JP5986488B2 - パワー半導体モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁基板と、絶縁基板に搭載されたパワー半導体チップと、外囲ケースとを具備するパワー半導体モジュールおよびその製造方法に関する。

特に、本発明は、パワー半導体チップが発生した熱の伝熱経路を増加させ、それにより、パワー半導体モジュール全体の放熱性能を向上させることができるパワー半導体モジュールおよびその製造方法に関する。

従来から、絶縁基板と、絶縁基板に搭載されたパワー半導体チップと、外囲ケースとを具備するパワー半導体モジュールが知られている。この種のパワー半導体モジュールの例としては、例えば特許文献１（特開平９−８２２３号公報）の図１等に記載されたものがある。

特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、電気絶縁層と、電気絶縁層の下側に形成された金属層（アルミベース板）と、電気絶縁層の上側に形成された導体パターン（金属箔、主回路配線パターン）とを有する絶縁基板（絶縁配線基板）が設けられている。また、絶縁基板（絶縁配線基板）の導体パターン（金属箔、主回路配線パターン）上にパワー半導体チップ（電力用半導体素子）が搭載されている。更に、前側壁部と、後側壁部と、右側壁部と、左側壁部と、上下方向に貫通した中央開口とを有する外囲ケース（枠体）が設けられている。

また、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、電気絶縁性の樹脂材料と、パワー半導体チップ（電力用半導体素子）に電気的に接続される外部端子（端子）とをインサート成形によって一体化することにより、外囲ケース（枠体）が形成されている。更に、絶縁基板（絶縁配線基板）の前後方向寸法が、外囲ケース（枠体）の前側壁部の後側表面と後側壁部の前側表面との間隔よりも小さくされると共に、絶縁基板（絶縁配線基板）の左右方向寸法が、外囲ケース（枠体）の右側壁部の左側表面と左側壁部の右側表面との間隔よりも小さくされている。

そのため、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、絶縁基板（絶縁配線基板）の前後方向寸法が外囲ケース（枠体）の前側壁部の後側表面と後側壁部の前側表面との間隔より大きくされると共に、絶縁基板（絶縁配線基板）の左右方向寸法が外囲ケース（枠体）の右側壁部の左側表面と左側壁部の右側表面との間隔より大きくされている場合よりも、絶縁基板（絶縁配線基板）を小型化することができ、その結果、パワー半導体モジュール全体のコストを削減することができる。

ところで、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、小型の絶縁基板（絶縁配線基板）の周囲に、熱伝導性が比較的低い低熱伝導性材料（電気絶縁性樹脂材料）によって形成された外囲ケースの底面部が配置されている。そのため、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、パワー半導体チップ（電力用半導体素子）が発生し、絶縁基板（絶縁配線基板）に伝熱された熱が、絶縁基板（絶縁配線基板）の周囲の外囲ケース（枠体）の底面部に殆ど伝熱されない。

更に、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、絶縁基板（絶縁配線基板）の金属層（アルミベース板）の下面と外囲ケース（枠体）の底面部の下面とが同一平面上に配置されておらず、外囲ケース（枠体）の底面部の下面が、絶縁基板（絶縁配線基板）の金属層（アルミベース板）の下面よりも上側に配置されている。そのため、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、パワー半導体モジュールの使用時に絶縁基板（絶縁配線基板）および外囲ケース（枠体）の底面部の下側に空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段が配置されても、外囲ケース（枠体）の底面部の下面と空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段の上面との間に隙間が生じてしまう。

その結果、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、パワー半導体チップ（電力用半導体素子）が発生し絶縁基板（絶縁配線基板）に伝熱された熱を、絶縁基板（絶縁配線基板）の周囲の外囲ケース（枠体）の底面部の側に水平方向に伝熱させた後に空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱することができない。

すなわち、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、パワー半導体チップ（電力用半導体素子）が発生し絶縁基板（絶縁配線基板）に伝熱された熱を、小型化された絶縁基板（絶縁配線基板）の下面のみを介してしか、空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱することができない。

換言すれば、特許文献１の図１に記載されたパワー半導体モジュールでは、絶縁基板（絶縁配線基板）を小型化することによってパワー半導体モジュール全体のコストを削減することができるものの、パワー半導体チップが発生した熱の伝熱経路が減少してしまい、それに伴って、パワー半導体モジュール全体の放熱性能が低下してしまう。

特開平９−８２２３号公報

前記問題点に鑑み、本発明は、パワー半導体チップが発生した熱の伝熱経路を増加させ、それにより、パワー半導体モジュール全体の放熱性能を向上させることができるパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。

詳細には、本発明は、絶縁基板を小型化することによってパワー半導体モジュール全体のコストを削減しつつ、パワー半導体チップが発生した熱の伝熱経路を増加させ、それにより、パワー半導体モジュール全体の放熱性能を向上させることができるパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、電気絶縁層（１ａ）と、電気絶縁層（１ａ）の下側に形成された金属層（１ｂ）と、電気絶縁層（１ｂ）の上側に形成された導体パターン（１ｃ１）とを有する絶縁基板（１）を設け、
絶縁基板（１）の導体パターン（１ｃ１）上にパワー半導体チップ（２０１）を搭載し、
前側壁部（２ａ１）と、後側壁部（２ａ２）と、右側壁部（２ａ３）と、左側壁部（２ａ４）と、上下方向に貫通した中央開口（２ａ５）とを有する外囲ケース（２）を設け、
電気絶縁性の樹脂材料と、パワー半導体チップ（２０１）の下面の電極に電気的に接続される外部端子（２ｂ１８）と、パワー半導体チップ（２０１）の上面の電極に電気的に接続される外部端子（２ｂ１３）とをインサート成形によって一体化することにより、外囲ケース（２）を形成し、
絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）を、外囲ケース（２）の前側壁部（２ａ１）の後側表面と後側壁部（２ａ２）の前側表面との間隔（Ｗ２ａ）よりも小さくすると共に、絶縁基板（１）の左右方向寸法（Ｗ１ｂ）を、外囲ケース（２）の右側壁部（２ａ３）の左側表面と左側壁部（２ａ４）の右側表面との間隔（Ｗ２ｂ）よりも小さくしたパワー半導体モジュール（１００）において、
前側部分（３ａ）と、後側部分（３ｂ）と、右側部分（３ｃ）と、左側部分（３ｄ）と、上下方向に貫通した中央開口（３ｅ）とを有する枠状のスペーサ（３）を設け、
外囲ケース（２）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって、スペーサ（３）を形成し、
スペーサ（３）の中央開口（３ｅ）と絶縁基板（１）とを相補形状に形成し、
絶縁基板（１）の金属層（１ｂ）の下面とスペーサ（３）の下面とが同一平面上に位置するように、絶縁基板（１）をスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）に嵌合させて絶縁基板（１）とスペーサ（３）とを接続し、
絶縁基板（１）およびスペーサ（３）を外囲ケース（２）の下端部に接続したことを特徴とするパワー半導体モジュール（１００）が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の上面に当接する係止部（３ｆ）を、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）に設け、
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）の下面とスペーサ（３）の係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３）と、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とを等しくし、
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とは異なる厚さ（Ｔ１’）を有する他の絶縁基板（１’）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００’）が製造される場合に、
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）とは異なる他のスペーサ（３’）であって、その下面とその係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３’）と、他の絶縁基板（１’）の厚さ（Ｔ１’）とが等しい他のスペーサ（３’）を、他のパワー半導体モジュール（１００’）に用いると共に、
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる外囲ケース（２）を、他のパワー半導体モジュール（１００’）にも用いることを特徴とするパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のパワー半導体チップ（２０１）の数とは異なる数のパワー半導体チップ（２０１”）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００”）が製造される場合に、
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ）とは、前後方向寸法（Ｗ１ａ”）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ”）の少なくとも一方が異なる他の絶縁基板（１”）を、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用い、
他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる他の絶縁基板（１”）と相補形状の中央開口（３ｅ）であって、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）とは形状が異なる中央開口（３ｅ）を具備する他のスペーサ（３”）を、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用い、
請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の外囲ケース（２）の製造に用いられる成形用金型を用いて製造された他の外囲ケース（２”）を、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いることを特徴とするパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法が提供される。

