(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に回路パターン(17)が形成されたセラミック基板(11)と、前記セラミック基板(11)の周囲に設けられ前記セラミック基板(11)を水冷式ヒートシンク(27)に接合可能に構成された金属枠(12)とを備えたパワーモジュール用基板において、
前記金属枠(12)が前記セラミック基板(11)又は前記回路パターン(17)を含む前記セラミック基板(11)の厚さと同一厚さを有しかつ複数の貫通孔(12a)が前記セラミック基板(11)を挟むように形成され、
前記貫通孔(12a)に連通する通孔(13a)を有しかつ前記セラミック基板(11)又は前記回路パターン(17)の表面周囲の一部又は全部に下面が当接する当接部(13b)を含む金属薄板(13)が前記金属枠(12)の表面に配置され、
前記通孔(13a)及び貫通孔(12a)に雄ねじ(26)を挿通して前記雄ねじ(26)を水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔(27c)に更に挿通してナット(31)に螺合することにより、前記当接部(13b)の下面に当接する前記回路パターン(17)が形成されたセラミック基板(11)を前記水冷式ヒートシンク(27)に接合するように構成された
ことを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項２】
表面に回路パターン(17)が形成されたセラミック基板(11)と、前記セラミック基板(11)の周囲に設けられ前記セラミック基板(11)を水冷式ヒートシンク(27)に接合可能に構成された金属枠(62)とを備えたパワーモジュール用基板において、
前記金属枠(62)が前記セラミック基板(11)又は前記回路パターン(17)を含む前記セラミック基板(11)の厚さより厚い厚さを有しかつ複数の貫通孔(62a)が前記セラミック基板(11)を挟むように形成され、
前記貫通孔(62a)に連通する通孔(63a)を有しかつ前記セラミック基板(11)又は前記回路パターン(17)の表面周囲の一部又は全部に下面が対向する対向部(63b)を含む金属薄板(63)が前記金属枠(62)の表面に配置され、
前記セラミック基板(11)又は前記回路パターン(17)を含む前記セラミック基板(11)の厚さと前記金属枠(62)の厚さの差と同一又はこの差より僅かに厚い厚さを有する弾性体(64)が前記セラミック基板(11)又は前記回路パターン(17)の表面と前記対向部(63b)との間に介装され、
前記通孔(63a)及び貫通孔(62a)に雄ねじ(26)を挿通して前記雄ねじ(26)を水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合することにより、前記対向部(63b)の下面に前記弾性体(64)を介して当接する前記回路パターン(17)が形成されたセラミック基板(11)を前記水冷式ヒートシンク(27)に接合するように構成された
ことを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項３】
弾性体(64)の上下両面が耐熱性接着剤(66)によりセラミック基板(11)又は回路パターン(17)の表面と対向部(63b)の表面にそれぞれ接着された請求項２記載のパワーモジュール用基板。
【請求項４】
弾性体(64)が方形状の横断面を有し、前記横断面の幅をＸとし前記弾性体(64)の厚さをＹとするとき、Ｙ／Ｘの値が０．０８より大きい請求項２又は３記載のパワーモジュール用基板。
【請求項５】
セラミック基板(11)が裏面に接着された金属泊(11a)を有し、前記セラミック基板(11)を水冷式ヒートシンク(27)に接合した前記金属泊(11a)の前記水冷式ヒートシンク(27)に対する面圧をＰとし、前記金属泊(11a)と前記水冷式ヒートシンク(27)との間の摩擦係数をμとするとき、μＰ≦１０（ＭＰａ）の関係を有する請求項２ないし４いずれか記載のパワーモジュール用基板。
【請求項６】
セラミック基板(11)と、前記セラミック基板(11)の周囲に設けられ前記セラミック基板(11)を水冷式ヒートシンク(27)に接合可能に構成された金属枠(72)とを備えたパワーモジュール用基板において、
前記金属枠(72)が前記セラミック基板(11)の周囲の一部又は全部に設けられ前記セラミック基板(11)の厚さと同一又は僅かに薄い厚さを有しかつ複数の貫通孔(72a)が前記セラミック基板(11)を挟むように形成され、
前記貫通孔(72a)に連通する第１通孔(73a)を有しかつ前記セラミック基板(11)に対面する部分に回路パターン(77)が形成された第１金属薄板(73)が前記セラミック基板(11)及び前記金属枠(72)の表面にろう材(76)を介して接着され、
前記貫通孔(72a)及び前記第１通孔(73a)に連通する第２通孔(74a)を有しかつ水冷式ヒートシンク(27)に対面する第２金属薄板(74)が前記セラミック基板(11)及び前記金属枠(72)の裏面にろう材(76)を介して接着され、
前記第１通孔(73a)、貫通孔(72a)及び第２通孔(74a)に雄ねじを挿通して前記雄ねじ(26)を前記水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔(27c)に更に挿通してナット(31)に螺合することにより前記水冷式ヒートシンク(27)に接合するように構成された
ことを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項７】
セラミック基板(111)と、前記セラミック基板(111)の周囲に設けられ前記セラミック基板(111)を水冷式ヒートシンク(27)に接合可能に構成された金属枠(112)とを備えたパワーモジュール用基板において、
前記金属枠(112)が前記セラミック基板(111)の周囲の全部又は一部に固着され複数の貫通孔(112a)が前記セラミック基板(111)を挟むように形成され、
通孔(116c)を有する筒部(116a)と前記金属枠(112)の上面に当接するフランジ部(116b)が一体的に形成されたカラー(116)が前記貫通孔(112a)に遊挿され、
弾性体(117)が前記フランジ部(116b)と前記金属枠(112)の上面との間に介装され、
前記通孔(116c)に雄ねじ(26)を挿通して前記雄ねじを水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔(27c)に更に挿通してナット(31)に螺合し、前記金属枠が固着された前記セラミック基板(111)を前記水冷式ヒートシンク(27)に接合するように構成された
ことを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項８】
セラミック基板(111)と、前記セラミック基板(111)の周囲に設けられ前記セラミック基板(111)を水冷式ヒートシンク(27)に接合可能に構成された金属枠(112)とを備えたパワーモジュール用基板において、
前記金属枠(112)が前記セラミック基板(111)の周囲の全部又は一部に固着され複数の挿通孔(112b)が前記セラミック基板(111)を挟むように形成され、
前記挿通孔(112b)に連通する連通孔(118a)を有するワッシャ(118)が前記金属枠(112)の上面に配置され、
前記ワッシャ(118)と前記金属枠(112)の上面との間に弾性体(117)が介装され、
前記連通孔(118a)に挿通された雄ねじ(26)を前記挿通孔(112b)に遊挿して水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔(27c)に更に挿通してナット(31)に螺合し、前記金属枠(112)が固着された前記セラミック基板(111)を前記水冷式ヒートシンク(27)に接合するように構成された
ことを特徴とするパワーモジュール用基板。
【請求項９】
金属枠(112)がセラミック基板(111)にろう付又は溶接により部分的に又は全面的に固着された請求項７又は８記載のパワーモジュール用基板。
【請求項１０】
セラミック基板(11,111)が０．２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下の厚さである請求項１ないし９いずれか記載のパワーモジュール用基板。
【請求項１１】
セラミック基板(11)の周囲の一部又は全部に前記セラミック基板(11)の厚さと同一又は僅かに薄い厚さを有する金属枠(72)を設ける工程と、
前記セラミック基板(11)及び前記金属枠(72)の表面にろう材(76)を介して第１及び第２金属薄板(73,74)を接着して前記セラミック基板(11)及び前記金属枠(72)を一体化する工程と、
前記第１金属薄板(73)の前記セラミック基板(11)に対応する部分に回路パターン(77)を形成する工程と、
前記第１金属薄板(73)、前記金属枠(72)及び前記第２金属薄板(74)にこれらを貫通する第１通孔(73a)、貫通孔(72a)及び第２通孔(74a)をそれぞれ形成する工程と
を含むパワーモジュール用基板の製造方法。
【請求項１２】
請求項１ないし５いずれか記載のパワーモジュール用基板(21,61)の回路パターン(17)に半導体素子(23)が搭載され、
前記パワーモジュール用基板(21,61)の表面に端子(24)が内周面に設けられた枠部材(25)が前記半導体素子(23)を包囲するように接着され、
前記端子(24)と前記半導体素子(23)とが接続されて絶縁性ゲル(29)が充填され、
前記枠部材(25)の上面に蓋板(25a)が接着され、
前記パワーモジュール用基板(21,61)の金属薄板(13、63)及び金属枠(12、62)の通孔(13a,63a)及び貫通孔(12a、62a)に雄ねじ(26)が挿通され、
前記雄ねじ(26)を水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合することにより前記パワーモジュール用基板(21,61)が前記水冷式ヒートシンク(27)に直接接合された半導体装置。
