(57)【要約】【課題】パワーモジュールにおいて、信頼性が向上した接合構造を得ることを目的とする。【解決手段】  第１主面には外周に第１余白部を残して第１導体層が形成されており、第２主面には外周に第２余白部を残して第２導体層が形成されているセラミック基板と、第２導体層に接合されている電力半導体素子と、第２導体層に接着剤で固定されている第１絶縁部材と、第２導体層に接着剤で固定されている第２絶縁部材と、第１絶縁部材に接着剤で固定されている第１リードフレームと、第２絶縁部材に接着剤で固定されている第２リードフレームと、第２導体層に接合されている第３リードフレームと、電力半導体素子と前記第１リードフレームを接続する金属製リボンと、電力半導体素子と第２リードフレームを接続する金属製ワイヤと、セラミック基板と電力半導体素子と金属製リボンと金属製ワイヤを封止する封止樹脂体とを備えているパワーモジュール。【選択図】図１
2015076562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面には外周に第１余白部を残して第１導体層が形成されており、第２主面には外周に第２余白部を残して第２導体層が形成されているセラミック基板と、
前記第２導体層に接合されている電力半導体素子と、
前記第２導体層に接着剤で固定されている第１絶縁部材と、
前記第２導体層に接着剤で固定されている第２絶縁部材と、
前記第１絶縁部材に接着剤で固定されている第１リードフレームと、
前記第２絶縁部材に接着剤で固定されている第２リードフレームと、
前記第２導体層に接合されている第３リードフレームと、
前記電力半導体素子と前記第１リードフレームを接続する金属製リボンと、
前記電力半導体素子と前記第２リードフレームを接続する金属製ワイヤと、
前記セラミック基板と前記電力半導体素子と前記金属製リボンと前記金属製ワイヤを封止する封止樹脂体とを備え、
前記第１導体層は前記封止樹脂体から露呈し、前記金属製リボンの幅は前記金属製ワイヤの直径よりも大きいパワーモジュール。
【請求項２】
第１主面には外周に第１余白部を残して第１導体層が形成されており、第２主面には外周に第２余白部を残して第２導体層が形成されているセラミック基板と、
トランジスタとセンサが形成され、前記第２導体層に接合されている電力半導体素子と、前記第２導体層に接着剤で固定されている第１絶縁部材と、
前記第２導体層に接着剤で固定されている第２絶縁部材と、
前記第２導体層に接着剤で固定されている第３絶縁部材と、
前記第１絶縁部材に接着剤で固定されている第１リードフレームと、
前記第２絶縁部材に接着剤で固定されている第２リードフレームと、
前記第２導体層に接合されている第３リードフレームと、
前記第３絶縁部材に接着剤で固定されている第４リードフレームと、
前記トランジスタと前記第１リードフレームを接続する金属製リボンと、
前記トランジスタと前記第２リードフレームを接続する第１金属製ワイヤと、
前記センサと前記第４リードフレームを接続する第２金属製ワイヤと、
前記セラミック基板と前記電力半導体素子と前記金属製リボンと前記第１金属製ワイヤと前記第２金属製ワイヤを封止する封止樹脂体とを備え、
前記第１導体層は前記封止樹脂体から露呈し、前記金属製リボンの幅は前記第１金属製ワイヤの直径および前記第２金属製ワイヤの直径よりも大きいパワーモジュール。
【請求項３】
前記電力半導体素子と前記第１絶縁部材の間に配設され前記第２導体層に接合されているダイオードを備え、
前記金属製リボンは、前記ダイオードに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記封止樹脂体は、前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記第２導体層の周囲には中央部よりも厚さが薄くなっている第１段差および第２段差が形成されていて、この第１段差および第２段差に前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材がそれぞれ接着されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第１絶縁部材および前記第２絶縁部材は、外周が中央部よりも低くなっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーモジュールに関し、特に、絶縁性基板を用いて回路を構成するパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールは、電力半導体素子、絶縁性基板、リードフレームなどを備えている。