(57)【要約】【課題】電気的絶縁性の低下を充分に防ぐことができる半導体モジュールの絶縁構造を提供すること。【解決手段】半導体素子１１を内蔵した半導体モジュール１と、半導体モジュール１に接触配置した絶縁材２と、半導体モジュール１との間に絶縁材２を挟むように絶縁材２に接触配置した導電性構造体（冷却器３）とが、互いに加圧密着してなる半導体モジュールの絶縁構造。絶縁材２に当接する半導体モジュール１の当接面１５は、導電性部材（放熱板１５０）の表面１５１と放熱板１５０の周囲に形成された絶縁性部材（モールド材１３）の表面１３１とによって構成された平面からなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールに接触配置した絶縁材と、上記半導体モジュールとの間に上記絶縁材を挟むように該絶縁材に接触配置した導電性構造体とが、互いに加圧密着してなり、
上記絶縁材に当接する上記半導体モジュールの当接面は、導電性部材の表面と該導電性部材の周囲に形成された絶縁性部材の表面とによって構成された平面からなることを特徴とする半導体モジュールの絶縁構造。
【請求項２】
請求項１において、上記半導体モジュールの当接面の一部を構成する上記絶縁性部材の表面は、上記導電性部材の全周に形成されていることを特徴とする半導体モジュールの絶縁構造。
【請求項３】
請求項１又は２において、上記絶縁材は、上記半導体モジュールの当接面又は上記導電性構造体の当接面のいずれか一方又は双方に密着した絶縁膜からなることを特徴とする半導体モジュールの絶縁構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記導電性構造体は、上記半導体モジュールを冷却する冷却器であることを特徴とする半導体モジュールの絶縁構造。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項において、上記半導体モジュールの当接面の外周の一部もしくは全周が、上記導電性構造体の当接面の外周よりも内側に配されていることを特徴とする半導体モジュールの絶縁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、絶縁材と、導電性構造体とを加圧密着してなる半導体モジュールの絶縁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、図１０、図１１に示すごとく、半導体素子９１を内蔵した半導体モジュール９に冷却器７を加圧密着させて、半導体モジュール９を冷却する構造がある（特許文献１参照）。この場合、半導体モジュール９の表面に露出した放熱板９５０と冷却器７との間に、セラミック等からなる絶縁材８を配置して、両者の間の電気的絶縁性を確保している。
【０００３】
しかし、絶縁材８を挟んで放熱板９５０と冷却器７とが加圧されると、冷却器７の当接面のうち、放熱板９５０の外周９５１に対向配置された部分に応力が集中し、変形することがある。このとき、絶縁材８が冷却器７の変形に追従して変形しようとする曲げの力が働き、絶縁材８にクラックが入ったり破損したりするおそれがある。
そして、このクラックは、放熱板９５０の外周９５１と冷却器７との間において発生するため、半導体モジュール９と冷却器７との間の電気的絶縁性を確保することが困難となるおそれがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２０００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、電気的絶縁性の低下を充分に防ぐことができる半導体モジュールの絶縁構造を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールに接触配置した絶縁材と、上記半導体モジュールとの間に上記絶縁材を挟むように該絶縁材に接触配置した導電性構造体とが、互いに加圧密着してなり、
上記絶縁材に当接する上記半導体モジュールの当接面は、導電性部材の表面と該導電性部材の周囲に形成された絶縁性部材の表面とによって構成された平面からなることを特徴とする半導体モジュールの絶縁構造にある（請求項１）。
【０００７】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記絶縁材に当接する上記半導体モジュールの当接面は、導電性部材の表面とその周囲に形成された絶縁性部材の表面とによって構成された平面からなる。それ故、半導体モジュールと絶縁材と導電性構造体とが加圧されても、絶縁材のうちの導電性部材の外周に対向する部分に応力が集中することはない。そして、上記加圧によって応力が集中するとすれば、導電性部材の周囲の絶縁性部材の外周に対向する部分に応力が集中する。
【０００８】
そのため、仮に上記応力によって絶縁材にクラック等の損傷が生じても、その損傷は、導電性部材から離れた位置に生じることとなる。それ故、かかる場合においても、半導体モジュールの導電性部材と導電性構造体との間の絶縁距離（沿面距離）を長くすることができ、両者の電気的絶縁性を確保することができる。
【０００９】
