(57)【要約】【課題】製造の際に放熱基板および絶縁基板への反りの発生を抑制することができ、しかも優れた放熱性能を有するパワーモジュール用ベースを提供する。【解決手段】パワーモジュール用ベース１は、放熱基板２と、上面に配線層７が形成されるとともに下面に伝熱層８が形成され、かつ伝熱層８が放熱基板２の上面にろう付された絶縁基板３と、放熱基板２の下面にろう付された放熱フィン４と、放熱基板２の下面に放熱フィン４を覆うように固定され、かつ内部を冷却液が流れるようになされている冷却ジャケット５とを備えている。放熱基板２に貫通穴６を形成する。絶縁基板３の配線層７に、パワーデバイスＰをはんだ付によりが接合し、パワーデバイスの少なくとも一部分を、平面から見て貫通穴６と重複させる。【選択図】図１
2008124187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱伝導性材料からなる放熱基板と、放熱基板の一面に接合された絶縁基板と、絶縁基板における放熱基板に接合された側と反対側の面に設けられかつパワーデバイスが実装される配線層と、放熱基板の他面に設けられた放熱フィンと、放熱基板における放熱フィンが設けられた側の面に放熱フィンを覆うように固定され、かつ内部を冷却液が流れるようになされている冷却ジャケットとを備えており、配線層にパワーデバイスが実装されるパワーモジュール用ベースであって、
放熱基板に貫通穴が形成されており、配線層に実装されるパワーデバイスの少なくとも一部分が、平面から見て貫通穴と重複するようになされているパワーモジュール用ベース。
【請求項２】
放熱基板に形成された貫通穴の数が１つである請求項１記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項３】
放熱基板に形成された貫通穴の数が複数である請求項１記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項４】
配線層に１つのパワーデバイスが実装されるようになっている請求項１〜３のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項５】
配線層に複数のパワーデバイスが実装されるようになっている請求項１〜３のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項６】
放熱基板に形成された貫通穴が円形である請求項１〜５のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項７】
放熱基板に形成された貫通穴の合計開口面積をＳｍｍ２、絶縁基板における放熱基板への接合面積をＳ０ｍｍ２とした場合、Ｓ／Ｓ０×１００で表される開口率が１０％以上である請求項１〜６のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項８】
絶縁基板と放熱基板、および放熱基板と放熱フィンとがそれぞれろう付されている請求項１〜７のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項９】
絶縁基板における配線層が設けられた側とは反対側の面に、高熱伝導性材料からなる伝熱層が設けられ、伝熱層と放熱基板とが接合されている請求項１〜８のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベースと、パワーモジュール用ベースの絶縁基板の配線層上に、平面から見て少なくとも一部分が放熱基板の貫通穴と重複するように実装されたパワーデバイスとを備えているパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーモジュールを構成するパワーモジュール用ベースに関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、「窒化アルミニウム」、「酸化アルミニウム」および「純アルミニウム」と表現する場合を除いて、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、この明細書および特許請求の範囲において、「銅」という用語には、純銅の他に銅合金を含むものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体チップからなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールにおいては、パワーデバイスから発せられる熱を効率良く放熱して、パワーデバイスの温度を所定温度以下に保つ必要がある。
【０００４】
