(57)【要約】【課題】  放熱板の放熱性能の低下を抑えつつ、放熱板と半導体素子部との接着部の熱膨張の差に起因するダメージを低減することができる技術を提供する。【解決手段】  半導体素子２２と、冷却器３２と、半導体素子２２と冷却器３２の間に設けられているとともに半導体素子２２の裏面が接着されている放熱板１２とを備えるモジュール１０であって、放熱板１２は、半導体素子２２が接着する接着範囲に第１領域と第２領域を有しており、第１領域は、前記接着範囲の周縁に設けられており、第２領域は、前記接着範囲の中央部に設けられており、半導体素子２２の裏面の熱膨張率と第１領域の熱膨張率の差は、半導体素子２２の裏面の熱膨張率と第２領域の熱膨張率の差よりも小さく、第２領域の熱伝導率が第１領域の熱伝導率よりも高い。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも半導体素子を含む半導体素子部と冷却器の間に設けられている放熱板であって、
半導体素子部に接着する接着範囲の熱膨張率が、中央部よりも周縁で低く、
前記接着範囲の熱伝導率が、周縁よりも中央部で高い放熱板。
【請求項２】
前記接着範囲に第１領域と第２領域を有しており、
第１領域は、前記接着範囲の周縁に設けられており、
第２領域は、前記接着範囲の中央部に設けられており、
第１領域の熱膨張率は、第２領域の熱膨張率よりも低く、
第２領域の熱伝導率は、第１領域の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の放熱板。
【請求項３】
第１領域は第１材料で構成されており、第２領域は第２材料で構成されており、
第１材料の熱膨張率は、第２材料の熱膨張率よりも低く、
第２材料の熱伝導率は、第１材料の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の放熱板。
【請求項４】
第１領域と第２領域は、第３材料と第４材料の複合材料で構成されており、
第３材料の熱膨張率は、第４材料の熱膨張率よりも低く、
第４材料の熱伝導率が、第３材料の熱伝導率よりも高く、
第１領域の第４材料に対する第３材料の割合が、第２領域の第４材料に対する第３材料の割合よりも高いことを特徴とする請求項３に記載の放熱板。
【請求項５】
前記複合材料は、前記第４材料が前記第３材料に分散した形態を備えていることを特徴とする請求項４に記載の放熱板。
【請求項６】
前記第１領域は、前記接着範囲の周縁を一巡していることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の放熱板。
【請求項７】
少なくとも半導体素子を含む半導体素子部と、冷却器と、半導体素子部と冷却器の間に設けられている放熱板とを備えるモジュールであって、
半導体素子部に接着する接着範囲の放熱板の熱膨張率が、中央部よりも周縁で低く、
前記接着範囲の放熱板の熱伝導率が、周縁よりも中央部で高いモジュール。
【請求項８】
前記半導体素子は、半導体基板の中央部に設けられている活性領域と、その活性領域の周囲を一巡している終端領域を備えており、
前記活性領域は、トランジスタ又はダイオードのメイン構造を有しており、
前記終端領域は、耐圧保持構造を有していることを特徴とする請求項７に記載のモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも半導体素子を含む半導体素子部と冷却器の間に設けられている放熱板に関する。本発明はさらに、その放熱板を備えたモジュールにも関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を利用して電流や電圧を制御する技術は、様々な分野で用いられている。半導体素子は、自らの電力損失によって作動時に発熱する。半導体素子の温度が上昇すると、半導体素子の特性が変化してしまう。このような温度に応じた特性変化を抑制するために、半導体素子を冷却する技術が求められている。
【０００３】
