JP2002280503A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2002280503A
JP2002280503A JP2001076874A JP2001076874A JP2002280503A JP 2002280503 A JP2002280503 A JP 2002280503A JP 2001076874 A JP2001076874 A JP 2001076874A JP 2001076874 A JP2001076874 A JP 2001076874A JP 2002280503 A JP2002280503 A JP 2002280503A
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bar electrode
adhesive
metal plate
base plate
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Yutaka Tajima
豊 田島
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Unisia Jecs Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子による熱を確実に放熱し、耐久
性、信頼性を向上させる。 【解決手段】 バスバ電極２の表面には、応力緩和金属
板６を介してＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２等を実装
すると共に、その裏面には複数のスリット溝３を形成す
る。また、ベースプレート１とバスバ電極２との間に接
着剤４を塗布すると共に、スリット溝３内に空間５を設
けた状態でベースプレート１とバスバ電極２とを接合す
る。これにより、空間５を通じて接着剤４中の揮発溶剤
を蒸発させ、接着剤４の熱抵抗を低減することができ
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、放熱用のベースプ
レートに絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下、
ＩＧＢＴという）、ＭＯＳトランジスタ（以下、ＭＯＳ
ＦＥＴという）等の半導体素子を実装した半導体装置に
関し、例えば電動モータの駆動制御等に用いて好適な半
導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置としてモータ制御に
用いるインバータ等のパワーモジュールが知られている
（例えば、特開２０００−２９９４１９号公報等）。そ
して、このような従来技術による半導体装置は、例えば
窒化アルミニウム等からなるセラミックス基板の表面
に、銅、アルミニウム等の金属箔を介してＩＧＢＴ等の
半導体素子を搭載されている。また、セラミックス基板
の裏面には、シリコーングリス等のオイルコンパウンド
を介してアルミニウム等の導電性金属材料からなる放熱
板が取付けられている。
【０００３】そして、半導体素子が動作するときには、
半導体素子が発生する熱を高熱伝導性を有するセラミッ
クス基板を通じて放熱板に伝達し、半導体素子からの熱
を放熱している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
よる半導体装置では、セラミックス基板の裏面には、シ
リコーングリスを挟んだ状態で放熱板が接合されてい
る。そして、一般にシリコーングリス等のオイルコンパ
ウンドは大きな熱抵抗を有するから、半導体素子によっ
て発生した熱を十分に放熱板に伝達することができない
傾向がある。また、セラミックス基板と放熱板との間に
は、セラミックス基板等の反り等によって隙間が生じ易
く、この隙間によって熱抵抗が増大することがある。こ
の結果、半導体素子の温度上昇を十分に抑制することが
できず、耐久性、信頼性が劣るという問題がある。
【０００５】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明の目的は、ＩＧＢＴ等の半導体素
子による熱を確実に放熱し、耐久性、信頼性を向上させ
ことができる半導体装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の発明による半導体装置は、ベースプ
レートと、表面側に半導体素子が設けられたバスバ電極
とを備え、前記バスバ電極の裏面側にはスリット溝を設
け、該スリット溝内に空間を設けた状態で接着剤を用い
て前記ベースプレートの表面と前記バスバ電極の裏面と
を接合する構成としたことにある。
【０００７】このように構成したことにより、スリット
溝内の空間によって接着剤に含まれる揮発溶剤を蒸発さ
せ、周囲へ拡散させることができるので、接着剤の熱抵
抗を小さくすることができる。
【０００８】また、ベースプレートとバスバ電極との接
着面側にはスリット溝を設けたから、接着剤をスリット
溝内部に押出すことができる。従って、ベースプレー
ト、バスバ電極等の反りによってベースプレートとバス
バ電極とが部分的に接近しているときでも、この接近し
た部分の接着剤をスリット溝内部に押出して接着剤の厚
さを薄くすることができる。この結果、全体としてベー
スプレートとバスバ電極との間隔を狭くし、熱抵抗を減
少させることができる。
