JP2008311550A - パワー半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】破壊靱性値が低い材料で形成されたベースプレートのボルト固定部にクラックが生じることがないパワー半導体モジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係るパワー半導体モジュールは、表面側にパワー半導体素子１９が搭載され、裏面側に複数の放熱フィン８が形成されたフィン付ベースプレート２と、フィン付ベースプレート２の表面側に配置される補強板４と、フィン付ベースプレート２の裏面側に固定されて冷却媒体流路を形成する冷却ジャケット５と、補強板４とフィン付ベースプレート２の間に配置される第１緩衝部材１０と、フィン付ベースプレート２と冷却ジャケット５の間に配置される第２緩衝部材１０’とからなり、冷却ジャケット５および補強板４の線膨張係数がフィン付ベースプレート２の線膨張係数よりも大きく、第１および第２緩衝部材が、締め付け固定具の内側および外側に配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ケイ素（Ｓｉ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳ ＦＥＴ等のパワー半導体素子を備えた絶縁基板がベースプレート上に配置され、該ベースプレートが冷却媒体で冷却されるパワー半導体モジュールに関する。

通常、ハイブリッド自動車または電気自動車には、大容量の走行用モータを駆動すべく電力変換装置（以下、インバータ）が使用されている。インバータには、ＩＧＢＴ等のパワー半導体素子が使用され、直流電力を三相交流電力に変換して走行用モータを駆動するとともに、三相交流電力を直流電力に変換してエネルギーを回生するようになっている。
ＩＧＢＴ等で構成されたパワー半導体モジュールは、大電流を制御して走行用モータを駆動するため、発熱量が非常に大きい。その一方で、上記ハイブリッド自動車または電気自動車に搭載されるパワー半導体モジュールには小形化が要求されている。従って、パワー半導体モジュールの冷却は、一般的に、冷却効率が高い水冷構造が採用されている。

図１に、内部に冷却媒体が循環される冷却ジャケットの載置面上に、複数のパワー半導体素子を搭載して放熱する、いわゆる間接冷却型のパワー半導体モジュールの一例を示す。
図１（Ａ）に示すように、複数のパワー半導体素子を収容した素子収容体２０は、冷却ジャケット５の載置面５ａ上にボルト７で固定される。素子収容体２０のベースプレート２２と冷却ジャケット５の接触面には熱抵抗低減用のシリコングリースが塗布され、熱伝導性が高められている。
給水ニップル１４から導入された冷却媒体は、冷却ジャケット５内部の流路を通流した後に、排水ニップル１５から排出される。冷却ジャケット５の内部には、１〜２ｍｍピッチで並んだ放熱フィン８が一体成形され、放熱性能が高められている。

図１（Ｂ）は、素子収容体２０と冷却ジャケット５を組み合わせたパワー半導体モジュール１の、Ｙ−Ｙ（図１（Ａ））における断面図である。
素子収容体２０は、パワー半導体素子１９が搭載された絶縁基板３をベースプレート２２の表面にはんだ接合し、さらに、素子周囲を取り囲むハウジング２３をベースプレート２２に取り付けて構成される。
絶縁基板３は、熱伝導特性が良好でかつ線膨張係数がＳｉに近い絶縁性セラミックス（例えば、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素）等の絶縁材料からなる絶縁層３０と、その両面に設けられた銅またはアルミニウム等からなる金属層３１、３１’で構成される。上側の金属層３１には、パワー半導体素子１９がはんだ層Ｓを介して接合される。また、下側の金属層３１’は、ベースプレート２２の表面にはんだ層Ｓを介して接合される。

金属層３１、３１’の厚さは、回路パターンに流れる電流量を考慮して決定される。また、ベースプレート２２の厚さは、熱拡散板としての機能を高めるために通常３〜４ｍｍに設定され、熱容量が高められている。
ハウジング２３には外部端子２１が一体成形され、パワー半導体素子１９または金属層３１と外部端子２１とがアルミニウムワイヤでボンディング接続されている。

