JP2920102B2

JP2920102B2 - 電力用半導体モジュール

Info

Publication number: JP2920102B2
Application number: JP35024895A
Authority: JP
Inventors: 雅洋青山; 豊二安田
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-12-21
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: JPH09181219A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気回路が形成さ
れた絶縁体基板を金属基板上に載設した構造を有する電
力用半導体モジュールに関し、特に、上記絶縁体基板と
金属基板とを、例えば半田付け等の鑞付けにより接着さ
せる電力用半導体モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、溶接機や充電器、無停電電源装
置、モータコントロール装置等において、これらの装置
の小型・軽量化を図るために、その電源部にインバータ
回路を採用するものが多くなっている。このインバータ
回路を用いた電源部の回路図の一例を図３に示す。

【０００３】同図において、１は、交流電源で、この交
流電源１から、例えば５０または６０Ｈｚの商用交流電
圧がこの電源部に供給される。この電源部に供給された
商用交流電圧は、サイリスタ２ａ、２ｂの直列回路２及
びダイオード３ａ、３ｂの直列回路３から成るブリッジ
回路によって整流され、更にコンデンサ４ａ、４ｂの直
列回路４により平滑されて直流電圧に変換された後、イ
ンバータ回路５に入力される。

【０００４】インバータ回路５は、スイッチング素子５
ａ、５ｂの直列回路と、各スイッチング素子５ａ、５ｂ
に逆並列接続されたフリーホイリングダイオード５ｃ、
５ｄとによって構成されており、入力された上記直流電
圧を、例えば２０乃至５０ｋＨｚの高周波交流電圧に変
換する。なお、上記スイッチング素子５ａ、５ｂは、例
えばＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ、バイポーラトランジス
タ等により形成されており、これらのスイッチング動作
は、図示しない制御回路によって制御される。

【０００５】上記インバータ回路５の出力は、高周波変
圧器６によって絶縁されると共に、負荷に必要な電圧レ
ベルにまで変圧される。そして、出力ダイオード７ａ、
７ｂから成る出力整流回路７によって整流され、更にリ
アクトル８によって平滑され、即ち再度直流電圧に変換
されて、図示しない負荷に供給される。

【０００６】なお、同図に示す回路においては、交流電
源１の一端と、コンデンサ４ａ、４ｂの接続点及び高周
波変圧器６の一次巻線６ａの一端との間に、トライアッ
ク９を設けている。即ち、交流電源１が１００Ｖ系のと
き、このトライアック９のゲート端子をＯＮさせ、２０
０Ｖ系のときにはＯＦＦさせることにより、交流電源１
が１００Ｖ系のときも２００Ｖ系のときも、インバータ
回路５に供給される直流電圧のレベルが略同等になるよ
うに構成されている。

【０００７】ところで、上記図３に示すような電源部、
特に電力用半導体素子（即ち、サイリスタ２ａ、２ｂ、
ダイオード３ａ、３ｂ、スイッチング素子５ａ、５ｂ、
フリーホイリングダイオード５ｃ、５ｄ、出力ダイオー
ド７ａ、７ｂ、及びトライアック９）については、一般
に、電力用半導体モジュールとして例えば１個のケース
内にまとめられ、これによって更なる小型・軽量化が図
られている。従来、この電力用半導体モジュールとし
て、例えば図４に示すようなものがある。

【０００８】同図において、１００は、絶縁体基板、例
えばアルミナや窒化アルミニウム等で形成されたセラミ
ックス板で、このセラミックス板１００は、四隅が若干
扇状に切り取られた概略長方形の形状を有している。こ
のセラミックス板１００の一方の面（同図（ａ）におい
ては紙面の表側面、同図（ｂ）においては上方面。）に
は、メタライズ処理またはその他の処理によって銅回路
（パターン）１００ａが形成されており、この銅回路１
００ａの所定箇所に、上述した各電力用半導体素子のチ
ップ部品（半導体チップ）が半田付けされている。更
に、必要に応じて、電力用半導体チップと銅回路１００
ａとの間でワイヤボンディング（図示せず）が成されて
おり、これによって上記図３に示す回路が形成されてい
る。一方、このセラミックス板１００の他方の面には、
メタライズ処理またはその他の処理により例えば銅等の
金属層１００ｂが形成されている。

