JP2000349209A - パワー半導体モジュール - Google Patents

パワー半導体モジュール

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JP2000349209A JP16196999A JP16196999A JP2000349209A JP 2000349209 A JP2000349209 A JP 2000349209A JP 16196999 A JP16196999 A JP 16196999A JP 16196999 A JP16196999 A JP 16196999A JP 2000349209 A JP2000349209 A JP 2000349209A
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Toshiyuki Kikunaga
敏之 菊永
Yasumi Kamigai
康己 上貝
Osamu Usui
修 碓井
Hideo Matsumoto
秀雄 松本
Kenichi Hayashi
建一 林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶縁部材とベース板の相互の熱変形差から生
じる熱疲労による亀裂を防止することによって、熱伝達
の信頼性を高め放熱性の良いパワー半導体モジュールを
提供する。 【解決手段】 一方の面に第１の金属薄板１０３を介し
てパワー半導体チップ１０６、１０８が搭載され他方の
面は第２の金属薄板１０４を介して接合部材１０５ａに
よりベース板１０１に接合された絶縁部材１０２を備え
たパワー半導体モジュールにおいて、第２の金属薄板１
０４は少なくとも縁部の４角１０４ａが絶縁部材１０２
の縁部よりはみ出して形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力変換装置等
に用いられるパワー半導体モジュールに係り、特に取付
基板に接合される伝熱用の金属部材の亀裂防止に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】図１３は、例えば文献Ｃｏｎｆｅｒｎｃ
ｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ１９９８ＩＥＥＥ Ｉ
ｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．２ ｏｆ ３，ｐｐ．１９２６−
１０３０（１９９８）に記載されている従来のパワー半
導体モジュールの構成を示す断面図である。図におい
て、１はＡｌやＣｕ等からなる放熱用のベース板、２は
アルミナあるいはＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のセラ
ミックスからなり、一方の面にＣｕ等でなる第１の金属
薄板３が、他方の面にＣｕ等でなる第２の金属薄板４が
それぞれ活性金属接合法などの方法によって接合された
絶縁部材で、第２の金属薄板４を介してはんだ等の接合
部材５によりベース板１に接合されている。６は一面が
カソード面を他面がアノード面をなしカソード面がはん
だ等の接合部材７ａにより第１の金属薄板３に接合され
たパワー半導体チップとしてのＩＧＢＴチップ（絶縁ゲ
ート、バイポーラトランジスタ）、８は一面がカソード
面を他面がアノード面をなしカソード面がはんだ等の材
合部材７ｂにより第１の金属部材３に接合されたパワー
半導体チップとしてのダイオードチップ、９は絶縁部材
２の一方の面に第１の金属薄板３に隣接して接合されＣ
ｕ等でなる中継用の金属薄板、１０は第１の金属薄板３
にはんだ等の接合部材７ｃにより接続されたコレクタ電
極、１１はＩＧＢＴチップ６のアノード面とダイオード
チップ８のアノード面を接続するＡｌ線材等のワイヤ状
の接続部材、１２はＩＧＢＴチップ６のアノード面と中
継用の金属薄板９を接続するＡｌ線材等のワイヤ状の接
続部材で、両接続部材１１、１２は電流容量によっては
複数本が並列に用いられる。１３は中継用の金属薄板９
にはんだ等の接合部材７ｄにより接続されたエミッタ電
極、１４はベース板１の周辺部に固定され両電極１０、
１３の端部を突出させて各部品２ないし１３を封止する
