(57)【要約】【課題】絶縁基板と金属ベース板との半田接合部の信頼性が高い電力用半導体装置を提供する。【解決手段】金属ベース板１１０の中で、少なくとも絶縁基板４の四隅部に対応する部位に、絶縁基板４と同等又は近傍の線膨張率を有する低線膨張材１１４を配置する。絶縁基板４と金属ベース板１１０の半田接合部において、熱サイクルによる剪断応力を緩和し、半田クラックの発生を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板の一方面に固着された電力用半導体チップと、
前記絶縁基板の他方面に接合された金属ベース板と
を備える電力用半導体装置であって、
前記金属ベース板は、少なくとも前記絶縁基板の四隅部に対応する部位に、前記金属ベース板の他の部位よりも線膨張率が低い低線膨張材を備えることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記金属ベース板は、前記絶縁基板の一対の対辺に対応する部位に、前記低線膨張材を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記金属ベース板は、前記絶縁基板の外周に対応する部位に、前記低線膨張材を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記金属ベース板は、前記電力用半導体チップに対応する部位に、前記金属ベース板の他の部位よりも熱伝導率の高い高熱伝導材をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記高熱伝導材は、前記金属ベース板の厚みより少ない厚みを備えることを特徴とする請求項４に記載の電力用半導体装置。
【請求項６】
前記低線膨張材は、前記金属ベース板の厚みより少ない厚みを備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電力用半導体装置。
【請求項７】
前記低線膨張材は、前記絶縁基板の線膨張率と略同等の線膨張率を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電力用半導体装置。
【請求項８】
前記低線膨張材は、前記高熱伝導材の線膨張率より小さく、かつ前記絶縁基板の線膨張率よりも大きな線膨張率を備えることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の電力用半導体装置。
【請求項９】
前記低線膨張材は、前記金属ベース板の厚みより少ない厚みをさらに備えることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の電力用半導体装置。
【請求項１０】
金属ベース板の製造方法であって、
金属板よりも線膨張率の低い低線膨張材の板を前記金属板で上下から挟んだ積層板を構成する工程と、
前記積層板を圧延加工して圧延板を作成する工程と、
前記圧延板の断面が前記金属ベース板の主面となるように前記圧延板を切削する工程と
を備えることを特徴とする金属ベース板の製造方法。
【請求項１１】
金属ベース板の製造方法であって、
低線膨張材よりも熱伝導率の高い高熱伝導材の板を、金属板よりも線膨張率の低い前記低線膨張材の板で上下から挟んだ第１積層板を構成する工程と、
前記第１積層板を前記金属板で上下から挟んだ第２積層板を構成する工程と、
前記第２積層板を圧延加工して圧延板を作成する工程と、
前記圧延板の断面が前記金属ベース板の主面となるように前記圧延板を切削する工程と
を備えることを特徴とする金属ベース板の製造方法。
【請求項１２】
前記低線膨張材は、前記金属ベース板の一方面に接合される絶縁基板の線膨張率と略同等の線膨張率を備えることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の金属ベース板の製造方法。
【請求項１３】
前記低線膨張材は、前記高熱伝導材の線膨張率より小さく、かつ前記金属ベース板の一方面に接合される絶縁基板の線膨張率よりも大きな線膨張率を備えることを特徴とする請求項１１に記載の金属ベース板の製造方法。
【請求項１４】