電力半導体素子は絶縁性基板に搭載されており、リードフレームを使ってパワーモジュールの外部にある回路や機器に接続される。電力半導体素子とリードフレームの間には大電流が流れるため、板状の導体を絶縁性基板にはんだ付けにより接続した構造や、金属製ワイヤを複数本並列にワイヤボンディングした構造などが考案されている。
【０００３】
リードフレーム（外部電極端子）は電力半導体素子の電極端子に接続される。板状の導体を使ってはんだ付けにより両者を接続する方法では、まず電極端子にはんだを供給し、その後に板状の導体をこの電極端子に搭載する。その後、仕掛品の全体を加熱して、板状の導体の温度をはんだの融点よりも高い温度にまで昇温する。この方法は生産性上の制約が大きい。
【０００４】
他方、ワイヤボンディングにより接続する方法は、常温で接合可能であるなど、装置制約が少ないメリットがある。しかし断面積の大きな金属製ワイヤの接続は困難であるため、大電流用の配線のためには多数の金属製ワイヤを並列にボンディングする必要がある。ワイヤボンディングにおいては、一般に、ワイヤ径の少なくも１.５倍の接合面積が要求
されるため、全体としては接合面積が大きくなる。
【０００５】
パワーモジュールは、現在、コスト低減の観点から小型化が求められている。ワイヤボンディングは、一般に、ワイヤ径に応じた接合面積を必要とするため、半導体装置の小形化を阻害する大きな要因となっている。この点を解決するため、断面積が金属製ワイヤの数倍になる断面形状がおおよそ長方形の金属製リボンにより半導体素子とリードフレームの間を接合する構造が提案されている（例えば特許文献１）。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第3524360号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
金属製リボンは、一端が半導体素子にボンディングされ、他端は半導体素子が搭載されていない絶縁基板のパターンの上にボンディングされる。半導体素子が搭載されていない絶縁基板のパターンにリードフレームをはんだ接合することにより、半導体素子とリードフレームを接続する。この構造では、絶縁基板の上に２つ以上の導体部（パターン）が要求される。導体部の間に絶縁耐圧に応じた絶縁距離を確保すると、パワーモジュールは大型化する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るパワーモジュールは、第１主面には外周に第１余白部を残して第１導体層が形成されており、第２主面には外周に第２余白部を残して第２導体層が形成されているセラミック基板と、第２導体層に接合されている電力半導体素子と、第２導体層に接着剤で固定されている第１絶縁部材と、第２導体層に接着剤で固定されている第２絶縁部材と、第１絶縁部材に接着剤で固定されている第１リードフレームと、第２絶縁部材に接着剤で固定されている第２リードフレームと、第２導体層に接合されている第３リードフレームと、電力半導体素子と前記第１リードフレームを接続する金属製リボンと、電力半導体素子と第２リードフレームを接続する金属製ワイヤと、セラミック基板と電力半導体素子と金属製リボンと金属製ワイヤを封止する封止樹脂体とを備えている。第１導体層は封止樹脂体から露呈し、金属製リボンの幅は金属製ワイヤの直径よりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によるパワーモジュールでは絶縁部材を使用して金属製リボンを採用している。絶縁性基板の導体部を分割する必要がないため、装置の小型化を実現した構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１によるパワーモジュールの構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１によるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態２によるパワーモジュールの構成を示す平面図である。