上記したように、図１（Ａ）および（Ｂ）に示した間接冷却型のパワー半導体モジュール１は、素子収容体２０と冷却ジャケット５との熱抵抗を低減すべく、その接触面にシリコングリースが塗布されている。しかしながら、通常使用されるシリコングリースの熱伝導率は、ベースプレート２２や絶縁基板３の熱伝導率と比較して２桁以上小さい１Ｗ／ｍ・Ｋ程度で、パワー半導体素子１９の発熱を冷却ジャケット５側に十分伝導できず、満足する放熱性能を得るのは困難であった。

そこで、例えば特許文献１では、図２に示すように、平板状のベースプレートの裏面側に放熱フィン８を一体成形してフィン付ベースプレート２とし、この放熱フィン８を冷却媒体で直接冷却するようにした直接冷却型のパワー半導体モジュール１が提案されている。

上記したように、パワー半導体素子１９は発熱量が非常に大きい。そこで、通常、図２に示すような直接冷却型のパワー半導体モジュール１では、絶縁基板３およびフィン付ベースプレート２を、パワー半導体素子１９に近い線膨張係数を有する材料で構成することによって、パワー半導体素子１９と絶縁基板３の間、および絶縁基板３とフィン付ベースプレート２の間に位置するはんだ層Ｓのクラックが防止されている。

例えば、パワー半導体素子１９の構成材料であるシリコンの線膨張係数は約３ｐｐｍ／℃なので、絶縁基板３としては、線膨張係数が４〜５ｐｐｍ／℃の窒化アルミニウム基板、または窒化ケイ素基板が用いられる。

また、フィン付ベースプレート２は、加工の容易さも考慮して、線膨張係数が４〜８ｐｐｍ／℃のＡｌ−ＳｉＣ（アルミニウム−シリコンカーバイド）複合板が用いられる。
このＡｌ−ＳｉＣ複合板を用いたフィン付ベースプレート２によれば、上記したはんだ層Ｓのクラックを防ぐことができ、しかも、複雑な形状の放熱フィン８を金型成形によって容易に形成することができる。
特開２００４−２３５１７５号公報

しかしながら、Ａｌ−ＳｉＣ複合板を用いたフィン付ベースプレート２は、その主成分であるＳｉＣの特性、すなわち、高硬度・低粘度のために、破壊靱性値が低いという欠点を有している。このため、フィン付ベースプレート２をＡｌ−ＳｉＣ複合板で形成した従来のパワー半導体モジュール１では、フィン付ベースプレート２と冷却ジャケット５をボルト固定した状態でパワー半導体モジュール１の周囲環境温度が上昇／下降すると、ボルト固定部に発生する応力によってフィン付ベースプレート２にクラックが生じるおそれがあった。

この様子を、図３を用いて具体的に説明する。
図３は、図２に示すフィン付ベースプレート２とその表面側に配置されたハウジング２３とを、ボルト７で冷却ジャケット５に固定したボルト固定部の拡大断面図である。図３では、アルミニウム製の冷却ジャケット５に形成された溝にＯリング２４が嵌め込まれ、その外側でＡｌ−ＳｉＣ複合板のフィン付ベースプレート２とハウジング２３とが冷却ジャケット５にボルト固定されている。フィン付ベースプレート２は、ボルト固定の押力Ｐによって、Ｏリング２４を押し潰しつつ冷却ジャケット５側に押し付けられる。従って、フィン付ベースプレート２は、ボルト７の内側においては、冷却ジャケット５との間に僅かな隙間が開いた状態となり、Ｏリング２４が存在しないボルト７の外側においては、冷却ジャケット５に密着した状態となる。

アルミニウム製の冷却ジャケット５（約２４ｐｐｍ／℃）は、線膨張係数が小さいフィン付ベースプレート２（４〜８ｐｐｍ／℃）よりも熱膨張／収縮する量が大きい。従って、図３に示す構成において、車載環境を想定した−４０〜＋８５℃の温度サイクル試験を行った場合、Ｏリング２４が存在せず、フィン付ベースプレート２と冷却ジャケット５とが直接接触しているボルト７の外側では、フィン付ベースプレート２と冷却ジャケット５の線膨張係数差によって、界面に摩擦力Ｗが発生し、これにより、フィン付ベースプレート２のボルト固定部から外側に向かって引張力Ｅが働くことになる。そして、この引張力ＥがＡｌ−ＳｉＣ複合板の破壊靱性値を越えると、フィン付ベースプレート２表面側のボルト固定部の略中央から、引張力Ｅ方向にフィン付ベースプレート２裏面側に向かってクラック３２が生じる。クラック３２が生じると、Ｏリング２４を介したフィン付ベースプレート２と冷却ジャケット５との液密性が損なわれ、放熱フィン８間を通流している冷却媒体が漏れ出すおそれがある。