請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、電気絶縁層（１ａ）と、電気絶縁層（１ａ）の下側に形成された金属層（１ｂ）と、電気絶縁層（１ｂ）の上側に形成された導体パターン（１ｃ１）とを有する絶縁基板（１）が設けられている。また、絶縁基板（１）の導体パターン（１ｃ１）上にパワー半導体チップ（２０１）が搭載されている。更に、前側壁部（２ａ１）と、後側壁部（２ａ２）と、右側壁部（２ａ３）と、左側壁部（２ａ４）と、上下方向に貫通した中央開口（２ａ５）とを有する外囲ケース（２）が設けられている。

また、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、電気絶縁性の樹脂材料と、パワー半導体チップ（２０１）の下面の電極に電気的に接続される外部端子（２ｂ１８）と、パワー半導体チップ（２０１）の上面の電極に電気的に接続される外部端子（２ｂ１３）とをインサート成形によって一体化することにより、外囲ケース（２）が形成されている。更に、絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）が、外囲ケース（２）の前側壁部（２ａ１）の後側表面と後側壁部（２ａ２）の前側表面との間隔（Ｗ２ａ）よりも小さくされると共に、絶縁基板（１）の左右方向寸法（Ｗ１ｂ）が、外囲ケース（２）の右側壁部（２ａ３）の左側表面と左側壁部（２ａ４）の右側表面との間隔（Ｗ２ｂ）よりも小さくされている。

そのため、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）によれば、絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）が、外囲ケース（２）の前側壁部（２ａ１）の後側表面と後側壁部（２ａ２）の前側表面との間隔（Ｗ２ａ）より大きくされると共に、絶縁基板（１）の左右方向寸法（Ｗ１ｂ）が、外囲ケース（２）の右側壁部（２ａ３）の左側表面と左側壁部（２ａ４）の右側表面との間隔（Ｗ２ｂ）より大きくされている場合よりも、絶縁基板（１）を小型化することができ、その結果、パワー半導体モジュール（１００）全体のコストを削減することができる。

詳細には、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、前側部分（３ａ）と、後側部分（３ｂ）と、右側部分（３ｃ）と、左側部分（３ｄ）と、上下方向に貫通した中央開口（３ｅ）とを有する枠状のスペーサ（３）が設けられている。また、外囲ケース（２）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって、スペーサ（３）が形成されている。更に、スペーサ（３）の中央開口（３ｅ）と絶縁基板（１）とが相補形状に形成されている。

また、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、絶縁基板（１）の金属層（１ｂ）の下面とスペーサ（３）の下面とが同一平面上に位置するように、絶縁基板（１）がスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）に嵌合せしめられ、絶縁基板（１）とスペーサ（３）とが接続されている。更に、絶縁基板（１）およびスペーサ（３）が外囲ケース（２）の下端部に接続されている。

換言すれば、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、外囲ケース（２）の前側壁部（２ａ１）の後側表面と後側壁部（２ａ２）の前側表面との間隔（Ｗ２ａ）よりも小さい前後方向寸法（Ｗ１ａ）と、外囲ケース（２）の右側壁部（２ａ３）の左側表面と左側壁部（２ａ４）の右側表面との間隔（Ｗ２ｂ）よりも小さい左右方向寸法（Ｗ１ｂ）とを有する小型の絶縁基板（１）の周囲に、外囲ケース（２）の樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって形成されたスペーサ（３）が配置されている。

そのため、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）によれば、パワー半導体チップ（２０１）が発生し、絶縁基板（１）に伝熱された熱の一部を、絶縁基板（１）の周囲のスペーサ（３）の側に水平方向に伝熱することができる。

更に、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、絶縁基板（１）の金属層（１ｂ）の下面とスペーサ（３）の下面とが同一平面上に配置されているため、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の使用時に絶縁基板（１）およびスペーサ（３）の下面が空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段の上面に接続されると、絶縁基板（１）から空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱可能になると共に、スペーサ（３）から空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段にも伝熱可能になる。

その結果、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）では、絶縁基板（１）の熱が空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱されるのと同様に、スペーサ（３）の熱が空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱される。

すなわち、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）によれば、小型の絶縁基板の周囲に外囲ケースの底面部が配置されており、パワー半導体チップが発生した熱が小型の絶縁基板の下面のみを介して空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱される特許文献１（特開平９−８２２３号公報）の図１に記載されたパワー半導体モジュールよりも、パワー半導体チップ（２０１）が発生した熱の伝熱経路を増加させることができ、それにより、パワー半導体モジュール（１００）全体の放熱性能を向上させることができる。

請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の上面に当接する係止部（３ｆ）が、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）に設けられる。

更に、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）の下面とスペーサ（３）の係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３）と、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とが等しくされる。

また、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とは異なる厚さ（Ｔ１’）を有する他の絶縁基板（１’）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００’）が製造される場合に、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）とは異なる他のスペーサ（３’）であって、その下面とその係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３’）と、他の絶縁基板（１’）の厚さ（Ｔ１’）とが等しい他のスペーサ（３’）が他のパワー半導体モジュール（１００’）に用いられる。

更に、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とは異なる厚さ（Ｔ１’）を有する他の絶縁基板（１’）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００’）が製造される場合に、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる外囲ケース（２）が、他のパワー半導体モジュール（１００’）にも用いられる。

つまり、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）と、他のパワー半導体モジュール（１００’）に用いられる他の絶縁基板（１’）の厚さ（Ｔ１’）とが互いに異なり、それに伴って、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられるスペーサ（３）の下面とスペーサ（３）の係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３）と、他のパワー半導体モジュール（１００’）に用いられる他のスペーサ（３’）の下面と他のスペーサ（３’）の係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３’）とが互いに異なる。

一方、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる外囲ケース（２）が、他のパワー半導体モジュール（１００’）にも共用される。

すなわち、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法では、異なる厚さ（Ｔ１，Ｔ１’）を有する絶縁基板（１，１’）が用いられる請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）と他のパワー半導体モジュール（１００’）に対して、同一の外囲ケース（２）を用いることができる。