【０００９】さらに、接着剤に応力が作用した場合で
も、スリット溝に形成した空間内部で接着剤が変形し、
応力を逃すことができる。このため、接着剤にクラック
等の発生を防止することができる。
【００１０】請求項２の発明は、バスバ電極の表面側に
は、直接的に半導体素子を実装し、または応力緩和金属
板を介してもしくは両面に金属薄膜を有するセラミック
ス基板を介して間接的に半導体素子を実装する構成とし
たことにある。
【００１１】これにより、半導体素子によって発生した
熱を、直接的または応力緩和金属板等を介して間接的に
バスバ電極に伝達し、ベースプレートから外部に放出す
ることができる。また、半導体素子とバスバ電極との間
に応力緩和金属板を設けた場合には、応力緩和金属板に
よって半導体素子とバスバ電極との間に作用する熱応力
を緩和することができる。
【００１２】請求項３の発明では、スリット溝をバスバ
電極に複数本設け、これらのスリット溝は平行または格
子状に配置する構成としてもよい。
【００１３】請求項４の発明では、接着剤は、バスバ電
極の裏面に形成された複数本のスリット溝のうち最外側
のスリット溝を除いてベースプレートの表面とバスバ電
極の裏面とを接合している。
【００１４】これにより、接着剤を押潰す際、接着剤が
バスバ電極の外側に向けて広がったとしても、その先端
は最外側のスリット溝内部で留まる。このため、例えば
銀ペースト等の高熱伝導性接着剤を用いても、接着剤が
バスバ電極の外側にはみ出すことがなく、はみ出した接
着剤によって隣接するバスバ電極等が短絡するのを防ぐ
ことができる。
【００１５】請求項５の発明は、ベースプレートの表面
には、バスバ電極の裏面に形成されたスリット溝に挿入
される突起部を設けたことにある。
【００１６】これにより、バスバ電極のスリット溝内に
ベースプレートの突起部を挿入した状態で両者を接合す
るから、ベースプレートとバスバ電極との接合面積を大
きくし、接着剤部分での熱抵抗を減少させることができ
る。また、バスバ電極のスリット溝とベースプレートの
突起部を接着剤によって接合、嵌合させるので、熱スト
レスによる応力が作用しても、接着剤部分でのクラック
等が生じ難く、接合強度を高めることができる。
【００１７】請求項６の発明は、バスバ電極には、スリ
ット溝に連通する貫通孔を設けたことにある。
【００１８】これにより、貫通孔を通じて接着剤に含ま
れる揮発溶剤を蒸発させることができる。また、スリッ
ト溝から溢れた接着剤を貫通孔を通じて除去することが
できる。さらに、貫通孔内で接着剤が変形することによ
って、接着剤に作用する応力を緩和することができる。
【００１９】請求項７の発明では、バスバ電極を、第１
の金属板の裏面側に第２の金属板を積層することによっ
て構成し、該第１の金属板の表面側には半導体素子を設
け、前記第２の金属板の裏面側にはスリット溝を設け、
該スリット溝内に空間を設けた状態で接着剤を用いてベ
ースプレートの表面と前記第２の金属板の裏面とを接合
する構成としたことにある。
【００２０】これにより、第１の金属板を比較的薄く形
成することによって、Ｘ線等を透過し易くすることがで
きる。このため、第１の金属板と応力緩和金属板等とを
半田を用いて接合したとき、この接合部にボイド（隙
間）の有無をＸ線透過等による方法を用いて確認するこ
とができる。
【００２１】また、バスバ電極を第１，第２の金属板の
積層構造によって形成したから、第１の金属板はバスバ
電極の引出し電極として半導体装置の外部に向けて延
び、第２の金属板はヒートスプレッダとして厚くする等
の複雑な形状のバスバ電極も容易に形成することができ
る。
【００２２】さらに、バスバ電極の熱容量を大きくする
ことができるから、半導体素子が過渡的に温度上昇した
場合でも、この熱をバスバ電極によって吸収し、半導体
素子の温度上昇を抑制することができる。
【００２３】この場合、請求項８の発明のように、ベー
スプレートと、表面側に半導体素子が設けられ裏面側に
該ベースプレートが接合されたバスバ電極とを備え、前
記バスバ電極は、第１の金属板の裏面側に第２の金属板
を積層することによって構成し、該第１の金属板の表面
側には前記半導体素子を設けると共に、該第１の金属板
の裏面側にはスリット溝を設け、該スリット溝内に空間
を設けた状態で接着剤を用いて前記第１の金属板の裏面
に第２の金属板の表面を接合し、前記第２の金属板の裏
面には前記ベースプレートを接合する構成としてもよ
い。
【００２４】請求項９の発明は、ベースプレートには複
数のバスバ電極を設ける構成としたことにある。これに
より、半導体装置全体を小型化することができると共
に、３相インバータ回路、Ｈブリッジ回路等を構成する
ことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
半導体装置として３相インバータ回路に適用した場合を
例に挙げて添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２６】まず、図１ないし図３は第１の実施の形態
による半導体装置を示し、１は例えば銅、アルミニウム
等の導電性金属材料からなるベースプレートで、該ベー
スプレート１は、略四角形の平板状に形成されている。
また、ベースプレート１の表面１Ａには後述のバスバ電
極２が６個配設され、これらのバスバ電極２に実装した
ＩＧＢＴ９等によって図２に示す３相インバータ回路が
形成されている。一方、ベースプレート１の裏面１Ｂに
