WO2021235002A1 - パワーモジュール - Google Patents

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Abstract

第１パワー半導体素子が接合される第１導体板と、第２パワー半導体素子が接合されるとともに前記第１導体板と隣接して配置される第２導体板と、前記第１導体板及び前記第２導体板と対向して配置される第１放熱部材と、前記第１放熱部材と前記第１導体板との間に配置される第１絶縁シート部材と、を備え、前記第２導体板に近い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの第１の長さが、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの第２の長さよりも大きくなる位置に、前記第１パワー半導体素子は配置され、前記第２の長さは、前記第１導体板の厚さよりも大きいパワーモジュール。

Description

パワーモジュール
　本発明は、パワーモジュールに関する。
　パワー半導体素子のスイッチング動作により電力変換を行うパワーモジュールは、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。このパワー半導体素子はスイッチング動作により発熱を繰り返すため、パワーモジュールには高い信頼性が求められる。例えば、車載用においては、小型化、軽量化の要求に応じてより高い信頼性が求められている。
　特許文献１には、パワー半導体素子の表裏面に導体板が接合され、さらに、絶縁層を介して放熱部材が接続され、パワー半導体素子から発生する熱を導体板から絶縁層を介して放熱部材に熱伝導するパワーモジュールが開示されている。
特開２０１８－１１３３４３号公報
　パワーモジュール内の各部材がパワー半導体素子の発熱の繰り返しにより伸縮を繰り返し、導体板と放熱部材との間の絶縁層(絶縁シート部材)が剥離して、パワーモジュールの放熱性能が低下する。
　本発明によるパワーモジュールは、第１パワー半導体素子及び第２パワー半導体素子と、前記第１パワー半導体素子が接合される第１導体板と、前記第２パワー半導体素子が接合されるとともに前記第１導体板と隣接して配置される第２導体板と、前記第１導体板及び前記第２導体板と対向して配置される第１放熱部材と、前記第１放熱部材と前記第１導体板との間に配置される第１絶縁シート部材と、を備え、前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第１導体板と前記第１パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第２導体板に近い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの第１の長さが、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの第２の長さよりも大きくなる位置に、前記第１パワー半導体素子は配置され、前記第２の長さは、前記第１導体板の厚さよりも大きい。
　本発明によるパワーモジュールは、第１パワー半導体素子及び第２パワー半導体素子と、前記第１パワー半導体素子が接合される第１導体板と、前記第２パワー半導体素子が接合されるとともに前記第１導体板と隣接して配置される第２導体板と、前記第１導体板及び前記第２導体板と対向して配置される第１放熱部材と、前記第１放熱部材と前記第１導体板との間に配置される第１絶縁シート部材と、を備え、前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第１導体板と前記第１パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第１パワー半導体素子は、前記第１パワー半導体素子の中心位置が、前記第２導体板に近い側の前記第１導体板の端部よりも、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部に近い位置に配置され、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの長さは、前記第１導体板の厚さよりも大きく、前記第２パワー半導体素子は、前記第２パワー半導体素子の中心位置が、前記第１導体板に近い側の前記第２導体板の端部よりも、前記第１導体板から遠い側の前記第２導体板の端部に近い位置に配置され、前記第１導体板から遠い側の前記第２導体板の端部から前記第２パワー半導体素子までの長さは、前記第２導体板の厚さよりも大きい。
　本発明によれば、絶縁シート部材の剥離を防止し、パワーモジュールの放熱性能を維持することができる。
第１の実施形態に係る金属製ケースの断面図である。 第１の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。 第１の実施形態に係るパワーモジュールの外観平面図である。 第１の実施形態に係るパワーモジュールの断面図である。 第２の実施形態に係るパワーモジュールの断面図である。 第３の実施形態に係るパワーモジュールの断面図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
