(57)【要約】【課題】ヒートプレートの反りの発生を抑制し得て、放熱性の問題を解決できる他、製品完成後の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、製品寿命の延びが期待できるパワーモジュール構造を提供する。【解決手段】ヒートプレート１に応力緩和部としての分割部１Ｆを形成すると共に、ヒートプレートの分割部位１ａ、１ｂを絶縁板２に半田付けすることで、この半田付けによる応力の束縛を分散させるようにした。【選択図】図４
2007165600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートシングに接触するヒートプレート、絶縁部材、端子及び半導体チップを、順次半田により接合して、前記端子を、その対応する前記半導体チップの接点に接続するようにしたパワーモジュール構造であって、
前記ヒートプレートに、当該ヒートプレートと前記絶縁部材との熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和する応力緩和部を設けるようにしたことを特徴とするパワーモジュール構造。
【請求項２】
前記ヒートプレートを分割して、この分割部を前記応力緩和部にすると共に、前記ヒートプレートの分割部位を前記絶縁部材に半田付けすることで、この半田付けによる応力の束縛を分散させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール構造。
【請求項３】
前記ヒートプレートを分割し、これらの分割部位を、その分割部の両端部で溶着して前記応力緩和部にすると共に、前記分割部位を前記絶縁部材に半田付けすることで、この半田付けによる応力の束縛を分散させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール構造。
【請求項４】
前記応力緩和部は、前記ヒートプレートに形成したスリットであることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール構造。
【請求項５】
前記応力緩和部は、前記ヒートプレートの表面に形成した凹状溝であることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール構造。
【請求項６】
前記凹状溝が一条であることを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール構造。
【請求項７】
前記凹状溝が複数条であることを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール構造。
【請求項８】
前記凹状溝が複数条であって、これらの凹状溝を格子状に配置するようにしたことを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール構造。
【請求項９】
前記端子に、当該端子と前記絶縁部材との熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和する端子側応力緩和部を設けると共に、前記端子を前記絶縁部材に半田付けする半田接合領域である応力束縛部を部分的に形成するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかの一に記載のパワーモジュール構造。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れかの一に記載のパワーモジュール構造を用いて構成したソリッドステートリレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高い信頼性、放熱性を要する電子部品のパワーモジュール構造及びこれを用いたソリッドステートリレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、回路の集積化に伴い発熱する電子部品の放熱にはヒートシンクを用いることが一般的である。そのために、電子部品あるいは基板とヒートシンクとの密着は、放熱性に対し高い重要性を持つようになってきている。しかしながら、有害物質削減の動きから、高融点の半田が使われるようになってきたために、前述の密着性を阻害する“反り”が問題になっている。
【０００３】
また、熱膨張係数の異なる板材を、複数枚半田接合すると反りが発生することは知られている。半田の種類が異なれば（融点が異なれば）、反りの発生も異なる。その傾向は融点が高くなるにつれ大きくなる。高い融点の半田にはＰｂが主成分のものが一般的に使われている。Ｐｂは“柔らかい”特性を有しているために、反り応力に対する対策として以前から知られている。
【０００４】
上記した発熱する電子部品を使用する電子部品としてのパワーモジュール構造は、図２３に示すように、ヒートシング（図示せず）に接触するヒートプレート１に絶縁板２を半田により接合し、この絶縁板２に第１の端子４を半田により接合し、第１の端子４に半導体チップ３を半田により接合して、この第１の端子４を、その対応する半導体チップ３の接点に接続し、この半導体チップ３に、第２、第３の端子５、６を半田により接合して、第２、第３の端子５、６のそれぞれを、その対応する半導体チップ３の接点に接続するようにした構成であり、ヒートプレート１がシートシング表面に保持されるようになっている。
【０００５】