【請求項１３】
水冷式ヒートシンク(27)が水路(27b)を有するヒートシンク本体(27d)とこの水路(27b)を封止可能なヒートシンク蓋(27e)とにより構成され、
請求項１ないし５いずれか記載のパワーモジュール用基板(21)の回路パターン(17)に半導体素子(23)が搭載され、
前記パワーモジュール用基板(21)の金属薄板(13)及び金属枠(12)の通孔(13a)及び貫通孔(12a)に雄ねじ(26)が挿通され、
前記雄ねじ(26)を前記ヒートシンク蓋(27e)に形成された雌ねじ(27f)に螺合することにより前記パワーモジュール用基板(21,61)が前記ヒートシンク蓋(27e)に直接接合され、
前記ヒートシンク蓋(27e)の表面に端子(24)が内周面に設けられた枠部材(25)が前記パワーモジュール用基板(21,61)を包囲するように接着され、
前記端子(24)と前記半導体素子(23)とが接続されて絶縁性ゲル(29)が充填され、
前記枠部材(25)の上面に蓋板(25a)が接着され、
前記ヒートシンク蓋(27e)を前記ヒートシンク本体(27d)にネジ止めするように構成された半導体装置。
【請求項１４】
請求項６記載のパワーモジュール用基板(81)の第１金属薄板(73)に形成された回路パターン(77)に半導体素子(23)が搭載され、
前記パワーモジュール用基板(81)の表面に端子(24)が内周面に設けられた枠部材(25)が前記半導体素子(23)を包囲するように接着され、
前記端子(24)と前記半導体素子(23)とが接続されて絶縁性ゲル(29)が充填され、
前記枠部材(25)の上面に蓋板(25a)が接着され、
前記パワーモジュール用基板(81)が雄ねじ(26)により水冷式ヒートシンク(27)に直接接合された半導体装置。
【請求項１５】
請求項７又は８記載のパワーモジュール用基板(110,120)の回路パターン(111a)に半導体素子(23)が搭載され、
端子(24)が内周面に設けられた枠部材(25)が前記パワーモジュール用基板の表面に前記半導体素子(23)を包囲するように接着され、
前記端子(24)と前記半導体素子(23)とが接続されて絶縁性ゲル(29)が充填され、
前記枠部材(25)の上面に蓋板(25a)が接着され、
請求項７記載のカラー(116)の通孔(116c)又は請求項８記載のワッシャ(118)及び金属枠(112)の連通孔(118a)及び挿通孔(112b)に雄ねじ(26)が挿通され、
前記雄ねじ(26)を水冷式ヒートシンク(27)に形成された雌ねじ(27a)又は前記水冷式ヒートシンク(27)に貫通して形成された取付孔(27c)に更に挿通してナット(31)に螺合することにより前記パワーモジュール用基板(110,120)が前記水冷式ヒートシンク(27)に直接接合された半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱を放散するパワーモジュールに使用されるパワーモジュール用基板及びその製造方法並びにこの基板を用いた半導体装置に関する。更に詳しくは、雄ねじにより水冷式ヒートシンクに直接接合するように構成されたパワーモジュール用基板及びその製造方法並びにこの基板を用いた半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のパワーモジュール用基板として、図２２に示すように、セラミック基板１がＡｌＮにより形成され、このセラミック基板１の両面に第１及び第２銅板２，３が積層接着され、Ｃｕにより形成されたヒートシンク４の上面にＮｉめっきが形成され、更にヒートシンク４が第２銅板３にはんだ６を介して積層接着されたものが知られている。この基板に半導体素子７が搭載された半導体装置では発熱量が比較的多いため、内部に冷却水８ａを循環させることにより強制的に熱を外部に伝達する水冷式ヒートシンク８に接合される。パワーモジュール用基板の水冷式ヒートシンク８への接合はヒートシンク４に取付孔４ａを形成してこの取付孔４ａに雄ねじ９を挿通し、この雄ねじ９を水冷式ヒートシンク８に形成された雌ねじ８ｂに螺合することにより行う。このように接合された半導体装置では、半導体素子等が発した熱は第１銅板２、セラミック基板１、第２銅板３、はんだ６及びヒートシンク４を介して水冷式ヒートシンク８により外部に放散されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の半導体装置では、半導体素子等７から水冷式ヒートシンク８までの熱の伝達経路が比較的長く、特に熱伝導率の低いはんだ６を介してヒートシンク８に第２銅板３を積層接着することに起因して半導体素子７からの発熱を有効に水冷式ヒートシンク８まで伝達して放散させることができない不具合がある。この点を解消するために、図２１に示すように、ヒートシンクを設けることなくセラミック基板１に直接取付孔１ａを形成し、この取付孔１ａに雄ねじ９を挿通して水冷式ヒートシンク８に形成された雌ねじ８ｂに螺合して接合し、半導体素子７から水冷式ヒートシンク８までの熱の伝達経路を短くすることが考えられる。
【０００４】
しかし、焼成後の基板１は固くて脆いため、セラミック基板を焼成した後に取付孔１ａを形成することは困難である問題点がある。また、焼成前に取付孔１ａを形成し、その後セラミック基板１を焼成することは、焼成時における収縮から取付孔１ａのピッチを正確に出せない問題点がある。仮に、取付孔１ａを正確に形成できたとしても、セラミック基板１のもろさから水冷式ヒートシンク８に接合する際の雄ねじ９の締結力によりセラミック基板１に亀裂が入るおそれもある。
本発明の目的は、セラミック基板を損傷させることなく半導体素子から水冷式ヒートシンクまでの伝達経路を短くして半導体素子からの熱を有効に放散し得るパワーモジュール用基板及びその製造方法並びにこの基板を用いた半導体装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図６に示すように、表面に回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１と、そのセラミック基板１１の周囲に設けられセラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合可能に構成された金属枠１２とを備えたパワーモジュール用基板の改良である。
その特徴ある構成は、金属枠１２がセラミック基板１１又は回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さと同一厚さを有しかつ複数の貫通孔１２ａがセラミック基板１１を挟むように形成され、貫通孔１２ａに連通する通孔１３ａを有しかつセラミック基板１１又は回路パターン１７の表面周囲の一部又は全部に下面が当接する当接部１３ｂを含む金属薄板１３が金属枠１２の表面に配置され、通孔１３ａ及び貫通孔１２ａに雄ねじ２６を挿通して雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合することにより、当接部１３ｂの下面に当接する回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成されたところにある。
請求項１に係るパワーモジュール用基板では、金属枠１２を介してセラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するので、セラミック基板１１に直接外力が加わることはなく、接合に起因するセラミック基板１１の破損を防止して、回路パターン１７に搭載された半導体素子からの熱を水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達して放散する。
セラミック基板１１はＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4又はＡｌ2Ｏ3により形成することが好ましい。セラミック基板１１としてＡｌＮを用いると熱伝導率及び耐熱性が向上し、Ｓｉ3Ｎ4を用いると強度及び耐熱性が向上し、Ａｌ2Ｏ3を用いると耐熱性が向上する。
【０００７】
また、請求項１に係るパワーモジュール用基板では、金属枠１２及びその金属枠１２の表面に接着された金属薄板１３に貫通孔１２ａ及び通孔１３ａが形成されるので、この通孔１３ａ及び貫通孔１２ａに雄ねじ２６を挿通して水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ（図２(C)）又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１（図６）に螺合しても、雄ねじ２６の締結力がセラミック基板１１に直接加わることはなく、雄ねじ２６の締結力に起因するセラミック基板１１の破損を防止して、回路パターン１７に搭載された半導体素子からの熱を水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達して放散する。
【０００８】
金属枠１２及びその金属枠１２の表面に配置された金属薄板１３にセラミック基板１１に比較して機械加工が比較的容易なものを使用し、これらの金属薄板１３及び金属枠１２に通孔１３ａ及び貫通孔１２ａを貫通してそれぞれ形成することにより、パワーモジュール用基板に容易にかつ正確な取付ピッチで取付孔を形成することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、図８に示すように、表面に回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１と、そのセラミック基板１１の周囲に設けられセラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合可能に構成された金属枠６２とを備えたパワーモジュール用基板の改良である。
