(57)【要約】      （修正有）【課題】モジュール内に封止される部材の電界集中を緩和し、絶縁信頼性の高いパワー半導体モジュールを提供する。【解決手段】セラミック基板２と、セラミック基板２の第１の主面及び反対側の第２の主面に接合された表面電極７、および裏面電極８と、表面電極７上に半田１１を介して接合されたパワー半導体チップ１と、裏面電極８に半田１２を介して接合された金属ベース３と、セラミック基板２、表面電極７、裏面電極８及びパワー半導体チップ１を収容する絶縁ケース５と、絶縁ケース５内に充填され、セラミック基板２、表面電極７、裏面電極８及びパワー半導体チップ１を封止するシリコーンゲル６と、を備える。表面電極７の端部は、上端部よりもセラミック基板２の側面側へ迫り出した迫り出し部を有する。セラミック基板２を平面視した場合において、表面電極７の曲率半径が小さい領域ほど、上端部に対する迫り出し部の迫り出し量が大きい。【選択図】図５
2019197816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板と、
前記セラミック基板の第１の主面に接合された表面導体と、
前記セラミック基板の前記第１の主面の反対側の第２の主面に接合された裏面導体と、
前記表面導体上に半田を介して接合されたパワー半導体チップと、
前記裏面導体に半田を介して接合された金属ベースと、
前記セラミック基板、前記表面導体、前記裏面導体、前記パワー半導体チップを収容する絶縁ケースと、
前記絶縁ケース内に充填され、前記セラミック基板、前記表面導体、前記裏面導体、前記パワー半導体チップを封止する絶縁樹脂と、を備え、
前記表面導体の端部は、上端部よりも前記セラミック基板の側面側へ迫り出した迫り出し部を有し、
前記セラミック基板を平面視した場合において、前記表面導体の曲率半径が小さい領域ほど、前記上端部に対する前記迫り出し部の迫り出し量が大きいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記表面導体は、ロウ材により前記第１の主面に接合された表面電極であり、
前記迫り出し部は、ロウ材であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記表面電極の端部は、前記上端部よりも前記セラミック基板の側面側へ迫り出した下端部を有し、
前記上端部と前記下端部により段差が形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項２に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記表面電極の端部は、前記上端部よりも前記セラミック基板の側面側へ迫り出した下端部を有し、
前記上端部と前記下端部によりテーパー形状が形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記表面導体は、ロウ材により前記第１の主面に接合された表面電極であり、
前記迫り出し部は、導電性ペーストであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記表面導体は、第１の曲率半径を有する第１の領域と、
前記第１の領域よりも曲率半径が小さい第２の領域と、
直線状の第３の領域と、を有し、
各領域における前記迫り出し部の迫り出し量は、第２の領域＞第１の領域＞第３の領域であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記迫り出し部は、高絶縁樹脂により被覆されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記高絶縁樹脂は、ポリイミド樹脂であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁ケース内に収容された中継基板と、
前記中継基板の主面に導電性接合部材を介して接合された中継基板電極と、
前記中継基板電極と前記表面導体を電気的に接続するボンディングワイヤと、をさらに備え、
前記中継基板電極の端部は、上端部よりも前記中継基板の側面側へ迫り出した迫り出し部を有し、
前記中継基板を平面視した場合において、前記中継基板電極の曲率半径が小さい領域ほど、前記上端部に対する前記迫り出し部の迫り出し量が大きいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールであって、