そこで、上述したパワーモジュールとして、従来、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどからなるセラミックス製絶縁基板、絶縁基板の一面に形成されたアルミニウム、銅などからなる配線層、絶縁基板の他面に形成されたアルミニウム、銅などからなる伝熱層、および伝熱層に接合されたアルミニウムなどからなる放熱用ヒートシンクにより構成されたパワーモジュール用ベースと、パワーモジュール用ベースの配線層上にはんだ付された半導体チップなどからなるパワーデバイスとを備えたものが用いられていた。しかしながら、このパワーモジュールを長期間使用した場合、パワーデバイスの動作に伴う繰り返しの熱サイクルや、動作環境における温度変化等により、絶縁基板の伝熱層とヒートシンクとを接合しているはんだ層にクラックが発生するという問題があった。
【０００５】
上述したクラックが発生するのは、絶縁基板とヒートシンクとの線膨張係数の差が比較的大きいことが原因となっていた。そして、上述したクラックの発生を防止するために、ヒートシンクをＡｌ−ＳｉＣ複合材、Ｃｕ−Ｍｏ複合材などの絶縁基板に近い線膨張係数を有する材料により形成することが考えられたが、その場合、材料コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
そこで、一面にアルミニウム製配線層が形成されるとともに、他面にアルミニウム製伝熱層が形成されたセラミックス製絶縁基板と、絶縁基板の伝熱層にろう付されたアルミニウム製放熱基板と、放熱基板における絶縁基板にろう付された側と反対側の面にろう付されたアルミニウム製ヒートシンクとからなり、ヒートシンクの内部に冷却液流路が形成されたパワーモジュール用ベースが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１記載のパワーモジュール用ベースにおいてにおいては、絶縁基板の配線層上に半導体チップなどからなるパワーデバイスがはんだ付されてパワーモジュールとして用いられ、パワーデバイスから発せられた熱は、配線層、絶縁基板、伝熱層および放熱基板を経てヒートシンクに伝えられ、冷却液流路内を流れる冷却液に放熱される。
【０００７】
ところで、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースにおいては、絶縁基板、放熱基板およびヒートシンクのろう付の際の加熱時に絶縁基板、放熱基板およびヒートシンクが熱膨張するとともに熱膨張した状態でろう付され、加熱終了後絶縁基板、放熱基板およびヒートシンクが熱収縮する。ところが、比較的線膨張係数の大きいアルミニウムからなる放熱基板およびヒートシンクは、ろう付時の加熱により比較的大きく熱膨張しようとする傾向を示す。一方、絶縁基板を形成するセラミックスの線膨張係数は、アルミニウムの線膨張係数よりも小さいので、ろう付時の加熱によっても放熱基板およびヒートシンクほど大きく熱膨張しようとしない。その結果、放熱基板およびヒートシンクの熱収縮の度合も絶縁基板よりも大きくなる。このため、何も対策を講じなければ、ろう付終了後常温まで冷却された際に絶縁基板、放熱基板およびヒートシンクが熱収縮すると、収縮の度合が絶縁基板よりも放熱基板およびヒートシンクの方が大きくなって、放熱基板およびヒートシンクが絶縁基板により引っ張られ、放熱基板およびヒートシンクに反りなどの変形が発生し、放熱基板に発生した反りに起因して絶縁基板にも反りが発生する。
【０００８】
そして、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースにおいては、放熱基板の厚みを大きくすることにより、上述したような放熱基板およびヒートシンクの反りを抑制している。しかしながら、放熱基板の厚みを大きくすると、パワーデバイスからヒートシンクまでの熱伝導の経路が長くなり、放熱性能が低下することがある。
【特許文献１】特開２００３−８６７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明の目的は、上記問題を解決し、製造の際に放熱基板および絶縁基板への反りの発生を抑制することができ、しかも優れた放熱性能を有するパワーモジュール用ベースを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１１】
1)高熱伝導性材料からなる放熱基板と、放熱基板の一面に接合された絶縁基板と、絶縁基板における放熱基板に接合された側と反対側の面に設けられかつパワーデバイスが実装される配線層と、放熱基板の他面に設けられた放熱フィンと、放熱基板における放熱フィンが設けられた側の面に放熱フィンを覆うように固定され、かつ内部を冷却液が流れるようになされている冷却ジャケットとを備えており、配線層にパワーデバイスが実装されるパワーモジュール用ベースであって、