その特徴ある構成は、金属枠６２がセラミック基板１１又は回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さより厚い厚さを有しかつ複数の貫通孔６２ａがセラミック基板１１を挟むように形成され、貫通孔６２ａに連通する通孔６３ａを有しかつセラミック基板１１又は回路パターン１７の表面周囲の一部又は全部に下面が対向する対向部６３ｂを含む金属薄板６３が金属枠６２の表面に配置され、セラミック基板１１又は回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さと金属枠６２の厚さの差と同一又はこの差より僅かに厚い厚さを有する弾性体６４がセラミック基板１１又は回路パターン１７の表面と対向部６３ｂとの間に介装され、通孔６３ａ及び貫通孔６２ａに雄ねじ２６を挿通して雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンクに貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合することにより、対向部６３ｂの下面に弾性体６４を介して当接する回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成されたところにある。
【００１０】
請求項２に係るパワーモジュール用基板では、雄ねじ２６の締結力に起因するセラミック基板１１の破損を防止して、回路パターン１７に搭載された半導体素子からの熱を水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達するとともに、セラミック基板１１又は回路パターン１７の表面と対向部６３ｂとの間に介装された弾性体６４は、膨張又は収縮により生じるセラミック基板１１と水冷式ヒートシンク２７との取付誤差をその弾性により吸収し、温度変化に起因するセラミック基板１１の破損を防止する。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載された発明であって、弾性体６４の上下両面が耐熱性接着剤６６によりセラミック基板１１又は回路パターン１７の表面と対向部６３ｂの表面にそれぞれ接着されたパワーモジュール用基板である。
請求項３に係るパワーモジュール用基板では、セラミック基板１１又は回路パターン１７の表面と対向部６３ｂとの間に介装された弾性体６４が接着されることにより、使用環境下における振動等により移動しなくなり、対向部６３ｂの下面に弾性体６４を介して当接する回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１を有効に水冷式ヒートシンク２７に接合する。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３にかかる発明であって、弾性体６４が方形状の横断面を有し、横断面の幅をＸとし弾性体６４の厚さをＹとするとき、Ｙ／Ｘの値が０．０８より大きいパワーモジュール用基板である。
請求項５に係る発明は、請求項２ないし４いずれかにかかる発明であって、セラミック基板１１が裏面に接着された金属泊１１ａを有し、セラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合した金属泊１１ａの水冷式ヒートシンク２７に対する面圧をＰとし、金属泊１１ａと水冷式ヒートシンク２７との間の摩擦係数をμとするとき、μＰ≦１０（ＭＰａ）の関係を有するパワーモジュール用基板である。
この請求項４及び５にかかる発明では熱膨張によるセラミック基板１１の水平方向の変位を可能にし、そのセラミック基板１１の破損を防止する。
【００１３】
請求項６に係る発明は、図９及び図１３に示すように、セラミック基板１１１と、そのセラミック基板１１１の周囲に設けられセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合可能に構成された金属枠７２とを備えたパワーモジュール用基板の改良である。
その特徴ある構成は、金属枠７２がセラミック基板１１の周囲の一部又は全部に設けられセラミック基板１１の厚さと同一又は僅かに薄い厚さを有しかつ複数の貫通孔７２ａがセラミック基板１１を挟むように形成され、貫通孔７２ａに連通する第１通孔７３ａを有しかつセラミック基板１１に対面する部分に回路パターン７７が形成された第１金属薄板７３がセラミック基板１１及び金属枠７２の表面にろう材７６を介して接着され、貫通孔７２ａ及び第１通孔７３ａに連通する第２通孔７４ａを有しかつ水冷式ヒートシンク２７に対面する第２金属薄板７４がセラミック基板１１及び金属枠７２の裏面にろう材７６を介して接着され、第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａに雄ねじを挿通して雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合して水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成されたところにある。
【００１４】
請求項６に係るパワーモジュール用基板では、セラミック基板１１と一体化された金属枠７２及びその金属枠７２の表面及び裏面に接着された第１及び第２金属薄板７３，７４に第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａが形成されるので、この第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａに雄ねじ２６を挿通して水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合しても、雄ねじ２６の締結力がセラミック基板１１に直接加わることはなく、雄ねじ２６の締結力に起因するセラミック基板１１の破損を防止して、回路パターン７７に搭載された半導体素子からの熱を水冷式ヒートシンクに有効に伝達する。
【００１５】
請求項７に係る発明は、図１４及び図１９に示すように、セラミック基板１１１と、そのセラミック基板１１１の周囲に設けられセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合可能に構成された金属枠１１２とを備えたパワーモジュール用基板の改良である。
その特徴ある構成は、金属枠１１２がセラミック基板１１１の周囲の全部又は一部に固着され複数の貫通孔１１２ａがセラミック基板１１１を挟むように形成され、通孔１１６ｃを有する筒部１１６ａと金属枠１１２の上面に当接するフランジ部１１６ｂが一体的に形成されたカラー１１６が貫通孔１１２ａに遊挿され、弾性体１１７がフランジ部１１６ｂと金属枠１１２の上面との間に介装され、通孔１１６ｃに雄ねじ２６を挿通して雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合し、金属枠１１２が固着されたセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成されたところにある。
【００１６】
請求項８に係る発明は、図１６に示すように、セラミック基板１１１と、そのセラミック基板１１１の周囲に設けられセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合可能に構成された金属枠１１２とを備えたパワーモジュール用基板の改良である。
その特徴ある構成は、金属枠１１２がセラミック基板１１１の周囲の全部又は一部に固着され複数の挿通孔１１２ａがセラミック基板１１１を挟むように形成され、挿通孔１１２ｂに連通する連通孔１１８ａを有するワッシャ１１８が金属枠１１２の上面に配置され、ワッシャ１１８と金属枠１１２の上面との間に弾性体１１７が介装され、連通孔１１８ａに挿通された雄ねじ２６を挿通孔１１２ｂに遊挿して水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合し、金属枠１１２が固着されたセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成されたところにある。
【００１７】
請求項７又は８に係るパワーモジュール用基板では、セラミック基板１１１に固着された金属枠１１２に貫通孔１１２ａ又は挿通孔１１２ｂを形成するので、図２１に示すセラミック基板１に直接取付孔１ａを形成する場合に比較して容易にかつ正確なピッチで貫通孔１１２ａ又は挿通孔１１２ｂを形成する。
また、このような貫通孔１１２ａ又は挿通孔１１２ｂを使用して雄ねじ２６によりセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合しても、雄ねじ２６の締結力がセラミック基板１１１に直接加わることはなく、雄ねじ２６の締結力に起因するセラミック基板１１１の破損を防止して、回路パターン１１１ａに搭載された半導体素子２３からの熱を水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達する。
【００１８】
更に、カラー１１６又はワッシャ１１８と金属枠１１２の上面との間に介装された弾性体１１７は、膨張又は収縮により生じるセラミック基板１１１と水冷式ヒートシンク２７との取付誤差をその弾性により吸収し、温度変化に起因するセラミック基板１１１の破損を防止する。
請求項９に係る発明は、請求項７又は８記載の発明であって、金属枠１１２がセラミック基板１１１にろう付又は溶接により部分的に又は全面的に固着されたパワーモジュール用基板である。
この請求項９に係る発明では、ろう付又は溶接により固着することにより、金属枠１１２を容易かつ確実にセラミック基板１１１に固着する。
【００１９】
請求項１０に係る発明は、請求項１ないし９いずれかに係る発明であって、セラミック基板１１が０．２ｍｍ以上３．５ｍｍ以下の厚さであるパワーモジュール用基板である。
セラミック基板１１が０．２ｍｍ未満であると、雄ねじ２６を螺合することにより金属枠を介して水冷式ヒートシンク２７にセラミック基板を接合しても、その雄ねじ２６の締結力に起因してセラミック基板１１が破損するおそれがあり、セラミック基板１１が３．５ｍｍを越えるとセラミック基板１１自体の機械的強度が増加し、雄ねじで水冷式ヒートシンク２７に直接接合することが可能になる。