そのため、請求項２に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法によれば、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる外囲ケース（２）とは異なる形状を有する外囲ケースを他のパワー半導体モジュール（１００’）のために製造しなければならない場合よりも、他のパワー半導体モジュール（１００’）の製造コストを削減することができる。

請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のパワー半導体チップ（２０１）の数とは異なる数のパワー半導体チップ（２０１”）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００”）が製造される場合に、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ）とは、前後方向寸法（Ｗ１ａ”）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ”）の少なくとも一方が異なる他の絶縁基板（１”）が、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる。

また、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のパワー半導体チップ（２０１）の数とは異なる数のパワー半導体チップ（２０１”）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００”）が製造される場合に、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる他の絶縁基板（１”）と相補形状の中央開口（３ｅ）であって、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）とは形状が異なる中央開口（３ｅ）を具備する他のスペーサ（３”）が、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる。

更に、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のパワー半導体チップ（２０１）の数とは異なる数のパワー半導体チップ（２０１”）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００”）が製造される場合に、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の外囲ケース（２）の製造に用いられる成形用金型を用いて製造された他の外囲ケース（２”）が、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる。

つまり、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ）と、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる他の絶縁基板（１”）の前後方向寸法（Ｗ１ａ”）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ”）の少なくとも一方が異なり、それに伴って、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられるスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）の形状と、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる他のスペーサ（３”）の中央開口（３ｅ）の形状とが互いに異なる。

一方、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の外囲ケース（２）の製造に用いられる成形用金型が、他のパワー半導体モジュール（１００”）の他の外囲ケース（２”）の製造にも用いられる。

すなわち、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法では、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）が具備するパワー半導体チップ（２０１）の数と、他のパワー半導体モジュール（１００”）が具備するパワー半導体チップ（２０１”）の数とが異なるにもかかわらず、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の外囲ケース（２）の製造に用いられる成形用金型を、他のパワー半導体モジュール（１００”）の他の外囲ケース（２”）の製造にも用いることができる。

そのため、請求項３に記載のパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法によれば、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の外囲ケース（２）の製造に用いられる成形用金型とは別個の成形用金型を他のパワー半導体モジュール（１００”）の他の外囲ケース（２”）の製造のために用意しなければならない場合よりも、他のパワー半導体モジュール（１００”）の製造コストを削減することができる。

第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００を示した図である。 第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の一部を構成する絶縁基板１を示した図である。 図２に示す絶縁基板１上にパワー半導体チップ２０１〜２１４およびサーミスタＴＨを搭載した状態を示した図である。 第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の一部を構成するスペーサ３を示した図である。 図３に示す絶縁基板１と図４に示すスペーサ３とを接続した状態を示した図である。 第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の一部を構成する外囲ケース２を示した図である。 図５に示す組立体と図６に示す外囲ケース２とを接続した状態を示した図である。 第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の等価回路図である。 第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の一部を構成する絶縁基板１’を示した図である。 第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の一部を構成するスペーサ３’を示した図である。 図９に示す絶縁基板１’上にパワー半導体チップ２０１〜２１４およびサーミスタＴＨを搭載したものと図１０に示すスペーサ３’とを接続した状態を示した図である。 図１１に示す組立体と図６に示す外囲ケース２とを接続した状態を示した図である。 第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”を示した図である。 第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の一部を構成する絶縁基板１”を示した図である。 図１４に示す絶縁基板１”上にパワー半導体チップ２０１”，２０２”を搭載した状態を示した図である。 第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の一部を構成するスペーサ３”を示した図である。 図１５に示す絶縁基板１”と図１６に示すスペーサ３”とを接続した状態を示した図である。 図１７に示す組立体と外囲ケース２”とを接続した状態を示した図である。 第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の等価回路図である。

以下、本発明のパワー半導体モジュールの第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００を示した図である。詳細には、図１（Ａ）は第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の平面図、図１（Ｂ）はカバー４（図１（Ａ）参照）を取り外した状態における第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の平面図である。図２は第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の一部を構成する絶縁基板１を示した図である。詳細には、図２（Ａ）は絶縁基板１の平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿った絶縁基板１の概略的な鉛直断面図である。図３は図２に示す絶縁基板１上にパワー半導体チップ２０１〜２１４およびサーミスタＴＨを搭載した状態を示した図である。図４は第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の一部を構成するスペーサ３を示した図である。詳細には、図４（Ａ）はスペーサ３の平面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿ったスペーサ３の鉛直断面図、図４（Ｃ）は図４（Ｂ）の一部を拡大して示した図である。

図５は図３に示す絶縁基板１と図４に示すスペーサ３とを接続した状態を示した図である。詳細には、図５（Ａ）は絶縁基板１、スペーサ３、パワー半導体チップ２０１などによって構成される組立体の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った組立体の概略的な鉛直端面図である。図６は第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の一部を構成する外囲ケース２を示した図である。詳細には、図６（Ａ）は外囲ケース２の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＤ−Ｄ線に沿った外囲ケース２の鉛直断面図、図６（Ｃ）は図６（Ａ）のＥ−Ｅ線に沿った外囲ケース２の鉛直断面図である。図７は図５に示す組立体と図６に示す外囲ケース２とを接続した状態を示した図である。詳細には、図７（Ａ）は絶縁基板１、外囲ケース２、スペーサ３、パワー半導体チップ２０１などによって構成される組立体の平面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＦ−Ｆ線に沿った組立体の概略的な鉛直端面図、図７（Ｃ）は図７（Ｂ）に示す組立体と空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段との関係を示した図である。図８は第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の等価回路図である。

第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図２に示すように、電気絶縁層１ａと、電気絶縁層１ａの下側に形成された金属層１ｂと、電気絶縁層１ｂの上側に形成された導体パターン１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４，１ｃ５，１ｃ６，１ｃ７，１ｃ８，１ｃ９，１ｃ１０，１ｃ１１，１ｃ１２，１ｃ１３，１ｃ１４，１ｃ１５，１ｃ１６，１ｃ１７，１ｃ１８，１ｃ１９，１ｃ２０，１ｃ２１とを有する絶縁基板１が設けられている。

詳細には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、例えば３ｍｍの厚さを有する金属板が、金属層１ｂ（図２（Ｂ）参照）として用いられている。また、その金属層１ｂ上に、例えば１２５μｍの厚さを有する電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）が形成されている。更に、その電気絶縁層１ａ上に、例えば４００μｍの厚さを有する導体パターン１ｃ１〜１ｃ２１（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）が形成されている。

第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、金属層１ｂ（図２（Ｂ）参照）としての金属板が最初に用意され、その金属板に対して電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）が形成されるが、第２の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、代わりに、電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）としての電気絶縁板を最初に用意し、その電気絶縁板に対して金属層１ｂ（図２（Ｂ）参照）を形成することも可能である。

更に、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）と金属層１ｂ（図２（Ｂ）参照）とが直接接続され、電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）と導体パターン１ｃ１〜１ｃ２１（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）とが直接接続されているが、第３の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、代わりに、電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）と金属層１ｂ（図２（Ｂ）参照）との間に接合材を介在させ、電気絶縁層１ａ（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）と導体パターン１ｃ１〜１ｃ２１（図２（Ａ）および図２（Ｂ）参照）との間に接合材を介在させることも可能である。