【０００９】また、図４における１０は、例えば鉄や
銅、アルミニウム等により形成された金属基板で、この
金属基板１０は、上記セラミックス板１００よりも（平
面の）面積が若干、例えば一回りほど大きい長方形の形
状を有している。そして、この金属基板１０上に、上記
セラミックス板１００が、上記金属層１００ｂの形成さ
れた面をこの金属基板１０の一方の面に向けた状態で、
かつ金属基板１０の周縁からはみ出ないように載設され
ている。なお、この金属基板１０とセラミックス板１０
０とは、鑞付け、例えば半田付けにより接着されてお
り、例えば、上記金属基板１０の一方の面上にクリーム
半田を印刷して、この上にセラミックス板１００を載置
し、これをリフロー炉で加熱することにより、両者の半
田接着を実現することができる。また、この半田接着の
際に、予め銅回路１００ａ上の必要箇所にクリーム半田
を塗布し、この上に例えば銅回路１００ａ間を接続する
中継帯や外部引出端子等（図示せず）を載置しておくこ
とによって、これらについても上記リフロー炉の加熱に
よって同時に半田接着することができる。

【００１０】そして、上記半田接着の後に、図４（ａ）
に一点鎖線で示すように、金属基板１０の周縁及び上方
を例えば樹脂製のケースで覆い、このケース内に所定量
のシリコンゲルを注入してこれを加熱硬化し、更にエポ
キシ樹脂を充填してこれを加熱硬化することによって、
電力用半導体モジュールを完成させている。なお、ケー
スの外側には、上述した外部引出端子が引き出されてお
り、ケース内に納められない上記電力用半導体チップ以
外の部品、即ちコンデンサ４ａ、４ｂや高周波変圧器
６、リアクトル８等については、ケースの外側において
これらの外部引出端子に接続される。

【００１１】また、この電力用半導体モジュールは、内
部の上記各電力用半導体チップから発生する熱を外部に
放熱させるために、通常、例えば同図（ｂ）に点線で示
すような冷却フィンに固定される。なお、冷却フィン
は、金属基板１０の上記セラミックス板１００が載置さ
れた側とは反対側の面に密着するように設けられ、電力
用半導体モジュールは、金属基板１０の四隅に穿設され
ている取付孔１１、１１、・・・を介して例えばボルト
等により上記冷却フィンに固定される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に金属基板１０とセラミックス板１００とをリフロー炉
で加熱すると、両者は共に熱膨張するが、金属基板１０
の熱膨張係数がセラミックス板１００の熱膨張係数より
も遙かに大きいため、金属基板１０の方がセラミックス
板１００に比べて大きく膨張する。その結果、金属基板
１０とセラミックス板１００との接着面において、金属
基板１０に反り（変形）が生じてしまう。ここで、上記
従来技術においては、セラミックス板１００は金属基板
１０に比べて一回りほど小さい寸法（面積）とされてお
り、即ち金属基板１０の略全面にわたってセラミックス
板１００が半田接着されるので、金属基板１０は、例え
ば図５に誇張して示すように、その略全面にわたって大
きく反ってしまうという問題がある。

【００１３】即ち、上記のように金属基板１０の略全面
にわたって大きな反りが生じると、この電力用半導体モ
ジュールを冷却フィンに固定したときに、両者を十分に
密着させることができなくなる。従って、電力用半導体
モジュール内の電力用半導体チップから発生した熱が冷
却フィン側に十分に伝導せず、即ち冷却フィンによる放
熱効果を十分に得ることができず、ひいては上記電力用
半導体チップを熱破壊してしまう恐れがあるという問題
がある。

【００１４】また、上記冷却フィンによる放熱効果が得
られるようにするために、金属基板１０の反りの方向と
反対向きに大きな力を加えて電力用半導体モジュール
（金属基板１０）と冷却フィンとを無理矢理密着させよ
うとすると（金属基板１０の反りを補正しようとする
と）、セラミックス板１００がこの応力に耐えきれずに
割れてしまう（破損してしまう）という問題も生じる。