収納ケース、１５は収納ケース１４内に封入されたシリ
コンゲル等のモールド部材である。
【０００３】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、稼動時にパワー半導体チップであるＩＧＢＴ
チップ６やダイオードチップ８で発生する熱がそれぞれ
のコレクタ面から接合部材７ａ、７ｂを介し第１の金属
薄板３へさらに絶縁部材２から第２の金属薄板４、接合
部材５を介してベース板１に伝達され、ベース板１に伝
わった熱は、ベース板１に取り付けられた例えばヒート
シンク（図示せず）等を用いて最終的に外気へ放出され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のパワー半導体モ
ジュールは上記のように構成され、パワー半導体チップ
６、８で発生する熱は最終的にベース板１を介して外気
に放出されるが、セラミックス（熱膨張係数４×１０-6
〜７×１０-6（１／℃））の絶縁部材２からＣｕ（熱膨
張係数１７×１０-6（１／℃））またはアルミニウム
（熱膨張係数２４×１０-6（１／℃））の第２の金属薄
板４へ熱が伝わる状態において、第２の金属薄板４が一
般に０．５ｍｍ以下と薄いため温度変化に伴う膨張や収
縮は絶縁部材２に束縛される。この時Ｃｕ材でなるベー
ス板１は絶縁部材２より熱膨張係数が大なるため、この
熱膨張係数の差による熱応力が接合部材５に発生するこ
とになる。このため、パワー半導体チップ６、８の発熱
と冷却の繰り返しにより接合部材５に熱疲労が発生し場
合によっては、特にフィレットの表面からの亀裂が進展
し、この亀裂により熱抵抗が増加するためパワー半導体
チップ６、８からベース板１までの放熱性が損なわれる
という問題点があった。
【０００５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、絶縁部材とベース板の相互の熱
変形差から生じる熱疲労による亀裂を防止することによ
って、熱伝達の信頼性を高め放熱性の良いパワー半導体
モジュールを提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わるパワー半導体モジュールは、一方の面に第１の金属
薄板を介してパワー半導体チップが搭載され他方の面は
第２の金属薄板を介して接合部材によりベース板に接合
された絶縁部材を備えたパワー半導体モジュールにおい
て、第２の金属薄板は少なくとも縁部の４角が絶縁部材
の縁部よりはみ出して形成されているものである。
【０００７】また、この発明の請求項２に係わるパワー
半導体モジュールは、請求項１において、第２の金属薄
板の縁部を絶縁部材の相対向する一対の縁部側にはみ出
して形成したものである。
【０００８】また、この発明の請求項３に係わるパワー
半導体モジュールは、請求項１において、第２の金属薄
板の縁部を接合部材と接する面に段差を成すようにして
厚さを薄く形成したものである。
【０００９】また、この発明の請求項４に係わるパワー
半導体モジュールは、請求項１において、第２の金属薄
板のはみ出された縁部は接合部材と相反する側の面に段
差を成すように厚さを薄く形成したものである。
【００１０】また、この発明の請求項５に係わるパワー
半導体モジュールは、請求項１において、第２の金属薄
板のはみ出された縁部を接合部材と相反する側の面がテ
ーパ状に形成したものである。
【００１１】また、この発明の請求項６に係わるパワー
半導体モジュールは、請求項１において、第２の金属薄
板のはみ出された縁部を接合部材と接する側の面をテー
パ状に形成したものである。
【００１２】また、この発明の請求項７に係わるパワー
半導体モジュールは、請求項１において、第２の金属薄
板のはみ出された縁部をベース板から離れる方向に反ら
して形成したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１はこの発明
の実施の形態１によるパワー半導体モジュールの要部の
構成を示す断面図、図２は図１におけるその主要部の配
置を示す平面図である。図において、１０１はＡｌやＣ
ｕ等からなる放熱用のベース板、１０２はアルミナある
いはＡｌＮ等のセラミックスからなり、一方の面にＣｕ