第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の製造時には、絶縁基板１（図２および図３参照）上にパワー半導体チップ２０１〜２１４（図３参照）およびサーミスタＴＨ（図３参照）が搭載される。詳細には、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２（図３参照）の下面のカソード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０４（図３参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ１（図３参照）に電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０５（図３参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０６（図３参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ２（図３参照）に電気的に接続される。更に、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０７（図３参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０８（図３参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ３（図３参照）に電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２０９（図３参照）の下面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１０（図３参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ１１（図３参照）に電気的に接続される。また、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１１（図３参照）の下面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１２（図３参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ１２（図３参照）に電気的に接続される。更に、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１３（図３参照）の下面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１４（図３参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ１３（図３参照）に電気的に接続される。また、サーミスタＴＨ（図３参照）が絶縁基板１（図３参照）の導体パターン１ｃ１４，１ｃ２１（図３参照）に電気的に接続される。

また、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図４に示すように、前側部分３ａと、後側部分３ｂと、右側部分３ｃと、左側部分３ｄと、上下方向（図４（Ｂ）の上下方向）に貫通した中央開口３ｅとを有する枠状のスペーサ３が設けられている。更に、外囲ケース２（図６参照）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって、スペーサ３が形成されている。また、スペーサ３の中央開口３ｅと絶縁基板１（図２および図３参照）とが相補形状に形成されている。

更に、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図４に示すように、絶縁基板１（図２および図３参照）の上面に当接するための係止部３ｆがスペーサ３に設けられている。詳細には、スペーサ３の下面とスペーサ３の係止部３ｆの下面との上下方向間隔Ｓ３（図４（Ｃ）参照）と、スペーサ３の係止部３ｆの下面に当接する位置における絶縁基板１（図２および図３参照）の厚さＴ１（図２（Ｂ）参照）とが等しくされている。

その結果、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の製造時に、図５に示すように、絶縁基板１（図２および図３参照）がスペーサ３の中央開口３ｅ（図４参照）に嵌合せしめられて、絶縁基板１とスペーサ３とが接続されると、絶縁基板１の金属層１ｂの下面とスペーサ３の下面とが同一平面上に位置する（図５（Ｂ）参照）。

第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、外囲ケース２（図６参照）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性樹脂材料によってスペーサ３が形成されているが、第４の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、代わりに、外囲ケース２（図６参照）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い金属材料によってスペーサ３を形成することも可能である。

また、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図６に示すように、前側壁部２ａ１と、後側壁部２ａ２と、右側壁部２ａ３と、左側壁部２ａ４と、上下方向（図６（Ｂ）の上下方向、図６（Ｃ）の左右方向）に貫通した中央開口２ａ５とを有する外囲ケース２が設けられている。更に、電気絶縁性の樹脂材料と、外部端子２ｂ１３〜２ｂ２１と、信号端子２ｂ１〜２ｂ１２とをインサート成形によって一体化することにより、外囲ケース２が形成されている。

第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の製造時には、次いで、図７に示すように、図５に示す組立体が、図６に示す外囲ケース２の下端部に接続される。次いで、図１（Ｂ）に示すように、ワイヤボンディングが行われる。

詳細には、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１（図２参照）と、外部端子２ｂ１８（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３および図８参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２（図３および図８参照）の下面のカソード電極と、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３および図８参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０４（図３および図８参照）の下面のカソード電極とが、外部端子２ｂ１８（図６および図８参照）に電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ５（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ５（図２参照）と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ６（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ６（図２参照）と、信号端子２ｂ９（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ９（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３参照）の上面のエミッタ電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２（図２参照）と、外部端子２ｂ１３（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、外部端子２ｂ１３（図６および図８参照）とが電気的に接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２（図２参照）と、信号端子２ｂ１０（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、信号端子２ｂ１０（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ７（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ７（図２参照）と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ８（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ８（図２参照）と、信号端子２ｂ５（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ５（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３参照）の上面のエミッタ電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ３（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０４（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ３（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ３（図２参照）と、外部端子２ｂ１４（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０４（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、外部端子２ｂ１４（図６および図８参照）とが電気的に接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ３（図２参照）と、信号端子２ｂ６（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０４（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、信号端子２ｂ６（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０５（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ９（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ９（図２参照）と、信号端子２ｂ１１（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０５（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ１１（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０５（図３参照）の上面のエミッタ電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０６（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）と、外部端子２ｂ１９（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０５（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０６（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、外部端子２ｂ１９（図６および図８参照）とが電気的に接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）と、信号端子２ｂ１２（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０５（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０６（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、信号端子２ｂ１２（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０７（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１０（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１０（図２参照）と、信号端子２ｂ７（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０７（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ７（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０７（図３参照）の上面のエミッタ電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０８（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０７（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０８（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、外部端子２ｂ１９（図６および図８参照）とが電気的に接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ４（図２参照）と、信号端子２ｂ８（図６参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０７（図３および図８参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０８（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、信号端子２ｂ８（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２０９（図３参照）の上面のカソード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。更に、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１１（図３参照）の上面のカソード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。また、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１３（図３参照）の上面のカソード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。更に、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１（図２参照）と、外部端子２ｂ１５（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図３および図８参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２（図３および図８参照）の下面のカソード電極と、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０３（図３および図８参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０４（図３および図８参照）の下面のカソード電極と、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２０９（図３および図８参照）の上面のカソード電極と、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１１（図３および図８参照）の上面のカソード電極と、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１３（図３および図８参照）の上面のカソード電極とが、外部端子２ｂ１５（図６および図８参照）に電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２０９（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１５（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１５（図２参照）と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１６（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。更に、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１６（図２参照）と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１７（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１７（図２参照）と、信号端子２ｂ４（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２０９（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ４（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１１（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１８（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。更に、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１８（図２参照）と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１９（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１９（図２参照）と、信号端子２ｂ３（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１１（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ３（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１３（図３参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２０（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２０（図２参照）と、信号端子２ｂ２（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１３（図３および図８参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ２（図６および図８参照）とが電気的に接続される。

また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１１（図２参照）と、外部端子２ｂ１６（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２０９（図３および図８参照）の下面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１０（図３および図８参照）の下面のカソード電極とが、外部端子２ｂ１６（図６および図８参照）に電気的に接続される。

更に、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１２（図２参照）と、外部端子２ｂ１７（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１１（図３および図８参照）の下面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１２（図３および図８参照）の下面のカソード電極とが、外部端子２ｂ１７（図６および図８参照）に電気的に接続される。

また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１３（図２参照）と、外部端子２ｂ２０（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（サイリスタチップ）２１３（図３および図８参照）の下面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１４（図３および図８参照）の下面のカソード電極とが、外部端子２ｂ２０（図６および図８参照）に電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１０（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１４（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１２（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１４（図２参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１４（図３参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１４（図２参照）とがワイヤボンディング接続される。また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ１４（図２参照）と、外部端子２ｂ２１（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１０（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１２（図３および図８参照）の上面のアノード電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２１４（図３および図８参照）の上面のアノード電極とが、外部端子２ｂ２１（図６および図８参照）に電気的に接続される。

