(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電流をスイッチングするパワー半導体素子と、該パワー半導体素子が接着され、電気的に接続される回路パタン付絶縁基板と、該回路パタン付絶縁基板を接着する金属ベースとを備え、前記パワー半導体素子は、金属ワイヤ或いはリードフレームにより、前記回路パタン付絶縁基板の回路パタン或いは前記回路パタン付絶縁基板外に配置された端子に電気的に接続されるパワー半導体モジュールにおいて、
前記回路パタン付絶縁基板周囲近傍の前記金属ベース表面に、２列以上の溝或いは１本以上の突起が形成され、前記回路パタン付絶縁基板は、前記溝或いは突起とともに硬質樹脂で封止され、該封止領域は、前記金属ベースの最外周を直線的に結んだ領域の内側であり、かつ、前記封止領域外側の露出した金属ベースには、該金属ベースの取り付け穴が存在すると共に、前記硬質封止樹脂及び前記絶縁基板、パワー半導体素子、金属ベース等の被封止物の界面には、全領域に渡って前記封止樹脂よりも硬度が低いコーティング樹脂が介在され、該コーティング樹脂はポリアミド樹脂であり、線膨張係数、弾性係数は各々封止樹脂の２倍以上、１／５以下であり、厚さは１０μｍ以下であるを特徴とするパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュール、特に、車載用途等の信頼性が高く、寿命が長いＩＧＢＴモジュールの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
定格電流が百アンペア程度以上の大容量ＩＧＢＴモジュール等、大容量パワー半導体モジュールの封止形態は、パワー半導体チップ、絶縁基板、金属ベース他が接着され内蔵されている樹脂ケース中を、シリコーンゲル等のソフトレジンで封止する構造が一般的である。これは、各種異種部材が接合されているため、歪や、応力が内在した構造体を、剛性の高い樹脂で封止すると、封止時に新たに大きな応力を発生させ、内蔵部材を破壊させる懸念があり、構造的に成立しにくいためである。
【０００３】
一方、定格電流数十アンペア以下の低容量パワー半導体モジュールでは、非絶縁性ディスクリートパッケージに代表されるように、構造が比較的単純で、かつ小型であるため、ハードレジンであるエポキシ樹脂で封止しても、上述の大容量パワー半導体モジュールで生じた応力による問題が、発生しづらい。そのために、これらの低容量パワー半導体モジュールでは、エポキシ樹脂でトランスファモールドする構造が、採用されている。このようにトランスファモールドされたパッケージでは、内蔵された部材間の接合応力が分散・低減されることが知られている。
【０００４】
特許文献１には、図１２に断面模式図を示すような、トランスファモールドを大容量パワー半導体モジュールに適用したものが開示されている。特許文献１では、パッケージ１２００の絶縁を、大容量品では一般的なセラミックス基板ではなく、応力発生の少ない柔らかい絶縁樹脂シート１２０４で実現し、熱伝導率が低い絶縁樹脂シート１２０４の欠点を解消するために、厚く、大きな銅製のヒートスプレッダ１２０６を採用し、この上にパワー半導体チップ１２０２をはんだ１２０３で接着し、熱を大きく拡散させて伝熱面積を大きくして熱抵抗の低下を図っている。線膨張係数が大きく異なるＳｉと銅を接着する場合、接着はんだ層の応力が大きくなり、亀裂が発生がするが、特許文献１では全体をエポキシ樹脂１２０１で封止して、はんだ１２０３の応力・歪を分散、低減し、温度サイクルによるクラック防止を図っている。
【０００５】
特許文献２には、パワー半導体モジュールの一箇所で良好な熱的接触を実現するために、封止樹脂にボルト用貫通孔を備え、特別な取り付け治具を用いるものが開示されている。
【０００６】
エポキシ樹脂で封止するパッケージは、上述したように、内蔵物の応力が分散・低減することが特徴である。しかしながら、この効果は、内蔵物と封止エポキシ樹脂の接着性が良好であって初めて達成される。しかしながら、エポキシ樹脂の接着性は十分ではないのが現状である。そこで、特許文献３では、エポキシ樹脂と内蔵物の界面にポリアミド樹脂をコーティングして接着性を確保している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１６５２８１号公報（図２と、（００５６）段落から（００６０）段落の記載。）
