JP6033522B1 - 絶縁回路基板、パワーモジュールおよびパワーユニット - Google Patents

Abstract

冷熱サイクルが加わることにより繰り返し加わる熱応力に強く信頼性の高い絶縁回路基板、ならびに当該絶縁回路基板を含むパワーモジュールおよびパワーユニットを提供する。絶縁回路基板（１００）は、絶縁基板（１）と、第１の電極（２ａ）と、第２の電極（２ｂ）とを備えている。第１の電極（２ａ）は絶縁基板（１）の一方の主表面上に形成され、平面形状が多角形状である。第２の電極（２ｂ）は絶縁基板（１）の一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成され、平面形状が多角形状である。第１および第２の電極（２ａ，２ｂ）の少なくともいずれかの平面視における頂点（４）から外縁（５）に沿う方向に関して外縁（５）の長さの一部分を占める領域である角部に薄肉部（３）が形成され、薄肉部（３）は、薄肉部（３）以外の領域よりも厚みが薄い。

Description

本発明はパワーエレクトロニクス機器に含まれる絶縁回路基板、ならびに当該絶縁回路基板を含むパワーモジュールおよびパワーユニットに関するものである。

半導体のパワーモジュールに用いられる絶縁回路基板は、セラミックからなる絶縁基板の一方および他方の主表面上に回路電極を接合した構造を有している。近年パワーモジュールの電流密度の増加および高温動作化に伴い、電気抵抗および熱抵抗を下げる目的で回路電極を厚くすることが検討されている。

回路電極を厚くした場合、当該回路電極を含むパワーモジュールに冷熱サイクルを加えたときに、絶縁基板の熱膨張率と回路電極の熱膨張率との差による熱応力により、絶縁基板の破壊および回路電極の剥離が起こる可能性がある。

このような回路電極を厚くすることにより起こり得る問題の対策として、たとえば特公平５−２５３９７号公報（特許文献１）においては、回路電極の外縁部に段付形状を形成し、当該段付形状部の回路電極の厚みを段付き形状部以外の部分の厚みよりも薄くする手法が提案されている。またたとえば特開平８−２７４４２３号公報（特許文献２）においては、回路電極の外縁部の近傍に不連続な溝を複数設ける手法が提案されている。

特公平５−２５３９７号公報 特開平８−２７４４２３号公報

特公平５−２５３９７号公報に提案されている絶縁回路基板にあっては、回路電極の外縁部における熱応力は低減されるが、回路電極の外縁部が薄くなることにより熱が拡散する領域の断面積が減少するため、熱抵抗が大きくなるという問題があった。また特開平８−２７４４２３号公報に提案されている絶縁回路基板にあっては、特公平５−２５３９７号公報の絶縁回路基板に比べて熱抵抗の増加も軽減されるが、電極の外縁部における熱応力の低減効果が小さく、電極の剥離を十分に抑制することができないという問題があった。これは電極の外縁部には溝が形成されず、電極の厚みが減少していないことに基づく。このように回路電極の断面積を減少させる場合、熱応力と熱抵抗とはトレードオフの関係になる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷熱サイクルが加わることによる熱応力の増加が抑制され、かつ熱抵抗の増加が抑制された絶縁回路基板、ならびに当該絶縁回路基板を含むパワーモジュールおよびパワーユニットを提供することである。

本発明の絶縁回路基板は、絶縁基板と、第１の電極と、第２の電極とを備えている。第１の電極は絶縁基板の一方の主表面上に形成され、平面形状が多角形状である。第２の電極は絶縁基板の一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成され、平面形状が多角形状である。第１および第２の電極の少なくともいずれかの平面視における頂点から外縁に沿う方向に関して外縁の長さの一部分を占める領域である角部に薄肉部が形成され、薄肉部は、薄肉部以外の領域よりも厚みが薄い。第１および第２の電極の少なくともいずれかにおける薄肉部は、頂点から外縁の一部として互いに直交する第１および第２の辺と、第１および第２の辺の頂点から離れた曲線状の部分とに囲まれた平面形状を有する。
本発明の絶縁回路基板は、絶縁基板と、第１の電極と、第２の電極とを備えている。第１の電極は絶縁基板の一方の主表面上に形成され、平面形状が多角形状である。第２の電極は絶縁基板の一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成され、平面形状が多角形状である。第１および第２の電極の少なくともいずれかの平面視における頂点から外縁に沿う方向に関して外縁の長さの一部分を占める領域である角部に薄肉部が形成され、薄肉部は、薄肉部以外の領域よりも厚みが薄い。第１および第２の電極の少なくともいずれかにおける薄肉部は、頂点から外縁の一部として互いに直交する第１および第２の辺と、第１および第２の辺の頂点と反対側の端部を結ぶように第１および第２の辺に対して傾いた方向に延びる第３の辺とに囲まれた三角形の平面形状を有する。

本発明によれば、第１および第２の電極の角部に薄肉部を設けることにより、第１および第２の電極を厚くしたとしてもその熱応力の増加が抑制される。これにより、熱応力の増加に起因する第１および第２の電極の剥離を抑制することができ、かつ熱抵抗の増加を抑制することができる。これにより絶縁回路基板の信頼性が向上する。

実施の形態１の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）と、図１（Ａ）のＩＣ−ＩＣ線に沿う部分の概略断面図（Ｃ）と、図１（Ａ）のＩＤ−ＩＤ線に沿う部分の概略断面図（Ｄ）とである。 実施の形態１の絶縁回路基板を裏面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 薄肉部が形成されない表面電極の概略平面図（Ａ）と、図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）とである。 周回薄肉部が形成された表面電極の概略平面図（Ａ）と、図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）とである。 角薄肉部が形成された表面電極の概略平面図（Ａ）と、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）とである。 角薄肉部の厚みを変化させたときの、角薄肉部の大きさと、角薄肉部が形成された電極に対する熱応力の値との関係を示すグラフである。 角薄肉部が比較的小さいときの電極の応力最大点の位置を示す概略平面図（Ａ）と、角薄肉部が比較的大きいときの電極の応力最大点の位置を示す概略平面図（Ｂ）とである。 実施の形態１の第１の変形例の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態１の第２の変形例の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態１の第３の変形例の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態１の第４の変形例の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態１の第５の変形例の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態２の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態２の変形例の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１４（Ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）と、図１４（Ａ）のＸＩＶＣ−ＸＩＶＣ線に沿う部分の概略断面図（Ｃ）とである。 実施の形態３の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図（Ａ）と、図１５（Ａ）のＸＶＢ−ＸＶＢ線に沿う部分の概略断面図（Ｂ）とである。 実施の形態４の絶縁回路基板を表面電極側から見た構成を示す概略平面図である。 実施の形態５のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。 図１７のパワーモジュールを含む、実施の形態５のパワーユニットの構成を示す概略断面図である。 図１７のパワーモジュールを含む、実施の形態６のパワーユニットの構成を示す概略断面図である。 実施の形態７のパワーユニットの構成を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の絶縁回路基板１００の構成について図１および図２を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。またここでの厚みなどの寸法値は、すべて局所的なばらつきについては無視した全体の平均値として示されている。