なかでも、サイリスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードに代表される半導体素子は、大電流を制御するために用いられることが多い。例えば車載用のインバータ回路に用いられるこの種の半導体素子は、作動時の発熱量が極めて大きい。このため、この種の半導体素子を冷却する技術が特に求められている。
【０００４】
従来技術では、半導体素子を含む半導体素子部で発生した熱を放熱するために冷却器が用いられている。従来技術ではさらに、半導体素子部と冷却器の間に放熱板が設けられている。放熱板は、半導体素子部と冷却器の間で熱を横方向に拡散して半導体素子部から冷却器に熱を放熱する。このため、半導体素子部の熱は、冷却器の表面の広い範囲に放熱されるので、半導体素子部を効率良く冷却することができる。
【０００５】
従来の放熱板には、放熱の効率を高めるために、銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料が用いられている。これらの金属材料は、熱膨張率が高い。一方において、半導体素子部の熱膨張率は低い。この関係から、半導体素子が作動して高温に達すると、放熱板と半導体素子部との間の熱膨張率の差に比例して放熱板と半導体素子部との間に界面応力が加わる。この界面応力は、放熱板と半導体素子部との接着部にひずみを生じさせる。半導体素子が作動と非作動を繰り返し切り替わることによって、放熱板と半導体素子部との接着部が繰り返しひずみによってダメージを受ける。その結果、接着部にクラック等が発生する虞がある。前記したように、放熱板と半導体素子部との間に加わる界面応力は、放熱板と半導体素子部との間の熱膨張率の差に比例している。
【０００６】
そこで、熱膨張率の差を低減するために、特許文献１は、熱膨張率の低いモリブデンを含む放熱板を提案している。特許文献１の放熱板は、３０〜７０％の銅と残部が実質的にモリブデンからなる複合金属の芯板と、その芯板の表面と裏面のそれぞれに銅板を被覆した銅／銅−モリブデン複合金属／銅からなるクラッド材である。特許文献１の技術は、銅とモリブテンの複合金属で放熱板を構成することによって、低い熱膨張率と高い熱伝導率の両立を図ろうとするものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１４２１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術は、銅とモリブテンの組成比や複合金属の形態を工夫することによって、放熱板全体の熱膨張率と熱伝導率を所望の値に調整しようとするものである。しかしながら、特許文献１の技術では、銅とモリブテンの組成比や複合金属の形態をいくら工夫したとしても、依然として放熱板の熱膨張率と熱伝導率の間にトレードオフの関係が存在している。即ち、放熱板の熱膨張率を優先して熱膨張率を所望の値に調整すれば、熱伝導率を犠牲にしなければならない。逆に、放熱板の熱伝導率を優先して熱伝導率を所望の値に調整すれば熱膨張率を犠牲にしなければならない。特許文献１のように、放熱板全体の熱膨張率と熱伝導率を同時に調整する技術の範疇では、熱膨張率と熱伝導率の間のトレードオフの関係を打破することができない。
【０００９】
本発明は、従来の技術思想とは全く異なり、新規で斬新な形態を採用することにより、放熱板の熱膨張率と熱伝導率の間に存在しているトレードオフの関係を打破する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、放熱板と半導体素子部の接着範囲に着目した。本発明者らは、半導体素子部と放熱板との間の熱膨張率の差による繰り返しひずみが、接着範囲の周縁で最大であり、接着範囲の周縁がダメージを受けてクラック等が発生し易いことを見出した。一方、接着範囲の中央部は、半導体素子部から流入してくる熱量が接着範囲の周縁よりも大きいことを見出した。即ち、本発明者らは、接着範囲の面内において、熱膨張率を優先して考慮すべき領域と熱伝導率を優先して考慮すべき領域が存在することを見出した。