絶縁積層材、パワーモジュール用ベースおよびパワーモジュール
【課題】冷熱サイクル時の絶縁板のクラックの発生や、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離の発生を抑制しうる絶縁積層材を提供する。
【解決手段】パワーモジュール用ベースの絶縁回路基板4となる絶縁積層材は、絶縁板５と、絶縁板５の片面に接合されかつ絶縁板５とは反対側の面に発熱体が取り付けられるようになされている回路板６と、絶縁板５の他面に接合された応力緩和板７とよりなる。回路板６および応力緩和板７は方形であり、応力緩和板７の輪郭の全体が回路板６の輪郭よりも内側に位置している。回路板６の中心Oと各角部Ｃとの距離をＬ１、回路板６の各角部Ｃとこれに最も近接した応力緩和板７の角部C1との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たしていることが好ましい。
【解決手段】パワーモジュール用ベースの絶縁回路基板4となる絶縁積層材は、絶縁板５と、絶縁板５の片面に接合されかつ絶縁板５とは反対側の面に発熱体が取り付けられるようになされている回路板６と、絶縁板５の他面に接合された応力緩和板７とよりなる。回路板６および応力緩和板７は方形であり、応力緩和板７の輪郭の全体が回路板６の輪郭よりも内側に位置している。回路板６の中心Oと各角部Ｃとの距離をＬ１、回路板６の各角部Ｃとこれに最も近接した応力緩和板７の角部C1との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たしていることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁積層材、パワーモジュール用ベースおよびパワーモジュールに関し、さらに詳しくは、たとえばパワーデバイスなどの電子素子が実装される絶縁回路基板として用いられる絶縁積層材、絶縁回路基板となっている絶縁積層材に実装されたパワーデバイスなどの電子素子を冷却するのに用いられるパワーモジュール用ベース、およびパワーモジュール用ベースの絶縁回路基板にパワーデバイスが実装されたパワーモジュールに関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、「純アルミニウム」と表現する場合を除いて、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、この明細書および特許請求の範囲において、「純アルミニウム」という用語は、純度９９．００質量％以上の純アルミニウムを意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子（電子素子）からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールにおいては、半導体素子から発せられる熱を効率良く放熱して、半導体素子の温度を所定温度以下に保つ必要がある。
【０００４】
この種のパワーモジュールとして、アルミニウム製冷却器および冷却器にろう付された絶縁回路基板からなるパワーモジュール用ベースと、パワーモジュール用ベースの絶縁回路基板に実装されたパワーデバイスとよりなり、絶縁回路基板が、セラミック製絶縁板、絶縁板の一面にろう付された純アルミニウム製回路板（第１金属板）および絶縁板の他面にろう付された純アルミニウム製伝熱板（第２金属板）からなる絶縁積層材によって形成されており、絶縁回路基板の回路板における絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされ、当該配線面の電子素子搭載部にパワーデバイスが実装されているパワーモジュールが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１記載のパワーモジュールにおいては、パワーデバイスから発せられた熱は、回路板、絶縁板および伝熱板を経てヒートシンクに伝えられ、放熱されるようになっている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなパワーモジュールにおいては、使用時の冷熱サイクル、すなわち絶縁回路基板となっている絶縁積層材が繰り返して加熱、冷却された場合に、絶縁板とヒートシンクにろう付されている伝熱板との線膨張係数の相違に起因して、絶縁板にクラックが発生したり、絶縁板と伝熱板との接合界面に剥離が発生して絶縁性や放熱性が比較的短期間で低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１１５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、冷熱サイクル時の絶縁板のクラックの発生や、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離の発生を抑制しうる絶縁積層材、パワーモジュール用ベースおよびパワーモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１０】
1)絶縁板と、絶縁板の片面に接合されかつ絶縁板とは反対側の面に発熱体が取り付けられるようになされている第１金属板と、絶縁板の他面に接合された第２金属板とよりなり、第１金属板に取り付けられる発熱体から発せられる熱が、第１金属板および絶縁板を経て第２金属板に伝わるようになされている絶縁積層材であって、
第２金属板の輪郭に、第１金属板の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ第２金属板の輪郭の少なくとも一部分が第１金属板の輪郭よりも内側に位置している絶縁積層材。
【００１１】
2)第１金属板および第２金属板が方形である上記1)記載の絶縁積層材。
【００１２】
3)第１金属板および第２金属板が方形であり、第２金属板の輪郭の全体が第１金属板の輪郭よりも内側に位置し、第１金属板の中心と各角部との距離をＬ１、第１金属板の各角部とこれに最も近接した第２金属板の角部との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たす上記1)記載の絶縁積層材。
【００１３】
4)第１金属板と第２金属板とが相似形であり、第１金属板の中心と各角部とを結ぶ直線と、第２金属板の中心と各角部とを結ぶ直線とが平面から見て重なっている上記2)または3)記載の絶縁積層材。
【００１４】
5)絶縁板と両金属板とがろう付されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１５】
6)第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１６】
7)第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、緩衝板が接合されている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１７】
8)第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致している上記7)記載の絶縁積層材。