前記低線膨張材はＣｕＭｏであり、前記高熱伝導材はＣｕであることを特徴とする請求項１１に記載の金属ベース板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関し、特に絶縁基板と金属ベース板とを半田接合した電力用半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電力用半導体チップを備える電力用半導体装置は、一般に、Ｃｕ（銅）等の材料からなる金属ベース板上に、電力用半導体チップが絶縁基板を介して固着された構造を有する。そして絶縁基板は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミック材料が用いられる。
【０００３】
このような構造を持つ電力用半導体装置は、絶縁基板の線膨張率（Ａｌ2Ｏ3：６．７ｐｐｍ／℃，ＡｌＮ：４．７ｐｐｍ／℃）と、金属ベース板の線膨張率（Ｃｕ：１６．７×ｐｐｍ／℃）との差が大きいため、その接合部である半田接合部に温度サイクルにより剪断応力が発生する。そしてこの剪断応力は、絶縁基板と金属ベース板の接合面の中で、特に絶縁基板の四隅部に集中して発生する。その結果として四隅部から半田クラックが発生するに至っていた。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術が特許文献１，２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−６１０５２号公報
【特許文献２】特開平８−３１６３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の電力用半導体装置は以上のように構成されているので、絶縁基板と金属ベース板を接続する半田接合部の信頼性は低くなっている。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためなされたものであり、絶縁基板と金属ベース板との間の半田接合部の信頼性が高い電力用半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力用半導体装置においては、絶縁基板と、前記絶縁基板の一方面に固着された電力用半導体チップと、前記絶縁基板の他方面に接合された金属ベース板とを備える電力用半導体装置であって、前記金属ベース板は、少なくとも前記絶縁基板の四隅部に対応する部位に、前記金属ベース板の他の部位よりも線膨張率が低い低線膨張材を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力用半導体装置は、絶縁基板と金属ベース板の半田接合部において、熱サイクルによる剪断応力を緩和し、半田クラックの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る電力用半導体装置の中核部分を示す上面図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１線断面図を示している。
【００１１】
一方面に回路パターン３を有し、他方面に半田付けパターン６（図２参照）を有する絶縁基板４が、金属ベース板１１０上に固着されている。絶縁基板４と金属ベース板１１０は、半田付けパターン６と金属ベース板１１０が対向するように半田接合部７を介して固着されている。回路パターン３上には、電力用半導体チップ１，２が半田接合部５を介して固着されている。電力用半導体チップ１は、例えばＩＧＢＴチップである。また電力用半導体チップ２は、例えば還流ダイオードチップである。
【００１２】
絶縁基板４は、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるセラミックスを材料としている。また、回路パターン３及び半田付けパターン６はＣｕ（銅）合金（Ｃｕ自体を含む：本明細書において同様）若しくはＡｌ（アルミニウム）合金（Ａｌ自体を含む：本明細書において同様）を材料としている。
【００１３】
金属ベース板１１０は、金属枠１１２及び低線膨張材１１４から構成されている。金属枠１１２は、例えば鉄（Ｆｅ）を材料としている。そして、絶縁基板４の四隅部に対応する部位に、金属ベース板１１０の他の部位よりも線膨張率が低い低線膨張材１１４が配置されている。低線膨張材１１４は、例えば、絶縁基板４の線膨張率（Ａｌ2Ｏ3：６．７ｐｐｍ／℃，ＡｌＮ：４．７ｐｐｍ／℃）と同等若しくは近傍（すなわち略同等）の線膨張率を有しており、モリブデン（Ｍｏ：５．１ｐｐｍ／℃）から構成されている。金属ベース板１１０は、絶縁基板４のヒートシンクとして機能する。金属ベース板１１０の四隅部には、ネジを通すためのネジ穴１１１が設けられている。このネジ穴１１１により放熱フィン（図示せず）をネジ締めし、取り付けることができるようになっている。