［第１の実施形態]
　以下、図を参照して、本実施形態について説明する。
　図１は、半導体モジュール３０が収納される金属製ケース４０の断面図である。後述のパワーモジュール１００は、半導体モジュール３０を金属製ケース４０に収納して構成される。
　図１に示すように、金属製ケース４０は、第１放熱部材７、第２放熱部材８、枠体２０とより構成される。第１放熱部材７の表面には、複数の放熱フィン７aが設けられている。第２放熱部材８の表面には、複数の放熱フィン８ａが設けられている。
　第１放熱部材７および第２放熱部材８は、それぞれの周端部７ｂ、８ｂにおいて、枠体２０と接合されている。接合としては、例えば、ＦＳＷ（摩擦攪拌接合）、レーザ溶接、ろう付等を適用することができる。このような形状の金属製ケース４０を用いることで、パワーモジュール１００を水や油、有機物などの冷媒が流れる流路内に配置しても、冷却媒体がパワーモジュール１００の内部に侵入するのを防ぐことができる。
　本実施形態においては、第１放熱部材７、第２放熱部材８および枠体２０が別部材の場合について示したが、第１放熱部材７、第２放熱部材８および枠体２０は同一部材であってもよく、一体化されていてもよい。
　金属製ケース４０は、その詳細は後述する図３に示すように、例えば一面に挿通口１００aを、他面に底部を有する扁平状の筒型形状をした冷却器である。金属製ケース４０は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ－Ｃ、Ｃｕ－ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ－Ｃなどの複合材などから形成される。
　図２は、半導体モジュール３０の断面図である。
　図２に示すように、第１パワー半導体素子１が接合される第１導体板３と、第２パワー半導体素子１１が接合される第２導体板１３が、互いに隣接して配置されている。第１パワー半導体素子１は第１導体板３に接合材２aによって接合されている。第２パワー半導体素子１１は第２導体板１３に接合材１２aによって接合されている。
　また第１パワー半導体素子１の第１導体板３が接合されている面とは反対の面は、第３導体板４が接合材２ｂによって接合されている。第１パワー半導体素子１の両面の各電極はそれぞれの電極面に対向して配置される第１導体板３、第３導体板４によって挟まれた構造をしている。
　第２パワー半導体素子１１の第２導体板１３が接合されている面とは反対の面は、第４導体板１４が接合材１２ｂによって接合されている。第２パワー半導体素子１１の各電極はそれぞれの電極面に対向して配置される第２導体板１３、第４導体板１４によって挟まれた構造をしている。
　半導体モジュール３０は、第１パワー半導体素子１、第２パワー半導体素子１１、第１導体板３、第２導体板１３、第３導体板４、第４導体板１４を第１封止樹脂９で封止して構成される。第１封止樹脂９は、半導体モジュール３０の表面において、第１導体板３の面３a、第２導体板１３の面１３a、第３導体板４の面４aおよび第４導体板１４の面１４aを露出して、その他全体を被覆している。半導体モジュール３０の一方の表面は、第１導体板３の面３aおよび第２導体板１３の面１３aと面一となっている。また、半導体モジュール３０の他方の表面は、第３導体板４の面４aおよび第４導体板１４の面１４aと面一となっている。
　第１導体板３、第２導体板１３、第３導体板４および第４導体板１４は、例えば、銅、銅合金、あるいはアルミニウム、アルミニウム合金などにより形成されている。図２では省略しているが、実際には、第１導体板３、第２導体板１３、第３導体板４および第４導体板１４には、配線が必要に応じて、リード接続されているか、リードが一体に形成されている。
　図３は、本実施形態に係るパワーモジュール１００の外観平面図である。
　パワーモジュール１００は、図１に示す金属製ケース４０内に、図２に示す半導体モジュール３０が収納されて構成される。
　金属製ケース４０は、一方の側に鍔２１を、他方の側に底部を有する扁平状の筒型形状である。鍔２１の面に挿通口１００aが設けられ、挿通口１００aから半導体モジュール３０が挿入される。また、挿通口１００aから内部の半導体モジュール３０に接続される端子３３、３４が導出される。第１放熱部材７は、その周端部７ｂにおいて、金属製ケース４０の枠体２０と接合されている。第１放熱部材７の表面には、複数の放熱フィン７aが設けられ、これらの放熱フィン７aの間を図示省略した冷媒が流通することにより、パワーモジュール１００が冷却される。
　図４は、図３に示すパワーモジュール１００のＡ－Ａ´線における断面図である。このＡ－Ａ´線における断面図は、第１パワー半導体素子１の中心および第２パワー半導体素子１１の中心をとおる断面図である。