【００１５】更に、図５に示すように、金属基板１０の
中央側がセラミックス板１００の位置する側と反対方向
に向かって突き出るように凸状に反った場合、リフロー
炉による加熱の際に、クリーム半田内に残っているガス
や空気などが外部に逃げることができず、これによって
半田層１２内にボイド（空胴：図示せず）が発生する。
このように半田層１２内にボイドが発生すると、セラミ
ックス板１００及び金属基板１０間における熱伝導効率
が悪化するので、このことも上記放熱効果を低下させる
原因となる。

【００１６】本発明は、上記金属基板１０の反りを小さ
く抑えることにより、上記各問題を克服した電力用半導
体モジュールを提供することを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、一方
の面に電力用半導体素子を含む電気回路が形成された絶
縁体基板と、該絶縁体基板が載設された金属基板とを具
備し、上記絶縁体基板は、その他方の面が上記金属基板
面に例えば半田付け等の鑞付けにより接着され上記金属
基板面の周縁からはみ出ない状態に該金属基板上に載設
されている電力用半導体モジュールにおいて、上記絶縁
体基板が、複数に分割された状態で上記金属基板上に載
設され、これら各絶縁体基板の上記金属基板との鑞付け
面に沿う全方向それぞれの各最大寸法が、上記金属基板
の上記全方向それぞれにおける最大寸法の半分以下とな
る状態に構成されたことを特徴とするものである。

【００１８】即ち、絶縁体基板が分割されているので、
金属基板に生じる反り（変形）も分散される。例えば、
金属基板の略全面にわたって絶縁体基板が接着される場
合と比較して、金属基板に生じる反りの程度が半分以下
になる。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の電力用半導体モジュールにおいて、上記各絶縁体基板
の上記金属基板との鑞付け面に沿う全方向それぞれにお
ける各最大寸法のうち、最も大きい寸法を有する絶縁体
基板の上記最大寸法が、最も小さい寸法を有する絶縁体
基板の上記最大寸法の１乃至３倍となる状態に構成され
たことを特徴とするものである。

【００２４】即ち、金属基板に生じている反りのうち、
最も反りの大きい部分の反りの程度が、最も反りの小さ
い部分の反りの程度の１乃至３倍となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明に係る電力用半導体モジュ
ールの一実施の形態について、図１を参照して説明す
る。本実施の形態における電力用半導体モジュールは、
上述した従来技術のものと同様、例えば図３に示す回路
構成、特に各電力用半導体チップ（サイリスタ２ａ、２
ｂ、ダイオード３ａ、３ｂ、スイッチング素子５ａ、５
ｂ、フリーホイリングダイオード５ｃ、５ｄ、出力ダイ
オード７ａ、７ｂ、及びトライアック９）を１個のケー
ス内にまとめたもので、図１（ａ）は、上記ケースを取
り付ける前の状態を示す平面図、同図（ｂ）は、側面図
である。

【００２６】なお、本実施の形態の電力用半導体モジュ
ールは、上述の図４に示す従来技術の電力用半導体モジ
ュールにおける１枚のセラミックス板１００を、複数、
例えば５枚のセラミックス板２０、３０、５０、７０、
９０に分割し、これらを金属基板１０上に載置接着した
もので、この点が本実施の形態の大きな特徴とするとこ
ろである。これ以外の構成については、上記従来技術と
同様であり、同等部分には同一符号を付して、その詳細
な説明を省略する。

【００２７】即ち、図１（ａ）に示すセラミックス板２
０、３０、５０、７０、９０は、上記従来技術における
セラミックス板１００と同様に、例えばアルミナや窒化
アルミニウム等で形成されており、各々例えば長方形状
に成形されている。そして、各々の一方の面（図１
（ａ）においては紙面の表側面、同図（ｂ）においては
上方面）には、メタライズ処理またはその他の処理によ
って銅回路（パターン）２０ａ、３０ａ、５０ａ、７０
ａ、９０ａが形成されている。また、各々の他方の面に
は、メタライズ処理またはその他の処理により例えば銅
等の金属層２０ｂ、３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ、９０ｂが
形成されている。