図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および図２を参照して、本実施の形態の絶縁回路基板１００は、絶縁基板１と、電極２とを有しており、電極２は、表面電極２ａ（第１の電極）と、裏面電極２ｂ（第２の電極）とを有している。

絶縁基板１は、たとえば平面視において矩形状を有する板状の部材である。ここでは絶縁基板１はたとえば窒化アルミニウムなどのセラミックス材料からなっている。ただし絶縁基板１を構成する材料として酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素が用いられてもよい。ここでは一例として、絶縁基板１の図１（Ａ）における左右方向であるＸ方向の寸法ｓ１が２０ｍｍ、絶縁基板１の図１（Ａ）における上下方向（Ｘ方向に直交）であるＹ方向の寸法ｓ２が２０ｍｍ、絶縁基板１の図１（Ｂ）における上下方向（Ｘ，Ｙ方向に直交）であるＺ方向の寸法（厚み）ｓ３が０．３２ｍｍとなっている。

表面電極２ａは、図１（Ｂ）に示すように絶縁基板１の一方すなわちたとえば上側の主表面上に形成されている。裏面電極２ｂは、図１（Ｂ）に示すように絶縁基板１の他方すなわちたとえば下側の主表面上に形成されている。表面電極２ａおよび裏面電極２ｂは基本的に平面形状が多角形状であるが、ここではいずれも正方形状となっている。

表面電極２ａおよび裏面電極２ｂは、基本的には通常の使用範囲として、表面電極２ａのＸ方向の寸法ａ１およびＹ方向の寸法ａ２、ならびに裏面電極２ｂのＸ方向の寸法ｂ１およびＹ方向の寸法ｂ２が１０ｍｍ以上（特に１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下）とされることが好ましい。ここでは一例として、表面電極２ａのＸ方向の寸法ａ１およびＹ方向の寸法ａ２、ならびに裏面電極２ｂのＸ方向の寸法ｂ１およびＹ方向の寸法ｂ２は１８ｍｍであり、表面電極２ａおよび裏面電極２ｂのそれぞれのＺ方向の寸法（厚み）ａ３，ｂ３は１ｍｍである。表面電極２ａおよび裏面電極２ｂはいずれもたとえば銅からなっているが、これに限らず、たとえばアルミニウムまたは銀からなっていてもよい。

後述するように、実際のパワーモジュールにおいては、表面電極２ａの表面上にパワー半導体素子５１（半導体素子が形成された半導体チップ）がたとえばはんだ接合層により接続（搭載）されている。

表面電極２ａおよび裏面電極２ｂは、その角部に角薄肉部３（薄肉部）が形成されている。角薄肉部３は、表面電極２ａ内の他の（角薄肉部３以外の）領域に比べてＺ方向の厚みが薄くなった領域である。表面電極２ａの角薄肉部３のＸ方向の寸法ｔ１およびＹ方向の寸法ｔ２は２ｍｍであり、角薄肉部３のＺ方向の厚みｔ３は０．３ｍｍである。同様に裏面電極２ｂの角薄肉部３のＸ方向の寸法ｔ４およびＹ方向の寸法ｔ５は２ｍｍであり、角薄肉部３のＺ方向の厚みｔ６は０．３ｍｍである。このように本実施の形態においては、表面電極２ａ、裏面電極２ｂともに角薄肉部３は平面視において正方形状の平面形状を有している。

ここで角部とは、表面電極２ａおよび裏面電極２ｂのそれぞれにおいてその多角形状をなす頂点４を含み、頂点４からその多角形状の辺をなす外縁５に沿う方向（Ｘ方向およびＹ方向）に関する一部分の座標範囲内の領域を意味する。つまり角部とは、頂点４からＸ方向およびＹ方向に関して外縁５の長さ（１８ｍｍ）の一部分の長さ（たとえば２ｍｍ）分のみを占める領域である。したがって角薄肉部３は、１つの頂点４を含み、その頂点４からＸ方向およびＹ方向に関する外縁５の長さに対してかなり短い長さに相当する領域のみを占めるように、頂点４と連続するように形成された角部の範囲に形成されている。

さらに言い換えれば角部は、頂点４から外縁５に沿う方向の全体（１８ｍｍ分）を占めることがないように、頂点４に比較的近い領域のみに形成される。したがって角薄肉部３は、頂点４に比較的近い領域のみに形成されている。

次に、図３〜図６を用いて、以上のように表面電極２ａおよび裏面電極２ｂの角部に角薄肉部３が形成されることによる作用効果、およびその好ましい寸法について説明する。なおここではすべて表面電極２ａについてのみ説明するが、裏面電極２ｂについても基本的にすべて同様のことが言える。また以下の各データ間での冷熱サイクル試験の条件はすべて同一とする。

図３（Ａ），（Ｂ）を参照して、この表面電極２ａは、図１（Ａ）の表面電極２ａと同様にＸ方向の寸法ａ１およびＹ方向の寸法ａ２が１８ｍｍであり、Ｚ方向の厚みａ３を０．２ｍｍから１．６ｍｍまで変化させている。またこの表面電極２ａには角薄肉部３は形成されず、その全体において厚みａ３がほぼ一定となっている。他の条件はすべて図１の絶縁回路基板１００と同様であるとする。

図３に示す表面電極２ａが絶縁基板１の一方の主表面上に形成された絶縁回路基板に対して冷熱サイクル試験を行なったときの、表面電極２ａと絶縁基板１との剥離の発生の有無を調べた実験結果を以下の表１に示す。なお冷熱サイクル試験は、表面電極２ａに対して零下４０℃から１７５℃の間の昇温および降温を繰り返させる負荷を与えることによりなされている。

表１より、表面電極２ａの厚みが０．６ｍｍ以上になれば、表面電極２ａが絶縁基板１から剥離することがわかる。

次に図４（Ａ），（Ｂ）を参照して、この表面電極２ａは、図１（Ａ）の表面電極２ａと同様にＸ方向の寸法ａ１およびＹ方向の寸法ａ２が１８ｍｍであり、周回薄肉部６以外の領域のＺ方向の厚みａ３を０．２ｍｍから１．６ｍｍまで変化させている。つまりこの表面電極２ａは、その外縁５に沿ってその近傍である外縁部の全体に（表面電極２ａの外縁部を一周するように）周回薄肉部６が形成されている。周回薄肉部６は角薄肉部３と同様に表面電極２ａのＺ方向の厚みが表面電極２ａ内の他の領域の厚みに比べて薄くなった領域を意味するが、これは外縁５に沿う方向に関して外縁５の長さの全体を占めるように外縁部を一周する点において、頂点４から外縁５の長さの一部分のみに形成される角薄肉部３と異なっている。このため角薄肉部３と区別する観点から、角薄肉部３とは異なる周回薄肉部６との名称を付している。