本明細書で開示される技術は、上記の新たな知見を利用するものであり、放熱板の熱膨張率と熱伝導率が接着範囲において変化していることを特徴としている。これにより、熱膨張率を優先して考慮すべき領域では、放熱板の熱膨張率が適宜に調整されており、クラック等の発生を劇的に抑制することができる。一方、熱伝導率を優先して考慮すべき領域では、放熱板の熱伝導率が適宜に調整されており、半導体素子部で発生した熱を効率的に放熱することができる。したがって、本明細書で開示される技術は、接着範囲の場所に応じて熱膨張率と熱伝導率が適宜に調整されているので、放熱板の熱膨張率と熱伝導率の間に存在しているトレードオフの関係を打破することができる。
【００１１】
本明細書で開示される放熱板は、少なくとも半導体素子を含む半導体素子部と冷却器の間に設けられている。半導体素子部は、半導体素子のみで構成されていてもよいし、半導体素子以外のもの、例えば、半導体素子の裏面に接着されている絶縁部材や、その絶縁部材の表面に貼り付けられた導電箔等を含んでいてもよい。放熱板は、半導体素子部と冷却器の間に設けられている部材のことであり、半導体素子部の熱を冷却器にまで放熱する。放熱板は、複数の板が積層したものでもよい。冷却器は、典型的には水冷式や空冷式のヒートシンクであり、冷却能力を向上させるために表面積が広くなるような形態を備えていることが多い。半導体素子部と放熱板は、例えば、はんだ、ろう、接着剤によって接着されている。放熱板と冷却器は、例えば、グリース、はんだ、ろう、接着剤によって接着されている。ただし、これらの接着方法に限定されるものではない。本明細書で開示される放熱板の熱膨張率と熱伝導率は、半導体素子部に接着する接着範囲で変化していることを特徴としている。放熱板の接着範囲の熱膨張率は、中央部よりも周縁で低い。さらに、放熱板の接着範囲の熱伝導率は、周縁よりも中央部で高い。ここで、接着範囲の中央部とは、接着範囲の周縁を除く少なくとも一部の領域を示している。
この放熱板によると、放熱板と半導体素子部との間の熱膨張率の差が、接着範囲の周縁で小さく調整されている。クラック等の発生が生じ易い接着範囲の周縁で熱膨張率の差が小さく調整されているので、クラック等の発生を劇的に抑制することができる。一方、接着範囲の中央部で放熱板の熱伝導率が高く調整されているので、半導体素子部で発生した熱を効率的に冷却器にまで放熱することができる。
【００１２】
放熱板は、半導体素子部に接着する接着範囲に第１領域と第２領域を有しているのが好ましい。第１領域は接着範囲の周縁に設けられており、第２領域は接着範囲の中央部に設けられている。そして、放熱板の第１領域の熱膨張率は、放熱板の第２領域の熱膨張率よりも低い。さらに、放熱板の第２領域の熱伝導率は、第１領域の熱伝導率よりも高い。
【００１３】
この放熱板では、半導体素子部との接着範囲の周縁に、半導体素子部との熱膨張率の差が小さい第１領域が設けられている。これにより、半導体素子の発熱による繰り返しひずみによって放熱板と半導体素子部との接着部の周縁が受けるダメージを低減することができる。また、この放熱板では、半導体素子部との接着範囲の中央部に、熱伝導率の高い第２領域が設けられている。そのため、放熱板の第２領域によって、半導体素子の熱を効率的に冷却器にまで放熱することができる。
【００１４】
この放熱板の第１領域は第１材料で構成され、第２領域は第２材料で構成されていてもよい。この場合、第１材料の熱膨張率が第２材料の熱膨張率よりも低く、第２材料の熱伝導率が第１材料の熱伝導率よりも高いことが好ましい。
上記の放熱板は、材料を変えるだけで特性の異なる２つの領域を形成することができる。この構成によれば、異なる特性を有する放熱板を容易に作製することができる。
【００１５】
また、第１領域と第２領域は、第３材料と第４材料の複合材料で構成されていてもよい。第３材料の熱膨張率が第４材料の熱膨張率よりも小さく、第４材料の熱伝導率が第３材料の熱伝導率よりも高い。この場合、第１領域の第４材料に対する第３材料の割合が、第２領域の第４材料に対する第３材料の割合よりも高いことが好ましい。