【特許文献２】特開２００４−８７５５２号公報（図１、図２と、（０００８）段落から（００１０）段落の記載。）
【特許文献３】特開２００３−１２４４０６号公報（図１と、（００２４）段落から（００２５）段落の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１に開示のパワーモジュールでは、パッケージの放熱器への取り付けが困難である。また、特許文献２に開示のパワーモジュールでは取り付けに特別な冶具が必要になるので、工数を含め実装コストが増大する。また、特許文献２の構造では、中央の取り付けボルト用貫通穴はパッケージに穴を穿って作られており、ボルトが封止樹脂を締結するので、樹脂のクリープによる締結力の経年劣化の懸念がある。
【０００９】
また、特許文献３に開示のパワーモジュールでは、コーティング樹脂がエポキシ樹脂に比べて柔らかいために、接着性が改善される一方、エポキシ樹脂の応力分散・低減効果が減少する可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は、パワー半導体素子をトランスファモールド等によりエポキシ封止するモジュールで、モジュールのサイズを大型にすることなく、放熱ベースへの固定や配線部材の取り付けが容易で、内蔵部材とエポキシ樹脂の接着性を、エポキシ封止による部材の応力分散・低減を損なうことなく実現したパワー半導体モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のパワー半導体モジュールは、上記目的を達成するために、少なくとも電流をスイッチングするパワー半導体素子と、該パワー半導体素子が接着され、電気的に接続される回路パタン付絶縁基板と、該回路パタン付絶縁基板を接着する金属ベースとを備え、前記パワー半導体素子は、金属ワイヤ或いはリードフレームにより、前記回路パタン付絶縁基板の回路パタン或いは前記回路パタン付絶縁基板外に配置された端子に電気的に接続されるパワー半導体モジュールにおいて、前記回路パタン付絶縁基板周囲近傍の前記金属ベース表面に、２列以上の溝或いは１本以上の突起が形成され、前記回路パタン付絶縁基板は、前記溝或いは突起とともに硬質樹脂で封止され、該封止領域は、前記金属ベースの最外周を直線的に結んだ領域の内側であり、かつ、前記封止領域外側の露出した金属ベースには、該金属ベースの取り付け穴が存在すると共に、前記硬質封止樹脂及び前記絶縁基板、パワー半導体素子、金属ベース等の被封止物の界面には、全領域に渡って前記封止樹脂よりも硬度が低いコーティング樹脂が介在され、該コーティング樹脂はポリアミド樹脂であり、線膨張係数、弾性係数は各々封止樹脂の２倍以上、１／５以下であり、厚さは１０μｍ以下であるを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のパワー半導体モジュールは放熱器との良好な熱的接触を実現した。さらに、本発明のパワー半導体モジュールは、エポキシ樹脂の内蔵物歪分散・低減効果を損なうことなく、モジュールの信頼性・寿命を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のＩＧＢＴモジュールは、従来技術のシリコーンゲル封止に代えて、エポキシ樹脂でトランスファモールド封止し、長寿命と、高い信頼性とを実現できる構造とした。本発明のエポキシ樹脂でトランスファモールド封止したＩＧＢＴモジュールは、封止樹脂と部材の接着性改善を、部材の応力分散・低減効果を損なわないように実現し、かつ、モジュールサイズを大型化させずに、信頼性が高いモジュール取り付け手段である金属ベースをボルト締結する取り付けとした。以下、本発明の詳細を図面を用いながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本実施例ＩＧＢＴモジュールの断面摸式図であり、図７は本実施例に使用される放熱ベースである銅ベースの平面模式図、図８は、図７中のモールド樹脂かしめ領域の断面摸式図である。本実施例では、銅ベース１０９が、放熱フィン１１０を裏面に有するフィン付き銅ベースである。すなわち、本実施例のＩＧＢＴモジュールでは、放熱フィン１１０が付いた銅ベース１０９に直接冷却水が当てられることによりモジュールが冷却される。図１１は、本実施例のモジュール長手方向の断面構造模式図である。