　半導体モジュール３０の両面と、第１放熱部材７および第２放熱部材８との間には、図４に示すように、それぞれ、熱伝導性の第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６が介装されている。第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６は、半導体モジュール３０から発生する熱を第１放熱部材７および第２放熱部材８に熱伝導するものであり、熱伝導率が高く、かつ、絶縁耐圧が大きい材料で形成されている。例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム等の微粉末、炭素などを含有する絶縁シート、絶縁層、または接着剤を用いる。
　図２に示すように、半導体モジュール３０の両面に表出している、第１導体板３の面３aおよび第２導体板１３の面１３aは、図４に示すように、第１絶縁シート部材５と接合される。第１絶縁シート部材５の第１導体板３および第２導体板１３と接合されている面と対抗する面は、第１放熱部材７と接合され、第１導体板３および第２導体板１３から第１放熱部材７へ熱伝導が可能となるように接合されている。
　また、図２に示すように、半導体モジュール３０の両面に表出している、第３導体板４の面４aおよび第４導体板１４の面１４aは、図４に示すように、第２絶縁シート部材６と接合される。第２絶縁シート部材６の第３導体板４および第４導体板１４と接合されている面と対抗する面は、第２放熱部材８と接合され、第３導体板４および第４導体板１４から第２放熱部材８へ熱伝導が可能となるように接合されている。
　パワーモジュール１００は、金属製ケース４０が第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６を介して半導体モジュール３０と接合されているが、それ以外の隙間は第２封止樹脂１０により埋められている。パワーモジュール１００は両面冷却型を例に説明するが、片面冷却型であってもよい。
　ここで、本実施形態におけるパワーモジュール１００においては、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第１導体板３と第１パワー半導体素子１の接合面に垂直な断面、すなわち図４に示す断面において、第２導体板１３に近い側の第１導体板３の端部３ｂから第１パワー半導体素子１までの第１の長さＬ１が、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃから第１パワー半導体素子１までの第２の長さＬ２よりも大きくなる位置に、第１パワー半導体素子１は配置されている。また、第２の長さＬ２は、第１導体板３の厚さＴ１よりも大きい。第１導体板３は平板形状であり、その両端が端部３ｂ、端部３ｃである。第１パワー半導体素子１も平板形状であり、その一方の端から第１導体板３の端部３ｂまでの距離が第１の長さＬ１である。第１パワー半導体素子１の他方の端から第１導体板３の端部３ｃまでの距離が第２の長さＬ２である。
　また、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第２導体板１３と第２パワー半導体素子１１の接合面に垂直な断面、すなわち図４に示す断面において、第１導体板３に近い側の第２導体板１３の端部１３ｂから第２パワー半導体素子１１までの第４の長さＬ４が、第１導体板３から遠い側の第２導体板１３の端部１３ｃから第２パワー半導体素子１１までの第５の長さＬ５よりも大きくなる位置に、第２パワー半導体素子１１は配置される。また、第５の長さＬ５は、第２導体板１３の厚さＴ２よりも大きい。なお、第２導体板１３の厚さＴ２は、第１導体板３の厚さＴ１と同じ厚さでもよく、異なる厚さでもよい。第２導体板１３は平板形状であり、その両端が端部１３ｂ、端部１３ｃである。第２パワー半導体素子１１も平板形状であり、その一方の端から第２導体板１３の端部１３ｂまでの距離が第４の長さＬ４である。第２パワー半導体素子１１の他方の端から第２導体板１３の端部１３ｃまでの距離が第５の長さＬ５である。
　第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１はスイッチング動作してオン／オフを繰り返す。第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１の発熱時には、その熱は、第１導体板３、第２導体板１３にそれぞれ伝導し、さらに第１絶縁シート部材５を介して第１放熱部材７に伝導し、外部に放熱される。
　第１放熱部材７が冷却媒体などで冷却された状態で、第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１が発熱した場合、パワーモジュール１００の内部の温度は上昇し、温度分布が発生する。発熱体である第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１の温度が最も高く、第１導体板３および第２導体板１３、第１絶縁シート部材５、第１放熱部材７の順に温度は低くなる。そして、第１パワー半導体素子１および第２パワー半導体素子１１の温度上昇に応じて各部材は伸び変形が生じる。第１導体板３および第２導体板１３と第１放熱部材７の変形量の差により第１絶縁シート部材５には熱応力が発生し、第１絶縁シート部材５が剥離して、パワーモジュール１００の放熱性能が低下する原因になる。特に、パワーモジュール１００の小型化、軽量化の要求にともなって、今後、パワーモジュール１００の密度を向上させた場合に、パワー半導体素子の発熱量が増加し、パワーモジュール１００の内部の温度が上昇する。
