特開 2025-12446 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】P2025012446

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】半導体モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 25/07 20060101AFI20250117BHJP

【ＦＩ】

H01L25/04 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023115291

(22)【出願日】2023-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003177

【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中沢 将剛

(57)【要約】

【課題】外部端子およびボンディングワイヤーの温度上昇を抑制する。
【解決手段】半導体モジュールは、放熱板と、放熱板の一方の面上に配置され、半導体チップが設けられる第１絶縁基板と、第１絶縁基板を囲む枠状のケースと、ケースの内外にわたり設けられ、ボンディングワイヤーを介して半導体チップに電気的に接続される複数の外部端子と、放熱板と複数の外部端子との間に配置され、ケースよりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの第２絶縁基板と、を備え、少なくとも１つの第２絶縁基板と放熱板の一方の面とは、熱伝導性の接合材により互いに接合され、複数の外部端子のそれぞれと少なくとも１つの第２絶縁基板とは、圧入により互いに接合される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放熱板と、
前記放熱板の一方の面上に配置され、半導体チップが設けられる第１絶縁基板と、
前記第１絶縁基板を囲む枠状のケースと、
前記ケースの内外にわたり設けられ、ボンディングワイヤーを介して前記半導体チップに電気的に接続される複数の外部端子と、
前記放熱板と前記複数の外部端子との間に配置され、前記ケースよりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの第２絶縁基板と、を備え、
前記少なくとも１つの第２絶縁基板と前記放熱板の一方の面とは、熱伝導性の接合材により互いに接合され、
前記複数の外部端子のそれぞれと前記少なくとも１つの第２絶縁基板とは、圧入により互いに接合される、
半導体モジュール。

【請求項2】

前記少なくとも１つの第２絶縁基板は、複数の第２絶縁基板であり、
前記複数の第２絶縁基板のそれぞれは、
絶縁板と、
前記絶縁板の一方の面上に配置され、前記放熱板の一方の面に前記接合材により接合される第１導体と、
前記絶縁板の他方の面上に配置され、前記複数の外部端子の外部端子ごとに分離された少なくとも１つの第２導体と、を有する、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項3】

前記複数の第２絶縁基板は、前記複数の外部端子の外部端子ごとに分離されている、
請求項２に記載の半導体モジュール。

【請求項4】

前記少なくとも1つの第２絶縁基板は、１つの第２絶縁基板であり、
前記１つの第２絶縁基板は、
絶縁板と、
前記絶縁板の一方の面上に配置され、前記放熱板の一方の面に前記接合材により接合される第１導体と、
前記絶縁板の他方の面上に配置され、前記複数の外部端子の外部端子ごとに分離された複数の第２導体と、を有する、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項5】

前記ケースおよび前記放熱板は、接着剤により互いに接合される、
請求項２または４に記載の半導体モジュール。

【請求項6】

前記少なくとも１つの第２絶縁基板は、前記第１絶縁基板と同一の層構成を有する、
請求項２または４に記載の半導体モジュール。

【請求項7】

前記複数の外部端子のそれぞれは、前記少なくとも１つの第２絶縁基板に向けて突出する突起を有し、
前記少なくとも１つの第２絶縁基板は、前記突起に圧入により嵌め合う凹部を有する、
請求項２または４に記載の半導体モジュール。

【請求項8】

前記凹部は、前記少なくとも１つの第２絶縁基板の第２導体を貫通する孔または切欠きを用いて構成される、
請求項７に記載の半導体モジュール。

【請求項9】

前記突起の突出長さは、前記少なくとも１つの第２絶縁基板の第２導体の厚さ以下である、
請求項７に記載の半導体モジュール。

【請求項10】

前記複数の外部端子のそれぞれは、金属板の曲げ加工により形成される、
請求項７に記載の半導体モジュール。

【請求項11】

前記接合材は、はんだである、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【請求項12】

前記ケースは、前記複数の外部端子のそれぞれをインサート品とするインサート成形により形成される、
請求項１に記載の半導体モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１、２に開示されるように、パワー半導体モジュールに代表される半導体モジュールは、一般に、半導体チップが設けられる絶縁基板と、絶縁基板を収容するケースと、半導体チップに電気的に接続される複数の外部端子と、を備える。