【図４】実施の形態２によるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図５】実施の形態３によるパワーモジュールの構成を示す平面図である。
【図６】実施の形態３によるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図７】実施の形態４によるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態４による絶縁性基板の構成を示す図である。
【図９】実施の形態５によるパワーモジュールの構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態５による絶縁性樹脂の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明にかかるパワーモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明によるパワーモジュール１００の全体構成を示す平面図である。パワーモジュール１００は絶縁性封止樹脂体１４によって封止されている。絶縁性封止樹脂体１４はエポキシ樹脂などを使ってトランスファーモールドにより形成される。絶縁性基板２のセラミック基板２ｃには、外周に余白部を残して導体層（配線パターン）２ａが形成されている。実施の形態１では、絶縁性基板２には電力半導体素子５として２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が搭載されている。電力半導体素子５は、エミッタ、ゲートおよびコレクタの３電極が形成されている。セラミック基板２ｃは、材質がアルミナであれば、２０Ｗ／ｍＫ程度の熱伝導率が得られる。通常の封止樹脂の熱伝導率は０．１〜１Ｗ／ｍＫ程度である。
【００１３】
絶縁性封止樹脂体１４の内外を電気的に接続するために、エミッタ側リードフレーム（８ａ，８ｂ）、コレクタ側リードフレーム（１０ａ，１０ｂ）、およびゲート側リードフレーム（１５ａ，１５ｂ）が配設されている。コレクタ側リードフレーム１０ａとコレクタ側リードフレーム１０ｂは、導体層２ａに超音波接合されている。ボンディングワイヤ７ａはゲート側リードフレーム１５ａと上段の電力半導体素子５のゲートに超音波接合されている。同様に、ボンディングワイヤ７ｂはゲート側リードフレーム１５ｂと下段の電力半導体素子５のゲートに超音波接合されている。
【００１４】
金属製リボン６ａは、上段の電力半導体素子５のエミッタとエミッタ側リードフレーム８ａに超音波接合されている。同様に、金属製リボン６ｂは、下段の電力半導体素子５のエミッタとエミッタ側リードフレーム８ｂに超音波接合されている。金属製リボン（６ａ，６ｂ）の材質は、大電流を通電するために電気抵抗が小さいことが好ましい。例えばアルミ、銅、金、銀、白金などが用いられるが、弧を描くように形成される場合、できるだけやわらかい素材が好ましく、コスト面からもアルミが好適に用いられる。
【００１５】
電力半導体素子５は、珪素（Ｓｉ）によって形成したものの他、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成したものも好適に使用することができる。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドなどがある。ワイドバンドギャップ半導体を用いた場合、許容電流密度が高く、電力損失も低いため、電力半導体素子５を用いた装置の小型化が可能となる。
【００１６】
図２は実施の形態１によるパワーモジュール１００の構成を示す断面図である。導体層２ａは、途中で分割されておらず連続している。同様に導体層２ｂは、途中で分割されておらず連続している。セラミック基板２ｃにはＳｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどが用いられる。導体層２ａと導体層２ｂは、セラミック基板２ｃの両面にろう付けもしくは拡散接合により固着されている。導体層２ａ、２ｂにはＣｕもしくはＡｌが使用される。例えばＡｇロウなどの材料でセラミック基板２ｃと導体層２ａ、２ｂはロウ付けされて一体化されている。導体層２ｂは絶縁性封止樹脂体１４から露呈している。