【００１５】
本実施例のＩＧＢＴモジュール１００の定格電圧／電流は、各々６００Ｖ／４００Ａである。ＩＧＢＴチップ１０４とこのＩＧＢＴチップ１０４の主電極に逆並列に接続したFree Wheeling Diodeチップ（ＦＷＤチップ１０５と以下略す。）は、シリコンの各２チップが並列で一枚の銅貼りの回路パターンが付いたＡｌＮ基板１０７に、はんだ１０６で接着されている。図１ではＩＧＢＴ、ＦＷＤ各々１チップの断面が示されている。銅貼りの回路パターンが付いたＡｌＮ基板１０７の部材厚さは、以下の通りである。表面回路パタン厚さ０.３mm、裏面銅板厚さ０.２mm、ＡｌＮ厚さ０.６３５mm である。ＩＧＢＴチップ１０４、ＦＷＤチップ１０５の厚さは０.３５mmであり、はんだ１０６の厚さは０.１mmである。このはんだ１０６は、融点３００℃程度の高融点はんだである。
【００１６】
パワー半導体チップが搭載されたＡｌＮ基板１０７は、融点１８０℃程度の低融点のはんだ１０８で、銅ベース１０９にはんだ接着されている。このはんだ１０８の厚さは０.２mmである。銅ベース１０９の材質は無酸素銅であり、平板部厚さが３mmである。放熱フィン１１０の高さ、幅、間隔は各々８mm、１mm、１.５mm である。これらの寸法は、冷却水を通流した際の圧力損失を可能な限り低減し、かつ、冷却能力向上に配慮した構造となっている。銅貼りのＡｌＮ基板１０７の銅板、及び銅ベース１０９の表面は、いずれもニッケルメッキ処理されている。このニッケルメッキ層の厚さは、６μｍ程度であり、はんだ１０６、１０８による接着の信頼性を考慮してニッケルメッキ処理を実施している。銅ベース１０９には貫通穴１１２が設けられ、この貫通穴１１２にボルトなどを通して、ＩＧＢＴモジュール１００を図示していないヒートシンクへ取り付ける。
【００１７】
本実施例では、Ｍ６ボルトでの締結を想定しており、貫通穴１１２は６.６mmφとしている。Ｓｉパワー半導体チップであるＩＧＢＴチップ１０４と、ＦＷＤチップ１０５とから主端子１０１への電気的接続は、線径４００μｍのＡｌワイヤ１０３で実施され、本Ａｌワイヤ１０３での接続、及び、銅ベース１０９へのＡｌＮ基板１０７へのはんだ接着が完了した構造で、トランスファモールドされる。
【００１８】
図１の符号１１１が封止樹脂を示し、この領域がトランスファモールドされたエポキシ樹脂の領域である。封止樹脂１１１の高さである封止領域厚さ１１３は、７mmである。この高さは、Ａｌワイヤ１０３が封止樹脂から露出せず、かつ十分な絶縁が確保できるような余裕がある高さにしてある。本実施例に用いたエポキシ樹脂の線膨張係数αは１６ppm 程度で、弾性係数Ｅは、１６ＧＰａ程度である。本実施例のパワーモジュールでは、このような物性にしたので、モジュール底面の反りを０.１mm程度以下にできた。この理由は、封止樹脂１１１であるエポキシ樹脂の線膨張係数αが銅ベースの線膨張係数αとほぼ一致しているためである。
【００１９】
本実施例の特徴は、トランスファモールドした封止樹脂１１１と銅ベース１０９のかしめ用溝１０２、及び、外部接続用の主端子１０１である。まず、かしめ用溝１０２を配置したかしめ領域について、図７と図８を使用して説明する。トランスファモールドは、高圧力下でエポキシ樹脂を注入硬化させるため、大気圧下で樹脂を滴下させた後に硬化させる、いわゆるポッティング法と比べ、接着性が向上すると考えている。しかしながら、ニッケルメッキとエポキシ樹脂の接着性が悪いことが知られている。そこで、本実施例では、ニッケルメッキされた部材である、銅貼りのＡｌＮ基板１０７と銅ベース１０９とエポキシ樹脂との接着性を確保することは極めて重要である。また、ＡｌＮ基板１０７を接着するはんだ１０８は、本実施例のＩＧＢＴモジュール１００の熱疲労耐量を決定する部材であり、はんだ１０８と周囲の樹脂との接着性に対してもっとも配慮しなければならない。そこで、本実施例のＩＧＢＴモジュールでは、封止樹脂１１１であるエポキシ樹脂と銅ベース１０９のかしめ領域のかしめ用溝１０２をＡｌＮ基板１０７の極近傍に配置している。
