パワー半導体モジュール及びその製造方法

【課題】金属−絶縁層接合基板上に電力変換回路が構成され金属ベース側に液冷式冷却装置が構成されるパワー半導体モジュールを製造するにあたり、放熱突起の形状や配置に依存することなく、電力変換回路部の熱処理を伴う組立工程を経ても当該基板に不都合な変形を生じさせることなく精度よく冷却液室を構成し、もって冷却性能の向上を図る。
【解決手段】パワー半導体モジュールの回路基板として、アルミ製の金属ベース１０の片面にセラミック絶縁層が接合し該絶縁層上に導体パターンが接合してなる金属−絶縁層接合基板１を用いる。金属ベースは絶縁層が接合する板状のベース部１０ａと、該ベース部の絶縁層が接合する面と反対の面から突出する放熱突起１０ｂと、該ベース部に立設され放熱突起を囲む周壁部１０ｃとが一体成形により構成されてなる。これにより基板の剛性を高めて熱応力に耐える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等からなる電力変換回路に液冷式冷却装置が付随した構成を有するパワー半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気モータの駆動、各種電力変換のためにＩＧＢＴ等の半導体素子を利用したパワー半導体モジュールが使用されている。
近年、産業用途向けのパワー半導体モジュールは、燃料電池車等の電気自動車の開発を背景に、ますます高出力化が求められている。そのため定格の電流容量・電圧ともに拡大化が進められてきており、また従って、その基本構造の設計はもとより、運転時にモジュール内部で発生する損失による熱の放熱対策がより深刻な問題となってきている。
【０００３】
特許文献１記載の発明にあっては、パワー半導体モジュールが搭載される放熱ベースのフィンが付設された底面に冷却液路を形成して当該パワー半導体モジュールを冷却する冷却装置を構成する。
かかる冷却装置にあっては、フィンが放熱ベースの長手方向に沿って形成され、冷却液路の流入口と流出口とが、長手方向の相対する両端部にそれぞれ設けられ、流入口の中心軸が長手方向に沿っており、冷却液路の上面に形成された開口が放熱ベースの底面で被われてフィンが冷却液路内に配置される。この放熱ベースはアルミニウム製で、表面上にセラミックス絶縁層が接合しており、セラミックス絶縁層上に形成された導体パターン上に半導体素子等が実装されて回路が構成される。
【０００４】
特許文献１等で利用される金属ベースに絶縁層が接合し、この絶縁層を電気回路の絶縁ベースとして電気回路を構成する金属−絶縁層接合基板にあっては、薄板状の絶縁層が金属ベースに被着接合して形成されるから、電気回路で発生する熱を金属ベースに効率的に伝導でき、電気回路に冷却装置を付随させるには好個に用いられる。
従来、金属−絶縁層接合基板としては、特許文献２記載の技術等によりアルミニウム−セラミックス接合体が提供され利用可能となっている。特許文献２記載の技術によれば、アルミニウム−セラミックス接合体においては、セラミック板をカーボン製の鋳型にセットし、炉内に挿入した後炉内を窒素雰囲気で酸素濃度１００ｐｐｍ以下にし、この状態で７５０℃まで加熱する。純度４Ｎの溶融状態のアルミニウムをカーボン製シリンダで圧力をかけることで酸化被膜を取り除き、前記鋳型に流し込むことにより、セラミックス基板の一方の面に電子部品搭載用導体を接合し、他方の面にアルミニウムまたはアルミニウム合金の放熱フィンや水冷ジャケットを直接接合せしめる。
【０００５】
一方、特許文献３には、空冷式の排熱管体であって、両端に出入り口のある排熱管体の内壁に複数の柱状の乱流ブロックを構成し、送風又は排気ファンを付設して、この乱流ブロックに伝導された高温により形成される乱流熱気を排出するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２６３１３７号公報
【特許文献２】特開２００４−１１５３３７号公報
【特許文献３】特開２００５−１５９１４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記金属−絶縁層接合基板を利用したパワー半導体モジュールにあっては、組立製造する際に加えられる熱、特に半導体素子を半田ボンディングする半導体素子ボンディング工程において加えられる熱は著しいものがある。
金属ベースと絶縁層とでは材料が異なり、その熱膨張係数差に基づく熱応力が当該基板に対する曲げ、捩り等の応力となり、当該基板に反り、歪み等の変形を生じさせるという問題があるが、半導体素子ボンディング工程においてその問題が大きく懸念される。