【００１７】
金属製リボン６は弧を描くように形成されている。電力半導体素子５は金属製リボン６によってエミッタ側リードフレーム８と接続されている。金属製リボン６は、角型断面を有しており、幅は0.5〜3mm程度、厚さは0.1〜0.5mm程度である。金属製リボン６は、断面形状がおおよそ長方形で、断面積はボンディングワイヤ７の数倍になる。電力半導体素子５は導体層２ａの上にはんだなどのダイボンド材４によって接合されている。金属製リボン６はボンディングワイヤ７よりも幅が広い。
【００１８】
導体層２ａの上には、絶縁性樹脂１２ａ、１２ｂが接着固定されている。エミッタ側リードフレーム（８ａ、８ｂ）は絶縁性樹脂１２ａに接着固定されている。ゲート側リードフレーム（１５ａ、１５ｂ）は絶縁性樹脂１２ｂに接着固定されている。ポリイミド樹脂のような絶縁性樹脂１２ａ、１２ｂを導体層２ａに接着することで、エミッタ側リードフレーム８およびゲート側リードフレーム１５を導体層２ａに電気的に絶縁を確保したまま固定している。絶縁性樹脂１２は絶縁性封止樹脂体１４の構成材料よりも熱伝導率が大きいと好ましい。例えば、絶縁性封止樹脂体１４にエポキシ系樹脂を使い、絶縁性樹脂１２にフィラー入りのエポキシ系樹脂を使う。これによって、エミッタ側リードフレーム８が架空の場合にくらべ、エミッタ側リードフレーム８から絶縁性基板２への熱抵抗が小さくなる。
【００１９】
絶縁性樹脂１２により、導体層２ａを分割することなく絶縁性基板２の真上にリードフレームを配置することができるためパワーモジュールの小型化を図ることができる。且つ絶縁性樹脂１２は熱伝導率が絶縁性封止樹脂体よりも大きいため、半導体素子のショート時に金属製リボンに発生する熱の放熱経路となり、金属製リボンの異常発熱を防ぐことができる。また金属製リボンや金属製ワイヤの接合を安定化する。また、エミッタ側リードフレーム８が架空の場合にくらべ、エミッタ側リードフレーム８から絶縁性基板２への熱抵抗が小さくなる。
【００２０】
絶縁性樹脂１２のサイズは接着剤１１のサイズよりも小さくすることが好ましい。こうすることで、エミッタ側リードフレーム８およびゲート側リードフレーム１５から導体層２ａの間の絶縁距離を確保する。すなわち、もし絶縁性樹脂１２と接着剤を同じサイズで構成すれば、絶縁距離はエミッタ側リードフレーム８およびゲート側リードフレーム１５と導体層２ａの距離で構成される。所定の耐絶縁性を確保するためには絶縁部材の厚みを大きくする事が必要である。結果的に、熱抵抗が大きくなるので、放熱性が損なわれる。前述のように絶縁性樹脂の表裏に、水平方向の縁面絶縁距離を更に確保することで、絶縁性樹脂の厚みを減らし、結果熱抵抗が抑制され、不必要に絶縁部材の厚みを大きくせずとも所定の絶縁距離を確保できる。
【００２１】
次に、金属製リボンや金属製ワイヤの制約について述べる。パワーモジュール１００では、主たる配線に数〜数百Ａもの電流を通電する。配線は有限の断面積で構成され、かつ配線にまつわる長さが発生することから、配線はオームの法則に応じた抵抗発熱を生じる。すなわち、（配線経路の抵抗の合計）×（通電電流の二乗）が配線部の総発熱量になる。個々の配線経路の抵抗は、電気伝導度×長さ／断面積によって決定される。これらの配線における発熱は、基本的にはパワーモジュールの底面を通じてヒートシンク（放熱器）を通って放熱される（図６参照）。
【００２２】
発熱量の数％は各リードフレームに接続されるバスバーなどの配線導体を通って外気や電力装置の内部循環空気によって放熱するにしても、配線部の発熱量は無視できない。電極の断面積を大きくすれば抵抗は下がるものの、パワーモジュールが全体に大型化するという背反がある。かつ配線長も長くなっていく事から、配線部の電気抵抗は経済的に妥協できるサイズにて設計および決定される。すなわちパワーモジュールの全体の発熱のうち、数％から数十％は配線部で発生し、ヒートシンクなどへ熱輸送する必要がある。
【００２３】
金属製リボンや金属製ワイヤを用いる場合、電力半導体素子の表面電極には接合面積がそれぞれ必要である。金属製ワイヤや金属製リボンの断面積は電力半導体素子の面積によっても制約を受けるため、この部分による配線部の発熱量が、配線部の全体に占める割合が大きくなる。また金属製ワイヤや金属製リボンにより構成される主たる電流の配線経路の発熱量を小さくすることは経済的な事由により制約を受ける。
