(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベース基板と、該金属ベース基板の少なくとも一方の面に絶縁層を介して配線パターンが形成される絶縁回路基板において、
前記配線パターンのうち電位差が存在する二つの隣接配線パターン間に、前記絶縁層に接し、二つの前記隣接配線パターンの一方の電位と前記隣接配線パターンの他方の電位の間の電位を有するひとつ以上の配線パターン、又は導体を配設したことを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項２】
請求項１の絶縁回路基板において、
前記金属ベース基板および前記配線パターンに接する絶縁層が、エポキシ樹脂を主体とする樹脂、ポリイミド樹脂を主体とする樹脂，シリコーン樹脂を主体とする樹脂，アクリル樹脂を主体とする樹脂，ウレタン樹脂を主体とする樹脂のいずれの樹脂か、あるいはこれらの変成物，混合物からなる樹脂であることを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項３】
請求項２の絶縁回路基板において、
前記金属ベース基板および前記配線パターンに接する絶縁層の絶縁樹脂中に分散させる無機充填材が、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ），ＳｉＯ2（シリカ），ＡｌＮ（窒化アルミ），ＢＮ（窒化ホウ素），ＺｎＯ（酸化亜鉛），ＳｉＣ（炭化珪素），Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素），ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、あるいはこれらに準ずる放熱性および絶縁性を向上させる充填材、あるいはそれぞれの中から２種以上を混合させたものであることを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項４】
請求項１の絶縁回路基板において、
前記金属ベース基板および配線パターンに接する絶縁層が、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ），ＺｒＯ2（ジルコニア），ＡｌＮ（窒化アルミ），ＢＮ（窒化ホウ素）を主体とするいずれのセラミックス材か、あるいはこれらのセラミックス材と同等の特性を持ち、基本成分が金属酸化物からなり、高温の熱処理によって焼き固められたセラミックス材、あるいは前記セラミックス材にガラス成分を混ぜ合わせた変成物，混合物からなる無機材料であることを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項５】
請求項１から４に記載のうちの１つの絶縁回路基板において、
前記配線パターン又は前記導体は、前記隣接配線パターンの一方の電位と前記隣接配線パターンの他方の電位の間の電位を設けるために、電位差が存在する前記二つの隣接配線パターン間に抵抗を備えたことを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項６】
請求項１から４に記載のうちの１つの絶縁回路基板において、
前記隣接配線パターンの一方の電位と前記隣接配線パターンの他方の電位の間の電位は、前記絶縁回路基板上以外で電位を作る回路から提供されることを特徴とする絶縁回路基板。
【請求項７】
請求項１から６に記載のうちの１つの絶縁回路基板を用い、前記配線パターンに接続される半導体素子を含む回路部品が搭載され、配線パターンが施されていることを特徴とするパワー半導体装置、またはインバータモジュール。
【請求項８】
金属ベース基板と、
該金属ベース基板の少なくとも一方の面に絶縁層を介して形成された配線パターンと、
該配線パターンに接続される半導体素子とを備えたパワー半導体装置において、
前記配線パターンのうち電位差が存在する二つの隣接配線パターン間に、前記絶縁層に接し、二つの前記隣接配線パターンの一方の電位と前記隣接配線パターンの他方の電位の間の電位を有する１つ以上の配線パターン、又は導体を配設したことを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項９】
請求項８のパワー半導体装置において、