【0003】

特許文献１では、筐体（ケース）に固定される主端子（外部端子）が筐体内においてボンディングワイヤーを介して半導体チップまたは絶縁基板に電気的に接続される。また、特許文献１では、銅またはアルミニウム等の熱伝導性に優れたベース板上に絶縁基板が配置されており、主端子とベース板との間の領域の熱抵抗を低減するため、ベース板と主端子との間には、高放熱性絶縁体が配置される。この高放熱性絶縁体は、インサート成形により主端子とともに筐体に固定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－５１２９号公報

【特許文献2】国際公開第２０１４／０６１２１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１に記載のモジュールでは、主端子および高放熱性絶縁体がこれらの組立時に非接触状態となりやすいので、主端子とベース板との間の熱抵抗を十分に低減することができない場合がある。このため、特許文献１に記載のモジュールでは、主端子およびボンディングワイヤーが過昇温するおそれがある。

【0006】

以上の事情を考慮して、本開示のひとつの態様は、外部端子およびボンディングワイヤーの温度上昇を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以上の課題を解決するために、本開示の好適な態様に係る半導体モジュールは、放熱板と、前記放熱板の一方の面上に配置され、半導体チップが設けられる第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板を囲む枠状のケースと、前記ケースの内外にわたり設けられ、ボンディングワイヤーを介して前記半導体チップに電気的に接続される複数の外部端子と、前記放熱板と前記複数の外部端子との間に配置され、前記ケースよりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの第２絶縁基板と、を備え、前記少なくとも１つの第２絶縁基板と前記放熱板の一方の面とは、熱伝導性の接合材により互いに接合され、前記複数の外部端子のそれぞれと前記少なくとも１つの第２絶縁基板とは、圧入により互いに接合される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る半導体モジュールの分解斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る半導体モジュールの断面図である。

【図3】第１実施形態における外部端子の斜視図である。

【図4】第１実施形態における外部端子と第２絶縁基板との接合を説明するための図である。

【図5】複数の外部端子が固定されたケースの底面図である。

【図6】第２実施形態に係る半導体モジュールの分解斜視図である。

【図7】変形例１における外部端子の斜視図である。

【図8】変形例１における外部端子と第２絶縁基板との接合を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら本開示に係る好適な実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法および縮尺は実際と適宜に異なり、理解を容易にするために模式的に示している部分もある。また、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られない。

【0010】

１．第１実施形態
１－１．半導体モジュールの全体構成
図１は、第１実施形態に係る半導体モジュール１０の分解斜視図である。図２は、第１実施形態に係る半導体モジュール１０の断面図である。図２では、Ｘ軸に直交する平面で半導体モジュール１０の一部を切断した断面が示される。

【0011】

半導体モジュール１０は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）モジュール等のパワーモジュールである。半導体モジュール１０は、例えば、鉄道車両、自動車または家庭用電気機械等の機器に搭載されるインバーターまたは整流器等の装置での電力制御に用いられる。

【0012】

図１に示すように、半導体モジュール１０は、複数の第１絶縁基板２０と複数の半導体チップ３０と放熱板４０とケース５０と複数の外部端子６０と複数の第２絶縁基板７０と蓋８０とを備える。また、図１では図示を省略するが、図２に示すように、半導体モジュール１０は、前述の構成要素のほか、ポッティング材ＰＡを備える。なお、図１では、半導体チップ３０が二点鎖線で簡略的に示される。

【0013】

以下、まず、図１および図２に基づいて、半導体モジュール１０の各部を順次説明する。なお、以下の説明は、便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を適宜に用いて行う。Ｚ軸は、半導体モジュール１０の厚さ方向に平行な軸である。以下では、Ｘ軸に沿う一方向がＸ１方向であり、Ｘ１方向とは反対の方向がＸ２方向である。Ｙ軸に沿う一方向がＹ１方向であり、Ｙ１方向とは反対の方向がＹ２方向である。Ｚ軸に沿う一方向がＺ１方向であり、Ｚ１方向とは反対の方向がＺ２方向である。これらの方向と鉛直方向との関係は、特に限定されず、任意である。また、以下では、Ｚ軸に沿う方向にみることを「平面視」という場合がある。