【００２４】
樹脂封止型のパワーモジュールにおいて、短絡故障などが発生した場合、通常の倍から数倍の電流が金属製ワイヤや金属製リボンに流れることになる。そのような場合に備えて、パワーモジュールは、装置に配された保護機能により異常電流を感知し、電力用半導体素子のゲート回路をオフにして、電流を止め、かつフェイル信号を発生するという機能を有する。特にクラッチを有しない車軸直結型のモーターに取り付けられた車軸一体型のパワーモジュールにおいては、半導体素子が故障した時に短絡故障が発生すると、自身ではモーターが強制的に回された時のエネルギ流入を止めることができない。結果として金属製ワイヤや金属製リボンの温度が上昇する。このような異常電流に対して、金属製ワイヤや金属製リボンからの放熱を確保することは、車軸一体型のパワーモジュールの信頼性を高める事になる。
【００２５】
放熱性の指標である熱抵抗は通過する部分の長さ／断面積／熱伝導率で決定される。すなわち本発明では絶縁性樹脂１２の熱伝導率を高くしたために、熱抵抗を小さくできる。放熱性が高いため金属製ワイヤや金属製リボンの温度の異常な上昇を抑制でき、信頼性が向上する。短絡故障が発生し回路に異常電流が流れて金属製リボン（及び金属製ワイヤ）が発熱した場合でも、接合部に放熱経路が確保されている。
【００２６】
架空の電極に対してワイヤボンドやリボンボンドを施す場合、先ず超音波振動によりボンディングツールを金属製ワイヤや金属製リボンに押し付ける。金属製ワイヤや金属製リボンを変形させて、新生面を接合界面に生成すると接合が達成される。この方法では樹脂封止する前に接合する事が必然であるため、エミッタ側リードフレーム８およびゲート側リードフレーム１５は絶縁性基板２の表面とある一定の距離を有した状態で接合する事になる。そのような形態では、ボンディングツールを押し付けた時の反力を発生させることが困難であるため超音波接合が安定しない。
【００２７】
ボンディングツールを押し付けると電極が傾き、基板に接した状態で接合を達成する事も考えられる。傾いた面に超音波振動をかけながらボンディングツールを押し付けると、ボンディングツールの先端に滑りが起きる。接合部は移動しながら接合を実施することになり、安定性は低い。本発明では絶縁性樹脂１２を接着剤で固定しているのでそのような接合の不安定性の問題がなくなっている。このように本発明により配線部材から冷却器までの熱抵抗を抑制し、配線部の温度上昇を抑制することで信頼性を向上し、かつ製造時の安定性も確保している。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２によるパワーモジュール１００の全体構成を示す平面図である。実施の形態２では、絶縁性基板２に２個のＩＧＢＴ５ａと２個のダイオード５ｂが搭載されている。ダイオード５ｂは、アノードとカソードの２電極が形成され、フライホイールダイオードとして作用する。
【００２９】
絶縁性封止樹脂体１４の内外を電気的に接続するために、エミッタ側リードフレーム（８ａ，８ｂ）、コレクタ側リードフレーム（１０ａ，１０ｂ）、およびゲート側リードフレーム（１５ａ，１５ｂ）が配設されている。上段のＩＧＢＴ５ａと上段のダイオード５ｂは金属製リボン６ａによってエミッタ側リードフレーム８ａに接続されている。同様に下段のＩＧＢＴ５ａと下段のダイオード５ｂは金属製リボン６ｂによってエミッタ側リードフレーム８ｂに接続されている。電力半導体素子と絶縁性基板２は絶縁性封止樹脂体１４に収納されている。
【００３０】
エミッタ側リードフレーム８ａには金属製リボン６ａが超音波接合されている。同様に、エミッタ側リードフレーム８ｂには金属製リボン６ｂが超音波接合されている。コレクタ側リードフレーム１０ａとコレクタ側リードフレーム１０ｂは、導体層２ａに超音波接合されている。ＩＧＢＴ５ａのゲートはボンディングワイヤ７ａによってゲート側リードフレーム１５ａと接続されている。同様に、ＩＧＢＴ５ｂのゲートはボンディングワイヤ７ｂによってゲート側リードフレーム１５ｂと接続されている。
【００３１】
