2022-138230 半導体モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138230

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20220915BHJP

   H01L 23/28 20060101ALI20220915BHJP

   H01L 23/34 20060101ALI20220915BHJP

   H05K 5/00 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

H01L23/28 K

H01L23/34 A

H05K5/00 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021037996

(22)【出願日】2021-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000233273

【氏名又は名称】株式会社 日立パワーデバイス

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】芦田 喜章

(72)【発明者】

【氏名】川瀬 大助

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 康二

【テーマコード（参考）】

4E360

4M109

5F136

【Ｆターム（参考）】

4E360AA02

4E360AC03

4E360CA07

4E360ED22

4E360EE02

4E360GA26

4E360GB99

4E360GC08

4M109AA01

4M109BA04

4M109CA02

4M109DB10

4M109EA10

5F136BB04

5F136DA26

5F136DA28

5F136FA02

5F136FA15

5F136FA51

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ベースに接着する樹脂製ケースの接着位置のばらつきが少なく、ケースとベース接着部の応力を低減可能な半導体モジュールを提供する。
【解決手段】ベース２、絶縁基板、半導体チップ及びケース７を有する半導体モジュール１において、ベースは、板状のＡｌＳｉＣ材３と、それを被覆し、線膨張係数のより大きなＡｌ材４と、で構成される。Ａｌ材４は、ベース角部に配置された広い第１の領域１５と、ベース外周部に配置され、それよりも幅の狭い第２の領域１６と、を有する。ケースは、ベース側面の一部を覆い接着されているとともに、線膨張係数は第１の材料よりも大きく、辺の中央から端部までの長さをＬ_１、第１の領域と第２の領域との境界までの長さをＬ_２としたとき、Ｌ_１－Ｌ_２が板厚よりも厚く、ベースとケースとを接着する接着材の角部側端部までの長さをＬ_３とした場合に、Ｌ_３≧Ｌ_２又はＬ_２－Ｌ_３≧Ｌ_１－Ｌ_２を満たす。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースと、
前記ベースに接合された絶縁基板と、
前記絶縁基板に接合された半導体チップと、
前記ベースに接着材により接着されたケースと、を有する半導体モジュールにおいて、
前記ベースは、板状の第１の材料と、前記第１の材料を被覆し、前記第１の材料よりも線膨張係数の大きい第２の材料と、で構成され、
前記ベースを平面視した場合に、前記第２の材料は、前記ベースの角部に配置された第１の領域と、前記ベースの外周部に配置され、前記第１の領域よりも幅の狭い第２の領域と、を有し、
前記ケースは、前記ベースの側面の少なくとも一部を覆い、少なくとも前記ベースの上面において前記接着材により前記ベースに接着されているとともに、前記ケースの線膨張係数は前記第１の材料の線膨張係数よりも大きく、
前記ベースの辺の中央から前記ベースの端部までの長さをＬ１、前記ベースの辺の中央から前記第１の領域と前記第２の領域との境界までの長さをＬ２としたとき、Ｌ１－Ｌ２が前記ベースの板厚よりも厚く、
前記ベースの辺の中央から前記ベースの側面における前記ベースと前記ケースとを接着する前記接着材の前記ベースの前記角部側の端部までの長さをＬ３とし、前記ベースの側面において前記接着材がない場合はＬ３＝０とした場合に、Ｌ３≧Ｌ２またはＬ２－Ｌ３≧Ｌ１－Ｌ２を満たすことを特徴とする半導体モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記ベースの短辺側はＬ３≧Ｌ２を満たし、
前記ベースの長辺側はＬ２－Ｌ３≧Ｌ１－Ｌ２を満たすことを特徴とする半導体モジュール。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記第１の材料は、ＡｌＳｉＣであり、
前記第２の材料は、Ａｌであることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項4】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記ベースの辺の中央から、前記ベースの側面と相対する前記ケースの端部までの長さは、前記Ｌ３と同じであることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項5】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記ベースを平面視した場合に、前記第１の領域は、前記ベースの角部と前記ベースの角部以外の場所に互いに離間して配置されていることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体モジュールにおいて、
前記第１の領域は、前記ベースの４つの角部と、前記ベースの２つの長辺の中央近傍に互いに離間して配置されており、
前記ベースの側面と相対する前記ケースは、前記ベースの長辺方向において、前記２つの長辺の中央近傍に配置された第１の領域を挟んで２つに分割して配置されていることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項7】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記Ｌ３＝０であり、前記ベースの側面において、前記ベースと前記ケースとの間に前記接着材はなく、
前記ケースは、前記ベースの上面において、前記接着材により前記ベースに接着されていることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項8】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記ケースは、前記接着材を介して前記ベースの側面と相対する突起部を有し、
前記突起部は、前記ベースの側面の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項9】