前記二つの隣接配線パターンが、入力電位配線パターンと接地電位配線パターンであることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１０】
請求項８のパワー半導体装置において、
前記二つの隣接配線パターンが、前記半導体素子に接続された３相交流の出力配線パターンであることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１１】
請求項８から１０に記載のうちの１つのパワー半導体装置を備えたことを特徴とするインバータモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、パワー半導体装置，インバータモジュール等の電力変換器等の電力機器に使用される高電圧絶縁回路基板、およびそれを用いたパワー半導体装置、又は、インバータモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車載向けなど苛酷な温度環境にさらされる電子機器用絶縁回路基板には、優れた放熱・耐熱性を持つセラミック基板が主流であった。しかし、電子機器の低コスト化の要請に伴い、絶縁層に高放熱絶縁樹脂を用いた樹脂基板へのシフトが年々増加している。
【０００３】
樹脂絶縁層による絶縁回路基板（以下、絶縁回路基板と称す）は、図２に示すようにアルミニウム，銅，鉄などの金属ベース基板１の片面または両面に、放熱性に優れる高熱伝導樹脂等の熱伝導性を改善した絶縁層２を介して、粗化処理された銅箔等の金属箔を貼り合わせた後、配線パターン３が所定の配線パターン間距離Ｒ１だけ離れて化学エッチング等によって形成されて構成されている。そして例えばパワー半導体装置、又はインバータモジュールなら、絶縁回路基板上配線パターン３の上に複数の半導体素子と受動素子が搭載される。しかし、近年の電力変換用パワー半導体装置やインバータモジュールは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの大容量スイッチング素子が用いられており、過剰な発熱が問題となっている。現在、発生する熱を効率的に金属ベース基板１に伝えるためには、絶縁層２樹脂中への無機充填材の高充填化や絶縁層２薄肉化により、絶縁層２の熱伝導率の改善が図られている。前者の絶縁層２樹脂中への充填材の高充填化に対しては、金属ベース基板１に接する絶縁樹脂中にアルミナ充填材を７０Ｖｏｌ％以上混合させたものも開発されており、１０Ｗ／ｍＫに達する高い熱伝導率を実現している。また後者の絶縁層２の薄肉化に対しては、層厚で約２００μmt程度、最薄のものでは約１００μmtによる絶縁層２を用いた絶縁回路基板が開発されている。しかし、このような絶縁回路基板に、近年の大容量化に伴う高電圧が常時印加された場合、短時間で絶縁破壊するという問題が起こり得る。
【０００４】
上記に挙げた絶縁破壊の説明を図３を用いて説明する。図３に示されるように高電圧が印加される配線パターン３において、配線パターン３端部での電界集中による部分放電４の発生が主な原因となっている。特に、印加電圧の極性が連続して変化する交流電圧の場合、放電が連続的に発生し、その結果絶縁層２を劣化させ、トリー５と呼ばれる樹枝状の放電劣化痕が形成され、やがて絶縁破壊する。また、搭載部品の高密度化による配線パターン３の近接化に対しても、部分放電４により絶縁物の表面に沿って樹枝上の放電路（沿面放電６）が形成され絶縁破壊に至る。現在、コスト的優位性から化学エッチング等により形成される配線パターン３は、図３のように配線パターン３側面部が円弧上となる形状が一般的であり、配線パターン３の側面部分、より詳細には絶縁層２の沿面部分に接した配線パターン３側面部が鋭角に尖った形状となる。その結果、配線パターン３端部に電界が集中し、ここを起点として部分放電４が容易に発生するという問題がある。配線パターン３端部における電界集中を緩和するためには、配線パターン３端部の鋭利形状に丸みを持たせることが有効であり、〔特許文献１〕では、図４に示すように周辺の端部を曲面にした絶縁層２の凹部７に配線パターン３を形成することにより、配線パターン３端部形状に丸みを持たせている。さらに、〔特許文献２〕では、予備放電やレーザ等により、配線パターン３端部を溶融、滑らかにする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願平１１−２３０６８０号公報