等でなる第１の金属薄板１０３が活性金属接合法などの
方法により接合された絶縁部材、１０４は縁部１０４ａ
が、絶縁部材１０２の他方の面の縁部よりはみ出して形
成され、絶縁部材１０２の他方の面に活性金属接合法な
どの方法により接合されたＣｕ等でなる第２の金属薄板
で、はんだ等の接合部材１０５ａによりベース板１０１
に接合されている。１０６は一面がカソード面を他面が
アノード面をなしカソード面がはんだ等の接合部材１０
７ａにより第１の金属薄板１０３に接合されたパワー半
導体チップとしてのＩＧＢＴチップ、１０８は一面がカ
ソード面を他面がアノード面をなしカソード面がはんだ
等の材合部材１０７ｂにより第１の金属薄板１０３に接
合されたパワー半導体チップとしてのダイオードチッ
プ、１０９はアルミナあるいはＡｌＮ等のセラミックス
からなり、一方の面にＣｕ等でなる第１の金属薄板１１
０が接合され、他方の面には縁部１１１ａが他方の面の
縁部よりはみ出して形成されたＣｕ等でなる第２の金属
薄板１１１が接合された絶縁部材で中継基板を形成し、
第２の金属薄板１１１を介してはんだ等の接合部材１０
５ｂによりベース板１０１に接合されている。１１２は
ＩＧＢＴチップ１０６のアノード面とダイオードチップ
１０８のアノード面を接続するＡｌ線材等のワイヤ状の
接続部材、１１３はダイオードチップ１０８のアノード
間と第１の金属薄板１１０を接続するＡｌ線材等のワイ
ヤ状の接続部材で、両接続部材１１２、１１３は電流容
量によっては複数本が並列に用いられる。１１４は中継
用の第１の金属薄板１１０にはんだ等の接合部材１０７
ｃにより接続されたエミッタ電極である。
【００１４】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、パワー半導体チップ１０６、１０８の発熱と
冷却の繰り返しによる熱の伝達の際に絶縁部材１０２と
接合されている部分の第２の金属薄板１０４の熱膨張や
熱収縮は絶縁部材１０２のそれに束縛されるため、絶縁
部材１０２に接合されている第２の金属薄板１０４の実
質的な線膨張係数は絶縁部材１０２の線膨張係数に近い
値となり、ベース板１０１の線膨張係数との差により、
ベース板１０１との間の接合部材１０５ａには従来と同
様熱応力（熱ひづみ）が発生する。一方、第２の金属薄
板１０４の縁部１０４ａは絶縁部材１０２に束縛されて
いないため、温度変化に伴う膨張や収縮は第２の金属薄
板１０４の線膨張係数によって決まることになり、Ｃｕ
等のベース板１０１と第２の金属薄板１０４は同等の線
膨張係数となりこの部分に介在している接合部材１０５
ａに発生する熱応力は大幅に低減する。なお、繰り返し
の熱応力による熱疲労亀裂は、一般に接合部材１０５ａ
のフレットの表面１０５ｈから発生するが、この部分の
熱応力が大幅に低減されることにより熱疲労亀裂を防止
することができる。また、従来例と比較して１０５ａの
フィレット表面１０５ｈの位置がパワー半導体チップ１
０６、１０８の直下から距離が離れているため、万が一
熱疲労亀裂が接合部材１０５ａのフィレット表面１０５
ｈから発生しても、パワー半導体チップ１０６、１０８
の放熱性に影響を与える程度に接合部材１０５ａの内部
にまで亀裂が進展するには時間を要する。したがって、
その分だけ長寿命化が可能となる。
【００１５】このように、上記実施の形態１によれば、
絶縁部材１０２とベース板１０１間に介在する第２の金
属薄板１０４は縁部１０４ａが絶縁部材１０２の縁部よ
りはみ出して形成するようにしたので、第２の金属薄板
１０４の縁部１０４ａの接合部材１０５ａに生ずる熱応
力が大幅に低減し、熱疲労亀裂を防止することが可能と
なり、熱伝達の信頼性を向上させることができる。
【００１６】なお、上記実施の形態１では、図１に示す
ように中継基板の第２の金属薄板１１１も縁部１１１ａ
をはみ出して形成したものとしているが、中継基板側に
はパワー半導体チップが搭載されていないので、接合部
材１０５ｂには温度差による熱応力発生が比較的小さく
熱疲労亀裂も生じにくい。このため、図３に示すように
中継基板は縁部が絶縁部材１０２の縁部よりはみ出さな
い第２の金属薄板１１５のように形成し接合部材１０５
ｃによりベース板１０１に接合するようにしてもよい。
