(57)【要約】      （修正有）【課題】組み立てやすく、かつ電気的絶縁性に優れ、長寿命、高剛性なパワー半導体装置を提供する。【解決手段】ベース１と、ベース１に配設される電子回路部と、電子回路部を冷却する冷却フィンとを備えるパワー半導体装置であって、ベース１には１つ以上の凹部１ｄが形成され、凹部１ｄの内壁の側面に１つ以上の突起１ｂが形成されていることにより、組み立てやすく、かつ電気的絶縁性に優れ、長寿命、高剛性なパワー半導体装置を提供することができる。【選択図】図１（ｃ）
2014146723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースに配設される電子回路部と、前記電子回路部を冷却する冷却フィンとを備えるパワー半導体装置であって、
前記ベースには凹部が設けられ、前記凹部の内壁には突起が設けられることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体装置であって、
前記突起が凹部の内壁の各側面に設けられることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のパワー半導体装置であって、
前記電子回路部が前記凹部に囲まれる空間内部に配設されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
前記凹部の底部の厚さが２ｍｍ以下であることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
前記電子回路部が絶縁基板と金属製導体層を備え、前記金属製導体層が２つ以上の領域に分割されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載のパワー半導体装置であって、
前記突起が、前記金属導体層の分割箇所に近い位置において、前記絶縁基板の側面と接触していることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
前記凹部に囲まれる空間にゲルが充填されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
前記電子回路部が、前記ベースに対してはんだを介して固定されていることを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
前記突起に勾配が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１〜９のいずれか１項に記載のパワー半導体装置であって、
前記ベースが、アルミニウムを含む部材であることを特徴とするパワー半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパワー半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置が広く用いられている。その中でもパワー半導体を有するパワー半導体装置は、大出力のモータや発電機等の電気機器の制御や電力変換の用途に用いられている。このようなパワー半導体装置としては、例えばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュールが挙げられる。
近年は、船舶や鉄道、さらには電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載される電力制御装置としてパワー半導体装置の需要が拡大してきている。そのため、パワー半導体装置に対しては、電気機器として高効率化や大容量化が必要とされているだけでなく、大量生産する車載用部材として、組み立てやすい構造が要求されている。このような要求に応えるべく、組み立てやすいパワー半導体装置を提供する技術として、特許文献１〜５に記載の技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１４６１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９１５０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２８５０８号公報