【特許文献２】特願平１１−３６０３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、〔特許文献１〕では絶縁層２に凹部７を設けることから前処理を必要とし、従来の配線パターン３形成方法と比較した場合、コスト高となる。また〔特許文献２〕でも、放電やレーザ等により配線パターン３端部の形状加工が必要なことから、同様にコスト高となる。さらに〔特許文献２〕は、セラミック基板にのみ適応可能であることから適応範囲が限定されていること、溶融時の基板温度の上昇による半田濡れ性が低下するため適切な処理時間等細かな処理技術が必要とされることなど、多くの課題がある。これに対し本発明の目的は、既存の絶縁回路基板および化学エッチングによる配線パターン３形成方法を用いながらも、配線パターン３端部の電界集中を低減し、部分放電４を抑制，信頼性の高い絶縁回路基板を提供することにある。さらにはこの配線パターン３を用いた絶縁回路基板を使用することにより、絶縁信頼性の高いパワー半導体装置、又はインバータモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は金属ベース基板と、該金属ベース基板の少なくとも一方の面に絶縁層を介して配線パターンが形成される絶縁回路基板において、前記配線パターンのうち電位差が存在する二つの隣接配線パターン間に、前記絶縁層に接し、前記隣接配線パターン間電位差の間の電位を有するひとつ以上の配線パターン、又は導体を配設したことを特徴とするものである。
【０００８】
更に、本発明は絶縁回路基板において、前記金属ベース基板および前記配線パターンに接する絶縁層が、エポキシ樹脂を主体とする樹脂，ポリイミド樹脂を主体とする樹脂，シリコーン樹脂を主体とする樹脂，アクリル樹脂を主体とする樹脂，ウレタン樹脂を主体とする樹脂のいずれの樹脂か、あるいはこれらの変成物，混合物からなる樹脂であることを特徴とするものである。
【０００９】
更に、本発明は絶縁回路基板において、前記金属ベース基板および前記配線パターンに接する絶縁層の絶縁樹脂中に分散させる無機充填材が、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ），ＳｉＯ2（シリカ），ＡｌＮ（窒化アルミ），ＢＮ（窒化ホウ素），ＺｎＯ（酸化亜鉛），ＳｉＣ（炭化珪素），Ｓｉ3Ｎ4（窒化珪素），ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、あるいはこれらに準ずる放熱性および絶縁性を向上させる充填材、あるいはそれぞれの中から２種以上を混合させたものであることを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明は絶縁回路基板において、前記金属ベース基板および配線パターンに接する絶縁層が、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ），ＺｒＯ2（ジルコニア），ＡｌＮ（窒化アルミ），ＢＮ（窒化ホウ素）を主体とするいずれのセラミックス材か、あるいはこれらのセラミックス材と同等の特性を持ち、基本成分が金属酸化物からなり、高温の熱処理によって焼き固められたセラミックス材、あるいは前記セラミックス材にガラス成分を混ぜ合わせた変成物，混合物からなる無機材料であることを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明は絶縁回路基板において、前記隣接配線パターン間電位差の間の電位を設けるために、電位差が存在する前記二つの隣接配線パターン間に抵抗を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
更に、本発明は絶縁回路基板において、前記隣接配線パターン間電位差の間の電位は、前記絶縁回路基板上以外で電位を作る回路から提供されることを特徴とするものである。
【００１３】