前記絶縁樹脂は、シリコーンゲルであることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールの構造に係り、特に、電鉄向けなどの高耐圧パワー半導体モジュールに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールを搭載する電力変換器（コンバータやインバータ）は、鉄道・自動車・産業および電力・社会インフラなどの各分野において幅広く使用されており、数百Ｖ〜数ｋＶといった高電圧を扱うため高い絶縁信頼性が要求される。パワー半導体モジュールの外周部は空気や絶縁物の沿面によって絶縁され、所定の環境において短絡や放電が発生しないような空間距離、沿面距離が規格（例えばＩＥＣ６０６６４）によって定められている。
【０００３】
パワー半導体チップやセラミック基板、ボンディングワイヤ等が高密度に実装されるモジュール内部は、空間距離や沿面距離を大きくすることで絶縁性を確保することが困難であるため、内部実装部材の周囲を絶縁樹脂で封止して各部材間の絶縁を図っている。モジュール内部を封止する絶縁樹脂材としては、例えば、定格電流百アンペア以上の大容量のパワー半導体モジュールではシリコーンゲル等の軟質樹脂が用いられるのが一般的である。
【０００４】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「半導体素子を搭載した絶縁基板と中継基板を外装ケース内に収納し、シリコーンゲルやシリコーンエラストマーを用いて外装ケース内を封止する技術」が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には「絶縁基板と、絶縁基板の周囲部を露出させるように絶縁基板上に選択的に配置された導電膜と、導電膜の外周端部に接して、絶縁基板の上面に配置された固体絶縁物とからなる回路基板」が開示されている。
【０００６】
特許文献２の技術によれば「従来の回路基板の大きさを変えること無く、数ｋＶから十数ｋＶを越えるような高耐圧化が可能になり、部分放電の発生の抑制も実現できる」としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１４７０６２号公報
【特許文献２】特開２００２−７６１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、モジュール（外装ケース）内に封止される部材のうち、高電位部と低電位部間の距離が近く且つ形状が鋭利な表面電極の端部では電界集中が起こり易く、当該箇所の周囲を覆うシリコーンゲル等の封止樹脂が絶縁破壊し、パワー半導体モジュールの短絡破壊を引き起こし得るといった問題がある。表面電極の中でも特に曲率半径が小さい箇所では電界集中が増長されて、そこを起点に絶縁破壊が発生し易くなる。
【０００９】
上記特許文献２では、電界集中が起こり易い表面電極の側面にシリコーンゲルよりも絶縁破壊強度の高い絶縁樹脂をコーティングしており、高絶縁樹脂は表面電極の側面と表面側のロウ材の側面にコーティングされるが、表面電極の上端部分にはコーティングされず、当該箇所を起点として絶縁破壊が生じる可能性がある。
【００１０】
そこで、表面電極の上端部分を含む端部全体を覆うようにコーティングしようとすると、高絶縁樹脂が表面電極の表面上へ拡がってしまい、表面上へ実装するパワー半導体チップやボンディングワイヤと表面電極との接合を阻害するといった別の問題が生じる。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、モジュール内に封止される部材の電界集中を緩和し、絶縁信頼性の高いパワー半導体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】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明は、セラミック基板と、前記セラミック基板の第１の主面に接合された表面導体と、前記セラミック基板の前記第１の主面の反対側の第２の主面に接合された裏面導体と、前記表面導体上に半田を介して接合されたパワー半導体チップと、前記裏面導体に半田を介して接合された金属ベースと、前記セラミック基板、前記表面導体、前記裏面導体、前記パワー半導体チップを収容する絶縁ケースと、前記絶縁ケース内に充填され、前記セラミック基板、前記表面導体、前記裏面導体、前記パワー半導体チップを封止する絶縁樹脂と、を備え、前記表面導体の端部は、上端部よりも前記セラミック基板の側面側へ迫り出した迫り出し部を有し、前記セラミック基板を平面視した場合において、前記表面導体の曲率半径が小さい領域ほど、前記上端部に対する前記迫り出し部の迫り出し量が大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、パワー半導体モジュールの絶縁信頼性を向上させることができる。