【特許文献４】特開２０１１−７７２３９号公報
【特許文献５】特開２０１０−１６５７６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
組み立てやすいパワー半導体装置を得るためには、パワー半導体装置を構成するベース（基材）上に電子回路部用の位置決め部材を設け、その位置決め部材間に電子回路部を入れ込む構造が考えられる。しかしながら、その位置決め部材がベースと別体の場合は、位置決め部材の用意、取付け、取外しに製造コストや製造時間を要する。また、位置決め部材がベースと一体の場合も、位置決め部材と電子回路部との電気的絶縁の確保等で課題が生じることがある。
【０００５】
また、半導体装置は動作時に通常高温になる。通常、ベースの材質として金属が用いられる一方、電子回路部の基板の材質としてはセラミックが用いられるため、半導体装置が動作と停止による温度変化を受けるとき、ベースと基板との間に熱変形差が生じる。これにより、基板とベースとを接続するはんだにひずみが生じる。したがって、半導体装置の動作と停止が繰り返されることで、はんだが疲労することがある。通常、半導体装置においては、電子回路部の素子で発生した熱を、素子下のはんだ、基板上導体層、基板、基板下導体層、基板下のはんだ、ベース、冷媒という順に伝えることで、外部に放熱する。疲労によってはんだに亀裂が進行すると、その部分での熱抵抗が増大し、十分な放熱性を確保することが難しくなる。ひいては、半導体装置の製品寿命の確保が難しくなる。
【０００６】
また、半導体装置は、上記の通り冷媒を用いて放熱するため、冷媒の圧力によってベースに反りが生じることがある。ベースの反りが大きい場合、ベースと冷媒流路との間の隙間が大きくなり、冷媒が漏出するという問題がある。 
本発明は、前記課題に鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、組み立てやすく、かつ電気的あるいは機械的信頼性に優れたパワー半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明によるパワー半導体装置においては、ベースに凹部を設け、その凹部の内壁に突起を設ける。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、組み立てやすく、かつ電気的あるいは機械的信頼性に優れたパワー半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１（ａ）】第１実施例に係るパワー半導体装置１００の冷却ジャケット４への取付け時の断面図である。
【図１（ｂ）】パワー半導体装置１００におけるベース１の断面図である。
【図１（ｃ）】パワー半導体装置１００におけるベース１の斜視図である。
【図２】パワー半導体装置１００における電子回路部２の斜視図である。
【図３（ａ）】ベース１と電子回路部２の斜視図である。
【図３（ｂ）】ベース１と電子回路部２の上面図である。
【図３（ｃ）】ベース１と電子回路部２の部分断面図である。
【図４（ａ）】はんだの寿命を評価するためのモデル部材１５０の斜視図である。
【図４（ｂ）】モデル部材１５０の部分断面図である。
【図５】モデル部材１５０の熱変形の様子を示す図である。
【図６】ベースの厚さと寿命比との関係を示すグラフである。
【図７（ａ）】ベース反り量とはんだの寿命を評価するためのモデル部材１６０の斜視図である。
【図７（ｂ）】モデル部材１６０の部分断面図である。
【図７（ｃ）】モデル部材１６０の部分上面図である。
【図８】ベースの厚さと反り量比との関係を示すグラフである。
【図９】モデル部材１６０の熱変形の様子を示す図である。
【図１０】ベースの縁部と電子回路部との距離と寿命比との関係を示すグラフである。
【図１１（ａ）】第２実施例に係るパワー半導体装置２００におけるベース１の斜視図である。
【図１１（ｂ）】パワー半導体装置２００におけるベース１と電子回路部２の部分断面図である。
【図１２（ａ）】第３実施例に係るパワー半導体装置３００におけるベース１の斜視図である。
【図１２（ｂ）】パワー半導体装置３００におけるベース１の上面図である。
【図１３】第４実施例に係るパワー半導体装置４００におけるベース１の斜視図である。