【００２０】
請求項１１に係る発明は、図９に示すように、セラミック基板１１の周囲の一部又は全部にセラミック基板１１の厚さと同一又は僅かに薄い厚さを有する金属枠７２を設ける工程と、セラミック基板１１及び金属枠７２の表面にろう材７６を介して第１及び第２金属薄板７３，７４を接着してセラミック基板１１及び金属枠７２を一体化する工程と、第１金属薄板７３のセラミック基板１１に対応する部分に回路パターン７７を形成する工程と、第１金属薄板７３、金属枠７２及び第２金属薄板７４にこれらを貫通する第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａをそれぞれ形成する工程とを含むパワーモジュール用基板の製造方法である。
請求項１１に係るパワーモジュール用基板の製造方法では、セラミック基板１１と一体化された金属枠７２及びその金属枠７２の表面及び裏面に接着された第１及び第２金属薄板７３，７４はセラミック基板１１に比較して機械加工が比較的容易であり、これらの第１金属薄板７３、金属枠７２及び第２金属薄板７４に第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａを貫通してそれぞれ形成することにより、パワーモジュール用基板に容易にかつ正確な取付ピッチで取付孔を形成する。
【００２１】
請求項１２に係る発明は、図２に示すように、請求項１ないし５いずれか記載のパワーモジュール用基板２１の回路パターン１７に半導体素子２３が搭載され、パワーモジュール用基板２１の表面に端子２４が内周面に設けられた枠部材２５が半導体素子２３を包囲するように接着され、端子２４と半導体素子２３とが接続されて絶縁性ゲル２９が充填され、枠部材２５の上面に蓋板２５ａが接着され、パワーモジュール用基板２１の金属薄板１３及び金属枠１２の通孔１３ａ及び貫通孔１２ａに雄ねじ２６が挿通され、雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された図示しない取付孔に更に挿通してナットに螺合することによりパワーモジュール用基板２１が水冷式ヒートシンク２７に直接接合された半導体装置である。
請求項１２に係る発明では、水冷式ヒートシンク２７に直接接合されたパワーモジュール用基板２１の回路パターン１７に搭載された半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの熱の伝達経路は、図２２に示す従来の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は従来に比較してより有効に水冷式ヒートシンク２７に伝達されて外部に放散される。
【００２２】
請求項１３に係る発明は、図７に示すように、水冷式ヒートシンク２７が水路２７ｂを有するヒートシンク本体２７ｄとこの水路２７ｂを封止可能なヒートシンク蓋２７ｅとにより構成され、請求項１ないし５いずれか記載のパワーモジュール用基板２１の回路パターン１７に半導体素子２３が搭載され、このパワーモジュール用基板２１の金属薄板１３及び金属枠１２の通孔１３ａ及び貫通孔１２ａに雄ねじ２６が挿通され、この雄ねじ２６をヒートシンク蓋２７ｅに形成された雌ねじ２７ｆに螺合することによりパワーモジュール用基板２１がヒートシンク蓋２７ｅに直接接合され、ヒートシンク蓋２７ｅの表面に端子２４が内周面に設けられた枠部材２５がパワーモジュール用基板２１を包囲するように接着され、端子２４と半導体素子２３とが接続されて絶縁性ゲル２９が充填され、枠部材２５の上面に蓋板２５ａが接着され、ヒートシンク蓋２７ｅをヒートシンク本体２７ｄにネジ止めするように構成された半導体装置である。
【００２３】
請求項１３に係る発明であっても、半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの伝達経路は従来の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は有効に水冷式ヒートシンク２７に伝達されて外部に放散される。特に、この請求項１３に係る発明では、予めヒートシンク蓋２７ｅにパワーモジュール用基板２１等が搭載されるので、ヒートシンク蓋２７ｅをヒートシンク本体２７ｄにネジ止めするだけの簡単な作業で半導体装置を得ることができる。
【００２４】
請求項１４に係る発明は、図１０に示すように、請求項６記載のパワーモジュール用基板８１の第１金属薄板７３に形成された回路パターン７７に半導体素子２３が搭載され、パワーモジュール用基板８１の表面に端子２４が内周面に設けられた枠部材２５が半導体素子２３を包囲するように接着され、端子２４と半導体素子２３とが接続されて絶縁性ゲル２９が充填され、枠部材２５の上面に蓋板２５ａが接着され、パワーモジュール用基板８１が雄ねじ２６により水冷式ヒートシンク２７に直接接合された半導体装置である。
請求項１４係る発明では、水冷式ヒートシンク２７に直接接合された請求項６のパワーモジュール用基板の回路パターン７７に搭載された半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの伝達経路は、図２２に示す従来の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は従来に比較して水冷式ヒートシンク２７により有効に外部に放散される。
【００２５】
請求項１５に係る発明は、図１４，図１６、図１９及び図２０に示すように、請求項７ないし９いずれか記載のパワーモジュール用基板１１０，１２０の回路パターン１１１ａに半導体素子２３が搭載され、パワーモジュール用基板１１０，１２０の表面に端子２４が内周面に設けられた枠部材２５が半導体素子２３を包囲するように接着され（図２０）、端子２４と半導体素子２３とが接続されて絶縁性ゲル２９が充填され、枠部材２５の上面に蓋板２５ａが接着され、請求項７記載のカラー１１６の通孔１１６ｃ（図１４）又は請求項８記載のワッシャ１１８及び金属枠１１２の連通孔１１８ａ及び挿通孔１１２ｂ（図１６）に雄ねじ２６が挿通され、雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ（図２０）又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１（図１９）に螺合することによりパワーモジュール用基板１１０，１２０が水冷式ヒートシンク２７に直接接合された半導体装置である。
【００２６】
請求項１５に係る発明では、水冷式ヒートシンク２７に直接接合されたパワーモジュール用基板１１０，１２０の回路パターン１１１ａに搭載された半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの熱の伝達経路は、図２２に示す従来の熱の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は従来に比較してより有効に水冷式ヒートシンク２７に伝達されて外部に放散される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１に示すように、本発明のパワーモジュール用基板は表面に回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１と金属枠１２と金属薄板１３とを備える。セラミック基板１１は０．６３５ｍｍの厚さを有し、回路パターン１７はセラミック基板１１に接着された図示しない金属箔をエッチング加工することにより作られる。セラミック基板１１への金属箔の接着は、金属箔がＣｕにより形成され、セラミック基板１１がＡｌ2Ｏ3により形成される場合には、セラミック基板１１及び金属箔との間にろう材であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を挟んだ状態で重ね合せ、これらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で８００〜９００℃に加熱する活性金属法により行われる。金属箔がＣｕにより形成され、セラミック基板１１がＡｌＮにより形成される場合も上記と同様の活性金属法によりセラミック基板１１に金属箔が接着される。
【００２８】
また、金属箔がＡｌにより形成され、セラミック基板１１がＡｌ2Ｏ3又はＡｌＮにより形成される場合には、金属箔はＡｌ純度が９９．９８重量％以上であって、融点が６６０℃のものが使用される。金属箔はこの金属箔より融点が低いＡｌ−Ｓｉ系ろう材を介して積層接着される。即ち、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材は８４〜９７重量％のＡｌと３〜１５重量％のＳｉを含み、このろう材１６の溶解温度範囲は５７０〜６５０℃である。積層接着はセラミック基板１１と金属箔との間にろう材であるＡｌ−Ｓｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で６００〜６５０℃に加熱することにより、金属箔がセラミック基板１１に接着される。このようにセラミック基板１１に接着された金属箔はエッチング加工されて回路パターン１７が作られる。
【００２９】
図１及び図３に示すように、金属枠１２はセラミック基板１１又は回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さと同一厚さを有しセラミック基板１１の周囲に設けられる。金属枠１２はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅，チタン，コバール（Ｆｅ５４％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ１７％）又は４２アロイ（Ｆｅ５８％，Ｎｉ４２％）により作られる。図３に示すように、この実施の形態における金属枠１２は、セラミック基板１１の全周を包囲するように形成され、セラミック基板１１と同一厚さを有する板材を打抜くことによりセラミック基板１１の厚さと同一厚さに作られる。