請求項３に記載の半導体モジュールにおいて、
前記ケースの材料は、ＰＢＴまたはＰＰＳであることを特徴とする半導体モジュール。

【請求項10】

請求項１に記載の半導体モジュールにおいて、
前記半導体チップは、ＩＧＢＴが搭載された半導体チップであることを特徴とする半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体モジュールの構造に係り、特に、ＩＧＢＴ等のパワー半導体チップを有する半導体モジュールの実装構造に適用して有効な技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、風力発電等の発電システムや鉄道、さらには電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載される電力制御装置として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワー半導体チップを有する半導体モジュールの需要が拡大しており、製造ばらつきを抑制して製品品質を確保できるモジュール構造の開発が益々重要となっている。

【0003】

一方、ＩＧＢＴ等のパワー半導体チップを有する半導体モジュールは、使用される動作条件に応じて熱の上昇、下降が生じる。この熱の上昇、下降によって半導体モジュールの内部構造や実装構造は熱ストレスを受けて疲労、劣化が進む。

【0004】

そのため、半導体モジュールの信頼性評価試験の１つとして、ＯＮ/ＯＦＦを繰返すことによる電気的及び熱的ストレスの変化に対する耐性を評価するパワーサイクル試験（温度サイクル試験）が行われている。

【0005】

パワーサイクル試験（温度サイクル試験）では、パワー半導体チップに大きな電力を印加し、チップの自己発熱と冷却を繰り返すことで、線膨張係数が違う各部材の熱応力に対する耐性を評価する。チップや基板、はんだ、ボンディングワイヤ等の各部材のそれぞれの界面における接合信頼性や、チップやパッケージ樹脂の歪、クラックに対する耐久性評価に利用される。

【0006】

本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には、「ケースの長辺方向Ｌ２と直行する辺の樹脂部肉厚ｔ１を、モジュール短辺方向Ｌ１と直行する辺の樹脂部の肉厚ｔ２より厚くする（Ｌ１＜Ｌ２，ｔ１＞ｔ２）ことで、モジュールとしての変形を抑制しつつ、部品としての精度も向上させ、さらに、樹脂ケース１０８と底面金属基板２０５との接着面積が確保でき温度サイクル等による樹脂ケース１０８と底面金属基板２０５との剥離の不良も発生しない」ことが記載されている。（特許文献１の段落［００３２］等）
また、特許文献２には、「ベース板１とケース９とにより、絶縁基板３および半導体チップ５を収納するための容器状の筐体１０を構成し、ケース９は、ベース板１、絶縁基板３および半導体チップ５の接合構造を収納可能とすべく、上記接合構造よりもＺ方向に関する厚みを大きくする」ことが記載されている。（特許文献２の段落［００１５］等）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２－１６４５０３号公報

【特許文献2】特開２０１８－１０９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、現在のパワー半導体チップを有する半導体モジュールは、後述するように、ＩＧＢＴ等のパワー半導体チップが搭載されたセラミック製の絶縁基板が基板接合用はんだによってベース上に接合され、ベースの上面に樹脂製のケースが接着材と固定用ネジにより固定される実装構造が主流となっている。

【0009】

樹脂製のケースは、パワー半導体チップと絶縁基板を囲んでおり、ケースの内部には封止材であるシリコーンゲルが充填される。

【0010】

ベースには、銅（Ｃｕ）や炭化ケイ素粒子強化アルミ複合材（ＡｌＳｉＣ）などの金属材料が用いられる。

【0011】

ＡｌＳｉＣは、その線膨張係数がセラミック製の絶縁基板の線膨張係数と同程度に小さいため、基板接合用はんだへの負荷を低減できる材料であり、熱伝導性にも優れるため、パワー半導体チップを有する半導体モジュールのベース材としてよく使用される。