そこで本発明は、例えば、Ａｌ−ＳｉＣ複合板のような破壊靱性値が低い材料で形成されたベースプレートと、これと異なる線膨張係数を有する冷却ジャケットとをボルト固定した場合においても、そのボルト固定部においてベースプレートにクラックが生じることがなく、冷却媒体流路の液密性が確保されるパワー半導体モジュールを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るパワー半導体モジュールは、ｉ）表面側に冷却すべきパワー半導体素子が搭載されたベースプレートと、ｉｉ）前記ベースプレートの表面側に配置される補強板と、ｉｉｉ）前記ベースプレートの裏面側に、前記補強板および前記ベースプレートを貫通する複数の締め付け固定具で固定され、前記ベースプレートとの間に冷却媒体流路を形成する冷却ジャケットと、ｉｖ）前記補強板と前記ベースプレートとの間に配置される第１緩衝部材と、ｖ）前記ベースプレートと前記冷却ジャケットとの間に配置される第２緩衝部材からなり、前記冷却ジャケットおよび前記補強板の線膨張係数が前記ベースプレートの線膨張係数よりも大きく、前記第１緩衝部材および前記第２緩衝部材が少なくとも前記締め付け固定具の内側および外側に配置されている。

好ましくは、前記ベースプレートは、前記パワー半導体素子の搭載領域に相対向する裏面側の領域に形成された複数の放熱フィンを備え、前記冷却媒体流路は、前記放熱フィンを取り囲むように形成される。

好ましくは、前記第１緩衝部材および前記第２緩衝部材は、それぞれ、Ｏリング、メタルガスケットおよび接着樹脂層から選択されたものである。

また、好ましくは、前記補強板が、前記パワー半導体素子の周囲を取り囲むハウジングと一体成型されたものである。

さらに好ましくは、前記補強板および／または前記冷却ジャケットが、アルミニウムまたはステンレスからなる。

従って、本発明に係るパワー半導体モジュールによれば、例えば、Ａｌ−ＳｉＣ複合板のような破壊靱性値が低い材料で形成されたベースプレートと、これと異なる線膨張係数を有する冷却ジャケットとをボルト固定した場合においても、そのボルト固定部においてベースプレートにクラックが生じることがなく、冷却媒体流路の液密性を確保することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図４〜１０を用いて説明する。

図４（Ａ）に、実施例１に係る６００Ｖ／６００Ａクラスの直接冷却型パワー半導体モジュール１を示す。パワー半導体モジュール１は、主に、フィン付ベースプレート２、冷却ジャケット５、およびフィン付ベースプレート２とともに冷却ジャケット５にボルト固定される補強板４からなる。フィン付ベースプレート２の表面には、３個の絶縁基板３がはんだ接合され、さらに絶縁基板３の表面には複数のパワー半導体素子が搭載されている。
本実施例における各絶縁基板３は窒化アルミニウムからなる同一のもので、それぞれ、Ｕ相インバータの上下アーム、Ｖ相インバータの上下アーム、Ｗ相インバータの上下アームを構成する。

本実施例における絶縁基板３の外形寸法は４．７ｃｍ×６．０ｃｍで、チップサイズが１０ｍｍ×１６ｍｍのＩＧＢＴ素子と、チップサイズが７ｍｍ×１０ｍｍのＦＷＤ素子が、それぞれ４チップずつ融点２４０℃以上の鉛フリーはんだで接合されている。はんだ厚は約０．１ｍｍである。各素子の電圧／電流定格は６００Ｖ／３００Ａであり、２素子が並列接続されることにより、定格６００Ｖ／６００Ａのモジュールとなっている。
絶縁基板３とフィン付ベースプレート２は、融点約２００℃の鉛フリーはんだで接合されている。はんだ厚は約０．１ｍｍである。なお、簡略化のために、図４（Ａ）では、フィン付ベースプレート２の表面側を覆うハウジングおよび接続用アルミニウムワイヤを省略している。