そして、上記したヒートプレート１はＣｕ材から形成してあり、図２４に示すように、短冊状のプレート本体１Ａを備えており、このプレート本体１Ａの長手方向に両端部にはヒートシンクに取り付けるための取付け部７が延出してあり、各取付け部７には、ヒートシンクにネジ止めするための取付け溝７ａが形成してある。なお、上記したパワーモジュール構造は一相のパワーモジュール構造であり、図２４に示すヒートプレート１は一相のパワーモジュール構造に使用されるものであるが、三相のパワーモジュール構造である場合には、ヒートプレートとしては、図２５に示すヒートプレート１−１が使用される。このヒートプレート１−１はＣｕ材から形成してあり、その板状のプレート本体１Ａ−１の四隅部には取付け部７が延出してあり、各取付け部７には、ヒートシンクにネジ止めするための取付け穴７ｂが形成してある。
【０００６】
上記した一相のパワーモジュール構造において、ヒートプレート１のプレート本体１Ａには、図２６に点線で示す長方形状の半田付け領域１０−１において絶縁板２が半田付けされるし、また、絶縁板２には、図２７に点線で示す長方形状の半田付け領域１０−２において第１の端子４が半田付けされるし、また、第１の端子４の端子本体４Ａの中央部には、図２８に点線で示す長方形状の半田付け領域１０−３において、半導体チップ３が半田付けされるし、また、半導体チップ３には、図２９に点線で示す三角形状の半田付け領域１０−４において第２の端子５が半田付けされるし、半導体チップ３には長方形状の半田付け領域１０−５において第３の端子６が半田付けされる。
【０００７】
上記した半田付けは、ヒートプレート１と、絶縁板２と、半導体チップ３と、第１、第２、第３の端子４、５、６とを積層状態で加熱処理により各半田付け領域１０−１〜１０−５の半田を溶融後硬化させて行うか、ヒートプレート１と絶縁板２、絶縁板２と第１の端子４、第１の端子４と半導体チップ３、半導体チップ３と第２、第３の端子５、６とを別々に半田接合する場合もある。そして、上記のように半田接合して構成された図２３に示すモジュール構成体１１を樹脂１２でモールドすることで、図２２に示すパワーモジュール構造が構成してある。
【０００８】
次に、上記したパワーモジュール構造において、絶縁板２とヒートプレート１の反り発生のメカニズムを図３０乃至図３３を参照して説明する。
【０００９】
図３０は、絶縁板２にＡｌ２Ｏ３材を用い、ヒートプレート１にＣｕ材を用いて、ヒートプレート１に絶縁板２を半田１０で接合する状態を模式的に表わしたものであり、図中Ｌ１は絶縁板２の基準長さであり、Ｌ２はヒートプレート１の基準長さである。そして、温度を室温（２５°）からＴｐに昇温した場合、絶縁板２は、その材質上あまり熱膨張しないが、ヒートプレート１は外方向Ｆ１に熱膨張する。このために、ヒートプレート１は、図３０に示すように、その基準長さＬ２を越えて伸びることになる。
【００１０】
温度がＴｐから降温すると、ヒートプレート１は、図３１に示す矢印方向Ｆ２に収縮し、温度がＴｍ（＜Ｔｐ）から降温し始めると、ヒートプレート１は、図３２に示す矢印方向Ｆ３に収縮し、温度が室温（２５°）になると、ヒートプレート１が伸びた状態で、半田１０が硬化するために、ヒートプレート１及び絶縁板２に、図３３において上に凸になるような反りが発生する。
【００１１】
すなわち、半田１０は高融点の半田が使用してあり、硬化する温度が３００℃近辺（従来より高い数値：従来は１８０℃程度）であるために、半田は３００℃近辺で硬化してヒートプレート１が絶縁板２に接合される。この場合、ヒートプレート１が熱膨張して伸びた状態であり、絶縁板２は元の寸法から余り熱膨張せずに伸びていないので、温度が下降すると、ヒートプレート１と絶縁板２には、互いに元の寸法に戻ろうとする力が働いて、ヒートプレート１だけ収縮する状態になるので、上に凸になるような反りが発生する。
【００１２】
また、従来のパワーモジュール構造に関連して、パワーモジュール用等の発熱の大きい用途に回路基板を実装する場合、ヒートシンク銅板への接合時等に回路基板製造時に発生する残留応力を増大させ、クラックを生じ易い問題を解決するものとして、反りを持つセラミックス焼結板であって、一方向の反り量が、該方向の長さの１／４０００から１／１００で有り、該方向の直角方向の反り量が該方向の反り量の１／２以下（０を含む）であるセラミックス基板を使用し、また、このセラミックス基板の凸面側に回路形成用金属板を、凹面側に放熱部形成用金属板を配置して加熱接合する回路基板の製造方法を提唱したものがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６７８０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記した従来のパワーモジュール構造にあっては、上記したように熱膨張係数の差に起因して反りが発生するが、この反り変形がヒートプレート１とヒートシンクとの間に間隙を生じさせ、良好な放熱効果を奏することができない等の問題があった。
【００１４】
また、上記したように、ヒートプレート１が反っているパワーモジュール構造では、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田１０にストレスがかかってきて、疲労が起こるという問題があった。
【００１５】