更に、本発明は前述の絶縁回路基板を用い、前記配線パターンに接続される半導体素子を含む回路部品が搭載され、配線パターンが施されていることを特徴とするパワー半導体装置、またはインバータモジュールを提供することにある。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明は金属ベース基板と、該金属ベース基板の少なくとも一方の面に絶縁層を介して形成された配線パターンと、該配線パターンに接続される半導体素子とを備えたパワー半導体装置において、前記配線パターンのうち電位差が存在する二つの隣接配線パターン間に、前記絶縁層に接し、前記隣接配線パターン間電位差の間の電位を有する１つ以上の配線パターン、又は導体を配設したことを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明はパワー半導体装置において、前記二つの隣接配線パターンが、入力電位配線パターンと接地電位配線パターンであることを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明はパワー半導体装置において、前記二つの隣接配線パターンが、前記半導体素子に接続された３相交流の出力配線パターンであることを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明は前述のパワー半導体装置を備えたインバータモジュールを提供することにある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来の絶縁回路基板構成および配線パターン形成方法を用いながらも、高電圧が印加される配線パターン端部の電界集中を低減し、耐部分放電性が向上する。そのため、配線パターン間距離が小さな高密度実装配線においても、絶縁信頼性が高い絶縁回路基板を低コストで実現できる。そして、これを利用した絶縁信頼性の高いパワー半導体装置、又は、インバータモジュールを提供することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を説明するための絶縁回路基板および配線パターンの断面図である。
【図２】従来の絶縁回路基板および配線パターンを説明するための断面図である。
【図３】従来の絶縁回路基板および配線パターンの拡大断面図であり、配線パターン端部の鋭利な形状および配線パターン端部の電界集中，トリー劣化，沿面放電を説明するための断面図である。
【図４】特願平１１−２３０６８０の配線パターン端部形状を説明するための絶縁回路基板および配線パターンの断面図である。
【図５】本発明の配線パターン上面形状を説明するための絶縁回路基板上面図である。
【図６】本発明の一実施例を示す絶縁回路基板および配線パターン断面図であり、中間電位を有する配線パターンを説明するための図である。
【図７】本発明の一実施例を示し、中間電位を作るための受動素子および接続方法を説明するための斜視図である。
【図８】本発明を、モータ駆動用インバータ回路基板に適応した際の絶縁回路基板上面図である。
【図９】モータ駆動用インバータの回路構成を説明するための回路図である。
【図１０】本発明の一実施例を用いた絶縁回路基板および配線パターン断面の解析モデル図である。
【図１１】本発明の他の実施例による絶縁回路基板および配線パターン断面の解析モデル図である。
【図１２】本発明の他の実施例による絶縁回路基板および配線パターン断面の解析モデル図である。
【図１３】本発明の他の実施例による絶縁回路基板および配線パターン断面の解析モデル図である。
【図１４】従来の絶縁回路基板および配線パターン断面の解析モデル図である。
【図１５】従来の他の絶縁回路基板および配線パターン断面の解析モデル図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００２１】
以下の説明に用いる図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２２】
〔第１実施例〕
図６は、本発明の一実施形態による絶縁回路基板断面図である。この実施形態は、従来の実施形態を示す図２において、配線パターン間距離Ｒ１だけ離れる隣接配線パターン３１と３３の間に、前記配線パターン３１と３３からそれぞれ等距離となる配線パターン間距離Ｒ２の位置に、新たな配線パターン３２を配設した構成となっており、他の構成は特に言及しない限りは図２に示した構成と同様である。
【００２３】
ここで、図６の実施形態が従来の実施形態と大きく異なる点は、図２における隣接パターン３１と３３の間に配設された配線パターン３２が、二つの抵抗８によって分圧され、前記配線パターン３１と３３の電位差の中間電位を有する点にある。例えば、図２における高電位側配線パターン３１が１ｋＶ、低電位側配線パターン３３が０Ｖの電位を有する場合、図６における配線パターン３２の電位は５００Ｖとなり、配線パターン３１と３２、もしくは配線パターン３２と３３の電位差が５００Ｖとなる。
