を設けたことにより、パワー半導体モジュールの小型化にとって有利で、容易に取り扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図２】 実施の形態２のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図３】 実施の形態３のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図４】 実施の形態４のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図５】 従来のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【符号の説明】
１１１：ＩＧＢＴチップ １１２：ダイオードチップ
１２１、１２２：絶縁部材 １３０：ベース板
１４１：ベース板側金属薄板 １４２：半導体チップ側金属薄板
１４３：エミッタ電極接合用金属薄板
１４５〜１４９：ベース板側金属薄板
１５１：エミッタ電極 １５２：コレクタ電極
１６１〜１６６：接合材 １７１〜１７３：ワイヤ
１８０：ケース １９０：充填材
２０１〜２０４：フィレット表面 ２１１、２１２：微小間隙
２２１：非接合部 ２３１、２３２：薄肉部
２３３、２３４：厚肉部 ２４０、２４１：端面
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体モジュールに関するものであり、特にモータ等の電気機器の駆動電流を制御する電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュールの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的には、文献（Conference Record of the 1998 IEEE Industry Applications Conference, Vol. 2of3,pp.1026-1030((1998))に記載されているＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）パワー半導体モジュールの主要部の断面概略図である。
【０００３】
図において、１１１はパワー半導体チップの一例であるＩＧＢＴチップ、１１２はパワー半導体チップの一例であるダイオードチップである。
ＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とは、電気的に逆並列の関係で接続さている。
以後の説明では、ＩＧＢＴチップ１１１、ダイオードチップ１１２を総称してパワー半導体チップと称することにする。
【０００４】
１２０は窒化アルミニウム（AlN）、アルミナ（Al2O3）等からなる絶縁部材である。
１３０はCu等からなる金属のベース板である。
１４１は絶縁部材１２０に接合されたCu等からなるベース板側金属薄板、１４２はベース板側金属薄板１４１と対向する絶縁部材１２０の面に接合されたCu等からなる半導体チップ側金属薄板である。
１４３は絶縁部材１２０に後述するエミッタ電極１５１を取り付けるためのエミッタ電極接合用金属薄板である。
ベース板側金属薄板１４１、半導体チップ側金属薄板１４２、及びエミッタ電極接合用金属薄板１４３を絶縁部材１２０に接合するには、例えば活性金属接合法、または直接接合法等が用いられる。
【０００５】
エミッタ電極接合用金属薄板１４３と半導体チップ側金属薄板１４２とは絶縁されている。
１５１はエミッタ電極、１５２はコレクタ電極である。
１６１はベース板１３０とベース板側金属薄板１４１とを接合する接合材、１６２はＩＧＢＴチップ１１１と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６３はダイオードチップ１１２と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６４はエミッタ電極１５１とエミッタ電極接合用金属薄板１４３とを接合する接合材、１６５はコレクタ電極１５２とパワー半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材である。
接合材１６１〜１６５として、例えば半田等が用いられる。
【０００６】
１７１はＩＧＢＴチップ１１１の上面（エミッタ面）とダイオードチップ１１２を電気的に接続するためにボンディングされたワイヤ、１７２はＩＧＢＴチップ１１１のエミッタ面とエミッタ電極１５１とを電気的に接続するためのワイヤである。
ワイヤ１７１、１７２は例えばAlやAu等からなるものである。
【０００７】
ＩＧＢＴチップ１１１の下面（コレクタ面）は、接合材１６２、半導体チップ側金属薄板１４２、接合材１６５を介してコレクタ電極１５２と電気的に接続されている。
