(57)【要約】【課題】パワー半導体チップから冷却機構までの熱伝導経路の熱抵抗を低減することができるパワーモジュールを提供する。【解決手段】金属電極部材１と、金属電極部材１の一主面に配置された第１の半田部材２と、金属電極部材１の一主面に第１の半田部材２を介して配置されたパワー半導体チップ３と、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２と離間して、金属電極部材１の一主面に第１の半田部材２を囲むように配置された第２の半田部材４とを備える。【選択図】図１
2015138906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属電極部材と、
前記金属電極部材の一主面に配置された第１の半田部材と、
前記金属電極部材の一主面に前記第１の半田部材を介して配置されたパワー半導体チップと、
前記パワー半導体チップ及び前記第１の半田部材と離間して、前記金属電極部材の一主面に前記第１の半田部材を囲むように配置された第２の半田部材
とを備えることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記金属電極部材の一主面に、前記第１の半田部材と前記第２の半田部材との間に挟まれるように配置され、前記第１の半田部材及び前記第２の半田部材の両方と接合する第３の半田部材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記金属電極部材の一主面側からみた前記パワー半導体チップ及び前記第１の半田部材の形状が互いに略等しい正方形又は長方形であり、
前記第３の半田部材と前記第１の半田部材とが、前記正方形又は長方形の４角の位置で接合する
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記金属電極部材の一主面側からみた前記パワー半導体チップ及び前記第１の半田部材の形状が互いに略等しい正方形又は長方形であり、
前記第３の半田部材と前記第１の半田部材とが、前記正方形又は長方形の４辺の位置で接合する
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記金属電極部材の一主面側からみた前記パワー半導体チップ及び前記第１の半田部材の形状が、互いに略等しい正方形又は長方形であり、
前記第３の半田部材と前記第１の半田部材とが、前記正方形又は長方形の４辺及び対角である２角の位置で接合する
ことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第２の半田部材上に配置された熱伝導部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜５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】
本発明は、パワー半導体チップを実装したパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワー半導体チップを実装したパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のパワーモジュールは、金属ベース上に絶縁基板が配置され、絶縁基板上にパワー半導体チップが配置された構造を有する。絶縁基板は、絶縁層と、絶縁層の表面及び裏面にそれぞれ形成された金属層とからなる。絶縁基板の裏面の金属層と金属ベースとの間、及び絶縁基板の表面の金属層とパワー半導体チップとの間は、それぞれ半田にて接合されている。
【０００３】
パワー半導体チップは、電流をオンオフするための半導体スイッチを内蔵しており、電力の制御を行うことができる。半導体スイッチを駆動すると、パワー半導体チップは発熱してチップ温度が上昇し、これに起因してパワー半導体チップが破壊される恐れがある。そのため、一般的に、金属ベースの裏面側に水冷や空冷からなる冷却機構を設け、チップ温度の上昇を防止している。
【０００４】
特許文献１に記載のパワーモジュールにおいて、パワー半導体チップで発生した熱は、パワー半導体チップと絶縁基板との間の半田、絶縁基板、絶縁基板と金属ベースとの間の半田を順次経由して、金属ベースに移動する。パワー半導体チップの発熱による温度上昇を抑制するためには、発熱源であるパワー半導体チップから金属ベースの裏面の冷却機構に至るまでの熱伝導経路において、熱が伝導しやすい構造とする必要がある。換言すれば、パワー半導体チップから冷却機構までの熱伝導経路の熱抵抗を低減する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０３９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のパワーモジュールにおいて、熱伝導経路の熱抵抗を低減するためには、パワー半導体チップのチップ面積を大きくする方法が考えられる。この方法によれば、パワー半導体チップの電気抵抗が低減され、パワー半導体チップの発熱そのものが抑制される。これに加え、パワー半導体チップとその下の半田との接合面積が増大し、パワー半導体チップからその下の半田へと熱を伝導する面積が増大する。したがって、パワー半導体チップから冷却機構までの熱伝導経路の熱抵抗を低減することができる。
【０００７】
しかしながら、パワー半導体チップのチップ面積の増大させる方法は、チップそのもののコストの増大を招くとともに、パワー半導体チップ周辺部材の大型化によるコストの増大の懸念もあるため、好ましくない。このように、従来のパワーモジュールにおいて、パワー半導体チップから冷却機構までの熱伝導経路の熱抵抗を低減させる有効な方法が見出されていなかった。
【０００８】