【００１８】
9)第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成され、第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成された緩衝板が接合されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１９】
10)第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致し、第２金属板および緩衝板の貫通穴が平面から見て同一位置に形成されている上記9)記載の絶縁積層材。
【００２０】
11)上記1)〜6)のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【００２１】
12)上記7)〜10)のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の緩衝板における第２金属板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【００２２】
13)上記11)または12)記載のパワーモジュール用ベースの第１金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、発熱体となる電子素子を搭載する電子素子搭載部を有する配線面となされ、第１金属板の電子素子搭載部に、パワーデバイスがはんだ付されているパワーモジュール。
【発明の効果】
【００２３】
上記1)〜10)の絶縁積層材は、通常、第２金属板における絶縁板とは反対側の面が第２金属板よりも大きな冷却器にろう付され、第１金属板における絶縁板とは反対側の面に発熱体が取り付けられて用いられ、第１金属板に取り付けられる発熱体から発せられる熱が、第１金属板および絶縁板を経て第２金属板に伝わり、冷却器を介して放熱される。その結果、絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、第２金属板側の膨張量および収縮量が第１金属板側の膨張量および収縮量よりも大きくなる傾向にあるが、この場合であっても、第２金属板の輪郭に、第１金属板の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ第２金属板の輪郭の少なくとも一部分が第１金属板の輪郭よりも内側に位置していると、上述した冷熱サイクル時における第２金属板側の膨張量および収縮量と、第１金属板側の膨張量および収縮量との差を小さくすることが可能になる。したがって、上述した冷熱サイクル時における絶縁板に発生する引張／圧縮応力が低減され、特に、絶縁板における第１金属板側の表面に生じる最大主応力が低減され、絶縁板へのクラックの発生が抑制されるとともに、絶縁板と第２金属板との接合界面に作用する力が低減されて当該接合界面での剥離の発生が抑制される。
【００２４】
上記3)の絶縁積層材によれば、上述した冷熱サイクル時における絶縁板に発生する引張／圧縮応力が確実に低減され、絶縁板へのクラックの発生および絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離の発生が効果的に抑制される。Ｌ２／Ｌ１＞０．０３５の場合、すなわち第２金属板が第１金属板よりも小さくなり過ぎると、絶縁板の第１金属板側に発生する引張／圧縮応力が、逆に増加するおそれがある。
【００２５】
上記6)の絶縁積層材によれば、絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、第２金属板が比較的大きく変形することにより応力を効果的に緩和し、絶縁板のクラックや、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離が効果的に抑制される。
【００２６】
上記7)〜10)の絶縁積層材によれば、絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、第２金属板および緩衝板が比較的大きく変形することにより応力を効果的に緩和し、絶縁板のクラックや、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離が効果的に抑制される。
【００２７】
上記11)および12)のパワーモジュール用ベースによれば、第１金属板の配線面の電子素子搭載部に発熱体となる電子素子が搭載されて使用され、電子素子から発せられる熱が第２金属板に伝わって第２金属板から冷却器に放熱される。そして、絶縁回路基板となっている絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、上記1)〜10)の絶縁積層材で述べたのと同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明による絶縁積層材からなる絶縁回路基板を有するパワーモジュール用ベースにパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示す垂直断面図である。
【図２】この発明による絶縁積層材からなる絶縁回路基板を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図４】図１のパワーモジュールについて、応力緩和板の縦、横の寸法を変化させてコンピュータシミュレーションを行うことにより求めた絶縁板の上側に発生する最大主応力を示すグラフである。
【図５】パワーモジュールの変形例を示す図１相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３０】
なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。
【００３１】
また、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３２】
図１はこの発明による絶縁積層材が絶縁回路基板として用いられているパワーモジュール用ベースにパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示し、図２および図３はこの発明による絶縁積層材からなる絶縁回路基板の要部を示す。図４は、図１に示すパワーモジュールについて行ったコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【００３３】
図１において、パワーモジュール(1)は、パワーモジュール用ベース(2)と、パワーモジュール用ベース(2)に実装されたパワーデバイス(3)（電子素子）とよりなる。
【００３４】
パワーモジュール用ベース(2)は、方形のセラミックス製絶縁板(5)、絶縁板(5)の上面にろう付された方形のアルミニウム製回路板(6)（第１金属板）、および絶縁板(5)の下面にろう付された方形のアルミニウム製応力緩和板(7)（第２金属板）からなる絶縁回路基板(4)（絶縁積層材）と、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面がろう付されたアルミニウム製冷却器(8)とからなる。なお、図１においては１つの絶縁回路基板(4)だけが図示されているが、パワーモジュール用ベース(2)は、複数の絶縁回路基板(4)を備えているのが一般的である。