半導体素子ボンディング工程等を経て、冷却装置を構成するために金属ベースと、冷却液室を構成する他の部品とを合わせなければならないが、半導体素子ボンディング工程等が終了した金属−絶縁層接合基板に変形が残っていると、金属ベースが冷却液室を構成する他の部品と合わなくなり、隙間を生じさせて、冷却液を流す冷却液室に必要とされる密閉性を達成できないという問題がある。
特許文献１に記載の発明のように、金属ベースに一体成形される放熱フィンが金属ベースの長手方向に沿って形成されていれば、長手方向に関して曲げ剛性が高くなり、反りの発生を防止し易くなる。しかし、回路が大型化し、さらなる冷却性能を追求するために、特許文献２に記載されているような柱状突起を採用する場合には曲げ剛性は低下するから、半導体素子ボンディング工程における許容できない反り等の変形が懸念される。
【０００８】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、金属ベースの片面に絶縁層が接合し該絶縁層上に導体パターンが接合してなる金属−絶縁層接合基板を用いて、当該導体パターン上に電力変換用半導体素子が搭載されて電力変換回路が構成され、当該金属ベース側に液冷式冷却装置が構成されるパワー半導体モジュールを製造するにあたり、当該冷却装置の冷却液室内に配置される放熱突起の形状や配置に依存することなく、電力変換回路部の熱処理を伴う組立工程を経ても当該基板に不都合な変形を生じさせることなく精度よく冷却液室を構成し、その結果、当該放熱突起の形状や配置の自由度を向上し、もって冷却性能の向上を図ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、金属ベースの片面に絶縁層が接合し該絶縁層上に導体パターンが接合してなる金属−絶縁層接合基板と、
前記導体パターン上に半田ボンディングされた電力変換用の半導体素子とを備え、
前記金属ベースは、前記絶縁層が接合する板状のベース部と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面から突出する放熱突起と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面に立設され前記放熱突起を囲む周壁部とが一体成形により構成されてなり、
さらに前記周壁部の開口端を覆う蓋体を備え、前記周壁部に囲まれ前記放熱突起が存する空間に冷却液が流通可能にされてなるパワー半導体モジュールである。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記蓋体に冷却液の入出用の２つの孔部が設けられることにより、前記空間に冷却液が流通可能にされてなる請求項１に記載のパワー半導体モジュールである。
【００１１】
請求項３記載の発明は、金属ベースの片面に絶縁層が接合し該絶縁層上に導体パターンが接合してなる金属−絶縁層接合基板であって、前記金属ベースは、前記絶縁層が接合する板状のベース部と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面から突出する放熱突起と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面に立設され前記放熱突起を囲む周壁部とが一体成形により構成されてなる金属−絶縁層接合基板を得て、
前記導体パターン上に電力変換用の半導体素子を半田ボンディングし、
その後、前記周壁部の開口端を蓋体で覆い、前記周壁部に囲まれ前記放熱突起が存する空間に冷却液が流通可能となるように構成するパワー半導体モジュールの製造方法である。
【００１２】
請求項４記載の発明は、前記蓋体に冷却液の入出用の２つの孔部を設け、該蓋体で前記周壁部の開口端を覆うことにより、前記空間に冷却液が流通可能となるように構成する請求項３に記載のパワー半導体モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属−絶縁層接合基板の金属ベースは、ベース部及び放熱突起のみならず、冷却液室の周壁となる周壁部を当該金属ベースの一部として一体成形により有している。