また、絶縁基板１（図２参照）の導体パターン１ｃ２１（図２参照）と、信号端子２ｂ１（図６参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、外部端子２ｂ２１（図６および図８参照）と信号端子２ｂ１（図６および図８参照）とがサーミスタＴＨ（図３および図８参照）を介して電気的に接続される。

次いで、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の製造時には、外囲ケース２（図１参照）の内部にゲル剤（図示せず）が充填され、次いで、カバー４（図１（Ａ）参照）が外囲ケース２に接続され、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００が完成する。

詳細には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図２および図６に示すように、絶縁基板１（図２参照）の前後方向寸法Ｗ１ａ（図２（Ａ）参照）が、外囲ケース２（図６参照）の前側壁部２ａ１（図６（Ｃ）参照）の後側表面と後側壁部２ａ２（図６（Ｃ）参照）の前側表面との間隔Ｗ２ａ（図６（Ｃ）参照）よりも小さくされると共に、絶縁基板１（図２参照）の左右方向寸法Ｗ１ｂ（図２（Ａ）参照）が、外囲ケース２（図６参照）の右側壁部２ａ３（図６（Ｂ）参照）の左側表面と左側壁部２ａ４（図６（Ｂ）参照）の右側表面との間隔Ｗ２ｂ（図６（Ｂ）参照）よりも小さくされている。

そのため、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００によれば、絶縁基板１の前後方向寸法Ｗ１ａが、外囲ケース２の前側壁部２ａ１の後側表面と後側壁部２ａ２の前側表面との間隔Ｗ２ａより大きくされると共に、絶縁基板１の左右方向寸法Ｗ１ｂが、外囲ケース２の右側壁部２ａ３の左側表面と左側壁部２ａ４の右側表面との間隔Ｗ２ｂより大きくされている場合よりも、絶縁基板１を小型化することができ、その結果、パワー半導体モジュール１００全体のコストを削減することができる。

その上、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図５および図７に示すように、小型の絶縁基板１の周囲に、外囲ケース２の樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって形成されたスペーサ３が配置されている。そのため、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００によれば、例えばパワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１（図７（Ｃ）参照）が発生し、絶縁基板１（図７（Ｃ）参照）に伝熱された熱の一部を、図７（Ｃ）に矢印Ａ２で示すように、絶縁基板１の周囲のスペーサ３の側に水平方向（図７（Ｃ）の右向き）に伝熱することができる。

更に、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図７（Ｂ）に示すように、絶縁基板１の金属層１ｂの下面とスペーサ３の下面とが同一平面上に配置されているため、図７（Ｃ）に示すように、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の使用時に絶縁基板１およびスペーサ３の下面が空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段の上面に接続されると、絶縁基板１から空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱可能になると共に、スペーサ３から空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段にも伝熱可能になる。

その結果、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００では、図７（Ｃ）に示すように、絶縁基板１の熱が空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱される（図７（Ｃ）中の矢印Ａ１参照）のと同様に、スペーサ３の熱が空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱される（図７（Ｃ）中の矢印Ａ２参照）。

すなわち、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００によれば、小型の絶縁基板の周囲に外囲ケースの底面部が配置されており、パワー半導体チップが発生した熱が小型の絶縁基板の下面のみを介して空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段に伝熱される場合よりも、パワー半導体チップ２０１，…が発生した熱の伝熱経路を増加させることができ、それにより、パワー半導体モジュール１００全体の放熱性能を向上させることができる。

以下、本発明のパワー半導体モジュールの第５の実施形態について説明する。第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’は、後述する点を除き、上述した第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００とほぼ同様に構成されている。従って、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’によれば、後述する点を除き、上述した第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００とほぼ同様の効果を奏することができる。

第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の平面図は、図１（Ａ）に示す第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の平面図とほぼ同様である。カバー４（図１（Ａ）参照）を取り外した状態における第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の平面図は、図１（Ｂ）に示すカバー４（図１（Ａ）参照）を取り外した状態における第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の平面図とほぼ同様である。図９は第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の一部を構成する絶縁基板１’を示した図である。詳細には、図９（Ａ）は絶縁基板１’の平面図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＧ−Ｇ線に沿った絶縁基板１’の概略的な鉛直断面図である。第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の絶縁基板１’上にパワー半導体チップ２０１〜２１４およびサーミスタＴＨを搭載した状態を示した図は、図３に示す第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の絶縁基板１上にパワー半導体チップ２０１〜２１４およびサーミスタＴＨを搭載した状態を示した図とほぼ同様である。図１０は第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の一部を構成するスペーサ３’を示した図である。詳細には、図１０（Ａ）はスペーサ３’の平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）のＨ−Ｈ線に沿ったスペーサ３’の鉛直断面図、図１０（Ｃ）は図１０（Ｂ）の一部を拡大して示した図である。

図１１は図９に示す絶縁基板１’上にパワー半導体チップ２０１〜２１４およびサーミスタＴＨを搭載したものと図１０に示すスペーサ３’とを接続した状態を示した図である。詳細には、図１１（Ａ）は絶縁基板１’、スペーサ３’、パワー半導体チップ２０１などによって構成される組立体の平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）のＩ−Ｉ線に沿った組立体の概略的な鉛直端面図である。第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の一部を構成する外囲ケース２は、図６に示す第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２と同一形状である。図１２は図１１に示す組立体と図６に示す外囲ケース２とを接続した状態を示した図である。詳細には、図１２（Ａ）は絶縁基板１’、外囲ケース２、スペーサ３’、パワー半導体チップ２０１などによって構成される組立体の平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＪ−Ｊ線に沿った組立体の概略的な鉛直端面図、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）に示す組立体と空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段との関係を示した図である。第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の等価回路図は、図８に示す第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の等価回路図とほぼ同様である。

第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、図９に示すように、電気絶縁層１ａと、電気絶縁層１ａの下側に形成された金属層１ｂと、電気絶縁層１ｂの上側に形成された導体パターン１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４，１ｃ５，１ｃ６，１ｃ７，１ｃ８，１ｃ９，１ｃ１０，１ｃ１１，１ｃ１２，１ｃ１３，１ｃ１４，１ｃ１５，１ｃ１６，１ｃ１７，１ｃ１８，１ｃ１９，１ｃ２０，１ｃ２１とを有する絶縁基板１’が設けられている。

詳細には、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、絶縁基板１’（図９参照）の金属層１ｂ（図９（Ｂ）参照）の厚さが、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の絶縁基板１（図２参照）の金属層１ｂ（図２（Ｂ）参照）の厚さよりも小さい値に設定されている。また、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、その金属層１ｂ上に、例えば１２５μｍの厚さを有する電気絶縁層１ａ（図９（Ａ）および図９（Ｂ）参照）が形成されている。更に、その電気絶縁層１ａ上に、例えば４００μｍの厚さを有する導体パターン１ｃ１〜１ｃ２１（図９（Ａ）および図９（Ｂ）参照）が形成されている。

第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の製造時には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の製造時と同様に、絶縁基板１’（図９参照）上にパワー半導体チップ２０１〜２１４（図３参照）およびサーミスタＴＨ（図３参照）が搭載される。

