(57)【要約】【課題】  半導体チップの熱サイクルに対する信頼性を向上し、Ｐｂフリーはんだ化と、構造の簡易化により経済性に優れた大電流容量の半導体パワーモジュールを提供する。【解決手段】  絶縁層２１を挟んで、その一面に金属配線パターン２２が形成され、他面には金属導体２３が形成された絶縁基板２を用い、その一面の金属配線パターン２２に、低融点のＰｂフリーはんだ３を用いて半導体チップ１を接合する。絶縁基板２の他面の金属導体２３には、熱伝導率が２Ｗ／（ｍＫ）以上の高熱伝導性接着剤５を用いてヒートシンク４を接着する。【効果】  従来の融点の異なる二種類のはんだの必要性を無くし、Ｐｂフリーはんだ化と、ヒートシンク４までの熱抵抗の低減、並びに信頼性と経済性とを併せ実現した。【選択図】  図１
2006253183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、この絶縁基板の一面に設けた金属配線パターンと、この金属配線パターン上に実装したパワー半導体素子と、前記絶縁基板の他面側に熱的に接続したヒートシンクとを備えた半導体パワーモジュールにおいて、前記絶縁基板を、絶縁層を挟み、一面に前記金属配線パターンを形成し、他面に金属導体を積層した絶縁基板とし、前記パワー半導体素子と前記絶縁基板の前記配線パターンを、はんだで接合するとともに、前記絶縁基板の他面の前記金属導体を、高熱伝導性接着剤を介して前記ヒートシンクに熱的に接続したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記はんだは、２５０℃以下の低融点はんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項３】
請求項１において、前記はんだは、Ｐｂフリーはんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項４】
請求項１において、前記金属導体を、前記絶縁基板の他面の実質的全面に形成するとともに、その厚さを前記絶縁基板の一面の前記配線パターンの厚さ以下としたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項５】
請求項１において、前記絶縁基板の他面の前記金属導体と前記ヒートシンクとを、直接、前記高熱伝導性接着剤で接着したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項６】
請求項１において、前記絶縁基板の他面の前記金属導体と前記ヒートシンクとの熱的接続は、前記金属導体を前記高熱伝導性接着剤で銅ベースに接着し、この銅ベースを熱伝導性グリースを挟んで前記ヒートシンクに取り付けたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項７】
請求項１において、前記高熱伝導性接着剤の熱伝導率が２Ｗ／（ｍＫ）以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項８】
請求項１において、前記金属配線パターンと前記金属導体を、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌまたはそれらを含む金属によって形成したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項９】
請求項１において、前記パワー半導体モジュールの連続定格電流は、１００［Ａ］以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１０】
絶縁基板と、この絶縁基板の一面に設けた金属配線パターンと、この金属配線パターン上に実装したパワー半導体素子と、前記絶縁基板の他面側に熱的に接続したヒートシンクとを備えた半導体パワーモジュールにおいて、前記絶縁基板を、絶縁層を挟み、一面に前記金属配線パターンを形成し、他面に金属導体を積層した絶縁基板とし、前記パワー半導体素子と前記絶縁基板の前記配線パターンを、２５０℃以下の低融点はんだにて接合するとともに、前記絶縁基板の他面の前記金属導体を、高熱伝導性接着剤で前記ヒートシンクに直接接着したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１１】