したがって、放熱突起の形状や配置によらず、周壁部が一体成形により金属ベースに含まれることによって金属−絶縁層接合基板の剛性が確実に向上しており、半導体素子ボンディング工程等の電力変換回路部の熱処理を伴う組立工程を経ることにより、金属ベースと絶縁層との間の熱膨張係数差に基づく熱応力が当該基板に発生しても、当該基板に不都合な変形を生じさせることなく精度よく冷却液室を構成し、その結果、放熱突起の形状や配置の自由度が向上し、冷却性能の高い放熱突起形態を追及することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアルミニウム−セラミックス接合基板の裏面側斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るアルミニウム−セラミックス接合基板の表面側斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る端子付樹脂ケースの斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールに構成される電力変換回路の回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの組立工程の前半を示すフローチャート(a)及び各工程における斜視図(b1)〜(b3)である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの組立工程の後半を示すフローチャート(a)及び各工程における斜視図(b1)〜(b3)である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの分解斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの表面側斜視図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの裏面側斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るパワー半導体モジュールの分解斜視図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るパワー半導体モジュールの冷却液室のレイアウト図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係るパワー半導体モジュール（下蓋無し）の裏面側斜視図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係るパワー半導体モジュールの冷却液室のレイアウト図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に係るパワー半導体モジュールの裏面側斜視図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係るパワー半導体モジュールの冷却液室のレイアウト図である。
【図１６】他の形態の端子付樹脂ケースを適用した本発明の一実施形態に係るパワー半導体モジュール（下蓋無し）の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１６】
〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態につき、図１〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係るパワー半導体モジュールには、図１及び図２に示すアルミニウム−セラミックス層接合基板１が用いられる。
接合基板１は、特許文献２等に記載のアルミニウム−セラミックス接合体の技術により提供される。
接合基板１は、金属ベース１０と、セラミックス層１１と、導体パターン１２とからなる。
【００１７】
金属ベース１０の表面にセラミックス層１１が接合する。セラミックス層１１上に導体パターン１２が接合している。導体パターン１２上に電力変換用の半導体素子等の電子部品が半田ボンディングされる。
金属ベース１０及び導体パターン１２は、特許文献２にも記載されるように、セラミックス層１１を構成するセラミック板がセットされた鋳型に溶融アルミニウムを流し込むことによって、セラミックス板の各一面に接合して成形される。
その結果、金属ベース１０は、セラミックス層１１が表面に接合する板状のベース部１０ａと、ベース部１０ａの裏面から突出する放熱突起１０ｂと、ベース部１０ａの裏面に立設され放熱突起１０ｂを囲む周壁部１０ｃとが一体成形により構成されてなる。