周回薄肉部６の、外縁５に交差する方向（Ｘ方向およびＹ方向）に関する幅ｐ１を１．０ｍｍ、Ｚ方向に関する厚みｐ２を０．３ｍｍ（ただし電極２ａ全体の厚みが０．２ｍｍおよび０．３ｍｍのサンプルについては０．１ｍｍ）としている。図４に示す表面電極２ａが絶縁基板１の一方の主表面上に形成された絶縁回路基板に対して冷熱サイクル試験を行なったときの、表面電極２ａと絶縁基板１との剥離の発生の有無を調べた実験結果を以下の表２に示す。

表２より、周回薄肉部６を設けた場合、表面電極２ａの厚みが１．２ｍｍ以上になれば、表面電極２ａが絶縁基板１から剥離することがわかる。

次に図５（Ａ），（Ｂ）を参照して、この表面電極２ａは、図１（Ａ）の表面電極２ａと同様にＸ方向の寸法ａ１およびＹ方向の寸法ａ２が１８ｍｍであり、表面電極２ａの角薄肉部３以外の領域におけるＺ方向の厚みａ３を０．２ｍｍから１．６ｍｍまで変化させている。つまりこの表面電極２ａは、その角部に角薄肉部３が形成されている。

角薄肉部３の図５（Ａ）に示すＸ方向およびＹ方向に関する寸法ｔ１，ｔ２は２ｍｍであり、そのＺ方向に関する厚みｔ３を０．３ｍｍ（ただし電極２ａ全体の厚みが０．２ｍｍおよび０．３ｍｍのサンプルについては０．１ｍｍ）としている。図５に示す表面電極２ａが絶縁基板１の一方の主表面上に形成された、図１に示す本実施の形態の絶縁回路基板１００に対して冷熱サイクル試験を行なったときの、表面電極２ａと絶縁基板１との剥離の発生の有無を調べた実験結果を以下の表３に示す。

表３より、角薄肉部３を設けた場合、表面電極２ａの（角薄肉部３以外の領域のＺ方向の）厚みが１．５ｍｍまで増加されても表面２ａは剥離しなかった。

以上のように、角薄肉部３などが設けられない（図３のような）場合においては電極２（表面電極２ａおよび裏面電極２ｂ）の厚みが０．６ｍｍになれば剥離するのに対し、（図１、図５のように）角部に角薄肉部３が設けられた場合においては電極２の（角薄肉部３以外の領域の）厚みを１．５ｍｍにしても剥離しない。電極２の電気抵抗および熱抵抗を下げる観点からは電極２はなるべく厚いことが好ましい。このため本実施の形態においては角部に角薄肉部３を設け、かつ表面電極２ａおよび裏面電極２ｂ（のうち少なくともいずれか）は、その（角薄肉部３以外の領域の）Ｚ方向の厚みを０．６ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることが好ましいといえる。

また角部に角薄肉部３を設けることが好ましいことは、以下のデータからも主張可能である。以下の表４のデータは、図３のように角薄肉部３および周回薄肉部６のいずれも形成されない表面電極２ａと、図４のように周回薄肉部６が形成された表面電極２ａと、図５のように角薄肉部３が形成された表面電極２ａとの熱応力の最大値を比較したものである。なお基本的に各電極２の角薄肉部３などの寸法は上記の図３〜図５において説明した値と同じであり、いずれも（角薄肉部３および周回薄肉部６が形成されない部分の）厚みは１．０ｍｍである。表４においては熱応力としてのせん断応力の最大値を示しており、図３のように角薄肉部３および周回薄肉部６のいずれも形成されない表面電極２ａの値を１としたときの相対値を示している。なおこれらの応力の値は有限要素法解析により求めている。

表４より、図３のような角薄肉部３などを有さない電極２のせん断応力最大値に対して、図４のように周回薄肉部６を設けた場合のせん断応力最大値は０．６８倍、図５のように角薄肉部３を設けた場合のせん断応力最大値は０．６４倍となっている。すなわち電極２の角部のみを薄くすることにより応力は大きく低減することがわかる。

次に、角薄肉部３などを設けることによる電極２の熱抵抗の変化について説明する。以下の表５は、図３の角薄肉部３などのない電極２（薄肉部無し）の熱抵抗の値を１としたときの、図４（周回薄肉部６あり）および図５（角薄肉部３あり）の電極２の熱抵抗の相対値を示している。なお基本的に各電極２の角薄肉部３などの寸法は上記の図３〜図５において説明した値と同じであり、いずれも（角薄肉部３および周回薄肉部６が形成されない部分の）厚みは１．０ｍｍである。なおこれらの応力の値は有限要素法解析により求めている。

表５より、図３のような角薄肉部３などを有さない電極２の熱抵抗に対して、図４のように周回薄肉部６を設けた電極２の熱抵抗は約９％上昇しているが、図５のように角薄肉部３を設けた電極２の熱抵抗は約２％の上昇に抑えられている。したがって本実施の形態のように電極２の角部のみを薄くすることにより、電極２上に載置されるパワー半導体素子の発熱を放出するための電極２の熱抵抗の増加を最小限に抑えつつ、当該発熱に起因する電極２の（熱）応力緩和を実現することができる。つまり本実施の形態においては、熱応力と熱抵抗との双方の増加を抑制することができる。

次に本実施の形態における角薄肉部３の厚みおよび大きさの最適値について説明する。図６を参照して、このグラフの横軸は、角薄肉部３の最短幅を、角薄肉部３の厚みで除することにより規格化された値であり、縦軸は各サンプルにおける冷熱サイクル試験時の熱応力を規格化した相対値である。

ここで角薄肉部３の最短幅とは、角薄肉部３に含まれる（角薄肉部３の始点となる）電極２の１つの頂点４から、当該電極２における角薄肉部３以外の領域までの最短距離を意味している。すなわちたとえば図１を参照して、ここでの表面電極２ａに形成された４つの角薄肉部３のそれぞれの最短幅は、ｔ１およびｔ２に等しい値Ｔとなっている。また図２を参照して、ここでの表面電極２ｂに形成された４つの角薄肉部３のそれぞれの最短幅は、ｔ４およびｔ５に等しい値Ｔとなっている。

図６のデータは、基本的に図５において説明した値と等しい寸法を有する電極２を想定して有限要素法解析により導出されており、いずれも（角薄肉部３が形成されない部分の）厚みは１．０ｍｍである。また角薄肉部３の厚みは０．１ｍｍから０．５ｍｍまでの範囲で変化させている。

図６より、横軸の角薄肉部３の規格化された最短幅が５以上１０以下の範囲において、全体的に最も熱応力の値が小さくなっている。また当該最短幅が５を下回れば全体的に熱応力が大きくなり、当該最短幅が１０を超えた場合にも全体的に熱応力が大きくなっている。

