(57)【要約】【課題】回路面での設計変更を要することなく、パワー半導体モジュールに用いるセラミックス基板の曲げ強度を強化し、熱的，機械的応力に起因するクラック，割れ、および絶縁不良に対しての製品の信頼性向上化を図る。【解決手段】セラミックス基板１ａに銅回路板１ｂを接合したパワー半導体モジュール用のセラミックス回路基板１に対し、該回路基板にパワー半導体素子２，銅ベース板３を組合せて組立てたパワー半導体モジュール製品の実使用状態で熱的，機械的応力が加わるセラミックス基板に対し、その応力集中が予測される箇所Ｐに沿ってあらかじめセラミックス基板の表面に絶縁物の補強材５を接着剤６で接合し、セラミックス基板自身の熱的，機械的な応力集中に対する強度の増強化を図る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス基板に銅回路板を接合したパワー半導体モジュール用のセラミックス回路基板において、パワー半導体モジュールとしての実使用状態で熱的，機械的応力が加わるセラミックス基板に対し、該セラミックス基板の前記応力集中が予測される箇所の表面と、該応力集中が予測される箇所を挟んで対向する銅回路板の縁とに絶縁物の補強材を接合したことを特徴とするパワー半導体モジュール用のセラミックス回路基板。
【請求項２】
セラミックス基板に銅回路板を接合したセラミックス回路基板にパワー半導体を搭載した半導体装置において、前記セラミックス基板の前記パワー半導体の実使用状態で熱的，機械的応力の集中が予測される箇所の表面と、該応力集中が予測される箇所を挟んで対向する銅回路板の縁とに絶縁物の補強材を接合したことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、この発明は、セラミックス回路基板およびそれを用いた電力用のパワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
頭記したパワー半導体モジュール用のセラミックス回路基板として、放熱性，電気絶縁性，高周波数特性の優れたアルミナ系，窒化アルミニウムなどのセラミックス基板の表面に導体パターンとなる銅回路板を接合し、同じく裏面に銅板を接合してなるセラミックス回路基板が広く採用されている。
このセラミックス回路基板は、銅ベース板（ヒートシンク板）に搭載して半田付けし、セラミックス回路基板の銅回路板上に複数個のパワー半導体素子などを実装した上で外囲樹脂ケース，外部導出端子を組合せてパワー半導体モジュールの製品を構成している。
【特許文献１】特開平9-312357号
【特許文献２】特開平10-4156号公報
【特許文献３】特開平9-275165号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、セラミックス回路基板は放熱性，電気絶縁性などの面で優れた特性を有するものの、セラミックス基板自身は脆くて曲げ強度が小さく、昨今のセラミックス基板の薄形化によりパワー半導体モジュール製品としての実使用状態で通電制御に伴うヒートサイクル，放熱フィンへ取付ける際のねじ締結などに伴って熱的，機械的なストレスが加わると、その応力が集中する箇所でセラミックス基板にクラック，割れが生じやすい。
【０００４】
しかも、セラミックス基板にクラック，割れが発生すると、その部分が絶縁不良となって地絡などのダメージに進展するおそれがあって製品の信頼性が低下する。
そこで、パワー半導体モジュールとしての実使用時にセラミックス基板にクラック，割れが生じた場合でも、絶縁不良のダメージに進展しないようにする対策として、セラミックス基板上の銅回路板（導体パターン）の領域から外れた箇所に沿って基板表面にあらかじめスナップラインを形成しておき、製品の実使用時に加わる熱的，機械的応力を意図的にこのスナップラインに集中させ、この部分にクラックが生じてもパワー半導体モジュールとして絶縁不良のダメージに進展しないようにした構成のものが、先に提案されている（特開平９−３１２３５７号：特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、前記提案は、その後に行った数多くの製品テスト結果から必ずしも期待通りの成果が得られず、特にセラミックス基板のクラック発生箇所を通じて銅ベース（アース電位）と銅回路板（充電部）との間の沿面絶縁強度が決まってしまい、耐電圧の向上が図れないなどの不具合の生じることが判明した。
また、銅貼りセラミックス回路基板では、銅回路板のパターン形状を工夫するなどしてクラック，割れを防ぐようにした対策も知られているが、この方法では回路パターンが制約を受けるなど、回路設計，コスト面の問題点が残る。
【０００６】
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、回路面での設計変更を要することなく、クラック，割れに対してより信頼性の高いパワー半導体モジュール用のセラミックス回路基板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、この発明によれば、セラミックス基板に銅回路板を接合したパワー半導体モジュール用のセラミックス回路基板において、パワー半導体モジュールとしての実使用状態で熱的，機械的応力が加わるセラミックス基板に対し、該セラミックス基板の前記応力集中が予測される箇所の表面と、該応力集中が予測される箇所を挟んで対向する銅回路板の縁とに絶縁物の補強材を接合するものとする（請求項１，２）。