上記問題点を鑑み、本発明は、パワー半導体チップから冷却機構までの熱伝導経路の熱抵抗を低減することができるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、金属電極部材の一主面に配置され、パワー半導体チップを接合する第１の半田部材と、パワー半導体チップ及び第１の半田部材と離間して、金属電極部材の一主面に第１の半田部材を囲むように配置された第２の半田部材とを備えるパワーモジュールが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、パワー半導体チップから冷却機構までの熱伝導経路の熱抵抗を低減することができるパワーモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の一例を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図である。
【図２】図２（ａ）は、比較例に係るパワーモジュールの熱の伝わり方を説明する概略図であり、図２（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールの熱の伝わり方を説明する概略図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の一例を示す上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールの熱の伝わり方を説明する概略図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の一例を示す上面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の一例を示す上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第５の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の一例を示す上面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の一例を示す上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、図８（ｃ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の他の一例を示す上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第６の実施の形態に係るパワーモジュールの構成の更に他の一例を示す上面図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図であり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
【００１３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールは、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、金属電極部材（金属ベース）１と、金属ベース１の一主面（表面）に配置された第１の半田部材２と、第１の半田部材２上に配置されたパワー半導体チップ３と、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように金属ベース１の一主面（表面）に配置された第２の半田部材４とを備える。なお、図１（ａ）及び図１（ｂ）では省略するが、金属ベース１の一主面（表面）と対向する他の主面（裏面）側には、パワー半導体チップ３のチップ温度上昇を抑制するために空冷や水冷等の冷却機構が配置されている。更に、金属ベース１と冷却機構の間には、絶縁基板や金属層等が適宜配置されていてもよい。
【００１４】
金属ベース１は、パワー半導体チップ３に対して電力を供給する電極としての機能を有する。金属ベース１としては、熱伝導率が良好な材料が使用可能であり、例えば銅又はアルミニウムが使用可能である。金属ベース１の厚さは特に限定されないが、金属ベース１を厚くすることにより、金属ベース１の表面に平行な方向（以下、「横方向」ともいう。）への熱の拡散を促進し、金属ベース１の厚さ方向（以下、「縦方向」ともいう。）に広い断面積で熱を伝導することができる。一方で、金属ベース１を厚くすると、金属ベース１の縦方向に熱を伝導する距離が伸びることで、熱抵抗が増大する可能性も考えられる。即ち、金属ベース１の厚さは最適値を持つため、熱抵抗を小さくする厚さに設定すればよい。
【００１５】
パワー半導体チップ３は、電流をオンオフするための半導体スイッチを内蔵しており、電力の制御を行うことができる。半導体スイッチとしては、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等が使用可能である。半導体スイッチを駆動することにより、パワー半導体チップ３は発熱し、チップ温度が上昇する。このチップ温度の上昇に起因するパワー半導体チップ３の破壊を防止するため、金属ベース１の裏面側の冷却機構によりチップ温度の上昇が抑制される。
【００１６】
第１の半田部材２は、金属ベース１とパワー半導体チップ３とを接合する。第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３の上面側からみた形状、換言すれば、金属ベース１の表面に対向する面における形状は、互いに略等しい正方形又は長方形である。ここで、「正方形又は長方形」には、完全な正方形又は長方形の他にも、厳密には正方形又は長方形でないが、パワー半導体チップとして常識的に正方形又は長方形と認識される形状も含まれることを意味する。また、「略等しい」とは、完全に等しい場合の他、パワー半導体チップ３の位置ずれが許容される程度におよそ一致している場合も含まれることを意味する。パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２のサイズは、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。
【００１７】
第２の半田部材４は、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２の近傍に、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２とは離間して配置される。本発明の第１の実施の形態においては、第２の半田部材４の上面側からみた形状は略正方形又は長方形の枠形状であるが、これに特に限定されない。また、パワー半導体チップ３で発生した熱を効率的に逃がすためには、第２の半田部材４の位置は第１の半田部材２により近接していることが好ましく、且つ第２の半田部材４のサイズは大きいことが好ましい。