よって最短幅が５以上１０以下の範囲を角薄肉部３の妥当な寸法と考えれば、この範囲において、角薄肉部３の厚みが０．２ｍｍ、０．３ｍｍまたは０．４ｍｍの場合は熱応力の相対値が０．７以下となっている。これに対して、角薄肉部３の厚みが０．１ｍｍおよび０．５ｍｍの場合は、規格化された最短幅が５以上１０以下の範囲において熱応力の相対値が０．７を超える場合がある。

したがって、熱応力を下げる観点から、角薄肉部３の厚みを０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とし、角薄肉部３のそれ以外の領域までの最短距離を厚みで除した規格値が５以上１０以下であることが好ましいといえる。言い換えれば、角薄肉部３は、その角薄肉部３に含まれる１つの頂点４から、当該電極２（表面電極２ａおよび裏面電極２ｂの少なくともいずれか）における角薄肉部３以外の領域までの最短距離が、角薄肉部３の厚みの５倍以上１０倍以下であることが好ましい。なお角薄肉部３の厚みは０．３ｍｍ以上０．４ｍｍ以下とすることがより好ましい。このようにすれば、たとえ図６の横軸の規格値が５以上１０以下の範囲からはみ出した場合においても、熱応力の値を比較的小さく保つことができる。

なお、図６のグラフより、角薄肉部３の厚みが０．２ｍｍの場合には最短幅の規格値が５すなわち最短幅の絶対値が１ｍｍの場合に応力が最小となっているのに対し、角薄肉部３の厚みが０．３ｍｍの場合には最短幅の規格値が６．７すなわち最短幅の絶対値が２ｍｍの場合に応力が最小となっている。このように角薄肉部３の厚みが変われば応力が最小となる角薄肉部３の最短幅が変化する理由は、角薄肉部３の最短幅が広くなるにつれて電極２の応力最大点（すなわち応力集中部）が頂点４から離れた領域にシフトするためである。

図７（Ａ）を参照して、角薄肉部３の最短幅Ｔが比較的小さいときは、応力最大点ＭＸＰが表面電極２ａの頂点４に位置する。これに対して図７（Ｂ）を参照して、角薄肉部３の最短幅Ｔが大きくなると応力最大点ＭＸＰが頂点４から離れた、角薄肉部３の頂点４以外の角と重なる位置に移る。基本的にこの応力最大点ＭＸＰを起点として電極２の剥離が起こる。

図７（Ｂ）の状態になればそれ以上角薄肉部３の最短幅Ｔを広げても応力低減効果はなくなり、むしろ最大応力値は増加する。このため角薄肉部３を大きくするほど応力低減効果が増すわけではなく、図７（Ｂ）の状態よりも最短幅Ｔを小さくすることが好ましい。この応力最大点ＭＸＰの位置がシフトするときの最短幅Ｔは角薄肉部３の厚みに応じて変化し、基本的に角薄肉部３が厚いほど大きくなる。以上により角薄肉部３の厚みが変われば応力が最小となる角薄肉部３の最短幅Ｔが変化し、角薄肉部３の厚みの５倍以上１０倍以下の最短幅Ｔとすることによりその最大応力値を小さくすることができる。

次に、図８〜図１１を用いて、本実施の形態の絶縁回路基板の変形例として、特に角薄肉部３の平面形状の変形例について説明する。

図８を参照して、本実施の形態の第１の変形例の絶縁回路基板１１０は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。しかし図８の絶縁回路基板１１０は、角薄肉部３の平面形状において上記の絶縁回路基板１００と異なっている。

具体的には、絶縁回路基板１１０の電極２（表面電極２ａおよび裏面電極２ｂ）の角薄肉部３は、全体的には正方形状に近い平面形状を有するものの、頂点４から離れた（頂点４と連続していない）角薄肉部３の外縁が、直線状外縁３ａと、曲線状外縁３ｂとを有している。言い換えれば、この頂点４から離れた角薄肉部３の外縁とは、表面電極２ａなどにおける角薄肉部３と角薄肉部以外の厚い領域との境界線に相当する。この点において、頂点４から離れた角薄肉部３の外縁（境界線）の全体が直線状であることにより正方形状の平面形状を有する絶縁回路基板１００の角薄肉部３の平面形状とは異なっている。

直線状外縁３ａは当該角薄肉部３の頂点４から延びる外縁にほぼ平行に、Ｘ方向およびＹ方向に延びている。これに対して曲線状外縁３ｂは、たとえば９０°分の円弧形状を描くように形成されており、この曲線状外縁３ｂが電極２（表面電極２ａおよび裏面電極２ｂの少なくともいずれか）全体の外縁５と互いに接するように交わっている。すなわち曲線状外縁３ｂは直線状外縁３ａよりも表面電極２ａの外側に形成されており、直線状外縁３ａは表面電極２ａ全体の外縁５とは互いに交わらない態様となっている。

曲線状外縁３ｂは、角薄肉部３の外縁５に沿う部分の寸法（たとえばＸ方向の寸法ｔ１）が、曲線状外縁３ｂが形成されずに直線状外縁３ａが外縁５に達するように形成される場合に比べて大きくなるように、角薄肉部３の頂点４から離れる方向に延びている。しかし図８の態様においても、基本的に角薄肉部３の、頂点４から角薄肉部３以外の領域までの最短距離（最短幅Ｔ）は図８のｔ１にほぼ等しくなる。

図８のように角薄肉部３とそれ以外の厚い領域との境界線に相当する角薄肉部３の外縁がたとえば円弧状の曲線状外縁３ｂにより電極２全体の外縁５と交われば、外縁５と曲線状外縁３ｂとの交点における応力の集中をより確実に抑制することができる。図７（Ｂ）で説明したとおり、外縁５と曲線状外縁３ｂとの交点は（特に角薄肉部３の最短幅Ｔが比較的大きい場合に）応力最大点ＭＸＰとなりやすいためである。

図９を参照して、本実施の形態の第２の変形例の絶縁回路基板１２０は、基本的に上記の絶縁回路基板１１０と同様の構成を有しているため、上記と同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図９の絶縁回路基板１２０は、図８の曲線状外縁３ｂの代わりに斜線状外縁３ｃを有している。つまり図９の絶縁回路基板１２０は、頂点４から離れた（頂点４と連続していない）角薄肉部３の外縁（角薄肉部３とそれ以外の領域との境界線）が、直線状外縁３ａと、斜線状外縁３ｃとを有している。

斜線状外縁３ｃは直線状外縁３ａの延びるＸ方向またはＹ方向に対して一定の角度（たとえば４５°）の角度を有するように傾いた直線形状を有している。この斜線状外縁３ｃが電極２（表面電極２ａおよび裏面電極２ｂの少なくともいずれか）全体の外縁５と互いに接するように交わっている。斜線状外縁３ｃは曲線状外縁３ｂと同様に、角薄肉部３の外縁５に沿う部分の寸法がより大きくなるように、角薄肉部３の頂点４から離れる方向に延びている。しかし図９の態様においても、基本的に角薄肉部３の、頂点４から角薄肉部３以外の領域までの最短距離（最短幅Ｔ）は図９のｔ１にほぼ等しくなる。