この構成によると、第３材料と第４材料の割合を調整することによって、熱膨張率と熱伝導率を細かく調整することができる。このため、第１領域において所望の熱膨張率を実現するとともに、第２領域において所望の熱伝導率を実現することができる。
なお、この複合材料は、第４材料が第３材料に分散した形態を備えていることが好ましい。
【００１６】
この放熱板では、第１領域が接着範囲の周縁を一巡しているのが好ましい。接着範囲の周縁の全体に亘ってクラック等の発生を抑制することができる。なお、必要に応じて、第１領域は、接着範囲の周縁に断続的に設けられていてもよい。
【００１７】
本明細書で開示される技術は、新規で有用なモジュールを提供することもできる。このモジュールは、少なくとも半導体素子を含む半導体素子部と、冷却器と、半導体素子部と冷却器の間に設けられている放熱板とを備えている。放熱板の熱膨張率は、半導体素子部に接着する接着範囲の中央部よりも周縁で低い。さらに、放熱板の熱伝導率が、接着範囲の周縁よりも中央部で高い。
【００１８】
本明細書で開示される技術では、半導体素子が、半導体基板の中央部に設けられている活性領域と、その活性領域の周囲を一巡している終端領域を備えているのが好ましい。活性領域はトランジスタ又はダイオードのメイン構造を有しており、終端領域は耐圧保持構造を有しているのが好ましい。
半導体素子の終端領域は、実質的には電流が流れない領域であり、この領域での発熱は無視できることが多い。このため、放熱板の熱伝導率が接着範囲の周縁で小さくなっていても、半導体素子部の熱を冷却器にまで放熱する事象に深刻な影響を与えるものではない。したがって、放熱板の接着範囲の周縁は、熱伝導率よりも熱膨張率を優先すべき領域である。本明細書で開示される放熱板は、放熱板の接着範囲の周縁で熱膨張率が選択的に小さくなっている。本明細書で開示される放熱板は、終端領域を有する半導体素子との組合せて用いられるときに特に有用である。
【発明の効果】
【００１９】
本明細書で開示される放熱板は、半導体素子部に接着する接着範囲内の場所に応じて熱膨張率と熱伝導率が適宜に調整されているので、放熱板の熱膨張率と熱伝導率の間に存在しているトレードオフの関係を打破することができる。この結果、本明細書で開示される放熱板は、半導体素子部で発生した熱を冷却器に効率的に放熱するとともに、接着範囲の周縁のダメージを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本実施例の技術の特徴を列記する。
（第１特徴）  半導体素子部は、半導体素子のみを有していてもよく、半導体素子の他に両面に導電箔が施された絶縁板を含んでいてもよい。
（第２特徴）  発熱部が絶縁基板を含んでいる場合、絶縁基板の一方の面に導電箔には半導体素子が接着されており、他方の面の導電箔には放熱板が接着されている。
（第３特徴）  放熱板の熱膨張係数は、半導体素子の半導体材料の熱膨張係数よりも大きい。
（第４特徴）  半導体素子は、パワーデバイスである。
（第５特徴）  半導体素子は、半導体基板の中心部に形成されている活性領域と、その活性領域の周囲を一巡している終端領域を有する。活性領域は、トランジスタ又はダイオードのメイン構造が設けられた領域のことをいう。終端領域は、耐圧保持を目的とした構造が設けられた領域をいう。終端領域には、典型的にはガードリング構造、フィールドプレート構造が設けられている。
（第６特徴）  第５特徴において、放熱板の第２領域は、平面視したときに、半導体素子の活性領域の下方に位置している。