【００３５】
絶縁回路基板(4)の絶縁板(5)は、必要とされる絶縁特性、熱伝導率および機械的強度を満たしていれば、どのようなセラミックから形成されていてもよいが、たとえばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などにより形成される。絶縁板(5)の外周縁部は回路板(6)および応力緩和板(7)の外周縁部よりも外側に位置している。
【００３６】
回路板(6)は、電気伝導率および熱伝導率が高く、変形能が高く、しかも半導体素子とのはんだ付け性に優れた純度の高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。そして、回路板(6)の上面、すなわち回路板(6)における絶縁板(5)にろう付された面とは反対側の面が、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)となされている。
【００３７】
応力緩和板(7)は、熱伝導率が高く、しかも変形能が高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。応力緩和板(7)に、応力緩和板(7)の厚み方向（上下方向）にのびる複数の貫通穴(12)が形成されている。なお、応力緩和板(7)には、必ずしも貫通穴が形成されている必要はない。
【００３８】
冷却器(8)は、複数の冷却流体通路(13)が並列状に設けられた扁平中空状であり、熱伝導性に優れるとともに、軽量であるアルミニウムにより形成されていることが好ましい。冷却流体としては、液体および気体のいずれを用いてもよい。なお、冷却器(8)としては、ケース内にインナーフィンが配置されたものが用いられてもよい。
【００３９】
パワーデバイス(3)は、絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)における電子素子搭載部(11)上にはんだ付けされており、これによりパワーモジュール用ベース(2)に実装されている。パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱されるようになっている。
【００４０】
図２および図３に示すように、絶縁回路基板(4)の回路板(6)および応力緩和板(7)は方形状であるとともに相似形である。応力緩和板(7)の輪郭の全体は、平面から見て回路板(6)の輪郭よりも内側に位置している。すなわち、応力緩和板(7)の輪郭に、回路板(6)の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ応力緩和板(7)の輪郭の少なくとも一部分が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置している。また、回路板(6)および応力緩和板(7)の中心(O)は平面から見て合致しており、回路板(6)の中心(O)と各角部(C)とを結ぶ直線(S)と、応力緩和板(7)の中心と各角部(C1)とを結ぶ直線とが平面から見て重なっている。ここで、回路板(6)における中心(O)と各角部(C)との距離をＬ１、回路板(6)の各角部(C)とこれに最も近接した応力緩和板(7)の角部(C1)との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たしていることが好ましい。
【００４１】
なお、回路板(6)および応力緩和板(7)の角部には丸みが形成されていてもよい。
【００４２】
パワーモジュール用ベース(2)の製造方法は次の通りである。
【００４３】
まず、冷却器(8)上に、応力緩和板(7)、絶縁板(5)および回路板(6)をこの順序で配置する。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間、応力緩和板(7)と絶縁板(5)との間および絶縁板(5)と回路板(6)との間にはそれぞれアルミニウムろう材層を設けておく。ろう材層は、たとえばＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材からなる。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートなどからなる。また、冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の下面に予めクラッドされていてもよい。絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートからなる。また、絶縁板(5)と回路板(6)との間に配置されるろう材層は、回路板(6)の下面に予めクラッドされていてもよく、絶縁板(5)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の上面に予めクラッドされていてもよい。
【００４４】
その後、適当な治具により回路板(6)、絶縁板(5)、応力緩和板(7)および冷却器(8)を加圧した状態にして仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、適当な温度に適当な時間加熱し、絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)と冷却器(8)とをろう付する。こうして、パワーモジュール用ベース(2)が製造される。
【００４５】
上述したパワーモジュール(1)において、パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱される。したがって、絶縁回路基板(4)が繰り返して加熱、冷却されることになるが、この冷熱サイクル時においても、次のメカニズムにより、絶縁板(5)のクラックや、絶縁板(5)と回路板(6)との接合界面での剥離の発生が抑制されると考えられる。
【００４６】
すなわち、応力緩和板(7)における絶縁板(5)とは反対側の面（下面）が、応力緩和板(7)よりも大きな冷却器(8)にろう付され、回路板(6)における絶縁板(5)とは反対側の面（上面）にパワーデバイス(3)が取り付けられて用いられており、パワーデバイス(3)から発せられる熱が、回路板(6)および絶縁板(5)を経て応力緩和板(7)に伝わり、冷却器(8)の冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱される。その結果、絶縁回路基板(4)が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、応力緩和板(7)側の膨張量および収縮量が回路板(6)側の膨張量および収縮量よりも大きくなる傾向にある。しかしながら、この場合であっても、応力緩和板(7)の輪郭の全体が、平面から見て回路板(6)の輪郭よりも内側に位置していると、上述した冷熱サイクル時における応力緩和板(7)側の膨張量および収縮量と、回路板(6)側の膨張量および収縮量との差を小さくすることが可能になる。したがって、上述した冷熱サイクル時における絶縁板(5)に発生する引張／圧縮応力が低減され、特に、絶縁板(5)における回路板(6)側の上面に生じる最大主応力が低減され、絶縁板(5)へのクラックの発生が抑制されるとともに、絶縁板(5)と応力緩和板(7)との接合界面に作用する力が低減されて当該接合界面での剥離の発生が抑制される。