請求項１０において、前記低融点はんだは、Ｐｂフリーはんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１２】
請求項１０において、前記金属導体を、前記絶縁基板の他面の実質的全面に形成するとともに、その厚さを前記絶縁基板の一面の前記配線パターンの厚さ以下としたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１３】
請求項１０において、前記高熱伝導性接着剤の熱伝導率が２Ｗ／（ｍＫ）以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１４】
請求項１０において、前記金属配線パターンと前記金属導体を、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌまたはそれらを含む金属によって形成したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１５】
請求項１０において、前記パワー半導体モジュールの連続定格電流は、１００［Ａ］以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１６】
絶縁基板と、この絶縁基板の一面に設けた金属配線パターンと、この金属配線パターン上に実装したパワー半導体素子と、前記絶縁基板の他面側に熱的に接続したヒートシンクとを備えた半導体パワーモジュールにおいて、前記絶縁基板を、絶縁層を挟み、一面に前記金属配線パターンを持ち、他面に金属導体を積層した絶縁基板とし、前記パワー半導体素子と前記絶縁基板の前記配線パターンを、２５０℃以下の低融点はんだにて接合するとともに、前記絶縁基板の他面の前記金属導体を、高熱伝導性接着剤で銅を含む金属ベースに接着し、この金属ベースの他面を熱伝導性グリースを介して前記ヒートシンクに接続したことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１７】
請求項１６において、前記低融点はんだは、Ｐｂフリーはんだであることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１８】
請求項１６において、前記金属導体を、前記絶縁基板の他面の実質的全面に形成するとともに、その厚さを前記絶縁基板の一面の前記配線パターンの厚さ以下としたことを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項１９】
請求項１６において、前記高熱伝導性接着剤の熱伝導率が２Ｗ／（ｍＫ）以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【請求項２０】
請求項１６において、前記パワー半導体モジュールの連続定格電流は、１００［Ａ］以上であることを特徴とする半導体パワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＧＢＴ，ＭＯＳ−ＦＥＴ、あるいはＳＩＴ等の半導体パワースイッチング素子の実装に適した半導体パワーモジュールの構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御、電力変換などに用いられる半導体パワーモジュールにおいては、例えば、特許文献１の図９に開示されているように、１つの半導体パワーモジュールの中で、融点の高いはんだと融点の低いはんだとを用いている。すなわち、まず、半導体パワースイッチング素子と絶縁基板の一面に形成された金属配線パターンとを融点の高いはんだで接合するとともに、絶縁基板の他面に形成された金属導体と金属ベースとを融点の低いはんだで接合している。さらに、この金属ベースは、放熱部材であるヒートシンクに、熱伝導性のよいグリースを介して圧接している。
【０００３】