【００２４】
本実施例における隣接配線パターン３１と３３の電位差とは、配線パターン３に印加される電位が時系列に変化し、隣接配線パターン３１と３３の電位差が変化する場合において、ある一時点での電位差のことをいう。従って、ある一時点においては隣接配線パターン３１と３３の電位差が高くならなくても、異なる時点におていは隣接配線パターン３１と３３の電位差が大きくなる場合、前記隣接配線パターン３１と３３に含まれる。
【００２５】
また、本発明において、高電位差隣接配線パターン３１と３３の電位差の間の電位を有する配線パターン３２もしくは導体を一つ以上配設した場合、高電位側配線パターン３１と配線パターン３２の電位差、および配線パターン３２と低電位側配線パターン３３の電位差が、３５０Ｖ以下となることが望ましい。これは、パッシェンの法則か得られる値である。パッシェンの法則では、常温の空気中において、平行電界を仮定した場合の火花放電発生時における電位差の最低値が約３５０Ｖであることを述べている。そのため、配線パターン３１，３２，３３に接する絶縁層２以外の空間が封止樹脂等の充填材で満たされた際に、ボイド等の発生があったとしても、配線パターン３間電位差が３５０Ｖ以下であれば、ボイド中で放電は発生しないためである。
【００２６】
また、本発明において、配線パターン３２もしくは導体を二つ以上配設した場合、隣り合う配線パターン３２同士もしくは導体同士の電位差が３５０Ｖ以下となることが望ましい。この結果、前述のパッシェンの法則より、配線パターン３２もしくは導体の絶縁層２に接する以外の空間が封止樹脂等の充填材で満たされた際に、ボイド等の発生があったとしても、本発明による配線パターン３２もしくは導体同士の電位差が３５０Ｖ以下であれば、ボイド中で放電は発生しないためである。
【００２７】
その結果、本実施形態によれば、隣接配線パターン３間の電位差が減少することから、電圧印加時、高電位側配線パターン３１の端部における電界集中を緩和させて、これにより部分放電電圧を上昇させ、図２における絶縁回路基板の耐部分放電性能を向上させることができる。
【００２８】
また、新たに配設する配線パターン３２は隣接する配線パターン３１および３３と同様の材質，形状である。そのため、従来の絶縁回路構成および配線パターン３の形成方法で、本発明による実施の形態を容易に実現でき、低コストで絶縁回路基板の絶縁性を向上させることができる。
【００２９】
そして、前記配線パターン３２もしくは導体は、図５に示されるように高電位差配線パターン３１と３３の配向長Ｒ３以上の配線パターン長Ｒ４もしくは導体長を持つことが望ましい。
【００３０】
更に、図６に示される発明の形態を実施するには、例えば、図７に示すようにチップ抵抗８１で絶縁回路基板上配線パターン３１と３２，３２と３３を接続すればよい。チップ抵抗８１は縦横１mm以下の小型品も市販されており、本発明の適応を想定している高密度実装用配線パターン３においても容易に実装できる。
【００３１】
また、絶縁回路基板上の配線パターン３密度が高く、高電位差配線パターン３１と３３の間の電位差を作るための素子、例えばチップ抵抗等を、絶縁回路基板上配線パターン３に実装できない場合、絶縁回路基板上以外で配線パターン３２用の電位を作ればよい。それらは例えば、絶縁回路基板に電源を供給するバスバー配線や、電源用コンデンサ端子部などが相当し、ここで作られた中間電位を含む入力電圧を絶縁回路基板に供給すればよい。
【００３２】
この結果、高密度に配線パターンが形成され隙間なく素子が実装された絶縁回路基板においても、容易に中間電位を得ることができる。
【００３３】
〔第２実施例〕
図８は、本発明をモータ制御系インバータ回路基板を備えたパワー半導体装置、又は、インバータモジュールに適応した実施例である。
【００３４】
モータ制御系インバータ回路の概略は、一般に図９の回路図で示されるように、スイッチング素子９を６個用いた３相出力インバータが用いられる。モータ制御用インバータは、コンバータからの直流電流が平滑コンデンサを介して入力され、スイッチング素子９によって３相交流に変換されモータを回転させる。ここで図８に示される配線構成は、高出力用インバータを想定したものであり、６つのＩＧＢＴスイッチング素子９Ａ−Ｆと６つの還流ダイオード１０Ａ−Ｆが搭載される。