【００１８】
第１の半田部材２及び第２の半田部材４の厚さは例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。第１の半田部材２及び第２の半田部材４の材料としては、例えば錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）系のはんだを使用可能である。第１の半田部材２及び第２の半田部材４としては、互いに同一の材料を使用してもよく、互いに異なる材料を使用してもよい。また、第１の半田部材２及び第２の半田部材４の材料は、通常は金属ベース１の材料よりも熱伝導率が低いものが想定されるが、金属ベース１の材料よりも熱伝導率が高いものであってもよい。
【００１９】
次に、図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、比較例及び本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールにおける熱の伝わり方を対比して説明する。
【００２０】
図２（ａ）は比較例に係るパワーモジュールの断面構造を示す。比較例に係るパワーモジュールは、金属ベース１１上に半田部材１２を介してパワー半導体チップ１３が接合された構造である。パワー半導体チップ１３で発生した熱は、矢印で示すように半田部材１２を介して金属ベース１１に伝導する。金属ベース１１に伝導した熱は、金属ベース１１と半田部材１２との接合面から金属ベース１１中に拡散する。図２（ａ）においては、金属ベース１１中で熱が拡散した領域を点線で模式的に示している。
【００２１】
一方、図２（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールの断面構造である。本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールでは、パワー半導体チップ３で発生した熱は、矢印で示すように第１の半田部材２を介して金属ベース１に伝導する。金属ベース１に伝導した熱は、金属ベース１と第１の半田部材２との接合面から金属ベース１中に拡散する。図２（ｂ）においては、金属ベース１中で熱が拡散した領域を点線で模式的に示している。
【００２２】
このとき、金属ベース１に伝導した熱は、金属ベース１の縦方向に伝導すると同時に、金属ベース１の横方向にも伝導して第２の半田部材４に達する。第２の半田部材４に達した熱は、第２の半田部材４中を伝導しつつ、金属ベース１にも伝導する。つまり、第２の半田部材４中を熱が伝導することで、等価的に金属ベース１の横方向の熱伝導を促進することとなる。この結果、図２（ａ）の比較例に係るパワーモジュールと比較して、金属ベース１中を縦方向に熱が伝わる経路の断面積が増大し、熱伝導が促進される。すなわち熱抵抗の低減が実現されることとなる。
【００２３】
このように、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、金属ベース１の表面にパワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように第２の半田部材４を配置したことにより、パワー半導体チップ３で発生した熱が第２の半田部材４にも伝導して金属ベース１中へ拡散するので、金属ベース１中を広範囲に熱が伝導する。その結果、金属ベース１から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の断面積が拡大し、ひいてはパワー半導体チップ３から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の熱抵抗を低減することが可能となる。
【００２４】
また、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールでは、第１の半田部材２によりパワー半導体チップ３を金属ベース１に接合する際に、第１の半田部材２を加熱により溶融させ、溶融した第１の半田部材２上にパワー半導体チップ３を載せる。このとき、仮に、第１の半田部材２がパワー半導体チップ３との接合面よりも広範囲に広がっていると、溶融した第１の半田部材２の表面上をパワー半導体チップ３が移動してしまい、パワー半導体チップ３を所望の位置に正確に配置させることができなくなる可能性がある。
【００２５】
これに対して、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３の上面側からみた形状が互いに略等しいので、溶融させた第１の半田部材２上にパワー半導体チップ３を載せたときに、パワー半導体チップ３が第１の半田部材２の範囲外へ移動することを抑制することができる。また、第２の半田部材４が第１の半田部材２とは離間して配置されているので、パワー半導体チップ３が第２の半田部材４上へ移動することも抑制することができる。この結果、パワー半導体チップ３を、金属ベース１上の所望の位置に正確に配置させることが可能となる。
【００２６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールは、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、第１の半田部材２と第２の半田部材４との間に挟まれるように金属ベース１の表面に配置された第３の半田部材５を更に有する点が、本発明の第１の実施の形態に係る構成と異なる。
【００２７】
本発明の第２の実施の形態では、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２がなす正方形又は長方形の４角の位置で、第３の半田部材５が第１の半田部材２及び第２の半田部材４の両方と接合されている。第３の半田部材５の材料としては、第１の半田部材２及び第２の半田部材４と同一の材料を使用してもよく、異なる材料を使用してもよい。第３の半田部材５の厚さは、第１の半田部材２及び第２の半田部材４と同様に、例えば０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールの他の構成は、本発明の第１の実施の形態に係るパワーモジュールの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００２９】