また、上記したように、ヒートプレート１の絶縁板２に対する半田付け領域である固定箇所が、図２６に点線で示すように全域にしてあるために、位置決めのしわ寄せが来ることから、変形は外側端で起こり、ヒートプレート１に固定箇所の全長分の応力がかかることになって、反りの原因になるという問題点があった。
【００１６】
本発明は上記の問題点を解決するものであって、その目的とするところは、ヒートプレートの反りの発生を抑制し得て、放熱性の問題を解決できる他、製品完成後の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、製品寿命の延びが期待できるパワーモジュール構造及びこれを用いたソリッドステートリレーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明に係るパワーモジュール構造は、ヒートシングに接触するヒートプレート、絶縁部材、端子及び半導体チップを、順次半田により接合して、前記端子を、その対応する前記半導体チップの接点に接続するようにしたパワーモジュール構造であって、前記ヒートプレートに、当該ヒートプレートと前記絶縁部材との熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和する応力緩和部を設けるようにしたことを特徴とする。
【００１８】
かかる構成により、ヒートプレートには応力緩和部が設けてあるために、反りの原因となる応力を緩和することができて、ヒートプレートの反りの発生が抑制され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。
【００１９】
また、ヒートシンクの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００２０】
このように反りを軽減し放熱性の問題を解決できる他、製品完成後の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、製品寿命の伸びが期待できるようになる。ここで、端子とは第１の端子が該当するし、絶縁部材とは絶縁板が該当する。
【００２１】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、ヒートプレートを分割して、この分割部を応力緩和部にすると共に、ヒートプレートの分割部位を絶縁部材に半田付けすることで、この半田付けによる応力の束縛を分散させるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
かかる構成により、ヒートプレートには分割部で応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和されるし、それぞれの分割部位が絶縁部材に半田付けされることで、半田付けによる応力の束縛を分散させる応力束縛部を分散させることができて、ヒートプレートの反りの発生が抑制され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。
【００２３】
また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００２４】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、ヒートプレートを分割し、これらの分割部位を、その分割部の両端部で溶着して応力緩和部にすると共に、分割部位を絶縁部材に半田付けすることで、この半田付けによる応力の束縛を分散させるようにしたことを特徴とする。
【００２５】
かかる構成により、ヒートプレートには、分割部位を、その分割部の両端部で溶着して応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和されるし、それぞれの分割部位が絶縁部材に半田付けされることで、半田付けによる応力の束縛を分散させる応力束縛部を分散させることができて、ヒートプレートの反りの発生が抑制され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。
【００２６】
また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００２７】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、応力緩和部は、ヒートプレートに形成したスリットであることを特徴とする。
【００２８】
かかる構成により、ヒートプレートにはスリットによる応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、ヒートプレートの反りの発生が抑制され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００２９】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、応力緩和部は、ヒートプレートの表面に形成した凹状溝であることを特徴とする。
【００３０】
かかる構成により、ヒートプレートには凹状溝による応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、ヒートプレートの反りの発生が抑制され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００３１】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、凹状溝が一条であることを特徴とする。