【0014】

複数の第１絶縁基板２０のそれぞれは、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板またはＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板等の基板である。図１では図示を省略するが、図２に示すように、第１絶縁基板２０は、絶縁板２１と、絶縁板２１の一方の面上に配置される導体２２と、絶縁板２１の他方の面上に配置される導体２３と、を有する。絶縁板２１は、Ｚ軸に沿う方向を厚さ方向とするように配置される絶縁性の板状部材である。絶縁板２１は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素等のセラミックスで構成される。導体２２は、絶縁板２１のＺ２方向を向く面上に略全域にわたり配置される板状の導体である。導体２３は、絶縁板２１のＺ１方向を向く面上に配置され、適宜に分割された複数の板状の導体で構成される。導体２２および導体２３のそれぞれは、例えば、銅またはアルミニウム等の金属で構成される。

【0015】

以上の各第１絶縁基板２０の導体２２には、はんだ等の接合材Ｂ０により放熱板４０が接合される。一方、各第１絶縁基板２０の導体２３には、複数の半導体チップ３０がはんだ等の接合材により接合される。このように、第１絶縁基板２０は、放熱板４０の一方の面上に配置され、半導体チップ３０が設けられる。なお、各第１絶縁基板２０に搭載される半導体チップ３０の数は、任意である。また、半導体モジュール１０の有する第１絶縁基板２０の数は、図１に示す例に限定されず、２個以下または４個以上であってもよい。

【0016】

第１絶縁基板２０に搭載される複数の半導体チップ３０のうちの少なくとも１つの素子は、ＩＧＢＴ等のパワー半導体チップである。なお、第１絶縁基板２０には、半導体チップ３０として、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子のほか、パワー半導体チップの動作を制御するための制御用チップが搭載されてもよいし、負荷電流を転流させるためのＦＷＤ（Free Wheeling Diode）等の素子が搭載されてもよい。

【0017】

放熱板４０は、Ｚ軸に沿う方向を厚さ方向とするように配置される放熱用の板状部材である。放熱板４０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成される。放熱板４０は、高熱伝導性を有しており、半導体チップ３０からの熱を放熱する。また、放熱板４０は、高導電性も有しており、例えば、接地電位等の基準電位に電気的に接続される。なお、放熱板４０は、高熱伝導性を有すればよく、金属板に限定されず、セラミックス等の絶縁体であってもよい。また、放熱板４０のＺ２方向を向く面には、放熱フィン等の放熱用部材が一体的に設けられてもよい。

【0018】

図１に示す例では、Ｚ軸に沿う方向にみて、放熱板４０がＸ軸に沿う方向に延びる１対の長辺とＹ軸に沿う方向に延びる１対の短辺とを有する形状をなす。放熱板４０には、各短辺の近傍に、取付孔４１が設けられる。取付孔４１は、例えば、図示しない放熱フィン等の放熱用部材を放熱板４０に対してねじ留めするのに用いられる貫通孔である。なお、放熱板４０の平面視形状および数は、図１に示す例に限定されず、任意である。また、取付孔４１は、必要に応じて設けられ、省略されてもよい。

【0019】

ケース５０は、複数の第１絶縁基板２０および複数の半導体チップ３０を収容する枠状部材である。ここで、ケース５０は、Ｚ軸に沿う方向を厚さ方向とするように配置され、平面視で複数の第１絶縁基板２０を囲む枠状をなす。ケース５０は、実質的な絶縁体であり、例えば、ＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）またはＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）等の樹脂材料で構成される。なお、当該樹脂材料には、ケース５０の機械的強度の向上または線膨張係数の低減等の観点から、アルミナまたはシリカ等の無機フィラーが含有されてもよい。