【図１４】第５実施例に係るパワー半導体装置５００におけるベース１の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施例について説明する。
［１．第１実施例］
＜構成＞
第１実施例に係るパワー半導体装置１００は、図１（ａ）に示すように、ベース１と、ベース１に接続される電子回路部２を備える。ベース１と電子回路部２とは、はんだ１１により接続されている。ベース１は、図１（ｂ）に示すように、冷却フィン１ｅを備える面と逆側の面に凹部１ｄを備える。また、ベース１は、図１（ｃ）に示すように凹部１ｄの内壁の各側面に突起１ｂを備える。したがって、本実施例においては、「凹部」および「突起」がそれぞれ１つ以上設けられていることになる。凹部１ｄや突起１ｂの詳細は、後記する。
【００１１】
さらに、パワー半導体装置１００は、図１（ａ）に示すように、樹脂ケース６と、電極７を備える。そして、縁部１aおよび樹脂ケース６により囲まれる空間内部は、ゲル等の封止材９によって満たされ、電子回路部２が封止されている。
パワー半導体装置１００は、冷却ジャケット４に取付けられた状態で使用される。ベース１と冷却ジャケット４の間には、シール部材５を備える。さらに、ベース１と冷却ジャケット４との間に形成される空間には冷媒（図示しない）が通流している。
ベース１は、銅やアルミニウム等の金属により構成される部材である。図示していないが、ベース１の表面にはニッケル等のメッキが施されている。これによりはんだ１１の濡れ性が向上するほか、ベース１の耐腐食性を向上させることもできる。ベース１は、図１（ｃ）に示すように、縁部１ａと、凹部１ｄと、底部１ｃと、突起１ｂと、冷却フィン１ｅを備える。
パワー半導体装置１００に熱負荷が作用すると、ベース１と電子回路部２との間に熱変形差が生じ、両者間の接合部材であるはんだ１１に負荷がかかる。これにより、はんだ１１の寿命の確保が課題となる。そこで、パワー半導体装置１００では、電子回路部２との接合箇所である底部１ｃを縁部１ａよりも薄肉化して、反りやすくしている。そうすることで、上記の熱変形差を底部１ｃの反り変形で吸収しやすくなる。よって、はんだ１１への負荷は軽減される。すなわち、はんだ１１が長寿命化する。
またベース１は、薄肉な底部１ｃを備える一方で、厚肉な縁部１ａを備える。これによりベース１は、シール部材５との接触位置において高い剛性を維持することができる。ベース１の下面から冷媒圧力が負荷されても、縁部１ａにおける変形を抑制でき、冷媒の漏れを防止できる。
【００１２】
縁部１ａと底部１ｃの肉厚の具体的数値としては、例えば、ベース１の紙面横方向の寸法が１００ｍｍ、紙面に垂直な方向の寸法（奥行き）が１５０ｍｍである場合、底部１ｃの厚さは、厚すぎると熱変形しにくいので、２ｍｍ程度が好ましい。このとき縁部１ａの高さ（底部１ｃの厚さを含む）は２ｍｍより大きく例えば５ｍｍとする。
冷却フィン１ｅは、図１（ａ）に示すように、電子回路部２が配設される面とは逆側のベース１に配設されている。なお、本実施例においては、冷却フィン１ｅはベース１と一体的に成形されている。これらは別体として成形されてその後接合されるようにしてもよい。一体的に成形する場合は、製造工程の簡略化および製造コストの削減を図ることができる。このような一体成形は、例えば鍛造や鋳造により行うことができる。
冷却フィン１ｅのみを初めに鍛造あるいは鋳造した後に、機械加工によって凹部１ｄを削り出してもよい。このような方法をとることで、鍛造時に成形の必要な面がフィン側のみになり、鍛造や鋳造をしやすくなるという利点がある。
【００１３】
冷却フィン１ｅに関する具体的数値としては、例えば、ベース１の紙面横方向の寸法が１５０ｍｍ、紙面に垂直な方向の寸法（奥行き）が６０ｍｍである場合、冷却フィン１ｅの高さは６ｍｍ、最短のフィン間距離は１ｍｍとすることができる。
【００１４】
電子回路部２は、パワー半導体装置１００としての機能を発揮させるための回路群である。具体的には、電子回路部２は、ＩＧＢＴ素子２ａと、ダイオード素子２ｂと、素子下はんだ２ｃと、基板上面導体層２ｄと、絶縁基板２ｅと、基板下面導体層２ｇを備えている。そして、電子回路部２は、配線２ｆを介して電極７に電気的に接続されている。さらにＩＧＢＴ素子２ａとダイオード素子２ｂとは、配線２ｆにより電気的に接続されている。そして、ＩＧＢＴ素子２ａとダイオード素子２ｂは、基板上面導体層２ｄと、配線２ｆにより電気的に接続されている。