【００１４】
図３は金属ベース板１１０の上面図を示す。そして図４は、図３のＢ１−Ｂ１線断面図を示す。金属ベース板１１０は、上述したように、金属枠１１２と低線膨張材１１４とから構成されている。金属枠１１２には、絶縁基板４の四隅部に対応する位置に開口部１１３が設けられている。開口部１１３内には、低線膨張材１１４が挿入されている。そして低線膨張材１１４は溶接等によって金属枠１１２と接合され一体化している。
【００１５】
従来の電力用半導体装置では、絶縁基板の線膨張率と、金属ベース板の線膨張率との差が大きいため、四隅部から半田クラックが発生するに至っていた。本実施の形態では、四隅部に低線膨張材１１４が配置されている。ここで低線膨張材１１４は、金属ベース板１１０の低線膨張材１１４の配置された部位以外の部位よりも線膨張率が低い材料に選ばれている。従って、金属ベース板１１０の絶縁基板４の四隅部に対応する部位と絶縁基板４との線膨張率の差が小さくなっている。その結果、絶縁基板４と金属ベース板１１０の線膨張率の差が大きいことに起因して発生する剪断応力を緩和することができる。そして半田クラックの発生を抑制し、半田接合部７の信頼性を向上することができる。
【００１６】
また、モリブデン等の低線膨張材は非常に高価である。本実施の形態では、絶縁基板４の四隅部の下方にのみ低線膨張材１１４が用いられている。低線膨張材１１４の材料費を抑え、製造コストを下げることができる。
【００１７】
さらに、金属枠１１２は、安価な金属である鉄等を材料としている。そのため、製造コストを抑えることができる。また金属枠１１２は、打ち抜きプレス加工法により簡易に製造することもできる。金属枠１１２の材料には、鉄以外に安価な金属を用いても良い。例えば軽量化が特に要求される用途では、鉄よりも軽量化に優れ、同じく安価な金属であるＡｌを枠体材料に用いることもできる。
【００１８】
実施の形態２．
図５は本実施の形態に係る電力用半導体装置に使用される金属ベース板１２０の上面図を示している。また図６は、図５のＡ２−Ａ２線断面図を示している。実施の形態２は、実施の形態１に係る電力用半導体装置の金属ベース板１１０（図１，２参照）に代えて金属ベース板１２０を使用している。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
金属ベース板１２０は、金属枠１２２及び低線膨張材１２４から構成されている。低線膨張材１２４は、長手方向の長さが絶縁基板４（図１参照）の一方対辺と略等しい長方形の形状を有しており、絶縁基板４の一方対辺に対応する位置に配置されている。
【００２０】
金属枠１２２には、複数の開口部１２３が設けられている。開口部１２３は、金属ベース板１２２の上面からみて、絶縁基板４の一方対辺と略等しい長さの長方形の形状に形成されている。そして、絶縁基板４の一方対辺に対応する位置にそれぞれ配置されている。開口部１２３内には、低線膨張材１２４が溶接等によって金属枠１２２と接合され一体化している。
【００２１】
以上のように構成されているので、実施の形態１と同様の効果を有する。さらに本実施の形態に用いられる金属ベース板１２０は、１つの絶縁基板４に対して２つの低線膨張材１２４を用いている。１つの絶縁基板４に対して４つの低線膨張材１１４を用いる実施の形態１に比べて組み立てが容易になる。
【００２２】
なお、本実施の形態では、金属ベース板１２０において、絶縁基板４の一方対辺に対応する位置に低線膨張材１２４を配置したが、他方対辺に対応する位置に低線膨張材を配置するようにしてもよい。
【００２３】
実施の形態３．
図７は、本実施の形態に係る電力用半導体装置に使用される金属ベース板１３０の上面図を示す。図８は金属ベース板１３０のＡ３−Ａ３線断面図を示す。本実施の形態３は、実施の形態１に係る電力用半導体装置の金属ベース板１１０（図１，２参照）に代えて金属ベース板１３０を使用している。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２４】
金属ベース板１３０は、金属枠１３２、低線膨張材１３４及び金属片１３６から構成されている。四角の環形状に形成された低線膨張材１３４が、絶縁基板４（図１参照）の外周に対応する位置に配置されている。そして、低線膨張材１３４の中心部には金属片１３６が配置されている。金属片１３６は、金属枠１３２と同一の材料から構成されている。