【0020】

図１に示す例では、Ｚ軸に沿う方向にみて、ケース５０がＸ軸に沿う方向に延びる１対の長辺とＹ軸に沿う方向に延びる１対の短辺とを有する外形をなす。また、ケース５０には、複数の孔５２および複数の孔５３が設けられる。複数の孔５２は、半導体モジュール１０を実装する図示しない基板をケース５０に対してねじ留めするのに用いられる孔である。複数の孔５３は、前述の取付孔４１とともに、図示しない放熱フィン等の放熱用部材を放熱板４０に対してねじ留めするのに用いられる貫通孔である。なお、ケース５０の形状は、図１に示す例に限定されず、任意である。また、孔５２、５３は、必要に応じて設けられ、省略されてもよい。

【0021】

以上のケース５０には、複数の外部端子６０が固定される。ここで、ケース５０は、複数の外部端子６０のそれぞれをインサート品とするインサート成形により形成される。これにより、外部端子６０がケース５０に強固かつ安定的に固定されるので、後述するように、外部端子６０をケース５０に固定した状態で第２絶縁基板７０に圧入により接合することができる。

【0022】

複数の外部端子６０のそれぞれは、半導体モジュール１０を実装する図示しない基板と半導体チップ３０とを互いに電気的に接続するための端子である。ここで、各外部端子６０は、図２に示すように、ケース５０の内外にわたり設けられ、ボンディングワイヤーＢＷを介して半導体チップ３０に電気的に接続される。複数の外部端子６０は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金または鉄合金等の金属で構成される。また、外部端子６０の表面には、例えば、ＳｎめっきまたはＳｎ－Ｃｕめっき等のめっきが施されてもよい。

【0023】

半導体モジュール１０の有する複数の外部端子６０のうち、２以上の外部端子６０が主電流の流れる端子であり、他の２以上の外部端子６０が半導体チップ３０の動作を制御するための制御端子である。

【0024】

外部端子６０は、概略的にＬ字状に屈曲した金属板で構成される。ここで、図２に示すように、外部端子６０は、ピン部６１と脚部６２と突起６３と孔６４とを有する。

【0025】

ピン部６１は、外部端子６０の一部であって、Ｚ軸に沿う方向に延びる棒状部分である。ピン部６１のＺ１方向での端は、ケース５０の外壁面から突出する。このように、ピン部６１は、ケース５０の外壁面から突出する部分である端子部を有する。当該端子部は、半導体モジュール１０を実装する図示しない基板に接続される。一方、ピン部６１のＺ２方向での端には、脚部６２が接続される。なお、ピン部６１の形状は、図１に示す例に限定されず、例えば、ピン部６１の先端が２つの部分に分岐した形状でもよい。

【0026】

脚部６２は、外部端子６０の一部であって、第２絶縁基板７０のＺ１方向を向く面上に沿って配置される板状部分である。脚部６２は、ピン部６１のＺ２方向での端からケース５０内側に向けて延びる。脚部６２は、ケース５０と第２絶縁基板７０との間に挟まれる部分と、ケース５０の内側に露出する部分であるパッド部と、を有する。当該パッド部には、図２に示すボンディングワイヤーＢＷの一端が接合される。ボンディングワイヤーＢＷの他端は、第１絶縁基板２０または半導体チップ３０に接続される。この接続により、外部端子６０および半導体チップ３０が互いに電気的に接続される。

【0027】

突起６３は、外部端子６０の一部であって、脚部６２からＺ２方向に向けて突出する部分である。孔６４は、外部端子６０を金属板の曲げ加工により形成する場合に突起６３の形成に伴って設けられる孔である。突起６３および孔６４の詳細については、後に図３および図４に基づいて説明する。

【0028】

複数の第２絶縁基板７０は、放熱板４０と複数の外部端子６０との間に配置され、ケース５０よりも高い熱伝導性を有する部材である。各第２絶縁基板７０は、Ｚ軸に沿う方向を厚さ方向とするように配置される。本実施形態では、複数の第２絶縁基板７０は、外部端子６０ごとに分離されており、複数の外部端子６０に一対一で対応する。したがって、放熱板４０と各外部端子６０との間には、対応する第２絶縁基板７０が介在する。なお、複数の外部端子６０に対応する複数の第２絶縁基板７０のほか、外部端子６０との接合に寄与せずに放熱板４０とケース５０との間に介在する第２絶縁基板７０が存在してもよい。