【００３２】
かかる構成により、ヒートプレートには一条の凹状溝による応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、ヒートプレートの反りの発生が抑制され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００３３】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、凹状溝が複数条であることを特徴とする。
【００３４】
かかる構成により、ヒートプレートには複数条の凹状溝による応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００３５】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、凹状溝が複数条であって、これらの凹状溝を格子状に配置するようにしたことを特徴とする。
【００３６】
かかる構成により、ヒートプレートには複数条の凹状溝を格子状に配置することによる応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００３７】
また、本発明に係るパワーモジュール構造は、上記した本発明に係るパワーモジュール構造において、端子に、当該端子と絶縁部材との熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和する端子側応力緩和部を設けると共に、端子を絶縁部材に半田付けする半田接合領域である応力束縛部を部分的に形成するようにしたことを特徴とする。
【００３８】
かかる構成により、ヒートプレートに応力緩和部があることに加えて、端子にも端子側応力緩和部が設けてあり、しかも応力束縛部が部分的に形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、しかも応力の束縛が部分的になって反りの発生を抑制することができる。このために、ヒートプレートのヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。
【００３９】
しかも、このように反りを軽減し放熱性の問題を解決できる他、製品完成後の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、製品寿命の延びが期待できるようになる。
【００４０】
また、ヒートプレート及び端子の反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００４１】
また、本発明に係るソリッドステートリレーは、上記した本発明に係るパワーモジュール構造の何れか一を用いて構成したことを特徴とする。
【００４２】
かかる構成により、パワーモジュール構造が、反りを軽減し放熱性の問題を解決できるために、ソリッドステートリレーの外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、ソリッドステートリレーとしての製品寿命の延びが期待できるようになる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明に係るパワーモジュール構造によれば、ヒートプレートには応力緩和部が設けてあるために、反りの原因となる応力が緩和することができて、ヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができるし、また、ヒートシンクの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００４４】
また、ヒートプレートの反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００４５】
このように反りを軽減し放熱性の問題を解決できる他、製品完成後の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、製品寿命の延びが期待できるようになる。
【００４６】
また、本発明に係るパワーモジュール構造を用いたソリッドステートリレーによれば、パワーモジュール構造が、反りを軽減し放熱性の問題を解決できるために、ソリッドステートリレー自体の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、ソリッドステートリレーとしての製品寿命の延びが期待できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４８】
（実施の形態１）
図１に、本発明に係るパワーモジュール構造を使用したソリッドステートリレーの外観を示す。このソリッドステートリレー２０は、図２に示すように、ヒートシング２１と、このヒートシンク２１の端面２１Ａに取り付けられるベース２２と、このベース２２内に収容されてヒートシンク２１に面接触する本発明に係るパワーモジュール構造Ａと、このパワーモジュール構造Ａに接続される回路基板２３と、ベース２２に係脱可能に係止されて、回路基板２３を覆うケース２４とを備えており、このケース２４には揺動自在にカバー（図示せず）が取り付けてある。
【００４９】