【００２８】このうち、セラミックス板２０上に形成さ
れた銅回路２０ａの所定箇所には、例えば図３に示すサ
イリスタ２ａ、２ｂのチップ部品が半田付けされてお
り、即ち、このセラミックス板２０上には、上記サイリ
スタ２ａ、２ｂから成る直列回路２が形成されている。

【００２９】また、セラミックス板３０上に形成された
銅回路３０ａの所定箇所には、例えば図３に示すダイオ
ード３ａ、３ｂのチップ部品が半田付けされており、即
ち、このセラミックス板３０上には、上記ダイオード３
ａ、３ｂから成る直列回路３が形成されている。

【００３０】更に、セラミックス板５０上に形成された
銅回路５０ａの所定箇所には、例えば図３に示すスイッ
チング素子５ａ、５ｂ、フリーホイリングダイオード５
ｃ、５ｄの各チップ部品が半田付けされている。即ち、
このセラミックス板５０上には、上記スイッチング素子
５ａ、５ｂ、及びフリーホイリングダイオード５ｃ、５
ｄから成るインバータ回路５が形成されている。

【００３１】また、セラミックス板７０上に形成された
銅回路７０ａの所定箇所には、例えば図３に示す出力ダ
イオード７ａ、７ｂのチップ部品が半田付けされてお
り、即ち、このセラミックス板７０上には、上記出力ダ
イオード７ａ、７ｂから成る出力整流回路７が形成され
ている。

【００３２】そして、セラミックス板９０上に形成され
た銅回路９０ａの所定箇所には、例えば図３に示すトラ
イアック９のチップ部品が半田付けされており、即ち、
このセラミックス板９０上には、上記トライアック９に
よる所謂電源電圧切換回路が形成されている。

【００３３】つまり、上記各セラミックス板２０、３
０、５０、７０、９０毎に、各々単独で所定の電気的機
能を奏する電気回路、即ちサイリスタ２ａ、２ｂの直列
回路２、ダイオード３ａ、３ｂの直列回路３、インバー
タ回路５、出力整流回路７、電源電圧切換回路（トライ
アック９）が形成されている。なお、各セラミックス板
２０、３０、５０、８０、９０においては、各銅回路２
０ａ、３０ａ、５０ａ、７０ａ、９０ａと各電力用半導
体チップとの間で、必要に応じて、上記各電気回路を形
成するためのワイヤボンディング（図示せず）が成され
ている。

【００３４】そして、上記各セラミックス板２０、３
０、５０、７０、９０は、金属基板１０上に、各々の金
属層２０ｂ、３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ、９０ｂの形成さ
れた面を金属基板１０の一方の面に向けた状態で、かつ
金属基板１０の周縁からはみ出したり互いに干渉し合わ
ないよう載設されている。各セラミックス板２０、３
０、５０、７０、９０は、金属基板１０に対して、鑞付
け、例えば半田付けにより接着されている。

【００３５】この各セラミックス板２０、３０、５０、
７０、９０と金属基板１０との半田接着については、例
えば、上記金属基板１０の一方の面上にクリーム半田を
印刷し、この上にセラミックス板１００を載置してこれ
をリフロー炉で加熱することにより、上記半田接着を実
現することができる。また、この半田接着の際に、予め
各銅回路２０ａ、３０ａ、５０ａ、７０ａ、９０ａ上の
必要箇所にクリーム半田を塗布し、これらの上に例えば
各々を相互に接続する中継帯や外部引出端子等（図示せ
ず）を載置しておくことによって、これらについても上
記リフロー炉の加熱により同時に半田接着することがで
きる。また、上記各銅回路２０ａ、３０ａ、５０ａ、７
０ａ、９０ａ間は、必要に応じて、上記中継帯以外に例
えばワイヤボンディングによっても互いに接続されてい
る。