本実施形態の接合基板１によれば、周壁部１０ｃを別部品とする構成に比較して、高い剛性が得られる。また本実施形態の接合基板１によれば、ベース部１０ａと周壁部１０ｃとが一体成形されているので、周壁部１０ｃを別部品とし、後で締結する場合に比較しても高い剛性が得られる。
【００１８】
また、本実施形態に係るパワー半導体モジュールには、図３に示す端子付樹脂ケース２が用いられる。４は樹脂製の上蓋である。
端子付樹脂ケース２は、枠状の樹脂部に各電極導出端子が埋没保持されている。パワー半導体モジュールに構成される電力変換回路は、３相ブリッジ型のインバータであり、３相モータを駆動する電力を生成するものである。
この３相ブリッジ型のインバータは、図４の回路図に示すように、ＩＧＢＴとフライホィールダイオード（ＦＷＤ）が逆並列に接続された構成を１単位として、陽極（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と陰極（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）との間において、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相に対応した出力電極（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の上位及び下位に、各１単位が接続されて、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相分のアーム部が構成されてなる。さらに、各ＩＧＢＴのスイッチング制御電極（Ｇ１Ｕ，Ｅ１Ｕ，・・・Ｇ３Ｌ，Ｅ３Ｌ）が取り出される。
Ｕ，Ｖ，Ｗの３相分のアーム部及びそれらの温度を検出するためのサーミスタ（ＴＭ）が、それぞれ図２に示す３つ独立したセラミックス層１１，１１，１１に配設される。
図４に示した各電極に対応する電極導出端子を同一符号で図３中に示した。
各電極導出端子の内端部及び外端部は、それぞれ樹脂部から露出されており、内部接続部及び外部接続部を構成する。
【００１９】
本端子付樹脂ケース２の陽極（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）、陰極（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）及び出力電極（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の外部接続部は、図３に示すように外側面に立設される。これらの外部接続部が上端面に敷設された図１６に示す端子付樹脂ケース２ａを用いても良い。
【００２０】
次に、図５、図６を参照して本パワー半導体モジュールの組立工程を説明する。
まず、図５(b1)に示すように、接合基板１に付属した導体パターン１２上の各チップ搭載部に半田を印刷等により付設し、その半田を介して各チップ搭載部にＩＧＢＴ及びＦＷＤのチップ（さらにはサーミスタのチップ）を搭載する（工程Ｓ１）。半田の付設は方法を問わない。印刷でもよいし、クリーム半田をディスペンサー(吐出機)によりチップ搭載部に吐出塗布してもよい。
【００２１】
次に、上記半田をリフローし、各チップを導体パターン１２に半田ボンディングする（工程Ｓ２、図５(b2)）。このとき、半田リフローのために、２５０〜２７０℃の熱が加えられる。
加熱に伴い金属ベース１０とセラミックス層１１の熱膨張係数差に基づく熱応力が発生するが、上述のように周壁部１０ｃが一体成形により金属ベース１０に含まれることによって接合基板１の剛性が確実に向上しており、接合基板１の変形は抑えられる。
半田中にはフラックスが含有されているので、リフロー中に溶融部付近に発生したフラックスの残渣を、超音波洗浄等を併用した適宜の有機溶剤(槽)中で(常温)洗浄し、その後、赤外ランプ下で乾燥する。
【００２２】
次に、端子付樹脂ケース２を接合基板１に取り付ける（工程Ｓ３、図５(b3)）。
接合基板１のベース部１０ａの周縁に端子付樹脂ケース２下端の縁を接着剤を介して外嵌めし、接着剤の硬化のため１５０℃で加熱処理する。このときも、周壁部１０ｃが一体化した金属ベース１０の剛性により接合基板１の変形は抑えられる。
【００２３】