　仮に、第１パワー半導体素子１が第１導体板３の中央に、Ｌ１＝Ｌ２となる位置に配置され、第２パワー半導体素子１１が第２導体板１３の中央に、Ｌ４＝Ｌ５となる位置に配置されていると仮定する。この場合に、第１パワー半導体素子１が発熱した場合、第１導体板３の第２導体板１３側の端部３ｂの温度は、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃの温度と同じ温度になる。しかし、第１導体板３と第２導体板１３とは互いに隣り合うように配置されており、第１導体板３における第２導体板１３側の端部３ｂの温度は、第１パワー半導体素子１の熱の影響だけではなく、第２パワー半導体素子１１の熱の影響も受ける。このため、第１導体板３における第２導体板１３側の端部３ｂの温度は、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃの温度よりも高くなる。また、長さＬ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５は、パワーモジュール１００の小型化、軽量化の要求で、大きくすることはできない。これにより、第１絶縁シート部材５に発生する熱応力は、第１絶縁シート部材５が接合されている第１導体板３の温度が高いほど大きくなる。したがって、第１導体板３の端部３ｃの第１絶縁シート部材５の熱応力より、第１導体板３における第２導体板１３側の端部３ｂの第１絶縁シート部材５の熱応力が高くなり、第１絶縁シート部材５に剥離が発生しやすくなる。
　しかし、本実施形態のように、第１パワー半導体素子１がＬ１＞Ｌ２となる位置に配置することにより、第１パワー半導体素子１の発熱による温度上昇分に、第２パワー半導体素子１１の発熱による温度上昇分が加わっても、第１導体板３の端部３ｂの温度は、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃの温度よりも上昇し過ぎることがない。
これにより、第１導体板３における第２導体板１３側の端部３ｂの近傍の第１絶縁シート部材５の熱応力が増加するのを抑制することができる。このため、第１パワー半導体素子１が繰り返し発熱するパワーサイクル時に第１導体板３における第２導体板１３側の端部３ｂの近傍の第１絶縁シート部材５に繰り返し発生する熱応力を低減でき、パワーサイクルに対する寿命を向上することができる。
　さらに、本実施形態のように、第２パワー半導体素子１１がＬ４＞Ｌ５となる位置に配置することにより、第２パワー半導体素子１１の発熱による温度上昇分に、第１パワー半導体素子１の発熱による温度上昇分が加わっても、第２導体板１３の端部１３ｂの温度は、第１導体板３から遠い側の第２導体板１３の端部１３ｃの温度よりも上昇し過ぎることがない。これにより、第２導体板１３における第１導体板３側の端部１３ｂの近傍の第１絶縁シート部材５の熱応力が増加するのを抑制することができる。このため、第１パワー半導体素子１が繰り返し発熱するパワーサイクル時に第２導体板１３における第１導体板３側の端部１３ｂの近傍の第１絶縁シート部材５に繰り返し発生する熱応力を低減でき、パワーサイクルに対する寿命を向上することができる。
　本実施形態では、第１パワー半導体素子１と第１導体板３および第２パワー半導体素子１１と第２導体板１３との配置を例に説明した。しかし、第１パワー半導体素子１と第３導体板４および第２パワー半導体素子１１と第４導体板１４との配置についても、以下に説明するように配置してもよい。
　図４に示すように、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第１導体板３と第１パワー半導体素子１の接合面に垂直な断面において、第４導体板１４に近い側の第３導体板４の端部４ｂから第１パワー半導体素子１に接合している側の第３導体板４であって第４導体板１４に近い側の第３導体板４の端部４ｄまでの第１の長さＬ１’が、第４導体板１４から遠い側の第３導体板４の端部４ｃから第１パワー半導体素子１に接合している側の第３導体板４であって第４導体板１４から遠い側の第３導体板４の端部４ｅまでの第２の長さＬ２’よりも大きくなる位置に、第１パワー半導体素子１は配置されている。また、第２の長さＬ２’は、第３導体板４の厚さＴ３よりも大きい。