金属薄板１３は金属枠１２の上面に配置され、セラミック基板１１の表面周囲の一部である基板１１の両側に下面が当接する当接部１３ｂを有する。金属薄板はステンレス鋼により作られ、金属薄板１３及び金属枠１２にはドリル等の加工工具を用いた機械加工によりこれらを貫通する通孔１３ａ及び貫通孔１２ａがセラミック基板１１を挟むようにそれぞれ形成される。
【００３０】
このように構成されたパワーモジュール用基板２１を用いた半導体装置を説明する。
図２（ａ）に示すように、パワーモジュール用基板２１に形成された回路パターン１７に半導体素子２３がはんだ２３ａにより搭載される。一方、金属枠１２はセラミック基板１１を包囲するように配置され、金属薄板１３の当接部１３ｂと回路パターン１７付セラミック基板１１との間、及び金属薄板１３と金属枠１２との間にそれぞれポリイミド系の耐熱性接着剤を塗布した後、金属薄板１３が金属枠１２の上に配置されて金属枠１２、セラミック基板１１及び金属薄板１３は一体化する。図２（ｂ）に示すように、一体化したセラミック基板１１又は金属薄板１３の表面には、端子２４が内周面に設けられた枠部材２５がその半導体素子２３を包囲するように接着され、端子２４は半導体素子２３と接続線２３ｂにより接続される。その後、図２（ｃ）に示すように、枠部材２５により包囲される空間にシリコーンゲル２９のような絶縁性ゲルを充填し、半導体素子２３を封止した後、枠部材２５の上面には蓋板２５ａが接着される。
【００３１】
次に、水冷式ヒートシンク２７のパワーモジュール用基板２１が取付けられる部分に必要に応じてシリコーン樹脂が塗布され、その上にセラミック基板１１を配置する。金属薄板１３の通孔１３ａ及び金属枠１２の貫通孔１２ａに雄ねじ２６が挿通され、雄ねじ２６は水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合される。水冷式ヒートシンク２７は内部に冷却水２８が循環する水路２７ｂが形成され、この水路２７ｂに冷却水２８が循環することにより熱を外部に放散するように構成される。雄ねじ２６により水冷式ヒートシンク１７に取付けられた金属薄板１３の当接部１３ｂの下面には回路パターン１７に半導体素子２３が搭載されたセラミック基板１１の上面が当接し、基板１１は当接部１３ｂに押えられて水冷式ヒートシンク２７に直接接合され、図１に示す半導体装置が得られる。この半導体装置では、半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの伝達経路は、図２２に示す従来の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達されて外部に放散される。
【００３２】
なお、上述した実施の形態ではセラミック基板１１の表面に下面が当接する当接部１３ｂを含む金属薄板１３を記載したが、図４に示すように、回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さと同一厚さを有する金属枠１２を使用することにより、当接部１３ｂの下面が回路パターン１７の表面に当接するようにしても良い。
また、上述した実施の形態では金属薄板１３がセラミック基板１１の表面周囲の一部である基板１１の両側に下面が当接するように当接部１３ｂを形成したが、図５に示すように、回路パターンが形成されたセラミック基板１１の全周を包囲するように金属薄板１３を形成し、その基板１１の表面周囲の全部に下面が当接する当接部１３ｂを形成しても良い。
また、上述した実施の形態では、表面にのみ回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１を用い、金属薄板１３の通孔１３ａ及び金属枠１２の貫通孔１２ａに雄ねじ２６を挿通して水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ螺合したが、図６に示すように、セラミック基板１１は裏面に金属泊１１ａを有していても良く、金属薄板１３の通孔１３ａ及び金属枠１２の貫通孔１２ａに挿通された雄ねじ２６は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合しても良い。
【００３３】
更に、上述した実施の形態では、枠部材２５がパワーモジュール用基板２１の表面に接着された半導体装置を示したが、図７に示すように、水冷式ヒートシンク２７が水路２７ｂを有するヒートシンク本体２７ｄとこの水路２７ｂを封止可能なヒートシンク蓋２７ｅとにより構成されている場合には、枠部材２５をヒートシンク蓋２７ｅの表面にパワーモジュール用基板２１を包囲するように接着しても良い。特に、比較的発熱量が多い小型の半導体素子２３を搭載する小型のパワーモジュール用基板２１を使用する半導体装置に適する。具体的に図７における半導体装置は、パワーモジュール用基板２１の回路パターン１７に半導体素子２３が搭載され、このパワーモジュール用基板２１の金属薄板１３及び金属枠１２の通孔１３ａ及び貫通孔１２ａに雄ねじ２６が挿通され、この雄ねじ２６をヒートシンク蓋２７ｅに形成された雌ねじ２７ｆに螺合することによりパワーモジュール用基板２１がヒートシンク蓋２７ｅに直接接合される。
【００３４】
端子２４が内周面に設けられた枠部材２５はヒートシンク蓋２７ｅの表面にパワーモジュール用基板２１を包囲するように接着され、端子２４と半導体素子２３とが接続されて絶縁性ゲル２９が充填され、枠部材２５の上面には蓋板２５ａが接着される。このようにパワーモジュール用基板２１等が搭載されたヒートシンク蓋２７ｅをヒートシンク本体２７ｄにネジ止めすることにより半導体装置が得られる。この図７に示す半導体装置であっても半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの伝達経路は従来の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は有効に水冷式ヒートシンク２７に伝達されて外部に放散される。特に、パワーモジュール用基板２１等がヒートシンク蓋２７ｅに予め搭載されるので、そのヒートシンク蓋２７ｅをヒートシンク本体２７ｄにネジ止めするだけの簡単な作業で半導体装置を得ることができる。
【００３５】
次に本発明の第２の実施の形態を図８に基づいて詳しく説明する。図面中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰返しての説明を省略する。
図８に示すように、この実施の形態のパワーモジュール用基板６１は表面に回路パターン１７が形成されたセラミック基板１１と金属枠６２と金属薄板６３とを備える。金属枠６２はセラミック基板１１又は回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さより厚い厚さを有しセラミック基板１１の周囲に設けられる。金属枠６２はアルミニウム合金、ステンレス鋼、銅，チタン，コバール（Ｆｅ５４％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ１７％）又は４２アロイ（Ｆｅ５８％，Ｎｉ４２％）等から成る板材を打抜くことによりセラミック基板１１の全周を包囲するように形成される。この金属枠６２にはドリル等の加工工具を用いた機械加工によりこの金属枠６２を貫通する貫通孔６２ａがセラミック基板１１を挟むように形成される。
【００３６】
金属薄板６３は金属枠６２の上面に配置され、セラミック基板１１又は回路パターン１７の表面周囲の一部又は全部に下面が対向する対向部６３ｂを有する。図における対向部６３ｂは回路パターン１７に対向する場合を示す。金属薄板６３はステンレス鋼により作られ、金属薄板６３にはドリル等の加工工具を用いた機械加工によりこの金属薄板６３を貫通する通孔６３ａ金属枠６２の貫通孔６２ａに連通するように形成される。セラミック基板１１又は回路パターン１７の表面と対向部６３ｂとの間には弾性体６４が介装される。この実施の形態における弾性体６４は、セラミック基板１１又は回路パターン１７を含むセラミック基板１１の厚さと金属枠６２の厚さの差と同一又はこの差より僅かに厚い厚さを有する合成ゴム板を打抜くことにより、弾性体６４が方形状の横断面を有するように作られる。この場合、弾性体６４は横断面の幅をＸとし弾性体６４の厚さをＹとするとき、Ｙ／Ｘの値が、０．０８より大きいように作られる。この弾性体６４の上下両面は耐熱性接着剤によりセラミック基板１１又は回路パターン１７の表面と対向部６３ｂの表面にそれぞれ接着される。
【００３７】
なお、セラミック基板１１が裏面に接着された金属泊１１ａを有する場合には、セラミック基板１１を水冷式ヒートシンク２７に接合した際に、金属泊１１ａの水冷式ヒートシンク２７に対する面圧Ｐが、金属泊１１ａと水冷式ヒートシンク２７との間の摩擦係数μとμＰ≦１０（ＭＰａ）の関係を有するように、金属泊１１ａの表面及び水冷式ヒートシンク２７の表面を調節することが好ましい。面圧Ｐと摩擦係数μがμＰ≦１０（ＭＰａ）であれば、熱膨張によるセラミック基板１１の水平方向の変位が可能になり、そのセラミック基板１１の破損を防止できるからである。
【００３８】
このように構成されたパワーモジュール用基板６１を用いて半導体装置を得るには、先ず、回路パターン１７に半導体素子２３を搭載し、金属枠６２をその周囲に配置する。その後、金属薄板６３の対向部６３ｂとその対向部６３ｂに対向する回路パターン１７又はセラミック基板１１の表面、及び弾性体６４の上下両面にそれぞれポリイミド系の耐熱性接着剤を塗布した後、弾性体６４を回路パターン１７の表面周囲に配置して金属薄板６３を金属枠６２の上に配置する。これにより金属枠６２、セラミック基板１１、弾性体６４及び金属薄板６３は一体化する。その後、セラミック基板１１の表面には、端子２４が設けられた枠部材２５が接着され、端子２４は半導体素子２３と接続線２３ｂにより接続される。枠部材２５により包囲される空間には絶縁性ゲル２９を充填して半導体素子２３を封止し、枠部材２５の上面に蓋板２５ａを接着する。