【００３５】
ここで図８に示される配線パターン３で最も高電位差となるのは、入力−Ｇｒｏｕｎｄ間および、３相交流の出力部である。そのため、それぞれに中間電位となる配線パターン３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを配設し、高電位側配線パターン３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ端部の電界集中を低減している。ここで、図８の左における６つの配線パターン３は、ＩＧＢＴスイッチング素子９Ａ−Ｆを制御するゲート信号用配線パターン１１Ａ−Ｆであるが、一般にゲート信号電圧は小さいため、電界集中緩和のための配線パターン３２は配設されていない。
【００３６】
本実施例によれば、配線パターン間距離が小さな高密度実装配線を採用したパワー半導体装置、又は、インバータモジュールにおいても、絶縁信頼性が高いパワー半導体装置、又は、インバータモジュールを低コストで実現できる。
【００３７】
〔第３実施例〕
（電界シミュレーション）
以下本発明の効果を検証するために、本発明の実施例および比較例に対して解析モデルを作成し、高電位配線パターン３１端部における局部電界をシミュレーションによって導出した。
【００３８】
図１０は本発明の一実施例による絶縁回路基板の解析用断面図モデルである。
【００３９】
厚さ２.０mmtの金属ベース基板１上に厚さ２.０mmtのエポキシ樹脂（比誘電率４）絶縁層２があり、さらにその上に厚さ０.１mmtの電解銅箔を貼り合わせた後、化学エッチングにより形成された配線パターン３１，３３、および本発明による配線パターン３２からなる。配線パターン３１，３２，３３の側面傾斜角はそれぞれ６０度である。また、配線パターン３１および３３は、配線パターン間距離Ｒ１だけ離れており、さらに配線パターン３２は、配線パターン３１および３３から等距離に、配線パターン間距離Ｒ２だけ離れて位置する。配線パターン３１，３２，３３の電位はそれぞれ、９００，４５０，０Ｖである。
【００４０】
〔第４実施例〕
図１１は本発明の他の実施例による絶縁回路基板の解析用断面図モデルである。
【００４１】
厚さ２.０mmtの金属ベース基板１上に厚さ０.２mmtのエポキシ樹脂（比誘電率４）絶縁層２があり、さらにその上に厚さ０.１mmtの電解銅箔を貼り合わせた後、化学エッチングにより形成された配線パターン３１，３３、および本発明による配線パターン３２からなる。配線パターン３１，３２，３３の側面傾斜角はそれぞれ６０度である。また、配線パターン３１および３３は、配線パターン間距離Ｒ１だけ離れており、さらに配線パターン３２は、配線パターン３１および３３から等距離に、配線パターン間距離Ｒ２だけ離れて位置する。配線パターン３１，３２，３３の電位はそれぞれ、９００，４５０，０Ｖである。
【００４２】
〔第５実施例〕
図１２は本発明の他の実施例による絶縁回路基板の解析用断面図モデルである。
【００４３】
厚さ２.０mmtの金属ベース基板１上に厚さ０.２mmtのエポキシ樹脂（比誘電率４）絶縁層２があり、さらにその上に厚さ０.１mmtの電解銅箔を貼り合わせた後、化学エッチングにより形成された配線パターン３１，３３、および本発明による配線パターン３２Ａ，３２Ｂからなる。配線パターン３１，３３，３２Ａ，３２Ｂの側面傾斜角はそれぞれ６０度である。また配線パターン３１および３３は、配線パターン間距離Ｒ１だけ離れており、さらに配線パターン３２Ａおよび３２Ｂは、配線パターン３１および３３の間に等間隔に、配線パターン間距離Ｒ２だけ離れて位置する。配線パターン３１，３２Ａ，３２Ｂ，３３の電位はそれぞれ、９００，６００，３００，０Ｖである。
【００４４】
〔第６実施例〕
図１３は本発明の他の実施例による絶縁回路基板の解析用断面図モデルである。
【００４５】
厚さ２.０mmtの金属ベース基板１上に厚さ０.２mmtのエポキシ樹脂（比誘電率４）絶縁層２があり、さらにその上に厚さ０.１mmtの電解銅箔を貼り合わせた後、化学エッチングにより形成された配線パターン３１，３３、および本発明による配線パターン３２Ｂ，３２Ａからなる。配線パターン３１，３３，３２Ｂ，３２Ａの側面傾斜角はそれぞれ６０度である。また配線パターン３１および３３は、配線パターン間距離Ｒ１だけ離れており、さらに配線パターン３２Ｂおよび３２Ａは、配線パターン３１および３３の間に等間隔に、配線パターン間距離Ｒ２だけ離れて位置する。配線パターン３１，３２Ａ，３２Ｂ，３３の電位はそれぞれ、９００，６００，３００，０Ｖである。