また、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、図１０に示すように、前側部分３ａと、後側部分３ｂと、右側部分３ｃと、左側部分３ｄと、上下方向（図１０（Ｂ）の上下方向）に貫通した中央開口３ｅとを有する枠状のスペーサ３’が設けられている。更に、外囲ケース２（図６参照）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって、スペーサ３’が形成されている。また、スペーサ３’の中央開口３ｅと絶縁基板１’（図９参照）とが相補形状に形成されている。

更に、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、図１０に示すように、絶縁基板１’（図９参照）の上面に当接するための係止部３ｆがスペーサ３’に設けられている。詳細には、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、スペーサ３’（図１０参照）の下面とスペーサ３’（図１０参照）の係止部３ｆ（図１０参照）の下面との上下方向間隔Ｓ３’（図１０（Ｃ）参照）が、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００のスペーサ３（図４参照）の下面とスペーサ３（図４参照）の係止部３ｆ（図４参照）の下面との上下方向間隔Ｓ３（図４（Ｃ）参照）よりも小さくされている。また、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’では、スペーサ３’（図１０参照）の下面とスペーサ３’（図１０参照）の係止部３ｆ（図１０参照）の下面との上下方向間隔Ｓ３’（図１０（Ｃ）参照）と、スペーサ３’（図１０参照）の係止部３ｆ（図１０参照）の下面に当接する位置における絶縁基板１’（図９参照）の厚さＴ１’（図９（Ｂ）参照）とが等しくされている。

その結果、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の製造時に、図１１に示すように、絶縁基板１’（図９参照）がスペーサ３’の中央開口３ｅ（図１０参照）に嵌合せしめられて、絶縁基板１’とスペーサ３’とが接続されると、絶縁基板１’の金属層１ｂの下面とスペーサ３’の下面とが同一平面上に位置する（図１１（Ｂ）参照）。

第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の製造時には、次いで、図１２に示すように、図１１に示す組立体が、図６に示す外囲ケース２の下端部に接続される。次いで、図１（Ｂ）に示すように、ワイヤボンディングが行われる。

次いで、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の製造時には、外囲ケース２（図１参照）の内部にゲル剤（図示せず）が充填され、次いで、カバー４（図１（Ａ）参照）が外囲ケース２に接続され、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’が完成する。

換言すれば、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の絶縁基板１（図２参照）の厚さＴ１（図２（Ｂ）参照）とは異なる厚さＴ１’（図９（Ｂ）参照）を有する絶縁基板１’（図９参照）を具備する第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’が製造される場合に、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００のスペーサ３（図４参照）とは異なるスペーサ３’（図１０参照）であって、その下面とその係止部３ｆ（図１０参照）の下面との上下方向間隔Ｓ３’（図１０（Ｃ）参照）と、絶縁基板１’（図９参照）の厚さＴ１’（図９（Ｂ）参照）とが等しいスペーサ３’（図１０参照）が第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’に用いられる。

更に、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の絶縁基板１（図２参照）の厚さＴ１（図２（Ｂ）参照）とは異なる厚さＴ１’（図９（Ｂ）参照）を有する絶縁基板１’（図９参照）を具備する第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’が製造される場合には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられる外囲ケース２（図６参照）が、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’にも用いられる。

つまり、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられる絶縁基板１（図２参照）の厚さＴ１（図２（Ｂ）参照）と、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’に用いられる絶縁基板１’（図９参照）の厚さＴ１’（図９（Ｂ）参照）とが互いに異なり、それに伴って、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられるスペーサ３（図４参照）の下面とスペーサ３（図４参照）の係止部３ｆ（図４参照）の下面との上下方向間隔Ｓ３（図４（Ｃ）参照）と、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’に用いられるスペーサ３’（図１０参照）の下面とスペーサ３’（図１０参照）の係止部３ｆ（図１０参照）の下面との上下方向間隔Ｓ３’（図１０（Ｃ）参照）とが互いに異なる。

一方、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられる外囲ケース２（図６参照）が、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’にも共用される。すなわち、異なる厚さＴ１，Ｔ１’（図２（Ｂ）および図９（Ｂ）参照）を有する絶縁基板１，１’（図２および図９参照）が用いられる第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００と第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’に対して、同一の外囲ケース２（図６参照）を用いることができる。

そのため、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’によれば、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられる外囲ケース２（図６参照）とは異なる形状を有する外囲ケースを第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’のために製造しなければならない場合よりも、第５の実施形態のパワー半導体モジュール１００’の製造コストを削減することができる。

以下、本発明のパワー半導体モジュールの第６の実施形態について説明する。第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”は、後述する点を除き、上述した第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００とほぼ同様に構成されている。従って、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”によれば、後述する点を除き、上述した第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００とほぼ同様の効果を奏することができる。

図１３は第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”を示した図である。詳細には、図１３（Ａ）は第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の平面図、図１３（Ｂ）はカバー４（図１３（Ａ）参照）を取り外した状態における第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の平面図である。図１４は第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の一部を構成する絶縁基板１”を示した図である。詳細には、図１４（Ａ）は絶縁基板１”の平面図、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）のＫ−Ｋ線に沿った絶縁基板１”の概略的な鉛直断面図である。図１５は図１４に示す絶縁基板１”上にパワー半導体チップ２０１”，２０２”を搭載した状態を示した図である。図１６は第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の一部を構成するスペーサ３”を示した図である。詳細には、図１６（Ａ）はスペーサ３”の平面図、図１６（Ｂ）は図１６（Ａ）のＬ−Ｌ線に沿ったスペーサ３”の鉛直断面図、図１６（Ｃ）は図１６（Ｂ）の一部を拡大して示した図である。

図１７は図１５に示す絶縁基板１”と図１６に示すスペーサ３”とを接続した状態を示した図である。詳細には、図１７（Ａ）は絶縁基板１”、スペーサ３”、パワー半導体チップ２０１”，２０２”によって構成される組立体の平面図、図１７（Ｂ）は図１７（Ａ）のＭ−Ｍ線に沿った組立体の概略的な鉛直端面図である。

第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の一部を構成する外囲ケース２”（図１３および図１８参照）は、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２（図６参照）の製造に用いられる成形用金型を用いて製造される。詳細には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２（図６参照）の一部を構成する信号端子２ｂ１〜２ｂ１２（図６参照）および外部端子２ｂ１３〜２ｂ２１（図６参照）のうちの信号端子２ｂ１〜２ｂ５，２ｂ８〜２ｂ１２（図６参照）、外部端子２ｂ１３，２ｂ１５，２ｂ１７〜２ｂ２１（図６参照）を成形用金型内にセットしなければ、信号端子２ｂ６，２ｂ７（図１８参照）および外部端子２ｂ１４，２ｂ１６（図１８参照）を有する第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の外囲ケース２”（図１８参照）を形成することができる。