【００３９】
次に、水冷式ヒートシンク２７のパワーモジュール用基板６１が取付けられる部分に必要に応じてシリコーン樹脂が塗布され、その上にセラミック基板１１を配置する。金属薄板６３の通孔６３ａ及び金属枠６２の貫通孔６２ａに雄ねじ２６が挿通され、雄ねじ２６は水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合される。雄ねじ２６により水冷式ヒートシンク１７に取付けられた金属薄板６３の対向部６３ｂの下面には弾性体６４を介して回路パターン１７の上面が当接し、基板１１は弾性体６４を介して対向部６３ｂに押えられて水冷式ヒートシンク２７に直接接合され、図８に示す半導体装置が得られる。この半導体装置では、半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの伝達経路は従来の伝達経路より短くなり、その熱を有効に放散する。
【００４０】
また、半導体素子２３からの熱が伝達されることにより、セラミック基板１１及び水冷式ヒートシンク２７自体の温度は上昇してそれぞれが膨張する。ここでセラミック基板１１の熱膨張係数は金属により作られた水冷式ヒートシンク２７の熱膨張係数より一般的に低いため、雌ねじ２７ａに螺合された雄ねじ２６の間隔は貫通孔６２ａの間隔より広がるけれども、その雄ねじ２６の間隔の広がりを弾性体６４がその弾性により吸収して許容する。即ち、弾性体６４は膨張又は収縮により生じるセラミック基板１１と水冷式ヒートシンク２７との取付誤差をその弾性により吸収し、温度変化に起因するセラミック基板１１の破損を防止する。
【００４１】
なお、上述した第２の実施の形態では、枠部材２５がパワーモジュール用基板６１の表面に接着され、雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合した半導体装置を示したが、第１の実施の形態で説明したように、雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合しても良く（図６）、水冷式ヒートシンク２７が水路２７ｂを有するヒートシンク本体２７ｄとこの水路２７ｂを封止可能なヒートシンク蓋２７ｅとにより構成されている場合には、枠部材２５をヒートシンク蓋２７ｅの表面にパワーモジュール用基板６１を包囲するように接着しても良い（図７）。
【００４２】
次に本発明の第３の実施の形態を図９〜図１３に基づいて詳しく説明する。図面中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰返しての説明を省略する。
図９及び図１３に示すように、この実施の形態におけるパワーモジュール用基板８１は、セラミック基板１１と、このセラミック基板１１の周囲の全部に設けられセラミック基板１１の厚さと同一又は僅かに薄い厚さを有しかつ貫通孔７２ａがセラミック基板１１を挟むように形成された金属枠７２と、セラミック基板１１及び金属枠７２の表面にろう材７６を介して接着され貫通孔７２ａに連通する第１通孔７３ａを有しかつセラミック基板１１に対面する部分に回路パターン７７が形成された第１金属薄板７３と、セラミック基板１１及び金属枠７２の裏面にろう材７６を介して接着され貫通孔７２ａ及び第１通孔７３ａに連通する第２通孔７４ａを有しかつ水冷式ヒートシンク２２に対面する第２金属薄板７４とを備える。
【００４３】
このパワーモジュール用基板８１の製造方法を以下に説明する。
(a) セラミック基板の周囲への金属枠の配設
図９（ａ）及び図１１に示すように、セラミック基板１１はＡｌ2Ｏ3，ＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4又はＳｉＣにより形成され、金属枠７２はアルミニウム合金，ステンレス鋼，チタン，コバール（Ｆｅ５４％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ７７％）又は４２アロイ（Ｆｅ５８％，Ｎｉ４２％）により作られる。図１１に示すように、この実施の形態における金属枠７２は、セラミック基板１１の全周を包囲するように形成され、セラミック基板１１と同一又は僅かに薄い厚さを有する板材を打抜くことによりセラミック基板１１の厚さと同一厚さに作られる。
【００４４】
(b)第１及び第２金属薄板のセラミック基板及び金属枠への積層接着
第１及び第２金属薄板７３，７４はＣｕ又はＡｌにより形成され、金属枠７２と同一の外形を有するように形成される。
第１及び第２金属薄板７３，７４がＣｕにより形成され、セラミック基板１１がＡｌ2Ｏ3により形成される場合には金属枠７２はステンレス鋼又は銅により作られ、図９（ａ）及び図１１に示すように、セラミック基板１１及び金属枠７２と金属薄板との間にろう材であるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉろう材の箔を挟んだ状態で重ね合せ、これらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で８００〜９００℃に加熱する活性金属法により、第１及び第２金属薄板７３，７４をセラミック基板１１及び金属枠７２に積層接着し、図９（ｂ）に示すようにセラミック基板１１及び金属枠７２を一体化する。
また、第１及び第２金属薄板７３，７４がＣｕにより形成され、セラミック基板１１がＡｌＮにより形成される場合にも金属枠７２はステンレス鋼又は銅により作られ、上記と同様の活性金属法によりセラミック基板１１及び金属枠７２に第１及び第２金属薄板７３，７４を積層接着し、図９（ｂ）に示すようにセラミック基板１１及び金属枠７２を一体化する。
【００４５】
更に、第１及び第２金属薄板７３，７４がＡｌにより形成され、セラミック基板１１がＡｌ2Ｏ3，ＡｌＮ又はＳｉ3Ｎ4により形成される場合には、金属枠７２はステンレス鋼又はアルミニウム合金により作られる。アルミニウム合金はＡｌ純度が９９．５重量％のものを使用し、第１及び第２金属薄板７３，７４はＡｌ純度が９９．９８重量％以上であって、融点が６６０℃のものを使用することが好ましい。金属枠７２には第１及び第２金属薄板７３，７４が金属枠７２及び第１及び第２金属薄板７３，７４より融点が低いＡｌ−Ｓｉ系ろう材７６を介して積層接着される。即ち、Ａｌ−Ｓｉ系ろう材７６は８７〜８４重量％のＡｌと１１〜１３．５重量％のＳｉを含み、このろう材７６の溶解温度範囲は５７０〜５９０℃である。積層接着はセラミック基板１１と第１及び第２金属薄板７３，７４との間にろう材７６であるＡｌ−Ｓｉろう材の箔を挟んだ状態でこれらに荷重０．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ2を加え、真空中で６００〜６５０℃に加熱することにより、第１及び第２金属薄板７３，７４がセラミック基板１１及び金属枠７２に積層接着されて、図９（ｂ）に示すようにセラミック基板１１及び金属枠７２は一体化される。
【００４６】
(c) 回路パターンを形成及び第１通孔、貫通孔及び第２通孔の形成
図９（ｃ）に示すように、第１金属薄板７３のセラミック基板１１に対応する部分にはエッチング法により所定の回路パターン７７が形成される。第１金属薄板７３、金属枠７２及び第２金属薄板７４にはドリル７８を用いた機械加工が行われ、図９（ｄ）に示すように、これらを貫通する第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａがセラミック基板１１を挟むようにそれぞれ形成されてパワーモジュール用基板８１が作られる。
【００４７】
(d) 半導体装置
図１０（ａ）に示すように、パワーモジュール用基板８１の第１金属薄板７３に形成された回路パターン７７に半導体素子２３がはんだ２３ａにより搭載される。一方、図１０（ｂ）に示すように、パワーモジュール用基板８１の表面には端子２４が内周面に設けられた枠部材２５がその半導体素子２３を包囲するように接着され、端子２４は半導体素子２３と接続線２３ｂにより接続される。その後、図１０（ｃ）に示すように、枠部材２５により包囲される空間にシリコーンゲル２９のような絶縁性ゲルを充填し、半導体素子２３を封止した後、枠部材２５の上面には蓋板２５ａが接着される。このように半導体素子２３が搭載されたパワーモジュール用基板８１の第１通孔７３ａ、貫通孔７２ａ及び第２通孔７４ａに雄ねじ２６を挿通し、この雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合する。水冷式ヒートシンク２７は内部に冷却水２８が循環する水路２７ｂが形成され、この水路２７ｂに冷却水２８が循環することにより熱を外部に放散するように構成され、パワーモジュール用基板８１は雄ねじ２６により水冷式ヒートシンク２７に直接接合される。パワーモジュール用基板８１の回路パターン７７に搭載された半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの伝達経路は、図２２に示す従来の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達されて外部に放散される。
【００４８】
なお、上述した実施の形態では金属枠７２をセラミック基板１１の全周を包囲するように形成したが、図１２に示すように、セラミック基板１１の周囲の一部である基板１１の両側にそのセラミック基板１１を挟むように金属枠７２を設けてもよい。
また、上述した実施の形態では、雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合して、パワーモジュール用基板８１を雄ねじ２６により水冷式ヒートシンク２７に直接接合したが、図１３に示すように、パワーモジュール用基板８１は、水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに雄ねじ２６を更に挿通してナット３１に螺合し、水冷式ヒートシンク２７に直接接合しても良い。