【００２５】
図９は、金属枠１３２の上面図を示す。図１０は、図９のＢ３−Ｂ３線断面図を示す。金属枠１３２は、絶縁基板４と略等しい面積の四角形状に打ち抜いた開口部１３３を有している。図１１は、金属枠１３２の開口部１３３に挿入される低線膨張材１３４の上面図を示す。そして図１２は、図１１のＣ３−Ｃ３線断面図を示す。低線膨張材１３４は、矩形の開口部１３５を有し、上面からみて四角の環形状に形成されている。この低線膨張材１３４は、金属枠１３２の開口部１３３と溶接等により接合され一体化している。
【００２６】
図１３は金属片１３６の上面図を示す。図１４は、図１３のＤ３−Ｄ３線断面図を示す。金属片１３６は、低線膨張材１３４に設けられた開口部１３５の大きさと略等しい長方形の形状を有している。そして、低線膨張材１３４に設けられた開口部１３５に溶接等されて一体化されている。なお、金属片１３６の材料は、金属枠１３２と同一の材料以外のものであってもよい。
【００２７】
以上のように構成されているので、実施の形態２と同様の効果を有する。さらに、絶縁基板４（図１参照）に対して、１つの低線膨張材１３４を用いているので、実施の形態１，２に比べて組み立てが容易になる。
【００２８】
なお低線膨張材１３４の形状は、四角の環形状でなくてもよい。絶縁基板４の四隅部に対応する位置に低線膨張材が配置されるのであれば、Ｕ形、Ｈ形、Ｎ形、Ｘ形等の形状であってもよい。これらの形状にした場合にも、絶縁基板４に対して一つの低線膨張材を用いればよいので、組み立てを簡易にすることができる。本実施の形態で示した四角の環形状では、低線膨張材１３４の中心部に金属片１３６を必要とするが、Ｕ形、Ｈ形、Ｎ形、Ｘ形の形状ではその必要がなくなるため、さらに組み立てが容易になる。
【００２９】
また、四角の環形状ではなく、絶縁基板４に対応する部位を全て低線膨張材とする構成にしてもよい。この場合、低線膨張材の使用量が増えるので製造コストは上昇するが、組み立てをさらに容易にすることができる。
【００３０】
実施の形態４．
図１５は、本実施の形態に係る電力用半導体装置に用いられる金属ベース板１４０を示す上面図である。また図１６は、図１５のＡ４−Ａ４線断面図である。本実施の形態４は、実施の形態１の金属ベース板１１０に代えて金属ベース板１４０を使用している。その他の構成は実施の形態１又は実施の形態３と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３１】
金属ベース板１４０は、金属枠１３２、低線膨張材１１４及び高熱伝導材１４７から構成されている。電力用半導体チップ１，２（図１参照）に対応する部位に、金属ベース板１４０の他の部位よりも熱伝導率の高い高熱伝導材１４７が配置されている。
【００３２】
高熱伝導材１４７は、例えばＣｕ（銅）を材料としている。金属枠１３２は、絶縁基板４（図１参照）と略等しい面積の四角形状に打ち抜いた開口部１３３（図９，１０参照）を有している。開口部１３３には、低線膨張材１１４と高熱伝導材１４７が挿入されている。絶縁基板４の四隅部に対応する部位には、低線膨張材１１４が配置されている。
【００３３】
低線膨張材１１４は、例えば、絶縁基板４の線膨張率（Ａｌ2Ｏ3：６．７ｐｐｍ／℃，ＡｌＮ：４．７ｐｐｍ／℃）と同等若しくは近傍（すなわち略同等）の線膨張率を有するモリブデン（Ｍｏ：５．１ｐｐｍ／℃）から構成されている。ここで低線膨張材１１４は、金属ベース板１４０の低線膨張材１１４の配置された部位以外の部位よりも線膨張率が低い材料であればよく、高熱伝導材１４７の線膨張率より小さく、絶縁基板４の線膨張率よりも大きな線膨張率の材料であってもよい。
【００３４】
低線膨張材１１４に占められる面積以外の部分には、高熱伝導材１４７が配置されている。これらの低線膨張材１１４と高熱伝導材１４７は、金属枠１３２の開口部３０４に溶接等により接合され、金属枠１３２と一体化している。そして、低線膨張材１１４と高熱伝導材１４７も溶接等により接合され一体化している。
【００３５】