次に、導体パターン１２上に設けられたワイヤボンディングエリアや、チップ上の電極パッド、各電極導出端子の内部接続部との間を適宜ワイヤボンディングして、図４に示した回路の各電極を端子付樹脂ケース２の外部に露出する外部接続部に取り出す（工程Ｓ４）。ワイヤボンディング用に用いるワイヤ径は、超音波エネルギー(振動)を加えた状態で、通常２５０〜５００(φ)μｍのものが用いられる。なお、ワイヤとしては求められる電流容量の定格に応じて、例えばリボンワイヤのような(断面形状が平たく大きな断面積を有する)ものを用いても良い。
【００２４】
次に、端子付樹脂ケース２内側の接合基板１上にゲルゴム３を注入して、チップ、ワイヤ及び電極導出端子の内部接続部を含む回路をゲルゴム３で覆って封止し、ゲルゴム３をキュアするため１５０℃で熱処理する（工程Ｓ５、図６(b1)）。なお、必要に応じて真空装置中でゲルゴム３を脱泡処理することにより封止効果が高められる。
【００２５】
次に、端子付樹脂ケース２の上端開口に上蓋４を取り付けて蓋をする（工程Ｓ６、図６(b2)）。このとき上蓋４を端子付樹脂ケース２に接着する場合は、接着剤の硬化のため１５０℃で加熱処理する。このときも、周壁部１０ｃが一体化した金属ベース１０の剛性により接合基板１の変形は抑えられる。もちろん、上蓋４の端子付樹脂ケース２への固定に、弾性爪、螺子等を適用する場合は、熱処理工程は生じない。
【００２６】
次に、特性検査（工程Ｓ７）を経た後、接合基板１の下端開口に下蓋５を取り付けて蓋をする（工程Ｓ８、図６(b3)）。
下蓋５は、金属ベース１０と同じ材料のアルミニウム製である。
金属ベース１０に上下貫通孔１０ｄ（図１，図２参照）が、端子付樹脂ケース２に上下貫通孔２ｄ（図３参照）が、下蓋５に上下貫通孔５ｄ（図７参照）が組立てた際の同位置に設けられており、図７に示すようにボルト６によって締結して下蓋５を接合基板１の下端に固定する。この締結の際、下蓋５と接合基板１の周壁部１０ｃとの間はＯ−リング７によりシールされる。下蓋５には保持溝５ｃが形成されており、保持溝５ｃにＯ−リング７が入れられて保持される。ボルト６によって下蓋５と接合基板１とが締結されることによって両者が固定されるとともに、Ｏ−リング７が下蓋５と周壁部１０ｃの間に挟まれて圧され、周壁部１０ｃの下端開口の周りで下蓋５と周壁部１０ｃとの間がシールされる。
以上のＯ−リング７を介した組立構造より、冷却液室の密閉性が保持され、耐漏液圧が向上する。
以上の組立工程における熱履歴に拘わらず、周壁部１０ｃが一体化した金属ベース１０の剛性により接合基板１の変形は抑えられているので、接合基板１に不都合な変形を生じさせることなく精度よく冷却液室を構成することができ、密閉性が確保される。
【００２７】
図７に示すように周壁部１０ｃの開口端を覆う下蓋５には、保持溝５ｃより内側の冷却液室に露出する領域に冷却液の入出用の２つの孔部５ａ、５ｂが設けられており、これにより、周壁部１０ｃに囲まれ放熱突起１０ｂが存する空間、すなわち冷却液室に冷却液が流通可能にされる。２つの孔部５ａ、５ｂには、それぞれニップル８ａ，８ｂが嵌入して取り付けられ、冷却液の配管が接続可能にされる。２つの孔部５ａ、５ｂのいずれか一方が冷却液の流入口とされ、他方が流出口とされる。
【００２８】
以上の工程を経て、図８及び図９に示すパワー半導体モジュールが完成する。
図８及び図９に示すように、下蓋５は接合基板１よりも外形が大きく、本パワー半導体モジュールの外周にフランジを形成する。このフランジを利用して電気自動車のシャーシ等に本パワー半導体モジュールを固定することができる。これに拘わらす、下蓋５の外形を接合基板１の外形と同じにしてフランジを形成しなくても良い。その場合は、例えば、接合基板１及び下蓋５（さらには端子付樹脂ケース２）を貫通する孔に通したボルトによってシャーシに固定すればよい。
【００２９】
さて、以上のように周壁部１０ｃが一体化した金属ベース１０の剛性により接合基板１の変形は抑えられるので、同じく金属ベース１０に一体に設けられる放熱突起１０ｂに関しては、金属ベース１０の剛性を高める部位としての役割を優先することなく、冷却性能の向上を優先してその形状や配置を自由に選択することができる。
本実施形態においては、図１に示すように先細り柱状の放熱突起１０ｂを冷却液室のほぼ全面に均等配置した構成を採用した。金属ベース１０の剛性を高める目的をも持たせる場合は、特許文献１のように放熱突起を平板状にして複数の放熱突起を金属ベース１０の長手方向に沿って縞状に並設する構成が好ましいが、本実施形態のように柱状の放熱突起１０ｂを採用しても、周壁部１０ｃが金属ベース１０に一体成形されているので、組立工程上の熱応力による接合基板１の変形を懸念することはない。