本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、金属ベース１の表面にパワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように第２の半田部材４が配置されている。このため、図４に矢印で示すように、パワー半導体チップ３で発生した熱が第２の半田部材４を伝導して横方向にも拡散するので、金属ベース１中を広範囲に熱が伝導する。その結果、金属ベース１から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の断面積が拡大し、ひいてはパワー半導体チップ３から金属ベース１下の冷却機構に至るまでの熱伝導経路の熱抵抗を低減することが可能となる。なお、図４においては、金属ベース１中で熱が拡散した領域を点線で模式的に示している。
【００３０】
また、金属ベース１の表面に第３の半田部材５を有することにより、パワー半導体チップ３で発生した熱が第１の半田部材２から第３の半田部材５を経由して第２の半田部材４又は金属ベース１へ伝導する経路が形成される。このため、金属ベース１の横方向への熱伝導が更に促進されることで、金属ベース１中の縦方向への熱伝導が広い断面積でなされるようになる。この結果、パワー半導体チップ３から金属ベース１下の冷却機構へ至る熱伝導経路の熱抵抗をより低減することが可能となる。
【００３１】
また、本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールでは、第１の半田部材２によりパワー半導体チップ３を金属ベース１に接合する際に、第１の半田部材２を加熱により溶融させ、溶融した第１の半田部材２上にパワー半導体チップ３を搭載する。このとき、仮に、第１の半田部材２がパワー半導体チップ３との接合面よりも広範囲に広がっていると、溶融した第１の半田部材２の表面上をパワー半導体チップ３が移動してしまい、パワー半導体チップ３を所望の位置に配置させることができなくなる可能性がある。
【００３２】
これに対して、本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、第１の半田部材２とパワー半導体チップ３の上面側からみた形状が互いに略等しい。更に、第１の半田部材２の周囲には第３の半田部材５及び第２の半田部材４が形成されているものの、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２の４辺の位置には第３の半田部材５が存在していない領域があるため、この領域によりパワー半導体チップ３が第１の半田部材２の範囲外へ移動することが抑制される。このため、第１の半田部材２によりパワー半導体チップ３を金属ベース１に接合する際に、第１の半田部材２を所望の位置に形成し、第１の半田部材２の４辺とパワー半導体チップ３の４辺の位置が一致するようにパワー半導体チップ３を搭載すれば、パワー半導体チップ３を所望の位置に正確に配置することができる。したがって、例えば自動ワイヤボンディング機器を用いてパワー半導体チップ３上にワイヤボンディングを施す際の位置ずれによる接触不良や、金属ベース１上に他の部品が実装される場合に他の部品との接触を防止することが可能となる。
【００３３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るパワーモジュールは、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、第３の半田部材６の配置位置が、本発明の第２の実施の形態に係る第３の半田部材５の配置位置と異なる。
【００３４】
本発明の第３の実施の形態では、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２のなす正方形又は長方形の４辺の位置で、第３の半田部材６が第１の半田部材２及び第２の半田部材４と接合されている。一方、第１の半田部材２及び第２の半田部材４の間であって、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２の４角の領域には第３の半田部材６が形成されていない。
【００３５】
本発明の第３の実施の形態に係るパワーモジュールの他の構成は、本発明の第２の実施の形態に係るパワーモジュールの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００３６】
本発明の第３の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、金属ベース１の表面にパワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように第２の半田部材４を配置したことにより、パワー半導体チップ３で発生した熱が第２の半田部材４を伝導して横方向にも拡散するので、金属ベース１中を広範囲に熱が伝導する。その結果、金属ベース１から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の断面積が拡大し、ひいてはパワー半導体チップ３から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の熱抵抗を低減することが可能となる。
【００３７】
また、金属ベース１の表面に第１の半田部材２と第２の半田部材４とを接合する第３の半田部材６を有することにより、第１の半田部材２から第３の半田部材６を経由して第２の半田部材４又は金属ベース１に至る熱伝導経路が形成される。このため、金属ベース１の横方向への熱伝導が更に促進されることで、縦方向への熱伝導が広い断面積でなされるようになる。この結果、パワー半導体チップ３から金属ベース１下の冷却機構へ至る熱伝導経路の熱抵抗をより低減することが可能となる。