ヒートシング２１の端面２１Ａには、その長手方向の両側にネジ穴２１Ｂが設けてある。また、ベース２２は、ヒートシング２１の端面２１Ａに倣う箱形状であって、その底部２２Ａにはパワーモジュール構造装着部２８が開口しており、また、ベース２２の底部２２Ａの長手方向の両側には端子受け部２９が設けてある。
【００５０】
また、回路基板２３には、その長手方向に両端縁部に基板側端子部２３−１、２３−２が設けてあり、また、回路基板２３の実装面には一対の端子部２３−３、２３−４が設けてあり、また、回路基板２３にはゲート端子接続部２３−５が設けてある。
【００５１】
また、ケース２４は、その長手方向の両端部に端子表出部２４Ａ、２４Ｂを有しており、また、その短手方向の一端側縁部に一対の端子表出孔２４Ｃ、２４Ｄを有しているし、また、ケース２４の長手方向の両端部には、裏側に突出するボス部２４Ｅが突設してあり、これらのボス部２４Ｅに先部にはネジ穴２４Ｆが設けてある。
【００５２】
そして、ベース２２はヒートシング２１の端面２１Ａに装着してあり、このベース２２のパワーモジュール構造装着部２８にパワーモジュール構造Ａが装着されるし、このパワーモジュール構造Ａの  部７の取付け溝７ａがヒートシング２１のネジ穴２１Ｂに重なるようになる。また、パワーモジュール構造Ａのヒートプレート２１の裏面がヒートシング２１の端面２１Ａに接触する。そして、パワーモジュール構造Ａの端子部４Ｂ、５Ｂがベース２２の端子受け部２９に沿うようになる。
【００５３】
そして、パワーモジュール構造Ａには回路基板２３が重ねてあり、この場合、回路基板２３の基板側端子部２３−１、２３−２が、パワーモジュール構造Ａの端子部４Ｂ、５Ｂに重なる。そして、パワーモジュール構造Ａのゲート端子部５Ｂが回路基板２３のゲート端子接続部２３−５に接続される。
【００５４】
また、ベース２２には、回路基板２３を覆うようにしてケース２４が取付けてあり、このケース２４の一方の端子表出部２４Ａに端子部２３−１と端子ネジ（図示せず）が表出するし、他方の端子表出部２４Ｂに端子部２３−２と端子ネジ（図示せず）が表出する。また、回路基板２３の端子部２３−３、２３−４がケース２４の端子表出孔２４Ｃ、２４Ｄに挿入される。そして、ケース２４のボス部２４Ｅがヒートプレート１の取付け部７を押えるようになって、ボス部２４Ｅのネジ穴２４Ｆに挿入した取付けネジ（図示せず）をヒートシング２１のネジ穴２１Ｂに螺合することで、ヒートプレート１の取付け部７がヒートシンク２１に取付けられる。
【００５５】
パワーモジュール構造Ａは、図３及び図４に示すように、単相のヒートプレート１と、絶縁部材である絶縁板２と、半導体チップ３と、端子である第１の端子４と、第２、第３の端子５、６とを備えている。
【００５６】
そして、ヒートプレート１はＣｕ材から形成してあり、図６に示すように、そのプレート本体１Ａは、中央部で二分割してあり、この分割部１Ｆで応力緩和部が構成してあるし、プレート本体１Ａの長手方向の両端部にはヒートシンク２１に取り付けるための取付け部７が延出してあり、各取付け部７には、ヒートシンクにネジ止めするための取付け溝７ａが形成してある。後述するように、ヒートプレート１は、それぞれの分割部位１ａ、１ｂを絶縁板２に半田接合することで、この半田接合による応力の束縛を分散させることができる。
【００５７】
また、絶縁板２は、図４に示すように、セラミック製の板本体２Ａの両面にモリブデン、マンガン等の金属が蒸着されて金属層（図示せず）が形成してあって、半田付けが可能にしてある。
【００５８】
また、半導体チップ３としては、例えば、出力素子としてのトライアック（図示せず）が使用されており、四角形状の板状体であって、図５に示すように、第１、第２の接点部３ａ、３ｂとゲート接点部３ｃを備えている。
【００５９】
第１の端子４は、図４に示すように、端子本体４Ａを備えており、この端子本体４Ａは短冊形状であって、端子本体４Ａの先端側にはクランク形状に屈曲された端子部４Ｂが形成してある。
【００６０】
第２の端子５はゲート端子であり、図４に示すように、細長い形状であって、その基端部が接合部５ａにしてあり、先端部が屈曲されて端子部５Ｂにしてある。
【００６１】
第３の端子６は、図４に示すように、幅広な帯状の端子本体６Ａを備えており、この端子本体６Ａの先端部にはクランク形状に屈曲された端子部６Ｂが形成してある。
【００６２】
そして、ヒートプレート１のプレート本体１Ａには、半田により絶縁板２が接合してあり、また、この絶縁板２の板本体２Ａには、図４に示すように部分的な半田付け領域として第１の端子４の端子本体４Ａの片側である先端部４ｂ側のみが半田付けしてある。
【００６３】
また、図４に示すように、第１の端子４の端子本体４Ａの中央部には半導体チップ３が半田付けしてあり、半導体チップ３には、第２の端子５が、その基端部の接合部５ａで、また、第３の端子６が、その基端部でそれぞれ半田付けしてある。上記のように半田接合して構成された図４に示すモジュール構成体１１を樹脂１２でモールドすることで、図３に示すパワーモジュール構造Ａが構成してある。
【００６４】
そして、パワーモジュール構造Ａは、図３に示すように、その長手方向の両側に、第１、第３の端子４、６の端子部４Ｂ、６Ｂを有すると共に、表側に第２の端子５の端子部（ゲート端子部）５Ｂが突出しており、更に、パワーモジュール構造Ａには、長手方向の両側に、ヒートシンク２に取り付けるためのヒートプレート１の取付け部７が延出している。
【００６５】