（第７特徴）  第６特徴において、放熱板の第２領域は、平面視したときに、半導体素子の活性領域よりも広くなっている。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を参照して実施例を説明する。図１は、パワーモジュール１０の概略側面図である。図２は、パワーモジュール１０の一部を抜粋した縦断面図である。図３は、放熱板１２の上面図である。図４は、半導体素子２２の要部断面図である。パワーモジュール１０は、半導体素子２２と外部端子１４と放熱板１２を備えている。図４に示すように、半導体素子２２は、半導体素子２２の中央部に設けられている活性領域２２Ａと、その活性領域２２Ａの周囲を一巡している終端領域２２Ｂを備えている。活性領域２２Ａはトランジスタ又はダイオードのメイン構造２７を有している。終端領域２２Ｂは耐圧保持構造であるガードリング構造２５を有している。
半導体素子２２には、例えば、サイリスタ、IGBT、MOSFET、ダイオードを使用することができる。半導体素子２２は、外部端子１４ａを介して外部から電力が供給され、外部端子１４ｂを介して外部に電力を供給する。半導体素子２２は、外部から電力が供給されると、自らの電力損失によって作動時に発熱する。半導体素子２２の熱膨張率は、３×１０−６／Ｋである。外部端子１４ａ，１４ｂと半導体素子２２は、それぞれボンディングワイヤ１６ａ，１６ｂで接続されている。外部端子１４ａ，１４ｂは、図示省略した絶縁層を介して放熱板１２に接着されている。
半導体素子２２は、それぞれはんだの接着層２４によって放熱板１２と接着されている。半導体素子２２と放熱板１２との接着には、はんだ付以外の方法も利用することができ、例えば、ろうや接着剤を用いることができる。
【００２２】
放熱板１２は、平面視したときに、矩形状の平板である。図２，３に示すように、放熱板１２は、複数の孔４２を有する基材４０と孔４２に充填されている充填部材４４で構成されている。基材４０は、例えば、モリブデンやタングステン等の熱膨張率が低い材料（例えば、熱膨張率がモリブデンの場合５．１×１０−６／Ｋ、タングステンの場合４．５×１０−６／Ｋ）で作製されている。図２，３に示すように、基材４０では、半導体素子２２と接着層２４を介して接着している接着範囲１２Ａの中央部における孔４２の密度が、接着範囲１２Ａの周縁における孔４２の密度よりも高い。充填部材４４は、例えば、銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い材料（例えば、熱伝導率が銅の場合３９３Ｗ／ｍＫ、アルミニウムの場合２３８Ｗ／ｍＫ）で作製されている。即ち、放熱板１２は、接着範囲１２Ａの中央部では熱伝導率の高い充填部材４４が多く分布しており、接着範囲１２Ａの周縁では熱膨張率の低い基材４０が多く分布している。放熱板１２の接着範囲１２Ａの中央部の熱膨張率は、１５〜２２×１０−６／Ｋであり、放熱板１２の接着範囲１２Ａの周縁の熱膨張率は、４．５〜１０×１０−６／Ｋである。放熱板１２は、例えば、含浸処理によって作製される。
放熱板１２は、グリース３０を介して冷却器３２に固定されている。冷却器３２の熱膨張率は、銅の場合１７×１０−６／Ｋであり、アルミニウムの場合２２×１０−６／Ｋである。
【００２３】
この放熱板１２では、半導体素子２２との接着範囲１２Ａの中央部、即ち、半導体素子２２の活性領域２２Ａの下方に熱伝導率の高い充填部材４４が多く分布しているため、半導体素子２２の活性領域２２Ａの熱を効率よく冷却器３２に伝えることができる。一方において、放熱板１２では、半導体素子２２との接着範囲１２Ａの周縁に熱膨張率の低い基材４０が多く分布している。半導体素子２２の終端領域２２Ｂは、実質的には電流が流れない領域であり、この領域での発熱は無視できる。このため、放熱板１２の熱伝導率が接着範囲１２Ａの周縁で小さくなっていても、半導体素子２２の熱を冷却器３２にまで放熱する事象に深刻な影響を与えるものではない。したがって、放熱板１２の接着範囲１２Ａの周縁は、熱伝導率よりも熱膨張率を優先すべき領域である。放熱板１２は、接着範囲１２Ａの周縁で熱膨張率が選択的に小さくなっている。そのため、放熱板１２と半導体素子２２の熱膨張率の差によってダメージを受けやすい接着範囲１２Ａの周縁の接着層２４のダメージを低減させることができる。また、放熱板１２の接着範囲１２Ａでは、中心から周縁に向かうに従って、徐々に熱膨張率が低い基材４０の分布が多くなっている。