【００３８】
また、第１の半田部材２とパワー半導体チップ３とを接合する際には、第１の半田部材２を所望の位置に形成した後、第１の半田部材２の４角とパワー半導体チップ３の４角との位置が一致するように、溶融した第１の半田部材２上にパワー半導体チップ３を搭載する。ここで、第１の半田部材２及び第２の半田部材４の間であって、パワー半導体チップ３及び第１の半田部材２の４角の領域には第３の半田部材６が形成されていないため、この領域によりパワー半導体チップ３が第３の半田部材６を経由して第２の半田部材４側へ移動することを抑制することができ、パワー半導体チップ３を所望の位置に正確に配置することが可能となる。このように、第３の半田部材６を経由する熱伝導経路を確保しつつ、パワー半導体チップ３の第３の半田部材６を経由する移動を抑制することができる。
【００３９】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係るパワーモジュールは、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、第３の半田部材７の配置位置が、本発明の第２及び第３の実施の形態に係る第３の半田部材５，６の配置位置と異なる。
【００４０】
本発明の第４の実施の形態では、第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３がなす正方形又は長方形の４辺及び対角である２角の位置で、第３の半田部材７が第１の半田部材２及び第２の半田部材４と接合されている。一方、第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３がなす正方形又は長方形の対角である他の２角の領域には第３の半田部材７が形成されていない。
【００４１】
本発明の第４の実施の形態に係るパワーモジュールの他の構成は、本発明の第２及び第３の実施の形態に係るパワーモジュールの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００４２】
本発明の第４の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、金属ベース１の表面にパワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように第２の半田部材４を配置したことにより、パワー半導体チップ３で発生した熱が第２の半田部材４を伝導して横方向にも拡散するので、金属ベース１中を広範囲に熱が伝導する。その結果、金属ベース１から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の断面積が拡大し、ひいてはパワー半導体チップ３から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の熱抵抗を低減することが可能となる。
【００４３】
また、金属ベース１の表面に第３の半田部材７を有することにより、第１の半田部材２から第３の半田部材７を経由して第２の半田部材４又は金属ベース１に至る熱伝導経路が形成される。よって、金属ベース１の横方向への熱伝導が更に促進されることで、縦方向への熱伝導が広い断面積でなされるようになる。この結果、パワー半導体チップ３から金属ベース１下の冷却機構へ至る熱伝導経路の熱抵抗をより低減することが可能となる。
【００４４】
また、第３の半田部材７を経由する熱伝導経路を確保しつつ、パワー半導体チップ３の対角である他の２角の領域には第３の半田部材７が形成されていないため、パワー半導体チップ３が第３の半田部材７を経由して第２の半田部材４側へ移動することを防止することができる。したがって、パワー半導体チップ３と第１の半田部材２とを接合する際には、第１の半田部材２の対角である２角とパワー半導体チップ３の対角である２角がそれぞれ一致するように、溶融した第１の半田部材２上にパワー半導体チップ３を搭載すれば、パワー半導体チップ３を所望の位置に正確に配置することが可能となる。
【００４５】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係るパワーモジュールは、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第２の半田部材４上に配置された熱伝導部材８を更に備える点が、本発明の第１の実施の形態に係る構成と異なる。
【００４６】
熱伝導部材８は、第２の半田部材４により金属ベース１に接合されている。熱伝導部材８としては、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導の良好な材料が使用可能である。熱伝導部材８の厚さは特に限定されないが、例えばパワー半導体チップ３の厚さと同程度である。また、熱伝導部材８の上面側からみた形状は、第２の半田部材４の上面側からみた形状と略等しいが、これに特に限定されるものではない。熱伝導部材８の上面側からみた形状は、第２の半田部材４の上面側からみた形状と少なくとも一部、例えば外周部や、第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３側の形状と一致していれば、熱伝導部材８の位置決めが正確になされる。これにより、熱伝導部材８がパワー半導体チップ３や金属ベース１上の他の部品と接触することを防止することが可能となる。
【００４７】
本発明の第５の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、金属ベース１の表面にパワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように第２の半田部材４を配置したことにより、パワー半導体チップ３で発生した熱が第２の半田部材４を伝導して横方向にも拡散するので、金属ベース１中を広範囲に熱が伝導する。その結果、金属ベース１から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の断面積が拡大し、ひいてはパワー半導体チップ３から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の熱抵抗を低減することが可能となる。