【0012】

ベースの材質にＡｌＳｉＣを採用する場合、一般的に、ＡｌＳｉＣの母材の上面及び側面にアルミニウム（Ａｌ）膜を被覆して用いられる。ＡｌＳｉＣを被覆するＡｌ膜は、ベースの加工性及びはんだ濡れ性を確保するために使用される。

【0013】

しかしながら、Ａｌと樹脂の線膨張係数は、ＡｌＳｉＣの線膨張係数よりも大きいため、パワーサイクル試験（温度サイクル試験）等の温度変動時に応力が発生し、ベースに接着する樹脂製ケースの接着位置のばらつき等の接着状態によっては、ＡｌＳｉＣを被覆するＡｌ膜や母材であるＡｌＳｉＣにき裂が発生する可能性があることが分かった。

【0014】

上記特許文献１及び特許文献２のいずれにも、上述したようなＡｌＳｉＣを用いたベースでの温度変動に伴うき裂の問題やその解決手段に関する記載はない。

【0015】

そこで、本発明の目的は、パワー半導体チップを有する半導体モジュールにおいて、ベースに接着する樹脂製ケースの接着位置のばらつきが少なく、ケースとベース接着部の応力を低減可能な組立品質及び信頼性の高い半導体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】

【0016】

上記課題を解決するために、本発明は、ベースと、前記ベースに接合された絶縁基板と、前記絶縁基板に接合された半導体チップと、前記ベースに接着材により接着されたケースと、を有する半導体モジュールにおいて、前記ベースは、板状の第１の材料と、前記第１の材料を被覆し、前記第１の材料よりも線膨張係数の大きい第２の材料と、で構成され、前記ベースを平面視した場合に、前記第２の材料は、前記ベースの角部に配置された第１の領域と、前記ベースの外周部に配置され、前記第１の領域よりも幅の狭い第２の領域と、を有し、前記ケースは、前記ベースの側面の少なくとも一部を覆い、少なくとも前記ベースの上面において前記接着材により前記ベースに接着されているとともに、前記ケースの線膨張係数は前記第１の材料の線膨張係数よりも大きく、前記ベースの辺の中央から前記ベースの端部までの長さをＬ１、前記ベースの辺の中央から前記第１の領域と前記第２の領域との境界までの長さをＬ２としたとき、Ｌ１－Ｌ２が前記ベースの板厚よりも厚く、前記ベースの辺の中央から前記ベースの側面における前記ベースと前記ケースとを接着する前記接着材の前記ベースの前記角部側の端部までの長さをＬ３とし、前記ベースの側面において前記接着材がない場合はＬ３＝０とした場合に、Ｌ３≧Ｌ２またはＬ２－Ｌ３≧Ｌ１－Ｌ２を満たすことを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、パワー半導体チップを有する半導体モジュールにおいて、ベースに接着する樹脂製ケースの接着位置のばらつきが少なく、ケースとベース接着部の応力を低減可能な組立品質及び信頼性の高い半導体モジュールを実現することができる。

【0018】

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の比較例として示す半導体モジュールの下面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ’断面図である。

【図3】図１の半導体モジュールのベース側面における応力を概念的に示す図である。

【図4】本発明の実施例１に係る半導体モジュールの下面図である。

【図5】図４のＢ－Ｂ’断面図である。

【図6】本発明の実施例２に係る半導体モジュールの下面図である。

【図7】図６のＣ－Ｃ’断面図である。

【図8】図６の半導体モジュールにおける接着領域と発生応力（ＧＳ）の関係を示す図である。

【図9】図６の変形例を示す図である。

【図10】本発明の実施例３に係る半導体モジュールの下面図である。

【図11】本発明の実施例４に係る半導体モジュールの下面図である。

【図12】図１１のＤ－Ｄ’断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

【実施例0021】

先ず、図１から図３を参照して、本発明の対象となる半導体モジュールの基本構造とその課題について説明する。図１は、本発明の比較例として示す半導体モジュールの下面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ’断面図である。図３は、図１の半導体モジュールのベース側面に発生する応力を概念的に示す図である。