【0029】

各第２絶縁基板７０は、第１絶縁基板２０と同一の層構成を有する。すなわち、各第２絶縁基板７０は、ＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板またはＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板等の基板である。このため、第１絶縁基板２０および第２絶縁基板７０の層構成が互いに異なる態様に比べて、半導体モジュール１０の低コスト化を図ることができる。

【0030】

具体的に説明すると、図１および図２に示すように、第２絶縁基板７０は、絶縁板７１と、絶縁板７１の一方の面上に配置される第１導体７２と、絶縁板７１の他方の面上に配置される第２導体７３と、を有する。絶縁板７１は、Ｚ軸に沿う方向を厚さ方向とするように配置される絶縁性の板状部材である。絶縁板７１は、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素等のセラミックスで構成される。第１導体７２は、絶縁板７１のＺ２方向を向く面上に略全域にわたり配置される板状の導体であり、放熱板４０の一方の面に後述の接合材Ｂ１により接合される。第２導体７３は、絶縁板７１のＺ１方向を向く面上に略全域にわたり配置される板状の導体であり、複数の外部端子６０の外部端子６０ごとに分離される。ただし、第２導体７３には、切欠き７３ａが設けられる。第１導体７２および第２導体７３のそれぞれは、例えば、銅またはアルミニウム等の金属で構成される。

【0031】

ここで、切欠き７３ａは、前述の突起６３の圧入を受ける凹部７４を構成する。これにより、複数の外部端子６０のそれぞれと複数の第２絶縁基板７０とは、圧入により互いに接合される。凹部７４の詳細については、後に図３および図４に基づいて説明する。

【0032】

一方、各第２絶縁基板７０のＺ２方向を向く面は、放熱板４０のＺ１方向を向く面に対して接合材Ｂ１により接合される。接合材Ｂ１は、例えば、はんだである。はんだは、特に限定されないが、例えば、ＳｎＡｇ系、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＢｉ系、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＣｕ系、ＳｎＡｇＢｉ系、ＳｎＳｂ系、またはＳｎＺｎＡｌ系等の無鉛はんだである。このように、複数の第２絶縁基板７０と放熱板４０の一方の面とは、熱伝導性の接合材Ｂ１により互いに接合される。なお、接合材Ｂ１は、はんだに限定されず、例えば、シリカまたはアルミナ等の無機フィラーを含有するエポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤またはシリコーン系接着剤等の接着剤でもよい。

【0033】

ここで、放熱板４０とケース５０とは、接着剤Ｂ２により接合される。接着剤Ｂ２は、絶縁性の接着剤である。より具体的には、接着剤Ｂ２は、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤またはシリコーン系接着剤である。接着剤Ｂ２は、アルミナまたはシリカ等の絶縁性の無機フィラーを含んでもよい。接着剤Ｂ２の配置については、後に図５に基づいて説明する。

【0034】

蓋８０は、ケース５０のＺ１方向を向く面に接合される板状部材である。蓋８０は、例えば、ケース５０と同様、ＰＰＳ（Polyphenylene Sulfide）またはＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）等の樹脂材料で構成される。蓋８０は、蓋８０とケース５０との間の隙間を封止するように、ケース５０に接着剤等により接合される。

【0035】

ここで、放熱板４０とケース５０と蓋８０とで囲まれる空間には、図２に示すように、半導体チップ３０を覆うポッティング材ＰＡが充填される。ポッティング材ＰＡは、例えば、シリコーンゲル等のシリコーン樹脂で構成される。

【0036】

以上の概略の半導体モジュール１０では、各外部端子６０がケース５０よりも熱伝導性の高い第２絶縁基板７０を介して放熱板４０に接続されるので、ボンディングワイヤーＢＷおよび外部端子６０で発生したジュール熱を第２絶縁基板７０を介して放熱板４０に逃すことができる。ここで、第２絶縁基板７０および放熱板４０が熱伝導率の高い接合材Ｂ１により互いに接合されるので、第２絶縁基板７０と放熱板４０との間の熱抵抗を低減することができる。しかも、外部端子６０および第２絶縁基板７０が圧入により互いに接合されるので、外部端子６０および第２絶縁基板７０の組立を容易にしつつ、外部端子６０と第２絶縁基板７０との間の熱抵抗を低減することもできる。以上から、外部端子６０およびボンディングワイヤーＢＷの温度上昇を抑制することができる。