【００１７】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２によるパワー半導体モジュールの要部の構成配置を
示す平面図である。図において、実施の形態１における
と同様な部分は同一符号を付してその説明は省略する。
１１６は縁部の４角１１６ａが絶縁部材１０２の縁部の
４角よりはみ出して形成され絶縁部材１０２の他方の面
に接合されたＣｕ等でなる第２の金属薄板で、接合部材
１０５ａによってベース板１０１に接合さている。
【００１８】第２の金属薄板１１６の熱膨張や熱収縮に
より発生するはんだ等の接合部材１０５ａの熱疲労亀裂
は、接合部材１０５ａの角部から発生しやすいが、第２
の金属薄板１１６縁部の４角１１６ａが絶縁部材１０２
の縁部よりはみ出して形成されているので、縁部の４角
１１６ａの接合部材１０５ａに生ずる熱応力が大幅に低
減し、熱疲労亀裂を防止することが可能となる。
【００１９】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３によるパワー半導体モジュールの要部の構成配置を
示す平面図である。図において、実施の形態１における
と同様な部分は同一符号を付してその説明は省略する。
１１７は縁部１１７ａが絶縁部材１０２の相対向する一
対の縁部側にはみ出して形成され絶縁部材１０２の他方
の面に接合されたＣｕ等でなる第２の金属薄板で、接合
部材１０５ａによってベース板１０１に接合されてい
る。
【００２０】実施の形態２で説明したように、はんだ等
の接合部材１０５ａの熱疲労亀裂は、接合部材１０５ａ
の角部から発生しやすいが、第２の金属薄板１１７で
は、その縁部１１７ａが絶縁部材１０２の相対向する一
対の縁部側にはみ出して形成され、４角部がはみ出した
状態となり、この部分の接合部材１０５ａに生ずる熱応
力が大幅に低減し実施の形態２と同様に熱疲労亀裂を防
止することが可能となる。
【００２１】なお、この構成では第２の金属薄板１１７
のはみ出し縁部１１７ａは絶縁部材１０２の全縁部では
なく相対向する一対の縁部側であるため、パワー半導体
チップ１０６、１０８を搭載した絶縁部材１０２の複数
板がベース板１０１に配置される場合にはスペース的に
有利でパワー半導体モジュールの小型化に有効となる。
【００２２】また、絶縁部材１０２に接合されている両
金属薄板１０３、１１７は一般に厚さ０．５ｍｍ以下の
薄板であるので曲がりなどの損傷を受けやすく、ハンド
リングを慎重に行わねばならない面倒さがあるが、はみ
出し部が絶縁部材１０２の相対向する一対の縁部側のみ
であるため、第２の金属薄板１１７のはみ出していない
側で絶縁部材１０２を挟めば、両金属薄板１０３、１１
７に損傷を与えることなくハンドリングが可能である。
【００２３】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４によるパワー半導体モジュールの構成を示す断面図
である。図において、実施の形態１におけると同様な部
分は同一符号を付してその説明は省略する。１１８は縁
部１１８ａが絶縁部材１０２の縁部よりはみ出してか
つ、接合部材（後述する）と接する面に段差を成すよう
にして厚さの薄い部分１１８ｂが形成され、絶縁部材１
０２の他方の面に接合されたＣｕ等でなる第２の金属薄
板、１１９は第２の金属薄板１１８とベース板１０１と
を第２の金属薄板１１８の薄い部分１１８ｂに厚肉部１
１９ａを形成して接合するはんだ等の接合部材である。
【００２４】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、温度変化にともない絶縁部材１０２に束縛さ
れている第２の金属薄板１１８の膨張や収縮によって接
合部材１１９に発生する熱応力が、絶縁部材１０２で束
縛されていない第２の金属薄板１１８の縁部１１８ａで
は実施の形態１と同様に大幅に低減されると同時に、厚
さの薄い部分１１８ｂに接合部材１１９の厚肉部１１９
ａを形成させたことにより、外部に露出したフィレット
表面１１９ｂの高さが高くなり第２の金属薄板１１８と
ベース板１０１の相互の熱変形差による熱応力（熱ひず
み）を有効に緩和でき、接合部材１１９に作用する剪断
ひずみが低減する。
【００２５】なお、図７は温度変化範囲１６５℃の時の
接合部材（はんだ）の接合端（Ｓ点）および接合層（は