【0022】

なお、半導体モジュールの各構成部品の詳細については、本発明の実施形態の記載において詳しく説明する。また、ここで説明する構成は、課題に係わる構成を除いて、本発明の各実施例にも共通する。ここで説明する構成と異なる構成については、各実施例において説明する。

【0023】

図１及び図２に示すように、半導体モジュール１は、銅（Ｃｕ）や炭化ケイ素粒子強化アルミ複合材（ＡｌＳｉＣ）等の金属材料からなる板状のベース２の上に、回路配線パターン２０と下面導体層２１とが形成されたセラミック製の絶縁基板２２が基板接合用はんだ２４によって接合されており、回路配線パターン２０上に半導体チップ２３がチップ接合用はんだ２５によって接合されている。

【0024】

なお、図示しないが、半導体モジュール１には、外部と電気的に接続するための端子および金属ワイヤが備えられている。

【0025】

ベース２の上面には、ＰＢＴ（Polybutylene Terephtalate）やＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）等の樹脂製のケース７が接着材８と固定用ネジ６により固定されている。ベース２には、半導体モジュール１を放熱用フィン（図示せず）に固定するための固定用穴５が設けられている。ケース７は、半導体チップ２３を搭載した絶縁基板２２を囲んでおり、ケース７の内部にはシリコーンゲル２６が満たされている。更に、ケース７の上面には樹脂製のフタ２７が備えられている。シリコーンゲル２６による封止およびフタ２７によって、半導体チップ２３が保護されている。

【0026】

ここで、ベース２に対するケース７の接着位置ずれが発生した場合、シリコーンゲル２６による封止が不完全となる可能性があるため、ケース７の接着位置決め精度を確保することは重要である。そのため、ケース７の４辺の下面側にケース突起部１２を設け、ケース７のベース２への接着工程において、このケース突起部１２をベース２の４辺の側面に相対するように設置し、ケース７の接着位置決め精度を確保している。したがって、ケース７は、図２に示すように、接着材８の接着材上面部９及び接着材側面部１０により、ベース２の上面及び側面と接着される。

【0027】

上述した本発明が解決しようとする課題について、上記の比較例を用いて詳しく説明する。

【0028】

ベース２の材質に、炭化ケイ素粒子強化アルミ複合材（ＡｌＳｉＣ）が使用されている場合を想定する。図１及び図２に示すように、ベース２は、ＡｌＳｉＣ材３と、ＡｌＳｉＣ材３の上面および側面に被覆されたＡｌ材４の２種類の材料で構成されている。

【0029】

ＡｌＳｉＣは、その線膨張係数が絶縁基板２２の線膨張係数と同程度に小さいため、基板接合用はんだ２４への負荷を低減できる材料である。更に、熱伝導性にも優れるため、パワー半導体チップを有する半導体モジュールのベース材としてよく使用される。ＡｌＳｉＣ材３を被覆するＡｌ材４は、ベース２の加工性及びはんだ濡れ性を確保するために使用されている。また、Ａｌ材４の線膨張係数は、ＡｌＳｉＣ材３の線膨張係数よりも大きい。

【0030】

ここで、本願発明者らは、ケース７とベース２の側面との接着端部１３が、Ａｌ材４のｙ方向寸法が広い領域１５から狭い領域１６に変化する境界１４近傍の狭い領域１６側に位置する場合、半導体モジュール１の温度が高温から低温に変化した際に、ベース２の側面に発生する応力が増大する可能性があることを見い出した。

【0031】

図３に、応力が増大するメカニズムを説明する模式図を示す。対称性を考慮して、半導体モジュール１の１／４モデルを示している。長辺または短辺のうち、例えば長辺側に着目すると、半導体モジュール１の温度が高温から低温に変化した場合、Ａｌ材４の幅（長辺側に着目した場合はｙ方向の長さ）が広くなっているＡｌ材４の広い領域（第１の領域）１５では、図中の矢印で示す通り、線膨張係数の大きいＡｌ材４が収縮する。また、ベース２の側面と接着している線膨張係数の大きいケース７も収縮する。両部材の収縮により、接着端部１３のＡｌ材表面、すなわちＡｌ材４の狭い領域（第２の領域）１６に発生するｘ方向応力は増大すると考えられる。