１８０はＩＧＢＴチップ１１１、ダイオードチップ１１２を保護するためのケースである。
１９０はケース１８０の内部に注入されたシリコンゲル等の充填材である。
【０００８】
図５では、パワー半導体チップとエミッタ電極１５１は同一の絶縁部材１２０上にあるが、絶縁部材１２０を分割して別に設けて構成することもある。
【０００９】
さらに、ワイヤ１７２はエミッタ電極接合用金属薄板１４３を介さずに、エミッタ電極１５１に直接ワイヤボンディングされることもある。
また、コレクタ電極１５２についても、中継基板として両面にCu等からなる金属薄板を接合した窒化アルミニウム（AlN）、アルミナ（Al2O3）等からなる絶縁部材を別に設け、その金属薄板にコレクタ電極１５２を接合し、半導体チップ側金属薄板とこの中継基板との間の電気的接合をAl等によるワイヤボンディングで行ってもよい。
【００１０】
パワー半導体モジュール稼働時には、パワー半導体チップが発熱し、接合材１６２、１６３、半導体チップ側金属薄板１４２、絶縁部材１２０、ベース板側金属薄板１４１、及び接合材１６１を通して、ベース板１３０へと熱が伝わる。
さらに、ベース板１３０に伝わった熱は、ベース板１３０に接して配置されたヒートシンク（図示せず）などを用いて外部へ放熱される。
【００１１】
また、ベース板１３０自体が放熱機能を有する構成とすることもある。
このような構成をとるパワー半導体モジュールにおいては、パワー半導体チップであるＩＧＢＴチップ１１１、またはダイオードチップ１１２における発熱は、線膨張係数または熱伝導率の異なる材料からなる幾つかの層を経て外部に放熱されることになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によるパワー半導体モジュールでは、絶縁部材１２０として、例えば窒化アルミニウム（AlN）、アルミナ（Al2O3）等からなるセラミックスが用いられ、絶縁部材１２０の線膨張係数は４〜７×１０-6（１／℃）である。
また、ベース板１３０として、例えば銅が用いられ、銅の線膨張係数は１７×１０-6（１／℃）である。
絶縁部材１２０の両側に接合される金属薄板には、例えば、銅またはアルミニウム（線膨張係数が２４×１０-6（１／℃））が用いられるが、その厚さは一般に０．５ｍｍ以下と薄いため、温度変化に伴う膨張及び収縮は絶縁部材１２０に束縛される。
【００１３】
したがって、パワー半導体モジュール稼働時には、パワー半導体チップの発熱により、モジュール各部に温度変動、例えば室温から約１００℃までの温度変動が生じるが、このとき絶縁部材１２０とベース板１３０の線膨張係数の差による熱応力（熱ひずみ）が接合材１６１に発生する。
【００１４】
このため、パワー半導体モジュールの稼働と停止が繰り返されると、パワー半導体チップの発熱と冷却の繰り返しにより接合材１６１に熱疲労による亀裂が発生する。この亀裂が進展して、パワー半導体モジュールのＩＧＢＴチップ１１１またはダイオードチップ１１２などのパワー半導体素子からベース板１３０までの熱抵抗が増加するおそれがあった。
【００１５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、半導体チップでの発熱の放熱性を損なうことなく、絶縁部材とベース板の熱膨張係数の差による相互の熱変形差から生じる接合材の表面における熱疲労による亀裂の発生を防止できる半導体モジュールを提案するものである。
【００１６】
また、接合材を厚肉化することによって、熱応力（熱ひずみ）を緩和して、接合材の表面における熱疲労による亀裂の発生を防止できる半導体モジュールを得るものである。
さらに、ベース板側金属薄板を絶縁部材より小さくすることによって、金属薄板に損傷を与えることなく容易に取り扱うことができる半導体モジュールを得るものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体モジュールは、絶縁部材、絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と絶縁部材との間に微小間隙を有することを特徴とするものである。
【００１８】
この発明に係る半導体モジュールは、絶縁部材、絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と上記絶縁部材との間に非接合部を有することを特徴とするものである。
【００１９】
この発明に係る半導体モジュールは、第２の金属板において、ベース板と接合する面の周辺部に段差を設けて薄くしたことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明に係る半導体モジュールは、第２の金属板の端面が絶縁部材の端面と一致するか、または絶縁部材の端面よりも内側となるように第２の金属板を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下においては、パワー半導体チップとしてＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とを用いたパワー半導体モジュールを例にして説明する。