本実施形態によれば、下蓋５の流入口（５ａ又は５ｂ）から導入された冷却液が、多数の柱状放熱突起１０ｂに当たり、平板状の放熱突起を並設した構成に比較しても、乱流化が促されて冷却性能が向上する。
【００３０】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態につき、図１０及び図１１を参照して説明する。
上述したように本発明によれば、周壁部１０ｃが一体化した金属ベース１０の剛性により接合基板１の変形は抑えられるので、同じく金属ベース１０に一体に設けられる放熱突起１０ｂに関しては、金属ベース１０の剛性を高める部位としての役割を優先することなく、冷却性能の向上を優先してその形状や配置を自由に選択することができる。
本実施形態においては、上記第１実施形態と同様に先細り柱状の放熱突起１０ｂを採用するが、冷却液室での乱流化を促進して更なる冷却性能を向上するため、上記第１実施形態と異なる放熱突起１０ｂの配置領域を設定した。
図１０及び図１１に示すように、周壁部１０ｃの内側に形成される冷却液室は、冷却液の流入口（図１１で孔部５ｂ）から流出口（図１１で孔部５ａ）へ向かう方向に沿って長尺な長方形状に形成される。なお、本実施形態においては、孔部５ｂを流入口、孔部５ａを流出口として図示する。
そして、冷却液室の各角部（計４つの角部）の三角形領域を除く領域を、放熱突起１０ｂの配置領域とし、当該各角部（計４つの角部）には、何らの突起を形成せずフラットな領域に形成した。図１１に示すように、孔部５ａ、５ｂに対向するよう領域には放熱突起１０ｂが配置される。しかし、孔部５ａ、５ｂの側方には、何らの突起も形成されないフラット領域が存在する。
【００３１】
以上の構造の冷却液室を有する本実施形態のパワー半導体モジュールによれば、孔部５ｂから流入した冷却液は、図１１の矢印で示すような経路で冷却液室の全域を進行して、孔部５ａに至り、冷却液室内で乱流化が促進されて冷却性能が向上する。
すなわち、孔部５ｂから流入した冷却液の一部は、一旦、液圧の低い側方の角部のフラット領域に逃げいき、その先にある壁面（周壁部１０ｃにより形成される内壁面）に当たり、乱流性をより増大させながら、跳ね返って今度は放熱突起１０ｂが密集した領域に突入して放熱突起群１０ｂ，１０ｂ，１０ｂ・・・の中でさらに乱流を形成しながら進行して流出口となる孔部５ａ方向へ向かう。
孔部５ａ方向へ向かう冷却液の一部は、一旦、液圧の低い側方の角部のフラット領域に逃げいき、その先にある壁面（周壁部１０ｃにより形成される内壁面）に再び当たり、乱流性をより増大させながら、跳ね返って孔部５ａから流出する。
以上のように本実施形態によれば、冷却液室の各角部（計４つの角部）にあえて放熱突起を配置しないことにより、冷却液を流入直後及び流出直前に両側方の角部側壁に当てて乱流化を促し、冷却液室の全域を効果的に使用して乱流性を高めることができる。その結果、高い冷却性能を得ることができるという効果がある。
【００３２】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき、図１２及び図１３を参照して説明する。
上述したように本発明によれば、周壁部１０ｃが一体化した金属ベース１０の剛性により接合基板１の変形は抑えられるので、同じく金属ベース１０に一体に設けられる放熱突起１０ｂに関しては、金属ベース１０の剛性を高める部位としての役割を優先することなく、冷却性能の向上を優先してその形状や配置を自由に選択することができる。
本実施形態においては、上記第１実施形態とは異なり板状の放熱突起（放熱フィン１０ｅ）を採用し、冷却液室での乱流化を促進して更なる冷却性能を向上するため、上記第１実施形態と異なる放熱突起の配置領域を設定した。
上記実施形態と同様に、周壁部１０ｃの内側に形成される冷却液室は、冷却液の流入口（図１１で孔部５ｂ）から流出口（図１１で孔部５ａ）へ向かう方向に沿って長尺な長方形状に形成される。
そして、冷却液室の長手方向に沿って延在する放熱フィン１０ｅを複数並べて配置する。但し、冷却液室の流入口側端部及び流出側端部は、何らの突起を形成せずフラットな領域に形成した。図１３に示すように、孔部５ａ、５ｂに対向するよう領域及びその側方領域には何らの放熱突起も形成されないフラット領域が存在する。
【００３３】
以上の構造の冷却液室を有する本実施形態のパワー半導体モジュールによれば、孔部５ｂから流入した冷却液は、流入口側端部及び流出側端部においては上記第２実施形態とほぼ同様の挙動で図１３の矢印で示すような経路で冷却液室の全域を進行して、孔部５ａに至り、冷却液室内、特に流入口側端部及び流出側端部において乱流化が促進されて冷却性能が向上する。
