(57)【要約】【課題】高い放熱性能と高い絶縁耐圧を実現する半導体モジュールを提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体モジュールは、主面に放熱版を露出させた半導体パッケージと、前記半導体パッケージの主面に接着層を介して配された絶縁版と、前記絶縁版に接着層を介して配された冷却器と、隣接する前記絶縁版を連結する支持体とを備え、前記絶縁板の最大寸法Ｌと、前記絶縁板の熱膨張係数α１と、前記冷却器の熱膨張係数α２と、前記絶縁板と前記冷却器の間の前記接着層の厚さｔとの関係が、（α２−α１）×Ｌ／ｔ ＜０．０１６を満足する。【選択図】図１
2015018833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に放熱版を露出させた半導体パッケージと、
前記半導体パッケージの主面に接着層を介して配された絶縁版と、
前記絶縁版に接着層を介して配された冷却器と、
隣接する前記絶縁版を連結する支持体と、
を備え、
前記絶縁板の最大寸法Ｌと、前記絶縁板の熱膨張係数α１と、前記冷却器の熱膨張係数α２と、前記絶縁板と前記冷却器の間の前記接着層の厚さｔとの関係が、
（α２−α１）×Ｌ／ｔ ＜０．０１６
を満足する
ことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項２】
前記絶縁板のサイズは、前記放熱板よりも大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記絶縁板は、前記半導体パッケージと１対１に対応するように配置されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記支持体の弾性率は、前記絶縁板の弾性率よりも小さい
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記支持体の厚さは、０．０８０ｍｍ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記支持体により連結された複数の前記絶縁板の全体の位置を定めるための突起
をさらに有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記支持体は、複数の開口を有し、
前記絶縁板は、各々の前記開口を覆うように配置された
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記支持体と前記絶縁板とが重なった部分の長さＡ［ｍｍ］と、前記半導体パッケージの定格電圧Ｂ［Ｖ］の関係が、
Ａ＞０．０００２５Ｂ
を満足する
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記支持体は、フィルム材料から形成される
ことを特徴とする請求項８に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車等には、電力用の半導体装置を用いたインバータ装置が用いられている。電力用の半導体装置は、冷却器を兼ねた基板上にパワー半導体モジュールが搭載され、樹脂等で封止されている。
【０００３】
パワー半導体モジュールは、大電流のスイッチングを行う際に半導体チップで発生する損失熱を除去して、チップ温度を動作可能温度以下に保つ必要がある。このため、半導体チップから冷却器までの熱抵抗の低減が必要となる。また、動作電圧が数百ボルトから数千ボルトと高電圧であるため、高絶縁耐圧の絶縁層が必要となる。このことから、チップから冷却器への接続経路の中で、高い放熱性能と、高い絶縁耐圧の両立が求められる。
【０００４】
この要求に対して、半導体パッケージと冷却器の間に絶縁板を挟んで、接着層を介してこれらを密着させた半導体モジュールが知られている。
【０００５】
絶縁板の材料としては、放熱性能と絶縁信頼性の高いアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス基板が用いられる。冷却器の材料はアルミニウム合金等の金属が用いられることが一般的である。セラミックス製の絶縁板とアルミニウム合金製の冷却器を接着した場合、両者の熱膨張係数の差異が大きいため、インバータ製品の動作時の発熱や、周囲環境の温度変化によって接着部分に大きな熱応力が発生して、熱変形が生じてしまう。その結果、接着部分が剥離し、放熱性能が低下する可能性があった。
【０００６】