【００１４】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的なパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図１のセラミック基板２の上面図である。
【図４】従来技術（特許文献２）のパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例１）
【図６】図５のＢ部拡大図である。
【図７】ロウ材９の迫り出し長さ（Ｌ）とセラミック基板電極（表面電極）７の上端部分の電界強度比の関係を示す図である。
【図８】図５のセラミック基板２の上面図である。
【図９Ａ】図８のＣ−Ｃ’断面図である。
【図９Ｂ】図８のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１０Ａ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例２）
【図１０Ｂ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例２）
【図１１Ａ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例３）
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例３）
【図１２Ａ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例４）
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。（実施例４）
【図１３Ａ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す上面図である。（実施例５）
【図１３Ｂ】セラミック基板２（表面電極７）の位置とロウ材９の迫り出し長さ（Ｌ）の関係を示す図である。（実施例５）
【図１４Ａ】本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュールの構造を示す上面図である。（実施例６）
【図１４Ｂ】中継基板２１（表面電極２２）の位置とロウ材の迫り出し長さ（Ｌ）の関係を示す図である。（実施例６）
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
先ず、図１から図４を参照して、一般的なパワー半導体モジュールの構造を説明する。図１はモジュール内部をシリコーンゲルで絶縁封止するパワー半導体モジュールの構造を示す断面図である。パワー半導体モジュール１００は、図１に示すように、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）等のパワー半導体チップ１、セラミック基板２、金属ベース３、ボンディングワイヤ４、絶縁ケース（外装ケース）５、絶縁封止材であるシリコーンゲル６等から構成されている。
【００１８】
セラミック基板２の表面には表面電極（セラミック基板電極）７がロウ材９により接合され、セラミック基板２の裏面には裏面電極（セラミック基板電極）８がロウ材１０により接合されている。表面電極７の表面にはパワー半導体チップ１が半田１１により接合され、裏面電極８と金属ベース３とが半田１２により接合されている。金属ベース３の周囲には絶縁ケース（外装ケース）５が接着剤（図示せず）により接続され、絶縁ケース５内にシリコーンゲル６が封止されている。
【００１９】
上述の通り、高電圧を扱うパワー半導体モジュールでは高い絶縁性が要求され、例えば、定格電圧６．５ｋＶの電鉄向けパワー半導体モジュールの対地間絶縁に要求される絶縁耐性は１０．２ｋＶｒｍｓ×６０ｓであることが規格（ＩＥＣ６１２８７）で規定されている。
【００２０】
図２は図１のＡ部拡大図であり、セラミック基板２の側面周辺の構造を示している。図２に示す構造において対地間絶縁を考える場合、高電位部はパワー半導体チップ１、ボンディングワイヤ４、表面電極７、表面側のロウ材９、チップ下の半田１１であり、低電位部は金属ベース３、裏面電極８、裏面側のロウ材１０、金属ベース上の半田１２である。
【００２１】