は、例えば放熱フィン等の放熱機構(図示せず)が設けら
れている。
【００２７】２，２，…はベースプレート１の表面１Ａ
に取付けられたバスバ電極で、該バスバ電極２は、ベー
スプレート１と同様に銅等の導電性金属材料によって略
四角形の板状に形成されている。
【００２８】３，３，…はバスバ電極２の裏面側に設け
られたスリット溝で、該スリット溝３は、例えばバスバ
電極２の裏面側に複数本（例えば５本）形成され、これ
らのスリット溝３は格子状に配置されている。
【００２９】なお、複数本のスリット溝３は格子状に限
らず例えば互いに平行に配置してもよい。また、バスバ
電極２の裏面側には、単一のスリット溝３を設ける構成
としてもよい。
【００３０】４はベースプレート１の表面１Ａにバスバ
電極２の裏面を接合する接着剤で、該接着剤４は、例え
ばエポキシ樹脂またはシリコン系樹脂による微粒子と
銀、酸化アルミニウム（アルミナ）等の微粒子を揮発性
を有するアルコール系の溶剤を用いて混ぜ合わせること
によって形成され、高熱伝導性を有するものである。そ
して、接着剤４は、スリット溝３内に空間５を設けた状
態で、ベースプレート１とバスバ電極２とによって押潰
され、その一部がスリット溝３内に侵入している。
【００３１】６，６，…はバスバ電極２の表面側に配置
された応力緩和金属板で、該応力緩和金属板６は、例え
ば銅とモリブデンとの合金によって形成され、後述する
ＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２等とバスバ電極２との
間に熱応力が作用するのを緩和するものである。このた
め、応力緩和金属板６の熱膨張率は、ＩＧＢＴ９等の熱
膨張率とバスバ電極２の熱膨張率との中間の値となるよ
うに設定されている。また、応力緩和金属板６は、例え
ば比較的低温で溶融する半田７（共晶半田）によってバ
スバ電極２の中央部側に接合されている。
【００３２】８，８，…は３相インバータのアームで、
該アーム８は、半導体素子として応力緩和金属板６に設
けられた後述のＩＧＢＴ９と還流ダイオード１２とによ
って構成されている。
【００３３】９，９，…は応力緩和金属板６の表面に１
個ずつ設けられたＩＧＢＴで、該ＩＧＢＴ９は、その裏
面側に位置するコレクタ端子が例えば比較的高温で溶融
する半田１０（高温半田）を用いた半田付けによって応
力緩和金属板６に接合されると共に、表面側に位置する
エミッタ端子はワイヤボンディング１１によって後述す
る還流ダイオード１２に接続されている。また、ＩＧＢ
Ｔ９のゲート端子は、ＩＧＢＴ９の表面側に位置すると
共に、配線等によって駆動制御回路（図示せず）に接続
されている。
【００３４】１２，１２，…はＩＧＢＴ９の近傍に位置
して応力緩和金属板６の表面に１個ずつ設けられた還流
ダイオードで、該還流ダイオード１２は、その裏面側に
位置するカソード端子がＩＧＢＴ９と同様に例えば半田
１０を用いた半田付けによって応力緩和金属板６に接合
されると共に、表面側に位置するアノード端子がワイヤ
ボンディング１１によってＩＧＢＴ９のエミッタ端子に
接続されている。
【００３５】そして、このように構成される６個のアー
ム８のうち３個のアーム８は、図２に示すようにＩＧＢ
Ｔ９のコレクタ端子と還流ダイオード１２のカソード端
子が各応力緩和金属板６を通じて３相インバータ回路の
Ｐ相に接続されると共に、ＩＧＢＴ９のエミッタ端子と
還流ダイオード１２のアノード端子がＵ相、Ｖ相、Ｗ相
にそれぞれ接続される。
【００３６】また、残余の３個のアーム８は、図２に示
すようにＩＧＢＴ９のコレクタ端子と還流ダイオード１
２のカソード端子が各応力緩和金属板６を通じてＵ相、
Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ接続されると共に、ＩＧＢＴ９の
エミッタ端子と還流ダイオード１２のアノード端子がＮ
相に接続される。これにより、６個のアーム８は、３相
インバータ回路を構成している。
【００３７】本実施の形態による半導体装置は上述の如
き構成を有するもので、その作動について説明する。
【００３８】まず、ＩＧＢＴ９のコレクタ電流と還流ダ
イオード１２のカソード電流は、Ｐ相から応力緩和金属
板６を通じて流れ込む。そして、ＩＧＢＴ９のエミッタ
電流と還流ダイオード１２のアノード電流は、これらの
素子の表面に形成したワイヤボンディング（図示せず）
を介して他の応力緩和金属板６に流れる。これにより、
６個のアーム８は３相インバータとして３相誘導モータ
Ｍ等への電流のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切換えて制御
する。
【００３９】然るに、本実施の形態では、スリット溝３
と接着剤４との間には空間５を設ける構成としたから、
ベースプレート１にバスバ電極２を接着した状態で、こ
れらを１５０℃程度に加熱して接着剤４を固化するとき
であっても、スリット溝３内の空間５によって接着剤４
に含まれる揮発溶剤を蒸発させ、周囲へ拡散させること
ができる。このため、接着剤４に含まれる銀等のフィラ
ーを接近した状態で固化することができるから、接着剤
４の熱抵抗を小さくすることができる。
【００４０】これにより、ベースプレート１とバスバ電
極２とは熱抵抗の小さい接着剤４によって接合できるか
ら、従来技術のように放熱経路の途中に熱抵抗の大きな
オイルコンパウンド等を設ける必要がない。この結果、
放熱経路中の熱抵抗を低減し、効率よく放熱することが