図１は実施の形態１によるパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的にはパワー半導体チップを搭載したパワー半導体モジュールの主要部の断面図である。
【００２２】
図において、１１１はパワー半導体チップの一例であるＩＧＢＴチップ、１１２はパワー半導体チップの一例であるダイオードチップである。
ＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とは、電気的に逆並列の関係で接続さている。
１２１、１２２は絶縁部材であり、絶縁部材１２１、１２２は、例えば、窒化アルミニウム（AlN）、またはアルミナ（Al2O3）等からなるものである。
１３０は金属製のベース板であり、例えばCu等の金属からなるものである。
【００２３】
１４２は絶縁部材１２１に活性金属接合法や直接接合法によって接合された第１の金属板に相当する半導体チップ側金属薄板であり、半導体チップ側金属薄板１４２は例えばCu等からなるものである。
１４３は絶縁部材１２２に後述するエミッタ電極１５１を取り付けるためのエミッタ電極接合用金属薄板であり、半導体チップ側金属薄板１４２とは絶縁されている。エミッタ電極接合用金属薄板１４３は、例えば、絶縁部材１２２に活性金属接合法や直接接合法によって接合されたCu等からなるものである。
１４５、１４６は、絶縁部材１２１、１２２に活性金属接合法や直接接合法によって接合された第２の金属板に相当するベース板側金属薄板であり、ベース板側金属薄板１４５、１４６は例えばCu等からなるものである。
１５１はエミッタ電極である。
【００２４】
１６２はＩＧＢＴチップ１１１と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６３はダイオードチップ１１２と半導体チップ側金属薄板１４２とを接合する接合材、１６４はエミッタ電極１５１とエミッタ電極接合用金属薄板１４３とを接合する接合材、１６５はベース板１３０とベース板側金属薄板１４５とを接合する接合材、１６６はベース板１３０とベース板側金属薄板１４６とを接合する接合材である。
接合材１６２〜１６６として、例えば半田等が用いられる。
【００２５】
１７１はＩＧＢＴチップ１１１の上面（エミッタ面）とダイオードチップ１１２とを電気的に接続するためのボンディングされたワイヤ、１７３はダイオードチップ１１２とエミッタ電極１５１とを電気的に接続するためのワイヤである。
ワイヤ１７１、１７３は例えばAlまたはAu等からなるものである。
ＩＧＢＴチップ１１１の下面（コレクタ面）は、コレクタ電極（図示せず）と電気的に接続し、パワー半導体モジュールのケース（図示せず）の内部に注入されたシリコンゲル等の充填材（図示せず）がある。
【００２６】
２０１は接合材１６５の外部に露出したフィレット表面、２０２は接合材１６６の外部に露出したフィレット表面である。
２１１は絶縁部材１２１とベース板側金属薄板１４５の周辺部（例えば、側端面及びその付近）との間に設けられた微小間隙、２１２は絶縁部材１２２とベース板側金属薄板１４６の周辺部（例えば、側端面及びその付近）との間に設けられた微小間隙である。
【００２７】
絶縁部材に接合されている部分の金属薄板の熱膨張や熱収縮は、絶縁部材のそれに束縛されるため、絶縁部材に接合されている金属薄板の実質的な線膨張係数は絶縁部材の線膨張係数に近い値となり、絶縁部材の線膨張係数とベース板のそれとの差により、絶縁部材とベース板との間の接合材には熱応力（熱ひずみ）が発生する。
【００２８】
パワー半導体モジュールの稼動と停止を繰り返すことで、従来、熱応力（熱ひずみ）による熱疲労亀裂は、一般に接合材のフィレット表面から発生している。
【００２９】
本実施の形態のパワー半導体モジュールは、微小間隙２１１、２１２を設けたので、微小間隙２１１、２１２に位置する箇所のベース板側金属薄板１４５、１４６は、絶縁部材１２１、１２２に接合されなくなり、温度変化にともなう膨張及び収縮は絶縁部材１２１、１２２に束縛されることなく、ベース板側金属薄板１４５、１４６の線膨張係数で決まる。したがって、フィレット表面２０１、２０２に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減することができる。
【００３０】
ＩＧＢＴチップ１１１またはダイオードチップ１１２などのパワー半導体チップにおける発熱の放熱性をよくするためには、絶縁部材１２１、１２２の両面の金属薄板（半導体チップ側金属薄板１４２、エミッタ電極接合用金属薄板１４３、ベース板側金属薄板１４５、１４６）、及びベース板１３０として、例えば熱伝導性の良い銅が適している。
【００３１】