以上のごとく、本発明によれば、電気的絶縁性の低下を充分に防ぐことができる半導体モジュールの絶縁構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明において、上記導電性部材の周囲における絶縁性部材の表面の幅は、例えば、１．０〜８．０ｍｍ／ｋＶであることが好ましい。上記幅は、絶縁材の材料と使用電圧によって決まる、絶縁性を確保するための最小沿面距離から算出されるもの（例えばセラミックの場合、下限値が１．０ｍｍ／ｋＶ）である。そして、上記幅が１．０ｍｍ／ｋＶ未満の場合には、仮に絶縁材に損傷が生じたとき、半導体モジュールと導電性構造体との間の電気的絶縁を確保することが困難となるおそれがある。一方、上記幅が８．０ｍｍ／ｋＶを超える場合には、放熱板の表面積を充分に確保することが困難となり、半導体モジュールの放熱性を確保することが困難となるおそれがある。
【００１１】
また、上記半導体モジュールとしては、例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴ素子、ＩＧＢＴ素子、ダイオード、トランジスタ、サイリスタ、パワー集積回路等の半導体素子を内蔵したものがある。
また、上記絶縁材としては、例えば熱伝導性に優れたセラミック板等を用いることができる。また、絶縁材の厚みは、例えば、０．０５〜１．０ｍｍとすることができる。
また、上記導電性構造体としては、例えば、後述する冷却器の他、ヒートシンク、ケース、他の電子部品等がある。
【００１２】
また、上記半導体モジュールの当接面の一部を構成する上記絶縁性部材の表面は、上記導電性部材の全周に形成されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、半導体モジュールと導電性構造体との間の電気的絶縁性の低下を一層効果的に防ぐことができる。
【００１３】
また、上記絶縁材は、上記半導体モジュールの当接面又は上記導電性構造体の当接面のいずれか一方又は双方に密着した絶縁膜からなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、組付け性に優れた半導体モジュールの絶縁構造を得ることができる。
なお、上記絶縁膜としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコン系樹脂等の樹脂膜とすることができる。或いは、ＰＶＤ（物理的気相蒸着法）やＣＶＤ（化学的気相蒸着法）によって成膜した炭素系皮膜、窒化アルミニウム皮膜、窒化珪素皮膜等の絶縁薄膜を用いることもできる。
【００１４】
また、上記導電性構造体は、上記半導体モジュールを冷却する冷却器であることが好ましい（請求項４）。
この場合には、半導体モジュールを効率的に冷却することができると共に、半導体モジュールと冷却器との間の電気的絶縁性を確保することができる。
即ち、半導体モジュールの発熱を冷却器へ充分に放熱するためには、半導体モジュールと冷却器とを充分に加圧密着させる必要がある。そうすると、半導体モジュールと冷却器との間の絶縁材には大きな加圧力がかかり、場合によっては、絶縁材に損傷が生じるおそれがある。そこで、本発明を適用することにより、仮に絶縁材の損傷が生じたとしても、半導体モジュールと冷却器との間の電気的絶縁性を確保することができる。
このように、半導体モジュールの冷却効率の確保と電気的絶縁性の低下の防止との両立を図ることができる。
【００１５】
また、上記半導体モジュールの当接面の外周の一部もしくは全周が、上記導電性構造体の当接面の外周よりも内側に配されていてもよい（請求項５）。
この場合には、本発明の効果を充分に発揮することができる。即ち、この場合には、半導体モジュールの当接面の外周において、絶縁材にクラックが生じることがある。そして、このクラックの発生位置に導電性構造体の当接面が配置していることとなる。このような状態において、クラックの発生位置における導電性構造体の反対側に半導体モジュールの導電性部材が存在すると絶縁不良となるおそれがある。しかし、本発明においては、当該部分には絶縁性部材が存在することとなる。それ故、仮に絶縁材にクラックが生じても、導電性構造体と半導体モジュールの導電性部材との間の絶縁距離（沿面距離）を確保することができ、両者の電気的絶縁性を確保することができる。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
本発明の実施例に係る半導体モジュールの絶縁構造につき、図１、図２を用いて説明する。
本例の半導体モジュールの絶縁構造は、図１、図２に示すごとく、半導体素子１１を内蔵した半導体モジュール１と、該半導体モジュール１に接触配置した絶縁材２と、半導体モジュール１との間に絶縁材２を挟むように該絶縁材２に接触配置した導電性構造体としての冷却器３とが、互いに加圧密着してなる。
【００１７】
絶縁材２に当接する半導体モジュール１の当接面１５は、導電性部材としての放熱板１５０の表面１５１と該放熱板１５０の周囲に形成された絶縁性部材としてのモールド材１３の表面１３１とによって構成された平面からなる。
また、モールド材１３の表面１３１は、放熱板１５０の全周に形成されている。
上記放熱板１５０の周囲におけるモールド材１３の表面１３１の幅ｗは、０．５〜４．０ｍｍである。
また、半導体モジュール１の当接面１５の外周（モールド材１３の表面１３１の外周１３２）は、冷却器３の当接面３５の外周３５２よりも内側に配されている。
【００１８】