また、特許文献２の図２及び図４には、半導体チップをＰｂ入りはんだを用いてアルミナ絶縁基板の一面の金属配線パターンに接合するとともに、絶縁基板の他面を、熱伝導性接着剤にて直接ヒートシンク（金属背板）に接着する技術が開示されている。その図４では、半導体チップから横方向への熱放散を重視し、半導体チップ直下の絶縁基板の他面に金属導電材料の厚膜を形成し、その分だけ前記熱伝導性接着剤を薄くしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１１０９８５号公報（図９）
【特許文献２】特開平７−７０２７号公報（図２、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境へ与える影響が大きい物質、すなわち、Ｐｂ（鉛）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｃｒ（クロム）などの物質の削減が望まれている。電子部品の実装に使用されるはんだは、Ｐｂを多く含有するため、Ｐｂを実質意的に含まない、いわゆるＰｂフリーはんだに置き換わりつつある。融点が比較的低いはんだは、種々実用化されており、一例として、Ａｇ（銀）が３．５重量％、Ｃｕ（銅）が１．５重量％、残部がＳｎ（錫）からなるＰｂフリーはんだが挙げられる。これに対して、実用化されている融点が高いはんだは、Ａｕ（金）が８０重量％、残部がＳｎからなるＰｂフリーはんだしかなく、Ａｕを多く含有するために非常に高価なものとなっている。したがって、半導体パワーモジュールのＰｂフリー化は、コスト上昇の懸念から遅れている。
【０００６】
特許文献１の図９に開示されている技術では、高融点及び低融点の２種のはんだ工程を必要とし、Ｐｂフリー化できないだけでなく、製造工程が複雑化し経済性に問題がある。
【０００７】
一方、特許文献２の図２や図４に開示されている技術では、熱サイクルによる応力に弱く、信頼性に問題があり、特に、１００［Ａ］以上の大電流容量の半導体パワーモジュールでは実現できなかった。
【０００８】
本発明の目的は、製造工程の簡易化で経済性に優れ、かつ熱サイクルに対して高い信頼性をもつ半導体パワーモジュールを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、Ｐｂフリー化が可能な大電流容量の半導体パワーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明においては、絶縁層の一面に金属配線パターンを形成し、他面に金属導体を持つ絶縁基板を用いる。半導体チップを実装する金属配線パターンは、絶縁基板のほぼ全面に形成された後、配線の必要性に応じてエッチングによりパターン化される。表裏両面間の熱膨張による反りを抑え、熱サイクルにより半導体チップと半導体チップ下のはんだに発生するひずみを抑制するために、絶縁層の他面の金属導体は、絶縁層の他面の実質的全面に形成するとともに、絶縁層の一面の金属配線パターンの厚さ以下とすべきである。例えば、絶縁層の一面の金属配線パターンの厚さを０．３［ｍｍ］とし、絶縁層の他面の金属導体の厚さを０．２［ｍｍ］として表裏両面間の強度バランスを図り、熱サイクルによる応力に強くする。
【００１１】
また、この絶縁基板の絶縁層を挟む金属配線パターンと金属導体は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌまたはそれらを含む金属であることが望ましい。
【００１２】
本発明はその一面において、絶縁基板の一面の金属配線パターンと半導体チップとをはんだで接合し、絶縁基板の他面の金属導体を、高熱伝導性接着剤を介して、ヒートシンクに熱的に接続する。
【００１３】
ここで、上記絶縁基板は、絶縁層の他面の金属導体を、絶縁層の他面の実質的全面に形成するとともに、絶縁層の一面の金属配線パターンの厚さ以下とすることが望ましい。
【００１４】
また、絶縁基板の一面の金属配線パターンと半導体チップとを接合するはんだは、２５０℃以下の低融点のはんだ、特に、Ｐｂフリーはんだであることが望ましい。
【００１５】
また、絶縁基板の他面の金属導体は、高熱伝導性接着剤を用いて銅を含む金属ベースに接着し、さらに熱伝導性グリースを介してヒートシンクに熱的に接続することができる。
【００１６】
本発明は他の一面において、絶縁基板の金属配線パターンと半導体チップとを低融点のはんだで接合し、絶縁基板の金属導体とヒートシンクを高熱伝導性接着剤で直接接着する。