んだ層）内部（ｔ点）に発生する剪断ひずみについて、
従来技術の場合（Ａ）と、この発明の実施の形態１
（Ｂ）の場合と、この実施の形態４（Ｃ）による場合と
の比較を熱応力有限要素解析で実施した結果の一例を示
している。
【００２６】また、図８は計算に用いたモデル、（Ａ）
は従来技術を、（Ｂ）は実施の形態１を（Ｃ）は実施の
形態４を示したものである。絶縁部材２はＡｌＮ、その
両面に接合された金属薄板はいずれもＣｕ板であり、こ
の内第１の金属薄板（パワー半導体チップ側）３、１０
３の厚さは０．３ｍｍ、第２の金属薄板（ベース板側）
４、１０４、１１８の厚さは０．１５ｍｍで、実施の形
態４の場合に相当する（Ｃ）第２の金属薄板１１８の縁
部の薄い部分１１８ｂの厚さは０．０５ｍｍである。は
んだ層５、１０５、１１９の厚さは０．１ｍｍで、モデ
ル（Ｃ）における厚肉部１１９ａの厚さは０．２ｍｍで
ある。また、モデル（Ｂ）、（Ｃ）において、第２の金
属薄板１０４、１１８の絶縁部材１０２の縁部からはみ
出している縁部１０４ａ、１１８ａの長さは１ｍｍ、モ
デル（Ｃ）の第２の金属薄板１１８に段差を形成してい
る板厚の薄い部分１１８ｂの長さは２ｍｍである。解析
の結果、従来例であるモデル（Ａ）より実施の形態１で
あるモデル（Ｂ）の方が、はんだ接合点Ｓ点でのひずみ
は大幅に低減しており、さらに、、この実施の形態４に
相当するモデル（Ｃ）では、はんだ層内部のｔ点でのひ
ずみが、実施の形態１であるモデル（Ｂ）の場合よりさ
らに低減しており、接合部材１１９（はんだ）の熱疲労
亀裂の発生を防止できることが熱応力有限要素解析によ
って確認された。
【００２７】このように、上記実施の形態４によれば、
第２の金属薄板１１８の縁部１１８ａが絶縁部材１０２
の縁部よりはみ出しているとともに接合部材１１９と接
する面に段差を成すようにして厚さの薄い部分１１８ｂ
を形成し接合部材１１９を厚肉としたので、接合部材１
１９に作用する熱応力による剪断ひずみが低減され熱疲
労亀裂の発生を防止できる。
【００２８】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形
態５によるパワー半導体モジュールの要部の構成を示す
断面図である。図において、実施の形態１におけると同
様な部分は同一符号を付してその説明は省略する。１２
０は縁部１２０ａが絶縁部材１０２の縁部よりはみ出
し、かつ接合部材１０５ａと相反する側の面に段差を成
すように厚さの薄い部分１２０ｂが形成され、絶縁部材
１０２の他方の面に接合されたＣｕ等でなる第２の金属
薄板で、接合部材１０５ａによってベース板１０１に接
合されている。
【００２９】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、温度変化にともない絶縁部材１０２に束縛さ
れている厚さ０．５ｍｍ程度の第２の金属薄板１２０の
膨張や収縮によって接合部材１０５ａに熱応力が発生す
るが、絶縁部材１０２に束縛されていない第２の金属薄
板１２０の縁部１２０ａでは厚さの薄い部分１２０ｂが
形成されているため、温度変化に伴って収縮してもベー
ス板１０１との間の接合部材１０５ａに及ぼす影響は小
さく、縁部１２０ａを接合する接合部材１０５ａに生じ
る熱応力は低減され、主にフィレット表面から発生する
熱疲労亀裂を防止することができる。
【００３０】このように、上記実施の形態５によれば、
第２の金属薄板１２０のはみ出された縁部１２０ａは接
合部材１０５ａと相反する側の面に段差を成すように厚
さの薄い部分１２０ｂが形成されているので、接合部材
１０５ａに生じる熱応力は低減され熱疲労亀裂の発生を
防止できる。
【００３１】実施の形態６．図１０はこの発明の実施の
形態６によるパワー半導体モジュールの要部の構成を示
す断面図である。図において、実施の形態１におけると
同様な部分は同一符号を付してその説明は省略する。１
２１は縁部１２１ａが絶縁部材１０２の縁部よりはみ出
し、かつ接合部材１０５ａと相反する側の面がテーパ状
に形成され、絶縁部材１０２の他方の面に接合されたＣ
ｕ等でなる第２の金属薄板で、接合部材１０５ａによっ
てベース板１０１に接合されている。