従来の電力用半導体装置では、絶縁基板の線膨張率と、金属ベース板の線膨張率との差が大きいため、四隅部から半田クラックが発生するに至っていた。本実施の形態では、四隅部に低線膨張材１１４が配置されている。ここで低線膨張材１１４は、金属ベース板１４０の低線膨張材１１４の配置された部位以外の部位よりも線膨張率が低い材料、若しくは高熱伝導材１４７の線膨張率より小さく、絶縁基板４の線膨張率よりも大きな線膨張率の材料に選ばれている。従って、金属ベース板１４０の絶縁基板４の四隅部に対応す部位と絶縁基板４との線膨張率の差が小さくなっているので、半田クラックの発生を抑制できる。
【００３６】
また、実施の形態１に示した構成のように、金属ベース板において、電力用半導体チップ１，２に対応する部位を金属にした構成では、熱伝導率が低いので放熱性が悪化する。電力用半導体チップ１，２に対応する部位を全て低線膨張材にした場合にも、低線膨張材は熱伝導率が低いので、放熱性が悪くなる。放熱性を高めるため、低線膨張材が配置されている部位以外の部位を全て高熱伝導材（例えば銅）で構成した場合、鉄に比べて材料コストが増加し、加工性も悪化する。そこで、本実施の形態の金属ベース板１４０は、発熱体である電力用半導体チップ１，２に対応する部位に高熱伝導材１４７が配置されている。その結果、加工性の悪化や材料コストの増加を抑えて、放熱性を向上することができる。
【００３７】
実施の形態５．
図１７は、本実施の形態に係る電力用半導体装置に用いられる金属ベース板１５０を示す上面図である。また図１８は、図１７のＡ５−Ａ５線断面図である。本実施の形態５は、実施の形態１の金属ベース板１１０に代えて金属ベース板１５０を使用している。その他の構成は実施の形態１又は実施の形態３と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３８】
低線膨張材１５４が、絶縁基板４（図１参照）の一方対辺に対応する部位にそれぞれ配置されている。そして、低線膨張材１５４に挟まれて高熱伝導材１５７が電力用半導体チップ１，２に対応する部位に配置されている。
【００３９】
低線膨張材１５４と高熱伝導材１５７は、溶接等によって金属枠１３２と接合され一体化している。また、低線膨張材１５４と高熱伝導材１５７の接合も溶接等によって一体化している。
【００４０】
以上のように構成されているので、実施の形態２と同様の効果を有する。さらに、電力用半導体チップ１，２に対応する部位に高熱伝導材１５７が配置されている。実施の形態２に示した構成のように、金属ベース板において、電力用半導体チップ１，２に対応する部位を金属にした構成では、熱伝導率が低いので放熱性が悪化する。電力用半導体チップ１，２に対応する部位を全て低線膨張材にした場合にも、低線膨張材は熱伝導率が低いので、放熱性が悪くなる。放熱性を高めるため、低線膨張材が配置されている部位以外の部位を全て高熱伝導材（例えば銅）で構成した場合、鉄に比べて材料コストが増加し、加工性も悪化する。そこで、本実施の形態の金属ベース板１５０は、発熱体である電力用半導体チップ１，２に対応する部位に高熱伝導材１５７が配置されている。その結果、加工性の悪化や材料コストの増加を抑えて、放熱性を向上することができる。
【００４１】
なお、本実施の形態では、一方対辺の下方に低線膨張材１５４を配置したが、他方対辺の下方に低線膨張材１５４を配置するようにしてもよい。また、低線膨張材の線膨張率は、高熱伝導材より小さく、絶縁基板よりも大きいものであってもよい。この場合でも、半田クラックの発生を緩和することができる。
【００４２】
実施の形態６．
本実施の形態６は、実施の形態１の金属ベース板１１０に代えて金属ベース板１６０を使用している。その他の構成は実施の形態１又は実施の形態３と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
図１９は金属ベース板１６０の構造を示す上面図である。また、図２０は、図１９のＡ６−Ａ６線断面図である。金属ベース板１６０は、低線膨張材１３４の開口部１３５に高熱伝導材１６７が挿入されている。その他の構成は、実施の形態３で示した金属ベース板１３０と同一であり、同一の構成には同一の符号を付し、詳細な説明は重複するので省略する。
【００４４】