また、半導体パッケージと冷却器の間に絶縁板を挟んで接着した半導体モジュールを製造する際、半導体パッケージと絶縁板と冷却器を同時に接着硬化する必要がある。近年、半導体モジュールの小型化が進み、絶縁版を適切な位置に高精度に搭載することが困難になってきた。その結果、半導体パッケージの放熱電極と冷却器の位置に対して、絶縁版の位置がずれて搭載されてしまい、絶縁性能が低下する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−９３５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態の目的は、高い放熱性能と高い絶縁耐圧を実現する半導体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】
実施形態に係る半導体モジュールは、主面に放熱版を露出させた半導体パッケージと、前記半導体パッケージの主面に接着層を介して配された絶縁版と、前記絶縁版に接着層を介して配された冷却器と、隣接する前記絶縁版を連結する支持体と、を備え、前記絶縁板の最大寸法Ｌと、前記絶縁板の熱膨張係数α１と、前記冷却器の熱膨張係数α２と、前記絶縁板と前記冷却器の間の前記接着層の厚さｔとの関係が、（α２−α１）×Ｌ／ｔ ＜０．０１６を満足する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る半導体モジュールの斜視図である。
【図２】同実施形態に係る不半導体モジュールの半導体パッケージ内部を図１のＸ方向から見た縦断面図である。
【図３】同実施形態に係る不半導体モジュールを図１のＹ方向から見た縦断面図である。
【図４】同実施形態に係る半導体モジュールを用いて温度サイクル試験を実施した際の、接着層の剥離面積率を示すグラフである。
【図５】第２の実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。
【図６】同実施形態に係る半導体モジュールの絶縁板の上面図である。
【図７】同実施形態に係る半導体モジュールの絶縁板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る半導体モジュールの斜視図、図２は同実施形態に係る不半導体モジュールの半導体パッケージ内部を図１のＸ方向から見た縦断面図、図３は同実施形態に係る不半導体モジュールを図１のＹ方向から見た縦断面図である。
【００１３】
図１に示すように、第１の実施形態に係る半導体モジュールは、冷却器１０、半導体パッケージ２０、絶縁板３０、支持体３１を備える。図２および図３に示すように、半導体パッケージ２０と絶縁板３０、絶縁板３０と冷却器１０は、それぞれ接着層３２ａ、接着層３２ｂを介して密着している。
【００１４】
半導体パッケージ２０は、図２に示すように、半導体チップ２２、第１の電極端子２１ａ、第２の電極端子２１ｂ、放熱板２４、接続ワイヤ２３を備えている。半導体パッケージ２０の内部では、半導体チップ２２の裏面（主面）と放熱板２４が、接合体２５ａで接合されている。また、半導体チップ２２の表面と第１の電極端子２１ａが、接続ワイヤ２３で電気的に接続されている。
【００１５】
放熱板２４、電極端子２１ａは、例えば、銅製である。接続ワイヤ２３は、アルミニウム、銅、ニッケルのいずれかを含む線材である。接合体２５ａは錫、銅、銀、ニッケル、燐、アンチモン、ビスマスのいずれかを含むはんだ材料を用いることができる。
【００１６】
半導体チップ２２の裏面には、チタン、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、タンタル、バナジウム、金、銀のいずれか、もしくはこれらの合金を複数層に積層した接合電極（図示せず）が形成されている。これにより、半導体チップ２２と接合体２５ａとの接合を可能としている。
【００１７】
一方、半導体チップ２２の表面にはアルミニウム電極（図示せず）が形成され、接続ワイヤ２３が接続されている。
【００１８】
また、第２の電極端子２１ｂと放熱板２４が、接合体２５ｂで接合されている。接合体２５ｂは、接合２５ａと同様のはんだ材料で形成される。
【００１９】
半導体チップ２２と放熱板２４は、モールド樹脂２６で封止される。このとき、放熱板２４の底面は、モールド樹脂２６から露出している。また、第１の電極端子２１ａと第２の電極端子２１ｂも、モールド樹脂２６から露出している。モールド樹脂は、例えば、エポキシ樹脂とシリカフィラーを含む。
【００２０】
例えば、半導体パッケージ２０の底面寸法は５０ｍｍ×２８ｍｍ、放熱板２４の底面寸法は４６ｍｍ×２４ｍｍであり、放熱性能を向上するために放熱板２４の底面積を大きく設定している。