ここで、ベース板側金属薄板１４５、１４６の材料とベース板１３０の材料とを同一の材料とすれば、上記の絶縁部材１２１に束縛されていない微小間隙２１１に位置するベース板側金属薄板１４５とベース板１３０とを接合している接合材１６５の部分に発生する熱応力（熱ひずみ）、及び、上記の絶縁部材１２２に束縛されていない微小間隙２１２に位置するベース板側金属薄板１４６とベース板１３０とを接合している接合材１６６の部分に発生する熱応力（熱ひずみ）が低減されることになる。
【００３２】
このように、フィレット表面２０１、２０２に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
また、パワー半導体チップの発熱量はＩＧＢＴチップ１１１とダイオードチップ１１２とでは発熱量が異なり、さらに、ＩＧＢＴチップ１１１内、ダイオードチップ１１２内でも発熱量が異なるので、熱応力（熱ひずみ）の程度はフィレット表面２０１、２０２の位置によって、当然、異なってくる。
【００３３】
このため、微小間隙２１１、２１２はベース板側金属薄板１４５、１４６の全周に設けることもあれば、熱応力（熱ひずみ）が大きくフィレット表面２０１、２０２に熱疲労による亀裂が発生し易いと考えられる箇所、例えば、接合材１６５、１６６の角部に設けたり、ベース板側金属薄板１４５、１４６の辺に沿って設けたりして、ベース板側金属薄板１４５、１４６の周辺部の一部に設けることもある。
【００３４】
接合材の熱疲労による亀裂は、接合材の角部から発生しやすいため、この部分の熱応力（熱ひずみ）を低減することが、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止するのに特に有効である。
【００３５】
図１では、エミッタ電極１５１側にも微小間隙２１２を設けているが、絶縁部材１２２には発熱量が多大であるパワー半導体チップが搭載されていないため、微小間隙２１１と異なり微小間隙２１２を設けないこともあり得る。
【００３６】
また、エミッタ電極１５１は絶縁部材１２２上に、パワー半導体チップは絶縁部材１２１上にあるが、同一の絶縁部材上で構成することもある。
また、ワイヤ１７３はエミッタ電極接合用金属薄板を介さずに、エミッタ電極１５１に直接ワイヤボンディングされることもある。
【００３７】
これらのことは、図示していないがコレクタ電極１５２についても同様である。さらに、ベース板１３０に接して配置されたヒートシンク（図示せず）を設けたり、ベース板１３０自体に放熱機能を有する構成にしたりしている。
本実施の形態で説示したことは、実施の形態１に限ったことではなく、全ての実施の形態に当てはまることである。
【００３８】
実施の形態２．
図２は実施の形態２によるパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的にはパワー半導体チップを搭載している主要部の断面図である。
【００３９】
図において、図１と同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、１４７は第２の金属板に相当するベース板側金属薄板、２２１はベース板側金属薄板１４７と絶縁部材１２１とが接合していない非接合部である。非接合部２２１においては、ベース板側金属薄板１４７と絶縁部材１２１とが接触していることもあれば、非接触の場合もある。
本実施の形態では、絶縁部材１２１の周辺部（例えば、側端面及びその付近）でベース板側金属面１４７と対面する部分とが接合されない構成としている。
【００４０】
なお、実施の形態１の説明で用いた図１では、ワイヤ１７１、１７３やエミッタ電極１５１に関連する構成部材等も図示していたが、本発明の本質的な部分を説明するには、図２に示すパワー半導体チップを搭載している部分を示して説明するだけで足りるため、以下の図においては、ワイヤ１７１、１７３やエミッタ電極１５１に関連する構成部材などは省略する。
【００４１】
非接合部２２１を設けるには、例えば、活性金属接合法では絶縁部材１２１の全面ではなく、非接合部２２１に相当する部分を除いた絶縁部材１２１の残りの部分に、ろう材を塗布しておくことによって実現することができる。
【００４２】
このように、非接合部２２１を設けることで、ベース板側金属薄板１４７と絶縁部材１２１とが接合されていないので、非接合部２２１から端面までのベース板側金属薄板１４７は、絶縁部材１２１から拘束されることはない。
これによって、非接合部２２１を設けたベース板側金属薄板１４５の近傍におけるベース板１３０との間の接合材１６５に発生する熱応力（熱ひずみ）が低減されるので、実施の形態１と同様に、熱疲労による亀裂が発生して熱抵抗が増加することを防止できる。
【００４３】