【００４９】
次に本発明の第４の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１４及び図１５に示すように、本発明のパワーモジュール用基板１１０は表面に回路パターン１１１ａが形成されたセラミック基板１１１と金属枠１１２とを備える。回路パターン１１１ａは第１の実施の形態と同様に作られ、金属枠１１２は枠本体１１３とにより構成され、枠本体１１３はセラミック基板１１１又は回路パターン１１１ａを含むセラミック基板１１１の厚さと同一厚さを有する金属を加工することにより作られる。枠本体１１３を構成する金属としては、アルミニウム合金，ステンレス鋼，銅，チタン，コバール（Ｆｅ５４％，Ｎｉ２９％，Ｃｏ１７％）又は４２アロイ（Ｆｅ５８％，Ｎｉ４２％）等が挙げられる。金属薄板１１４はステンレス鋼により作られ、金属薄板１１４は枠本体１１３の上面にろう付又は溶接により接着され、セラミック基板１１１の表面周囲の一部である基板１１１の両側に下面が当接する当接部１１４ｂを有する。
【００５０】
金属薄板１１４を枠本体１１３に接着して形成された金属枠１１２には、ドリル等の加工工具を用いた機械加工によりこれらを貫通する貫通孔１１２ａがそれぞれ形成される。図１５に示すように、この実施の形態における金属枠１１２は、金属薄板１１４の当接部１１４ｂと回路パターン１１１ａとの間にろう材（図示せず）を介装した後、セラミック基板１１１の両側にそれぞれ配置され、その後所定の温度に昇温することにより金属枠１１２は、貫通孔１１２ａがセラミック基板１１１を挟むようにセラミック基板１１１の両側にそれぞれ固着される。この際に使用されるろう材は、回路パターン１１１ａに後述する半導体素子２３を搭載する際に使用されるはんだの融点より高い溶融温度を有するＡｌ系ろう材が使用される。Ａｌ系ろう材にはＡｌ−７．５Ｓｉ，Ａｌ−１２Ｓｉ，Ａｌ−１０Ｓｉ−４Ｃｕ又はＡｌ−９５Ｚｎが挙げられる。
【００５１】
図１４及び図１５に示すように、パワーモジュール用基板１１０はカラー１１６と弾性体１１７とを備える。カラー１１６は貫通孔１１２ａに遊挿可能な外径を有する筒部１１６ａと金属枠１１２の上面に当接するフランジ部１１６ｂが一体的に形成され、このカラー１１６にはそのフランジ部１１６ｂ及び筒部１１６ａに貫通して通孔１１６ｃが形成される。弾性体１１７は弾性を有する合成ゴム板をドーナツ状に打抜くことにより作られる。このドーナツ状の弾性体１１７は筒部１１６ａに嵌入され、この状態でカラー１１６を貫通孔１１２ａに遊挿することにより弾性体１１７はフランジ部１１６ｂと金属枠１１２の上面との間に介装される。
このパワーモジュール用基板１１０は、カラー１１６の通孔１１６ｃに雄ねじ２６を挿通してこの雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ、又は図１９に示す水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合することにより、金属枠１１２が固着されたセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成される。
【００５２】
このパワーモジュール用基板１１０では、貫通孔１１２ａを使用して雄ねじ２６によりセラミック基板１１１が水冷式ヒートシンク２７に接合されるけれども、雄ねじ２６の締結力は金属枠１１２に加わり、その締結力がセラミック基板１１１に直接加わることはない。このため、雄ねじ２６の締結力に起因してセラミック基板１１１が破損することはなく、回路パターン１１１ａに搭載された半導体素子２３からの熱は水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達される。
【００５３】
また、半導体素子からの熱が伝達されることにより、セラミック基板１１１及び水冷式ヒートシンク２７自体の温度は上昇してそれぞれが膨張する。ここでセラミック基板１１１の熱膨張係数は金属により作られた水冷式ヒートシンク２７の熱膨張係数より一般的に低いため、雌ねじ２７ａに螺合された雄ねじ２６の間隔は貫通孔１１２ａの間隔より広がるけれども、その雄ねじ２６の間隔の広がりを弾性体１１７がその弾性により吸収して許容する。即ち、弾性体１１７は膨張又は収縮により生じるセラミック基板１１１と水冷式ヒートシンク２７との取付誤差をその弾性により吸収し、温度変化に起因するセラミック基板１１１の破損を防止する。
【００５４】
このように構成されたパワーモジュール用基板１１０を用いた半導体装置を説明する。
先ず図２０（ａ）に示すように、パワーモジュール用基板１１０に形成された回路パターン１１１ａに半導体素子２３がはんだ２３ａにより搭載され、図２０（ｂ）に示すように、半導体素子２３が搭載されたパワーモジュール用基板１１０の表面に、端子２４が内周面に設けられた枠部材２５がその半導体素子２３を包囲するように接着される。端子２４は半導体素子２３と接続線２３ｂにより接続され、図２０（ｃ）に示すように、枠部材２５により包囲される空間にはシリコーンゲル２９のような絶縁性ゲルが充填される。絶縁性ゲルの充填により半導体素子２３を封止した後、枠部材２５の上面には蓋板２５ａが接着される。
【００５５】
次に、水冷式ヒートシンク２７のパワーモジュール用基板１１０が取付けられる部分に必要に応じてシリコーン樹脂が塗布され、その上にセラミック基板１１１を配置する。水冷式ヒートシンク２７は内部に冷却水２８が循環する水路２７ｂが形成され、この水路２７ｂに冷却水２８が循環することにより熱を外部に放散するように構成される。カラー１１６の通孔１１６ｃには雄ねじ２６が挿通され、雄ねじ２６は水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合される。これによりセラミック基板１１１は水冷式ヒートシンク２７に直接接合されて半導体装置が得られる。
【００５６】
この半導体装置では、半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの熱の伝達経路は、図２２に示す従来の熱の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達されて外部に放散される。
なお、上述した半導体装置は雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａに螺合したが、図１９に示すように雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合することにより半導体装置を得ても良い。
【００５７】
図１６及び図１７に本発明のパワーモジュール用基板における第５の実施の形態を説明する。図面中上述した実施の形態と同一符号は同一部品を示し繰返しての説明を省略する。
図１７に示すように、枠本体１１３及び金属薄板１１４はセラミック基板１１１の全周を包囲するように四角枠状に形成され、金属薄板１１４はその基板１１１の表面周囲の全部に下面が当接するように形成される。このような金属薄板１１４を枠本体１１３に接着して形成された金属枠１１２には、ドリル等の加工工具を用いた機械加工によりセラミック基板１１１を挟むように両側にそれぞれ挿通孔１１２ｂが形成される。金属枠１１２のセラミック基板１１１への固着は、金属薄板１１４の当接部１１４ｂを回路パターン１１１ａにＡｌ系ろう材を介して重ね合せた後、所定の温度に昇温することによりこの当接部１１４ｂと回路パターン１１１ａの一部又は全部を接合することにより行われる。Ａｌ系ろう材にはＡｌ−７．５Ｓｉ，Ａｌ−１２Ｓｉ，Ａｌ−１０Ｓｉ−４Ｃｕ又はＡｌ−９５Ｚｎが挙げられる。当接部１１４ｂと回路パターン１１１ａの一部を接合する場合はセラミック基板１１１と金属枠１１２の熱膨張係数が異なる場合に採用され、当接部１１４ｂと回路パターン１１１ａの全部を接合する場合はセラミック基板１１１と金属枠１１２の熱膨張係数が略同一であることが必要である。
【００５８】
また、パワーモジュール用基板１２０は、ワッシャ１１８と弾性体１１７とを備え、ワッシャ１１８は挿通孔１１２ｂに連通する連通孔１１８ａが形成される。一方、弾性体１１７は弾性を有する合成ゴム板をドーナツ状に打抜くことにより作られ、ワッシャ１１８はこのドーナツ状の弾性体１１７を介して金属枠１１２の上面に配置される。
このパワーモジュール用基板１２０は、ワッシャ１１８の連通孔１１８ａに挿通された雄ねじ２６を金属枠１１２の挿通孔１１２ｂに遊挿し、この雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合することにより、金属枠１１２が固着されたセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合するように構成される。
【００５９】
このパワーモジュール用基板１２０では、挿通孔１１２ｂを使用して雄ねじ２６によりセラミック基板１１１が水冷式ヒートシンク２７に接合されるけれども、雄ねじ２６の締結力は金属枠１１２に加わり、その締結力がセラミック基板１１１に直接加わることはない。このため、雄ねじ２６の締結力に起因してセラミック基板１１１が破損することはなく、回路パターン１１１ａに搭載された半導体素子からの熱は水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達される。また、半導体素子２３からの熱が伝達してセラミック基板１１１及び水冷式ヒートシンク２７自体がそれぞれ膨張し、雄ねじ２６の間隔が挿通孔１１２ｂの間隔より広がっても、その雄ねじ２６の間隔の広がりを弾性体１１７がその弾性により吸収して、温度変化に起因するセラミック基板１１１の破損を防止する。
【００６０】
なお、上述した実施の形態では金属薄板１１４の当接部１１４ｂと回路パターン１１１ａとをろう付により全面的に又は部分的に接合することにより金属枠１１２をセラミック基板１１１に固着したが、図１８に示すように、当接部１１４ｂをセラミック基板１１１に直接に接合することにより金属枠１１２をセラミック基板１１１に固着しても良い。