以上の説明したように構成されているので、実施の形態３と同様の効果を有する。さらに、金属ベース板１６０は、電力用半導体チップに対応する部位に高熱伝導材１６７が配置されている。実施の形態３に示した構成のように、金属ベース板において、電力用半導体チップ１，２に対応する部位を金属にした構成では、熱伝導率が低いので放熱性が悪化する。電力用半導体チップ１，２に対応する部位を全て低線膨張材にした場合にも、低線膨張材は熱伝導率が低いので、放熱性が悪くなる。そして放熱性を高めるため、低線膨張材が配置されている部位以外の部位を全て高熱伝導材（例えば銅）で構成した場合、鉄に比べて材料コストが増加し、加工性も悪化する。そこで、本実施の形態の金属ベース板１６０は、発熱体である電力用半導体チップ１，２に対応する部位に高熱伝導材１６７が配置されている。その結果、加工性の悪化や材料コストの増加を抑えて、放熱性を向上することができる。
【００４５】
なお、低線膨張材の線膨張率は、高熱伝導材より小さく、絶縁基板よりも大きいものであってもよい。この場合でも、半田クラックの発生を緩和することができる。
【００４６】
実施の形態７．
図２１は、本実施の形態に係る電力用半導体装置に用いられる金属ベース板１７０の上面図を示している。また図２２は、図２１のＡ７−Ａ７線断面図を示す。
【００４７】
本実施の形態７は、実施の形態１の金属ベース板１１０に代えて金属ベース板１７０を使用している。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
本実施の形態においては、実施の形態３に示された金属ベース板１７０のうち、低線膨張材１７４の厚みを、金属ベース板１７０の厚みの半分程度に薄くしている（図２２参照）。
【００４９】
図２３は、金属枠１７２の上面図を示している。図２４は、金属枠１７２のＡ７−Ａ７線断面図を示している。金属枠１７２には、四角形の環形状の溝部１７３が設けられている。溝部１７３の深さは、金属ベース板１７０の厚みの半分程度に形成されている。そして金属枠１７２の溝部１７３と低線膨張材１７４とは溶接等により一体化されている。
【００５０】
本実施の形態に係る電力用半導体装置は、上述した構造を有しているので、実施の形態３と同様の効果を有する。また、本実施の形態では、低線膨張材の厚みを金属ベース板１７０の厚みの約半分にしている。その結果、高価な低線膨張材の使用量を半減できるので、製造コストをさらに抑えることができる。
【００５１】
実施の形態７の変形例１．
本実施の形態では、実施の形態３の構成を例として示したが、他の実施の形態にも適用することが出来る。例えば図２５，２６は、実施の形態１に適用した構成を示している。図２５は、変形例１に用いられる金属ベース板１８０の上面図を示す。図２６は、図２５のＣ７−Ｃ７線断面図を示している。
【００５２】
金属ベース板１８０は、溝部１８３と低線膨張材１８４を有している。溝部１８３の深さは金属ベース板１８０の半分程度である。それぞれの溝部１８３には、低線膨張材１８４が挿入され、金属枠１８２と溶接等により一体化している。
【００５３】
金属ベース板１８０は、低線膨張材の使用量を減らせるので、製造コストを抑えることができる。
【００５４】
実施の形態７の変形例２．
また、図２７，２８は実施の形態６に適用した構成を示す。図２８は、図２７のＤ７−Ｄ７線断面図を示している。金属ベース板１９０は、金属枠１９２と低線膨張材１９４及び高熱伝導材１９７から構成されている。金属枠１９２には四角形状の溝部１９３が形成されている。そして四角形状の環状の低線膨張材１９４が溝部１９３に配置され、金属枠１９２と溶接等により接合されている。さらに低線膨張材１９４の中心部には、長方形の開口部１９５が設けられている。そして開口部１９５には、高熱伝導材１９７が配置され、低線膨張材１９４及び金属枠１９２と溶接等により接合され一体化している。
【００５５】
金属ベース板１９０は、以上のように構成されているので、低線膨張材の使用量を減らせる。そのため、製造コストを抑えることができる。また、金属ベース板１７０に比べて放熱性を向上することが出来る。
【００５６】
なお、低線膨張材の線膨張率は、高熱伝導材より小さく、絶縁基板よりも大きいものであってもよい。この場合にも、半田クラックの発生を緩和することができる。また、本実施の形態では、実施の形態１，３，６の構成に適用した場合を示したが、実施の形態２，４，５の構成にも適用することができる。
【００５７】
実施の形態８．
図２９は、本実施の形態８に係る電力用半導体装置の中核部分を示す上面図である。図３０は、図２９のＡ８−Ａ８線断面図を示す図である。金属ベース板２００は、低線膨張材２０４と二つの金属体２０２から構成されている。低線膨張材２０４は長方形の形状を有し、長手方向の両側面に金属体２０２が配置されている。金属体２０２は柱状の形状を有し、低線膨張材２０４の長手方向と同じ長さに形成されている。低線膨張材２０４は、絶縁基板４の面積よりも大きく構成されている。そして、絶縁基板４は低線膨張材２０４上に配置される。