【００４７】
以下、図１〜図３に示すパワーモジュール(1)について、コンピュータシミュレーションを行った結果を図４に示す。シミュレーション条件は、回路板(6)の厚み：０．６mm、縦：２６．５mm、横：３１．５mm、材質：純度９９．９９質量％の純アルミニウム、絶縁板(5)の厚み：０．６mm、縦：２９mm、横：３４mm、材質ＡｌＮ、応力緩和板(7)の厚み：１．６mm、材質：純度９９．９９質量％の純アルミニウム、冷却器(8)の代わりに厚み：５mm、縦：１００mm、横１００mm、材質：Ａ３００３を共通の条件とし、応力緩和板(7)の縦、横の寸法については、縦：２６．５mm、横：３１．５mm（板(I)）、縦：２７．５mm、横：３２．５mm（板(II)）、縦：２６．１mm、横：３１．１mm（板(III)）、縦：２５．８mm、横：３０．８mm（板(IV)）の４つの異なる条件とした。ここで、回路板(6)における中心(O)と各角部(C)との距離をＬ１、回路板(6)の各角部(C)とこれに最も近接した応力緩和板(7)の角部との距離をＬ２とした場合、上記板(I)ではＬ２／Ｌ１＝０、上記板(II)ではＬ２／Ｌ１＝−０．０３４、上記板(III)ではＬ２／Ｌ１＝０．０１４、上記板(IV)ではＬ２／Ｌ１＝０．０４４である。
【００４８】
そして、ろう付後の冷却工程の条件を５８０℃→２０℃とし、その後１２５℃に加熱→−４０℃に冷却を１サイクル行ったとして、絶縁板(5)の上側の中央部および角部に発生する最大主応力を求めた。その結果を図４に示す。図４に示す最大主応力は、上記(I)の場合の最大主応力を１とし、これに対する比として求めた。
【００４９】
図４に示す結果から、０＜Ｌ２／Ｌ１という関係を満たしている場合に、絶縁板(5)の上側に発生する最大主応力の増大を抑制しうることが分かる。なお、図４示す結果から、Ｌ２／Ｌ１＞０．０３５になると、応力緩和板(7)が回路板(6)よりも小さくなり過ぎ、絶縁板(5)の上側に発生する最大主応力が、逆に増加するおそれがある。
【００５０】
また、上記板(II)の応力緩和板(7)の場合には、実際に回路板(6)、絶縁板(5)および応力緩和板(7)を、ろう付後の冷却工程の条件を５８０℃→２０℃として実際にろう付を行い、その後１２５℃に加熱→−４０℃に冷却を１サイクル行ったところ、絶縁板(5)にクラックが発生していた。
【００５１】
図５は、パワーモジュールの変形例を示す。
【００５２】
図５に示すパワーモジュール(20)の場合、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面に、厚み方向にのびる複数の貫通穴(22)が形成された緩衝板(21)がろう付されている。緩衝板(21)は、応力緩和板(7)と同一の材質であるとともに、応力緩和板(7)と同一の形状および大きさであり、応力緩和板(7)および緩衝板(21)の輪郭が合致している。また、応力緩和板(7)および緩衝板(21)の貫通穴(12)(22)は平面から見て同一位置に形成されている。そして、緩衝板(21)の下面に冷却器(8)がろう付されている。
【００５３】
図５に示すパワーモジュール(20)において、応力緩和板(7)および緩衝板(21)の貫通穴(12)(22)のうち少なくともいずれか一方は、必ずしも必要としない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
この発明による絶縁積層材は、パワーデバイスなどの電子素子を冷却するのに用いられるパワーモジュール用ベースに、電子素子が実装される絶縁回路基板として好適に使用される。
【符号の説明】
【００５５】
(1)(20)：パワーモジュール
(2)：パワーモジュール用ベース
(3)：パワーデバイス（発熱体）
(4)：絶縁回路基板（絶縁積層材）
(5)：絶縁板
(6)：回路板（第１金属板）
(7)：応力緩和板（第２金属板）
(8)：冷却器
(9)：配線面
(11)：電子素子搭載部
(12)：貫通穴
(21)：緩衝板
(22)：貫通穴
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁積層材、パワーモジュール用ベースおよびパワーモジュールに関し、さらに詳しくは、たとえばパワーデバイスなどの電子素子が実装される絶縁回路基板として用いられる絶縁積層材、絶縁回路基板となっている絶縁積層材に実装されたパワーデバイスなどの電子素子を冷却するのに用いられるパワーモジュール用ベース、およびパワーモジュール用ベースの絶縁回路基板にパワーデバイスが実装されたパワーモジュールに関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、「純アルミニウム」と表現する場合を除いて、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、この明細書および特許請求の範囲において、「純アルミニウム」という用語は、純度９９．００質量％以上の純アルミニウムを意味するものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえばIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子（電子素子）からなるパワーデバイスを備えたパワーモジュールにおいては、半導体素子から発せられる熱を効率良く放熱して、半導体素子の温度を所定温度以下に保つ必要がある。
【０００４】
この種のパワーモジュールとして、アルミニウム製冷却器および冷却器にろう付された絶縁回路基板からなるパワーモジュール用ベースと、パワーモジュール用ベースの絶縁回路基板に実装されたパワーデバイスとよりなり、絶縁回路基板が、セラミック製絶縁板、絶縁板の一面にろう付された純アルミニウム製回路板（第１金属板）および絶縁板の他面にろう付された純アルミニウム製伝熱板（第２金属板）からなる絶縁積層材によって形成されており、絶縁回路基板の回路板における絶縁板にろう付された面とは反対側の面が電子素子搭載部を有する配線面となされ、当該配線面の電子素子搭載部にパワーデバイスが実装されているパワーモジュールが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１記載のパワーモジュールにおいては、パワーデバイスから発せられた熱は、回路板、絶縁板および伝熱板を経てヒートシンクに伝えられ、放熱されるようになっている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなパワーモジュールにおいては、使用時の冷熱サイクル、すなわち絶縁回路基板となっている絶縁積層材が繰り返して加熱、冷却された場合に、絶縁板とヒートシンクにろう付されている伝熱板との線膨張係数の相違に起因して、絶縁板にクラックが発生したり、絶縁板と伝熱板との接合界面に剥離が発生して絶縁性や放熱性が比較的短期間で低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３１１５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、冷熱サイクル時の絶縁板のクラックの発生や、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離の発生を抑制しうる絶縁積層材、パワーモジュール用ベースおよびパワーモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