【００３２】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、温度変化にともない絶縁部材１０２に束縛さ
れている第２の金属薄板１２１の膨張や収縮によって接
合部材１０５ａに熱応力が発生するが、絶縁部材１０２
に束縛されていない第２の金属薄板１２１の縁部１２１
ａでは先端側程厚さが薄くなっているため、温度変化に
伴って膨張、収縮してもベース板１０１との間の接合部
材１０５ａに及ぼす影響は小さく、縁部１２１ａを接合
する接合部材１０５ａに生じる熱応力は先端側程小さく
なり、主にフィレット表面から発生する熱疲労亀裂を防
止することができる。
【００３３】このように、上記実施の形態６によれば、
第２の金属薄板１２１のはみ出された縁部１２１ａは接
合部材１０５ａと相反する側の面がテーパ状に形成され
ているので、縁部１２１ａの先端側程接合部材１０５ａ
に生じる熱応力が小さくなり、熱疲労亀裂の発生を防止
することができる。
【００３４】なお、上記実施の形態６では第２の金属薄
板１２０の縁部１２１ａはなめらかな直線状のテーパ形
状のものを示したが、曲率を持ったテーパまたは階段状
に薄くなる等の端部に向かって薄くなる形状であればよ
い。
【００３５】実施の形態７．図１１はこの発明の実施の
形態７によるパワー半導体モジュールの要部の構成を示
す断面図である。図において、実施の形態１におけると
同様な部分は同一符号を付してその説明は省略する。１
２２は縁部１２２ａが絶縁部材１０２の縁部よりはみ出
し、かつ接合部材１０５ａと接する面がテーパ状に形成
され、絶縁部材１０２の他方の面に接合されたＣｕ等で
なる第２の金属薄板、１２３は第２の金属薄板１２２と
ベース板１０１とを縁部１２２ａのテーパ部に沿った厚
肉部１２３ａを形成して接合するはんだ等の接合部材で
ある。
【００３６】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、温度変化にともない絶縁部材１０２に束縛さ
れている第２の金属薄板１２２の膨張や収縮によって接
合部材１２３に熱応力が発生するが、絶縁部材１０２に
束縛されていない第２の金属薄板１２２の縁部１２２ａ
ではベース板１０１間の接合部材１２３がテーパ部に沿
った厚肉部１２３ａを形成しているので、外部に露出し
たフィレット表面１２３ｂの高さが高くなり、第２の金
属薄板１２２とベース板１０１の相互の熱変形差による
熱応力を有効に緩和して、接合部材１２３に作用する剪
断ひずみが低減される。また、縁部１２２ａがテーパ状
に形成されているので、先端側程接合部材１２３に生じ
る熱応力が小さくなり、主にフィレット表面から発生す
る熱疲労亀裂を効果的に防止できる。
【００３７】このように、上記実施の形態７によれば、
第２の金属薄板１２２のはみ出された縁部１２２ａは接
合部材１２３と接する側の面がテーパ状に形成されてい
るので、接合部材１２３の厚肉部１２３ａに作用する熱
応力が小さくなるとともに熱応力による剪断ひずみが低
減され、熱疲労亀裂の発生をさらに効果的に防止でき
る。
【００３８】なお、上記実施の形態７では第２の金属薄
板１２２の縁部１２２ａはなめらかな直線状のテーパ形
状のものを示したが曲率を持ったテーパ、または階段状
に薄くなる等の端部に向かって薄くなる形状であればよ
い。
【００３９】実施の形態８．図１２はこの発明の実施の
形態８によるパワー半導体モジュールの要部構成を示す
断面図である。図において、実施の形態１におけると同
様な部分は同一符号を付してその説明は省略する。１２
４は縁部１２４ａが絶縁部材１０２の縁部よりはみ出
し、かつベース板１０１から離れる方向に反らして形成
され、絶縁部材１０２の他方の面に接合されたＣｕ等で
なる第２の金属薄板、１２５は第２の金属薄板１２４と
ベース板１０１とを縁部１２４ａの反らした面に沿った
厚肉部１２５ａを形成して接合するはんだ等の接合部材
である。
【００４０】上記のように構成されたパワー半導体モジ
ュールは、温度変化にともない絶縁部材１０２に束縛さ
れている第２の金属薄板１２４の膨張や収縮によって接
合部材１２５に熱応力発生するが、絶縁部材１０２で束
縛されていない第２の金属薄板１２４の縁部１２４ａで
はベース板１０１間の接合部材１２５が縁部１２４ａの
反った面に沿った厚肉部１２５ａを形成しているので、