これらの部材の内、高電位部−低電位部間との距離が近く且つ形状が鋭利な表面電極７の端部および表面側のロウ材９の端部（図２中の符号１３の部分）は電界集中が起こり易く、当該箇所の周囲を覆うシリコーンゲル６が絶縁破壊し、パワー半導体モジュール２００の短絡破壊を引き起こし得るといった問題がある。
【００２２】
なお、高電位部−低電位部間との距離が近く且つ形状が鋭利であるという点では裏面電極８の端部、裏面側のロウ材１０の端部も同様だが、周辺（近傍）に同電位の金属ベース３が広面積に広がっているため、セラミック基板２の表面側と比べ当該箇所の電界集中は緩和されている。
【００２３】
図３にセラミック基板２および表面電極７の上面図を示す。表面電極７の中（端部）でも曲率半径が小さくなるほど電界集中は増長する。例えば、図３の内、曲率半径が比較的大きいＲ１部分より曲率半径が比較的小さいＲ２部分の方が電界集中は増長する。その結果、Ｒ２部分を起点に絶縁破壊が生じやすくなる。
【００２４】
例えば上述した特許文献２では、図４に示すように、絶縁破壊を防止するため、電界集中が起こる表面電極７の側面に、シリコーンゲル６よりも絶縁破壊強度の高い絶縁樹脂（高絶縁樹脂）１４をコーティングしている。
【００２５】
しかしながら、高絶縁樹脂１４は表面電極７の側面と、表面側のロウ材９の側面にはコーティングされるが、表面電極７の上端部分１５にはコーティングされず、当該箇所を起点として絶縁破壊が生じる可能性がある。そこで、表面電極７の上端部分１５を含む表面電極７の端部全体を完全に覆うようにコーティングしようとすると、高絶縁樹脂１４が表面電極７の表面上へ必要以上に拡がってしまい、表面電極７の表面上へ実装するパワー半導体チップ１やボンディングワイヤ４と表面電極７との接合を阻害するといった別の問題が生じる。
【００２６】
次に、図５から図９Ｂを参照して、実施例１のパワー半導体モジュールについて説明する。図５は本実施例のパワー半導体モジュール５００の構造を示す断面図であり、一般的なパワー半導体モジュールの構造を示す図１に対応する図である。
【００２７】
図５に示すように、本実施例のパワー半導体モジュール５００は、パワー半導体チップ１、セラミック基板２、金属ベース３、ボンディングワイヤ４、絶縁ケース（外装ケース）５、シリコーンゲル６から構成されている。
【００２８】
セラミック基板２の表面には表面電極（セラミック基板電極）７がロウ材９により接合され、セラミック基板２の裏面には裏面電極（セラミック基板電極）８がロウ材１０により接合されている。表面電極７の表面にはパワー半導体チップ１が半田１１により接合され、裏面電極８と金属ベース３とが半田１２により接合されている。金属ベース３の周囲には絶縁ケース（外装ケース）５が接着剤（図示せず）により接続され、絶縁ケース５内にシリコーンゲル６が封止されている。
【００２９】
図６は図５のＢ部拡大図であり、セラミック基板２の側面周辺の構造を示している。図６に示すように、本実施例のパワー半導体モジュール６００（５００）は、図２に示す一般的なパワー半導体モジュールと同様に、電界集中が生じる表面電極７の端部と表面側のロウ材９に、シリコーンゲル６と比べ絶縁破壊電界強度の高い絶縁材、例えばポリイミド系の高絶縁樹脂１４がコーティングされている。また、表面電極７の端部の内、高絶縁樹脂１４がコーティングされているのは側面のみであり上端部分にはコーティングされていない点も図２の構造と同様である。
【００３０】
上述したように、表面電極７の上端部分を含む端部全体を覆うように高絶縁樹脂１４をコーティングしようとすると、高絶縁樹脂１４が表面電極７の表面上へ拡がってしまい、表面上へ実装するパワー半導体チップ１やボンディングワイヤ４と表面電極７との接合を阻害する。
【００３１】
そこで、本実施例のパワー半導体モジュール６００（５００）では、表面電極７の上端部分に対し、ロウ材９が長さＬ分迫り出す様に構成している。図６のように、ロウ材９の端部を表面電極７の上端部よりも長さＬだけ絶縁ケース５側に迫り出させることで、表面電極７の上端部分（高電位部）と裏面電極８（低電位部）との間を、迫り出したロウ材９（高電位部）が遮蔽する配置となり、表面電極７の上端部分の電界強度を緩和することができる。
【００３２】
図７に、ロウ材９の迫り出し長さＬに対する表面電極７の上端部分の電界強度について電界解析により算出した結果を示す。図７のグラフの横軸はロウ材９の迫り出し長さＬ（ｍｍ）であり、縦軸は表面電極７の上端部分の電界強度比（ロウ材９の迫り出しが無い場合の電界強度を１とした場合の電界強度比）を示している。ロウ材９の迫り出し長さＬを大きくするほど表面電極７の上端部分の電界強度は小さくなり当該箇所の電界集中が緩和される。