上記したように、ヒートプレート１には、そのプレート本体１Ａは、中央部で二分割してあり、この分割部１Ｆによる応力緩和部が設けてあるために、反りの原因となる応力が緩和することができて、ヒートシンク２１への密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレート１は、それぞれの分割部位１ａ、１ｂを絶縁板２に半田接合することで、この半田接合による応力の束縛を分散させることができる。
【００６６】
また、ヒートプレート１の反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【００６７】
また、製品完成後の外部応力（ヒートショック）にも柔軟に対応でき、製品寿命の延びが期待できるようになる。
【００６８】
上記した本発明の実施の形態１では、第１の端子４に端子側応力緩和部を有していないものを用いたが、図７及び図８に示すように、第１の端子４には、その端子本体４Ａの短手方向の両側縁部にスリット４ａをそれぞれ一対形成して、これらのスリット４ａで応力緩和部を構成したものを用いてもよい。
【００６９】
この場合、絶縁板２の板本体２Ａには、半田付け領域として第１の端子４の端子本体４Ａの両端部４ｂ、４ｃが半田付けされていて、応力の束縛が部分的になっており、また、第１の端子４には複数のスリット６ａからなる端子側応力緩和部が形成してあって、反りの原因となる応力が緩和されることで、第１の端子４の反りの発生が抑制される。
【００７０】
また、図９に示すように、第１の端子４としては、その端子本体４Ａが、基端側部位４ｇ、中部部位４ｈ及び先側部位４ｉに三分割した構成であり、基端側部位４ｇ、中部部位４ｈ及び先側部位４ｉのそれぞれを、絶縁板２に半田接合するようにしてもよい。
【００７１】
この場合、第１の端子４には複数の直線分割部４ｊ、４ｋからなる端子側応力緩和部が形成してあって、反りの原因となる応力が緩和されるし、しかも、それぞれの基端側部位４ｇ、中部部位４ｈ及び先側部位４ｉを絶縁板２の板本体２Ａに半田付けして応力の束縛部分が分散させてあるために、応力の束縛が部分的になって反りの発生を抑制することができる。
【００７２】
また、第１の端子４の端子本体４Ａを、基端側部位４ｇ、中部部位４ｈ及び先側部位４ｉに三分割するにあたって、分割部４ｊ、４ｋを、図１０に示すように、鍵型にしても良い。
【００７３】
また、第１の端子４における端子側応力緩和部は、図１１に示すように、端子本体４Ａの表面Ｐ１に、その短手方向に沿う凹状溝８を、長手方向に複数形成することで構成してもよい。そして、このような第１の端子４は、その裏面Ｐ２で半田を用いて、従来の半田付け領域より狭い半田付け領域で、部分的に絶縁板２に半田接合させる。
【００７４】
したがって、第１の端子４には複数の凹状溝８からなる端子側応力緩和部が形成してあって、反りの原因となる応力が緩和され、しかも、絶縁板２の板本体２Ａと第１の端子４との半田接合では、半田は従来の半田付け領域より狭い半田付け領域に、部分的に形成されることで、第１の端子４には応力の束縛が部分的になっているために、反りの発生が抑制される。
【００７５】
また、第１の端子４における端子応力緩和部は、図１２に示すように、端子本体４Ａの裏面Ｐ２に、その短手方向に沿う凹状溝９を、長手方向に複数形成することで構成してもよい。そして、このような第１の端子４は、その裏面Ｐ２で半田を用いて、従来の半田付け領域より狭い半田付け領域で、部分的に絶縁板２に半田接合させる。
【００７６】
したがって、第１の端子４には複数の凹状溝９からなる応力緩和部が形成してあって、反りの原因となる応力が緩和され、しかも、絶縁板２の板本体２Ａと第１の端子４との半田接合では、半田は従来の半田付け領域より狭い半田付け領域に、部分的に形成されることで、第１の端子４には応力の束縛が部分的になっているために、反りの発生が抑制される。
【００７７】
（実施の形態２）
本発明に係るパワーモジュール構造の実施の形態２を図１３乃至図１５に示す。このパワーモジュール構造Ａ−１は三相構成であって、図１４に示すように、ヒートプレート１−１と、絶縁板２−１と、半導体チップ３−１と第１、第２、第３の端子４−１、５−１、６−１とを備えており、絶縁板２−１、半導体チップ３−１及び第１、第２、第３の端子４−１、５−１、６−１は、上記した本発明の実施の形態１における絶縁板２、半導体チップ３及び第１、第２、第３の端子４、５、６と同構成であるために、同じ符号を付して説明を省略する。
【００７８】
ヒートプレート１−１はＣｕ材から形成してあり、図１５に示すように、そのプレート本体１Ａは二分割してあり、分割部１Ｆがヒートプレート側応力緩和部を構成している。そして、分割部位１ａ−１、１ｂ−１のそれぞれに半田を用いて絶縁板２−１を接合した状態では、半田接合部分からなる応力束縛部が分散するようになる。また、プレート本体１Ａ−１の四隅部には取付け部７が延出してあり、各取付け部７には、ヒートシンクにネジ止めするための取付け穴７ｂが形成してある。
【００７９】
そして、ヒートプレート１−１のプレート本体１Ａには、半田により三枚の絶縁板２−１が接合してあり、また、この絶縁板２−１の板本体２Ａには、図１４に示すように部分的な半田付け領域として第１の端子４−１の端子本体４Ａの両端部４ｂ、４ｃ側が半田付けしてある。
【００８０】