【００３６】なお、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０は、金属基板１０上に載設された状態に
おいて、金属基板１０との半田付け面に沿う（図１
（ａ）の紙面に沿う）全方向それぞれの各最大寸法が、
金属基板１０の上記全方向それぞれにおける最大寸法の
半分以下となるよう構成されている。例えば、図１
（ａ）に示すように、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０を、各々の各辺が金属基板１０の各辺に
対して略平行を成す状態に金属基板１０上に載設したと
き、各セラミックス板２０、３０、５０、７０、９０の
各辺の長さが、これらと略平行を成す金属基板１０の各
辺の長さの半分以下となるように構成されている。従っ
て、この構成によれば、各セラミックス板２０、３０、
５０、７０、９０の面積は、金属基板１０の面積の４分
の１以下となる。

【００３７】また、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０の上記全方向それぞれにおける各最大寸
法のうち、最も大きい寸法を有するセラミックス板の上
記最大寸法が、最も小さい寸法を有するセラミックス板
の上記最大寸法の１乃至３倍となるように構成されてい
る。例えば、図１（ａ）の左右方向においては、この方
向において最も大きい寸法を有するセラミックス板５０
の最大寸法Ｗ₅₀が、上記方向において最も小さい寸法を
有するセラミックス板７０の最大寸法Ｗ₇₀の１乃至３倍
（Ｗ₇₀≦Ｗ₅₀≦Ｗ₇₀×３）となるように構成されてい
る。また、同図の上下方向においては、この方向におい
て最も大きい寸法を有するセラミックス板９０の最大寸
法Ｄ₉₀が、上記方向において最も小さい寸法を有するセ
ラミックス板５０の最大寸法Ｄ₅₀の１乃至３倍（Ｄ₅₀≦
Ｄ₉₀≦Ｄ₅₀×３）となるように構成されている。

【００３８】そして、上記各セラミックス板２０、３
０、５０、７０、９０と金属基板１０との半田接着、及
び各銅回路２０ａ、３０ａ、５０ａ、７０ａ、９０ａ間
の接続の後、従来技術と同様、図１（ａ）に一点鎖線で
示すようにケース（図示せず）が取り付けられ、更に同
図（ｂ）に点線で示すように冷却フィンが取り付けられ
る。

【００３９】上記のように、本実施の形態によれば、複
数のセラミックス板２０、３０、５０、７０、９０が分
散された状態で金属基板１０上に載設されている。従っ
て、各セラミックス板２０、３０、５０、７０、９０と
金属基板１０とを半田接着するためにこれらをリフロー
炉で加熱しても、両者の熱膨張係数の差異によって生じ
る金属基板１０の反りは分散されるので、上述した従来
技術に比べて、上記金属基板１０の反りを小さく抑える
ことができる。よって、金属基板１０と冷却フィンとの
密着性を向上させることができ、即ち冷却フィンの放熱
効果を向上させることができる。

【００４０】また、金属基板１０に反りが生じたとして
も、その反りの程度が小さいので、従来よりも小さい力
で上記反りを補正することができる。即ち、上記反りを
補正しようとして、反りの方向と反対向きに力を加えた
としても、従来よりもその補正量が小さいので、各セラ
ミックス板２０、３０、５０、７０、９０に掛かる応力
も従来に比べて小さくなる。従って、この補正時に各セ
ラミックス板２０、３０、５０、７０、９０に掛かる応
力によって、それらを破損してしまう（割ってしまう）
という心配が少ない。

【００４１】更に、上記金属基板１０に生じる反りの程
度が小さいので、各セラミックス板２０、３０、５０、
７０、９０と金属基板１０との間の半田層内において、
ボイドの発生を抑えることができる。

【００４２】また、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０毎に、各々単独で所定の電気的機能を奏
する電気回路、即ちサイリスタ２ａ、２ｂの直列回路
２、ダイオード３ａ、３ｂの直列回路３、インバータ回
路５、出力整流回路７、電源電圧切換回路（トライアッ
ク９）が形成されているので、各セラミックス板２０、
３０、５０、７０、９０相互間、即ち各銅回路２０ａ、
３０ａ、５０ａ、７０ａ、９０ａ間を接続するための中
継帯やワイヤボンディング等の配線数を抑えることがで
きる。