【００１０】
1)絶縁板と、絶縁板の片面に接合されかつ絶縁板とは反対側の面に発熱体が取り付けられるようになされている第１金属板と、絶縁板の他面に接合された第２金属板とよりなり、第１金属板に取り付けられる発熱体から発せられる熱が、第１金属板および絶縁板を経て第２金属板に伝わるようになされている絶縁積層材であって、
第２金属板の輪郭に、第１金属板の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ第２金属板の輪郭の少なくとも一部分が第１金属板の輪郭よりも内側に位置している絶縁積層材。
【００１１】
2)第１金属板および第２金属板が方形である上記1)記載の絶縁積層材。
【００１２】
3)第１金属板および第２金属板が方形であり、第２金属板の輪郭の全体が第１金属板の輪郭よりも内側に位置し、第１金属板の中心と各角部との距離をＬ１、第１金属板の各角部とこれに最も近接した第２金属板の角部との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たす上記1)記載の絶縁積層材。
【００１３】
4)第１金属板と第２金属板とが相似形であり、第１金属板の中心と各角部とを結ぶ直線と、第２金属板の中心と各角部とを結ぶ直線とが平面から見て重なっている上記2)または3)記載の絶縁積層材。
【００１４】
5)絶縁板と両金属板とがろう付されている上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１５】
6)第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１６】
7)第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、緩衝板が接合されている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１７】
8)第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致している上記7)記載の絶縁積層材。
【００１８】
9)第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成され、第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成された緩衝板が接合されている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【００１９】
10)第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致し、第２金属板および緩衝板の貫通穴が平面から見て同一位置に形成されている上記9)記載の絶縁積層材。
【００２０】
11)上記1)〜6)のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【００２１】
12)上記7)〜10)のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の緩衝板における第２金属板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【００２２】
13)上記11)または12)記載のパワーモジュール用ベースの第１金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、発熱体となる電子素子を搭載する電子素子搭載部を有する配線面となされ、第１金属板の電子素子搭載部に、パワーデバイスがはんだ付されているパワーモジュール。
【発明の効果】
【００２３】
上記1)〜10)の絶縁積層材は、通常、第２金属板における絶縁板とは反対側の面が第２金属板よりも大きな冷却器にろう付され、第１金属板における絶縁板とは反対側の面に発熱体が取り付けられて用いられ、第１金属板に取り付けられる発熱体から発せられる熱が、第１金属板および絶縁板を経て第２金属板に伝わり、冷却器を介して放熱される。その結果、絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、第２金属板側の膨張量および収縮量が第１金属板側の膨張量および収縮量よりも大きくなる傾向にあるが、この場合であっても、第２金属板の輪郭に、第１金属板の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ第２金属板の輪郭の少なくとも一部分が第１金属板の輪郭よりも内側に位置していると、上述した冷熱サイクル時における第２金属板側の膨張量および収縮量と、第１金属板側の膨張量および収縮量との差を小さくすることが可能になる。したがって、上述した冷熱サイクル時における絶縁板に発生する引張／圧縮応力が低減され、特に、絶縁板における第１金属板側の表面に生じる最大主応力が低減され、絶縁板へのクラックの発生が抑制されるとともに、絶縁板と第２金属板との接合界面に作用する力が低減されて当該接合界面での剥離の発生が抑制される。
【００２４】
上記3)の絶縁積層材によれば、上述した冷熱サイクル時における絶縁板に発生する引張／圧縮応力が確実に低減され、絶縁板へのクラックの発生および絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離の発生が効果的に抑制される。Ｌ２／Ｌ１＞０．０３５の場合、すなわち第２金属板が第１金属板よりも小さくなり過ぎると、絶縁板の第１金属板側に発生する引張／圧縮応力が、逆に増加するおそれがある。
【００２５】
上記6)の絶縁積層材によれば、絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、第２金属板が比較的大きく変形することにより応力を効果的に緩和し、絶縁板のクラックや、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離が効果的に抑制される。
【００２６】
上記7)〜10)の絶縁積層材によれば、絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、第２金属板および緩衝板が比較的大きく変形することにより応力を効果的に緩和し、絶縁板のクラックや、絶縁板と第２金属板との接合界面での剥離が効果的に抑制される。
【００２７】