【００２０】
図７に示すように、２列のかしめ用溝７０１間の突起７０２を、封止樹脂１１１のエポキシ樹脂は成形硬化過程で、自身の収縮により強く圧縮し、かしめる。また、図７中、２０箇所設けられたかしめ用逆テーパ領域７０３は、このかしめ力をより強固にするための領域である。断面を図８に示す。かしめ用逆テーパ領域７０３は、２本の溝を製造した後に、プレスにより、溝の一部をつぶして、図８示したように逆テーパ構造を形成して、封止樹脂の剥離を防止できる構造になっている。本実施例ではこのような構造になっているので、封止領域が銅ベース１０９の内側上面のみにもかかわらず、良好な接着性を確保できる。このため、モジュール取り付けボルト用の貫通穴１１２を封止領域の外側に、モジュールサイズを大きくする事なく配置することが可能となった。
【００２１】
次に、本実施例の端子構造を説明する。従来技術のトランスファモールドによるモジュール構造は、図１２に示すように、エポキシ樹脂１２０１の側面から主端子１２０７、制御端子１２０８を取り出す形状である。この形状をそのまま本実施例のモジュールに採用すると、銅ベース１０９の外側に主端子や、制御端子が横に張り出し、大型化は避けられない。そこで本実施例では、図１に示すように主端子１０１を銅ブロックとし、ＡｌＮ基板１０７上にはんだ等で接着する構造とした。主端子１０１の銅ブロックの材質は無酸素銅であり、表面は厚さ６μｍ程度のニッケルメッキが形成されている。このような構造とすることで、図示していないが、トランスファモールド成型時に上型で主端子１０１上面を固定する事ができ、封止領域上面に主端子１０１表面を露出させる事ができる。本実施例のような構造では、成型時の金型プレス圧力は、主端子１０１である銅ブロックを介してＡｌＮ基板１０７等の部材に印加されるため、主端子１０１の銅ブロックを予め高温で焼きなまして、降伏応力を５０ＭＰａ程度以下にしておき、金型で押さえた時の部材破損の懸念をなくしている。本実施例の構造で、封止領域上面に露出した主端子１０１と外部配線との接続は、はんだ接着、あるいは、専用の固定治具等を使用する。
【００２２】
本実施例では、モジュール中の絶縁基板はＡｌＮ基板１０７であったがこれだけには限らず、セラミックスの材質は、アルミナ、ＳｉＮ等であってもよい。特に、高い熱伝導率と高い強度を兼ね備えた銅貼りＳｉＮ基板は、本実施例のパワー半導体モジュールに適したセラミックス基板である。また、本実施例ではＩＧＢＴモジュールの金属ベースとして、一般的な銅ベースを用いたが、軽量化を考慮して、アルミをベース材として使用してもよい。アルミをベース材として使用する場合は、セラミックス基板の材質はアルミナが好ましい。この理由は、アルミとＡｌＮあるいはＳｉＮとでは線膨張係数αの差が大きすぎ、パワーモジュールの製造過程での反りが許容量（例えば０.２mm）を超えたり、あるいは、セラミックス基板に割れを生じる可能性があるためである。そこで、ＡｌＮ、ＳｉＮとくらべて線膨張係数αの大きなアルミナ基板とを用いることで、この不具合を回避できる。この場合、封止エポキシ樹脂の線膨張係数αをアルミと合わせる事が望まれ、封止エポキシ樹脂の線膨張係数αを２３ｐｐｍ程度とすることが望ましい。
【００２３】
本実施例のＩＧＢＴモジュールのフィン長手方向構造を図１１に示す。図１１のＩＧＢＴモジュール１１００は、三相モジュールであって、図１１では、ＩＧＢＴチップ、Ａｌワイヤ、はんだ層等を省略し、銅貼りのＡｌＮ基板１１０３、フィン付きの銅ベース１１０１、封止樹脂１１０２を示した。図１１に示すＩＧＢＴモジュールは、１アームを１基板に搭載した構成であり、計６枚のＡｌＮ基板１１０３から構成されている。１相分、即ち２枚のＡｌＮ基板１１０３を１つの封止樹脂１１０２で封止しており、各封止樹脂１１０２毎に、銅ベース１１０１上に樹脂かしめ領域１１０５を設けている。