　また、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第２導体板１３と第２パワー半導体素子１１の接合面に垂直な断面において、第３導体板４に近い側の第４導体板１４の端部１４ｂから第２パワー半導体素子１１に接合している側の第４導体板１４であって第３導体板４に近い側の第４導体板１４の端部１４ｄまでの第４の長さＬ４’が、第３導体板４から遠い側の第４導体板１４の端部１４ｃから第２パワー半導体素子１１に接合している側の第４導体板１４であって第３導体板４から遠い側の第４導体板１４の端部１４ｅまでの第５の長さＬ５’よりも大きくなる位置に、第２パワー半導体素子１１は配置されている。また、第５の長さＬ５’は、第４導体板１４の厚さＴ４よりも大きい。
　本実施形態では、第１パワー半導体素子１をＬ１＞Ｌ２となる位置に、第２パワー半導体素子１１をＬ４＞Ｌ５となる位置に配置する例で説明した。しかし、第１パワー半導体素子１、第２パワー半導体素子１１の中心位置を基準に、以下に説明するように配置してもよい。
　第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第１導体板３と第１パワー半導体素子１の接合面に垂直な断面において、第１パワー半導体素子１は、第１パワー半導体素子１の中心位置が、第２導体板１３に近い側の第１導体板３の端部３ｂよりも、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃに近い位置に配置される。すなわち、図４に示すように、第１パワー半導体素子１の中心位置と第１導体板３の端部３ｂとの長さＭ１１は、第１パワー半導体素子１の中心位置と第１導体板３の端部３ｃとの長さＭ１２よりも長い。そして、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃから第１パワー半導体素子１までの長さＬ２は、第１導体板の厚さＴ１よりも大きい。
　さらに、第２パワー半導体素子１１は、第２パワー半導体素子１１の中心位置が、第１導体板３に近い側の第２導体板１３の端部１３ｂよりも、第１導体板３から遠い側の第２導体板１３の端部１３ｃに近い位置に配置される。すなわち、図４に示すように、第２パワー半導体素子１１の中心位置と第２導体板１３の端部１３ｂとの長さＭ１４は、第２パワー半導体素子１１の中心位置と第２導体板１３の端部１３ｃとの長さＭ１５よりも長い。そして、前記第１導体板３から遠い側の第２導体板１３の端部１３ｃから第２パワー半導体素子１１までの長さＬ５は、第２導体板１３の厚さＴ２よりも大きい。
　本実施形態によれば、第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６の剥離を防止し、パワーモジュール１００の放熱性能を維持することができるので、信頼性の高いパワーモジュール１００を提供できる。
［第２の実施形態]
　図５は、第２の実施形態に係るパワーモジュール１００の断面図である。図１に示した金属製ケース４０の断面図、図３に示したパワーモジュール１００の外観平面図は、本実施形態でも同様である。
　第１の実施形態では、隣り合う第１導体板３と第２導体板１３にそれぞれ第１パワー半導体素子１と第２パワー半導体素子２が１つずつ接合材２a、１２aによって接合されたパワーモジュール１００の例を示した。本実施形態では、図５に示すように、隣り合う導体板３、１３にそれぞれ複数のパワー半導体素子が配置された両面冷却型のパワーモジュール１００を例に説明する。
　第１導体板３と第２導体板１３が、互いに隣接して配置されている。第１導体板３には、第１パワー半導体素子１aと第３パワー半導体素子１ｂが、接合材２ａによって接合されている。第２導体板１３に、第２パワー半導体素子１１ａと第４パワー半導体素子１１ｂは接合材１２aによって接合されている。
　第１パワー半導体素子１aと第３パワー半導体素子１ｂの第１導体板３が接合されている面とは反対の面は、第３導体板４が接合材２ｂによって接合されている。第１パワー半導体素子１aと第３パワー半導体素子１ｂの各面の電極はそれぞれの電極面に対向して配置される第１導体板３、第３導体板４によって挟まれた構造をしている。
　ここで、本実施形態におけるパワーモジュール１００においては、第１パワー半導体素子１ａの中心と第２パワー半導体素子１１ａの中心とを通る、第１導体板３と第１パワー半導体素子１ａの接合面に垂直な断面、すなわち図５に示す断面において、第２導体板１３に近い側の第１導体板３の端部３ｂから第１パワー半導体素子１ａまでの第１の長さＬ１は、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃから第３パワー半導体素子１ｂまでの第３の長さＬ３よりも大きくなる位置に、第１パワー半導体素子１aおよび第３パワー半導体素子１ｂは配置されている。第３の長さＬ３は、第１導体板３の厚さＴ１よりも大きい。
　また、第１導体板３に近い側の第２導体板１３の端部１３ｂから第２パワー半導体素子１１ａまでの第４の長さＬ４は、第１導体板３から遠い側の第２導体板１３の端部１３ｃから第４パワー半導体素子１１ｂまでの第６の長さＬ６よりも大きくなる位置に、第２パワー半導体素子１１ａおよび第４パワー半導体素子１１ｂは配置されている。第６の長さＬ６は、第２導体板１３の厚さＴ２よりも大きい。なお、第２導体板１３の厚さＴ２は、第１導体板３の厚さＴ１と同じ厚さでもよく、異なる厚さでもよい。