上記11)および12)のパワーモジュール用ベースによれば、第１金属板の配線面の電子素子搭載部に発熱体となる電子素子が搭載されて使用され、電子素子から発せられる熱が第２金属板に伝わって第２金属板から冷却器に放熱される。そして、絶縁回路基板となっている絶縁積層材が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、上記1)〜10)の絶縁積層材で述べたのと同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明による絶縁積層材からなる絶縁回路基板を有するパワーモジュール用ベースにパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示す垂直断面図である。
【図２】この発明による絶縁積層材からなる絶縁回路基板を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図４】図１のパワーモジュールについて、応力緩和板の縦、横の寸法を変化させてコンピュータシミュレーションを行うことにより求めた絶縁板の上側に発生する最大主応力を示すグラフである。
【図５】パワーモジュールの変形例を示す図１相当の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３０】
なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右というものとする。
【００３１】
また、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３２】
図１はこの発明による絶縁積層材が絶縁回路基板として用いられているパワーモジュール用ベースにパワーデバイスが実装されたパワーモジュールを示し、図２および図３はこの発明による絶縁積層材からなる絶縁回路基板の要部を示す。図４は、図１に示すパワーモジュールについて行ったコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【００３３】
図１において、パワーモジュール(1)は、パワーモジュール用ベース(2)と、パワーモジュール用ベース(2)に実装されたパワーデバイス(3)（電子素子）とよりなる。
【００３４】
パワーモジュール用ベース(2)は、方形のセラミックス製絶縁板(5)、絶縁板(5)の上面にろう付された方形のアルミニウム製回路板(6)（第１金属板）、および絶縁板(5)の下面にろう付された方形のアルミニウム製応力緩和板(7)（第２金属板）からなる絶縁回路基板(4)（絶縁積層材）と、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面がろう付されたアルミニウム製冷却器(8)とからなる。なお、図１においては１つの絶縁回路基板(4)だけが図示されているが、パワーモジュール用ベース(2)は、複数の絶縁回路基板(4)を備えているのが一般的である。
【００３５】
絶縁回路基板(4)の絶縁板(5)は、必要とされる絶縁特性、熱伝導率および機械的強度を満たしていれば、どのようなセラミックから形成されていてもよいが、たとえばＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４などにより形成される。絶縁板(5)の外周縁部は回路板(6)および応力緩和板(7)の外周縁部よりも外側に位置している。
【００３６】
回路板(6)は、電気伝導率および熱伝導率が高く、変形能が高く、しかも半導体素子とのはんだ付け性に優れた純度の高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。そして、回路板(6)の上面、すなわち回路板(6)における絶縁板(5)にろう付された面とは反対側の面が、電子素子搭載部(11)を有する配線面(9)となされている。
【００３７】
応力緩和板(7)は、熱伝導率が高く、しかも変形能が高い純アルミニウム、たとえば純度９９．９９質量％以上の純アルミニウムにより形成されていることが好ましい。応力緩和板(7)に、応力緩和板(7)の厚み方向（上下方向）にのびる複数の貫通穴(12)が形成されている。なお、応力緩和板(7)には、必ずしも貫通穴が形成されている必要はない。
【００３８】
冷却器(8)は、複数の冷却流体通路(13)が並列状に設けられた扁平中空状であり、熱伝導性に優れるとともに、軽量であるアルミニウムにより形成されていることが好ましい。冷却流体としては、液体および気体のいずれを用いてもよい。なお、冷却器(8)としては、ケース内にインナーフィンが配置されたものが用いられてもよい。
【００３９】
パワーデバイス(3)は、絶縁回路基板(4)の回路板(6)の配線面(9)における電子素子搭載部(11)上にはんだ付けされており、これによりパワーモジュール用ベース(2)に実装されている。パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱されるようになっている。
【００４０】
図２および図３に示すように、絶縁回路基板(4)の回路板(6)および応力緩和板(7)は方形状であるとともに相似形である。応力緩和板(7)の輪郭の全体は、平面から見て回路板(6)の輪郭よりも内側に位置している。すなわち、応力緩和板(7)の輪郭に、回路板(6)の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ応力緩和板(7)の輪郭の少なくとも一部分が回路板(6)の輪郭よりも内側に位置している。また、回路板(6)および応力緩和板(7)の中心(O)は平面から見て合致しており、回路板(6)の中心(O)と各角部(C)とを結ぶ直線(S)と、応力緩和板(7)の中心と各角部(C1)とを結ぶ直線とが平面から見て重なっている。ここで、回路板(6)における中心(O)と各角部(C)との距離をＬ１、回路板(6)の各角部(C)とこれに最も近接した応力緩和板(7)の角部(C1)との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たしていることが好ましい。
【００４１】
なお、回路板(6)および応力緩和板(7)の角部には丸みが形成されていてもよい。
【００４２】
パワーモジュール用ベース(2)の製造方法は次の通りである。
【００４３】
まず、冷却器(8)上に、応力緩和板(7)、絶縁板(5)および回路板(6)をこの順序で配置する。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間、応力緩和板(7)と絶縁板(5)との間および絶縁板(5)と回路板(6)との間にはそれぞれアルミニウムろう材層を設けておく。ろう材層は、たとえばＳｉ１０質量％、Ｍｇ１質量％を含み、残部Ａｌおよび不可避不純物からなるアルミニウムろう材からなる。冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートなどからなる。また、冷却器(8)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の下面に予めクラッドされていてもよい。絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、アルミニウムろう材からなる箔や、心材の両面にろう材層が形成されたアルミニウムブレージングシートからなる。また、絶縁板(5)と回路板(6)との間に配置されるろう材層は、回路板(6)の下面に予めクラッドされていてもよく、絶縁板(5)と応力緩和板(7)との間に配置されるろう材層は、応力緩和板(7)の上面に予めクラッドされていてもよい。