【００３３】
図８に本実施例におけるセラミック基板２および表面電極７の上面図を示す。図８はセラミック基板２を平面視した場合の様子を示している。また、曲率半径Ｒ１箇所の断面図（Ｃ−Ｃ’断面図）、Ｒ１と比較して曲率半径の小さなＲ２箇所の断面図（Ｄ−Ｄ’断面図）を、それぞれ図９Ａ，図９Ｂに示す。曲率半径Ｒ１箇所のロウ材９の迫り出し長さＬ１に対し、Ｒ１と比較して曲率半径の小さなＲ２箇所のロウ材９の迫り出し長さＬ２の方が長い構造となっている。（Ｒ１＞Ｒ２、Ｌ１＜Ｌ２の関係）
以上のパワー半導体モジュールの構造により、表面電極７の上端部分の電界集中をロウ材９の迫り出しにより緩和させることができる。特に、電界集中が増長する曲率半径Ｒの小さな箇所については、ロウ材９の迫り出し長さＬをより大きくし電界緩和効果をより高くする。
【００３４】
なお、ロウ材９自体の端部にも電界集中が起き易いが、図９Ａ，図９Ｂのように、ロウ材９全体に高絶縁樹脂１４をコーティングすることで当該部での絶縁破壊を防ぐ様にしている。表面電極７の厚さ（数百μｍ程度）と比較してロウ材９の厚さは数十μｍと薄いため、表面電極７の表面上に拡がらない程度に高絶縁樹脂１４をロウ材９全体に厚くコーティングすることができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施例のパワー半導体モジュールによれば、絶縁脆弱箇所となる表面電極７の上端部分の絶縁耐量を高くすることができ、パワー半導体モジュールの絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例２】
【００３６】
図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、実施例２のパワー半導体モジュールについて説明する。図１０Ａ，図１０Ｂは本実施例のパワー半導体モジュールの断面構造を示しており、それぞれ実施例１の図９Ａ，図９Ｂに対応する図である。つまり、図１０Ａは曲率半径Ｒ１箇所の断面図（図８のＣ−Ｃ’断面に相当）であり、図１０ＢはＲ１と比較して曲率半径の小さなＲ２箇所の断面図（図８のＤ−Ｄ’断面に相当）である。
【００３７】
本実施例のパワー半導体モジュール１０００は、図１０Ａ，図１０Ｂに示すように、表面電極７の端部がそれぞれ段差部（段差構造）１６，１７を有する点において、実施例１とは異なっている。その他の構成は実施例１と略同様である。
【００３８】
本実施例では、段差構造１６，１７を有する表面電極７について、上段上端部分に対し、下段部分が迫り出す構造となっている。このような構造によって、表面電極７の上段上端部分（高電位部）と、裏面電極８（低電位部）との間を迫り出した表面電極７の下段部分（高電位部）と迫り出したロウ材９で遮蔽する配置となり、表面電極７の上段上端部分の電界強度を緩和することができる。
【００３９】
なお、表面電極７の下段部分にも電界集中が起き易いが、図１０Ａ，図１０Ｂのように、高絶縁樹脂１４をコーティングすることによって当該部での絶縁破壊を防ぐ様にしている。
【００４０】
セラミック基板２上に形成される表面電極７のパターン（電極）は、通常複数の曲率半径Ｒをもっている。上述したように、図１０Ａは曲率半径Ｒ１箇所のセラミック基板２の断面図であり、図１０Ｂは曲率半径Ｒ２箇所のセラミック基板２の断面図であり、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２の関係はＲ１＞Ｒ２である。
【００４１】
図１０Ａに示す曲率半径Ｒ１箇所の表面電極７の下段部分長さＬ１に対し、図１０Ｂに示すＲ１より曲率半径が小さなＲ２箇所の下段部長さＬ２の方が長い構造となっている。表面電極７の上段上端部分の電界集中を、下段部分により緩和させ、電界集中が増長する曲率半径Ｒの小さな箇所については、下段部分長さＬをより大きくし電界緩和効果をより高くする様にしている。
【００４２】
以上説明したように、本実施例のパワー半導体モジュールによれば、絶縁脆弱箇所となる表面電極７の上段上端部分の絶縁耐量を高くすることができ、パワー半導体モジュールの絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００４３】