本実施例におけるフィン付ベースプレート２には、ボルト７を挿入するためのφ７ｍｍの貫通穴６が計８個設けられており、その外形寸法は１０ｃｍ×２１ｃｍ、厚さは約１１ｍｍである。また、フィン付ベースプレート２はＡｌ−ＳｉＣ複合板であり、その各面はＮｉメッキされている。

図４（Ａ）に示すように、実施例１に係るパワー半導体モジュール１では、厚さ約３ｍｍの補強板４が３枚の絶縁基板３を取り囲むようにフィン付ベースプレート２の表面側に重ねて配置される。補強板４の外形寸法は、フィン付ベースプレート２と同じ１０ｃｍ×２１ｃｍで、絶縁基板３と干渉しないように、６ｃｍ×１９ｃｍの内側部分が取り除かれている。また、補強板４には、フィン付ベースプレート２とともに冷却ジャケット５にボルト固定されるべく、フィン付ベースプレート２と同位置にφ７ｍｍの貫通穴６が計８個設けられている。
なお、補強板４は、パワー半導体素子の周囲を取り囲むハウジング（図示せず）と一体成形することができる。

図４（Ｂ）に示す、実施例１に係るフィン付ベースプレート２の裏面側には、放熱フィン８が一体成形されている。本実施例において、放熱フィン８は、フィン付ベースプレート２の長手方向（冷却媒体通流方向）と平行に１７本形成されており、それぞれ突出量８ｍｍ、幅１．５ｍｍである。また、放熱フィン８のピッチは３ｍｍ、放熱フィン８間の流路幅は１．５ｍｍである。放熱フィン８は、主成分がエチレングリコールのロングライフクーラント（ＬＬＣ）５０ｖｏｌ．％で冷却される。
なお、上記放熱フィン形状、配置および冷却媒体は一例であり、適宜変更することができる。

図５は、実施例１に係るパワー半導体モジュール１の、補強板４およびフィン付ベースプレート２を冷却ジャケット５に取り付けた状態を示す断面図である。図４（Ａ）のＸ−Ｘにおけるパワー半導体モジュール１の断面構造を示す図５（Ａ）では、冷却ジャケット５の上にフィン付ベースプレート２が配置され、さらにその上に補強板４が重ねて配置されている。補強板４およびフィン付ベースプレート２は、それぞれに形成された貫通穴６を貫通するとともにボルト穴６’と螺合する締め付け固定具（本実施例では、一例としてボルト７）で冷却ジャケット５に固定される。使用されるボルト７はＭ６ボルトで、締め付けトルクは約４Ｎ・ｍである。

本実施例では、補強板４の貫通穴６の外側および内側にそれぞれ幅２．４ｍｍ、深さ１．４ｍｍの溝９が形成されており、そこに第１緩衝部材（本実施例では、一例としてＯリング１０）が配置されている。同様に、冷却ジャケット５のボルト穴６’の外側および内側にも、それぞれ幅２．４ｍｍ、深さ１．４ｍｍの溝９’が形成されており、そこに第２緩衝部材（本実施例では、一例としてＯリング１０’）が配置されている。Ｏリング１０、１０’の線径はφ１．９ｍｍである。また、形成される溝９、９’の寸法は、Ｏリング１０、１０’の材料組成および弾性を考慮して決定される。
なお、用語「内側」「外側」は、フィン付ベースプレート２の周囲に配置された貫通穴６周辺の領域のうち、「内側」は貫通穴６で囲まれた領域に相当する部分を意味し、また、「外側」は、貫通穴６で囲まれていない領域（フィン付ベースプレート２の端に近い領域）に相当する部分を意味する。