【００４４】
その後、適当な治具により回路板(6)、絶縁板(5)、応力緩和板(7)および冷却器(8)を加圧した状態にして仮止めしたものを真空雰囲気とされた加熱炉中に入れ、適当な温度に適当な時間加熱し、絶縁板(5)と回路板(6)および応力緩和板(7)とをろう付することにより絶縁回路基板(4)を製造すると同時に、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)と冷却器(8)とをろう付する。こうして、パワーモジュール用ベース(2)が製造される。
【００４５】
上述したパワーモジュール(1)において、パワーデバイス(3)から発せられる熱は、回路板(6)、絶縁板(5)および応力緩和板(7)を経て冷却器(8)に伝えられ、冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱される。したがって、絶縁回路基板(4)が繰り返して加熱、冷却されることになるが、この冷熱サイクル時においても、次のメカニズムにより、絶縁板(5)のクラックや、絶縁板(5)と回路板(6)との接合界面での剥離の発生が抑制されると考えられる。
【００４６】
すなわち、応力緩和板(7)における絶縁板(5)とは反対側の面（下面）が、応力緩和板(7)よりも大きな冷却器(8)にろう付され、回路板(6)における絶縁板(5)とは反対側の面（上面）にパワーデバイス(3)が取り付けられて用いられており、パワーデバイス(3)から発せられる熱が、回路板(6)および絶縁板(5)を経て応力緩和板(7)に伝わり、冷却器(8)の冷却流体通路(13)内を流れる冷却流体に放熱される。その結果、絶縁回路基板(4)が加熱、冷却される冷熱サイクル時に、応力緩和板(7)側の膨張量および収縮量が回路板(6)側の膨張量および収縮量よりも大きくなる傾向にある。しかしながら、この場合であっても、応力緩和板(7)の輪郭の全体が、平面から見て回路板(6)の輪郭よりも内側に位置していると、上述した冷熱サイクル時における応力緩和板(7)側の膨張量および収縮量と、回路板(6)側の膨張量および収縮量との差を小さくすることが可能になる。したがって、上述した冷熱サイクル時における絶縁板(5)に発生する引張／圧縮応力が低減され、特に、絶縁板(5)における回路板(6)側の上面に生じる最大主応力が低減され、絶縁板(5)へのクラックの発生が抑制されるとともに、絶縁板(5)と応力緩和板(7)との接合界面に作用する力が低減されて当該接合界面での剥離の発生が抑制される。
【００４７】
以下、図１〜図３に示すパワーモジュール(1)について、コンピュータシミュレーションを行った結果を図４に示す。シミュレーション条件は、回路板(6)の厚み：０．６mm、縦：２６．５mm、横：３１．５mm、材質：純度９９．９９質量％の純アルミニウム、絶縁板(5)の厚み：０．６mm、縦：２９mm、横：３４mm、材質ＡｌＮ、応力緩和板(7)の厚み：１．６mm、材質：純度９９．９９質量％の純アルミニウム、冷却器(8)の代わりに厚み：５mm、縦：１００mm、横１００mm、材質：Ａ３００３を共通の条件とし、応力緩和板(7)の縦、横の寸法については、縦：２６．５mm、横：３１．５mm（板(I)）、縦：２７．５mm、横：３２．５mm（板(II)）、縦：２６．１mm、横：３１．１mm（板(III)）、縦：２５．８mm、横：３０．８mm（板(IV)）の４つの異なる条件とした。ここで、回路板(6)における中心(O)と各角部(C)との距離をＬ１、回路板(6)の各角部(C)とこれに最も近接した応力緩和板(7)の角部との距離をＬ２とした場合、上記板(I)ではＬ２／Ｌ１＝０、上記板(II)ではＬ２／Ｌ１＝−０．０３４、上記板(III)ではＬ２／Ｌ１＝０．０１４、上記板(IV)ではＬ２／Ｌ１＝０．０４４である。
【００４８】
そして、ろう付後の冷却工程の条件を５８０℃→２０℃とし、その後１２５℃に加熱→−４０℃に冷却を１サイクル行ったとして、絶縁板(5)の上側の中央部および角部に発生する最大主応力を求めた。その結果を図４に示す。図４に示す最大主応力は、上記(I)の場合の最大主応力を１とし、これに対する比として求めた。
【００４９】
図４に示す結果から、０＜Ｌ２／Ｌ１という関係を満たしている場合に、絶縁板(5)の上側に発生する最大主応力の増大を抑制しうることが分かる。なお、図４示す結果から、Ｌ２／Ｌ１＞０．０３５になると、応力緩和板(7)が回路板(6)よりも小さくなり過ぎ、絶縁板(5)の上側に発生する最大主応力が、逆に増加するおそれがある。
【００５０】
また、上記板(II)の応力緩和板(7)の場合には、実際に回路板(6)、絶縁板(5)および応力緩和板(7)を、ろう付後の冷却工程の条件を５８０℃→２０℃として実際にろう付を行い、その後１２５℃に加熱→−４０℃に冷却を１サイクル行ったところ、絶縁板(5)にクラックが発生していた。
【００５１】
図５は、パワーモジュールの変形例を示す。
【００５２】
図５に示すパワーモジュール(20)の場合、絶縁回路基板(4)の応力緩和板(7)の下面に、厚み方向にのびる複数の貫通穴(22)が形成された緩衝板(21)がろう付されている。緩衝板(21)は、応力緩和板(7)と同一の材質であるとともに、応力緩和板(7)と同一の形状および大きさであり、応力緩和板(7)および緩衝板(21)の輪郭が合致している。また、応力緩和板(7)および緩衝板(21)の貫通穴(12)(22)は平面から見て同一位置に形成されている。そして、緩衝板(21)の下面に冷却器(8)がろう付されている。
【００５３】
図５に示すパワーモジュール(20)において、応力緩和板(7)および緩衝板(21)の貫通穴(12)(22)のうち少なくともいずれか一方は、必ずしも必要としない。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
この発明による絶縁積層材は、パワーデバイスなどの電子素子を冷却するのに用いられるパワーモジュール用ベースに、電子素子が実装される絶縁回路基板として好適に使用される。
【符号の説明】
【００５５】
(1)(20)：パワーモジュール
(2)：パワーモジュール用ベース
(3)：パワーデバイス（発熱体）
(4)：絶縁回路基板（絶縁積層材）
(5)：絶縁板
(6)：回路板（第１金属板）
(7)：応力緩和板（第２金属板）
(8)：冷却器
(9)：配線面
(11)：電子素子搭載部
(12)：貫通穴
(21)：緩衝板
(22)：貫通穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁板と、絶縁板の片面に接合されかつ絶縁板とは反対側の面に発熱体が取り付けられるようになされている第１金属板と、絶縁板の他面に接合された第２金属板とよりなり、第１金属板に取り付けられる発熱体から発せられる熱が、第１金属板および絶縁板を経て第２金属板に伝わるようになされている絶縁積層材であって、