　その他の構成は、図４を参照して説明した第１の実施形態と同様である。なお、第２の実施形態では、隣り合う導体板３、１３にそれぞれ２個のパワー半導体素子が接合材２a、１２aによって接合されたパワーモジュール１００を例に説明したが、隣り合う導体板３、１３にそれぞれ３個以上のパワー半導体素子が設けられてもよい。この場合も、導体板３、１３の各両端に配置されたパワー半導体素子に着目して、Ｌ１＞Ｌ３、およびＬ４＞Ｌ６となる位置にパワー半導体素子を配置する。
　本実施形態によれば、導体板に複数個のパワー半導体素子を設けた場合にも、第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６の剥離を防止し、パワーモジュール１００の放熱性能を維持することができるので、信頼性の高いパワーモジュール１００を提供できる。
［第３の実施形態]
　図６は、第３の実施形態に係るパワーモジュール１００の断面図である。図１に示した金属製ケース４０の断面図、図３に示したパワーモジュール１００の外観平面図は、本実施形態でも同様である。
　本実施形態においては、図６に示すように、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第１導体板３と第１パワー半導体素子１の接合面に垂直な断面において、第１導体板３において第２導体板１３に近い側の第１導体板３の端部３ｂの形状と、第２導体板１３において第１導体板３に近い側の第２導体板１３の端部１３ｂの形状とは、各導体板３、１３と第１絶縁シート部材５との接合点に向けてテーパ形状に形成される。換言すると、第１導体板３と第１絶縁シート部材５との接続部、および第２導体板１３と第１絶縁シート部材５との接続部において、第１導体板３の端部３ｂの傾斜面と第１絶縁シート部材５の面とのなす接続角αが鋭角である。同様に、第２導体板１３の端部１３ｂの傾斜面と第１絶縁シート部材５とのなす接続角αが鋭角である。接続角αは、例えば約４５°以下である。
　第１導体板３もしくは第２導体板１３と第１絶縁シート部材５との接合角αを鋭角とすることにより、異なる物質が接合することによる特異性が小さくなり、端部３ｂ、１３ｂの熱がさらに低減される効果が得られる。これにより、端部３ｂ、１３ｂと接する部分における第１絶縁シート部材５の熱応力が増加するのを抑制することができる。このため、第１パワー半導体素子１が繰り返し発熱するパワーサイクル時に端部３ｂ、１３ｂの近傍の第１絶縁シート部材５に繰り返し発生する熱応力を低減でき、パワーサイクルに対するパワーモジュール１００の寿命を向上することができる。
　本実施形態では、第１導体板３の端部３ｂと、第２導体板１３の端部１３ｂとの形状を接合角αを有するテーパ形状にした例で説明したが、第１導体板３の端部３ｃと、第２導体板１３の端部１３ｃとの形状を接合角βを有するテーパ形状にしてもよい。この場合は、接合角αは接合角βよりも鋭角にすることが望ましい。これにより、第１導体板３の端部３ｂ側、および第２導体板１３の端部１３ｂ側における第１絶縁シート部材５の熱応力をより低減することができる。
　また、本実施形態では、第１導体板３の端部３ｂと、第２導体板１３の端部１３ｂとの形状を接合角αを有するテーパ形状にした例を説明したが、第３導体板４と第４導体板１４の端部をテーパ形状にしてもよい。例えば、第３導体板４と第４導体板１４とが隣り合う夫々の端部をテーパ形状にした場合は、第２絶縁シート部材６の熱応力を低減できるので第３導体板４と第４導体板１４との間の幅を広くすることが可能になる。この場合は、第３導体板４と第４導体板１４の材料を削減でき、コスト低減が可能である。
　本実施形態によれば、第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６の熱応力をより低減して、第１絶縁シート部材５および第２絶縁シート部材６の剥離を防止し、パワーモジュール１００の放熱性能を維持することができるので、信頼性の高いパワーモジュール１００を提供できる。
　上述した各実施形態では、第１放熱部材７および第２放熱部材８の放熱フィン７a、８ａの形状をピンフィンとしたが、他の形状、例えばストレートフィンやコルゲートフィンであっても良い。
　以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）パワーモジュール１００は、第１パワー半導体素子１及び第２パワー半導体素子１１と、第１パワー半導体素子１が接合される第１導体板３と、第２パワー半導体素子１１が接合されるとともに第１導体板３と隣接して配置される第２導体板１３と、第１導体板３及び第２導体板１３と対向して配置される第１放熱部材７と、第１放熱部材７と第１導体板３との間に配置される第１絶縁シート部材５と、を備え、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第１導体板３と第１パワー半導体素子１の接合面に垂直な断面において、第２導体板１３に近い側の第１導体板３の端部３ｂから第１パワー半導体素子１までの第１の長さＬ１が、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃから第１パワー半導体素子１までの第２の長さＬ２よりも大きくなる位置に、第１パワー半導体素子１は配置され、第２の長さＬ２は、第１導体板３の厚さＴ１よりも大きい。これにより、第１絶縁シート部材５の剥離を防止し、パワーモジュール１００の放熱性能を維持することができる。