図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示すパワー半導体モジュール１のボルト固定部を拡大した断面図である。本実施例における補強板４と冷却ジャケット５は線膨張係数が２４ｐｐｍ／℃のアルミニウムからなり、フィン付ベースプレート２は線膨張係数が３．５ｐｐｍ／℃のＡｌ−ＳｉＣ複合板からなる。この他、補強板４および冷却ジャケット５の材質としては、ステンレス（線膨張係数：１０〜１７ｐｐｍ／℃）が選択可能であるが、特に、線膨張係数が１０ｐｐｍ／℃以上である補強板４および冷却ジャケット５と、Ａｌ−ＳｉＣ複合板からなるフィン付ベースプレート２を組み合わせた際に、本発明の効果は顕著となる。
つまり、本発明に係るパワー半導体モジュール１において、フィン付ベースプレート２は、線膨張係数が相対的に高い補強板４と冷却ジャケット５の間に挟まれて配置される。

一般的に、車載用のパワー半導体モジュールには、−４０〜＋８５℃（ΔＴ＝１２５℃）の温度変化への対応が要求されており、フィン付ベースプレート２、補強板４および冷却ジャケット５は、それぞれの線膨張係数に応じて熱膨張／収縮する。図５（Ｂ）中の、各構成部材の熱膨張／収縮の度合いを模式的に示した矢印から明らかなように、フィン付ベースプレート２と、補強板４および冷却ジャケット５とは、同じ温度変化に対する寸法の変化量が異なる。

実施例１に係るパワー半導体モジュール１は、上記−４０〜＋８５℃の温度変化に応じてフィン付ベースプレート２、補強板４および冷却ジャケット５が熱膨張／収縮しても、フィン付ベースプレート２にクラックが生じることはない。すなわち、実施例１に係るパワー半導体モジュール１によれば、車載用のパワー半導体モジュールに要求される環境温度条件での信頼性を確保することができる。

これは、補強板４の貫通穴６の外側および内側に第１緩衝部材１０を配置するとともに、冷却ジャケット５のボルト穴６’の外側および内側に第２緩衝部材１０’を配置することによって、フィン付ベースプレート２が、線膨張係数が異なる冷却ジャケット５および補強板４と直接接触するのを防ぎつつ、ボルト固定の押力Ｐがフィン付ベースプレート２に対して均等に印加されるようになったからである。

図６に、実施例２に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール１は、実施例１で各２個使用したＯリング１０、１０’をそれぞれ１個に削減したものである。図６に示すように、本実施例に係るＯリング１０、１０’は、補強板４の貫通穴６および冷却ジャケット５のボルト穴６’を略円状に取り囲むとともに、隣接するボルト固定部間を互いに連結したような形状で、補強板４に形成された溝９および冷却ジャケット５に形成された溝９’に各１個ずつ配置される。
実施例２に係るパワー半導体モジュール１でも、実施例１に係るものと同等の効果を得ることができ、車載用のパワー半導体モジュールに要求される環境温度条件での信頼性を確保することができる。

図７に、実施例３に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール１では、円形薄板状の補強板４とフィン付ベースプレート２との間に配置されるＯリング１０（第１緩衝部材）、および補強板４はボルト固定部毎に円形薄板状に分割されている。図７に示す補強板４側のＯリング１０は、実施例１のように、隣接するボルト固定部間のＯリング１０を連結したような形状にはなっていない。これは、補強板４とフィン付ベースプレート２との間では、冷却媒体が漏れ出す心配がないためである。
実施例３に係るパワー半導体モジュール１では、実施例１および２に係るものと同等の効果が得られるとともに、Ｏリング１０、１０’の使用部材量を削減することができる。

図８に、実施例４に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール１は、フィン付ベースプレート２と冷却ジャケット５の間の第２緩衝部材として、メタルガスケット１１を使用したものである。メタルガスケット１１は、部分的に凸部１１’を形成した金属薄板に弾性を有する樹脂を被覆したものである。本実施例では、ネジ固定部の内側および外側に、それぞれ、約０．２ｍｍの段差を有する直線状の凸部１１’を１本ずつ形成した。凸部１１’は他の形状にしてもよく、例えば、実施例２（図６）に係るＯリング１０のように、ボルト固定部を略円状に取り囲むとともに、隣接するボルト固定部間を互いに連結したような形状にすることができる。