図９の角薄肉部３は、平面視においてその外縁を構成する辺が６つあるため六角形状であるとみることができる。このように角薄肉部３は、平面視において正方形状に限らず、任意の多角形状をとることができる。図９のように、曲線状外縁３ｂの代わりに斜線状外縁３ｃが用いられた場合においても、斜線状外縁３ｃと外縁５との交点における応力の集中をより確実に抑制することができる。

図１０を参照して、本実施の形態の第３の変形例の絶縁回路基板１３０は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有しているため、上記と同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。

絶縁回路基板１３０のように、角薄肉部３は平面視において三角形状であってもよい。つまり電極２（表面電極２ａなど）のＸ方向およびＹ方向のそれぞれの外縁５の一部としての互いに直交する２辺と、それらを結ぶようにＸ方向およびＹ方向に対してたとえば４５°の方向に延びる、角薄肉部３とそれ以外の領域との境界線としての１辺とからなるたとえば直角二等辺三角形である。

上記の境界線がＸ方向およびＹ方向に対してなす角度が４５°である場合、角薄肉部３の図１０に示す寸法ｔ１および寸法ｔ２の値はほぼ等しい。またこの例においては、角薄肉部３の最短幅Ｔは、頂点４からこれに対向する辺（上記の角薄肉部３とそれ以外の領域との境界線）に対して結ぶ法線（角薄肉部３内の点線部）の長さとなる。

図１１を参照して、本実施の形態の第４の変形例の絶縁回路基板１４０は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有しているため、上記と同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図１１の絶縁回路基板１４０は、角薄肉部３が正方形状ではなく長方形状の平面形状を有している。一例として、図１１においては外縁５に沿う周回方向に関して、Ｘ方向の寸法ｔ１がＹ方向の寸法ｔ２よりも長い構成と、Ｙ方向の寸法ｔ２がＸ方向の寸法ｔ１よりも長い構成とが交互に配置された構成が示されているが、このような構成に限られない。この場合、角薄肉部３の最短幅Ｔは、Ｘ方向の寸法ｔ１またはＹ方向の寸法ｔ２のうち短い方の寸法に等しくなる。

図１２を参照して、本実施の形態の第５の変形例の絶縁回路基板１５０は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有しているため、上記と同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図１２の絶縁回路基板１５０は、角薄肉部３が、頂点４からＸ方向およびＹ方向に延びる部分と、頂点４から離れた（頂点４と連続していない）曲線状（円弧状）の部分とからなる外縁に囲まれた平面形状を有している。このようにすれば、他の変形例などに比べて角薄肉部３を形成するための加工（切削加工など）が容易になり、製造コストを低減することができる。

以上の各変形例に示すように、角薄肉部３の平面形状は正方形状に限らず任意の多角形状または曲線を含む形状とすることができ、このようにしても熱応力および熱抵抗の増加を抑制する作用効果を奏することができる。

なおたとえば図１０に示すような三角形状の角薄肉部３が形成される例においては、十分な応力低減効果を得る観点から、（角薄肉部３の厚みが０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下の範囲において）頂点４からの法線の長さ（最短幅Ｔ）は２ｍｍ以上であることが好ましい。

以上の図８〜図１１の各変形例について、ここでは主として表面電極２ａについて説明したが、裏面電極２ｂについても基本的に表面電極２ａと同様のことが言える。

（実施の形態２）
まず本実施の形態の絶縁回路基板２００の構成について図１３を用いて説明する。

図１３を参照して、本実施の形態の絶縁回路基板２００は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図１３の絶縁回路基板２００は、電極２のうち表面電極が、表面電極２ａと表面電極２ｃとの２つに分割されている。

表面電極２ａおよび表面電極２ｃは、絶縁回路基板１００における単一の正方形状の表面電極２ａが、たとえば図１の上側の外縁５の中央部からおよび図１の右側の中央部まで、Ｌ字型に屈曲する分断部７を形成することにより２つに分割された態様を有している。したがって表面電極２ａと表面電極２ｃとは、分断部７において互いに間隔をあけるように形成されている。

表面電極２ａは図１３の絶縁基板１内の左上側、左下側の領域から右下側の領域まで、Ｌ字状に屈曲しながら連なるように延びる形状を有している。これに対して表面電極２ｃは図１３の絶縁基板１内の右上側の領域に矩形状（長方形状）を有するように配置されている。このように本実施の形態においては、表面電極が、絶縁基板１の上側の主表面上において間隔をあけて複数（たとえば２つ）に分割されている。このように分割電極パターンが形成された絶縁回路基板２００においても、実施の形態１の絶縁回路基板１００と同様に、角薄肉部３により熱抵抗増加を抑制しつつ熱応力を低減するという作用効果を実現することができる。なお図１３においては２つの表面電極２ａ，２ｃに分割されているが、これに限らず、表面電極が３つ以上に分割されていてもよい。

図１３の表面電極２ａは、平面視においてその外縁を構成する辺が６つあるため六角形状であるとみることができる。このように表面電極２ａは、平面視において正方形状に限らず、任意の多角形状をとることができる（たとえば八角形状であってもよい）。また表面電極２ｃはＸ方向の寸法ｔ７がＹ方向の寸法ｔ８よりも長い長方形状を有している。このように表面電極２ｃは長方形状としてもよい。

図１３の表面電極２ａには６つの角部が存在するが、このうち外側に凸となる５つの角部（頂点４の近傍）には角薄肉部３が形成されている。これらの角部は実施の形態１と同様に直角であり、図１３の角薄肉部３はいずれも平面視において正方形状を有している。したがって図１３のｔ１とｔ２の値はほぼ等しく、角薄肉部３の最短幅Ｔはｔ１に等しくなっている。これに対して表面電極２ａには外側に凹となる１つの角部（凹頂点８）が形成されており、この凹頂点８の近傍には角薄肉部３が形成されていない。

通常の外側に凸となる頂点４を含む角部においては、当該電極上に載置されるパワー半導体素子の発熱による応力増加を抑制する観点から角薄肉部３を形成することが好ましい。しかし外側に凹となる凹頂点８を含む角部においては、応力集中が起こりにくいため角薄肉部３を設けなくてもよい。

ただし表面電極２ａに隣り合う表面電極２ｃの、特に凹頂点８を含む角部に対向する角部（図１３の表面電極２ｃの左下の、外側に凸となる角部）は、表面電極２ｃの他の角部および表面電極２ａの角部に形成される角薄肉部３よりもさらに薄い角薄肉部３ｓが形成されることが好ましい。あるいは上記の角薄肉部３ｓの形成される幅（最短幅Ｔ）を他の角薄肉部３の最短幅Ｔよりも大きくすることが好ましい。これは、角薄肉部３ｓを含む角部は絶縁基板１の平面視における中央部に位置しており、この位置は裏面電極２ｂからの応力の影響を大きく受けるため、絶縁基板１の平面視における外側に位置する角部よりも高い熱応力を受けるためである。上記のように角薄肉部３ｓを角薄肉部３よりも薄く、または広く（大きく）形成することにより、応力集中を抑制する効果が高められる。