【０００８】
パワー半導体モジュールとしての実使用状態でセラミックス基板に加わる熱的，機械的応力の集中箇所は、数多くの製品テストの結果から得た知見，コンピュータのシミュレーション手法などで予測が可能である。そこで、セラミックス基板の前記応力集中が予測される箇所の表面と、該応力集中が予測される箇所を挟んで対向する銅回路板の縁とに絶縁物の補強材を接合することにより、セラミックス基板としての曲げ強度が高まり、パワー半導体モジュール製品の実使用状態で加わる熱的，機械的応力に起因するセラミックス基板のクラック，割れの発生を未然に防ぐことができる。
【０００９】
なお、参考として、パワー半導体モジュールとしての実使用状態で熱的，機械的応力が加わるセラミックス基板に対し、その応力集中が予測される箇所に沿ってセラミックス基板の表面に高粘着性，高伸び率を有するシリコーン系樹脂を塗布，キュアする構成がある。
これにより、パワー半導体モジュール製品の実使用時に加わる熱的，機械的応力に起因してセラミックス基板に万一クラック，割れが生じても、この部分にはあらかじめ電気絶縁性に優れたシリコーン系樹脂が盛り付けてあるので回路（充電部）に対する絶縁不良（沿面絶縁強度の劣化）を引き起こすことがなく、製品としての耐電圧低下が効果的に防げる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によるセラミックス回路基板を用いてパワー半導体モジュールの製品を組立てることにより、補強材の接合によりセラミックス基板の曲げ強度が増強し、製品の実使用状態でセラミックス基板に熱的，機械的応力が加わっても、セラミックス基板にクラック，割れの生じるのを効果的に防止でき、製品の信頼性向上化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を図１に示す実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１２】
図１はこの発明の請求項１に対応する実施例を示すものである。図において、１はセラミックス基板１ａの主表面に導体パターンを形成する銅回路板１ｂを接合し、同じく裏面に銅板１ｃを接合したセラミックス回路基板、２は銅回路板１ａにマウントしたパワー半導体素子、３はセラミックス回路基板１を搭載した銅ベース板（ヒートシンク）であり、銅ベース板３に対してセラミックス回路基板１の銅板１ｃが半田４で接合されている。
【００１３】
ここで、前記セラミックス基板１ａに対しては、パワー半導体モジュール製品としての実使用状態で熱的，機械的な応力の集中が予測される箇所Ｐに沿って、セラミックス基板の表面に絶縁物の補強材５が接着剤６により接合されている。なお、補強材５の接合はパワー半導体モジュールの組立工程の途中で行うものとする。
なお、応力集中の予測される箇所Ｐは、数多くの製品テスト結果から得た知見，コンピユータのシミュレーションなどから、セラミックス基板１ａの上に接合した銅回路板１ｂの相互間に沿って銅回路板で覆われてない部分に多く発生することが判明しており、この検証結果を基に絶縁物の補強材５を図示のように銅回路板１ｂの相互間の縁に沿って敷設し、接着剤６によりセラミックス基板１ａの表面に接合するようにしている。
【００１４】
かかる構成によれば、補強材５を接合したことでその部分におけるセラミックス基板１ａの曲げ強度が増強され、パワー半導体モジュールとしての実使用時に加わる熱的，機械的応力に対してクラック，割れが生じない強度を確保することができる。
［参考例］
【００１５】
図２はこの参考例を示すものである。この実施例においては、パワー半導体モジュールとしての実使用状態で熱的，機械的な応力の集中が予測される箇所Ｐ（図１と同一箇所）に沿ってセラミックス基板１ａの表面には、銅回路板１ｂの相互間の間隙を埋めるように盛り付けて高粘着性，高伸び率（ゴム性）を有するシリコーン系樹脂（コンパンウンド）７が塗布，キュアされている。
【００１６】
これにより、パワー半導体モジュール製品としての実使用状態でセラミックス基板１ａに加わる熱的，機械的な応力集中で前記箇所Ｐにクラック，割れ８が発生した場合でも、その周域がシリコーン系樹脂７で覆われているので、銅ベース板（アース電位）３と銅回路板（充電部）１ｂとの間の沿面絶縁強度，耐電圧の低下を防ぎ、製品の高い信頼性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施例に対応するパワー半導体モジュールの要部構造図
【図２】この発明の参考例に対応するパワー半導体モジュールの要部構造図
【符号の説明】
【００１８】
１    セラミックス回路基板
１ａ  セラミックス基板
１ｂ  銅回路板
１ｃ  銅板
２    パワー半導体素子
３    銅ベース板
５    補強材
６    接着剤
７    シリコーン系樹脂
８    クラック，割れ
Ｐ    応力集中の予測箇所
【図１】
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【図２】
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