【００４３】そして、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０は、金属基板１０との半田付け面に沿う
全方向それぞれの各最大寸法が、金属基板１０の上記全
方向それぞれにおける最大寸法の半分以下となるよう構
成されている。従って、リフロー炉加熱により金属基板
１０に反りが生じたとしても、その反りの程度を、金属
基板１０面の略全面にわたってセラミックス板１００を
半田接着させた従来技術と比較して、約半分以下に抑え
ることができる。

【００４４】更に、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０の上記全方向それぞれにおける各最大寸
法のうち、最も大きい寸法を有するセラミックス板の上
記最大寸法が、最も小さい寸法を有するセラミックス板
の上記最大寸法の１乃至３倍となるように構成されてい
る。従って、リフロー炉加熱により金属基板１０に反り
が生じたとしても、その反りのうち、最も反りの大きい
部分の反りの程度が、最も反りの小さい部分の反りの程
度の１乃至３倍となり、即ち上記反りの大きい部分と小
さい部分との程度の差（バラツキ）を３倍以内に抑える
ことができる。

【００４５】なお、本実施の形態においては、電力用半
導体モジュールを含む電気回路を５枚のセラミックス板
２０、３、５０、７０、９０に分割して形成したが、セ
ラミックス板２０、３０、５０、７０、９０の枚数は、
５枚に限らず、これ以外の複数枚としてもよい。

【００４６】また、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０毎に、各々単独で所定の電気的機能を有
する電気回路（本実施の形態におけるサイリスタ２ａ、
２ｂの直列回路２、ダイオード３ａ、３ｂの直列回路
３、インバータ回路５、出力整流回路７、トライアック
９による所謂電源電圧切換回路）を形成したが、各セラ
ミックス板２０、３０、５０、７０、９０に、上記電気
回路をいくつか組み合わせたものを形成してもよい。

【００４７】更に、ここでは、図３に示す回路を一体化
した電力用半導体モジュールについて説明したが、これ
以外の回路構成についても、本技術を適用できる。

【００４８】そして、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０と金属基板１０とを半田接着するのに、
リフロー炉を用いてこれらを加熱したが、リフロー炉以
外の加熱手段により上記半田接着を行ってもよい。そし
て、上記各セラミックス板２０、３０、５０、７０、９
０と金属基板１０との接着については、半田接着以外の
鑞付けによって行ってもよい。

【００４９】また、本実施の形態においては、各セラミ
ックス板２０、３０、５０、７０、９０及び金属基板１
０の形状が各々長方形である場合について説明したが、
これに限らず、各々が例えば図２に示すような形状を有
する場合にも、本技術を適用することができる。

【００５０】即ち、同図において、４０が金属基板であ
り、この金属基板４０は、長方形以外の形状、例えば六
角形の形状を有しているとする。そして、この金属基板
４０上に、長方形以外の形状、例えば各々凹凸状の形状
を有する２枚のセラミックス板６０、８０が載設されて
いるものとする。

【００５１】このような場合にも、上述した条件と同様
に、各セラミックス板６０、８０の金属基板４０との半
田付け面に沿う全方向それぞれの各最大寸法が、金属基
板４０の上記全方向それぞれにおける最大寸法の半分以
下となるよう構成する。

【００５２】即ち、図２に示す各セラミックス板６０、
８０のうち、例えば同図（ａ）の左右方向において最も
大きい寸法を有するセラミックス板６０の最大寸法Ｗ₆₀
が、同方向における金属基板４０の最大寸法Ｗ₄₀の半分
以下（Ｗ₆₀≦（１／２）Ｗ₄₀）となるように構成する。

【００５３】また、同図（ａ）の上下方向については、
同方向において最も大きい寸法を有するセラミックス板
８０の最大寸法Ｄ₈₀が、同方向における金属基板４０の
最大寸法Ｄ₄₀の半分以下（Ｄ₈₀≦（１／２）Ｄ₄₀）とな
るように構成する。

【００５４】更に、例えば同図（ｂ）に点線で示す斜め
の方向についても、同方向において最も大きい寸法を有
するセラミックス板６０の最大寸法Ｌ₆₀が、同方向にお
ける金属基板４０の最大寸法Ｌ₄₀の半分以下（Ｌ₆₀≦
（１／２）Ｌ₄₀）となるように構成する。