できる。
【００４１】また、ベースプレート１とバスバ電極２と
の接着面側にはスリット溝３を設けたから、接着剤４が
その粘性によって薄膜化しにくい場合であっても、接着
剤４をスリット溝３内部に押出すことができる。従っ
て、ベースプレート１、バスバ電極２等の反りによって
ベースプレート１とバスバ電極２とが部分的に接近して
いるときでも、この接近した部分の接着剤４をスリット
溝３内部に押出して接着剤４の厚さを薄くすることがで
きる。この結果、全体としてベースプレート１とバスバ
電極２との間隔を狭くし、熱抵抗を減少させることがで
きる。
【００４２】さらに、接着剤４に応力が作用した場合で
も、スリット溝３に形成した空間内部で接着剤４が変形
し、応力を逃すことができる。このため、接着剤４にク
ラック等の発生を防止することができ、信頼性、耐久性
を向上することができる。
【００４３】また、ＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２は
応力緩和金属板６を介して間接的にバスバ電極２に接合
したから、ＩＧＢＴ９等によって発生した熱を、応力緩
和金属板６を介して間接的にバスバ電極２に伝達し、ベ
ースプレート１から外部に放出することができる。さら
に、応力緩和金属板６によってＩＧＢＴ９等とバスバ電
極２との間に作用する熱応力を緩和することができる。
【００４４】さらに、ベースプレート１には複数のバス
バ電極２を設ける構成としたから、複数のベースプレー
トを用いる場合に比べて、半導体装置全体を小型化する
ことができると共に、部品点数を削減し、製造コストを
低減することができる。
【００４５】次に、図４は第２の実施の形態による半導
体装置を示し、本実施の形態の特徴はベースプレートと
バスバ電極とは、バスバ電極の裏面に形成された複数本
のスリット溝のうち最外側のスリット溝を除いて接合し
たことにある。なお、本実施の形態では、第１の実施の
形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を
省略するものとする。
【００４６】２１はベースプレート１の表面１Ａに取付
けられたバスバ電極で、該バスバ電極２１は、第１の実
施の形態によるバスバ電極２と同様に銅等の導電性金属
材料によって略四角形の板状に形成されている。
【００４７】２２，２２，…はバスバ電極２１の裏面側
に設けられたスリット溝で、該スリット溝２２は、バス
バ電極２１の裏面側に複数本（５本のみ図示）形成さ
れ、これらのスリット溝２２は互いに平行または格子状
に配置されている。また、複数のスリット溝２２のうち
最外側のスリット溝２２Ａ，２２Ａはバスバ電極２１の
両端近傍に位置して外周縁に沿って延びている。
【００４８】２３はベースプレート１の表面１Ａにバス
バ電極２１の裏面を接合する接着剤で、該接着剤２３
は、第１の実施の形態による接着剤４と同様にエポキシ
樹脂、銀の微粒子、揮発溶剤等によって構成され、高熱
伝導性を有するものである。そして、接着剤２３は、ス
リット溝２２内に空間２４を設けた状態でベースプレー
ト１とバスバ電極２１とを接合し、その一部がスリット
溝２２内に侵入している。
【００４９】また、接着剤２３は、複数のスリット溝２
２のうち最外側のスリット溝２２Ａを除いてベースプレ
ート１とバスバ電極２１とを接合している。このため、
接着剤２３の端部２３Ａは、例えば最外側のスリット溝
２２Ａの内部に位置している。
【００５０】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、接着剤２３は複数のスリット溝２２の
うち最外側のスリット溝２２Ａを除いてベースプレート
１とバスバ電極２１とを接合する構成としたから、接着
剤２３を押潰す際、接着剤２３が広がったとしても、そ
の端部２３Ａを最外側のスリット溝２２Ａ内部で留める
ことができる。このため、接着剤２３として例えば銀ペ
ースト等の高熱伝導性接着剤を用いても、接着剤２３が
バスバ電極２１の外側にはみ出すことがなくなる。この
結果、はみ出した接着剤２３によって隣接するバスバ電
極２１等が短絡するのを防ぎ、信頼性を向上させること
ができる。
【００５１】なお、前記第２の実施の形態では、接着剤
２３の端部２３Ａは、複数本のスリット溝２２のうち最
外側のスリット溝２２Ａの内部に配置する構成とした
が、接着剤２３が最外側のスリット溝２２Ａを除いてベ
ースプレート１とバスバ電極２１とを接合する構成であ
ればよい。このため、図５に示す変形例のように接着剤
２３′の端部２３Ａ′を最外側のスリット溝２２Ａより
も内側（バスバ電極２１の中央部側）に配置する構成と
してもよい。
【００５２】次に、図６は第３の実施の形態による半導
体装置を示し、本実施の形態の特徴は、ベースプレート
の表面にバスバ電極の裏面に形成されたスリット溝に挿
入される突起部を設けたことにある。なお、本実施の形
態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符
号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５３】３１は本実施の形態によるベースプレート
で、該ベースプレート３１は第１の実施の形態によるベ
ースプレート１と同様に導電性金属材料によって略四角
形の平板状に形成されている。また、ベースプレート３
１の表面３１Ａには後述のバスバ電極３３が取付けられ