【0032】

このメカニズムを検証するため、半導体モジュールを対象とした熱応力解析を実施した。解析モデルは、図３に示す１／４モデルとし、温度条件は、高温＝１２５℃から低温＝－４０℃に低下させる条件とした。ベース２の側面とケース７との接着有無の２つのケースについて解析を実施し、ベース２の側面に被覆されたＡｌ材に発生する応力を比較評価した。接着端部１３の位置は、図３中に示す距離ｘ_１が１ｍｍの場合とした。

【0033】

その結果、側面接着ありの場合、Ａｌ材に発生する応力は接着端部１３において最大値となることが確認できた。また、側面接着ありの場合の最大応力値は、側面接着なしの場合と比較して、約１．４倍に増加することが確認できた。本解析結果より、図３に示した応力が増大するメカニズムは妥当と考えられる。

【0034】

したがって、パワーサイクル試験（温度サイクル試験）等の温度変動時に応力が発生し、ベース２に接着する樹脂製のケース７の接着位置のばらつき等の接着状態によっては、ＡｌＳｉＣ材３を被覆するＡｌ材４に応力の増大によるき裂が発生する可能性があることが分かる。

【0035】

次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施例１に係る半導体モジュールについて説明する。図４は、本実施例の半導体モジュールの下面図であり、図５は、図４のＢ－Ｂ’断面図である。図４及び図５は、上述した比較例の図１及び図２にそれぞれ相当する。

【0036】

図４及び図５に示すように、本実施例の半導体モジュール１は、ＡｌＳｉＣ材３およびＡｌ材４からなる板状のベース２の上に、回路配線パターン２０と下面導体層２１とが形成されたセラミック製の絶縁基板２２が基板接合用はんだ２４によって接合されており、回路配線パターン２０上に半導体チップ２３がチップ接合用はんだ２５によって接合されている。

【0037】

なお、図示しないが、半導体モジュール１には、外部と電気的に接続するための端子および金属ワイヤが備えられている。

【0038】

ベース２の上面には、ＰＢＴやＰＰＳ等の樹脂製のケース７が接着材８と固定用ネジ６により固定されている。ベース２には、半導体モジュール１を放熱用フィン（図示せず）に固定するための固定用穴５が設けられている。ケース７は、半導体チップ２３を搭載した絶縁基板２２を囲んでおり、ケース７の内部にはシリコーンゲル２６が満たされている。更に、ケース７の上面には樹脂製のフタ２７が備えられている。シリコーンゲル２６による封止およびフタ２７によって、半導体チップ２３が保護されている。

【0039】

ケース７の４辺の下面側にはケース突起部１２が設けられている。ケース突起部１２は、ベース２の側面と相対しており、ベース２の側面の少なくとも一部を覆うように設けられている。これは、ケース７のベース２への接着工程において、このケース突起部１２をベース２の４辺の側面に相対するように設置し、ケース７の接着位置決め精度を確保するためである。ケース７は、図５に示すように、接着材８の接着材上面部９及び接着材側面部１０により、ベース２の上面及び側面と接着される。

【0040】

ベース２について、詳細に説明する。図４及び図５に示すように、ベース２は、ＡｌＳｉＣ材３と、ＡｌＳｉＣ材３の少なくとも上面及び側面に被覆されたＡｌ材４の２種類の材料で構成されている。ＡｌＳｉＣは、その線膨張係数が絶縁基板２２の線膨張係数と同程度に小さいため、基板接合用はんだ２４への負荷を低減できる材料である。更に、熱伝導性にも優れるため、パワー半導体チップを有する半導体モジュールのベース材としてよく使用される。