【００５５】勿論、上記以外の方向、例えば同図（ｂ）
に一点鎖線で示す斜めの方向等についても、上記と同様
である。

【００５６】また、各セラミックス板６０、８０の各寸
法の相互関係についても、上述した条件と同様に、各セ
ラミックス板６０、８０の上記全方向それぞれにおける
各最大寸法のうち、最も大きい寸法を有するセラミック
ス板の上記最大寸法が、最も小さい寸法を有するセラミ
ックス板の上記最大寸法の１乃至３倍となるように構成
する。

【００５７】即ち、上記セラミックス板６０、８０のう
ち、例えば同図（ａ）の左右方向において最も大きい寸
法を有するセラミックス板６０の最大寸法Ｗ₆₀が、同方
向において最も小さい寸法を有するセラミックス板８０
の最大寸法Ｗ₈₀の１乃至３倍（Ｗ₈₀≦Ｗ₆₀≦Ｗ₈₀×３）
となるように構成する。

【００５８】また、同図（ａ）の上下方向については、
同方向において最も大きい寸法を有するセラミックス板
８０の最大寸法Ｄ₈₀が、同方向において最も小さい寸法
を有するセラミックス板６０の最大寸法Ｄ₆₀の１乃至３
倍（Ｄ₆₀≦Ｄ₈₀≦Ｄ₆₀×３）となるように構成する。

【００５９】更に、例えば同図（ｂ）に点線で示す斜め
の方向についても、同方向において最も大きい寸法を有
するセラミックス板６０の最大寸法Ｌ₆₀が、同方向にお
いて最も小さい寸法を有するセラミックス板８０の最大
寸法Ｌ₈₀の１乃至３倍（Ｌ₈₀≦Ｌ₆₀≦Ｌ₈₀×３）となる
ように構成する。

【００６０】勿論、上記以外の方向、例えば同図（ｂ）
に一点鎖線で示す斜めの方向等についても、上記と同様
である。

【００６１】

【実施例】本発明に係る電力用半導体モジュールの一実
施例として、図１に示す各セラミックス板２０、３０、
５０、７０、９０のうち、例えば最大面積を有するセラ
ミックス板９０と金属基板１０との各寸法を以下の通り
とした。

【００６２】即ち、図１（ａ）の左右方向においては、
金属基板１０の最大寸法Ｗ₁₀をＷ₁₀＝１１０ｍｍとし、
同方向におけるセラミックス板９０の最大寸法Ｗ₉₀をＷ
₉₀＝２８ｍｍとした（Ｗ_S＜（１／２）Ｗ_B）。

【００６３】また、同図の上下方向においては、金属基
板１０の最大寸法Ｄ₁₀をＤ₁₀＝８７ｍｍとし、同方向に
おけるセラミックス板９０の最大寸法Ｄ₉₀をＤ₉₀＝４３
ｍｍとした（Ｄ₉₀＜（１／２）Ｄ₁₀）。

【００６４】なお、これらの寸法によれば、セラミック
ス板９０の金属基板１０に対する面積比率は、約１２．
６％となる。

【００６５】更に、各セラミックス板２０、３０、５
０、７０、９０のうち、同図の左右方向において最も大
きい寸法を有するセラミックス板５０の最大寸法Ｗ₅₀を
Ｗ₅₀＝４９ｍｍとし、上記方向において最も小さい寸法
を有するセラミックス板７０の最大寸法Ｗ₇₀をＷ₇₀＝１
８ｍｍとした（Ｗ₇₀≦Ｗ₅₀≦Ｗ₇₀×３）。

【００６６】また、同図の上下方向において最も大きい
寸法を有するセラミックス板９０の最大寸法Ｄ₉₀が、上
記のようにＤ₉₀＝４３ｍｍであるのに対して、上記方向
において最も小さい寸法を有するセラミックス板５０の
最大寸法Ｄ₅₀をＤ₅₀＝２８ｍｍとした（Ｄ₅₀≦Ｄ₉₀≦Ｄ
₅₀×３）。