図１１Ａおよび図１１Ｂを参照して、実施例３のパワー半導体モジュールについて説明する。図１１Ａ，図１１Ｂは本実施例のパワー半導体モジュールの断面構造を示しており、それぞれ実施例１の図９Ａ，図９Ｂに対応する図である。つまり、図１１Ａは曲率半径Ｒ１箇所の断面図（図８のＣ−Ｃ’断面に相当）であり、図１１ＢはＲ１と比較して曲率半径の小さなＲ２箇所の断面図（図８のＤ−Ｄ’断面に相当）である。
【００４４】
本実施例のパワー半導体モジュール１１００は、図１１Ａ，図１１Ｂに示すように、表面電極７の端部がそれぞれテーパー部（テーパー形状）１８，１９を有する点において、実施例１とは異なっている。その他の構成は実施例１と略同様である。
【００４５】
本実施例では、表面電極７の端部がテーパー部（テーパー形状）１８，１９を有することによって、表面電極７の上端部分（高電位部）からみると、裏面電極８（低電位部）との間の電界を表面電極７のテーパー部１８，１９が遮蔽する配置となり、表面電極７の上端部分の電界強度を緩和することができる。
【００４６】
なお、表面電極７の下端部分にも電界集中が起き易いが、図１１Ａ，図１１Ｂのように、高絶縁樹脂１４をコーティングすることによって当該部での絶縁破壊を防ぐ様にしている。
【００４７】
セラミック基板２上に形成される表面電極７のパターン（電極）は、通常複数の曲率半径Ｒをもっている。上述したように、図１１Ａは曲率半径Ｒ１箇所のセラミック基板２の断面図であり、図１１Ｂは曲率半径Ｒ２箇所のセラミック基板２の断面図であり、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２の関係はＲ１＞Ｒ２である。
【００４８】
図１１Ａに示す曲率半径Ｒ１箇所の表面電極７のテーパー拡がりＬ１に対し、図１１Ｂに示すＲ１より曲率半径の小さなＲ２箇所の表面電極７のテーパー拡がりＬ２の方が長い構造となっている。表面電極７の上端部分の電界集中を、傾斜部分（テーパー部）により緩和させ、電界集中が増長する曲率半径Ｒの小さな箇所については、テーパー拡がりＬをより大きくし電界緩和効果をより高くする様にしている。
【００４９】
以上説明したように、本実施例のパワー半導体モジュールによれば、絶縁脆弱箇所となる表面電極７の上端部分の絶縁耐量を高くすることができ、パワー半導体モジュールの絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例４】
【００５０】
図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して、実施例４のパワー半導体モジュールについて説明する。図１２Ａ，図１２Ｂは本実施例のパワー半導体モジュールの断面構造を示しており、それぞれ実施例１の図９Ａ，図９Ｂに対応する図である。つまり、図１２Ａは曲率半径Ｒ１箇所の断面図（図８のＣ−Ｃ’断面に相当）であり、図１２ＢはＲ１と比較して曲率半径の小さなＲ２箇所の断面図（図８のＤ−Ｄ’断面に相当）である。
【００５１】
本実施例のパワー半導体モジュール１２００は、図１２Ａ，図１２Ｂに示すように、表面電極７の端部およびロウ材９の端部に銀エポキシといった導電性ペースト２０をコーティングしている点において、実施例１とは異なっている。その他の構成は実施例１と略同様である。
【００５２】
本実施例では、表面電極７の上端部分（高電位部）からみると、裏面電極８（低電位部）との間の電界を導電性ペースト（高電位部）が遮蔽するため、表面電極７の上端部分の電界強度を緩和することができる。
【００５３】
なお、導電性ペースト２０の端部にも電界集中が起き易いが、図１２Ａ，図１２Ｂのように、高絶縁樹脂１４をコーティングすることで当該部での絶縁破壊を防ぐ様にしている。
【００５４】
セラミック基板２上に形成される表面電極７のパターン（電極）は、通常複数の曲率半径Ｒをもっている。上述したように、図１２Ａは曲率半径Ｒ１箇所のセラミック基板２の断面図であり、図１２Ｂは曲率半径Ｒ２箇所のセラミック基板２の断面図であり、曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２の関係はＲ１＞Ｒ２である。
【００５５】
図１２Ａに示す曲率半径Ｒ１箇所の導電性ペースト２０のコーティング拡がりＬ１に対し、図１２Ｂに示すＲ１より曲率半径の小さなＲ２箇所の導電性ペースト２０のコーティング拡がりＬ２の方が長い構造となっている。表面電極７の上端部分の電界集中を、導電性ペースト２０により緩和させ、電界集中が増長する曲率半径Ｒの小さな箇所については、導電性ペースト拡がりＬをより大きくし電界緩和効果をより高くする様にしている。
【００５６】