【0037】

１－２．外部端子および第２絶縁基板
図３は、第１実施形態における外部端子６０の斜視図である。図４は、第１実施形態における外部端子６０と第２絶縁基板７０との接合を説明するための図である。図３および図４に示すように、外部端子６０は、ピン部６１と脚部６２との境界に沿う直線ＬＮに沿って折り曲げた形状をなしており、金属板の曲げ加工等により一体で構成される。

【0038】

このように、複数の外部端子６０のそれぞれが金属板の曲げ加工により形成されることにより、溶接等を用いて外部端子６０を製造する態様に比べて、半導体モジュール１０の低コスト化を図ることができる。

【0039】

突起６３は、脚部６２からＺ２方向に向けて突出する。図３および図４に示す例では、突起６３がピン部６１と同一面に沿って配置される。ここで、脚部６２には、金属板の折り曲げ加工時に形成される孔６４が突起６３に対応して設けられる。

【0040】

このように、複数の外部端子６０のそれぞれは、第２絶縁基板７０に向けて突出する突起６３を有する。

【0041】

一方、第２絶縁基板７０の凹部７４は、Ｚ１方向に向けて開放する窪みである。図４に示す例では、凹部７４が第２導体７３に設けられた切欠き７３ａを用いて構成される。ここで、凹部７４は、切欠き７３ａによる壁面と絶縁板７１のＺ１方向を向く面による底面とで構成される。

【0042】

このように、各第２絶縁基板７０は、突起６３に圧入により嵌め合う凹部７４を有する。このため、外部端子６０に設けた凹部７４と第２絶縁基板７０に設けた凸部とを圧入により接合する態様に比べて、前述の孔６４を後述の変形例１の切欠き６６よりも小さくすることが容易である等の理由から、外部端子６０と第２絶縁基板７０との接触面積を大きくしやすいという利点がある。

【0043】

また、凹部７４が第２導体７３を貫通する切欠きを用いて構成されることにより、外部端子６０および第２絶縁基板７０を圧入により容易に互いに接合することができる。なお、第２導体７３は、第２導体７３を貫通する孔を有してもよい。この場合、凹部７４は、切欠き７３ａに代えて当該孔を用いて構成されてもよい。

【0044】

前述のように、第２絶縁基板７０の層構成が第１絶縁基板２０の層構成と同一である。具体的に説明すると、第２絶縁基板７０の絶縁板７１は、第１絶縁基板２０の絶縁板２１と同一の厚さおよび材料で構成される。また、第２絶縁基板７０の第１導体７２は、第１絶縁基板２０の導体２２と同一の厚さおよび材料で構成される。さらに、第２絶縁基板７０の第２導体７３は、第１絶縁基板２０の導体２３と同一の厚さおよび材料で構成される。

【0045】

以上の凹部７４には、前述の突起６３が圧入される。これにより、外部端子６０と第２絶縁基板７０とが互いに接合される。

【0046】

ここで、第２導体７３が外部端子６０ごとに分離されるので、外部端子６０同士の導通を防止しつつ、外部端子６０を第２導体７３に圧入により接合することができる。また、第２絶縁基板７０の数が複数であるため、第２絶縁基板７０の数が１つである態様に比べて、第２絶縁基板７０とケース５０との間の熱応力を低減することもできる。

【0047】

また、複数の第２絶縁基板７０は、外部端子６０ごとに分離されている。このため、外部端子６０の配置の異なる半導体モジュール１０において第２絶縁基板７０を共用することができる。この結果、半導体モジュール１０の低コスト化を図ることができる。

【0048】

複数の外部端子６０のそれぞれは、少なくとも１つの第２絶縁基板７０に向けて突出する突起６３を有する。少なくとも１つの第２絶縁基板７０は、突起６３に圧入により嵌め合う凹部７４を有する。このため、外部端子６０に設けた凹部７４と第２絶縁基板７０に設けた凸部とを圧入により接合する態様に比べて、外部端子６０と第２絶縁基板７０との接触面積を大きくしやすいという利点がある。