【００２４】
１枚のＡｌＮ基板１１０３毎に樹脂封止すると、この樹脂かしめ領域１１０５を含め、モジュール全体が大型化してしまう。逆に、例えば全体を一つの封止領域とすると、封止領域が大きすぎて、モールド時の樹脂ボイド、未封止領域発生の懸念がある。また、例えモールドが問題なくできたとしても、封止樹脂と部材界面の熱応力が大きくなり、界面剥離、他の問題が顕在化する恐れがある。放熱フィン１１０４は、１相分ごとに区切られており、銅ベース１１０１の剛性増大を低減し、同時に製造時に、金型で銅ベース１１０１を固定可能とし、封止領域を分割可能としている。
【実施例２】
【００２５】
本実施例のパワー半導体モジュールを図２に示す。本実施例は、図２に示すように、実施例１の封止樹脂のかしめ用溝１０２に加えて、封止樹脂の接着手段を追加した。本実施例のＩＧＢＴモジュール２００の定格電圧／電流、内蔵基板構成、銅ベース１０９等は実施例１と同一であり、トランスファモールドに使用したエポキシ樹脂も実施例１と同一である。
【００２６】
本実施例では、封止エポキシ樹脂と部材の接着向上を実現するコーティング層２０１を設けたことが実施例１とは異なる。コーティング層２０１の材質は、ポリアミド樹脂であって、このポリアミド樹脂は、エポキシ樹脂、及び、シリコンチップやアルミボンディングワイヤや銅貼りＡｌＮ基板などの内蔵各部材と良く接着することを確認している。コーティング層２０１の代表物性である線膨張係数αは５０ｐｐｍ、弾性係数Ｅは２.６ＧＰａ程度である。即ち、実施例１に示した封止樹脂１１１の物性と、比べるとコーティング層２０１が大幅に柔らかい事が分かる。エポキシ樹脂封止のメリットは前述したように、硬いエポキシ樹脂で封止して、内蔵物の応力・歪を分散・低減し、長寿命にできることである。従って、本実施例において、接着性を改善するために導入したコーティング層２０１は、単に柔らかいだけではエポキシ樹脂封止応力・歪を分散・低減する効果を損なう懸念がある。
【００２７】
そこで、本実施例では、コーティング層２０１の厚さを可能な限り薄くした。コーティング層２０１は接着性も確保するため、できるだけ均一に塗布する必要あるので、その厚さを概略１０μｍとしている。このような厚さに塗布することで、例えば、ＡｌＮ基板１０７に接着するはんだ１０８の層を常温（２０℃）から１２５℃まで昇温した場合に生じる歪は、コーティング層２０１がない場合と同等であることを、応力解析で確認した。即ち、シリコーンゲル封止を、エポキシ樹脂封止に変えることにより、はんだ歪は半減し、この効果は、厚さ１０μｍのコーティング層２０１が存在しても変わらなかった。
【００２８】
一方、コーティング層２０１の厚さが０.１mm（１００μｍ）程度になると、はんだ歪を低減する効果が１／２程度から、３／４程度になった。従って、単にコーティング層２０１を設けただけでは、エポキシ樹脂で封止する歪の低減が、必ずしも十分ではないので、コーティング層２０１の厚さを１０μｍ程度にして塗布することが重要である。本実施例ＩＧＢＴモジュールはコーティング層２０１を備えているので、−４０℃〜室温（２０℃）〜１２５℃〜室温（２０℃）、２時間／サイクルの条件で３０００サイクルの試験を実施しても、界面には剥離が見られなかった。
【実施例３】
【００２９】
本実施例のＩＧＢＴモジュールの断面構造の模式図を図３に、外部主配線を接続した断面模式図を図５に示す。本実施例のＩＧＢＴモジュール３００では、ネジ穴が付いた円筒形の主端子３０１に特徴がある。その他の部材構成、寸法、材質は図１に示した実施例１と同じである。主端子３０１は、材質が無酸素銅であり、その表面がニッケルメッキ処理されている。本実施例では主端子３０１に、Ｍ５ボルト用のネジ穴を内部に設けてあり、このネジ穴が封止樹脂３０２の上面に露出している。図５に示すように、ＰＮバスバー５００がＭ５ボルトの取り付けボルト５０１で、出力配線５０２が同じくＭ５ボルトの取り付けボルト５０１で主端子３０１に接続されている。
【００３０】