（２）パワーモジュール１００は、第１パワー半導体素子１及び第２パワー半導体素子１１と、第１パワー半導体素子１が接合される第１導体板３と、第２パワー半導体素子１１が接合されるとともに第１導体板３と隣接して配置される第２導体板１３と、第１導体板３及び第２導体板１３と対向して配置される第１放熱部材７と、第１放熱部材７と第１導体板３との間に配置される第１絶縁シート部材５と、を備え、第１パワー半導体素子１の中心と第２パワー半導体素子１１の中心とを通り、第１導体板３と第１パワー半導体素子１の接合面に垂直な断面において、第１パワー半導体素子１は、第１パワー半導体素子１の中心位置が、第２導体板１３に近い側の第１導体板３の端部３ｂよりも、第２導体板１３から遠い側の第１導体板３の端部３ｃに近い位置に配置（Ｍ１１＞Ｍ１２）され、第２導体板１３から遠い側の第１導体板の端部３ｃから第１パワー半導体素子１までの長さＬ１は、第１導体板３の厚さＴ１よりも大きく、第２パワー半導体素子１１は、第２パワー半導体素子１１の中心位置が、第１導体板３に近い側の第２導体板１３の端部１３ｂよりも、第１導体板３から遠い側の第２導体板１３の端部１３ｃに近い位置に配置（Ｍ１４＞Ｍ１５）され、第１導体板３から遠い側の第２導体板の端部１３ｃから第２パワー半導体素子１１までの長さＬ５は、第２導体板１３の厚さＴ２よりも大きい。これにより、第１絶縁シート部材５の剥離を防止し、パワーモジュール１００の放熱性能を維持することができる。
　本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。
　１…第１パワー半導体素子、２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ…接合材、３…第１導体板、３ｂ、３ｃ…第１導体板の端部、４…第３導体板、４ｂ、４ｄ…第３導体板４の端部、５…第１絶縁シート部材、６…第２絶縁シート部材、７…第１放熱部材、７ａ、８ａ…放熱フィン、７ｂ、８ｂ…周端部、８…第２放熱部材、９…第１封止樹脂、１０…第２封止樹脂、１１…第２パワー半導体素子、１３…第２導体板、１３ｂ、１３ｃ…第２導体板の端部、１４…第４導体板、１４ｃ、１４ｄ…第４導体板の端部、２０…枠体、３０…半導体モジュール、４０…金属製ケース、１００…パワーモジュール、１００ａ…挿通口、Ｌ１…第１の長さ、Ｌ２…第２の長さ、Ｌ３…第３の長さ、Ｌ４…第４の長さ、Ｌ５…第５の長さ、Ｌ６…第６の長さ、Ｔ１…第１導体板の厚さ、Ｔ２…第２導体板の厚さ。

Claims (9)

  1. 　第１パワー半導体素子及び第２パワー半導体素子と、
    　前記第１パワー半導体素子が接合される第１導体板と、
    　前記第２パワー半導体素子が接合されるとともに前記第１導体板と隣接して配置される第２導体板と、
    　前記第１導体板及び前記第２導体板と対向して配置される第１放熱部材と、
    　前記第１放熱部材と前記第１導体板との間に配置される第１絶縁シート部材と、を備え、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第１導体板と前記第１パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第２導体板に近い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの第１の長さが、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの第２の長さよりも大きくなる位置に、前記第１パワー半導体素子は配置され、前記第２の長さは、前記第１導体板の厚さよりも大きいパワーモジュール。
  2. 　請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第２導体板と前記第２パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第１導体板に近い側の前記第２導体板の端部から前記第２パワー半導体素子までの第４の長さが、前記第１導体板から遠い側の前記第２導体板の端部から前記第２パワー半導体素子までの第５の長さよりも大きくなる位置に、前記第２パワー半導体素子は配置され、前記第５の長さは、前記第２導体板の厚さよりも大きいパワーモジュール。
  3. 　請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記第１導体板に、前記第１パワー半導体素子と第３パワー半導体素子の少なくとも２つのパワー半導体素子が接合されており、前記第３パワー半導体素子は、前記第１導体板の前記第１パワー半導体素子よりも前記第２導体板から遠い側に接合され、