以上説明したように、本実施例のパワー半導体モジュールによれば、絶縁脆弱箇所となる表面電極７の上端部分の絶縁耐量を高くすることができ、パワー半導体モジュールの絶縁信頼性を向上させることが可能となる。
【実施例５】
【００５７】
図１３Ａおよび図１３Ｂを参照して、実施例５のパワー半導体モジュールについて説明する。図１３Ａは本実施例のパワー半導体モジュール１３００のセラミック基板２および表面電極７の上面図を示しており、実施例１の図８に対応する図である。図１３Ａはセラミック基板２を平面視した場合の様子を示している。図１３Ｂは図１３Ａにおけるセラミック基板２（表面電極７）の位置とロウ材９の迫り出し長さ（Ｌ）の関係を示している。
【００５８】
実施例１では、曲率半径Ｒ１箇所のロウ材９の迫り出し長さＬ１と、Ｒ１と比較して曲率半径の小さなＲ２箇所のロウ材９の迫り出し長さＬ２の相対的な関係（Ｒ１＞Ｒ２、Ｌ１＜Ｌ２の関係）を規定することで、絶縁脆弱箇所となる表面電極７の上端部分の絶縁耐量を制御しているが、本実施例では図１３Ｂに示すように、曲率半径が無限大（曲率が０）のＲ３箇所のロウ材９の迫り出し長さＬ３との相対的な関係についても考慮してロウ材９の迫り出し長さを規定する。
【００５９】
図１３ＡのＲ３箇所は表面電極７が直線状に形成されており、曲率半径は無限大（曲率は０）である。Ｒ１箇所およびＲ２箇所と比較して、Ｒ３箇所では電界集中は起こり難く、当該箇所を起点として絶縁破壊が生じる可能性は低い。そこで、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の各箇所におけるロウ材９の迫り出し長さＬは、図１３Ｂに示すように、Ｌ３＜Ｌ１＜Ｌ２とすることができる。
【００６０】
本実施例のように、Ｒ１箇所およびＲ２箇所におけるロウ材９の迫り出し長さＬの相対的な関係に加え、Ｒ３箇所のロウ材９の迫り出し長さＬ３を規定することで、ロウ材９の面積を必要以上に広げる必要が無くなり、ロウ材９自体の端部での電界集中のリスクを抑制することができる。
【実施例６】
【００６１】
図１４Ａおよび図１４Ｂを参照して、実施例６のパワー半導体モジュールについて説明する。図１４Ａは本実施例のパワー半導体モジュール１４００のセラミック基板２と表面電極７、および中継基板２１と中継基板２１の表面電極２２の上面図である。図１４Ａはセラミック基板２と中継基板２１を平面視した場合の様子を示している。
【００６２】
パワー半導体モジュールでは、例えば特許文献１のように、パワー半導体チップが搭載されたセラミック基板と共に中継基板が絶縁ケース内に実装される場合も多い。図１４Ａに示すように、セラミック基板２上の表面電極７と中継基板２１の表面電極２２はボンディングワイヤ４により電気的に接続されているため、中継基板２１の表面電極２２も高電位部となる。
【００６３】
そこで、本実施例では、実施例５で説明したセラミック基板２上のロウ材９の迫り出し量（Ｌ）の規定に加え、中継基板２１上のロウ材の迫り出し量（Ｌ）も規定する。図１４Ａの実装例では、中継基板２１上のＲ４箇所およびＲ５箇所のロウ材の迫り出し量（Ｌ）の関係を図１４Ｂのように規定する。つまり、曲率半径Ｒ４箇所，Ｒ５箇所におけるロウ材の迫り出し長さＬをＬ４＞Ｌ５とする。
【００６４】
これにより、セラミック基板２（表面電極７）における曲率半径小の箇所での電界緩和に加えて、中継基板２１（表面電極２２）の曲率半径小の箇所の電界を緩和することができ、パワー半導体モジュールの絶縁信頼性をさらに向上させることが可能となる。
【００６５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１…パワー半導体チップ
２…セラミック基板
３…金属ベース
４…ボンディングワイヤ
５…絶縁ケース（外装ケース）
６…シリコーンゲル
７…表面電極（セラミック基板電極）
８…裏面電極（セラミック基板電極）
９，１０…ロウ材
１１，１２…半田
１３…表面電極７およびロウ材９の側面周辺部分（端部）
１４…高絶縁樹脂
１５…表面電極７の上端部分
１６，１７…表面電極７端部の段差部（段差構造）
１８，１９…表面電極７端部のテーパー部（テーパー形状）
２０…導電性ペースト
２１…中継基板
２２…中継基板２１の表面電極
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００，１２００，１３００，１４００…パワー半導体モジュール
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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