【００１７】
ここでも、上記低融点のはんだは、Ｐｂフリーはんだであることが望ましい。
【００１８】
本発明のさらに望ましい実施態様においては、絶縁基板の他面の金属導体を金属ベース又はヒートシンク（放熱部材）に接合する熱伝導性接着剤の熱伝導率を、２Ｗ／（ｍＫ）以上とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の望ましい実施態様によれば、両面に金属導電体をもつ絶縁基板と高熱伝導性接着剤との組合せにより、半導体チップ下はんだへの熱サイクルによる応力を低減して高い信頼性を確保することができる。また、単一のはんだで製造工程を簡易化し、経済性に優れた大電流容量の半導体パワーモジュールを提供することができる。
【００２０】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、半導体パワーモジュールに使用するはんだは、絶縁基板の金属配線パターンとパワー半導体チップとの間の一種類だけで良く、融点の高いはんだと融点の低いはんだを使い分ける必要がない。これにより、従来のパワーモジュールでは適用が難しかった、低融点のはんだ、特に、Ｐｂフリーはんだを使用することができ、大電流容量の半導体パワーモジュールのＰｂフリー化を実現できる。
【００２１】
さらに、他の本発明の望ましい実施態様によれば、絶縁基板の金属導体とヒートシンク（放熱部材）とを直接熱伝導性接着剤で接合することにより、金属ベースを省略でき、大電流容量の半導体パワーモジュールの厚さと重量を低減することができる。また、半導体チップからヒートシンクへの熱放散性を向上することができ、加えて、構造の簡易化により生産コストをさらに低減することができる。
【００２２】
さらにまた、他の本発明の望ましい実施態様によれば、熱伝導率が２Ｗ／（ｍＫ）以上の高熱伝導性接着剤を使用した場合には、半導体チップからヒートシンク（放熱部材）までの熱抵抗を、従来のパワーモジュール構造より小さく抑制することができる。
【００２３】
本発明によるその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の中で明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施形態１：
図１は本発明の実施形態１による半導体パワーモジュールの断面構造図、図２は図１の要部拡大図である。
【００２５】
半導体パワースイッチング素子であるＭＯＳ−ＦＥＴチップ１は、絶縁基板２に実装される。この絶縁基板２は、窒化シリコン製の絶縁層２１を挟んで、その一面に金属配線パターン２２が形成され、他面には金属導体２３が形成されている。絶縁基板２の一面に形成された金属配線パターン２２上に、２５０℃以下の低融点はんだであるＰｂフリーはんだ３を用いて半導体チップ１を接合している。半導体チップ１を実装した絶縁基板２は、アルミ（Ａｌ）製のヒートシンク４上にマウントされる。すなわち、絶縁基板２は、その他面の金属導体２３を、高熱伝導性接着剤５を用いてヒートシンク４に接着している。この高熱伝導性接着剤５は、その熱伝導率を２Ｗ／（ｍＫ）以上とする。
【００２６】
ヒートシンク４には、シリコン接着剤１１１，１１２を挟んで樹脂製のケース６が取り付けられ、この樹脂製のケース６には、銅ブスバー７１〜７３がインサート成形されている。半導体チップ１を接合した金属配線パターン２２は、ボンディングワイヤ８１，８２により銅ブスバー７２や７３に接続されている。ケース６の上端は、パワーモジュールの制御基板９で覆い、ケース６内に封止剤のシリコーンゲル１０を充填している。
【００２７】
上記したように、絶縁基板２は、窒化シリコンの絶縁層２１を挟んで、一面に金属配線パターン２２を形成し、その他面には金属導体２３を形成している。これらの金属配線パターン２２と金属導体２３は、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌまたはそれらを含む金属である。半導体チップ１をマウントする金属配線パターン２２は、絶縁層２１のほぼ全面に形成された後、配線の必要性に応じてエッチングによりパターン化される。
【００２８】