放熱基板に貫通穴が形成されており、配線層に実装されるパワーデバイスの少なくとも一部分が、平面から見て貫通穴と重複するようになされているパワーモジュール用ベース。
【００１２】
2)放熱基板に形成された貫通穴の数が１つである上記1)記載のパワーモジュール用ベース。
【００１３】
3)放熱基板に形成された貫通穴の数が複数である上記1)記載のパワーモジュール用ベース。
【００１４】
4)配線層に１つのパワーデバイスが搭載されるようになっている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【００１５】
5)配線層に複数のパワーデバイスが搭載されるようになっている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【００１６】
6)放熱基板に形成された貫通穴が円形である上記1)〜5)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【００１７】
7)放熱基板に形成された貫通穴の合計開口面積をＳｍｍ２、絶縁基板における放熱基板への接合面積をＳ０ｍｍ２とした場合、Ｓ／Ｓ０×１００で表される開口率が１０％以上である上記1)〜6)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【００１８】
8)絶縁基板と放熱基板、および放熱基板と放熱フィンとがそれぞれろう付されている上記1)〜7)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【００１９】
9)絶縁基板における配線層が設けられた側とは反対側の面に、高熱伝導性材料からなる伝熱層が設けられ、伝熱層と放熱基板とが接合されている上記1)〜8)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベース。
【００２０】
10)上記1)〜9)のうちのいずれかに記載のパワーモジュール用ベースと、パワーモジュール用ベースの絶縁基板の配線層上に、平面から見て少なくとも一部分が放熱基板の貫通穴と重複するように搭載されたパワーデバイスとを備えているパワーモジュール。
【発明の効果】
【００２１】
上記1)〜5)のパワーモジュール用ベースにおいて、絶縁基板、放熱基板および放熱フィンの接合を、たとえばろう付により行う場合、ろう付の際の加熱時に絶縁基板および放熱基板が熱膨張するとともに、熱膨張した状態でろう付され、加熱終了後絶縁基板および放熱基板が熱収縮する。ところが、放熱基板は、たとえばアルミニウムのような高熱伝導性材料で形成され、その線膨張係数が、絶縁基板の線膨張係数よりも大きいので、放熱基板の熱膨張の度合は絶縁基板よりも大きく、その結果放熱基板の熱収縮の度合も絶縁基板よりも大きくなる。このため、ろう付終了後常温まで冷却された際に絶縁基板および放熱基板が熱収縮した場合、収縮の度合が絶縁基板よりも放熱基板の方が大きくなって、放熱基板が絶縁基板により引っ張られ、その結果放熱基板に反りのような変形が発生するとともに、放熱基板に発生した反りに起因して絶縁基板にも反りが発生する。しかしながら、上記1)〜5)のパワーモジュール用ベースによれば、放熱基板に貫通穴が形成されているので、放熱基板と絶縁基板との熱膨張差によって発生する熱応力により生じる放熱基板の歪みが貫通穴により緩和され、その結果上述した放熱基板への反りの発生を抑制することができるとともに、放熱基板に発生した反りに起因する絶縁基板への反りの発生を抑制することができる。
【００２２】
しかも、配線層に搭載される発熱素子の少なくとも一部分が、平面から見て貫通穴と重複するようになされているので、このパワーモジュール用ベースを使用したパワーモジュールにおいては、冷却ジャケット内を流れる冷却液が、貫通穴を通して直接絶縁基板に接することになり、配線層上に、平面から見て少なくとも一部分が放熱基板の貫通穴と重複するように実装されたパワーデバイスの冷却効率が、特許文献１記載のパワーモジュール用ベースを用いた場合に比べて飛躍的に向上し、パワーデバイスからの放熱性能が優れたものになる。
【００２３】
上記6)のパワーモジュール用ベースによれば、貫通穴が円形であるから、放熱基板における貫通穴の周縁部への局部的な応力集中を防止することが可能となり、上述した放熱基板への反りの発生を一層効果的に抑制することができるとともに、放熱基板の反りに起因する絶縁基板への反りの発生を一層効果的に抑制することができる。
【００２４】