図２に示すごとく、半導体モジュール１の内部に設けた半導体素子１１は、銅からなる上記放熱板１５０に接触配置され、半導体素子１１における発熱を、放熱板１５０を介して冷却器３に放熱している。また、半導体モジュール１は、半導体素子１１に接続された端子１２を有している。そして、半導体モジュール１は、半導体素子１１と端子１２と放熱板１５とを樹脂からなるモールド材１３によって一体化してなる。
そして、上記放熱板１５０の一つの表面１５１は、絶縁材２への当接面１５として露出しており、放熱板１５０の周りにおけるモールド材１３の一部の表面１３１と、上記放熱板１５０の表面１５１とによって連続した一つの平面を形成している。この平面が上記当接面１５となり、絶縁材２と面接触している。
【００１９】
また、半導体モジュール１の放熱板１５０と冷却器３との間には、熱伝導性に優れたセラミック板からなる絶縁材２を配設してなる。絶縁材２は、放熱板１５０の表面１５１及びモールド材１３の表面１３１とからなる当接面１５の全面を覆うように配設されている。また、絶縁材２の厚みは０．０５〜１．０ｍｍである。
そして、図２の矢印Ｆに示すごとく、冷却器３が半導体モジュール１に向かって加圧された状態で組み付けられている。冷却器３は、アルミニウムからなる。
また、半導体モジュール１と絶縁材２との間、及び絶縁材２と冷却器３との間は、それぞれ放熱グリスが充填されている。ただし、放熱グリスを充填せずに、半導体モジュール１と絶縁材２、及び絶縁材２と冷却器３とを直接接触させてもよい。或いは接着剤を介在させてもよい。
【００２０】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記絶縁材２に当接する上記半導体モジュール１の当接面１５は、放熱板１５０の表面１５１とその周囲に形成された絶縁性のモールド材１３の表面１３１とによって構成された平面からなる。それ故、半導体モジュール１と絶縁材２と冷却器３とが加圧されても、絶縁材２のうちの放熱板１５の外周１５２に対向する部分に応力が集中することはない。そして、上記加圧によって応力が集中するとすれば、放熱板１５０の周囲のモールド材１３の外周１３２に対向する部分に応力が集中する。
【００２１】
そのため、仮に上記応力によって絶縁材２にクラック等の損傷が生じても、その損傷は、放熱板１５０から離れた位置に生じることとなる。それ故、かかる場合においても、半導体モジュール１の放熱板１５０と冷却器３との間の絶縁距離（沿面距離）を長くすることができ、両者の電気的絶縁性を確保することができる。
また、モールド材１３の表面１３１は、放熱板１５の全周に形成されているため、半導体モジュール１と冷却器３との間の電気的絶縁性の低下を一層効果的に防ぐことができる。
【００２２】
また、半導体モジュール１に絶縁材２を介して加圧密着させる導電性構造体は、半導体モジュール１を冷却する冷却器３であるため、半導体モジュール１を効率的に冷却することができると共に、半導体モジュール１と冷却器３との間の電気的絶縁性を確保することができる。
即ち、半導体モジュール１の発熱を冷却器３へ充分に放熱するためには、半導体モジュール１と冷却器３とを充分に加圧密着させる必要がある。そうすると、半導体モジュール１と冷却器３との間の絶縁材２には大きな加圧力がかかり、場合によっては、絶縁材２に損傷が生じるおそれがある。そこで、本発明を適用することにより、仮に絶縁材２の損傷が生じたとしても、半導体モジュール１と冷却器３との間の電気的絶縁性を確保することができる。
このように、半導体モジュール１の冷却効率の確保と電気的絶縁性の低下の防止との両立を図ることができる。
【００２３】
また、半導体モジュール１の当接面１５の外周（モールド材１３の表面１３１の外周１３２）は、冷却器３の当接面３５の外周３５２よりも内側に配されているため、本発明の効果を充分に発揮することができる。即ち、この場合には、半導体モジュール１の当接面１５の外周（モールド材１３の表面１３１の外周１３２）において、絶縁材２にクラックが生じることがある。そして、このクラックの発生位置に冷却器３の当接面３５が配置していることとなる。このような状態において、クラックの発生位置における冷却器３の反対側に半導体モジュール１の放熱板１５０が存在すると絶縁不良となるおそれがある。しかし、本発明においては、当該部分には絶縁性のモールド材１３が存在することとなる。それ故、仮に絶縁材２にクラックが生じても、冷却器３と放熱板１５０のとの間の絶縁距離（沿面距離）を確保することができ、両者の電気的絶縁性を確保することができる。
【００２４】
以上のごとく、本例によれば、電気的絶縁性の低下を充分に防ぐことができる半導体モジュールの絶縁構造を提供することができる。
【００２５】
（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、導電性構造体としての冷却器３の内部に冷却媒体を流通させる冷媒流路３１を形成した例である。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、半導体モジュール１の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００２６】
（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、放熱板１５０の周囲のモールド材１３の表面１３１の幅ｗを広く形成した例である。
即ち、本例においては、上記幅ｗを１．０〜５．０ｍｍとした。また、絶縁材２の大きさを小さくして、端部２１がモールド材１３の表面１３１と冷却器３の当接面３５との間に配置されるようにした。