図１８は図１７に示す組立体と外囲ケース２”（図１３参照）とを接続した状態を示した図である。詳細には、図１８（Ａ）は絶縁基板１”、外囲ケース２”、スペーサ３”、パワー半導体チップ２０１”，２０２”などによって構成される組立体の平面図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）に示す組立体の概略的な鉛直端面図、図１８（Ｃ）は図１８（Ｂ）に示す組立体と空冷タイプまたは水冷タイプの放熱手段との関係を示した図である。図１９は第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の等価回路図である。

第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”では、図１４に示すように、電気絶縁層１ａと、電気絶縁層１ａの下側に形成された金属層１ｂと、電気絶縁層１ｂの上側に形成された導体パターン１ｃ１，１ｃ３，１ｃ７とを有する絶縁基板１”が設けられている。

詳細には、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”では、例えば３ｍｍの厚さを有する金属板が、金属層１ｂ（図１４（Ｂ）参照）として用いられている。また、その金属層１ｂ上に、例えば１２５μｍの厚さを有する電気絶縁層１ａ（図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）参照）が形成されている。更に、その電気絶縁層１ａ上に、例えば４００μｍの厚さを有する導体パターン１ｃ１，１ｃ３，１ｃ７（図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）参照）が形成されている。

第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の製造時には、絶縁基板１”（図１４および図１５参照）上にパワー半導体チップ２０１”，２０２”（図１５参照）が搭載される。詳細には、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２”（図１５参照）の下面のカソード電極とが、絶縁基板１”（図１５参照）の導体パターン１ｃ１（図１５参照）に電気的に接続される。

また、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”では、図１６に示すように、前側部分３ａと、後側部分３ｂと、右側部分３ｃと、左側部分３ｄと、上下方向（図１６（Ｂ）の上下方向）に貫通した中央開口３ｅとを有する枠状のスペーサ３”が設けられている。更に、外囲ケース２”（図１３および図１８参照）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって、スペーサ３”が形成されている。また、スペーサ３”の中央開口３ｅと絶縁基板１”（図１４および図１５参照）とが相補形状に形成されている。

更に、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”では、図１６に示すように、絶縁基板１”（図１４および図１５参照）の上面に当接するための係止部３ｆがスペーサ３”に設けられている。詳細には、スペーサ３”の下面とスペーサ３”の係止部３ｆの下面との上下方向間隔Ｓ３（図１６（Ｃ）参照）と、スペーサ３”の係止部３ｆの下面に当接する位置における絶縁基板１”（図１４および図１５参照）の厚さＴ１（図１４（Ｂ）参照）とが等しくされている。

その結果、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の製造時に、図１７に示すように、絶縁基板１”（図１４および図１５参照）がスペーサ３”の中央開口３ｅ（図１６参照）に嵌合せしめられて、絶縁基板１”とスペーサ３”とが接続されると、絶縁基板１”の金属層１ｂの下面とスペーサ３”の下面とが同一平面上に位置する（図１７（Ｂ）参照）。

また、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”では、図１３および図１８に示すように、前側壁部２ａ１と、後側壁部２ａ２と、右側壁部２ａ３と、左側壁部２ａ４と、上下方向（図６（Ｂ）の上下方向、図６（Ｃ）の左右方向）に貫通した中央開口２ａ５（図６参照）とを有する外囲ケース２”が設けられている。更に、電気絶縁性の樹脂材料と、外部端子２ｂ１４，２ｂ１６と、信号端子２ｂ６，２ｂ７とをインサート成形によって一体化することにより、外囲ケース２”が形成されている。

第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の製造時には、次いで、図１８に示すように、図１７に示す組立体が、外囲ケース２”の下端部に接続される。次いで、図１３（Ｂ）に示すように、ワイヤボンディングが行われる。

詳細には、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ１（図１４参照）と、外部端子２ｂ１４（図１３（Ｂ）参照）とがワイヤボンディング接続される。その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５および図１９参照）の下面のコレクタ電極と、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２”（図１５および図１９参照）の下面のカソード電極とが、外部端子２ｂ１４（図１３（Ｂ）および図１９参照）に電気的に接続される。

また、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５参照）の上面のゲート電極と、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ７（図１４（Ａ）参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ７（図１４（Ａ）参照）と、信号端子２ｂ７（図１３（Ｂ）参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５および図１９参照）の上面のゲート電極と、信号端子２ｂ７（図１３（Ｂ）および図１９参照）とが電気的に接続される。

更に、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５参照）の上面のエミッタ電極と、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ３（図１４参照）とがワイヤボンディング接続され、パワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２”（図１５参照）の上面のアノード電極と、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ３（図１４参照）とがワイヤボンディング接続され、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ３（図１４参照）と、外部端子２ｂ１６（図１３（Ｂ）参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５および図１９参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２”（図１５および図１９参照）の上面のアノード電極と、外部端子２ｂ１６（図１３（Ｂ）および図１９参照）とが電気的に接続される。また、絶縁基板１”（図１４参照）の導体パターン１ｃ３（図１４参照）と、信号端子２ｂ６（図１３（Ｂ）参照）とがワイヤボンディング接続され、その結果、パワー半導体チップ（ＩＧＢＴチップ）２０１”（図１５および図１９参照）の上面のエミッタ電極およびパワー半導体チップ（ダイオードチップ）２０２”（図１５および図１９参照）の上面のアノード電極と、信号端子２ｂ６（図１３（Ｂ）および図１９参照）とが電気的に接続される。

次いで、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の製造時には、外囲ケース２”（図１３参照）の内部にゲル剤（図示せず）が充填され、次いで、カバー４（図１３（Ａ）参照）が外囲ケース２”に接続され、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”が完成する。

換言すれば、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００のパワー半導体チップ２０１〜２１４（図３参照）の数（図３に示す例では、１４個）とは異なる数（図１５に示す例では、２個）のパワー半導体チップ２０１”，２０２”（図１５参照）を具備する第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”が製造される場合には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の絶縁基板１（図２参照）の前後方向寸法Ｗ１ａ（図２参照）および左右方向寸法Ｗ１ｂ（図２参照）とは、前後方向寸法Ｗ１ａ”（図１４参照）および左右方向寸法Ｗ１ｂ”（図１４参照）が異なる絶縁基板１”（図１４参照）が、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”に用いられる。

また、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００のパワー半導体チップ２０１〜２１４（図３参照）の数（図３に示す例では、１４個）とは異なる数（図１５に示す例では、２個）のパワー半導体チップ２０１”，２０２”（図１５参照）を具備する第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”が製造される場合には、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”に用いられる絶縁基板１”（図１４参照）と相補形状の中央開口３ｅ（図１６参照）であって、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００のスペーサ３（図４参照）の中央開口３ｅ（図４参照）とは形状が異なる中央開口３ｅ（図１６参照）を具備するスペーサ３”（図１６参照）が、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”に用いられる。

更に、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００のパワー半導体チップ２０１〜２１４（図３参照）の数（図３に示す例では、１４個）とは異なる数（図１５に示す例では、２個）のパワー半導体チップ２０１”，２０２”（図１５参照）を具備する第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”が製造される場合には、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２（図６参照）の製造に用いられる成形用金型（図示せず）を用いて製造された外囲ケース２”（図１３および図１８参照）が、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”に用いられる。