上記7)のパワーモジュール用ベースによれば、上述した放熱基板および絶縁基板への反りの発生を効果的に防止することができる。
【００２５】
上記8)のパワーモジュール用ベースのように、絶縁基板と放熱基板、および放熱基板と放熱フィンとがそれぞれろう付されている場合、ろう付の際の加熱時に絶縁基板および放熱基板が熱膨張するとともに、熱膨張した状態でろう付され、加熱終了後絶縁基板および放熱基板が熱収縮する。ところが、放熱基板は、たとえばアルミニウムのような高熱伝導性材料で形成され、その線膨張係数が、絶縁基板の線膨張係数よりも大きいので、放熱基板の熱膨張の度合は絶縁基板よりも大きく、その結果放熱基板の熱収縮の度合も絶縁基板よりも大きくなる。このため、ろう付終了後常温まで冷却された際に絶縁基板および放熱基板が熱収縮した場合、収縮の度合が絶縁基板よりも放熱基板の方が大きくなって、放熱基板が絶縁基板により引っ張られ、その結果放熱基板に反りのような変形が発生するとともに、放熱基板に発生した反りに起因して絶縁基板にも反りが発生する。しかしながら、上記1)〜7)のように構成されていると、放熱基板と絶縁基板との熱膨張差によって発生する熱応力により生じる放熱基板の歪みが貫通穴により緩和され、その結果上述した放熱基板への反りの発生を抑制することができるとともに、放熱基板に発生した反りに起因する絶縁基板への反りの発生を抑制することができる。
【００２６】
上記9)のパワーモジュール用ベースによれば、絶縁基板に実装されるパワーデバイスから伝わった熱が、伝熱層の面方向に拡散されて放熱基板に伝わるので、放熱基板、ひいては放熱フィンへの伝熱性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右というものとし、図２〜図５の下側を前、これと反対側を後というものとする。
【００２８】
図１および図２はこの発明の第１の実施形態のパワーモジュール用ベースを用いたパワーモジュールの全体構成を示す。
【００２９】
図１および図２において、パワーモジュールは、パワーモジュール用ベース(1)と、パワーモジュール(1)に実装された半導体チップなどからなるパワーデバイス(P)とを備えている。パワーモジュール用ベース(1)は、放熱基板(2)と、放熱基板(2)の上面にろう付された絶縁基板(3)と、放熱基板(2)の下面にろう付された放熱フィン(4)と、放熱基板(2)の下面に、放熱フィン(4)を覆うように固定された冷却ジャケット(5)とを備えている。
【００３０】
放熱基板(2)は、アルミニウム、銅などの高熱伝導性材料、ここではアルミニウムで形成されている。放熱基板(2)の肉厚は０．１〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．４ｍｍ程度であることが望ましい。放熱基板(2)の中央部には、１つの円形貫通穴(6)が形成されている。
【００３１】
絶縁基板(3)は、必要とされる絶縁特性、熱伝導率および機械的強度を満たしていれば、どのような絶縁材料から形成されていてもよいが、たとえばセラミックから形成される場合、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などが用いられる。絶縁基板(3)の肉厚は０．１〜１ｍｍであることが好ましい。絶縁基板(3)上面に配線層(7)が設けられるとともに下面に伝熱層(8)が設けられている。配線層(7)は、導電性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、電気伝導率が高く、変形能が高く、しかもパワーデバイスとのはんだ付け性に優れた純度の高い純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。そして、配線層(7)上に、１つのパワーデバイス(P)が、たとえばはんだ付で接合されることにより実装されている。伝熱層(8)は、熱伝導性に優れたアルミニウム、銅などの金属により形成されるが、熱伝導率が高く、変形能が高く、しかも溶融したろう材との濡れ性に優れた純度の高い純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。また、配線層(7)および伝熱層(8)は同一材料で形成されていることが好ましい。さらに、配線層(7)および伝熱層(8)の肉厚は、０．１〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．６ｍｍ程度であることが望ましい。そして、伝熱層(8)が放熱基板(2)にろう付されている。なお、配線層(7)および伝熱層(8)が予め設けられた絶縁基板(3)としては、ＤＢＡ(Direct Brazed Alminum、登録商標)基板や、ＤＢＣ(Direct Bonded Copper、登録商標)基板などを用いることができる。