    　前記第２導体板に、前記第２パワー半導体素子と第４パワー半導体素子の少なくとも２つのパワー半導体素子が接合されており、第４パワー半導体素子は、前記第２導体板の前記第２パワー半導体素子よりも前記第１導体板から遠い側に接合され、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第１導体板と前記第１パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第１の長さが、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部から前記第３パワー半導体素子までの第３の長さよりも大きくなる位置に、前記第１パワー半導体素子および前記第３パワー半導体素子は配置され、前記第３の長さは、前記第１導体板の厚さよりも大きいパワーモジュール。
  4. 　請求項３に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第２導体板と前記第２パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第１導体板に近い側の前記第２導体板の端部から前記第２パワー半導体素子までの第４の長さが、前記第１導体板から遠い側の前記第２導体板の端部から前記第４パワー半導体素子までの第６の長さよりも大きくなる位置に、前記第２パワー半導体素子および前記第４パワー半導体素子は配置され、前記第６の長さは、前記第２導体板の厚さよりも大きいパワーモジュール。
  5. 　請求項１または請求項３に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第１導体板と前記第１パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第１導体板の前記第２導体板に近い側の端部の形状は、前記第１導体板と前記第１絶縁シート部材との接合点に向けてテーパ状に形成されたパワーモジュール。
  6. 　請求項２または請求項４に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第２導体板と前記第２パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、前記第２導体板の前記第１導体板に近い側の端部は、前記第２導体板と前記第１絶縁シート部材との接合点に向けてテーパ状に形成されたパワーモジュール。
  7. 　請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記第１パワー半導体素子の前記第１導体板が接合された面と反対側の面に第３導体板が接合され、前記第２パワー半導体素子の前記第２導体板が接合された面と反対側の面に、第４導体板が接合され、前記第３導体板及び前記第４導体板と対向して配置される第２放熱部材と、前記第２放熱部材と前記第３導体板との間に配置される第２絶縁シート部材と、を備えているパワーモジュール。
  8. 　請求項７に記載のパワーモジュールにおいて、
    　対向して配置される前記第１放熱部材と前記第２放熱部材の周辺部において前記第１放熱部材および前記第２放熱部材と接合され、少なくとも、前記第１パワー半導体素子と、前記第２パワー半導体素子と、前記第１導体板と、前記第２導体板と、前記第１放熱部材と、前記第１絶縁シート部材とを収納するケースを備えるパワーモジュール。
  9. 　第１パワー半導体素子及び第２パワー半導体素子と、
    　前記第１パワー半導体素子が接合される第１導体板と、
    　前記第２パワー半導体素子が接合されるとともに前記第１導体板と隣接して配置される第２導体板と、
    　前記第１導体板及び前記第２導体板と対向して配置される第１放熱部材と、
    　前記第１放熱部材と前記第１導体板との間に配置される第１絶縁シート部材と、を備え、
    　前記第１パワー半導体素子の中心と前記第２パワー半導体素子の中心とを通り、前記第１導体板と前記第１パワー半導体素子の接合面に垂直な断面において、
    　前記第１パワー半導体素子は、前記第１パワー半導体素子の中心位置が、前記第２導体板に近い側の前記第１導体板の端部よりも、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部に近い位置に配置され、前記第２導体板から遠い側の前記第１導体板の端部から前記第１パワー半導体素子までの長さは、前記第１導体板の厚さよりも大きく、
    　前記第２パワー半導体素子は、前記第２パワー半導体素子の中心位置が、前記第１導体板に近い側の前記第２導体板の端部よりも、前記第１導体板から遠い側の前記第２導体板の端部に近い位置に配置され、前記第１導体板から遠い側の前記第２導体板の端部から前記第２パワー半導体素子までの長さは、前記第２導体板の厚さよりも大きいパワーモジュール。
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