第２金属板の輪郭に、第１金属板の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ第２金属板の輪郭の少なくとも一部分が第１金属板の輪郭よりも内側に位置している絶縁積層材。
【請求項２】
第１金属板および第２金属板が方形である請求項１記載の絶縁積層材。
【請求項３】
第１金属板および第２金属板が方形であり、第２金属板の輪郭の全体が第１金属板の輪郭よりも内側に位置し、第１金属板の中心と各角部との距離をＬ１、第１金属板の各角部とこれに最も近接した第２金属板の角部との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たす請求項１記載の絶縁積層材。
【請求項４】
第１金属板と第２金属板とが相似形であり、第１金属板の中心と各角部とを結ぶ直線と、第２金属板の中心と各角部とを結ぶ直線とが平面から見て重なっている請求項２または３記載の絶縁積層材。
【請求項５】
絶縁板と両金属板とがろう付されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項６】
第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項７】
第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、緩衝板が接合されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項８】
第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致している請求項７記載の絶縁積層材。
【請求項９】
第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成され、第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成された緩衝板が接合されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項１０】
第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致し、第２金属板および緩衝板の貫通穴が平面から見て同一位置に形成されている請求項９記載の絶縁積層材。
【請求項１１】
請求項１〜６のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【請求項１２】
請求項７〜１０のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の緩衝板における第２金属板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載のパワーモジュール用ベースの第１金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、発熱体となる電子素子を搭載する電子素子搭載部を有する配線面となされ、第１金属板の電子素子搭載部に、パワーデバイスがはんだ付されているパワーモジュール。
【請求項１】
絶縁板と、絶縁板の片面に接合されかつ絶縁板とは反対側の面に発熱体が取り付けられるようになされている第１金属板と、絶縁板の他面に接合された第２金属板とよりなり、第１金属板に取り付けられる発熱体から発せられる熱が、第１金属板および絶縁板を経て第２金属板に伝わるようになされている絶縁積層材であって、
第２金属板の輪郭に、第１金属板の輪郭よりも外側に位置する部分がなく、かつ第２金属板の輪郭の少なくとも一部分が第１金属板の輪郭よりも内側に位置している絶縁積層材。
【請求項２】
第１金属板および第２金属板が方形である請求項１記載の絶縁積層材。
【請求項３】
第１金属板および第２金属板が方形であり、第２金属板の輪郭の全体が第１金属板の輪郭よりも内側に位置し、第１金属板の中心と各角部との距離をＬ１、第１金属板の各角部とこれに最も近接した第２金属板の角部との距離をＬ２とした場合、０＜Ｌ２／Ｌ１≦０．０３５という関係を満たす請求項１記載の絶縁積層材。
【請求項４】
第１金属板と第２金属板とが相似形であり、第１金属板の中心と各角部とを結ぶ直線と、第２金属板の中心と各角部とを結ぶ直線とが平面から見て重なっている請求項２または３記載の絶縁積層材。
【請求項５】
絶縁板と両金属板とがろう付されている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項６】
第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項７】
第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、緩衝板が接合されている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項８】
第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致している請求項７記載の絶縁積層材。
【請求項９】
第２金属板に、第２金属板の厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成され、第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面に、厚み方向にのびる複数の貫通穴が形成された緩衝板が接合されている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁積層材。
【請求項１０】
第２金属板と緩衝板とが同一の形状および大きさであり、第２金属板および緩衝板の輪郭が合致し、第２金属板および緩衝板の貫通穴が平面から見て同一位置に形成されている請求項９記載の絶縁積層材。
【請求項１１】
請求項１〜６のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の第２金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【請求項１２】
請求項７〜１０のうちのいずれかに記載された絶縁積層材の緩衝板における第２金属板に接合された面とは反対側の面が、冷却器にろう付されているパワーモジュール用ベース。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載のパワーモジュール用ベースの第１金属板における絶縁板に接合された面とは反対側の面が、発熱体となる電子素子を搭載する電子素子搭載部を有する配線面となされ、第１金属板の電子素子搭載部に、パワーデバイスがはんだ付されているパワーモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２６２７９（Ｐ２０１３−２６２７９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６８５６（Ｐ２０１１−１５６８５６）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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