【００２１】
冷却器１０の内部には、冷却液を流すための流路１２が形成されている。冷却器１０は、例えば、アルミニウム合金製である。冷却器１０と絶縁板３０は、接着層３２ｂで接着されている。また、絶縁板３０と半導体パッケージ２０の底面は、接着層３２ａで接着されている。接着層３２ａ、３２ｂとなる接着剤は、絶縁性の高熱伝導性のフィラーを含有させることで放熱性能を向上したものが好ましい。さらに、接着工程での流動性を確保しながらフィラーの充填率を増加させるため、異なる粒径のフィラーを混合した接着剤を用いてもよい。この場合、フィラーの最大粒径は例えば０．０８０ｍｍ程度である。
【００２２】
例えば、絶縁板３０の外形は、５６ｍｍ×２８ｍｍ×０．３ｍｍである。絶縁板は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等から形成されたセラミックス板を用いることができる。また、接着層３２ａ、３２ｂは、エポキシ、ポイリミド、アクリル、シリコーン等の樹脂にアルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等の高熱伝導性の絶縁フィラーを含有させた接着剤を用いることができる。
【００２３】
図１および図２に示すように、絶縁板３０の外形は放熱板２４の外形よりも大きく、絶縁板３０と半導体パッケージ２０が１対１で配置されているため、放熱板３０と冷却器１０の間には、絶縁板３０が必ず介在する。従って、接着層３２ａ、３２ｂに気泡が含まれて絶縁性能が低い場合においても、絶縁板３０により電気的な短絡を防ぐことができる。さらに、接着層３２ａ、３２ｂに気泡が含まれて部分的な放電が発生した場合においても、セラミック製の絶縁板は放電による炭化等で絶縁性能が低下することがないため、高い絶縁性を実現することができる。
【００２４】
また、絶縁板の材料であるセラミックスの熱伝導率は、接着剤の１０倍から１００倍程度と非常に高熱伝導であり、さらに、接着層３２ａ、３２ｂは厚さ方向の絶縁耐圧は必要ではないため、接着層３２ａ、３２ｂの厚さを可能な限り薄くすることで放熱板２４と冷却器１０の間の熱抵抗を低減することが可能である。具体的には、接着層３２ａ、３２ｂは、接着工程での流動性を確保しながらフィラーの充填率を増加させるため、異なる粒径のフィラーを混合した接着剤を用いており、接着層３２ａ、３２ｂの厚さはフィラーの最大粒径と同等である０．０８０ｍｍ程度まで薄くすることが可能である。
【００２５】
隣接する絶縁板３０は、支持体３１で連結されている。支持体３１は、ポリエチレンテレフタラート、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニリデン等からなるテープを用いることができる。支持体３１の厚さは例えば０．０８０ｍｍ以下であり、接着層３２ｂの厚さより薄い、もしくは接着層３２ｂと同等である。これにより、支持体３１は、接着層３２ｂの厚さ、すなわち放熱性能に影響を与えることなく、絶縁板３０を支持する機能を発揮することができる。
【００２６】
また、支持体３１は、セラミックス製の絶縁板３０に比べて、弾性率が小さいことが好ましい。これにより、アルミニウム合金製の冷却器１０が熱変形した場合には、支持体３１に熱歪が集中するので、絶縁板３０および接着層３２ａ、３２ｂの応力が低減し、接着部分の剥離や接着層３２ａ、３２ｂの破損が生じにくくなる。従って、高い放熱性能を確保することが可能となる。
【００２７】
半導体モジュール２０と冷却器１０の間に絶縁板３０を介在して接着するという、本実施形態のような構造では、接着層３２ｂと接着層３２ａの形成を別々に行い、２回に分けて硬化させると、はみ出して硬化した接着剤の干渉により、後から接着する側の接着層が厚くなって放熱性能が低下する恐れがある。そこで、半導体パッケージ２０と絶縁板３０と冷却器１０とを、同時に接着硬化することが好ましい。
【００２８】
また、接着工程では、半導体パッケージ２０を冷却器１０に加圧することで、接着層３２ａ、３２ｂの厚さを薄くして放熱性能を高めている。しかし、この際に接着層３２ａ、３２ｂがすべり面の役割を果たして、絶縁板３０の搭載位置にずれが生じる可能性がある。絶縁板３０の端が放熱板２４の端の近傍までずれると絶縁性能が著しく低下するので、絶縁性能を確保するためには絶縁板３０の搭載位置ずれを防止することが要求される。
【００２９】