【００３２】
ここで、貫通穴(6)の開口面積をＳｍｍ２、絶縁基板(3)における放熱基板(2)への接合面積、すなわち伝熱層(8)の面積をＳ０ｍｍ２とした場合、Ｓ／Ｓ０×１００で表される開口率(％)は１０％以上であることが好ましい。この場合、後述するパワーモジュール用ベース(1)の製造の際の放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、および放熱基板(2)と放熱フィン(4)とのろう付時に、放熱基板(2)および絶縁基板(3)に反りが発生することを効果的に抑制しうる。
【００３３】
また、配線層(7)上に実装されたパワーデバイス(P)の全体が、図２に示すように、平面から見て放熱基板(2)の貫通穴(6)と重複している。なお、パワーデバイス(P)は、少なくとも一部分が、平面から見て放熱基板(2)の貫通穴(6)と重複していればよい。
【００３４】
放熱フィン(4)は、アルミニウム、銅などの高熱伝導性材料、ここではアルミニウムで形成されており、波頂部、波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部とからなるコルゲート状であり、波頂部および波底部の長さ方向を前後方向に向けて、放熱基板(2)にろう付されている。放熱フィン(4)の肉厚は０．５ｍｍ、フィン高さ１０ｍｍ、フィンピッチ０．５ｍｍ程度である。
【００３５】
冷却ジャケット(5)は放熱基板(2)と同じ材料、ここではアルミニウムで形成されており、放熱基板(2)の下面の左右両側縁部にろう付された左右１対のアルミニウム製側板(5a)と、両側板(5a)の下端に跨るようにろう付された底板(5b)とを備えている。なお、通常、放熱基板(2)と冷却ジャケット(5)の側板(5a)および底板(5b)は、図２に示すよりも前後方向に長く形成されているとともに、放熱基板上に複数の絶縁基板(3)が配置され、各絶縁基板(3)の配線層(7)上に１または複数のパワーデバイス(P)が実装されるようになっている。そして、図示は省略したが、放熱基板(2)と冷却ジャケット(5)の側板(5a)および底板(5b)により形成される一端開口が冷却液入口パイプが設けられた閉鎖板により塞がれるとともに、他端開口が冷却液出口パイプが設けられた閉鎖板により塞がれ、冷却液入口パイプから送り込まれた冷却液が冷却ジャケット(5)内を流れ、冷却液出口パイプから送り出されるようになっている。
【００３６】
なお、パワーモジュール用ベース(1)において、絶縁基板(3)の下面に伝熱層(8)が形成されず、絶縁基板(3)が直接放熱基板(2)にろう付されることがある。この場合、絶縁基板(3)における放熱基板(2)への接合面積は、絶縁基板(3)の面積となる。
【００３７】
パワーモジュール用ベース(1)は次のようにして製造される。
【００３８】
すなわち、絶縁基板(3)の下面に放熱基板(2)を積層し、放熱基板(2)の下面に放熱フィン(4)、冷却ジャケット(5)の側板(5a)および底板(5b)を配置する。放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)との間、放熱基板(2)と放熱フィン(4)および側板(5a)との間、ならびに底板(5b)と放熱フィン(4)および側板(5a)との間には、それぞれＡｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金などからなるシート状アルミニウムろう材を介在させておく。
【００３９】
ついで、放熱基板(2)、絶縁基板(3)、放熱フィン(4)、ならびに冷却ジャケット(5)の側板(5a)および底板(5b)を適当な手段で仮止めし、接合面に適当な荷重を加えながら、真空雰囲気中または不活性ガス雰囲気中において、５７０〜６００℃に加熱することによって、放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、放熱基板(2)と放熱フィン(4)、放熱基板(2)と側板(5a)、放熱フィン(4)および側板(5a)と底板(5b)とをそれぞれ同時にろう付する。こうして、パワーモジュール用ベース(1)が製造される。
【００４０】