なお、図２では、ベース板側金属薄板１４７は、絶縁部材１２１の端部からはみ出しているが、はみ出さない構造でも、接合材１６５に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減し、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
【００４４】
また、非接合部２２１において、接合はされていないが接触している場合には、絶縁部材１２１からベース板側金属薄板１４７へと熱をより伝達することができるので、熱抵抗を小さくする効果がさらに高まる。
【００４５】
非接合部２２１はベース板側金属薄板１４７の全周に設けることもあれば、熱応力（熱ひずみ）が大きくフィレット表面２０１に熱疲労による亀裂が発生し易いと考えられる箇所、例えば、接合材１６５の角部に設けたり、ベース板側金属薄板１４７の辺に沿って設けたりして、ベース板側金属薄板１４７の周辺部の一部に設けることもある。
接合材の熱疲労による亀裂は、接合材の角部から発生しやすいため、この部分の熱応力（熱ひずみ）を低減することが、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止するのに特に有効である。
【００４６】
実施の形態３．
図３は実施の形態３のパワー半導体モジュールを説明するための図であり、具体的にはパワー半導体チップを搭載している主要部の断面図である。
図において、図１と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものであり、１４８は第２の金属板に相当するベース板側金属薄板、２３１、２３２はベース板側金属薄板１４８のベース板側表面の周辺部に段差を設けて、ベース板側金属薄板１４８の中央部よりも周辺部の厚みを薄くしたベース板側金属薄板１４８の薄肉部、２３３は接合材１６５の中でも薄肉部２３１に対応した厚肉部、２３４は接合材１６５の中でも薄肉部２３２に対応した厚肉部、２０３、２０４は接合材１６５の外部に露出したフィレット表面である。
【００４７】
例えば、ベース板側金属薄板１４８は約０.５ｍｍ以下の厚さであるが、薄肉部２３１、２３２の部分は０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度さらに薄く形成されている。ベース板側金属薄板１４８の外周部に薄肉部２３１を設けることで、薄肉部２３１に対応してベース板１３０と接合しているはんだ等の接合材１６５は厚肉部２３３を形成し、厚肉部２３３の外部に露出した部分がフィレット表面２０３である。ベース板側金属薄板１４８の外周部に薄肉部２３２を設けることで、薄肉部２３２に対応してベース板１３０と接合しているはんだ等の接合材１６５は厚肉部２３４を形成し、厚肉部２３４の外部に露出した部分がフィレット表面２０４である。
【００４８】
接合材１６５に発生する熱応力（熱ひずみ）は、接合材１６５の厚さが厚いほど低減するので、フィレット表面２０３、２０４の高さを高くすることで小さくなる。
薄肉部２３１によって厚肉部２３３を形成したり、薄肉部２３２によって厚肉部２３４を形成したりすることで、絶縁部材１２１に接合されたベース板側金属薄板１４８とベース板１３０との相互の熱変形差による熱応力（熱ひずみ）を緩和するので、熱疲労による亀裂が発生して熱抵抗が増加することを防止でき、実施の形態１及び２に対して更にその効果が高めることができる。
【００４９】
薄肉部２３１及び厚肉部２３３、並びに薄肉部２３２及び厚肉部２３４は、ベース板側金属薄板１４８の全周に設けることもあれば、熱応力（熱ひずみ）が大きくフィレット表面２０３、２０４に熱疲労による亀裂が発生し易いと考えられる箇所、例えば、接合材１６５の角部に設けたり、ベース板側金属薄板１４８の辺に沿って設けたりして、ベース板側金属薄板１４８の周辺部の一部に設けることもある。
【００５０】
接合材の熱疲労による亀裂は、接合材の角部から発生しやすいため、この部分の熱応力（熱ひずみ）を低減することが、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止するのに特に有効である。
【００５１】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４によるパワー半導体モジュールにおけるパワー半導体チップを搭載している主要部の断面図である。
図において、２４０、２４１は第２の金属板に相当するベース板側金属薄板１４９の周辺部に位置する端面である。端面２４０は絶縁部材１２１の端面と一致し、端面２４１は絶縁部材１２１の端面よりも内側に位置している。
【００５２】
一般に、パワー半導体モジュールでは、図４の半導体チップ側金属薄板１４２の上にＩＧＢＴチップ１１１やダイオードチップ１１２等の複数個のパワー半導体チップが絶縁部材１２１に搭載され、しかも、複数の絶縁部材１２１が接合材１６５によってベース板１３０に接合されることが多い。
【００５３】
パワー半導体モジュールの小型化のためには、絶縁部材１２１、及びベース板側金属薄板１４９は、できるだけ小さい方が良いことになる。