接着層２４に与えられる歪みΔεは、Δε＝（ＴＣＥｓｕｂ−ＴＣＥＳｉ）×Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）×Ｌ０となる。ここで、Ｌ０は初期の中心からの距離であり、ＴＣＥｓｕｂは放熱板１２の線膨張係数であり、ＴＣＥＳｉは半導体素子２２の線膨張係数であり、Ｔｍａｘは最高温度であり、Ｔｍｉｎは最低温度である。この式でも明らかなように、放熱板１２の線膨張係数が一定の場合、歪みは、半導体素子２２の周縁に向かうに従って増加する。しかしながら、この放熱板１２によれば、放熱板１２の線膨張係数が接着範囲１２Ａの中心から周縁に向かって小さくなっていることから、接着層２４の周縁に与えられるダメージを小さくすることができる。
【００２４】
放熱板は、上記した放熱板１２以外の形状であってもよい。図５，６，７には、他の放熱板の例を示す。図５，６に示すように、放熱板５０は、半導体素子２２との接着範囲１２Ａの周縁に沿って一巡するＵ字状の溝５４を有する基材５２と、溝５４を埋めている環状部材５６を有している。基材５２は、例えば、銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で作製されている。環状部材５６は、例えば、モリブデンやタングステン等の熱膨張率が低い材料で作製されている。放熱板５０は、基材５２をプレス加工して溝５４を形成し、溝５４の形状に合うように作製された環状部材５６を貼り合わせて作製される。
【００２５】
図７に示すように、放熱板６０は、半導体素子２２の接着範囲１２Ａの周縁に沿って一巡する階段状の溝６４を有する基材６２と、溝６４を埋めている環状部材６６を有している。基材６２は、例えば、銅やアルミニウム等の熱伝導率の高い材料で作製されている。環状部材６６は、例えば、モリブデンやタングステン等の熱膨張率が低い材料で作製されている。放熱板６０は、放熱板５０と同様の作製方法で作製されてもよいし、あるいは、予め溝６４と対応する部分が切り抜かれた平板に、その切り抜かれた部分に環状部材６６と同一の材料を貼り付けたものを複数貼り合わせて作製されてもよい。
【００２６】
放熱板５０，６０では、半導体素子２２との接着範囲１２Ａの周縁が環状部材５６，６６とされている。また、接着範囲１２Ａの中央部は基材５２，６２とされている。即ち、放熱板５０，６０と半導体素子２２の接着範囲１２Ａの周縁は熱膨張率が低い材料で作製され、放熱板５０，６０の接着範囲１２Ａの中央部は、熱伝導率の高い材料で作製されている。これにより、放熱板５０，６０の放熱性能の低下を抑制し、放熱板５０，６０と半導体素子２２の接着層２４のダメージを低減することができる。
また、放熱板５０，６０の接着範囲１２Ａの中央部の基材５２，６２は、半導体素子２２の活性領域２２Ａの下方に位置しているとともに、上方から見たときに活性領域２２Ａよりも広くなっている。これにより、放熱板５０，６０は、活性領域２２Ａの熱を横方向に広げつつ冷却器３２にまで放熱することができる。
【００２７】
（変形例）
上記した実施例では、放熱板の表面に半導体素子のみがはんだによって接着されていた。しかしながら、本明細書で開示される技術は、放熱板の表面に半導体素子を含む半導体素子部が接着されている場合にも有効である。ここでは、上記した実施例と異なる点について説明する。
図８に示すように、半導体素子部７０は、半導体素子２２と絶縁板７４と金属配線７２を有している。半導体素子部７０には、半導体素子２２の他に、半導体素子２２と放熱板１２との間に配置されているものも含まれる。半導体素子２２は、絶縁板７４の表面に形成されている金属配線７２にはんだ等の接着層２４によって接着されている。絶縁板７４は、裏面に形成されている金属配線７２を介して放熱板１２の表面にはんだ等の接着層７６によって接着されている。絶縁板７４は、絶縁性のセラミックス（例えば、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３）で作製されている。
【００２８】