そこで、本実実施形態では、隣接する絶縁板３０を支持体３１で連結することにより、各絶縁板３０間の相対位置ズレを大幅に抑制することができる。さらに、図１に示すように、位置決め突起１１といった簡易な位置決め機構を設けてもよい。位置決め突起１１によって、連結した複数の絶縁板３０の全体の位置ずれを防ぎ、高精度に絶縁板を配置することができる。これにより、絶縁板３０が確実に半導体パッケージ２０と冷却器１０との間に配置されるので、高い絶縁性能を実現することができる。
【００３０】
また、半導体パッケージ２０内部の放熱板２４と絶縁板３０のクリアランスが縮小して、絶縁板３０の外形寸法を小型化することが可能となる。絶縁板３０の外形寸法が小型化すると熱応力が低減するので、接着層３２ｂの破損が生じにくくなり、高い信頼性を実現することができる。
【００３１】
また、絶縁板３０の外形寸法が小さくなり、また、高精度に絶縁板を配置することができるので、図３に示すように、隣接する半導体パッケージ２０の配置間隔を狭くすることができる。これにより、半導体パッケージ２０を冷却器１０の上に高密度で配置することが可能となる。その結果、半導体モジュールの小型化が可能となる。
【００３２】
図４に、本実施形態に係る半導体モジュールを用いて温度サイクル試験を実施した際の、接着層の剥離面積率を示すグラフを示す。横軸は温度サイクル［回数］、縦軸は絶縁板の面積に対する接着層の剥離面積率［％］である。
【００３３】
絶縁板には窒化ケイ素のセラミック板を用いた。絶縁板の外形寸法は、３０×５０×０．３ｍｍ、４０×６４×０．３ｍｍ、６０×８０×０．３ｍｍの３種類を用意し、絶縁板の対角寸法を最大寸法Ｌとしてそれぞれ図４に示している。すなわち、Ｌ＝５８ｍｍの場合が外形寸法３０×５０×０．３ｍｍ、Ｌ＝７５ｍｍの場合が外形寸法４０×６４×０．３ｍｍ、Ｌ＝１００ｍｍの場合が外形寸法６０×８０×０．３ｍｍである。
【００３４】
冷却器を模擬したアルミニウム合金ブロックに、半導体パッケージを接着して−４０℃／１２５℃、各３０分／３０分の条件で温度サイクル試験を行い、接着層の剥離面積を求めた。試験サンプルの接着層の厚さは０．０８０ｍｍ以上、０．１２ｍｍ以下である。
【００３５】
図４に示すように、絶縁板の外形寸法が大きくなるほど、接着層の剥離が発生しやすいことがわかる。すなわち、放熱性能が低下しやすいといえる。従って、絶縁板の外形寸法は小さいほど好ましい。
【００３６】
一方で図４より、放熱板の外形寸法がＬ＝５８ｍｍとＬ＝７５ｍｍの場合には、比較的接着層の剥離が少ないことから、発明者らは以下の条件式を考案した。すなわち、絶縁板の最大寸法Ｌと、絶縁板の熱膨張係数α１と、冷却器の熱膨張係数α２と、絶縁板と冷却器の間の接着層の厚さｔの関係が（α２−α１）×Ｌ／ｔ ＜０．０１６を満足することで、高い信頼性を実現することができる。
【００３７】
図４から、今回の実験例では放熱板の外形寸法Ｌが１００ｍｍ以上の場合に接着層に剥離が発生すること、剥離は２００サイクル以内の温度サイクルの初期に発生して、温度サイクル数が増加しても剥離の進展は非常に小さいことが分かる。これは冷却器と絶縁板の熱膨張差に起因した接着層の剪断応力が一定値を越えた場合に剥離が発生することを示している。また、温度サイクル数の増加に対して剥離進展が停止することは、剥離により見かけの接着寸法が小さくなるため接着層の剪断応力も低減して剥離発生の限界点で釣り合っていることを示している。剪断応力は冷却器と絶縁板の熱膨張係数の差（α２−α１）と、絶縁板の最大寸法（Ｌ）に比例し、接着層厚さに反比例することから、剥離発生の限界条件は（α２−α１）×Ｌ／ｔで表現できる。今回の実験によると、Ｌ＝１００ｍｍの場合の温度サイクル後の剥離面積は約２０％であったが、これを剥離が発生していない実効的な接着寸法に換算すると約９０ｍｍ（=０．８＾（１／２））に相当する。例えば、安全率をとってＬ＝８０ｍｍを限界寸法として、今回の実験条件であるα１＝３ｐｐｍ、α２＝２３ｐｐｍ、ｔ＝０．１０ｍｍを用いると、剥離発生しない限界条件（α２−α１）×Ｌ／ｔは０．０１６と計算される。
【００３８】
この数式は、絶縁板の外形寸法Ｌが小さければ小さいほど、接着層の剥離が生じにくいので好ましい、ということを示している。また、接着層の厚さｔが厚ければ厚いほど、接着層の剥離が生じにくいので好ましい。特に、絶縁版と冷却器の熱膨張係数の差（α２−α１）が大きい場合には、絶縁版の寸法Ｌが小さく、接着層の厚さｔが厚い方がよい。一方、絶縁版と冷却器の熱膨張係数の差（α２−α１）が小さい場合には、絶縁版の寸法Ｌをある程度大きくしたり、接着層の厚さｔをある程度薄くしたりすることができる。
【００３９】
この数式に従って、絶縁板の外形寸法Ｌや接着層の厚さｔを設計することで、接着層の剥離が生じにくく、高い放熱性能を実現する半導体モジュールを作ることができる。