ると共に、裏面３１Ｂには放熱フィン等が設けられてい
る。
【００５４】３２，３２，…はベースプレート３１の表
面３１Ａに突出して設けられた突起部で、該突起部３２
は、バスバ電極３３のスリット溝３４に対応した位置に
配置され、スリット溝３４に沿って紐状に延びている。
【００５５】３３はベースプレート３１の表面３１Ａに
取付けられたバスバ電極で、該バスバ電極３３は、第１
の実施の形態によるバスバ電極２と同様に銅等の導電性
金属材料によって略四角形の板状に形成されている。
【００５６】３４，３４，…はバスバ電極３３の裏面側
に設けられたスリット溝で、該スリット溝３４は、バス
バ電極３３の裏面側に複数本（５本のみ図示）形成さ
れ、これらのスリット溝３４は互いに平行または格子状
に配置されている。また、スリット溝３４内にはベース
プレート３１の突起部３２が挿入して嵌合されている。
そして、バスバ電極３３はスリット溝３４と突起部３２
とが噛合した状態で接着されるものである。
【００５７】３５はベースプレート３１の表面３１Ａに
バスバ電極３３の裏面を接合する接着剤で、該接着剤３
５は、第１の実施の形態による接着剤４と同様にエポキ
シ樹脂、銀の微粒子、揮発溶剤等によって構成され、高
熱伝導性を有するものである。また、接着剤３５は、ベ
ースプレート３１のうちバスバ電極３３に対応した位置
として突起部３２を覆った状態で塗布されている。そし
て、接着剤３５は、スリット溝３４内に空間３６を設け
た状態で、ベースプレート３１とバスバ電極３３とを接
合し、その一部がスリット溝３４内に侵入している。
【００５８】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、ベースプレート３１の突起部３２をバ
スバ電極３３のスリット溝３４内に挿入した状態で、ベ
ースプレート３１とバスバ電極３３とを接合する構成と
したから、ベースプレート３１とバスバ電極３３との接
合面積を広くすることができる。この結果、ベースプレ
ート３１とバスバ電極３３との間での熱流密度を小さく
し、熱流をベースプレート３１内部に充分に拡散でき
る。このため、大きな面積を有するベースプレート３１
等を通じて放熱することができ、放熱効率を高めること
ができる。
【００５９】また、ベースプレート３１の突起部３２側
面（端面）とバスバ電極３３のスリット溝３４側面とを
嵌合させることができ、機械的な応力等が作用した場合
でも、ベースプレート３１とバスバ電極３３とが剥離す
ることがなくなり、信頼性、耐久性を向上させることが
できる。
【００６０】次に、図７および図８は第４の実施の形態
による半導体装置を示し、本実施の形態の特徴は、バス
バ電極にはスリット溝に連通する貫通孔を設けたことに
ある。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同
一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する
ものとする。
【００６１】４１はベースプレート１の表面１Ａに取付
けられたバスバ電極で、該バスバ電極４１は、第１の実
施の形態によるバスバ電極２と同様に銅等の導電性金属
材料によって略四角形の板状に形成されている。
【００６２】４２，４２，…はバスバ電極４１の裏面側
に設けられたスリット溝で、該スリット溝４２は、バス
バ電極４１の裏面側に例えば３本形成され、これらのス
リット溝４２は互いに平行に延びて配置されている。
【００６３】４３，４３，…はバスバ電極４１を貫通し
て設けられた貫通孔で、該貫通孔４３は、スリット溝４
２に連通すると共に、小径の開口またはスリット溝４２
に沿った細長い開口等を有している。
【００６４】４４はベースプレート１の表面１Ａにバス
バ電極４１の裏面を接合する接着剤で、該接着剤４４
は、第１の実施の形態による接着剤４と同様に高熱伝導
性を有している。そして、接着剤４４は、スリット溝４
２内に空間４５を設けた状態で、ベースプレート１とバ
スバ電極４１とを接合し、その一部がスリット溝４２内
に侵入している。
【００６５】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、バスバ電極４１には、スリット溝４２
に連通する貫通孔４３を設けたから、貫通孔４３を通じ
て接着剤４４に含まれる揮発溶剤を蒸発させることがで
きると共に、スリット溝４２から溢れた接着剤４４を貫
通孔４３を通じて除去することができる。また、貫通孔
４３内で接着剤４４が変形することによって、接着剤４
４に作用する応力を緩和することができ、接着剤４４に
対するクラック等の発生を防止し、信頼性を高めること
ができる。
【００６６】次に、図９は第５の実施の形態による半導
体装置を示し、本実施の形態の特徴はバスバ電極を２枚
の金属板を接合することによって形成したことにある。
なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構
成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものと
する。
【００６７】５１は本実施の形態によるバスバ電極で、
該バスバ電極５１は、略四角形の平板状に形成された第
１の金属板５２と、該第１の金属板５２の裏面側に設け
られ第１の金属板５２よりも大きい面積を有する第２の
金属板５３とによって構成されている。また、第１の金