【0041】

ＡｌＳｉＣを被覆するＡｌ膜は、ベースの加工性及びはんだ濡れ性を確保するために使用されている。また、Ａｌの線膨張係数は、ＡｌＳｉＣの線膨張係数よりも大きい。

【0042】

長辺または短辺のうち、例えば長辺側に着目すると、ベース２を平面的に見た場合、Ａｌ材４は、ベース２の角部に配置されたＡｌ材４の広い領域（第１の領域）１５と、ベース２の外周部に配置され、Ａｌ材４の広い領域（第１の領域）１５よりも幅（長辺側に着目した場合はｙ方向の長さ）が狭いＡｌ材４の狭い領域（第２の領域）１６とで構成されている。ベース２の角部には、ベース２を放熱用フィン（図示せず）に固定するための固定用穴５及びケース７を固定用ネジ６により固定するための穴を加工する必要があるため、加工性に優れた材質であるＡｌ材４を用いている。

【0043】

次に、ベース２の側面とケース７の接着領域について、詳細に説明する。ケース７は、ベース２の側面の少なくとも一部を覆い、少なくともベース２の上面において接着材８を介してベース２に接着されている。

【0044】

本実施例の半導体モジュール１では、ベース２とケース７の接着端部１３の位置を、図４に示すように、ベース２の辺の中央からベース２の端部までの長さ（Ｌ１）、ベース２の辺の中央から第１の領域１５と第２の領域１６との境界までの長さ（Ｌ２）、ベース２の辺の中央からベース２の側面におけるベース２とケース７とを接着する接着材８（より具体的には接着材側面部１０）の端部までの長さ（Ｌ３）、及びベース２の板厚を用いて規定している。

【0045】

本実施例では、Ｌ１とＬ２の差分（Ｌ１－Ｌ２）、すなわち、Ａｌ材４の広い領域（第１の領域）１５のｘ方向の長さが、ベース２の板厚よりも大きくなるように、Ａｌ材４の広い領域（第１の領域）１５を設けている。また、Ｌ３がＬ２以上（Ｌ３≧Ｌ２）となるように、接着端部１３の位置を規定している。

【0046】

ここで、上述したように、半導体モジュール１の温度が高温から低温に変化した場合を考える。半導体モジュール１の温度が高温から低温に変化した場合、ベース２の側面と接着している線膨張係数の大きいケース７は、ｘ方向に収縮する。しかし、接着端部１３はＡｌ材４の広い領域（第１の領域）１５に位置しているので、Ａｌ材４の幅（長辺側に着目した場合はｙ方向の長さ）は広く、剛性が大きいため、ケース７の収縮による接着端部１３でのＡｌ材４の変形は小さく、発生する応力も抑制される。

【0047】

この効果を確認するため、上述した比較例での検討と同様に、本実施例の半導体モジュール１を対象とした熱応力解析を実施した。解析モデル、負荷条件などは、比較例と同一条件とし、接着端部１３の位置をＬ３－Ｌ２＝１ｍｍの位置とした。

【0048】

その結果、側面接着ありの最大応力値は、側面接着なしの場合とほぼ同等であった。したがって、Ｌ３≧Ｌ２の条件を満足する本実施例では、接着端部１３においてベース２（ＡｌＳｉＣ材３及びＡｌ材４）に発生する応力を抑制し、構造信頼性を向上させることが可能となる。

【0049】

なお、本実施例では、半導体モジュール１の長辺側（図４のｘ方向側）の接着領域を対象として、ベース２、ケース７及び接着部の寸法の関係と、その効果を説明したが、半導体モジュール１の短辺側（図４のｙ方向側）においても、同様の寸法関係とその効果の関係が成り立つ。

【実施例0050】

図６から図９を参照して、本発明の実施例２に係る半導体モジュールについて説明する。図６は、本実施例の半導体モジュールの下面図であり、図７は、図６のＣ－Ｃ’断面図である。図６及び図７は、実施例１の図４及び図５にそれぞれ相当する。図８は、図６の半導体モジュールにおける接着領域と発生応力（ＧＳ）の関係を示す図である。なお、図９は、図６の変形例である。

【0051】

本実施例の基本的な構成は、実施例１と同様であり、実施例１と異なる点を中心に説明する。

【0052】

本実施例の半導体モジュール１では、ベース２の側面とケース７の接着端部１３の位置を、図６に示すように、ベース２の辺の中央からベース２の端部までの長さ（Ｌ１）、ベース２の辺の中央から第１の領域１５と第２の領域１６との境界までの長さ（Ｌ２）、ベース２の辺の中央からベース２の側面におけるベース２とケース７とを接着する接着材８の端部までの長さ（Ｌ３）、及びベース２の板厚を用いて規定している。