また、上述した実施の形態では金属薄板１１４を枠本体１１３に接着して金属枠１１２を形成したが、セラミック基板１１１の周囲の全部又は一部に固着可能である限り、金属薄板は金属枠を切削加工等を行うことにより金属枠と一体的に形成しても良い。
【００６１】
このように構成されたパワーモジュール用基板１２０を用いた半導体装置は、ワッシャ１１８の連通孔１１８ａに挿通された雄ねじ２６を金属枠１１２の挿通孔１１２ｂに遊挿し、この雄ねじ２６を水冷式ヒートシンク２７に形成された雌ねじ２７ａ又は水冷式ヒートシンク２７に貫通して形成された取付孔２７ｃに更に挿通してナット３１に螺合することにより、金属枠１１２が固着されたセラミック基板１１１を水冷式ヒートシンク２７に接合して半導体装置を得る。このようなパワーモジュール用基板１２０を用いた半導体装置でも、半導体素子２３から水冷式ヒートシンク２７までの熱の伝達経路は、図２２に示す従来の熱の伝達経路より短く、半導体素子２３からの熱は水冷式ヒートシンク２７に有効に伝達されて外部に放散される。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、セラミック基板の周囲に複数の貫通孔形成された金属枠を設け、貫通孔に連通する通孔を有しかつセラミック基板又は回路パターンの表面周囲の一部又は全部に下面が当接する当接部を有する金属薄板を金属枠の表面に配置し、通孔及び貫通孔に雄ねじを挿通して水冷式ヒートシンクに形成された雌ねじ又は水冷式ヒートシンクに貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合してセラミック基板を水冷式ヒートシンクに接合するように構成したので、雄ねじの締結力がセラミック基板に直接加わることはなく、雄ねじの締結力に起因するセラミック基板の破損を防止することができる。
【００６３】
また、金属枠及びその金属枠の表面に配置された金属薄板をセラミック基板に比較して機械加工が比較的容易なものを使用すれば、通孔及び貫通孔の形成が容易になり、正確な取付ピッチで取付孔を形成することができる。弾性体をセラミック基板又は回路パターンの表面と金属薄板の対向部との間に介装すれば、その弾性体が膨張又は収縮により生じるセラミック基板と水冷式ヒートシンクとの取付誤差を弾性により吸収し、温度変化に起因するセラミック基板の破損を防止することができる。この場合、弾性体を耐熱性接着剤により接着すれば、弾性体の移動が防止され、対向部の下面に弾性体を介して当接するセラミック基板を有効に水冷式ヒートシンクに接合することができる。
【００６４】
また、セラミック基板の周囲の一部又は全部にセラミック基板の厚さと同一又は僅かに薄い厚さを有しかつ複数の貫通孔がセラミック基板を挟むように形成された金属枠を設け、セラミック基板及び金属枠の表面に貫通孔に連通する第１通孔を有しかつセラミック基板に対面する部分に回路パターンが形成された第１金属薄板を接着し、セラミック基板及び金属枠の裏面に貫通孔及び第１通孔に連通する第２通孔を有しかつ水冷式ヒートシンクに対面する第２金属薄板を接着したので、金属枠及び第１及び第２金属薄板に形成された第１通孔、貫通孔及び第２通孔に雄ねじを挿通して水冷式ヒートシンクに形成された雌ねじ又は水冷式ヒートシンクに貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合しても、雄ねじの締結力がセラミック基板に直接加わることはなく雄ねじの締結力に起因するセラミック基板の破損を防止することができる。
【００６５】
また、第１及び第２金属薄板を接着してセラミック基板及び金属枠を一体化した後、第１金属薄板、金属枠及び第２金属薄板にこれらを貫通する第１通孔、貫通孔及び第２通孔をそれぞれ形成することにより、パワーモジュール用基板に容易にかつ正確な取付ピッチで取付孔を形成することができる。
また、弾性体を介して貫通孔に遊挿するカラーのフランジ部又はワッシャを金属枠の上面に配置し、カラーの通孔に雄ねじを挿通して又はワッシャの連通孔に挿通された雄ねじを金属枠の挿通孔に遊挿してセラミック基板を水冷式ヒートシンクに接合するので、膨張又は収縮により生じるセラミック基板と水冷式ヒートシンクとの取付誤差を弾性体がその弾性により吸収し、温度変化に起因するセラミック基板の破損を防止することができる。
【００６６】
更に、回路パターンに半導体素子を搭載し、通孔及び貫通孔に雄ねじを挿通して、又はカラーの通孔に雄ねじを挿通して若しくはワッシャの連通孔に挿通された雄ねじを金属枠の挿通孔に遊挿して、水冷式ヒートシンクに形成された雌ねじ又は又は水冷式ヒートシンクに貫通して形成された取付孔に更に挿通してナットに螺合することによりパワーモジュール用基板を水冷式ヒートシンクに直接接合した半導体装置では、水冷式ヒートシンクに直接接合されたパワーモジュール用基板の回路パターンに搭載された半導体素子から水冷式ヒートシンクまでの伝達経路は比較的短くなり、半導体素子からの熱は水冷式ヒートシンクまで有効に伝達される。この結果、本発明ではセラミック基板を損傷させることなく半導体素子等から水冷式ヒートシンクまでの伝達経路を短くして半導体素子からの熱を有効に放散することができる。
なお、水冷式ヒートシンクが水路を有するヒートシンク本体とこの水路を封止可能なヒートシンク蓋とにより構成されている場合には、パワーモジュール用基板をヒートシンク蓋に直接接合し、そのヒートシンク蓋の表面にそのパワーモジュール用基板を包囲するように枠部材を接着し、端子と半導体素子とを接続して絶縁性ゲルを充填し更に枠部材の上面に蓋板を接着し、そのヒートシンク蓋をヒートシンク本体にネジ止めするように半導体装置を構成すれば、ヒートシンク蓋をヒートシンク本体にネジ止めするだけの簡単な作業で半導体装置を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるパワーモジュール用基板の断面図。
【図２】そのパワーモジュール用基板を含む半導体装置の製造行程図。
【図３】そのパワーモジュール用基板が水冷式ヒートシンクに取付けられる状態を示す斜視図。
【図４】別のパワーモジュール用基板を含む半導体装置の断面図。
【図５】その別のパワーモジュール用基板が水冷式ヒートシンクに取付けられる状態を示す斜視図。
【図６】雄ねじが取付孔に挿通しナットに螺合してパワーモジュール用基板が取付けられた図４に対応する断面図。
【図７】枠部材が水冷式ヒートシンクの表面に接着された半導体装置を示す図２（ｃ）に対応する断面図。
【図８】本発明の第２の実施の形態における半導体装置を示す図２（ｃ）に対応する断面図。
【図９】本発明の第３の実施の形態におけるパワーモジュール用基板の製造方法を示す行程図。
【図１０】その基板を使用した半導体装置の製造行程図。
【図１１】そのセラミック基板と金属枠と第１及び第２金属薄板との関係を示す斜視図。
【図１２】別のセラミック基板と金属枠と第１及び第２金属薄板との関係を示す斜視図。
【図１３】そのパワーモジュール用基板を用いた別の半導体装置を示す図１０（ｃ）に対応する断面図。
【図１４】本発明の第４の実施の形態におけるパワーモジュール用基板の断面図。
【図１５】そのパワーモジュール用基板が水冷式ヒートシンクに取付けられる状態を示す斜視図。
【図１６】本発明の第５の実施の形態におけるパワーモジュール用基板の断面図。
【図１７】そのパワーモジュール用基板が水冷式ヒートシンクに取付けられる状態を示す斜視図。
【図１８】本発明の更に別のパワーモジュール用基板の断面図。
【図１９】雄ねじが水冷式ヒートシンクの取付孔に挿通されて取付けられた図１４に対応するパワーモジュール用基板の断面図。
【図２０】そのパワーモジュール用基板を含む半導体装置の製造行程図。
【図２１】従来例を示す図１に対応する断面図。
【図２２】別の従来例を示す図１に対応する断面図。
【符号の説明】
１１  セラミック基板
１２，６２  金属枠
１２ａ  貫通孔
１３，６３  金属薄板
１３ａ  通孔
１３ｂ  当接部
１７  回路パターン
２１，６１，８１，１１０，１２０  パワーモジュール用基板
２３  半導体素子
２４  端子
２５  枠部材
２５ａ蓋板
２６  雄ねじ
２７  水冷式ヒートシンク
２７ａ  雌ねじ
２７ｂ  水路
２７ｃ  取付孔
２７ｄ  ヒートシンク本体
２７ｅ  ヒートシンク蓋
２７ｆ  雌ねじ
２９  絶縁性ゲル
３１  ナット
６２  金属枠
６２ａ  貫通孔
６３  金属薄板
６３ａ  通孔
６３ｂ  対向部
６６  耐熱性接着剤
７２  金属枠
７２ａ  貫通孔
７３  金属薄板
７３ａ  第１通孔
７４  第２金属薄板
７４ａ  第２通孔
７６  ろう材
７７  回路パターン
１１１  セラミック基板
１１１ａ  回路パターン
１１２  金属枠
１１２ａ  貫通孔
１１２ｂ  挿通孔
１１４  金属薄板
１１４ｂ  当接部
１１６  カラー
１１６ａ  筒部
１１６ｂ  フランジ部
１１６ｃ  通孔
１１７  弾性体
１１８  ワッシャ
１１８ａ  連通孔
【図１】
0003864282.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003864282.tif 000004
【図４】
0003864282.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003864282.tif 000007
【図７】
0003864282.tif 000008
【図８】
0003864282.tif 000009
【図９】
0003864282.tif 000010
【図１０】
0003864282.tif 000011
【図１１】
0003864282.tif 000012
【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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