ＩＧＢＴ素子２ａが発生する熱を効率よく冷媒に放出するために、絶縁基板２ｅは熱伝導性の優れたものを用いる。具体的に、絶縁基板２ｅを構成する材料としては、例えば窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ等のセラミックスが用いられる。絶縁基板２ｅがこのような材料により構成されることで、ＩＧＢＴ素子２ａからの熱を効率よく外部へ放出することができる。電子回路部２からの熱は、基板下面導体層２ｇ、はんだ１１、ベース１及び冷却フィン１ｅをこの順で伝わり、冷却フィン１ｅに接する冷媒に伝達される。
【００１５】
なお、パワー半導体装置１００において、絶縁基板２ｅの紙面横方向の長さは、基板上面導体層２ｄおよび基板下面導体層２ｇの紙面横方向の長さよりも長くなっている。そのため、電子回路部２の側面がベース１に接触する場合には、絶縁基板２ｅがベース１と接触する。これにより、ベース１と電子回路部２との間での電気的な絶縁を確保する。
また、基板上面導体層２ｄは、図２にその形状の一例を示すように、複数の独立したブロックに分割されている。
冷却ジャケット４は、図示しないボルト締結によってベース１に対して固定される。そして、冷却ジャケット４とベース１とにより形成される空間に、水等の冷媒が通流する。また、ベース１と冷却ジャケット４との接続面間には、Ｏリング等のシール部材５が設けられる。これにより、冷媒の漏出が防止される。
樹脂ケース６は、ベース１と後記する電極７とを電気的に絶縁するものである。すなわち、樹脂ケース６は、ベース１と電極７との間に配設される絶縁部材である。樹脂の具体例としては、ＰＢＴ（PolyButylene Terephtalate）、ＰＰＳ（PolyPhenylene Sulfide）等が挙げられる。樹脂ケース６は、図示しない接着剤によってベース１に対して固定されている。
また、電極７は、電子回路部２と配線２ｆを介して接続される接続端子であって、図示しない外部装置と接続される。
封止材９は、ベース１の縁部１ａおよび樹脂ケース６により囲まれて形成される空間に充填されるものである。封止材９の高さは、電子回路部２の高さよりも高い。これにより、電子回路部２が、湿気や埃等の外雰囲気から保護される。封止材９の具体例としては、電気絶縁性の高いシリコンゲル等である。
さらに図示はしていないが、封止材９の上面全体を覆うように樹脂製の蓋部材が配設されている。この蓋部材により、パワー半導体装置１００内部が外雰囲気から保護される。
【００１６】
ここで、パワー半導体装置１００における、ベース１と電子回路部２との関係について説明する。
【００１７】
電子回路部２は、図３に示すようにベース１の凹部１ｄで囲まれる空間内部に配設されている。凹部１ｄの内壁の各側面には突起１ｂを備えているので、絶縁基板２ｅがベース１と接触する場合には、絶縁基板２ｅと突起１ｂとが接触する。突起１ｂを備えずに、ただ単に電子回路部２を凹部１ｄで囲まれる空間内部に配設した場合は、電子回路部２の位置が突起１ｂによって決まらないので、電子回路部２の角部とベース１の凹部１ｄの角部とが近い、すなわち図３（ｂ）の距離Ｘ3が小さい位置で電子回路部２がベース１上に配設されることがある。Ｘ3が小さい場合、パワー半導体装置１００に温度負荷が作用する際に、電子回路部２の角部近傍においてベース１が熱変形しにくくなる分、はんだ１１への負荷が増加する。そのため、はんだ１１の熱疲労寿命の確保が課題となる。そこで、パワー半導体装置１００においては、突起１ｂを設けている。突起１ｂを設けることで、はんだ１１の寿命確保に必要な距離Ｘ3を、確実に確保することができる。
突起１ｂの位置は、図３（ｂ）に示した点Ａのように、複数のブロックに分割されている基板上面導体層２ｄの、分割位置に配設されていることが好ましい。突起１ｂが、例えば基板上面導体層２ｄの分割位置ではない点Ｂの位置に配設されている場合、基板上面導体層２ｄと突起１ｂとの最短距離はＸ1である。これに対して、点Ａの位置に配設されている場合は、基板上面導体層２ｄと突起１ｂとの最短距離はＸ2であり、Ｘ1よりも長くなる。そのため、通電される基板上面導体層２ｄと、無通電の金属部材であるベース１との空間距離を大きく確保することができ、電気的絶縁耐力が向上する。