【0053】

本実施例では、Ｌ１とＬ２の差分（Ｌ１－Ｌ２）、すなわち、Ａｌ材４の広い領域（第１の領域）１５のｘ方向の長さが、ベース２の板厚よりも大きくなるように、Ａｌ材４の広い領域（第１の領域）１５を設けている。また、Ｌ２とＬ３の差分（Ｌ２－Ｌ３）が、Ｌ１とＬ２の差分（Ｌ１－Ｌ２）以上（Ｌ２－Ｌ３≧Ｌ１－Ｌ２）となるように、接着端部１３の位置を規定している。

【0054】

接着部の長さＬ３は、ケース７の長さよりも短くなっているが、これは、ケース接着工程において、接着材８の塗布量及び塗布位置を制御することによって実現できる。

【0055】

ここで、上述したように、半導体モジュール１の温度が高温から低温に変化した場合を考える。半導体モジュール１の温度が高温から低温に変化した場合、Ａｌ材４の幅（長辺側に着目した場合はｙ方向の長さ）が広い領域１５では、線膨張係数の大きいＡｌ材４がｘ方向に収縮する。したがって、この収縮によって、ベース２の側面の丸印部の領域１７をｘ方向に引っ張る応力が発生する。また、ベース２の側面と接着している線膨張係数の大きいケース７はｘ方向に収縮する。したがって、ベース２の側面の丸印部の領域１８をｘ方向に引っ張る応力が発生する。

【0056】

しかし、本実施例の場合、２つの領域１７，１８が十分に離れているため、発生する応力が重畳することがなく、ベース２の側面のＡｌ材４の表面に発生する応力を抑制することが可能となる。

【0057】

この効果を確認するため、上述した比較例での検討と同様に、本実施例の半導体モジュール１を対象とした熱応力解析を実施した。解析モデル、負荷条件などは、比較例と同一条件とし、接着端部１３の位置を示すＬ２－Ｌ３をパラメータとした。

【0058】

図８に、解析結果を示す。グラフの横軸は、（Ｌ２－Ｌ３）／（Ｌ１－Ｌ２）の値を表し、縦軸は、ベース２の側面のＡｌ材４の表面に発生する最大応力値を、側面接着なしの場合におけるベース２の側面での最大応力値で規格化した値を表している。

【0059】

図８に示すように、（Ｌ２－Ｌ３）／（Ｌ１－Ｌ２）が１以上の場合、側面接着ありの最大応力値は、側面接着なしの場合とほぼ同等（相対値が１．０）であった。Ｌ１－Ｌ２を異なる値で検討した場合も、同様の結果であった。

【0060】

したがって、Ｌ２－Ｌ３≧Ｌ１－Ｌ２の条件を満足する本実施例では、接着端部１３のベース２（ＡｌＳｉＣ材３及びＡｌ材４）に発生する応力を抑制し、構造信頼性を向上させることが可能となる。

【0061】

なお、本実施例においても、半導体モジュール１の長辺側（図４のｘ方向側）の接着領域を対象として、ベース２、ケース７及び接着部の寸法の関係と、その効果を説明したが、半導体モジュール１の短辺側（図４のｙ方向側）においても、同様の寸法関係とその効果の関係が成り立つ。

【0062】

また、本実施例では、接着部の長さＬ３がＬ２よりも短くなっていることがポイントであるため、図６のケース７の長さは、接着部の長さＬ３よりも長い場合を想定した図としているが、接着材８は濡れ広がりやすいため、図９に示す変形例のように、ケース７の長さを所望の接着部の長さＬ３と同じ長さとする構造も考えられる。図９では、ベース２の辺の中央から、ベース２の側面と相対するケース７の端部までの長さが、Ｌ３と同じになるように構成されている。

【0063】

但し、図９のような構成の場合も、Ｌ２とＬ３の差分（Ｌ２－Ｌ３）が、Ｌ１とＬ２の差分（Ｌ１－Ｌ２）以上（Ｌ２－Ｌ３≧Ｌ１－Ｌ２）となるように、接着端部１３の位置を規定する必要がある。