【００６７】そして、上記各寸法条件に基づいて構成し
た電力要半導体モジュールを、上述した冷却フィンに取
り付けて実際に使用し、その動作温度を観測した。その
結果、この電力用半導体モジュールの異常な温度上昇は
認められず、即ち、上記条件によれば、金属基板１０に
は電力用半導体モジュールに異常な温度上昇を来すよう
な大きな反りは生じていないという結果が得られた。

【００６８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、金属基
板に生じる反りが分散されるので、上述した従来技術に
比べて金属基板の反りを小さく抑えることができるとい
う効果がある。例えば、金属基板の略全面にわたって絶
縁体基板が接着される従来技術と比較して、金属基板に
生じる反りの程度を半分以下にすることができる。従っ
て、上記従来技術に比べて、高い放熱効果を得ることが
できる。また、上記金属基板の反りを補正しようとして
反りの方向と反対向きに力を加えたとしても、従来より
もその補正量が小さいので、この補正により絶縁体基板
に掛かる応力も従来に比べて小さくなり、これによって
絶縁体基板を破損してしまう（割ってしまう）という心
配も少なくなる。更に、絶縁体基板と金属基板との間の
半田層内においても、ボイドが発生し難くなる。

【００６９】

【００７０】

【００７１】請求項２に記載の発明によれば、金属基板
に生じている反りのうち、最も反りの大きい部分の反り
の程度が、最も反りの小さい部分の反りの程度の１乃至
３倍となるように構成されている。即ち、金属基板に生
じる反りの大きい部分と小さい部分との反りの程度の差
（バラツキ）を３倍以内に抑えることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力用半導体モジュールの一実施
の形態を示す図で、（ａ）は、電力用半導体モジュール
の平面図、（ｂ）は、側面図である。

【図２】同実施の形態において、セラミックス板と金属
基板との各寸法の相互関係を示す電力用半導体モジュー
ルの平面図で、（ａ）は、上下及び左右方向における関
係を、（ｂ）は、斜め方向における関係を示す図であ
る。

【図３】同実施の形態を示す電力用半導体モジュールの
電気回路図である。

【図４】従来の電力用半導体モジュールを示す図で、
（ａ）は、平面図、（ｂ）は、側面図である。

【図５】従来の電力用半導体モジュールにおいて、金属
基板に反りが生じている状態を示す図である。

【符号の説明】

２ａ、２ｂサイリスタ（電力用半導体素子）３ａ、３ｂダイオード（電力用半導体素子）５ａ、５ｂスイッチング素子（電力用半導体素子）５ｃ、５ｄフリーホイリングダイオード（電力用半導
体素子）７ａ、７ｂ出力ダイオード（電力用半導体素子）９トライアック（電力用半導体素子）１０金属基板２０、３０、５０、７０、９０セラミックス板（絶縁
体基板）２０ａ、３０ａ、５０ａ、７０ａ、９０ａ銅回路（パ
ターン）２０ｂ、３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ、９０ｂ金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 23/12 H01L 23/48 H01L 27/01 H01L 25/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の面に電力用半導体素子を含む電気
回路が形成された絶縁体基板と、該絶縁体基板が載設さ
れた金属基板とを具備し、上記絶縁体基板は、その他方
の面が上記金属基板面に鑞付けにより接着され上記金属
基板面の周縁からはみ出ない状態に該金属基板上に載設
されている電力用半導体モジュールにおいて、上記絶縁
体基板が、複数に分割された状態で上記金属基板上に載
設され、これら各絶縁体基板の上記金属基板との鑞付け
面に沿う全方向それぞれの各最大寸法が、上記金属基板
の上記全方向それぞれにおける最大寸法の半分以下とな
る状態に構成されたことを特徴とする電力用半導体モジ
ュール。
【請求項２】請求項１に記載の電力用半導体モジュー
ルにおいて、上記各絶縁体基板の上記金属基板との鑞付
け面に沿う全方向それぞれにおける各最大寸法のうち、
最も大きい寸法を有する絶縁体基板の上記最大寸法が、
最も小さい寸法を有する絶縁体基板の上記最大寸法の１
乃至３倍となる状態に構成されたことを特徴とする電力
用半導体モジュール。