ここで、絶縁基板２は、実使用上の熱サイクルに強く、表裏両面間の熱膨張のバランスを図り、はんだ３への応力ひずみを抑制する構造としている。このため、絶縁基板２の他面の金属導体２３は、絶縁層２１の実質的全面に形成するとともに、絶縁基板２の一面の金属配線パターン２２よりも薄く形成している。具体的に、一面の金属配線パターン２２の厚さが０．３［ｍｍ］であるとき、この金属配線パターン２２は、配線の必要性に応じてエッチングによりパターン化されているため、例えば、全面に形成した金属導体の２／３程度の強度をもつものと仮定する。この仮定の場合には、絶縁基板２の他面の金属導体２３の厚さを、一面の金属配線パターン２２の厚さの２／３の０．２［ｍｍ］程度とすることにより、表裏両面間の強度バランスを図り、熱サイクルに強いものとすることができる。これによって、はんだ３に加わる熱サイクルによる応力を低減し、信頼性を向上することができる。このような理由で、絶縁基板２の他面の金属導体２３の厚さは、一面の金属配線パターン２２の厚さ以下とすべきである。
【００２９】
この実施形態１によれば、両面間でバランスのとれた金属導電体２２，２３をもつ絶縁基板２と高熱伝導性接着剤５との組合せにより、はんだ３に加わる熱サイクルによる応力を低減して高い信頼性を確保することができる。
【００３０】
また、使用するはんだ３は一種類だけで良く、融点の異なる複数のはんだを使い分ける必要がなく、製造工程を簡易化し、経済性に優れた大電流容量の半導体パワーモジュールを提供することができる。したがって、従来のパワーモジュールでは適用が難しかったＰｂフリーはんだ３を使用することができる。
【００３１】
さらに、絶縁基板２の金属導体２３とヒートシンク４とを、直接、高熱伝導性接着剤５で接合することにより、従来の金属ベースを省略でき、大電流容量の半導体パワーモジュールの厚さと重量を低減するだけでなく、構造の簡易化により生産コストを低減できる。加えて、半導体チップ１からヒートシンク４への熱放散性を向上することができる。特に、熱伝導率が２Ｗ／（ｍＫ）以上の高熱伝導性接着剤５を使えば、半導体チップ１からヒートシンク４までの間の熱抵抗を従来の金属ベースを使用した構造より小さく抑制することができる。
【００３２】
なお、この実施形態１では、絶縁基板２に用いられる絶縁層２１に窒化シリコンを用いているが、他の絶縁材料を用いることもできる。また、ボンディングワイヤ（アルミワイヤ配線）８１，８２はそれぞれ１本づつ図示したが、パワーモジュールの仕様とワイヤの径によってワイヤ本数は異なる。さらに、半導体パワースイッチング素子として、ＭＯＳ−ＦＥＴを使用した場合のレイアウト構造を示しているが、ＩＧＢＴやＳＩＴ、あるいはこれらと逆並列ダイオードの組合せのように、いかなる半導体スイッチング素子の場合にも適用できることは言うまでもない。
【００３３】
実施形態２：
図３は本発明の実施形態２による半導体パワーモジュールの断面構造図、図４は図３の要部拡大図である。
【００３４】
図３，４において、図１，２と同一の機能物には同一符号を付け、重複説明を避ける。この実施形態２が図１，２の実施形態１と異なる点は、絶縁基板２とヒートシンク４との間に、銅製の金属ベース１２と熱伝導性グリース１３を介在させたことである。銅ベース１２には、その表面に、絶縁基板２が、高熱伝導性接着剤５を用いて接着されている。そして、実施形態1と同じく、絶縁基板２の一面の金属配線パターン２２上に、低融点のＰｂフリーはんだ３によって、半導体チップ１が接合されている。
【００３５】
このようにして、半導体チップ１をマウントした銅ベース１２は、グリース１３を挟んで、ケース６によってヒートシンク４に固定されている。
【００３６】
この実施形態２によれば、実施形態１と同様に、両面間でバランスのとれた金属導電体２２，２３をもつ絶縁基板２と高熱伝導性接着剤５との組合せにより、半導体チップ１に加わる熱サイクルによる応力を低減して高い信頼性を確保することができる。
【００３７】
また、使用するはんだ３は一種類だけで良く、融点の異なる複数のはんだを使い分ける必要がなく、製造工程を簡易化し、経済性に優れた大電流容量の半導体パワーモジュールを提供することができる。したがって、従来のパワーモジュールでは適用が難しかったＰｂフリーはんだ３を使用することができる。