【0049】

凹部７４の幅Ｗ２は、突起６３が凹部７４に圧入し得る締め代を有するように、突起６３の幅Ｗ１よりも大きい。当該締め代は、０．０４ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下程度である。ここで、幅Ｗ１は、突起６３の最大幅である。一方、幅Ｗ２は、凹部７４の最小幅である。図３および図４に示す例では、突起６３および凹部７４のそれぞれの幅が一定である。なお、突起６３の幅は、一定でなくともよい。例えば、突起６３は、Ｚ２方向に向かうに従って幅が小さくなるよう、テーパー面を有してもよい。また、凹部７４の幅は、一定でなくともよい。例えば、凹部７４は、Ｚ１方向に向かうに従って幅が大きくなるよう、テーパー面を有してもよい。

【0050】

突起６３の突出長さＬ１は、凹部７４の深さＤ１、すなわち、第２導体７３の厚さｔ以下である。このため、絶縁板７１に凹部７４を形成するための加工が不要であるため、第２絶縁基板７０の製造が容易である。また、突起６３の根元まで凹部７４内に圧入することができる。この結果、脚部６２のＺ２方向を向く面と第２導体７３のＺ１方向を向く面とを広範囲にわたり接触させることができる。これにより、外部端子６０と第２絶縁基板７０との接触面積を大きくすることにより、外部端子６０と第２絶縁基板７０との間の熱抵抗を低減することができる。

【0051】

なお、外部端子６０と第２絶縁基板７０との間に隙間が形成されてもよい。この場合、当該隙間には、熱伝導性に優れた接着剤またはグリース等の伝熱材が介在することが好ましい。

【0052】

第２絶縁基板７０のＺ２方向を向く面は、放熱板４０のＺ１方向を向く面に対して、熱伝導性に優れる接合材Ｂ１により接合される。接合材Ｂ１は、例えば、はんだである。これにより、放熱板４０および第２絶縁基板７０を接合材Ｂ１により強固に接合するとともに、放熱板４０と第２絶縁基板７０との間の熱抵抗を低減することができる。

【0053】

はんだは、特に限定されないが、例えば、ＳｎＡｇ系、ＳｎＡｇＣｕ系、ＳｎＢｉ系、ＳｎＺｎＢｉ系、ＳｎＣｕ系、ＳｎＡｇＢｉ系、ＳｎＳｂ系またはＳｎＺｎＡｌ系等の無鉛はんだである。なお、接合材Ｂ１は、はんだに限定されず、例えば、シリカまたはアルミナ等の無機フィラーを含有するエポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤またはシリコーン系接着剤等の接着剤でもよい。

【0054】

ここで、放熱板４０とケース５０とは、接着剤Ｂ２により接合される。

【0055】

図５は、複数の外部端子６０が固定されたケース５０の底面図である。図５では、Ｚ１方向にみたケース５０が複数の外部端子６０とともに示される。

【0056】

図５に示すように、ケース５０の底面、すなわち、ケース５０のＺ２方向を向く面上には、複数の外部端子６０の脚部６２が配置される。

【0057】

接着剤Ｂ２は、図５に示すように、放熱板４０の外周の全域にわたり設けられる。ここで、接着剤Ｂ２は、外部端子６０の脚部６２を避けるように配置されており、複数の部分Ｂ２ａおよび部分Ｂ２ｂを有する。部分Ｂ２ａは、接着剤Ｂ２の一部であって、放熱板４０のＺ１方向を向く面とケース５０とを接合するための部分であり、外部端子６０の脚部６２を避けるように配置される。部分Ｂ２ｂは、接着剤Ｂ２の一部であって、放熱板４０の側面とケース５０とを接合するための部分であり、放熱板４０の側面の全周にわたり配置される。

【0058】

このように、ケース５０および放熱板４０は、接着剤Ｂ２により互いに接合される。このため、外部端子６０と放熱板４０との間の絶縁性を確保しつつ、ケース５０と放熱板４０との間の隙間を接着剤Ｂ２により封止することができる。