また、外部配線との接触抵抗をできるだけ低減させるために、主端子３０１の外部配線との接触部は、外径１５mmφと、それ以外の接続端子の外径９mmφに比べて大きくなっている。また、部材の破損を防止するために、実施例１、実施例２と同様に主端子３０１を焼鈍してある。さらに、主端子３０１の封止樹脂３０２との接触面は、樹脂との密着を強固にするため、網目型の凹凸（ローレット処理）が設けてある。このようにローレット処理を施したので、この種のボルト締めの標準的な締め付けトルクである、２.４５Ｎ・ｍのトルクを印加しても、封止樹脂３０２から主端子３０１が剥離する等の問題は全く発生しなかった。このように、本実施例のＩＧＢＴモジュールは実装性が優れている。
【実施例４】
【００３１】
本実施例のパワー半導体モジュールの断面構造の模式図を図４に、制御基板を接続した断面模式図を図６に示す。本実施例は、制御端子の接続に特徴がある。図４に示すＩＧＢＴモジュール４００は、ＩＧＢＴチップ４０４のゲートワイヤ４０２が、ボンディングされて回路パタンに接続し、制御端子４０１が回路パタンにはんだ等で接着されている。図４に示す制御端子４０１は、電気的な接触を高い信頼性で実現するメスコネクタになっている。制御端子４０１の上面が封止樹脂４０５に露出されている点は実施例３と同様である。図６は、ＩＧＢＴモジュール４００を制御する制御基板６０１に設けたピンタイプの信号端子６００をＩＧＢＴモジュール４００のメスコネクタになっている制御端子４０１に実装した断面模式図である。図６の信号端子６００のピンは１mm角である。制御基板６０１の固定手段は特に図示していないが、ＩＧＢＴモジュール４００と一体で固定されているので、振動等による接続信頼性の劣化は問題にならない。
【実施例５】
【００３２】
本実施例は、放熱板／セラミックス一体構造を実現した実施例である。本実施例のＩＧＢＴモジュール９００の断面構造の模式図を図９に示す。図９で、符号９０１は回路パタン、９０２はセラミックス層、９０３は銅ベース、９０４は基板、９０５は放熱フィンである。
【００３３】
封止樹脂を従来技術の柔らかいシリコーンゲルから硬いエポキシ樹脂へと替えることは、実施例１や実施例２で説明したように、内蔵部品の歪分散、低減を実現し、長寿命化できる。本実施例では、エポキシ樹脂が硬質樹脂であるという特性そのものを活かした。従来技術で、銅ベースとセラミックス基板との一体構造が実現できなかったのは、銅ベースが通常３mm以上と厚く、ロー付け等の手段で銅ベースにセラミックス基板を接着すると、反りが激しく、最悪の場合、セラミックス基板の破壊をもたらす可能性があるためであった。一方、セラミックス基板を、例えば１mm程度以下と薄くすると、反りは低減し、セラミックス基板の破壊の懸念は低減するが、従来技術の柔らかいシリコーンゲル封止ではモジュールの強度に問題が残るので、モジュールを放熱フィンなどに取り付けることが困難であった。
【００３４】
しかし、本実施例では、硬いエポキシ樹脂で封止して、この問題を解決した。本実施例では銅ベース９０３の厚さは１mm、回路パタン９０１厚さは１.２mmである。セラミックス層９０２の材質はＳｉＮであり、その厚さは０.６mmである。表裏面の銅板厚さは、基板９０４が反らないように配慮して決めた。セラミックスとしてＳｉＮを選択した理由は、ＳｉＮがＡｌＮに比べて、高強度であり、銅ベースとセラミックスとを一体にした基板９０４を、ロー付けで製造する際の応力に耐えることができるためである。本実施例の放熱フィン９０５の形状は、実施例１から実施例４で説明したものと同じである。
【００３５】
本実施例のモジュールの場合、ＩＧＢＴチップ１０４、ＦＷＤチップ１０５からの発熱が、グリースを介して放熱器に銅ベースを固着したモジュールの場合のように、銅ベース中で横方向への熱が広がるのではなく、銅ベースの厚さ方向に熱が流れる。従って、本実施例のパワーモジュールのような薄い銅ベース９０３では、熱が多く流れて来る放熱フィン９０５側を、直接水冷する直接水冷型モジュール構造が適している。本実施例のＩＧＢＴモジュール９００の寿命を支配する部分は、Ａｌワイヤ１０３の接合部、及びはんだ１０６の接合部のみである。本実施例のＩＧＢＴモジュールでは、エポキシ樹脂によって歪を分散しているので、飛躍的に長い寿命を実現できる。