【００４０】
本実施形態によれば、本実施形態に係る半導体モジュールは、隣り合う絶縁板を支持体で連結することで、絶縁板間の相対位置ズレを抑制することができる。これにより、絶縁板が確実に半導体パッケージと冷却器との間に配置されるので、半導体パッケージと冷却器とがショートすることなく、高い絶縁性能を実現することができる。
【００４１】
また、半導体パッケージと１対１に対応するように各絶縁板を配置して支持体で連結することで、１枚あたりの絶縁板の外形寸法を小型化することが可能となる。これにより、熱応力が低減して接着部分の剥離を低減することができ、本実施形態の半導体モジュールは、高い放熱性能を実現することができる。
【００４２】
また、半導体パッケージと１対１に対応するように各絶縁板を配置して支持体で連結することで、１枚あたりの絶縁板の外形寸法を小さくし、また、高精度に絶縁板を配置することができるので、半導体パッケージを冷却器の上に高密度で配置することができる。その結果、本実施形態によれば、半導体モジュールの小型化が可能である。
【００４３】
また、本実施形態によれば、絶縁板の最大寸法Ｌと、絶縁板の熱膨張係数α１と、冷却器の熱膨張係数α２と、絶縁板と冷却器との間の接着層の厚さｔ、の関係が（α２−α１）×Ｌ／ｔ ＜０．０１６を満足するように、絶縁板の最大寸法Ｌを制限することにより、絶縁板と冷却器の熱膨張係数の差異による熱変形を抑制することが可能となる。これにより、温度サイクルによる接着部分の破断を抑制することができて、高い放熱性能及び絶縁性能を実現できる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、絶縁板の外形を放熱板の外形よりも大きくすることにより、仮に絶縁板の位置が放熱板に対して多少ずれても、放熱板と冷却器の間に絶縁板が介在することができる。これにより、本実施形態の半導体モジュールは、高い絶縁性能を実現できる。
【００４５】
さらに、絶縁板の材料であるセラミックスの熱伝導率は接着剤の１０倍から１００倍程度と非常に高熱伝導であるため、半導体パッケージで発生する熱を効率的に放熱することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、支持体の弾性率を絶縁板の弾性率よりも小さくすることで、熱歪が支持体に集中して絶縁板の応力が低減でき、接着層の剥離を低減することができる。これにより、本実施形態の半導体モジュールは、高い放熱性能を実現することができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、支持体の厚さを、接着剤に含まれるフィラーの最大粒径である０．０８０ｍｍ以下とすることで、接着層の厚さを最小に保つことができる。すなわち、支持体が存在しない場合と比較して、同等の接着層の厚さにすることができるので、接着層が厚くなることに起因する放熱性能の低下が生じない。
【００４８】
また、位置決め突起１１によって、連結した複数の絶縁板全体の位置ずれを防ぎ、高精度に絶縁板を配置することができる。これにより、本実施形態の半導体モジュールでは、絶縁板が確実に半導体パッケージと冷却器との間に配置されるので、高い絶縁性能を実現することができる。
【００４９】
以上により、本実施形態に係る半導体モジュールは、高い放熱性能と高い絶縁性能を実現できる。
【００５０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る半導体モジュールを以下に説明する。図５は第２の実施形態に係る半導体モジュールの断面図、図６は同実施形態に係る半導体モジュールの絶縁板の上面図、図７は同実施形態に係る半導体モジュールの絶縁板の断面図である。
【００５１】
半導体パッケージ２０と冷却器１０の基本構造は第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、出力を大電流化するため、半導体チップ２２の数量を増加し、半導体パッケージ２０と放熱板２４の底面寸法を第１の実施形態よりも大きく設定した例で説明する。例えば、半導体パッケージ２０の底面寸法は８４ｍｍ×６４ｍｍ、放熱板２４の底面寸法は７８ｍｍ×５８ｍｍである。半導体パッケージ２０内部の半導体チップ２２、接続ワイヤ２３、電極端子２１ａ、２１ｂ、接合体２５ａ、２５ｂは、第１の実施形態と同様である。
【００５２】