ただし図１４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して、本実施の形態の変形例として、分割された表面電極２ｃの全体が表面電極２ａの角薄肉部３以外の領域よりも薄く形成されていてもよい。すなわち図１４における表面電極２ｃは、角薄肉部３の厚みｔ３と同じまたはそれ以下の厚みである厚みｔ９になるように形成されている。

この変形例は、たとえば表面電極２ｃの表面上にパワー半導体素子が接合されず、表面電極２ｃの表面上にはボンディングワイヤのみが接続されている場合など、表面電極２ｃにおいて大きな放熱を必要としない場合に適用可能である。

図１４に示す本実施の形態の変形例の絶縁回路基板２１０は、基本的に上記の絶縁回路基板２００と同様の構成を有しているため、上記と同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。

以上の本実施の形態について、ここでは主として表面電極２ａについて説明したが、裏面電極２ｂについても基本的に表面電極２ａと同様のことが言える。すなわち裏面電極が、絶縁基板１の下側の主表面上において間隔をあけて複数（たとえば２つ）に分割されていてもよい。また本実施の形態においては正方形状の角薄肉部３の適用例のみを説明したが、実施の形態１の図８〜図１１に示す各変形例の角薄肉部３を本実施の形態において適用することもできる。

（実施の形態３）
まず本実施の形態の絶縁回路基板３００の構成について図１５を用いて説明する。

図１５（Ａ），（Ｂ）を参照して、本実施の形態の絶縁回路基板３００は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図１５の絶縁回路基板３００は、表面電極２ａが表面第１層電極２ａ１（第１の層）と表面第２層電極２ａ２（第２の層）との積層構造を有している。また絶縁回路基板３００は、裏面電極２ｂが裏面第１層電極２ｂ１（第１の層）と裏面第２層電極２ｂ２（第２の層）との積層構造を有している。つまり本実施の形態においては、表面電極２ａおよび裏面電極２ｂ（のうち少なくともいずれか）が、複数の（材質の異なる）層が積層された構造を有している。

表面第１層電極２ａ１は絶縁基板１の上側の主表面を覆うように形成され、表面第２層電極２ａ２は表面第１層電極２ａ１の表面を覆うように形成されている。同様に、裏面第１層電極２ｂ１は絶縁基板１の下側の主表面を覆うように形成され、裏面第２層電極２ｂ２は裏面第１層電極２ｂ１の表面を覆うように形成されている。表面第１層電極２ａ１および裏面第１層電極２ｂ１はアルミニウムにより形成されており、表面第２層電極２ａ２および裏面第２層電極２ｂ２は銅により形成されている。

また表面第２層電極２ａ２および裏面第２層電極２ｂ２には、他の実施の形態と同様にその角部に角薄肉部３が形成されている。たとえば図１５（Ｂ）に示すように、当該角薄肉部３においては表面第２層電極２ａ２および裏面第２層電極２ｂ２が完全に除去されてその下の表面第２層電極２ａ２および裏面第２層電極２ｂ２が露出されるような態様になっていてもよい。あるいは表面第２層電極２ａ２および裏面第２層電極２ｂ２が部分的に残存するようにその一部の厚み分が除去される態様であってもよい。

なお図１５においては、表面電極２ａおよび裏面電極２ｂのそれぞれが２つの層の積層構造を有しているが、これに限らず、３つ以上の層の積層構造を有していてもよい。

本実施の形態においては、たとえば表面第１層電極２ａ１および裏面第１層電極２ｂ１のアルミニウムが低応力で塑性変形する。これにより、実施の形態１の銅からなる単層で形成された電極２に比べて、絶縁基板１と電極２（表面電極２ａおよび裏面電極２ｂ）との剥離が抑制される。

ただしアルミニウムは銅に比べて熱伝導率が低いため、仮にアルミニウムの単層により電極２が形成されれば所望の熱抵抗を実現できなくなる可能性がある。そこで本実施の形態のようにアルミニウムの層と銅の層との積層構造にすることにより、応力を低減して電極２の剥離を抑制する効果と、熱抵抗を低くする効果との双方を併せ持たせることができる。

なお上記において第１層電極２ａ１，２ｂ１がアルミニウムにより、第２層電極２ａ２，２ｂ２が銅により形成されるものとして説明がなされている。しかしこの組み合わせに限らず、これら各層の材料の降伏応力および熱膨張率を考慮して第１層電極が変形しやすい任意の材料構成とすることができる。

本実施の形態においては正方形状の角薄肉部３の適用例のみを説明したが、実施の形態１の図８〜図１１に示す各変形例の角薄肉部３を本実施の形態において適用することもできるし、実施の形態２のように複数に分割された表面電極２ａ，２ｃに対して上記の積層構造を適用することもできる。

（実施の形態４）
まず本実施の形態の絶縁回路基板４００の構成について図１６を用いて説明する。

図１６を参照して、本実施の形態の絶縁回路基板４００は、基本的に上記の絶縁回路基板１００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図１５の絶縁回路基板４００は、たとえば正方形状の角薄肉部３が、電極２の外縁５に沿うその近傍の外縁部において、外縁５に沿って延びる延長部を含んでいる。当該延長部は、当該外縁部以外の領域よりも平面視においてＸ方向およびＹ方向に長く延びている。すなわち図１５の角薄肉部３は、たとえば図１の角薄肉部３と同様に正方形状を有する正方形状薄肉部３ｄと、その正方形状薄肉部３ｄから外縁５に沿うように外側に延びる外縁側薄肉部３ｅ（延長部）とを有する構成となっている。

外縁側薄肉部３ｅは、それぞれの角薄肉部３の頂点４から、Ｘ方向およびＹ方向の双方に延びている。具体的には、たとえば図１６の右上側に位置する角薄肉部３は、頂点４からＸ方向に関する寸法ｔ１１の位置までＸ方向に延び、Ｙ方向に関する幅ｔ２２を有する外縁側薄肉部３ｅと、頂点４からＹ方向に関する寸法ｔ２１の位置までＹ方向に延び、Ｘ方向に関する幅ｔ１２を有する外縁側薄肉部３ｅとを有している。また角薄肉部３は、頂点４の近くにおいては実施の形態１などの角薄肉部３と同様の正方形状薄肉部３ｄを有している。ここで、上記の寸法ｔ１１およびｔ２１は正方形状薄肉部３ｄの寸法ｔ１，ｔ２よりも大きく、上記の寸法ｔ１２およびｔ２２は正方形状薄肉部３ｄの寸法ｔ１，ｔ２よりも小さい。

また本実施の形態の角薄肉部３の最短幅Ｔは図１６中に示す、正方形状薄肉部３ｄと外縁側薄肉部３ｅとの境界に位置する角薄肉部３の外縁の１点と、頂点４とを結ぶ距離である。