属板５２は、第２の金属板５３の中央部に位置し、その
裏面側が半田５４を用いて第２の金属板５３の表面側に
接合されると共に、表面側には応力緩和金属板６が半田
付けされている。
【００６８】５５，５５，…は第２の金属板５３の裏面
側に設けられたスリット溝で、該スリット溝５５は、例
えばバスバ電極５１の裏面側に複数本（例えば５本）形
成され、これらのスリット溝５５は平行または格子状に
配置されている。
【００６９】５６はベースプレート１の表面１Ａにバス
バ電極５１の裏面を接合する高熱伝導性の接着剤で、該
接着剤５６は、スリット溝５５内に空間５７を設けた状
態で、ベースプレート１と第２の金属板５３とを接合し
ている。
【００７０】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。しかし、本
実施の形態では、バスバ電極５１を第１，第２の金属板
５２，５３によって形成したから、第１の金属板５２の
厚さを薄くすることによって、Ｘ線等を透過し易くする
ことができる。このため、第１の金属板５２と応力緩和
金属板６等とを半田７を用いて接合したとき、この接合
部でのボイド（隙間）の有無をＸ線透過等の方法を用い
て確認することができる。この結果、接合部分のボイド
の含有率が低いものを使用することができ、ボイドの増
大による放熱性の悪化を防ぎ、信頼性を高めることがで
きる。
【００７１】また、バスバ電極５１を第１，第２の金属
板５２，５３の積層構造によって形成したから、第１の
金属板５２はバスバ電極５１の引出し電極として半導体
装置の外部に向けて延び、第２の金属板５３はヒートス
プレッダとして厚くする等の複雑な形状のバスバ電極５
１も容易に形成することができる。
【００７２】さらに、バスバ電極５１の熱容量を大きく
することができるから、ＩＧＢＴ９、還流ダイオード１
２が過渡的に温度上昇した場合でも、この熱をバスバ電
極５１によって吸収し、ＩＧＢＴ９等の温度上昇を抑制
することができる。
【００７３】また、第１の金属板５２上にＩＧＢＴ９、
還流ダイオード１２を実装した後に第１，第２の金属板
５２，５３を接合することができる。このため、第１の
金属板５２に実装した状態でＩＧＢＴ９等に異常が生じ
ているか否かを確認した後に、第１，第２の金属板５
２，５３を接合することができ、正常なＩＧＢＴ９等だ
けをバスバ電極５１に取付けることができ、歩留まりを
向上することができる。
【００７４】次に、図１０は第６の実施の形態による半
導体装置を示し、本実施の形態の特徴は第１の金属板の
裏面側にスリット溝を設けると共に、接着剤を用いて第
１の金属板の裏面側に第２の金属板を接合してバスバ電
極を構成してことにある。なお、本実施の形態では、第
１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、
その説明を省略するものとする。
【００７５】６１は本実施の形態によるバスバ電極で、
該バスバ電極６１は、略四角形の平板状に形成された第
１の金属板６２と、該第１の金属板６２の裏面側に設け
られ第１の金属板６２よりも大きい面積を有する第２の
金属板６３とによって構成されている。また、第１の金
属板６２は、第２の金属板６３の中央部に位置し、その
裏面側が後述の接着剤６６を用いて第２の金属板６３の
表面側に接合されると共に、表面側には応力緩和金属板
６が半田付けされている。一方、第２の金属板６３は、
その裏面側が半田６４を用いてベースプレート１の表面
１Ａに接合されている。
【００７６】６５，６５，…は第１の金属板６２の裏面
側に設けられたスリット溝で、該スリット溝６５は、第
１の金属板６２の裏面側に複数本（例えば３本）形成さ
れ、これらのスリット溝６５は平行または格子状に配置
されている。
【００７７】６６は第１，第２の金属板６２，６３を接
合する高熱伝導性の接着剤で、該接着剤６６は、スリッ
ト溝６５内に空間６７を設けた状態で、第１，第２の金
属板６２，６３を接合している。
【００７８】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。また、バス
バ電極６１を第１，第２の金属板６２，６３を積層する
ことによって形成したから、第６の実施の形態と同様の
作用効果をも得ることができる。
【００７９】次に、図１１は第７の実施の形態による半
導体装置を示し、本実施の形態の特徴はベースプレート
の表面にはセラミックス基板を介してＩＧＢＴ、還流ダ
イオードを取付ける構成としたことにある。なお、本実
施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同
一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００８０】７１はアルミナ等のセラミックス材料によ
って形成された平板状のセラミックス基板で、該セラミ
ックス基板７１の熱膨張率は、第１の実施の形態による
応力緩和金属板６と同様にＩＧＢＴ９等の熱膨張率とバ
スバ電極２の熱膨張率との中間の値となるように設定さ
れている。
【００８１】また、セラミックス基板７１は、その両面
に金属薄膜７１Ａ，７１Ａが形成され、これらの金属薄
膜７１ＡはＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２、バスバ電
極２に半田７２を用いてそれぞれ接合されている。
【００８２】かくして、本実施の形態でも第１の実施の