外部に露出したフィレット表面１２５ｂの高さが高くな
り第２の金属薄板１２４とベース板１０１の相互の熱変
形差による熱応力を有効に緩和して、接合部材１２５に
作用する剪断ひずみが低減する。
【００４１】このように、上記実施の形態８によれば、
第２の金属薄板１２４のはみ出された縁部１２４ａはベ
ース板１０１から離れる方向に反って形成されるので、
接合部材１２４に作用する熱応力による剪断ひずみが低
減され、熱疲労亀裂の発生を防止することができる。
【００４２】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、一方の面に第１の金属薄板を介してパワー半導体チ
ップが搭載され他方の面は第２の金属薄板を介して接合
部材によりベース板に接合された絶縁部材を備えたパワ
ー半導体モジュールにおいて、第２の金属薄板は少なく
とも縁部の４角が絶縁部材の縁部よりはみ出して形成さ
れているので、接合部材の亀裂発生が防止されることに
よって熱伝達の信頼性が高まり放熱性の良いパワー半導
体モジュールを提供することができる。
【００４３】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、第２の金属薄板の縁部を絶縁部材の相対
向する一対の縁部側にはみ出して形成されているので、
熱伝達の信頼性を高め放熱性を良くするとともにスペー
スの有効利用で小型化を可能にするパワー半導体モジュ
ールを提供することができる。
【００４４】また、この発明の請求項３によれば、請求
項１において、第２の金属薄板の縁部を接合部材と接す
る面に段差を成すようにして厚さを薄く形成されている
ので、接合部材の亀裂発生がさらに防止され、熱伝達の
信頼性が高まり放熱性の良いパワー半導体モジュールを
提供することができる。
【００４５】また、この発明の請求項４によれば、請求
項１において、第２の金属薄板のはみ出された縁部は接
合部材と相反する側の面に段差を成すように厚さを薄く
形成されているので、接合部材の亀裂発生がさらに防止
され、熱伝達の信頼性が高まり放熱性の良いパワー半導
体モジュールを提供することができる。
【００４６】また、この発明の請求項５によれば、請求
項１において、第２の金属薄板のはみ出された縁部は接
合部材と相反する側の面がテーパ状に形成されているの
で、接合部材の亀裂発生がさらに防止され、熱伝達の信
頼性が高まり放熱性の良いパワー半導体モジュールを提
供することができる。
【００４７】また、この発明の請求項６によれば、請求
項１において、第２の金属薄板のはみ出された縁部を接
合部材と接する側の面をテーパ状に形成されているの
で、接合部材の亀裂発生がさらに防止され、熱伝達の信
頼性が高まり放熱性の良いパワー半導体モジュールを提
供することができる。
【００４８】また、この発明の請求項７によれば、請求
項１において、第２の金属薄板のはみ出された縁部をベ
ース板から離れる方向に反らして形成されているので、
接合部材の亀裂発生がさらに防止され、熱伝達の信頼性
が高まり放熱性の良いパワー半導体モジュールを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１におけるパワー半導
体モジュールの要部の構成を示す断面図である。
【図２】 図１におけるその主要部の配置を示す平面図
である。
【図３】 実施の形態１におけるパワー半導体モジュー
ルの要部の他の構成を示す断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２におけるパワー半導
体モジュールの要部の構成配置を示す断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態３におけるパワー半導
体モジュールの要部の構成配置を示す断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態４におけるパワー半導
体モジュールの要部の構成を示す断面図である。
【図７】 接合部材に発生するひずみについて、従来技
術、実施の形態１および実施の形態４における各解析結
果をグラフに示す線図である。
【図８】 図７における解析に用いたモデル構成を示
し、（Ａ）は従来技術の断面図、（Ｂ）は実施の形態１
