(57)【要約】【課題】半導体チップの発熱による金属ベース板の反りを低減した電力用半導体装置を提供する。【解決手段】金属ベース板３の裏主面に複数のスリット１１を形成する。複数のスリット１１は、金属ベース板３の長手方向と短手方向にそれぞれ平行に形成する。そのため、金属ベース板３の加熱により熱膨張が生じても、スリット１１により短手方向と長手方向に生じる熱膨張を吸収することができる。その結果、半導体チップの発熱による金属ベース板３の反りを低減することができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板と、
前記ベース板の表主面上に接合された絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された回路パターンに接合された半導体チップと、
を備える電力用半導体装置であって、
前記ベース板は、裏主面にスリットが形成されていることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記ベース板は、前記ベース板の長手方向に前記スリットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記ベース板は、前記ベース板の短手方向に前記スリットが形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記スリットの断面形状は、Ｖ字形状であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記スリットは、前記ベース板より軟質の充填材を内部に充填したことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記充填材は、伸縮自在であることを特徴とする請求項５に記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記ベース板、及び前記電極パターンは、前記絶縁基板の両面に溶湯法により形成されたことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に金属ベース板の反り低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体装置は、金属ベース板（ベース板）上に絶縁基板が接合され、絶縁基板上に形成された回路パターンに半導体チップが接合された構造を備えている。
なお、本発明に関連する先行技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８９０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のような構造を備えているので、半導体チップの発熱により、金属ベース板が熱せられると、絶縁基板と金属ベース板の線膨張係数の違いから金属ベース板に反りが生じる。
【０００５】
そして、金属ベース板に反りが生じると、冷却フィンとベース板の接触面において隙間が生じ、接触熱抵抗が増加して放熱性の悪化につながる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、加熱よる金属ベース板の反りを低減した電力用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】
請求項１に記載の発明は、ベース板と、前記ベース板の表主面上に接合された絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された回路パターンに接合された半導体チップと、を備える電力用半導体装置であって、前記ベース板は、裏主面にスリットが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、ベース板裏面にスリットが形成されているため、半導体チップの放熱によるベース板裏面の熱膨張がスリットにより吸収される。その結果、ベース板の反りを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態に係る電力用半導体装置の構成を示す断面図である。
絶縁基板６の一方面に、回路パターン７が形成されている。そして回路パターン７上に半田層４を介して半導体チップ５が接合されている。絶縁基板６の他方面には、半田付けパターン８が形成されている。そして、半田付けパターン８と、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる金属ベース板３とが半田層９を介して接合されている。
【００１０】
半導体チップ５、及び絶縁基板６の周囲を囲うように樹脂ケース１がベース板３上にネジ１０を介して接合されている。フタ２が樹脂ケース１の上面に接合され、樹脂ケース１内は密封されている。また、ベース板３には、後述するようにスリット１１が形成されている。
【００１１】
図２から５は、本実施の形態に係る電力用半導体装置に用いられるベース板３の一例を示す図である。図２は、ベース板３の上面図である。ネジ１０を通すためのネジ孔１２が２箇所に設けられている。図３は、ベース板３のＡ−Ａ線断面図である。また、図４は、ベース板３のＢ−Ｂ線断面図である。さらに図５は、ベース板３の裏面図を示している。
【００１２】
図２から５に示すように、ベース板３の裏主面には、複数（図２〜５の例では２本）のスリット１１が設けられている。夫々のスリット１１は、ベース板３の長手方向に平行に形成されている。
【００１３】
スリット１１は、例えば、ベース板３を金型成形により形成するときに同時に形成する。もしくは、板状のベース板３を形成した後に、プレス加工法等により形成するようにしてもよい。
【００１４】
半導体チップ５の駆動時の放熱等によりベース板３に熱が加わると、ベース板３は裏主面を凸とする反りを生じる。この反りは、絶縁基板６と、ベース板３の線膨張係数の差に起因するものである。
【００１５】
すなわち、ベース板３の表主面は、絶縁基板６と接合されているので、絶縁基板６の線膨張係数によって決まる線膨張と同程度しか線膨張が生じないが、ベース板３の裏主面には何も接合されていないため、ベース板３の線膨張係数によって決まる線膨張が生じる。そして、ベース板３の線膨張係数は、絶縁基板６の線膨張係数より大きいため、ベース板３裏主面の線膨張が、表主面の線膨張より大きくなる。その結果、ベース板３裏主面を凸とする反りが生じる。
【００１６】
本実施の形態においては、ベース板３の裏面に長手方向に沿ってスリット１１が形成されている。そのため、半導体チップ５からの放熱により金属ベース板３が線膨張しても、金属ベース板３裏主面の短手方向の線膨張はスリット１１により吸収することができる。
【００１７】
その結果、金属ベース板３の短手方向の反りを、スリット１１が形成されていない場合に比べて低減することができる。
【００１８】