その他は、実施例１と同様である。
【００２７】
この場合には、放熱板１５０の周囲のモールド材１３の表面１３１の幅ｗを大きくすることにより、絶縁材２の端部２１をモールド材１３の表面１３１と冷却器３の当接面３５との間に配置することができる。そのため、半導体モジュール１と絶縁材２と冷却器３とを加圧したとき、絶縁材２に局部的な応力集中が生じることがなく、絶縁材２の損傷を防ぐことができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００２８】
（実施例４）
本例は、図５に示すごとく、半導体モジュール１の両面にそれぞれ絶縁材２を介して導電性構造体としての冷却器３を加圧密着させた絶縁構造の例である。
即ち、本例の半導体モジュール１は、両面冷却型の半導体モジュールであって、放熱板１５０を両面に有する。そして、各放熱板１５０の表面１５１とその周囲のモールド材１３の表面１３１とからなる当接面１５に対して、絶縁材２を介して冷却器３を加圧密着させている。
その他は、実施例１と同様である。
【００２９】
本例の場合には、半導体モジュール１を両面から冷却することができるため、半導体モジュール１の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３０】
（実施例５）
本例は、図６に示すごとく、半導体モジュール１の放熱板１５０の表面１５１とモールド材１３の表面１３１とからなる当接面１５に密着した絶縁膜を、半導体モジュール１と冷却器３との間の絶縁材２とした例である。
上記絶縁膜としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコン系樹脂等の樹脂膜とすることができる。或いは、ＰＶＤ（物理的気相蒸着法）やＣＶＤ（化学的気相蒸着法）によって成膜した炭素系皮膜、窒化アルミニウム皮膜、窒化珪素皮膜等の絶縁薄膜を用いることもできる。
その他は、実施例１と同様である。
【００３１】
本例の場合には、組付け性に優れた半導体モジュールの絶縁構造を得ることができる。即ち、半導体モジュール１と絶縁材２とが予め一体化された状態で組付け作業を行うことができるため、冷却器３と半導体モジュール１及び絶縁材２とを容易に組付けることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３２】
（実施例６）
本例は、図７に示すごとく、導電性構造体としての冷却器３の当接面３５に密着した絶縁膜を、半導体モジュール１と冷却器３との間の絶縁材２とした例である。
絶縁膜（絶縁材２）は、冷却器３の全周を覆うように形成されている。
その他は、実施例５と同様である。
本例の場合にも、実施例５と同様に、組付け性に優れた半導体モジュールの絶縁構造を得ることができる。
【００３３】
（実施例７）
本例は、図８、図９に示すごとく、冷媒流路３１を有する冷却器３を導電性構造体として、半導体モジュール１の両面に配置した例である。
即ち、本例は、上記実施例２、４を組合わせた態様としている。
【００３４】
したがって、本例によれば、上記実施例２、４の作用効果を得ることができる。
即ち、半導体モジュール１を両面から冷却することができるため、半導体モジュール１の冷却効率を向上させることができる。また、冷却媒体を用いて半導体モジュール１を冷却することができるため、半導体モジュール１の冷却効率を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００３５】
なお、上記実施例においては、半導体モジュールに絶縁材を介して当接させる導電性構造体として、冷却器を配置する例を示したが、導電性構造体としては、例えば、ヒートシンク、ケース、他の電子部品等、他の構造体を配設してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１における、半導体モジュールの絶縁構造の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図。
【図３】実施例２における、半導体モジュールの絶縁構造の断面図。
【図４】実施例３における、半導体モジュールの絶縁構造の平面図。
【図５】実施例４における、半導体モジュールの絶縁構造の断面図。
【図６】実施例５における、半導体モジュールの絶縁構造の平面図。
【図７】実施例６における、半導体モジュールの絶縁構造の平面図。
【図８】実施例７における、半導体モジュールの絶縁構造の平面図。
【図９】図８のＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１０】従来例における、半導体モジュールの絶縁構造の平面図。
【図１１】図１０のＣ−Ｃ線矢視断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１  半導体モジュール
１１  半導体素子
１３  モールド材
１５  当接面
１５０  放熱板
２  絶縁材
３  冷却器
【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】
2007109857.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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