上述したろう付の際の加熱時には、絶縁基板(3)、配線層(7)、伝熱層(8)、放熱基板(2)、放熱フィン(4)、側板(5a)および底板(5b)が熱膨張するとともに、熱膨張した状態でろう付され、加熱終了後これらは熱収縮する。ここで、放熱基板(2)の熱膨張の度合は絶縁基板(3)よりも大きく、その結果放熱基板(2)の熱収縮の度合も絶縁基板(3)およびよりも大きくなる。このため、ろう付終了後常温まで冷却された際に絶縁基板(3)および放熱基板(2)が熱収縮した場合、収縮の度合が絶縁基板(3)よりも放熱基板(2)の方が大きくなって、放熱基板(2)が絶縁基板(3)により引っ張られて反るように変形し、放熱基板(2)の反りに起因して絶縁基板(3)にも反りが発生しようとする。しかしながら、放熱基板(2)に円形の貫通穴(5)が形成されているので、放熱基板(2)における貫通穴(5)の周縁部への局部的な応力集中を防止することが可能となり、放熱基板(2)と絶縁基板(3)との熱膨張差によって発生する熱応力により生じる放熱基板(2)の歪みが貫通穴(5)により効果的に緩和され、その結果上述した放熱基板(2)および絶縁基板(3)への反りの発生を抑制することができる。
【００４１】
上述したパワーモジュールは、たとえば電動モータを駆動源の一部とするハイブリットカーのインバータ回路に適用され、運転状況に応じて電動モータに供給する電力を制御する。
【００４２】
この際、パワーデバイス(P)から発せられた熱は、配線層(7)、絶縁基板(3)、伝熱層(8)および放熱基板(2)を経て放熱フィン(4)に伝えられ、放熱フィン(4)から冷却ジャケット(5)内を流れる冷却液に放熱される。このとき、冷却液が、貫通穴(5)を通して直接伝熱層(8)に接することになり、配線層(7)上に実装されたパワーデバイス(P)の冷却効率が飛躍的に向上し、パワーデバイス(P)からの放熱性能が優れたものになる。
【００４３】
図３〜図５は、この発明の他の実施形態を示す。
【００４４】
図３に示す第２の実施形態の場合、パワーモジュール用ベース(10)の放熱基板(2)の中央部には比較的大きな１つの円形貫通穴(11)が形成されている。そして、このパワーモジュール用ベース(10)の配線層(7)には、複数、ここでは４つのパワーデバイス(P)が、各パワーデバイス(P)の少なくとも一部分が、平面から見て放熱基板(2)の貫通穴(11)と重複するように、はんだ付により接合されている。
【００４５】
図４に示す第３の実施形態の場合、パワーモジュール用ベース(15)の放熱基板(2)の中央部には、複数、ここでは９つの円形貫通穴(16)が前後、左右に並んで形成されている。各貫通穴(16)の大きさは同一である。そして、このパワーモジュール用ベース(15)の配線層(7)には、１つのパワーデバイス(P)が、その少なくとも一部分が、平面から見て放熱基板(2)のすべての貫通穴(16)と重複するように、はんだ付により接合されている。
【００４６】
図５に示す第４の実施形態の場合、パワーモジュール用ベース(20)の放熱基板(2)には、複数、ここでは４つの円形貫通穴(21)が前後、左右に並んで形成されている。各貫通穴(21)の大きさは同一である。そして、このパワーモジュール用ベース(20)の配線層(7)には、貫通穴(21)と同数、すなわち４つのパワーデバイス(P)が、各パワーモデバイス(P)の少なくとも一部分が、平面から見て放熱基板(2)の各貫通穴(21)と重複するように、はんだ付により接合されている。
【００４７】
なお、第４の実施形態の場合のように、放熱基板(2)に形成される貫通穴が複数で、配線層(7)上に実装されるパワーデバイス(P)が複数の場合、両者の数は異なっていてもよい。
【００４８】
第２〜第４の実施形態においても、放熱基板(2)に形成された貫通穴(6)(11)(16)(21)の合計開口面積をＳｍｍ２、絶縁基板(3)における放熱基板(2)への接合面積をＳ０ｍｍ２とした場合、Ｓ／Ｓ０×１００で表される開口率(％)は１０％以上であることが好ましい。なお、合計開口面積：Ｓｍｍ２は、第２の実施形態の場合は１つの貫通穴(11)の開口面積であり、第３および第４の実施形態の場合は全貫通穴(16)(21)の開口面積の合計である。
【００４９】
次に、この発明によるパワーモジュール用ベースについての実験例を、比較実験例とともに示す。
【００５０】
実験例１
窒化アルミニウムからなりかつ厚さが０．６３５ｍｍの絶縁基板(3)の両面に、純度９９．９％の純アルミニウムからなり、かつ厚さが０．４ｍｍ、縦横の寸法が５０×３５ｍｍである配線層(7)および伝熱層(8)を設けておいた。
【００５１】
また、JIS Ａ１１００からなりかつ厚さ０．５ｍｍ、ピッチ０．５ｍｍのコルゲートフィン(4)と、JIS Ａ３００３からなりかつ厚さが３ｍｍ、縦横の寸法が１００×５０ｍｍである放熱基板(2)および冷却ジャケット(5)の底板(5b)とを用意した。放熱基板(2)の中央部には直径１５ｍｍの円形貫通穴(6)を形成しておいた。
【００５２】