金属製リボン６ａは上段のＩＧＢＴ５ａのエミッタと上段のダイオード５ｂのアノードに超音波接合されている。同様に、金属製リボン６ｂは下段のＩＧＢＴ５ｂのエミッタと下段のダイオード５ｂのアノードに超音波接合されている。金属製リボン（６ａ，６ｂ）の材質は、大電流を通電するために電気抵抗が小さいことが好ましい。例えばアルミ、銅、金、銀、白金などが用いられるが、弧を描くように形成される場合、できるだけやわらかい素材が好ましく、コスト面からもアルミが好適に用いられる。
【００３２】
図４は実施の形態２によるパワーモジュール１００の構成を示す断面図である。絶縁性基板２のセラミック基板２ｃには、外周に余白部を残して導体層（配線パターン）２ａ、２ｂが形成されている。導体層２ａは、途中で分割されておらず連続している。同様に導体層２ｂは、途中で分割されておらず連続している。セラミック基板２ｃにはＳｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどが用いられる。導体層２ａと導体層２ｂは、セラミック基板２ｃの両面にろう付けもしくは拡散接合により固着されている。導体層２ａ、２ｂにはＣｕもしくはＡｌが使用される。例えばＡｇロウなどの材料でセラミック基板２ｃと導体層２ａ、２ｂはロウ付けされて一体化されている。導体層２ｂは絶縁性封止樹脂体１４から露呈している。電力半導体素子であるＩＧＢＴ５ａとダイオード５ｂは絶縁性基板２の導体層２ａの上にダイボンド材４を用いて接合されている。
【００３３】
絶縁性樹脂１２により、導体層２ａを分割することなく絶縁性基板２の真上にリードフレームを配置することができるためパワーモジュールの小型化を図ることができる。且つ絶縁性樹脂１２は熱伝導率が絶縁性封止樹脂体よりも大きいため、半導体素子のショート時に金属製リボンに発生する熱の放熱経路となり、金属製リボンの異常発熱を防ぐことができる。また金属製リボンや金属製ワイヤの接合を安定化する。また、エミッタ側リードフレーム８が架空の場合にくらべ、エミッタ側リードフレーム８から絶縁性基板２への熱抵抗が小さくなる。
【００３４】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３によるパワーモジュール１００の全体構成を示す平面図である。絶縁性基板２の導体層２ａの上には２個のセンサ内蔵型半導体素子５ｃと２個のダイオード５ｂが搭載されている。上段のセンサ内蔵型半導体素子５ｃには、一個のＩＧＢＴと４種類のセンサが形成されている。各センサの出力は金属製ワイヤ７によって上段側のセンサ側リードフレーム９ａ〜９ｄに接続されている。同様に、下段のセンサ内蔵型半導体素子５ｃは、一個のＩＧＢＴと４種類のセンサが形成されている。各センサの出力は金属製ワイヤ７によって下段側のセンサ側リードフレーム９ａ〜９ｄに接続されている。ＩＧＢＴ（センサ内蔵型半導体素子５ｃ）のゲートは、ゲート側リードフレーム１５ａ、１５ｂに接続されている。
【００３５】
図６は実施の形態３によるパワーモジュール１００の構成を示す断面図である。絶縁性基板２のセラミック基板２ｃには、外周に余白部を残して導体層（配線パターン）２ａ、２ｂが形成されている。導体層２ａは、途中で分割されておらず連続している。同様に導体層２ｂは、途中で分割されておらず連続している。セラミック基板２ｃにはＳｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどが用いられる。導体層２ａと導体層２ｂは、セラミック基板２ｃの両面にろう付けもしくは拡散接合により固着されている。導体層２ａ、２ｂにはＣｕもしくはＡｌが使用される。
【００３６】
例えばＡｇロウなどの材料でセラミック基板２ｃと導体層２ａ、２ｂはロウ付けされて一体化されている。導体層２ｂは絶縁性封止樹脂体１４から露呈している。電力半導体素子であるＩＧＢＴ５ａとダイオード５ｂは絶縁性基板２の導体層２ａの上にダイボンド材４を用いて接合されている。パワーモジュール１００には、固定手段によって、熱伝導グリスを用いてヒートシンク（冷却器）１が固定されている。ヒートシンク１は、複数のフィン１ａを備えている。
【００３７】
絶縁性樹脂１２により、導体層２ａを分割することなく絶縁性基板２の真上にリードフレームを配置することができるためパワーモジュールの小型化を図ることができる。且つ絶縁性樹脂１２は熱伝導率が絶縁性封止樹脂体よりも大きいため、半導体素子のショート時に金属製リボンに発生する熱の放熱経路となり、金属製リボンの異常発熱を防ぐことができる。また金属製リボンや金属製ワイヤの接合を安定化する。また、エミッタ側リードフレーム８が架空の場合にくらべ、エミッタ側リードフレーム８から絶縁性基板２への熱抵抗が小さくなる。