延長部としての外縁側薄肉部３ｅを有する本実施の形態の角薄肉部３においても、少なくとも外縁側薄肉部３ｅは頂点４から外縁５の一部のみに沿うように形成されており、外縁５の全体に沿う長さを有してはいない（外縁側薄肉部３ｅの外縁５に沿う方向の長さは、外縁５の長さの半分未満であるため、隣り合う外縁側薄肉部３ｅ同士は互いに接触しない）。このため外縁側薄肉部３ｅを含む本実施の形態の角薄肉部３は、その全体が電極２の角部に形成されている。

本実施の形態においては、たとえば正方形状薄肉部３ｄの近くにパワー半導体素子を載置する必要が生じたり端子を接合する必要が生じたり、電極パターン設計上の制約により角薄肉部３の最短幅Ｔを十分に大きくすることが困難な場合に有益である。すなわち外縁側薄肉部３ｅを設けることにより、角薄肉部３の最短幅Ｔを（外縁側薄肉部３ｅが存在しない場合に比べて）少しでも大きくすることができる。また外縁側薄肉部３ｅは電極２の外縁５に沿って、その幅ｔ１２およびｔ２２が狭く（正方形状薄肉部３ｄの寸法ｔ１、ｔ２よりも小さく）形成されるため、外縁側薄肉部３ｅにより電極パターン設計上の制約が生じる可能性を低減することができる。したがって本実施の形態においても、角薄肉部３による十分な熱応力低減効果を得ることができる。

以上の本実施の形態について、ここでは主として表面電極２ａについて説明したが、裏面電極２ｂについても基本的に表面電極２ａと同様のことが言える。また実施の形態２のように複数に分割された表面電極２ａ，２ｃ、および実施の形態３のように複数積層された表面電極２ａに対して本実施の形態の角薄肉部３を適用することもできる。

（実施の形態５）
以上に述べた各実施の形態の絶縁回路基板を、実際のパワーモジュールに適用した例について、図１７〜図１９を用いて説明する。

図１７を参照して、本実施の形態のパワーモジュールとしてのＩＧＢＴモジュール９００は、たとえば実施の形態１の絶縁回路基板１００と、パワー半導体素子５１と、配線部材５２と、はんだ接合層５３と、エポキシ樹脂５４とを主に有している。

パワー半導体素子５１は、シリコンの半導体チップに、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が実装され集積回路をなすものである。パワー半導体素子５１としてＩＧＢＴが実装されたもののほかに、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）が実装されたものが搭載されていてもよい。パワー半導体素子５１は、絶縁回路基板１００の表面電極２ａの表面上に、はんだ接合層５３により接合されるように載置されている。

ただしパワー半導体素子５１は、シリコンの半導体チップの代わりに、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドからなる群からなるいずれかであるワイドバンドギャップ半導体のチップにより形成されることがより好ましい。ワイドバンドギャップ半導体はシリコンよりも高温で動作が可能であるため、特に発熱量の多いパワー半導体素子５１を構成するチップとして適用する実益がある。

配線部材５２はパワー半導体素子５１と、ＩＧＢＴモジュール９００の外部との間の電気信号の入出力を媒介する導電性部材である。配線部材５２はたとえば銅からなっている。配線部材５２はパワー半導体素子５１の表面上に、はんだ接合層５３により接合されていてもよいし、絶縁回路基板１００の表面電極２ａの表面上に、はんだ接合層５３により接合されていてもよい。

絶縁回路基板１００、パワー半導体素子５１の表面および側面（の全体）、ならびに配線部材５２の表面（の一部）を覆うように、エポキシ樹脂５４が樹脂封止することにより、ＩＧＢＴモジュール９００が構成されている。このようにＩＧＢＴモジュール９００は、パワー半導体素子５１が実装および配線された絶縁回路基板１００を封止して配線部材５２から配線端子を外部に取り出し可能な形態となっている。なおエポキシ樹脂５４の代わりにゲルにより封止されてもよい。

エポキシ樹脂５４による封止方法としては、一般公知のポッティングモールド法またはトランスファモールド法などを用いることができる。パワー半導体素子５１などが樹脂封止されることにより、環境ストレス耐性および絶縁性を高めることができるとともに、繰り返し加わる熱応力によるパワー半導体素子５１の上下側の表面における接合部の損傷を抑制でき、パワー半導体素子５１の動作信頼性を向上できる。

なお実際には配線部材５２は、たとえばパワー半導体素子５１の表面上に形成された制御端子などとボンディングワイヤにより接続されるが、図１７においてはこれの図示が省略されている。

図１８を参照して、本実施の形態のパワーユニット８００は、図１７のＩＧＢＴモジュール９００がヒートシンク５５の表面上に、グリス５６により接続されるように載置されている。具体的には、図１８においては２つのＩＧＢＴモジュール９００が互いに間隔をあけて、１つのヒートシンク５５の上側の表面上に、グリス５６により接続されている。２つのＩＧＢＴモジュール９００のうち一方のＩＧＢＴモジュール９００の配線部材５２と他方のＩＧＢＴモジュール９００の配線部材５２とは電気的に接続されている。

図１８のように複数（たとえば２つ）のＩＧＢＴモジュール９００をヒートシンク５５にグリス５６で接続してｐ端子とｎ端子とを接続した系を一相として、これをＵＶＷの三相とすることにより、三相インバータ機器を構成することができる。

この三相インバータ機器が鉄道車両に搭載される電力変換器、またはハイブリッドカーに搭載される電力変換機などに用いられる。この三相インバータ機器は、パワー半導体素子５１による発熱と環境条件による温度変化とにより、冷熱サイクルに曝される。したがって、ＩＧＢＴモジュール９００に用いられる絶縁回路基板１００にも冷熱サイクルに対する信頼性が必要となる。例えば冷熱サイクルにより絶縁回路基板１００の電極が剥離した場合、剥離箇所で部分放電が発生し、電力変換機の動作不良やあるいは故障が発生する。

そこで本実施の形態の絶縁回路基板１００をＩＧＢＴモジュール９００に適用することにより、熱応力を低減することが可能であるため、冷熱サイクルに対する耐性が高いＩＧＢＴモジュール９００すなわち電力変換器を実現することができる。

以上においては実施の形態１の絶縁回路基板１００の適用例を示しているが、上記の変形例または他の実施の形態の絶縁回路基板がＩＧＢＴモジュール９００に適用されてもよい。

（実施の形態６）
まず本実施の形態のパワーユニット７００の構成について図１９を用いて説明する。

図１９を参照して、本実施の形態のパワーユニット７００は、基本的に実施の形態５のパワーユニット８００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図１９のパワーユニット７００は、ＩＧＢＴモジュール９００とヒートシンク５５との接続が、グリス５６の代わりにはんだ接合層５３によりなされている。

このようにすれば、はんだはグリス５６よりも熱伝導性が高いため、ＩＧＢＴモジュール９００とヒートシンク５５との間の熱抵抗を低減することができ、その結果、ＩＧＢＴモジュール９００をより小型化することができる。