以上のように本実施形態によれば、冷却液室の流入口側端部及び流出側端部にあえて放熱突起を配置しないことにより、冷却液を流入直後及び流出直前に両側方の角部側壁に当てて乱流化を促し、冷却液室の全域を効果的に使用して乱流性を高めることができる。その結果、高い冷却性能を得ることができるという効果がある。
【００３４】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態につき、図１４及び図１５を参照して説明する。
本実施形態においては、上記第１〜３実施形態とは異なり流入口（図１５で孔部５ｂ）及び流出口（図１５で孔部５ａ）を、長方形状の冷却液室において対角線上の相対する位置に配置し、その他は上記第３実施形態と同じである。
【００３５】
以上の構造の冷却液室を有する本実施形態のパワー半導体モジュールによれば、孔部５ｂから流入した冷却液は、図１５の矢印で示すような経路で冷却液室の全域を進行して、孔部５ａに至り、冷却液室内、特に流入口側端部及び流出側端部において乱流化が促進されて冷却性能が向上する。
すなわち、孔部５ｂから流入した冷却液の一部は、一旦、液圧の低い逆側方に逃げいき、その先にある壁面（周壁部１０ｃにより形成される内壁面）に当たり、乱流性をより増大させながら、跳ね返って放熱フィン１０ｅが配置された領域に進行して流出口となる孔部５ａが設置された流入口側端部へ向かう。
流入口側端部へ向かい、放熱フィン１０ｅが配置された領域から出る冷却液の一部は、一旦、流入口と逆側方の液圧の低い角部に逃げいき、その先にある壁面（周壁部１０ｃにより形成される内壁面）に再び当たり、乱流性をより増大させながら、跳ね返って孔部５ａから流出する。
【符号の説明】
【００３６】
１アルミニウム−セラミックス層接合基板
２端子付樹脂ケース
２ａ他の形態の端子付樹脂ケース
３ゲルゴム
４上蓋
５下蓋
５ａ孔部
５ｂ孔部
６ボルト
１０金属ベース
１０ａベース部
１０ｂ放熱突起
１０ｃ周壁部
１０ｅ放熱フィン
１１セラミックス層
１２導体パターン

【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースの片面に絶縁層が接合し該絶縁層上に導体パターンが接合してなる金属−絶縁層接合基板と、
前記導体パターン上に半田ボンディングされた電力変換用の半導体素子とを備え、
前記金属ベースは、前記絶縁層が接合する板状のベース部と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面から突出する放熱突起と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面に立設され前記放熱突起を囲む周壁部とが一体成形により構成されてなり、
さらに前記周壁部の開口端を覆う蓋体を備え、前記周壁部に囲まれ前記放熱突起が存する空間に冷却液が流通可能にされてなるパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記蓋体に冷却液の入出用の２つの孔部が設けられることにより、前記空間に冷却液が流通可能にされてなる請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
金属ベースの片面に絶縁層が接合し該絶縁層上に導体パターンが接合してなる金属−絶縁層接合基板であって、前記金属ベースは、前記絶縁層が接合する板状のベース部と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面から突出する放熱突起と、該ベース部の前記絶縁層が接合する面と反対の面に立設され前記放熱突起を囲む周壁部とが一体成形により構成されてなる金属−絶縁層接合基板を得て、
前記導体パターン上に電力変換用の半導体素子を半田ボンディングし、
その後、前記周壁部の開口端を蓋体で覆い、前記周壁部に囲まれ前記放熱突起が存する空間に冷却液が流通可能となるように構成するパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記蓋体に冷却液の入出用の２つの孔部を設け、該蓋体で前記周壁部の開口端を覆うことにより、前記空間に冷却液が流通可能となるように構成する請求項３に記載のパワー半導体モジュールの製造方法。

【図１】