【００１８】
＜効果＞
パワー半導体装置１００の動作時、特にＩＧＢＴ素子２ａ及びダイオード素子２ｂの発熱が大きく、装置が高温になる。よって、熱膨張係数の異なる部材間には、大きな熱変形差が生じる。例えば、絶縁基板２ｄの熱膨張係数は、窒化ケイ素の場合で約２．５ｐｐｍ／Ｋ、アルミナの場合で約７．１ｐｐｍ／Ｋである。一方、ベース１の熱膨張係数は、アルミニウムの場合は約２４．０ｐｐｍ／Ｋ、銅の場合は約１６．９ｐｐｍ／Ｋである。このように、絶縁基板２ｄの熱膨張係数とベース１の熱膨張係数とは、大きく異なる。そのため、パワー半導体装置１００のオン／オフにより温度変化が繰り返されると、特に、絶縁基板２ｄとベース１とを接続する部材である、はんだ１１の熱疲労の抑制、すなわち、はんだ１１の熱疲労寿命の確保が課題となる。これに対し、パワー半導体装置１００においては、ベース１の底部１ｃの厚さが薄肉化されているため、底部１ｃの反り変形によって上記の熱変形差を吸収しやすく、はんだ１１への負荷が軽減される。その結果、はんだ１１の疲労寿命を向上することができる。
【００１９】
ベース１の下部（冷却ジャケット４が固定される側）には、冷媒が通流している。そのため、ベース１の下部には、冷媒の圧力が印加される。そして、この圧力によるベース１の反り変形が大きい場合には、通流する冷媒が外部へ漏出することがある。これに対し、ベース１には、縁部１ａが形成されている。これにより、ベース１の底部を薄肉化しつつも、冷却ジャケット４との接続箇所においてはベース１の剛性を確保し、漏水を防止できる。
【００２０】
また、パワー半導体装置１００において、縁部１ａは電子回路部２を囲むように配設されており、突起１ｂは凹部１ｄの内壁の対向する側面に１つずつ以上配設されている（図３参照）。そのため、パワー半導体装置１００の製造時、突起１ｂの間に電子回路部２をはめ込むことで、電子回路部２の位置決めを行うことができる。電子回路部２とベース１とをはんだ付けする際に別途の位置決め冶具等の用意や取付け、取外しが不要となり、製造コストや製造時間を削減できる。
【００２１】
突起１ｂを備えずに、ただ単に凹部１ｄの内壁を用いて電子回路部２の位置決めをした場合は、電子回路部２の角部と凹部１ｄの角部とが近くなる（参照：図３（ｂ）の距離Ｘ3が小さくなる）ことがある。電子回路部２の角部と凹部１ｄの角部とが近い場合、前記のようにパワー半導体装置１００に温度負荷が作用する際、電子回路部２の角部近傍においてベース１が熱変形しにくくなる分、はんだ１１への負荷が増加し、はんだ１１の熱疲労寿命の確保が課題となる。これに対し、パワー半導体装置１００においては、突起１ｂを設けることで、はんだ１１の寿命確保に必須な電子回路部２の角部と凹部１ｄの角部との距離を確保する。
【００２２】
以上の効果を、図４〜図１０を参照しながらより詳細に説明する。
【００２３】
パワー電子回路部１００による効果を確認するために、本発明者は、図４に示すモデル部材１５０を作製した。図４（ｂ）には、図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図を示している。モデル部材１５０は、ＩＧＢＴ素子２ａと、ダイオード素子２ｂと、基板上面導体層２ｄと、絶縁基板２ｅと、基板下面導体層２ｇと、はんだ１１と、底部１ｃ（ベース）を備える。モデル部材１５０の基板上面導体層２ｄと基板下面導体層２ｇの材質は銅であり、絶縁基板２ｅの材質は窒化珪素である。ベースの材質はアルミニウムである。
本発明者は、モデル部材１５０を対象に、はんだ１１の寿命について検討した。図５は、モデル部材１５０全体の温度を１２５℃から−４０℃まで変化させた場合の変形を有限要素法による熱応力解析により計算し、−４０℃での変形形状を、変形量を１０倍に拡大して示したものである。
【００２４】
図６に、ベース底部１ｃの厚さとはんだ１１の疲労寿命との関係を示す。図６は、図５の熱応力解析結果から、はんだ１１の塑性ひずみを取得して疲労寿命に換算し、ベース厚さ３ｍｍの場合のはんだ寿命を１として正規化したもの（寿命比）である。
【００２５】
図６に示すように、ベース底部１ｃの厚さが２ｍｍのとき、３ｍｍの場合と比較して、寿命が２０％向上する。また、厚さが１ｍｍのとき、３ｍｍの場合と比較して、寿命が６０％向上する。このように、ベース底部１ｃを薄肉化すればするほど、はんだ寿命が向上する。