また、図１４に示すように、第１の端子４−１の端子本体４Ａの中央部には半導体チップ３−１が半田付けしてあり、半導体チップ３−１には、第２の端子５−１が、その基端部の接合部５ａで、また、第３の端子６−１が、その基端部でそれぞれ半田付けしてある。上記のように半田接合して構成された図１４に示すモジュール構成体１１−１を樹脂１２−１でモールドすることで、パワーモジュール構造Ａ−１が構成してある。
【００８１】
このパワーモジュール構造Ａ−１は、図１３に示すように、その長手方向の両側に、第１、第３の端子４、６の端子部４Ｂ、６Ｂを有すると共に、表側に第２の端子５の端子部（ゲート端子部）５Ｂが突出しており、更に、パワーモジュール構造Ａ−１には、長手方向の両側に、ヒートシンク（図示せず）に取り付けるためのヒートプレート１−１の取付け部７が延出している。
【００８２】
上記したように、ヒートプレート１−１には分割部１Ｆからなる応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、しかも、ヒートプレート１−１と絶縁板２−１の板本体２Ａとの半田接合では、分割部位１ａ−１、１ｂ−１のそれぞれを半田を用いて絶縁板２−１に接合してあるために、半田接合部分して応力束縛部が分散するようになり、反りの発生が抑制される。
【００８３】
なお、絶縁板２−１の板本体２Ａと第１の端子４−１との半田接合では、第１の端子４−１の端子本体４Ａの両端部４ｂ、４ｃが半田付けされていて、この半田は従来の半田付け領域より狭い半田付け領域に部分的に形成されることで、第１の端子４−１には応力の束縛が部分的になる。そして、この半田接合部が応力束縛部を構成する。
【００８４】
上記した本発明の実施の形態２では、第１の端子４−１には複数のスリット４ａからなる端子側応力緩和部が形成したものを使用したが、図９に示すように、端子本体４Ａを、基端側部位４ｇ、中部部位４ｈ及び先側部位４ｉに三分割したもの。また、端子本体４Ａを、基端側部位４ｇ、中部部位４ｈ及び先側部位４ｉに三分割するにあたって、分割部４ｊ、４ｋを、図１０に示すように、鍵型にしたもの。また、図１１に示すように、端子側応力緩和部として端子本体４Ａの表面に、その短手方向に沿う凹状溝８を長手方向に複数形成しているもの。また、端子側応力緩和部として、図１２に示すように、端子本体４Ａの裏面に、その短手方向に沿う凹状溝９を長手方向に複数形成することで構成しているものを用いても良い。
【００８５】
上記した本発明の実施の形態２では、ヒートプレート１−１には分割部１Ｆで応力緩和部を形成したものを用いたが、ヒートプレート１−１としては、図１６に示すように、そのプレート本体１Ａを二分割して、分割部位１ａ−１、１ｂ−１を、分割部１Ｆの両側に半田１３で接合（溶着）して応力緩和部とした構成のもの、図１７に示すように、そのプレート本体１Ａに片側を残してスリット１４を形成して応力緩和部とした構成のもの、図１８に示すように、そのプレート本体１Ａに両側を残してスリット１５を形成して応力緩和部とした構成のもの、また、図１９に示すように、そのプレート本体１Ａの表面に、その長手方向に沿う一条の凹状溝１６を形成して応力緩和部とした構成のもの、また、図２０に示すように、そのプレート本体１Ａの表面Ｐ１に、その短手方向に沿う二条の凹状溝１７を、その長手方向に形成して応力緩和部とした構成のもの、また、図２１に示すように、そのプレート本体１Ａの表面Ｐ１に、その短手方向に沿う二条の凹状溝１８と、その長手方向に沿う三条の凹状溝１９をそれぞれ形成して、これらの凹状溝１８、１９を格子状に配列して応力緩和部とした構成のものを用いても良い。
【００８６】
上記したように、ヒートプレート１に応力緩和部が形成してあるために、反りの原因となる応力が緩和され、ヒートプレート１の反りの発生が抑制され、ヒートシンク２１への密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができる。また、ヒートプレート１−１の反りが抑制されるために、反りが少なくなる側に熱が伝達されることになって、接合部である半田にストレスがかかってきて、疲労が起こるという不具合を無くすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明によれば、ヒートプレートには応力緩和部が設けてあるために、反りの原因となる応力が緩和され、反りの発生を抑制することができ、ヒートプレートのヒートシンクへの密着性も改善されて放熱性の問題を解決することができるという効果を有しており、高い信頼性、放熱性を要する電子部品のパワーモジュール構造及びこれを用いたソリッドステートリレー等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係るパワーモジュール構造を使用したソリッドステートリレーの外観を示す斜視図である。
【図２】同ソリッドステートリレーの分解状態の斜視図である。
【図３】本発明に係るパワーモジュール構造の実施の形態１の斜視図である。
【図４】同パワーモジュール構造において樹脂モールドを除いた状態の斜視図である。
【図５】図４のＸ−Ｘ線断面位置での斜視図である。
【図６】ヒートプレートの斜視図である。
【図７】第１の端子に別の形態例を使用したパワーモジュール構造において樹脂モールドを除いた状態の斜視図である。
【図８】第１の端子の別の形態例の斜視図である。
【図９】第１の端子の他の別の形態例の斜視図である。
【図１０】第１の端子の他の別の形態例の斜視図である。
【図１１】第１の端子の他の別の形態例の斜視図である。
【図１２】第１の端子の他の別の形態例の斜視図である。