【００３８】
また、銅ベース１２上に絶縁基板２と半導体チップ１とを作り込むことができるため、さらに、製造工程を簡易化し、より経済性に優れた大電流容量の半導体パワーモジュールを提供することができる。
【００３９】
次に、図１，２の本発明による実施形態１の構造における半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗を算出する。ただし、半導体チップ１の発熱は、その下面から４５°に伝導するものとして計算する。
【００４０】
第１実施例：
半導体チップ１のサイズを、７．７ｍｍ×７．７ｍｍ×０．２ｍｍ、Ｐｂフリーはんだ３の厚さを０．１１ｍｍ、その熱伝導率を３０Ｗ／（ｍＫ）とする。また、絶縁基板２の一面の金属配線パターン２２の材料はＣｕで、厚さを０．４ｍｍ、熱伝導率を３８０Ｗ／（ｍＫ）とする。絶縁基板２の絶縁層２１の材料は窒化シリコンで厚さを０．３２ｍｍ、熱伝導率は６２Ｗ／（ｍＫ）とし、一方、絶縁基板２の他面の金属導体２３の材料はＣｕで、厚さを０．４ｍｍ、熱伝導率を３８０Ｗ／（ｍＫ）とする。さらに、高熱伝導性接着剤５の厚さを０．１ｍｍ、ヒートシンク４の接着面からフィン根元までの距離を８ｍｍ、熱伝導率を１５１Ｗ／（ｍＫ）とする。
【００４１】
以上の値を基に、各部材の熱抵抗を算出する。ｉ番目の部材の熱伝導率をＣｉ、厚さをｔｉ、平均断面積をＳｉとすると、ｉ番目の部材の熱抵抗Ｒｔｈｉは次式で与えられる。
【００４２】
Ｒｔｈｉ＝ｔｉ／（Ｓｉ・Ｃｉ）
半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗Ｒｔｈは各部材の熱抵抗Ｒｔｈｉの和であるため次式で求められる。
【００４３】
Ｒｔｈ＝ΣＲｔｈｉ
比較例：
図５は、本発明による半導体パワーモジュールの効果を検証するための比較例構造図である。絶縁基板としては、本発明と同様に、絶縁層２１の一面に金属配線パターン２２を形成し、他面に金属導体２３を形成した絶縁基板２を用いた。違いはまず、半導体チップ１と、絶縁基板２の一面の金属配線パターン２２とを、高融点のＰｂ入りはんだ３１で接合していることである。また、絶縁基板２の他面の金属導体２３と銅ベース１２とを、低融点のＰｂ入りはんだ３２で接合している。１３は熱伝導性グリースである。
【００４４】
この比較例の構造における半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗を算出する。第１実施例と同様に、半導体チップ１の発熱は、その下面から４５°に伝導するものとして計算する。
【００４５】
第１比較例：
半導体チップ１のサイズを７．７ｍｍ×７．７ｍｍ×０．２ｍｍ、Ｐｂ入りはんだ３１，３２の厚さを０．１１ｍｍ、その熱伝導率を３０Ｗ／（ｍＫ）とする。また、銅ベース１２の厚さを３ｍｍ、熱伝導率を３８０Ｗ／（ｍＫ）とする。さらに、熱伝導性グリース１３の厚さを０．１ｍｍ、熱伝導率を１Ｗ／（ｍＫ）とする。その他の各部材の材料、厚さ、熱伝導率は第１実施例と同一の値とする。
【００４６】
以上の値を基に、半導体チップ１の下面からヒートシンクのフィン根元までの熱抵抗Ｒｔｈを算出する。算出法は第１実施例と同様とする。
【００４７】
第１実施例と第１比較例で算出したパワーモジュールの熱抵抗の結果を図６に示す。
【００４８】
図６において、横軸は第１実施例における高熱伝導性接着剤５の熱伝導率を表し、縦軸は各熱伝導率における第１比較例の構造に対する第１実施例の熱抵抗比を表している。
【００４９】
図６から、高熱伝導性接着剤５の熱伝導率が、約２Ｗ／（ｍＫ）以上になると、第１比較例構造よりも、第１実施例の熱抵抗が小さくなることが判る。
【００５０】
第２実施例：
図１，２の本発明による実施形態１のパワーモジュールにおいて、半導体チップ１のチップサイズを９ｍｍ×９ｍｍ×０．２ｍｍとしたときの半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗Ｒｔｈを算出する。その他の各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第１実施例と同一とする。
【００５１】
第２比較例：