次に、本発明者は、パワー半導体装置１００におけるベース１と冷却ジャケット４との間を通流する冷媒の漏出防止効果について検討した。まず、本発明者は、図７に示すモデル部材１６０を作製した。図７（ｃ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ線断面図を示している。モデル部材１６０は、基板上面導体層２ｄと、絶縁基板２ｅと、基板下面導体層２ｇと、はんだ１１と、ベース１を備える。また、冷却ジャケットに固定するためのボルト穴８を併せて示している。モデル部材１５０の基板上面導体層２ｄと基板下面導体層２ｇの材質は銅であり、絶縁基板２ｅの材質は窒化珪素である。ベースの材質はアルミニウムである。
【００２６】
前述したように、ベースを薄肉化することで、はんだ寿命を向上できる。しかし、ただ単にベースを薄肉化するとベースの剛性が低下する。特に前記したようにパワー半導体装置１００においては、ベース１の下面から冷媒の圧力が負荷されが、ベースの剛性を確保するため、図１や図７に示す縁部１ａを設けることで、冷媒圧力に対するベース１の反りを抑制し、冷媒の漏出を防止することができる。
【００２７】
図８は図７に示すモデル部材１６０のベース１下面から水圧を負荷する有限要素解析を実施し、ベース１の縁部１ａでの最大の反り量を比較したものである。横軸は、ベース縁部１ａの厚さＴ1（図７参照）であり、縦軸は、縁部１ａの厚さＴ1が２ｍｍのときの反り量を１として正規化したもの（反り量比）を示している。
【００２８】
図８に示すように、縁部１ａの厚さＴ1が５ｍｍのとき、２ｍｍの場合と比較して反り量が５０％に低減される。Ｔ1が６ｍｍのとき、２ｍｍの場合と比較して反り量が３８％に低減される。Ｔ1が７ｍｍのとき、２ｍｍの場合と比較して反り量が２６％に低減される。Ｔ1が８ｍｍのとき、２ｍｍの場合と比較して反り量が１８％に低減される。このように、ベース底部を薄肉化しても、縁部１ａの厚さＴ１を厚くすることで、反り量を大幅に低減できる。
【００２９】
次に、本発明者は、モデル部材１６０を対象に、パワー半導体装置１００のはんだ１１の寿命について検討した。前述したように、ベース底部１ｃを薄肉化し縁部１ａを厚肉化することで、はんだ寿命を向上し、かつ冷媒の漏出を防止することができる。しかし、ただ単に電子回路部２の近くにベース縁部１ａを配設すると、パワー半導体装置１００に温度負荷が作用する際に、電子回路部２の角部近傍においてベース１が熱変形しにくくなる分、はんだ１１への負荷が増加する。したがって、はんだ１１の熱疲労寿命の確保が課題となる。これに対し、図３に示した突起１ｂを設けることで、電子回路部２と縁部１ａとの距離を確保し、はんだ寿命を向上することができる。
図９は、モデル部材１６０全体の温度を１２５℃から−４０℃まで変化させた場合の変形を有限要素法による熱応力解析により計算し、−４０℃での変形形状を、変形量を１０倍に拡大して示したものである。
【００３０】
図１０に、電子回路部２とベース１の縁部１ａとの距離（図７（ｂ）（ｃ）のＸ4）と、はんだ１１の疲労強度との関係を示す。図１０は、図９の熱応力解析結果から、はんだ１１の塑性ひずみを取得して疲労寿命に換算し、距離Ｘ4が３ｍｍの場合のはんだ寿命を１として正規化したもの（寿命比）である。
【００３１】
図１０に示すように、電子回路部２と縁部１ａとの距離Ｘ4が６ｍｍのとき、３ｍｍの場合と比較して、寿命が４０％向上する。また、距離Ｘ4が９ｍｍのとき、３ｍｍの場合と比較して、寿命が６０％向上する。このように、電子回路部２と縁部１ａとの距離を大きくすればするほど、はんだ寿命が向上する。
［２．第２実施例］
次に、図１１を参照しながら、第２実施例に係るパワー半導体装置２００を説明する。なお、図１に示すパワー半導体装置１００と同様の部材については同様の符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
パワー半導体装置２００においては、パワー半導体装置１００における突起１ｂに勾配が付いている。
このように突起１ｂに勾配を付けることで、凹部１ｄを鋳造等で製造する場合に、型が抜きやすくなり生産性が向上する。さらに、図１１（ｂ）に示すように、突起１ｂと基板上面導体層との距離Ｘ5が大きくなり、電気的絶縁耐力が向上する。