【００４８】
また、第２の半田部材４上に熱伝導部材８を配置することで、パワー半導体チップ３で発生した熱が、第２の半田部材４を介して横方向に拡散して金属ベース１に伝導するとともに熱伝導部材８にも伝導し、熱伝導部材８を横方向に拡散することで、金属ベース１の横方向の熱伝導が更に促進される。よって、金属ベース１を熱が伝導する経路の断面積が広がるため、熱抵抗の更なる低減を実現することが可能となる。
【００４９】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係るパワーモジュールは、図８（ａ）〜図８（ｃ）、図９（ａ）〜図９（ｃ）及び図１０（ａ）〜図１０（ｃ）にそれぞれ示すように、図３（ａ）〜図３（ｃ）、図５（ａ）〜図５（ｃ）及び図６（ａ）〜図６（ｃ）に示した本発明の第３〜５の実施の形態に係るパワーモジュールの構造に対して、第２の半田部材４上に配置された熱伝導部材８を更に備える点が異なる。
【００５０】
熱伝導部材８の構成は、本発明の第５の実施の形態における熱伝導部材８の構成と実質的に同様である。本発明の第６の実施の形態に係るパワーモジュールの他の構成は、本発明の第３〜５の実施の形態に係るパワーモジュールの構成と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
【００５１】
本発明の第６の実施の形態に係るパワーモジュールによれば、金属ベース１の表面にパワー半導体チップ３及び第１の半田部材２を囲むように第２の半田部材４を配置したことにより、パワー半導体チップ３で発生した熱が第２の半田部材４を伝導して横方向にも拡散するので、金属ベース１中を広範囲に熱が伝導する。その結果、金属ベース１から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の断面積が拡大し、ひいてはパワー半導体チップ３から冷却機構に至るまでの熱伝導経路の熱抵抗を低減することが可能となる。
【００５２】
また、金属ベース１の表面に第３の半田部材６を有することにより、第１の半田部材２から第３の半田部材６を経由して第２の半田部材４又は金属ベース１に至る熱伝導経路が形成される。このため、金属ベース１の横方向への熱伝導が更に促進されることで、縦方向への熱伝導が広い断面積でなされるようになる。この結果、パワー半導体チップ３から金属ベース１下の冷却機構へ至る熱伝導経路の熱抵抗をより低減することが可能となる。
【００５３】
また、第１の半田部材２と第２の半田部材４の間において第３の半田部材５〜７が形成されていない領域があり、その領域の存在によりパワー半導体チップ３が第３の半田部材５〜７を経由して第２の半田部材４側へ移動することを抑制することができる。したがって、パワー半導体チップ３を所望の位置に正確に配置することが可能となる。
【００５４】
また、第２の半田部材４上に熱伝導部材８を配置することで、金属ベース１の横方向の熱伝導が更に促進される。よって、金属ベース１を熱が伝導する経路の断面積が広がるため、熱抵抗の更なる低減を実現することが可能となる。
【００５５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第６の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５６】
例えば、本発明の第１〜第６の実施の形態においては、金属ベース１上に１つのパワー半導体チップ３を実装した場合を説明したが、これに特に限定されず、複数のパワー半導体チップを実装してもよい。複数のパワー半導体チップで、それぞれ対応する複数の負荷を駆動する場合などは、各パワー半導体チップ（スイッチ）を絶縁するために各パワー半導体チップと金属ベースとの間に絶縁基板が配置されていてもよい。
【００５７】
また、本発明の第１〜第６の実施の形態に係る第１〜第３の半田部材２〜７は、すべて同一の材料であって同時に形成される場合、又は異なる材料である場合のいずれの場合でも、同様の効果が実現できる。
【００５８】
また、本発明の第１〜第６の実施の形態に係る第２の半田部材４は、それぞれ第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３の周囲を完全に囲むように配置されているが、必ずしも完全に囲まなくてもよい。例えば、第２の半田部材４の一部分が欠落して形状であっても、金属ベース１上の横方向の熱伝導経路が確保されれば、それに応じた効果が得られる。即ち、第２の半田部材４は、第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３の周囲を間欠的（不連続）に囲む形状であってもよい。また、第２の半田部材４が一つの部材から構成されている場合を説明したが、複数の部材から構成されていてもよい。これと同様に、本発明の第５及び第６の実施の形態に係る熱伝導部材８も、それぞれ第１の半田部材２及びパワー半導体チップ３の周囲を必ずしも完全に囲まなくてもよく、金属ベース１上の横方向の熱伝導経路が確保されれば、それに応じた効果が得られる。
【００５９】
また、本発明の第１〜第６の実施の形態に係る第１〜第３の半田部材２〜７の材料は特に限定されず、例えば錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系等の鉛フリー半田も使用可能である。また、本発明の第１〜第６の実施の形態に係る第１〜第３の半田部材２〜７の代わりに、銀ろう材をろう付けした構造としてもよい。銀ろう材の熱伝導率は通常、Ｓｎ−Ｐｂ半田の熱伝導率よりも高いため、熱抵抗をより低減することができる。
【００６０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６１】
１…金属電極部材（金属ベース）
２…第１の半田部材
３…パワー半導体チップ
４…第２の半田部材
５〜７…第３の半田部材
８…熱伝導部材
【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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