【図１３】本発明に係るパワーモジュール構造の実施の形態２の斜視図である。
【図１４】同パワーモジュール構造であって、樹脂モールドを除いた状態の平面図である。
【図１５】同パワーモジュール構造におけるヒートプレートの斜視図である。
【図１６】ヒートプレートの他の形態例の斜視図である。
【図１７】ヒートプレートの他の別の形態例の斜視図である。
【図１８】ヒートプレートの他の別の形態例の斜視図である。
【図１９】ヒートプレートの他の別の形態例の斜視図である。
【図２０】ヒートプレートの他の別の形態例の斜視図である。
【図２１】ヒートプレートの他の別の形態例の斜視図である。
【図２２】従来のパワーモジュール構造の斜視図である。
【図２３】同パワーモジュール構造において、樹脂モールドを除いた状態の斜視図である。
【図２４】ヒートプレートの斜視図である。
【図２５】ヒートプレートの別の形態例の斜視図である。
【図２６】同パワーモジュール構造において、ヒートプレートに絶縁板を半田接合する状態の斜視図である。
【図２７】同パワーモジュール構造において、絶縁板に第１の端子を半田接合する状態の斜視図である。
【図２８】同パワーモジュール構造において、第１の端子に半導体チップを半田接合する状態の斜視図である。
【図２９】同パワーモジュール構造において、半導体チップに第２、第３の端子を半田接合する状態の斜視図である。
【図３０】パワーモジュール構造における絶縁板と第１の端子との反りの発生のメカニズムの模式図である。
【図３１】絶縁板に対してヒートプレートが熱膨張した状態の模式図である。
【図３２】絶縁板に対してヒートプレートが収縮した状態の模式図である。
【図３３】絶縁板及びヒートプレートに反りが発生した状態の模式図である。
【符号の説明】
【００８９】
Ａ        パワーモジュール構造
Ａ−１    パワーモジュール構造
１        ヒートプレート
１Ａ      プレート本体
１Ｆ      分割部（応力緩和部）
１ａ      分割部位
１ｂ      分割部位
１ａ−１  分割部位
１ｂ−１  分割部位
１−１    ヒートプレート
２        絶縁板（絶縁部材）
２Ａ      板本体
２−１    絶縁板（絶縁部材）
３        半導体チップ
３−１    半導体チップ
４        第１の端子（端子）
４Ａ      端子本体
４ａ      スリット（端子側応力緩和部）
４ｂ      基端部（片側）
４ｃ      端部
４ｇ      基端側部位
４ｈ      中部部位
４ｉ      先側部位
４ｊ      直線分割部（端子側応力緩和部）
４ｋ      直線分割部（端子側応力緩和部）
４Ｂ      端子部
４−１    第１の端子
５        第２の端子
５Ｂ      端子部
５−１    第２の端子
６        第３の端子
６Ａ      端子本体
６Ｂ      端子部
６−１    第３の端子
７        取付け部
８        凹状溝（端子側応力緩和部）
９        凹状溝（端子側応力緩和部）
１０      半田
１１      モジュール構成体
１１−１  モジュール構成体
１２      樹脂
１２−１  樹脂
１５      スリット
１６      凹状溝（応力緩和部）
１７      凹状溝（応力緩和部）
１８      凹状溝（応力緩和部）
１９      凹状溝（応力緩和部）
２０      ソリッドステートリレー
２１      ヒートシンク
【図１】
2007165600.tif 000003
【図２】
2007165600.tif 000004
【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】
2007165600.tif 000009
【図８】
2007165600.tif 000010
【図９】
2007165600.tif 000011
【図１０】
2007165600.tif 000012
【図１１】
2007165600.tif 000013
【図１２】
2007165600.tif 000014
【図１３】
2007165600.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2007165600.tif 000019
【図１８】
2007165600.tif 000020
【図１９】
2007165600.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
2007165600.tif 000023
【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2007165600.tif 000027
【図２６】
2007165600.tif 000028
【図２７】
2007165600.tif 000029
【図２８】
2007165600.tif 000030
【図２９】
2007165600.tif 000031
【図３０】
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【図３１】
2007165600.tif 000033
【図３２】
2007165600.tif 000034
【図３３】
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