【００３８】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４におけるパワーモジュールの模式断面図を図７に示す。図のように絶縁性基板２の導体層２ａには段差が設けられている。エミッタ側リードフレーム８及びセンサ側リードフレーム９はこの段差に絶縁性樹脂１２を介して配置される。ここで導体層２ａに段差を設けることで、金属製リボン６の高さを低くでき、金属製リボンの長さを若干ではあるが短くできる。このため配線抵抗を抑制できるというメリットを奏する。
【００３９】
図８に絶縁性基板２の導体層２ａに形成された段差２ｓの形状を示す。図のようにエミッタ側リードフレーム８とセンサ側リードフレーム９が収まるように段差２ｓが設けられている。このことで接着時の位置決め性も確保している。セラミック基板２ｃは、表側の主面には外周に余白部２ｘを残して導体層２ａが形成されている。同様に、セラミック基板２ｃは、裏側の主面には外周に余白部２ｙを残して導体層２ｂが形成されている。
【００４０】
絶縁性基板２の導体層２ａ、２ｂは厚いほど基板の放熱性が高いというメリットがあるが、導体層２ａ、２ｂのパターンを厚くすると、セラミック基板２ｃと導体層２ａ、２ｂの熱応力が高まり、温度変化による熱応力が大きくなる。本実施の形態では絶縁性基板２の端部の導体パターン厚みを小さくできており、絶縁性基板２の熱応力を抑制することができた。
【００４１】
この時、実施の形態１と同様に、絶縁性樹脂１２は導体層２ａに接していない。絶縁性樹脂１２ａは上下の接着剤１１によって導体層２ａとエミッタ側リードフレーム８とに固着されている。同様に、絶縁性樹脂１２ｂは上下の接着剤１１によって導体層２ａとセンサ側リードフレーム９とに固着されている。これにより絶縁距離を十分確保しながらエミッタ側リードフレーム８およびセンサ側リードフレーム９から基板への熱抵抗を抑制し、結果として金属製リボン６の温度を抑制できる。
【００４２】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５におけるパワーモジュールの模式断面図を図９に示す。図のように絶縁性樹脂１２は段差を備えている。図１０は、絶縁性樹脂１２の構成を示す詳細図である。絶縁性樹脂１２の周囲に段差１２ｓを設けたことにより同じ底面積であれば絶縁距離を更に確保可能となっている。電気的に低圧の場合は絶縁性を有する高粘度の接着剤１１のみで絶縁経路を構成することができる。この場合、接着剤１１の熱伝導率は絶縁性封止樹脂体１４の熱伝導率よりも高いものを用いることは言うまでもない。
【００４３】
電力半導体素子にＳｉＣを用いた場合、電力半導体素子はその特徴を生かすべくＳｉの時と比較してより高温で動作させることになる。ＳｉＣデバイスを搭載するパワーモジュールにおいては、電力半導体素子としてより高い信頼性が求められるため、高信頼のパワーモジュールを実現するという本発明のメリットはより効果的なものとなる。
【００４４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ヒートシンク、１ａ  フィン、２  絶縁性基板、２ａ  導体層、２ｂ  導体層、２ｃ  セラミック基板、２ｓ  段差、４  ダイボンド材、５  電力半導体素子、５ａ  ＩＧＢＴ、５ｂ  ダイオード、５ｃ  センサ内蔵型半導体素子、６  金属製リボン、７  金属製ワイヤ、８  エミッタ側リードフレーム、９  センサ側リードフレーム、１０  コレクタ側リードフレーム、１１  接着剤、１２  絶縁性樹脂、１２ｓ  段差、１４  絶縁性封止樹脂体、１５  ゲート側リードフレーム、１００  パワーモジュール  
【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９】
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【図１０】
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