したがって、絶縁部材１２１に接合されるベース板側金属薄板１４９の端面が、絶縁部材１２１の端面と一致するか（端面２４０）、または絶縁部材１２１の端面よりも内側にあれば（端面２４１）、パワー半導体モジュールの小型化にとって有利な構成となる。
【００５４】
また、絶縁部材１２１の両面に接合されているベース板側金属薄板１４９と半導体チップ側金属薄板１４２は、一般に、厚さ０.５ｍｍ以下の薄板であるため、曲がりなどの損傷を受けやすい。このため取り扱いを慎重に行わねばならない面倒さがある。
【００５５】
しかし、図４のような構成では、ベース板側金属薄板１４９の端面が絶縁部材１２１の端面からはみ出してはいないため、ベース板側金属薄板１４９や半導体チップ側金属薄板１４２に損傷を与えることなく、容易に取り扱うことができるという利点がある。
【００５６】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように構成されているので、以下に示すような効果が得られる。
【００５７】
絶縁部材、絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と絶縁部材との間に微小間隙を有することにより、接合材に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
【００５８】
また、第２の金属板の周辺部に、第２の金属板と上記絶縁部材との間に非接合部を有することにより、接合材に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを防止できる。
【００５９】
また、第２の金属板において、ベース板と接合する面の周辺部に段差を設けて薄くしたことにより、接合材に発生する熱応力（熱ひずみ）を低減できるので、熱疲労による亀裂が発生して、熱抵抗が増加することを更に防止できる。
【００６０】
さらに、第２の金属板の端面が絶縁部材の端面と一致するか、または絶縁部材の端面よりも内側となるように第２の金属板を設けたことにより、パワー半導体モジュールの小型化にとって有利で、容易に取り扱うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図２】 実施の形態２のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図３】 実施の形態３のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図４】 実施の形態４のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【図５】 従来のパワー半導体モジュールを説明するための図である。
【符号の説明】
１１１：ＩＧＢＴチップ １１２：ダイオードチップ
１２１、１２２：絶縁部材 １３０：ベース板
１４１：ベース板側金属薄板 １４２：半導体チップ側金属薄板
１４３：エミッタ電極接合用金属薄板
１４５〜１４９：ベース板側金属薄板
１５１：エミッタ電極 １５２：コレクタ電極
１６１〜１６６：接合材 １７１〜１７３：ワイヤ
１８０：ケース １９０：充填材
２０１〜２０４：フィレット表面 ２１１、２１２：微小間隙
２２１：非接合部 ２３１、２３２：薄肉部
２３３、２３４：厚肉部 ２４０、２４１：端面
Claims (4)
- 絶縁部材、上記絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び上記絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、上記第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、
上記第２の金属板の周辺部に、上記第２の金属板と上記絶縁部材との間に微小間隙を有することを特徴とする半導体モジュール。 - 絶縁部材、上記絶縁部材の一方の面に接合した第1の金属板に搭載された半導体チップ、及び上記絶縁部材の他方の面に接合した第２の金属板を備え、上記第２の金属板をベース板に接合材を用いて接合するように構成した半導体モジュールにおいて、
上記第２の金属板の周辺部に、上記第２の金属板と上記絶縁部材との間に非接合部を有することを特徴とする半導体モジュール。 - 第２の金属板において、ベース板と接合する面の周辺部に段差を設けて薄くしたことを特徴とする請求項１、または請求項２のいずれかに記載の半導体モジュール。
- 第２の金属板の端面が絶縁部材の端面と一致するか、または上記絶縁部材の端面よりも内側となるように上記第２の金属板を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
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