本実施の形態においては、ベース板３の長手方向にスリット１１を形成したが、短手方向に形成するようにしてもよい。図６は、短手方向にスリット１１を形成したベース板３を示す裏面図である。短手方向にスリット１１を形成することで、ベース板３の長手方向の線膨張を緩和することができる。その結果、ベース板３の長手方向の反りを低減することができる。
【００１９】
さらに、スリット１１を長手方向と短手方向に形成し、格子状にしてもよい。図７は、格子状にスリット１１を形成したベース板３の裏面図である。格子状にスリット１１を形成することで、短手方向と長手方向のベース板３の熱膨張を緩和することができる。その結果、ベース板３の短手方向と長手方向の反りを低減することができる。
【００２０】
本実施の形態においては、スリット１１を互いに平行に形成しているが、特に平行に形成する必要はない。例えば、スリット１１が交差するように形成しても、ベース板３の熱膨張を緩和し反りを低減することができる。
またスリット１１は、２本である必要はなく、本数を増やすことで反りをさらに低減することができる。
【００２１】
＜実施の形態２＞
図８は、本実施の形態に係る電力用半導体装置に用いられる金属べース板３の裏面図である。また、図９は、図８に示した金属ベース板３のＣ−Ｃ線断面図である。そして、図１０は、図９において破線Ｄで囲んだ領域近傍の拡大図を示している。
【００２２】
本実施の形態では、スリット１１内部に金属ベース板３より軟度の高い充填材１３が充填されている。充填材１３の材料は、例えばシリコンゴムである。
充填材１３は、スリット１１内に原料を流し込み、その後加熱硬化することにより形成することができる。あるいは、スリット１１の形状に充填材１３を加工し、スリット１１内に接合するようにしてもよい。
【００２３】
電力用半導体装置を冷却フィン上に設置したとき、ベース板３と冷却フィンの間に隙間ができると、接触熱抵抗が高くなり放熱性が悪化する。実施の形態１に係る電力用半導体装置では、冷却フィン上に設置したとき、スリット１１と冷却フィンの間に隙間ができることになる。
【００２４】
本実施の形態では、前記ベース板より軟質の充填材１３をスリット１１内部に充填しているので、ベース板３と冷却フィンが密着して隙間が形成されず、放熱性を高めることができる。そして、充填材１３は金属ベース板３よりも、軟度の高い材料となっているため金属ベース板３の熱膨張のスリット１１による吸収を妨げるおそれもない。
【００２５】
なお、シリコンゴムのような塑性変形をしない充填材１３を用いることで、ベース板３が繰り返し変形しても、充填材と該充填材を充填するベース板３のスリット１１の内面との間に隙間が発生せず、放熱性を確保することができる。
【００２６】
また、図１１，１２に示すように、スリット１１の断面形状をＶ字形状としてもよい。図１１は、金属ベース板３のＣ−Ｃ線断面図を示している。また図１２は、図１１において、破線Ｅで囲んだ領域近傍の拡大図を示してる。
【００２７】
例えばプレス法によりスリット１１を形成する場合には、断面形状をＶ字形状とすることで、金型の先端が金属ベース板３にめり込み易くなり、加工が容易にできる。その結果、製造不良率が低減し、製造コストを抑えることができる。さらに、スリット１１をＶ字形状にすることで充填材１３を低減することができ、製造コストを抑えることができる。
【００２８】
＜実施の形態３＞
図１３は、本実施の形態に係る電力用半導体装置の構成を示す断面図である。
金属ベース板３上に絶縁基板６が接合されている。絶縁基板６上には回路パターン７が形成されている。回路パターン７上には、半田層４を介して半導体チップ５が接合されている。半導体チップ５間、及び半導体チップと回路パターン７間は、アルミワイヤ１４により接続されている。また、ベース板３には、スリット１１が形成されている。
ここで、絶縁基板６に形成された回路パターン７及びベース板３は、溶湯法により一体に形成されている（以下、一体型ベース板と称する）。
【００２９】
図１４は、ベース板３の裏面図である。ベース板３の裏面には複数のスリット１１が形成されている。
一体型ベース板では、線膨張係数の異なる２つの材料が半田層等のバッファとなる材料を介さず直接接合されているため、反りが生じ易くなる。さらに、ベース板３の材料として、従来の銅に代えてアルミニウムを用いると、材質が軟らかくなり、かつ線膨張係数が大きくなる。そのため、ベース板３の反りが大きくなる。
【００３０】
本実施の形態では、ベース板３の裏面に複数のスリット１１が形成されているため、スリット１１によりベース板３の熱膨張を吸収することができる。その結果、一体型ベース板であっても、反りを低減することができる。
【００３１】
なお、図１４に示すように、複数のスリット１１は、長さや配置場所等の形状パターンを、必要に応じて自由に選ぶことができる。このことは、本実施の形態に限らず、他の実施の形態についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施の形態１に係る電力用半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る金属ベース板を示す上面図である。
【図３】実施の形態１に係る金属ベース板を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る金属ベース板を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る金属ベース板を示す裏面図である。
【図６】実施の形態１に係る別の金属ベース板を示す裏面図である。
【図７】実施の形態１に係る別の金属ベース板を示す裏面図である。
【図８】実施の形態２に係る金属ベース板を示す裏面図である。
【図９】実施の形態２に係る金属ベース板を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る金属ベース板を示す断面拡大図である。
【図１１】実施の形態２に係る別の金属ベース板を示す断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る別の金属ベース板を示す断面拡大図である。
【図１３】実施の形態３に係る電力用半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１４】実施の形態３に係る金属ベース板を示す裏面図である。
【図１５】実施の形態３に係る金属ベース板を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
３  金属ベース板、５  半導体チップ、６  絶縁基板、７回路パターン、１１  スリット、１３  充填材。
【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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【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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