形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００８３】なお、前記第１ないし第６の実施の形態で
は、バスバ電極２には応力緩和金属板６を介してＩＧＢ
Ｔ９、還流ダイオード１２を取付ける構成としたが、第
７の実施の形態のように応力緩和金属板６に代えてセラ
ミックス基板を介してＩＧＢＴ等を取付ける構成として
もよく、応力緩和金属板を省いてＩＧＢＴ等を直接的に
バスバ電極に半田付けし、実装する構成としてもよい。
【００８４】また、前記各実施の形態では、半導体装置
として３相インバータを構成した場合を例に挙げて説明
したが、例えばＨブリッジ回路等を構成してもよい。
【００８５】また、前記各実施の形態では、半導体素子
としてＩＧＢＴ９、還流ダイオード１２を用いるものと
したが、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、また
は静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）を用いる構成として
もよい。
【００８６】
【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明によ
れば、バスバ電極の裏面側にはスリット溝を設け、該ス
リット溝内に空間を設けた状態で接着剤を用いてベース
プレートとバスバ電極とを接合したから、スリット溝内
の空間によって接着剤に含まれる揮発溶剤を蒸発させ、
周囲へ拡散させることができ、接着剤の熱抵抗を小さく
することができる。
【００８７】また、ベースプレートとバスバ電極との接
着面側にはスリット溝を設けたから、接着剤をスリット
溝内部に押出すことができる。従って、ベースプレー
ト、バスバ電極等の反りによってベースプレートとバス
バ電極とが部分的に接近しているときでも、この接近し
た部分の接着剤をスリット溝内部に押出して接着剤の厚
さを薄くすることができる。この結果、全体としてベー
スプレートとバスバ電極との間隔を狭くし、熱抵抗を減
少させることができる。
【００８８】さらに、接着剤に応力が作用した場合で
も、スリット溝に形成した空間内部で接着剤が変形し、
応力を逃すことができる。このため、接着剤にクラック
等の発生を防止することができ、信頼性、耐久性を向上
することができる。
【００８９】請求項２の発明によれば、バスバ電極の表
面側には、直接的に半導体素子を実装し、または応力緩
和金属板を介してもしくは両面に金属薄膜を有するセラ
ミックス基板を介して間接的に半導体素子を実装する構
成としたから、半導体素子によって発生した熱を、直接
的または応力緩和金属板等を介して間接的にバスバ電極
に伝達し、ベースプレートから外部に放出することがで
きる。また、半導体素子とバスバ電極との間に応力緩和
金属板を設けた場合には、応力緩和金属板によって半導
体素子とバスバ電極との間に作用する熱応力を緩和する
ことができる。
【００９０】請求項３の発明によれば、スリット溝をバ
スバ電極またはベースプレートに複数本設け、これらの
スリット溝を平行または格子状に配置する構成としても
よい。
【００９１】請求項４の発明によれば、接着剤は、バス
バ電極の裏面に形成された複数本のスリット溝のうち最
外側のスリット溝を除いてベースプレートの表面とバス
バ電極の裏面とを接合する構成としたから、接着剤を押
潰す際、最外側のスリット溝内部で接着剤を留めること
ができる。このため、例えば銀ペースト等の高熱伝導性
接着剤を用いても、接着剤がバスバ電極の外側にはみ出
すことがなく、はみ出した接着剤によって隣接するバス
バ電極等が短絡するのを防ぎ、信頼性を向上させること
ができる。
【００９２】請求項５の発明によれば、ベースプレート
の表面には、バスバ電極の裏面に形成されたスリット溝
に挿入される突起部を設けたから、ベースプレートとバ
スバ電極との接合面積を大きくすることができ、接着剤
部分での熱抵抗を減少させることができる。また、バス
バ電極のスリット溝とベースプレートの突起部を接着剤
によって接合、嵌合させるので、熱ストレスによる応力
が作用しても、接着剤部分でのクラック等が生じ難く、
接合強度を高めることができる。
【００９３】請求項６の発明によれば、バスバ電極に
は、前記スリット溝に連通する貫通孔を設けたから、貫
通孔を通じて接着剤に含まれる揮発溶剤を蒸発させるこ
とができると共に、スリット溝から溢れた接着剤を貫通
孔を通じて除去することができる。また、貫通孔内で接
着剤が変形することによって、接着剤に作用する応力を
緩和することができる。
【００９４】請求項７の発明によれば、第１，第２の金
属板からなるバスバ電極のうち第２の金属板の裏面には
スリット溝を形成し、該スリット溝に空間を設けた状態
で接着剤を用いてベースプレートと第２の金属板とを接
合する構成としたから、第１の金属板を比較的薄く形成
することによって、Ｘ線等を透過し易くすることができ
る。このため、第１の金属板と応力緩和金属板等とを半
田を用いて接合したとき、この接合部にボイド（隙間）
の有無をＸ線透過等による方法を用いて確認することが
できる。この結果、接合部分のボイドの含有率が低いも
のを用いることができ、ボイドの増大による放熱性の悪
化を防ぎ、信頼性を高めることができる。
【００９５】また、バスバ電極を第１，第２の金属板の
積層構造によって形成したから、第１の金属板はバスバ
電極の引出し電極として半導体装置の外部に向けて延