［３．第３実施例］
次に、図１２を参照しながら、第３実施例に係るパワー半導体装置３００を説明する。なお、図１に示すパワー半導体装置１００と同様の部材については同様の符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
パワー半導体装置３００においては、パワー半導体装置１００における凹部１ｄの角部に、凹部１ｄと一体かつ同じ深さの円形凹部１ｆを備える。
【００３４】
このように凹部１ｄの角部に円形凹部１ｆを備えることで、凹部１ｄを機械加工で削り出す場合、大きな加工ツールでも角部を加工しやすくなり、製造速度が向上する。さらに、電子回路部２を取り付けた場合、電子回路部２とベース縁部１ａとの距離（パワー半導体装置１００における、図３（ｂ）のＸ2に相当する距離）が長くなり、はんだの熱疲労寿命が向上する。
［４．第４実施例］
次に、図１３を参照しながら、第４実施例に係るパワー半導体装置４００を説明する。なお、図１に示すパワー半導体装置１００と同様の部材については同様の符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
パワー半導体装置４００においては、ベース１の底部１ｃに、第２凹部１ｇを備える。第２凹部１ｇの外形は、接合前のはんだ１１よりも大きくとる。これにより、電子回路部２をベース１にはんだ接続する際には、第２凹部１ｇで囲まれる空間内にはんだ１１を入れ込むことができ、はんだ１１を位置決めできる。パワー半導体装置１００は、突起１ｂを備えることで、製造時の電子回路部２の位置決めをしやすくしているが、パワー半導体装置４００では、突起１ｂでの位置決めに加え、第２凹部１ｇによってはんだ１１の位置決めもできるため、位置決めが容易になり、製造性が向上する。
［５．第５実施例］
次に、図１４を参照しながら、第４実施例に係るパワー半導体装置５００を説明する。なお、図１に示すパワー半導体装置１００と同様の部材については同様の符号を付すものとし、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
パワー半導体装置５００においては、突起１ｂが角柱形状である。パワー半導体装置１００の突起形状は機械加工で削り出しのしやすい加工性に優れた形状である。一方、パワー半導体装置５００の突起は、絶縁基板２ｅと接触する場合に点ではなく面で接触するため、絶縁基板２ｅを傷つけにくい形状である。従って、絶縁基板２ｅの割れ等を防止できる。
［６．変形例］
前記した５つの実施例の他にも、本発明の要旨を損なわない範囲で前記実施例を適宜変形することが実施可能である。
【００３７】
例えば、冷却フィン１ｅの構成は図１に図示したピン形状に何ら限定されず、放熱を効率よく行える限り、任意の形状にすることができる。
【００３８】
電子回路部２の構成も前記の実施例に何ら限定されず、任意の電子回路部を同様に適用可能である。また、電極７の数も同様に任意に設定すればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  ベース
１ａ  縁部
１ｂ  突起
１ｃ  底部
１ｄ  凹部
１ｅ  冷却フィン
１ｆ  円形凹部１ｆ
１ｇ  第２凹部
２  電子回路部
２ａ  ＩＧＢＴ素子
２ｂ  ダイオード素子
２ｃ  素子下はんだ
２ｄ  基板上面導体層
２ｅ  絶縁基板
２ｆ  配線
２ｇ  基板下面導体層
４  冷却ジャケット
５  シール部材
６  樹脂ケース
７  電極
８  ボルト穴
９  封止材
１１  はんだ
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図１（ｃ）】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図７（ｃ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３】
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【図１４】
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