図９に、実施例５に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール１は、補強板４とフィン付ベースプレート２の間の第１緩衝部材として、弾力性を有するシリコン接着樹脂からなる接着樹脂層１２を使用したものである。シリコン接着樹脂は、ボルト固定部を取り囲むようにフィン付ベースプレート２上に塗布され、その上に補強板４が貼り合わされる。こうすることによって、シリコン接着樹脂は薄く広い範囲に伸ばされて、補強板４とフィン付ベースプレート２の間を隙間なく埋めることができる。その後、シリコン接着樹脂に対して熱処理が行われ、一定の弾力性を有しながら硬化した接着樹脂層１２が形成される。
実施例５に係るパワー半導体モジュール１では、フィン付ベースプレート２の形状や寸法毎に異なる緩衝部材（Ｏリング等）を準備しておく必要がなく、パワー半導体モジュール１製造の初期コストを削減することができる。
なお、接着樹脂層１２として、シリコン接着樹脂の替わりに、エポキシ系低弾性樹脂、ウレタン樹脂を用いても同様の効果を得ることができる。

図１０に、リング形状かつ平板形状を有するフィン付ベースプレート２を用いた、実施例６に係るパワー半導体モジュールを示す。このパワー半導体モジュール１は、ハイブリッド自動車または電気自動車用の走行用モータと一体化して製造することができ、例えば、冷却ジャケットの替わりに、モータハウジング１３の端壁を使用することによって冷却媒体の流路を形成することができる。
モータハウジング１３には、給水ニップル１４および排水ニップル１５が設けられている。給水ニップル１４から導入された冷却媒体は導入液溜まり１４’で各放熱フィン８に分配され、放熱フィン８間を通流した後に、導出液溜まり１５’で排水ニップル１５に集約され、排出される。

実施例６に係るパワー半導体モジュール１によれば、小形軽量化およびコスト削減が実現できるとともに、インバータと走行用モータを同時に冷却することができる。また、インバータと、その駆動対象である走行用モータの距離とを近づけて配置することによって、回路結線を短くすることができ、配線損失を低減することができる。また、パワー半導体モジュール１の中空部は、モータシャフトを通したり、走行用モータへの電力供給線を配置したりする領域として利用することができる。

図１０に示すパワー半導体モジュール１には、補強板４とフィン付ベースプレート２との間の第１緩衝部材（図示せず）、およびフィン付ベースプレート２とモータハウジング１３との間の第２緩衝部材（図示せず）に、実施例１〜５に係る種々の緩衝部材、およびこれらの組み合わせを適用することができる。
従って、実施例６に係るパワー半導体モジュール１においても、他の実施例に係るものと同等の効果を得ることができ、車載用のパワー半導体モジュールに要求される環境温度条件での信頼性を確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、当業者が種々の変形例を想到できることは自明である。

例えば、各実施例で使用した絶縁基板は絶縁樹脂層に置き換えることができる。
図１１では、フィン付ベースプレート２の表面側に絶縁樹脂層１６を密着して配置し、さらにその絶縁樹脂層１６の上に配線導体板１７を配置している。配線導体板１７は、絶縁樹脂層１６の上に銅板を接合し、エッチング処理によってその銅板から導体パターン以外の不必要な部分を除去（パターンニング）して形成される。また、配線導体板１７とフィン付ベースプレート２は、これらの間に配置される絶縁樹脂層１６とパターンニングされた沿面距離によって絶縁性能が確保されている。

パワー半導体素子１９は熱拡散板１８にはんだ接合され、熱拡散板１８は配線導体板１７にはんだ接合される。熱拡散板１８は、熱伝導率と熱容量に優れた材質（例えば、銅）が選択され、パワー半導体素子１９の発熱は面内方向に急速に拡散されるとともに、フィン付ベースプレート２で放熱される。これによって、パワー半導体素子１９の急激な発熱に対する過渡的な温度上昇を抑制することができる。
ヒートサイクル性能等の耐環境性を向上したい場合には、熱拡散板１８の材質を線膨張係数の小さい他の材質（例えば、銅−モリブデン複合材）に置き換えてもよい。また、パワー半導体素子１９の発熱量がそれほど大きくない場合には、熱拡散板１８を省略して、パワー半導体素子１９と配線導体板１７を直接接合してもよい。
上記構成によれば、窒化アルミニウム基板等の高価な絶縁基板を使用する必要がないので、コストを削減することができる。