【００５８】
図３１は、金属ベース板２００の製造方法を示す図である。まず、低線膨張材を材料とする板（低線膨張板）３０３を金属板３０２，３０４で挟んだ板を作成する。次に、この板を図示しない圧延機の圧延ロール３０１間に通す。圧延ロール３０１で上下から加圧して、低線膨張板３０３と金属板３０２，３０４を圧接し、圧延板３０５を作成する。
【００５９】
次に、切削加工により、圧延板３０５の側面が金属ベース板２００の主面となるように切削する。例えば、まず圧延板３０５の長手方向の側面に対して平行に切削する。切削する間隔は、金属べース板２００の所定の厚み（例えば３．５〜５．５ｍｍ）ごとに切削する。次に、切削して得た板を、その板の短手方向の側面と平行に切削する。その切削の際には金属ベース板２００の長手方向と同一の間隔で切削する。以上の手順で金属ベース板２００を作成する。
【００６０】
本実施の形態では、低線膨張材２０４が絶縁基板４の下方に配置されている。そのため、絶縁基板４の四隅部から発生する半田クラックを防止でき、半田接合部の信頼性を高めることができる。
【００６１】
実施の形態１〜７では、複数の材料を組み合わせて配置しているため、金属ベース板主面の平坦度が低くなる。本実施の形態では、金属ベース板は切削加工されているので、金属ベース板主面の平坦度を向上させることができる。絶縁基板と金属ベース板と密着性が高まり、接触熱抵抗を減少させることができる。その結果、放熱性が向上し絶縁基板と金属ベース板の接合面の信頼性を高めることができる。
【００６２】
なお、切削加工の工程は、上述した工程順に限るものではない。金属ベース板２００と同一の形状が得られるのであれば、どのような工程順であってもよい。
【００６３】
実施の形態９．
図３２は、本実施の形態に係る電力用半導体装置の中核部分の上面図を示している。図３３は、図３２のＡ９−Ａ９線断面図を示す図である。金属ベース板２１０は、高熱伝導材２１６を２つの低線膨張材２１４で挟んだ構造を有している。そして、２つの金属体２０２でその構造をさらに挟む構造となっている。高熱伝導材は、例えばＣｕ（銅）等を材料としている。そして、低線膨張材２１４はＭｏ（モリブデン）等を材料としている。また、金属体２０２はＦｅ（鉄）等を材料としている。
【００６４】
図３２に示すように、絶縁基板４の四隅部に対応する部位に低線膨張材２１４が配置される。そして電力用半導体チップ１，２に対応する部位に高熱伝導材２１６が配置される。その他の構成は実施の形態８と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００６５】
次に、図３４により、金属ベース板２１０の製造方法について説明する。まず、高熱伝導材を材料とする板（高熱伝導板）４０４を、低線膨張材を材料とする板（低線膨張板）４０３で上下から挟んだ第１積層板を作成する。次に第１積層板をさらに金属板４０２で上下から挟み、第２積層板を作成する。次に第２積層板を図示しない圧延機の圧延ロール３０１間に通す。圧延ロール３０１で上下から加圧して、高熱伝導板４０４、低線膨張板４０３及び金属板４０２を圧接し圧延板４０７を作成する。
【００６６】
次に、切削加工により、圧延板４０７の側面が金属ベース板２１０の主面となるように切削する。例えば、まず圧延板４０７の長手方向の側面に対して平行に切削する。切削する間隔は、金属べース板２１０の厚み（例えば３．５〜５．５ｍｍ）ごとに切削する。次に、切削して得た板を、その板の短手方向の側面と平行に切削する。金属ベース板２１０の長手方向と同一の間隔で切削する。以上の手順で金属ベース板２１０を作成する。
【００６７】
本実施の形態は、実施の形態８と同様の効果を有する。また、低線膨張材は一般に熱伝導率が低いため、金属ベース板の放熱性が低下する。本実施の形態の金属ベース板は、電力用半導体チップ１，２に対応する部位に高熱伝導材２１６が配置されている。その結果、放熱性を向上することができる。
【００６８】
実施の形態１０．
本実施の形態では、実施の形態９において低線膨張材としてＣｕＭｏ（モリブデン銅）を用いている。その他の構成は、実施の形態９の図３２から図３４で示した構成と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６９】