しかしＩＧＢＴモジュール９００とヒートシンク５５とをはんだ接合層５３により接合した場合、これらをグリス５６により接合した場合に比べて、冷熱サイクル時に絶縁回路基板１００に加わる熱応力が増加する。このため、絶縁回路基板１００に加わる熱応力を大きく低減することが要求される。一方でＩＧＢＴモジュール９００とヒートシンク５５とをはんだ接合層５３により接合する動機である熱抵抗の低減を阻害しないことが併せて要求される。

本実施の形態においてＩＧＢＴモジュール９００に用いられる絶縁回路基板１００は、角薄肉部３が形成されることにより熱抵抗の増加を抑制しつつ熱応力を低減することができるため、パワーユニット７００全体に対して熱抵抗および熱応力の増加が抑制されることによる作用効果が奏される。

以上においては実施の形態１の絶縁回路基板１００の適用例を示しているが、上記の変形例または他の実施の形態の絶縁回路基板がＩＧＢＴモジュール９００に適用されてもよい。

（実施の形態７）
図２０を参照して、本実施の形態のパワーユニット６００は、基本的に実施の形態６のパワーユニット７００と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の番号等を付し、その説明を繰り返さない。ただし図２０のパワーユニット６００は、絶縁回路基板１００がエポキシ樹脂５４の代わりにゲル５７により封止されており、当該ゲル５７はケース５８に収納されている。また図２０のパワーユニット６００は、ヒートシンク５５の代わりに放熱ベース板５９が配置されている。放熱ベース板５９はヒートシンク５５と同一の材質からなるが、放熱用のフィンが形成されておらず、平板形状を有している。なお図２０のパワーユニット６００は、図１９のパワーユニット７００と同様に、はんだ接合層５３によりＩＧＢＴモジュールと接続される放熱用の部材としてはんだ接合層５３が用いられている。また配線部材５２は図２０に示すように屈曲していてもよいが、図１８および図１９のように直線状に延びていてもよい。

図２０においては裏面電極２ｂの角薄肉部３にははんだ接合層５３が付着しておらず、角薄肉部３以外の裏面電極２ｂの最下表面のみにはんだ接合層５３が供給されている。このようにすれば、冷熱サイクル時に絶縁回路基板１００に熱応力が加わっても、当該熱応力が絶縁回路基板１００の角部（角薄肉部３など）に集中することを抑制することができる。また仮に裏面電極２ｂの角薄肉部３にはんだ接合層５３を付着させた場合（角薄肉部３の表面と放熱ベース板５９の表面との間の領域をはんだ接合層５３で充填させた場合）には、熱応力に起因するクラックを抑制し、はんだ接合層５３の冷熱サイクル下での寿命をより長くすることができる。これは角薄肉部３に接するはんだ接合層５３の厚みが増加するために、当該はんだ接合層５３のせん断ひずみの量を低減することができるためである。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 絶縁基板、２ 電極、２ａ 表面電極、２ａ１ 表面第１層電極、２ａ２ 表面第２層電極、２ｂ 裏面電極、２ｂ１ 裏面第１層電極、２ｂ２ 裏面第２層電極、３，３ｓ 角薄肉部、３ｄ 正方形状薄肉部、３ｅ 外縁側薄肉部、４ 頂点、５ 外縁、６ 周回薄肉部、７ 分断部、８ 凹頂点、５１ パワー半導体素子、５２ 配線部材、５３ はんだ接合層、５４ エポキシ樹脂、５５ ヒートシンク、５６ グリス、５７ ゲル、５８ ケース、５９ 放熱ベース板、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，２００，２０１，３００，４００ 絶縁回路基板、６００，７００，８００ パワーユニット、９００ ＩＧＢＴモジュール。

Claims (12)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一方の主表面上に形成された、平面形状が多角形状の第１の電極と、
   前記絶縁基板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成された、平面形状が多角形状の第２の電極とを備え、
   前記第１および第２の電極の少なくともいずれかの平面視における頂点から外縁に沿う方向に関して前記外縁の長さの一部分を占める領域である角部に薄肉部が形成され、前記薄肉部は、前記薄肉部以外の領域よりも厚みが薄く、
   前記第１および第２の電極の少なくともいずれかにおける前記薄肉部は、前記頂点から前記外縁の一部として互いに直交する第１および第２の辺と、前記第１および第２の辺の前記頂点から離れた曲線状の部分とに囲まれた平面形状を有する、絶縁回路基板。
2. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の一方の主表面上に形成された、平面形状が多角形状の第１の電極と、
   前記絶縁基板の前記一方の主表面と反対側の他方の主表面上に形成された、平面形状が多角形状の第２の電極とを備え、
   前記第１および第２の電極の少なくともいずれかの平面視における頂点から外縁に沿う方向に関して前記外縁の長さの一部分を占める領域である角部に薄肉部が形成され、前記薄肉部は、前記薄肉部以外の領域よりも厚みが薄く、
   前記第１および第２の電極の少なくともいずれかにおける前記薄肉部は、前記頂点から前記外縁の一部として互いに直交する第１および第２の辺と、前記第１および第２の辺の前記頂点と反対側の端部を結ぶように前記第１および第２の辺に対して傾いた方向に延びる第３の辺とに囲まれた三角形の平面形状を有する、絶縁回路基板。
3. 前記薄肉部は前記第１および第２の電極の少なくともいずれかの複数の頂点のうちの１つの前記頂点を含む平面形状を有しており、
   前記薄肉部は、前記薄肉部に含まれる１つの前記頂点から、前記第１および第２の電極の少なくともいずれかにおける前記薄肉部以外の領域までの最短距離が、前記薄肉部の厚みの５倍以上１０倍以下である、請求項１または２に記載の絶縁回路基板。
4. 前記第１および第２の電極の少なくともいずれかの厚みが０．６ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁回路基板。
5. 前記薄肉部の厚みが０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁回路基板。
6. 前記第１および第２の電極の少なくともいずれかは、前記一方の主表面上または前記他方の主表面上において互いに間隔をあけて複数に分割されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶縁回路基板。
7. 前記第１および第２の電極の少なくともいずれかの前記薄肉部は、前記第１および第２の電極の少なくともいずれかの前記外縁に沿う外縁部において、前記外縁に沿って延びる延長部を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の絶縁回路基板。
8. 前記第１および第２の電極の少なくともいずれかは、前記一方の主表面または前記他方の主表面を覆うように形成された第１の層と、前記第１の層の表面を覆うように形成された第２の層とを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶縁回路基板。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の絶縁回路基板と、
   前記絶縁回路基板の表面上に載置されたパワー半導体素子とを備える、パワーモジュール。
10. 前記パワー半導体素子はワイドバンドギャップ半導体により形成される、請求項９に記載のパワーモジュール。
11. 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドからなる群からなるいずれかである、請求項１０に記載のパワーモジュール。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の前記パワーモジュールがヒートシンクの表面上に載置された、パワーユニット。

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