【００４６】
〔比較例１〕
図１４は、従来の配線パターン３による絶縁回路基板を模した解析用断面図モデルである。
【００４７】
厚さ２.０mmtの金属ベース基板１上に厚さ２.０mmtとなるエポキシ樹脂（比誘電率４）絶縁層２があり、さらにその上に厚さ０.１mmtの電解銅箔を貼り合わせた後、化学エッチングにより形成された配線パターン３１および３３からなる。配線パターン３１および３３の側面傾斜角はそれぞれ６０度である。また配線パターン３１および３３は配線パターン間距離Ｒ１だけ離れており、さらに配線パターン３１，３３の電位はそれぞれ、９００，０Ｖである。
【００４８】
〔比較例２〕
図１５は、従来の配線パターン３による他の絶縁回路基板を模した解析用断面図モデルである。
【００４９】
厚さ２.０mmtの金属ベース基板１上に厚さ０.２mmtとなるエポキシ樹脂（比誘電率４）絶縁層２があり、さらにその上に厚さ０.１mmtの電解銅箔を貼り合わせた後、化学エッチングにより形成された配線パターン３１および３３からなる。配線パターン３１および３３の側面傾斜角はそれぞれ６０度である。また配線パターン３１および３３は配線パターン間距離Ｒ１だけ離れており、さらに配線パターン３１，３３の電位はそれぞれ、９００，０Ｖである。
【００５０】
（シミュレーション結果１）
本発明による絶縁回路基板上配線パターン構成を用いた図１０に示される実施例の解析モデル、および従来の絶縁回路基板上配線パターン構成を模した図１４に示される比較例１の解析モデルに対して、配線パターン３２のパターン幅を０.５mmに固定し、配線パターン間距離Ｒ１を１.０mm，１.５mm，２.０mmに変化させた場合の解析を行った。
【００５１】
表１に、配線パターン間距離Ｒ１が１.０mm，１.５mm，２.０mmのそれぞれにおける、比較例１で算出される高電位側配線パターン３１端部の局部電界に対する図１０に示される実施例の高電位側配線パターン３１端部の局部電界比を示す。ここで、図１０に示される実施例および比較例１は、絶縁層２厚を２.０mmtと厚くした解析モデルである。これは、高電位側配線パターン３１と金属ベース基板１との距離を十分に設けることにより、高電位側配線パターン３１端部の局部電界に対する金属ベース基板１の影響を除外するためである。すなわち、図１０に示される実施例および比較例１は、高電位側配線パターン３１端部の局部電界に対する配線パターン３３、もしくは配線パターン３２および３３の寄与が大きい。そのため、表１は本発明による効果を単独で評価した結果を示している。
【００５２】
表１に示すように、配線パターン間距離Ｒ１にかかわらず図１０に示される実施例の高電位側配線パターン３１端部における局部電界は、比較例１における高電位側配線パターン３１端部における局部電界よりも低い。そのため、本発明による配線パターン３２を高電位差配線パターン３１と３３の間に配設することにより、高電位側配線パターン３１端部の局部電界低減効果を得られる。
【００５３】
【表１】
0005542399.tif 000002
【００５４】
（シミュレーション結果２）
本発明による絶縁回路基板上配線パターン構成を用いた図１１，図１２，図１３に示される各実施例の解析モデル、および従来の絶縁回路基板上配線パターン構成を摸した図１５に示される比較例２の解析モデルに対して、配線パターン３２，３２Ａ，３２Ｂの配線パターン幅を０.５mmに固定し、配線パターン間距離Ｒ１を１.０mm，１.５mm，２.０mmに変化させた場合の解析を行った。
【００５５】
表２に、配線パターン間距離Ｒ１を１.０mmとした場合の、比較例２の高電位側配線パターン３１端部の局部電界に対する、比較例２，図１１，図１２，図１３の実施例の高電位側配線パターン３１端部の局部電界比を示す。ここで、比較例２，図１１，図１２，図１３の実施例は、絶縁層２厚が０.２mmtと薄く、実際の絶縁回路基板の絶縁層２厚により近い。そのため、表２は実際の絶縁回路基板構成により近いモデルに対して本発明の効果を評価した結果を示している。また図１１，図１２，図１３の実施例の結果における括弧内数値は、配線パターン間距離Ｒ２を示している。