また、本発明に係るパワー半導体モジュールには、補強板とフィン付ベースプレートの間の第１緩衝部材、およびフィン付ベースプレートと冷却ジャケットの間の第２緩衝部材として、実施例１〜５に係る種々の緩衝部材を適宜組み合わせて適用することができる。
例えば、第１緩衝部材として接着樹脂層１２（実施例５、図９参照）を使用するとともに、第２緩衝部材としてＯリング１０’（実施例２、図６参照）を使用してもよい。

また、各実施例では、ベースプレートに放熱フィンが一体成形されたフィン付ベースプレートを使用する直接冷却型のパワー半導体モジュールについて説明したが、本発明は、放熱フィンが一体成形されていない平板ベースプレートを直接冷却する構造のパワー半導体モジュールにも適用することができる。

間接冷却型パワー半導体モジュールの一例を示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。 従来の直接冷却型パワー半導体モジュールを示す断面図である。 従来の直接冷却型パワー半導体モジュールの、ボルト固定部の拡大断面図である。 （Ａ）は実施例１に係るパワー半導体モジュールの斜視図、（Ｂ）は実施例１に係るパワー半導体モジュールで使用されるフィン付ベースプレートの裏面側を示す斜視図である。 実施例１に係るパワー半導体モジュールであって、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）はボルト固定部の拡大断面図である。 実施例２に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。 実施例３に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。 実施例４に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。 実施例５に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。 実施例６に係るパワー半導体モジュールの斜視図である。 各実施例に適用可能なパワー半導体素子の搭載の態様を示す断面図である。

符号の説明

１ パワー半導体モジュール
２ フィン付ベースプレート
３ 絶縁基板
４ 補強板
５ 冷却ジャケット
６ 貫通穴
６’ ボルト穴
７ ボルト
８ 放熱フィン
９、９’ 溝
１０ 第１緩衝部材（Ｏリング）
１０’ 第２緩衝部材（Ｏリング）
１１ メタルガスケット
１１’ 凸部
１２ 接着樹脂層
１３ モータハウジング
１４ 給水ニップル
１４’ 導入液溜まり
１５ 排水ニップル
１５’ 導出液溜まり
１６ 絶縁樹脂層
１７ 配線導体板
１８ 熱拡散板
１９ パワー半導体素子
２０ 素子収容体
２１ 外部端子
２２ ベースプレート
２３ ハウジング
２４ Ｏリング
３０ 絶縁層
３１ 金属層
３１’ 金属層
３２ クラック
Ｓ はんだ層

Claims (5)

1. ｉ）表面側に冷却すべきパワー半導体素子が搭載されたベースプレートと、
   ｉｉ）前記ベースプレートの表面側に配置される補強板と、
   ｉｉｉ）前記ベースプレートの裏面側に、前記補強板および前記ベースプレートを貫通する複数の締め付け固定具で固定され、前記ベースプレートとの間に冷却媒体流路を形成する冷却ジャケットと、
   ｉｖ）前記補強板と前記ベースプレートとの間に配置される第１緩衝部材と、
   ｖ）前記ベースプレートと前記冷却ジャケットとの間に配置される第２緩衝部材と、からなり、
   前記冷却ジャケットおよび前記補強板の線膨張係数が前記ベースプレートの線膨張係数よりも大きく、前記第１緩衝部材および前記第２緩衝部材が少なくとも前記締め付け固定具の内側および外側に配置されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
2. 前記ベースプレートは、前記パワー半導体素子の搭載領域に相対向する裏面側の領域に形成された複数の放熱フィンを備え、前記冷却媒体流路は、前記放熱フィンを取り囲むように形成されることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
3. 前記第１緩衝部材および前記第２緩衝部材は、それぞれ、Ｏリング、メタルガスケットおよび接着樹脂層から選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
4. 前記補強板が、前記パワー半導体素子の周囲を取り囲むハウジングと一体成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
5. 前記補強板および／または前記冷却ジャケットが、アルミニウムまたはステンレスからなることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュール。

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