放熱板１２の基材４０では、半導体素子部７０の裏面（絶縁板７４の裏面に形成されている金属配線７２）との接着範囲７０Ａの中央部の領域における孔４２の密度が、接着範囲７０Ａの周縁に対向する領域での孔４２の密度よりも高い。即ち、放熱板１２は、接着範囲７０Ａの中央部では熱伝導率の高い充填部材４４が多く分布しており、接着範囲７０Ａの周縁では熱膨張率の低い基材４０が多く分布している。
【００２９】
半導体素子部７０では、半導体素子部７０の裏面の熱膨張率は、絶縁板７４の熱膨張率（ＡｌＮの場合４．８×１０−６／Ｋ、Ｓｉ３Ｎ４の場合３．２×１０−６／Ｋ、Ａｌ２Ｏ３の場合７．１×１０−６／Ｋ）に大きく依存する。絶縁板７４に用いられるセラミックスの熱膨張率は、銅やアルミニウム等に比べて非常に小さい。この放熱板１２では、半導体素子部７０との接着範囲７０Ａの周縁に熱膨張率の低い基材４０が多く分布している。これにより、放熱板１２と半導体素子部７０の裏面の熱膨張率の差によってダメージを受けやすい接着範囲７０Ａの周縁の接着層７６のダメージを低減させることができる。また、放熱板１２では、接着範囲７０Ａの中央部の領域に熱伝導率の高い充填部材４４が多く分布しているため、絶縁板７４を介して伝わってきた半導体素子２２の熱を効率よく冷却器３２に伝えることができる。
また、半導体素子部７０では、半導体素子２２の活性領域２２Ａで発生した熱が、絶縁板７４を通過する際に横方向に広がる。変形例の放熱板１２では、上方から見たときに、充填部材４４が多く分布している領域が半導体素子２２の活性領域２２Ａよりも広くなっている。その結果、変形例の放熱板１２は、絶縁板７４を通過して横方向に広がった熱を効率的に冷却器３２に放熱することができる。
【００３０】
変形例においても、上記した放熱板５０，６０を用いることができる。図９は、変形例において放熱板５０を用いた場合の縦断面図と示す。図１０は、変形例において放熱板６０を用いた場合の縦断面図と示す。
基材５２の溝５４と基材６２の溝６４は、放熱板５０，６０の半導体素子部７０との接着範囲７０Ａの周縁に沿って一巡している。これらの構成によっても、放熱板５０，６０の放熱性能の低下を抑制し、放熱板５０，６０と半導体素子部７０の接着層７６のダメージを低減することができる。
また、放熱板５０，６０の接着範囲７０Ａの中央部の基材５２，６２は、半導体素子２２の活性領域２２Ａの下方に位置しているとともに、上方から見たときに活性領域２２Ａよりも広くなっている。これにより、放熱板５０，６０は、絶縁板７４を通過して横方向に広げがった熱を効率的に冷却器３２にまで放熱することができる。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、放熱板５０，６０の環状部材５６，６６は、半導体素子部との接着範囲の周縁に断続的に配置されていてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施例のパワーモジュールを示す側面図。
【図２】図１の一部を抜粋した縦断面図。
【図３】図２の放熱板の上面図。
【図４】本実施例の半導体素子の要部縦断面図。
【図５】本実施例のその他の放熱板を示す縦断面図。
【図６】図５の放熱板の上面図。
【図７】本実施例のその他の放熱板を示す縦断面図。
【図８】本実施例の変形例を示す縦断面図。
【図９】変形例のその他の放熱板を示す縦断面図。
【図１０】変形例のその他の放熱板を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００３３】
１０：パワーモジュール
１２，５０，６０：放熱板
２２：半導体素子
２４：接着層
３２：冷却器
４０，５２，６２：基材
４２：孔
４４：充填部材
５４，６４：溝
５６，６６：環状部材
７０：半導体素子部
７４：絶縁板
【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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