び、第２の金属板はヒートスプレッダとして厚くする等
の複雑な形状のバスバ電極も容易に形成することができ
る。
【００９６】さらに、バスバ電極の熱容量を大きくする
ことができるから、半導体素子が過渡的に温度上昇した
場合でも、この熱をバスバ電極によって吸収し、半導体
素子の温度上昇を抑制することができる。
【００９７】また、請求項８の発明のように、バスバ電
極を構成する第１，第２の金属板のうち第１の金属板の
裏面側にはスリット溝を設け、該スリット溝に空間を設
けた状態で接着剤を用いて第１，第２の金属板を接合す
る構成としても、請求項７と同様の作用効果を得ること
ができる。
【００９８】請求項９の発明によれば、ベースプレート
には複数のバスバ電極を設ける構成としたことにある。
これにより、半導体装置全体を小型化することができる
と共に、３相インバータ回路、Ｈブリッジ回路等を構成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体装置を
示す平面図である。
【図２】第１の実施の形態による半導体装置に設けた３
相インバータを示す電気回路図である。
【図３】半導体装置を図１中の矢示III−III方向からみ
た断面図である。
【図４】第２の実施の形態による半導体装置を示す断面
図である。
【図５】第２の実施の形態の変形例による半導体装置を
示す断面図である。
【図６】第３の実施の形態による半導体装置を示す断面
図である。
【図７】第４の実施の形態による半導体装置を拡大して
示す平面図である。
【図８】半導体装置を図７中の矢示VIII−VIII方向から
みた断面図である。
【図９】第５の実施の形態による半導体装置を示す断面
図である。
【図１０】第６の実施の形態による半導体装置を示す断
面図である。
【図１１】第７の実施の形態による半導体装置を示す断
面図である。
【符号の説明】
１，３１， ベースプレート ２，２１，３３，４１，５１，６１ バスバ電極 ３，２２，３４，４２，５５，６５ スリット溝 ４，２３，２３′，３５，４４，５６，６６ 接着剤 ５，２４，３６，４５，５７，６７ 空間 ６ 応力緩和金属板 ９ ＩＧＢＴ（半導体素子） １２ 還流ダイオード（半導体素子） ３２ 突起部 ４３ 貫通孔 ５２，６２ 第１の金属板 ５３，６３ 第２の金属板 ７１ セラミックス基板

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ベースプレートと、表面側に半導体素子
    が設けられたバスバ電極とを備え、 前記バスバ電極の裏面側にはスリット溝を設け、 該スリット溝内に空間を設けた状態で接着剤を用いて前
    記ベースプレートの表面と前記バスバ電極の裏面とを接
    合する構成としてなる半導体装置。
  2. 【請求項２】 前記バスバ電極の表面側には、直接的に
    半導体素子を実装し、または応力緩和金属板を介しても
    しくは両面に金属薄膜を有するセラミックス基板を介し
    て間接的に半導体素子を実装する構成としてなる請求項
    １に記載の半導体装置。
  3. 【請求項３】 前記スリット溝は、前記バスバ電極に複
    数本設け、これらのスリット溝は平行または格子状に配
    置する構成としてなる請求項１または２に記載の半導体
    装置。
  4. 【請求項４】 前記接着剤は、前記バスバ電極の裏面に
    形成された複数本のスリット溝のうち最外側のスリット
    溝を除いて前記ベースプレートの表面と前記バスバ電極
    の裏面とを接合してなる請求項３に記載の半導体装置。
  5. 【請求項５】 前記ベースプレートの表面には、前記バ
    スバ電極の裏面に形成されたスリット溝に挿入される突
    起部を設けてなる請求項１，２，３または４に記載の半
    導体装置。
  6. 【請求項６】 前記バスバ電極には、前記スリット溝に
    連通する貫通孔を設けてなる請求項１，２，３，４また
    は５に記載の半導体装置。
  7. 【請求項７】 前記バスバ電極は、第１の金属板の裏面
    側に第２の金属板を積層することによって構成し、 該第１の金属板の表面側には前記半導体素子を設け、 前記第２の金属板の裏面側には前記スリット溝を設け、 該スリット溝内に空間を設けた状態で接着剤を用いて前
    記ベースプレートの表面と前記第２の金属板の裏面とを
    接合する構成としてなる請求項１，２，３，４，５また
    は６に記載の半導体装置。
  8. 【請求項８】 ベースプレートと、表面側に半導体素子
    が設けられ裏面側に該ベースプレートが接合されたバス
    バ電極とを備え、 前記バスバ電極は、第１の金属板の裏面側に第２の金属
    板を積層することによって構成し、 該第１の金属板の表面側には前記半導体素子を設けると
    共に、該第１の金属板の裏面側にはスリット溝を設け、 該スリット溝内に空間を設けた状態で接着剤を用いて前
    記第１の金属板の裏面に第２の金属板の表面を接合し、 前記第２の金属板の裏面には前記ベースプレートを接合
    する構成としてなる半導体装置。
  9. 【請求項９】 前記ベースプレートには複数のバスバ電
    極を設ける構成としてなる請求項１，２，３，４，５，
    ６，７または８に記載の半導体装置。
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