の断面図、（Ｃ）は実施の形態４の断面図である。
【図９】 この発明の実施の形態５におけるパワー半導
体モジュールの要部の構成を示す断面図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６におけるパワー半
導体モジュールの要部の構成を示す断面図である。
【図１１】 この発明の実施の形態７におけるパワー半
導体モジュールの要部の構成を示す断面図である。
【図１２】 この発明の実施の形態８におけるパワー半
導体モジュールの要部の構成を示す断面図である。
【図１３】 従来のパワー半導体モジュールの構成を示
す断面図である。
【符号の説明】
１０１ ベース板、１０２ 絶縁部材、１０３ 第１の
金属薄板、１０４ 第２の金属薄板、１０４ａ 縁部、
１０５ａ 接合部材、１０６ ＩＧＢＴチップ（パワー
半導体チップ）、１０８ ダイオードチップ（パワー半
導体チップ）、１１６ 第２の金属薄板、１１６ａ 縁
部の４角、１１７ 第２の金属薄板、１１７ａ 縁部、
１１８ 第２の金属薄板、１１８ａ 縁部、１１８ｂ
厚さの薄い部分、１１９ 接合部材、１２０ 第２の金
属薄板、１２０ａ 縁部、１２０ｂ 厚さの薄い部分、
１２１ 第２の金属薄板、１２１ａ テーパ状の縁部、
１２２ 第２の金属薄板、１２２ａ テーパ状の縁部、
１２３ 接合部材、１２４ 第２の金属薄板、１２４ａ
反らした縁部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 碓井 修 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 松本 秀雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 林 建一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB08 BB21 BC05

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一方の面に第１の金属薄板を介してパワ
    ー半導体チップが搭載され他方の面は第２の金属薄板を
    介して接合部材によりベース板に接合された絶縁部材を
    備えたパワー半導体モジュールにおいて、上記第２の金
    属薄板は少なくとも縁部の４角が上記絶縁部材の縁部よ
    りはみ出して形成されていることを特徴とするパワー半
    導体モジュール。
  2. 【請求項２】 第２の金属薄板の縁部は絶縁部材の相対
    向する一対の縁部側にはみ出して形成されていることを
    特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
  3. 【請求項３】 第２の金属薄板の縁部は接合部材と接す
    る面に段差を成すようにして厚さが薄く形成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュ
    ール。
  4. 【請求項４】 第２の金属薄板のはみ出された縁部は接
    合部材と相反する側の面に段差を成すように厚さが薄く
    形成されていることを特徴とする請求項１に記載のパワ
    ー半導体モジュール。
  5. 【請求項５】 第２の金属薄板のはみ出された縁部は接
    合部材と相反する側の面がテーパ状に形成されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュー
    ル。
  6. 【請求項６】 第２の金属薄板のはみ出された縁部は接
    合部材と接する側の面がテーパ状に形成されていること
    を特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュー
    ル。
  7. 【請求項７】 第２の金属薄板のはみ出された縁部はベ
    ース板から離れる方向に反られ形成されていることを特
    徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
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