図５の比較例構造のパワーモジュールにおいて、半導体チップ１のチップサイズを９ｍｍ×９ｍｍ×０．２ｍｍとしたときの半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗Ｒｔｈを算出する。その他の各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第１実施例と同一とする。
【００５２】
図７は、第２実施例と第２比較例で算出したパワーモジュールの熱抵抗の結果である。
【００５３】
図７において、横軸は第２実施例における高熱伝導性接着剤５の熱伝導率を表し、縦軸は各熱伝導率における第２比較例の構造に対する第２実施例の熱抵抗比を表している。
【００５４】
図７から、高熱伝導性接着剤５の熱伝導率が、約２Ｗ／（ｍＫ）以上になると、第２比較例構造よりも、第２実施例の熱抵抗が小さくなることが判る。
【００５５】
第３実施例：
図１，２の本発明による実施形態１の構造のパワーモジュールにおいて、半導体チップ１のチップサイズを７ｍｍ×９ｍｍ×０．２ｍｍとしたときの半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗Ｒｔｈを算出する。各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第１実施例と同一とする。
【００５６】
第３比較例：
図５の比較例構造のパワーモジュールにおいて、半導体チップ１のチップサイズを７ｍｍ×９ｍｍ×０．２ｍｍとしたときの半導体チップ１の下面からヒートシンク４のフィン根元までの熱抵抗Ｒｔｈを算出する。その他の各部材の材質、厚さ、熱伝導率及び算出法は第１実施例と同一とする。
【００５７】
図８は、第３実施例と第３比較例で算出したパワーモジュールの熱抵抗の結果である。
【００５８】
図８において、横軸は第３実施例における高熱伝導性接着剤５の熱伝導率を表し、縦軸は各熱伝導率における第３比較例の構造に対する第３実施例の熱抵抗比を表す。
【００５９】
図８から、高熱伝導性接着剤５の熱伝導率が、約２Ｗ／（ｍＫ）以上になると、第３比較例構造よりも、第３実施例の熱抵抗が小さくなることが判る。
【００６０】
以上、第１〜３実施例によれば、絶縁層２１の両面に金属導体層２２，２３を持つ絶縁基板２と、ヒートシンク４との接続に高熱伝導性接着剤５を使用することにより、半導体チップ１からヒートシンク４の放熱面までの熱抵抗を小さくすることができる。また、これにより、連続定格電流が１００［Ａ］以上の半導体パワーモジュールのＰｂフリー化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態１による半導体パワーモジュールの断面構造図。
【図２】図１の要部拡大図。
【図３】本発明の実施形態２による半導体パワーモジュールの断面構造図。
【図４】図３の要部拡大図。
【図５】本発明の実施形態１との熱伝導接着剤の熱伝導率に対する熱抵抗の比較に用いた半導体パワーモジュール比較例の要部の断面構造図。
【図６】本発明の図１の実施形態１による第１実施例半導体パワーモジュールと図５に示す構造の第１比較例との、熱伝導接着剤の熱伝導率に対する熱抵抗の比を表す図。
【図７】本発明の図１の実施形態１による第２実施例半導体パワーモジュールと図５に示す構造の第２比較例との、熱伝導接着剤の熱伝導率に対する熱抵抗の比を表す図。
【図８】本発明の図１の実施形態１による第３実施例半導体パワーモジュールと図５に示す構造の第３比較例との、熱伝導接着剤の熱伝導率に対する熱抵抗の比を表す図。
【符号の説明】
【００６２】
１…半導体チップ、２…絶縁基板、２１…絶縁層（窒化シリコン）、２２…金属配線パターン、２３…金属導体、３…低融点のＰｂフリーはんだ、４…ヒートシンク、５…高熱伝導性接着剤、６…樹脂ケース、７１〜７３…銅ブスバー、８１，８２…ボンディングワイヤ、９…制御基板、１０…シリコーンゲル、１１，１３…熱伝導性グリース、１２…銅ベース。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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