つまり、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられる絶縁基板１（図２参照）の前後方向寸法Ｗ１ａ（図２参照）および左右方向寸法Ｗ１ｂ（図２参照）と、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”に用いられる絶縁基板１”（図１４参照）の前後方向寸法Ｗ１ａ”（図１４参照）および左右方向寸法Ｗ１ｂ”（図１４参照）が異なり、それに伴って、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００に用いられるスペーサ３（図４参照）の中央開口３ｅ（図４参照）の形状と、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”に用いられるスペーサ３”（図１６参照）の中央開口３ｅ（図１６参照）の形状とが互いに異なる。

一方、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２（図６参照）の製造に用いられる成形用金型（図示せず）が、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の外囲ケース２”（図１３および図１８参照）の製造にも用いられる。

すなわち、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００が具備するパワー半導体チップ２０１〜２１４（図３参照）の数と、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”が具備するパワー半導体チップ２０１”，２０２”（図１５参照）の数とが異なるにもかかわらず、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２（図６参照）の製造に用いられる成形用金型（図示せず）を、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の外囲ケース２”（図１３および図１８参照）の製造にも用いることができる。

そのため、第１の実施形態のパワー半導体モジュール１００の外囲ケース２（図６参照）の製造に用いられる成形用金型（図示せず）とは別個の成形用金型（図示せず）を第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の外囲ケース２”（図１３および図１８参照）の製造のために用意しなければならない場合よりも、第６の実施形態のパワー半導体モジュール１００”の製造コストを削減することができる。

第７の実施形態では、上述した第１から第６の実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

１，１’，１” 絶縁基板
１ａ 電気絶縁層
１ｂ 金属層
１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３，１ｃ４，１ｃ５，１ｃ６ 導体パターン
１ｃ７，１ｃ８，１ｃ９，１ｃ１０，１ｃ１１ 導体パターン
１ｃ１２，１ｃ１３，１ｃ１４，１ｃ１５，１ｃ１６ 導体パターン
１ｃ１７，１ｃ１８，１ｃ１９，１ｃ２０，１ｃ２１ 導体パターン
２，２” 外囲ケース
２ａ１ 前側壁部
２ａ２ 後側壁部
２ａ３ 右側壁部
２ａ４ 左側壁部
２ａ５ 中央開口
２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３，２ｂ４，２ｂ５ 信号端子
２ｂ６，２ｂ７，２ｂ８，２ｂ９，２ｂ１０ 信号端子
２ｂ１１，２ｂ１２ 信号端子
２ｂ１３，２ｂ１４，２ｂ１５，２ｂ１６，２ｂ１７ 外部端子
２ｂ１８，２ｂ１９，２ｂ２０，２ｂ２１ 外部端子
３ スペーサ
３ａ 前側部分
３ｂ 後側部分
３ｃ 右側部分
３ｄ 左側部分
３ｅ 中央開口
３ｆ 係止部
４ カバー
１００，１００’，１００” パワー半導体モジュール
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５ パワー半導体チップ
２０６，２０７，２０８，２０９，２１０ パワー半導体チップ
２１１，２１２，２１３，２１４ パワー半導体チップ
ＴＨ サーミスタ

Claims (3)

1. 電気絶縁層（１ａ）と、電気絶縁層（１ａ）の下側に形成された金属層（１ｂ）と、電気絶縁層（１ｂ）の上側に形成された導体パターン（１ｃ１）とを有する絶縁基板（１）を設け、
   絶縁基板（１）の導体パターン（１ｃ１）上にパワー半導体チップ（２０１）を搭載し、
   前側壁部（２ａ１）と、後側壁部（２ａ２）と、右側壁部（２ａ３）と、左側壁部（２ａ４）と、上下方向に貫通した中央開口（２ａ５）とを有する外囲ケース（２）を設け、
   電気絶縁性の樹脂材料と、パワー半導体チップ（２０１）の下面の電極に電気的に接続される外部端子（２ｂ１８）と、パワー半導体チップ（２０１）の上面の電極に電気的に接続される外部端子（２ｂ１３）とをインサート成形によって一体化することにより、外囲ケース（２）を形成し、
   絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）を、外囲ケース（２）の前側壁部（２ａ１）の後側表面と後側壁部（２ａ２）の前側表面との間隔（Ｗ２ａ）よりも小さくすると共に、絶縁基板（１）の左右方向寸法（Ｗ１ｂ）を、外囲ケース（２）の右側壁部（２ａ３）の左側表面と左側壁部（２ａ４）の右側表面との間隔（Ｗ２ｂ）よりも小さくしたパワー半導体モジュール（１００）において、
   前側部分（３ａ）と、後側部分（３ｂ）と、右側部分（３ｃ）と、左側部分（３ｄ）と、上下方向に貫通した中央開口（３ｅ）とを有する枠状のスペーサ（３）を設け、
   外囲ケース（２）を構成する樹脂材料よりも熱伝導性が高い高熱伝導性材料によって、スペーサ（３）を形成し、
   スペーサ（３）の中央開口（３ｅ）と絶縁基板（１）とを相補形状に形成し、
   絶縁基板（１）の金属層（１ｂ）の下面とスペーサ（３）の下面とが同一平面上に位置するように、絶縁基板（１）をスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）に嵌合させて絶縁基板（１）とスペーサ（３）とを接続し、
   絶縁基板（１）およびスペーサ（３）を外囲ケース（２）の下端部に接続したことを特徴とするパワー半導体モジュール（１００）。
2. 請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の上面に当接する係止部（３ｆ）を、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）に設け、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）の下面とスペーサ（３）の係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３）と、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とを等しくし、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の厚さ（Ｔ１）とは異なる厚さ（Ｔ１’）を有する他の絶縁基板（１’）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００’）が製造される場合に、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）とは異なる他のスペーサ（３’）であって、その下面とその係止部（３ｆ）の下面との上下方向間隔（Ｓ３’）と、他の絶縁基板（１’）の厚さ（Ｔ１’）とが等しい他のスペーサ（３’）を、他のパワー半導体モジュール（１００’）に用いると共に、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）に用いられる外囲ケース（２）を、他のパワー半導体モジュール（１００’）にも用いることを特徴とするパワー半導体モジュール（１００，１００’）の製造方法。
3. 請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のパワー半導体チップ（２０１）の数とは異なる数のパワー半導体チップ（２０１”）を具備する他のパワー半導体モジュール（１００”）が製造される場合に、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の絶縁基板（１）の前後方向寸法（Ｗ１ａ）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ）とは、前後方向寸法（Ｗ１ａ”）および左右方向寸法（Ｗ１ｂ”）の少なくとも一方が異なる他の絶縁基板（１”）を、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用い、
   他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いられる他の絶縁基板（１”）と相補形状の中央開口（３ｅ）であって、請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）のスペーサ（３）の中央開口（３ｅ）とは形状が異なる中央開口（３ｅ）を具備する他のスペーサ（３”）を、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用い、
   請求項１に記載のパワー半導体モジュール（１００）の外囲ケース（２）の製造に用いられる成形用金型を用いて製造された他の外囲ケース（２”）を、他のパワー半導体モジュール（１００”）に用いることを特徴とするパワー半導体モジュール（１００，１００”）の製造方法。

Images