【実施例６】
【００３６】
本実施例のＩＧＢＴモジュール１０００の断面構造を図１０に模式図で示す。本実施例では、端子を樹脂でモールドした主端子ブロック１００１と、制御端子ブロック１００４とを備えている。これらの端子ブロックは、銅ベース１００５上に固着され、封止部材と一緒にトランスファモールドされる。封止される際、封止樹脂１０１０上面に露出され、外部配線と接続される点は、実施例１から実施例５と同様である。また、封止樹脂と銅ベースとのかしめ領域１００９は、図１０に示すように、端子ブロック近傍の外側に配置される。端子をモールドする樹脂は、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンスルフェート樹脂）である。主端子ブロック１００１と、制御端子ブロック１００４とには、Ａｌワイヤ１００２、１００３の接続用パッドが露出しており、Ａｌワイヤ１００２、１００３によって内部回路と接続される。主端子ブロック１００１は配線をボルト接続するためのナット１００７と、ボルト逃げ用空隙１００８を有しており、制御端子ブロック１００４の制御ピン接続部の形状は、実施例４で説明した制御端子４０１と同一である。本実施例のＩＧＢＴモジュールでは、以上説明した構造で、ＡｌＮ基板１００６の大きさを小さくでき、はんだ１０１１の寿命を長くできるとともに、モジュールのコストも低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１のパワー半導体モジュールの断面模式図である。
【図２】実施例２のパワー半導体モジュールの断面模式図である。
【図３】実施例３のパワー半導体モジュールの断面模式図である。
【図４】実施例４のパワー半導体モジュールの一部断面の模式図である。
【図５】実施例３のパワー半導体モジュールに外部配線を実装した説明図である。
【図６】実施例４のパワー半導体モジュールに制御基板を接続した説明図である。
【図７】実施例１のパワー半導体モジュールの金属ベースの平面模式図である。
【図８】図７のかしめ領域の部分拡大図である。
【図９】実施例５のパワー半導体モジュールの断面模式図である。
【図１０】実施例６のパワー半導体モジュールの断面模式図である。
【図１１】実施例１のパワー半導体モジュールのフィン長手方向の断面模式図である。
【図１２】従来技術のエポキシ樹脂封止型ＩＧＢＴモジュールの断面構造模式図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００、２００、３００、４００、９００、１０００、１１００…ＩＧＢＴモジュール、１０１、３０１、１２０７…主端子、１０２、７０１…かしめ用溝、１０３、１００２、１００３、１２０９…Ａｌワイヤ、１０４、４０４…ＩＧＢＴチップ、１０５…ＦＷＤチップ、１０６、１０８、１０１１、１２０３…はんだ、１０７、１００６、１１０３…ＡｌＮ基板、１０９、９０３、１００５、１１０１…銅ベース、１１０、９０５、１１０４…放熱フィン、１１１、３０２、４０５、１０１０、１１０２…封止樹脂、１１２…貫通穴、１１３…封止領域厚さ、２０１…コーティング層、４０１、１２０８…制御端子、４０２…ゲートワイヤ、４０３…エミッタワイヤ、５００…ＰＮバスバー、５０１…取り付けボルト、５０２…出力配線、６００…信号端子、６０１…制御基板、７０２…突起、７０３…かしめ用逆テーパ領域、９０１…回路パタン、９０２…セラミックス層、９０４…基板、１００１…主端子ブロック、１００４…制御端子ブロック、１００７…ナット、１００８…ボルト逃げ用空隙、１００９…かしめ領域、１１０５…樹脂かしめ領域、１２００…パッケージ、１２０１…エポキシ樹脂、１２０２…パワー半導体チップ、１２０４…絶縁樹脂シート、１２０５…絶縁樹脂シート保護用銅箔、１２０６…ヒートスプレッダ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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