そして、絶縁基板(3)、放熱基板(2)、コルゲートフィン(4)および底板(5b)を、絶縁基板(3)の伝熱層(8)と放熱基板(2)との間、放熱基板(2)とコルゲートフィン(4)との間、およびコルゲートフィン(4)と底板(5b)との間にそれぞれ厚さ０．１ｍｍのシート状アルミニウムろう材を介在させた状態で積層した。このとき、放熱基板(2)の貫通穴(6)が平面から見て伝熱層(8)の中央部に位置するようにした。その後、これらを６００℃に加熱して、放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、放熱基板(2)と放熱フィン(4)、放熱フィン(4)と底板(5b)とをそれぞれ同時にろう付した。
【００５３】
実験例２
放熱基板(2)に形成された円形貫通穴(6)の直径を２０ｍｍとしたことを除いては、上記実験例１と同様にして、放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、放熱基板(2)と放熱フィン(4)、放熱フィン(4)と底板(5b)とをそれぞれ同時にろう付した。
【００５４】
実験例３
放熱基板(2)に形成された円形貫通穴(6)の直径を３０ｍｍとしたことを除いては、上記実験例１と同様にして、放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、放熱基板(2)と放熱フィン(4)、放熱フィン(4)と底板(5b)とをそれぞれ同時にろう付した。
【００５５】
実験例４
放熱基板(2)に、直径５ｍｍの９つの円形貫通穴(16)を、平面から見て全貫通穴(16)が伝熱層(8)と重複するように、前後、左右に等間隔を置いて並ぶように形成したことを除いては、上記実験例１と同様にして、放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、放熱基板(2)と放熱フィン(4)、放熱フィン(4)と底板(5b)とをそれぞれ同時にろう付した。
【００５６】
比較実験例
放熱基板(2)に貫通穴を形成しなかったことを除いては、上記実験例１と同様にして、放熱基板(2)と絶縁基板(3)の伝熱層(8)、放熱基板(2)と放熱フィン(4)、放熱フィン(4)と底板(5b)とをそれぞれ同時にろう付した。
【００５７】
なお、上記実験例１〜４および比較実験例においては、冷却ジャケット(5)の側板(5a)は省略した。
【００５８】
評価試験
実験例１〜４および比較実験例のろう付終了後、図６に示すような絶縁基板(3)の反り量：Ｄｍｍを測定した。これらの測定結果を、貫通穴の直径、貫通穴の数、開口率(％)＝Ｓ／Ｓ０×１００とともに表１に示す。
【表１】
2008124187.tif 000003
【００５９】
なお、表１中の反り量は、比較実験例の結果を１００とした場合の、相対値として示している。
【００６０】
表１から明らかなように、放熱基板(2)に貫通穴(6)(16)を形成しておいた実験例１〜４においては、反り量：Ｄｍｍが、貫通穴を形成しておかなかった比較実験例に比べて小さくなることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の第１の実施形態のパワーモジュール用ベースを用いたパワーモジュールの垂直拡大断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態のパワーモジュール用ベースを用いたパワーモジュールの平面図である。
【図３】この発明の第２の実施形態のパワーモジュール用ベースを用いたパワーモジュールの平面図である。
【図４】この発明の第３の実施形態のパワーモジュール用ベースを用いたパワーモジュールの平面図である。
【図５】この発明の第４の実施形態のパワーモジュール用ベースを用いたパワーモジュールの平面図である。
【図６】実験例および比較実験例の評価試験の際に測定した絶縁基板の反り量を示す垂直拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
(1)(10)(15)(20)：パワーモジュール用ベース
(2)：放熱基板
(3)：絶縁基板
(4)：放熱フィン
(5)：冷却ジャケット
(6)(16)(21)：貫通穴
(7)：配線層
(8)：伝熱層
(P)：パワーデバイス
【図１】
2008124187.tif 000004
【図２】
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【図３】
2008124187.tif 000006
【図４】
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【図５】
2008124187.tif 000008
【図６】
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