半導体パッケージ２０と冷却器１０の間は、図５及び図６に示すような絶縁板３０と支持体３１からなる絶縁板を挟んで、接着層３２ａ、３２ｂで接着されている。支持体３１は、ポリエチレンテレフタラート、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、塩化ビニリデン等の、熱伝導率は低いが絶縁性が高いフィルム材料から形成されるのがよい。
【００５３】
支持体３１には、複数の開口３３が形成されている。開口３３は、半導体パッケージと１対１に対応するように形成されている。各々の開口３３を絶縁板３０が覆うように絶縁板３０を配置して、絶縁板３０と支持体３１を接着している。例えば、開口３３の寸法は１８×１８ｍｍ、開口３３のピッチは２０×２０ｍｍである。
【００５４】
絶縁板３０はアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等から形成されるセラミックス板である。絶縁板３０の外形寸法は、例えば、１９．５×１９．５×０．３ｍｍである。絶縁板３０は、開口３３の四辺について、各々、端辺から０．７５ｍｍの接着距離で支持体３１と接着される。図６において、支持体３１と絶縁板３０とが重なった部分の長さ、すなわち、接着距離をＡで示す。
【００５５】
放熱板２４は半導体パッケージ２０の通電電極の機能も兼用するので、放熱板２４と冷却器１０との間は電気的に絶縁する必要がある。本実施形態では、開口３３が開いている部分については、セラミックス性の絶縁板３０により、放熱板２４と冷却器１０間の絶縁性が保たれる。また、隣接する絶縁板３０の間のエリアについては、支持体３１により、放熱板２４と冷却器１０間の絶縁性能が得られる。
【００５６】
高電圧印加時の短絡経路として、絶縁板３０と支持体３１の接着面を介した放電が予想されるが、開口３３の端と絶縁板３０の端の間の接着距離Ａ［ｍｍ］を、半導体パッケージ２０の定格電圧Ｂ［Ｖ］の０．０００２５倍以上の値とすることによって、接着部の面方向に過大な電界が印加されることを防ぐことができる。
【００５７】
一般に、火花放電の開始電圧の定式として、パッシェンの法則が知られている。この法則に基づき、空気中の放電開始電圧の式（約５ｋＶ／ｍｍ）に、余裕を見た値、例えば、４ｋＶ／ｍｍを設定することを想定すると、開口３３の端と絶縁板３０の端の間の接着距離Ａ［ｍｍ］を、半導体パッケージ２０の定格電圧Ｂ［Ｖ］の０．０００２５倍以上の値とした範囲において、最大電界（電圧／距離）が４ｋＶ／ｍｍとなる。
【００５８】
すなわち、支持体３１の開口３３を絶縁板３０が完全に覆うように接着して、支持体３１と絶縁板３０とが重なった部分の長さＡ［ｍｍ］と半導体パッケージ２０の定格電圧Ｂ［Ｖ］の関係が、Ａ＞０．０００２５Ｂを満足することによって、接着部の面方向の最大電界強度を制限することができる。これにより、接着面を伝って沿面放電する絶縁不良を抑制することができる。その結果、本実施形態の半導体モジュールは、接着面において高い絶縁性能を確保できる。
【００５９】
本実施形態では、支持体３１を熱伝導率の低い材料により形成することで、半導体モジュールの発熱の大部分は開口３３を介して絶縁板３０から冷却器１０に放熱される。本実施形態の数値例では、開口３３の面積率が８１％と大きいので、支持体３１を設けずに放熱面全体を１枚の絶縁板３０で形成する場合と較べても放熱性能の低下は僅かである。よって、本実施形態の半導体モジュールは、高い放熱性能を実現できる。
【００６０】
また、本実施形態の数値例では、絶縁板３０の最大寸法が２７．６ｍｍと小さいので、冷却器１０と絶縁板３０の熱膨張係数差によって発生する熱歪が小さい。従って、接着部分の破損を低減することができる。これにより、本実施形態の半導体モジュールは、高い放熱性能を実現することができる。
【００６１】
以上により、本実施形態に係る半導体モジュールは、高い放熱性能と高い絶縁性能を実現できる。特に、半導体パッケージ２０の外形寸法が大きい場合であっても、本実施形態に係る半導体モジュールは、高い放熱性能と高い絶縁性能を実現できる。
【００６２】
本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１０：冷却器、１１：位置決め突起、１２：流路、２０：半導体パッケージ、２１：電極端子、２２：半導体チップ、２３：接続ワイヤ、２４：放熱板、２５：接合体、２６：モールド樹脂、３０：絶縁板、３１：支持体、３２：接着層、３３：開口
【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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