【００５６】
【表２】
0005542399.tif 000003
【００５７】
表２に示すように、比較例２では、配線パターン間距離Ｒ１が異なっても、高電位側配線パターン３１端部の局部電界は変わらない。これは、高電位側配線パターン３１端部の局部電界が、近接化した金属ベース基板１に強く影響され、低電位側配線パターン３３の影響がわずかであることを示している。これに対して、図１１，図１２，図１３の実施例では、比較例２における高電位側配線パターン３１の局部電界をそれぞれ低減する。これより、金属ベース基板１の影響を強く受ける高電位側配線パターン３１端部の局部電界においても、本発明の効果は十分に得られる。特に、配線パターン間距離Ｒ１が小さくなるほど、より効果が大きい。また図１２，図１３の実施例の結果に示されるように、高電位差配線パターン３１と３３の間に、配線パターン３２をより多く配設することにより、本発明の効果はより大きくなる。一方、配線パターン３２Ａおよび３２Ｂの配置順を、図１２の実施例と逆にした図１３の実施例は、比較例２における高電位側配線パターン３１端部の局部電界を低減しているものの、図１２の実施例と比べて本発明の効果は小さい。そのため、高電位差配線パターン３１と３３の間に、配線パターン３２をより多く配設し、かつその配設パターン３２の電位を、高電位側配線パターン３１から低電位側配線パターン３３に向かって順に小さくすることにより、本発明の効果がより大きく得られる。
【００５８】
（シミュレーション結果３）
配線パターン間距離Ｒ２が、本発明による高電位側配線パターン３１端部の局部電界低減効果に与えるの影響を評価するために、図１１，図１２の実施例における配線パターン間距離Ｒ２を０.２５mmおよび０.５mmに固定し、また配線パターン３２，３２Ａ，３２Ｂのパターン幅を適宜変化させた場合の解析を行った。
【００５９】
表３に、シミュレーション結果２で算出した比較例２（配線パターン間距離Ｒ１＝２.０mm）の高電位側配線パターン３１端部の局部電界に対する、図１１，図１２の実施例の高電位側配線パターン３１端部の局部電界比を示す。なお、図１２の実施例における括弧内数値は、配線パターン間距離Ｒ１、および配線パターン３１Ａと３２Ｂのパターン幅である。
【００６０】
【表３】
0005542399.tif 000004
【００６１】
表３に示すように、図１１，図１２の実施例において配線パターン間距離Ｒ２が小さいほど、高電位側配線パターン３１端部の局部電界が低減される。そのため、本発明による配線パターン３２を、高電位差配線パターン３１および３３の間に、配線パターン３１および３３により近い距離に配設することで、本発明の効果が大きく得られる。また、配線パターン間距離Ｒ２が０.２５mmのときの図１２の実施例において、配線パターン間距離Ｒ１が異なる場合においてもほぼ同等の低減効果であることから、本発明による効果は、配線パターン間距離Ｒ２が一定の場合、配線パターン３２Ａおよび３２Ｂのパターン幅によらない。そのため、配線パターン３２の幅をより小さくし、高電位差配線パターン３１と３３の間に、高電位配線パターン３１から低電位配線パターン３３に向かって順に電位が小さくなる配線パターン３２をより多く配設することにより、本発明の効果がより大きく得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１  金属ベース基板
２  絶縁層
３  配線パターン
４  部分放電
５  トリー劣化
６  沿面放電
７  絶縁層凹部
８  抵抗
８１  チップ抵抗
９  スイッチング素子／ＩＧＢＴスイッチング素子
１０  還流ダイオード
１１  ゲート信号用配線パターン
Ｒ１  配線パターン３１−３３間距離
Ｒ２  配線パターン３１−３２，３１−３２Ａ，３１Ａ−３２Ｂ，３２Ｂ−３３，３２−３３間距離
Ｒ３  配線パターン３１と３３の配向長
Ｒ４  配線パターン３２長
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005542399.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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