実施の形態９のように低線膨張材としてモリブデン（Ｍｏ：５．１ｐｐｍ／℃）を用いた場合、高熱伝導材との線膨張率の差が大きいため、隣接する領域が分離するおそれがある。
【００７０】
本実施の形態では、低線膨張材として、線膨張係数がＭｏ（モリブデン）よりＣｕ（銅）に近い値を持つＣｕＭｏ（６〜９ｐｐｍ／℃）を使用している。その結果、隣接する領域の分離を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１に係る電力用半導体装置の中核部分の構成を示す上面図である。
【図２】実施の形態１に係る電力用半導体装置の中核部分の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る金属ベース板を示す上面図である。
【図４】実施の形態１に係る金属ベース板を示す断面図である。
【図５】実施の形態２に係る金属ベース板を示す上面図である。
【図６】実施の形態２に係る金属ベース板を示す断面図である。
【図７】実施の形態３に係る金属ベース板を示す上面図である。
【図８】実施の形態３に係る金属ベース板を示す断面図である。
【図９】実施の形態３に係る金属ベース板を構成する金属枠を示す上面図である。
【図１０】実施の形態３に係る金属ベース板を構成する金属枠を示す断面図である。
【図１１】実施の形態３に係る金属ベース板を構成する低線膨張材を示す上面図である。
【図１２】実施の形態３に係る金属ベース板を構成する低線膨張材を示す断面図である。
【図１３】実施の形態３に係る金属ベース板を構成する金属片を示す上面図である。
【図１４】実施の形態３に係る金属ベース板を構成する金属片を示す断面図である。
【図１５】実施の形態４に係る金属ベース板の構成を示す上面図である。
【図１６】実施の形態４に係る金属ベース板の構成を示す断面図である。
【図１７】実施の形態５に係る金属ベース板の構成を示す上面図である。
【図１８】実施の形態５に係る金属ベース板の構成を示す断面図である。
【図１９】実施の形態６に係る金属ベース板の構成を示す上面図である。
【図２０】実施の形態６に係る金属ベース板の構成を示す断面図である。
【図２１】実施の形態７に係る金属ベース板の構成を示す上面図である。
【図２２】実施の形態７に係る金属ベース板の構成を示す断面図である。
【図２３】実施の形態７に係る金属枠の構成を示す上面図である。
【図２４】実施の形態７に係る金属枠の構成を示す断面図である。
【図２５】実施の形態７に係る金属ベース板の変形例１の構成を示す上面図である。
【図２６】実施の形態７に係る金属ベース板の変形例１の構成を示す断面図である。
【図２７】実施の形態７に係る金属ベース板の変形例２の構成を示す上面図である。
【図２８】実施の形態７に係る金属ベース板の変形例２の構成を示す断面図である。
【図２９】実施の形態８に係る電力用半導体装置の中核部分の構成を示す上面図である。
【図３０】実施の形態８に係る電力用半導体装置の中核部分の構成を示す断面図である。
【図３１】実施の形態８に係る金属ベース板の製造方法を示す図である。
【図３２】実施の形態９に係る電力用半導体装置の中核部分の構成を示す上面図である。
【図３３】実施の形態９に係る電力用半導体装置の中核部分の構成を示す断面図である。
【図３４】実施の形態９に係る金属ベース板の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１，２  電力用半導体チップ、４  絶縁基板、５，７  半田接合部、１１４，１２４，１３４，１５４，１７４，１８４，１９４，２０４，２１４  低線膨張材、１４７，１５７，１６７，１９７，２１６  高熱伝導材。
【図１】
2005203525.tif 000003
【図２】
2005203525.tif 000004
【図３】
2005203525.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005203525.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005203525.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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