【0059】

なお、接着剤Ｂ２は、外部端子６０に接触してもよいし、第２絶縁基板７０に接触してもよい。すなわち、接着剤Ｂ２は、放熱板４０およびケース５０を互いに接合するだけでなく、放熱板４０およびケース５０に対して外部端子６０の脚部６２および第２絶縁基板７０のうちの一方または両方を接合してもよい。

【0060】

以上のように、半導体モジュール１０では、外部端子６０およびボンディングワイヤーＢＷの温度上昇を抑制することができる。

【0061】

２．第２実施形態
以下、本開示の第２実施形態について説明する。以下に例示する形態において作用や機能が前述の実施形態と同様である要素については、前述の実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

【0062】

図６は、第２実施形態に係る半導体モジュール１０Ａの分解斜視図である。半導体モジュール１０Ａは、第１実施形態の複数の第２絶縁基板７０に代えて１つの第２絶縁基板７０を有すること以外は、第１実施形態の半導体モジュール１０と同様に構成される。

【0063】

第２絶縁基板７０Ａは、第１実施形態の複数の絶縁板７１および複数の第１導体７２に代えて、１つの絶縁板７１Ａおよび１つの第１導体７２Ａを有すること以外は、第１実施形態の第２絶縁基板７０と同様に構成される。

【0064】

絶縁板７１Ａは、ケース５０の枠状に沿う枠状をなすこと以外は、第１実施形態の絶縁板７１Ａと同様に構成される。第１導体７２Ａは、絶縁板７１Ａの周方向での全域にわたり設けられること以外は、第１実施形態の第１導体７２と同様に構成される。

【0065】

以上の第２実施形態によっても、外部端子６０およびボンディングワイヤーＢＷの温度上昇を抑制することができる。本実施形態では、１つの第２絶縁基板７０Ａの絶縁板７１Ａの面上に外部端子６０ごとの複数の第２導体７３が配置される。このため、放熱板４０に対する第２絶縁基板７０Ａの位置決めを容易に行うことができる。また、放熱板４０と第２絶縁基板７０Ａとの接触面積を大きくすることにより、放熱板４０と第２絶縁基板７０Ａとの間の熱抵抗を低減することもできる。

【0066】

３．変形例
本開示は前述の各実施形態に限定されるものではなく、以下に述べる各種の変形が可能である。また、各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせてもよい。

【0067】

３－１．変形例１
図７は、変形例１における外部端子６０Ｂの斜視図である。図８は、変形例１における外部端子６０Ｂと第２絶縁基板７０Ｂとの接合を説明するための図である。
図７および図８に示すように、外部端子６０Ｂは、ピン部６１と脚部６２と凹部６５と切欠き６６とを有する。

【0068】

凹部６５は、外部端子６０Ｂの一部であって、脚部６２からＺ２方向に向けて開放する窪みである。切欠き６６は、外部端子６０Ｂを金属板の曲げ加工により形成する場合に凹部６５の形成に伴って設けられる欠損部分である。なお、凹部６５の形状は、図７および図８に示す例に限定されず、任意である。

【0069】

第２絶縁基板７０Ｂは、第１実施形態の第２導体７３に代えて第２導体７３Ｂを有すること以外は、第１実施形態の第２絶縁基板７０と同様に構成される。第２導体７３Ｂは、部分７３ｂを有する。部分７３ｂは、凹部６５の圧入を受ける凸部７５を構成する。なお、部分７３ｂの形状は、図７および図８に示す例に限定されず、任意である。

【0070】

以上の変形例１によっても、外部端子６０ＢおよびボンディングワイヤーＢＷの温度上昇を抑制することができる。

【0071】

３－２．変形例２
前述の実施形態では、第２絶縁基板７０、７０Ａ、７０Ｂの層構成が第１絶縁基板２０の層構成と同一である態様が例示されるが、この態様に限定されず、第１絶縁基板２０と異なる層構成の第２絶縁基板が用いられてもよい。例えば、第２絶縁基板の各層の厚さ、層数が第１絶縁基板２０と異なってもよい。

【0072】

３－３．変形例３
前述の第１実施形態では、絶縁板７１が外部端子６０ごとに設けられる態様が例示されるが、複数の外部端子６０ごとに絶縁板７１が一体で構成されてもよい。ここで、例えば、２つの外部端子６０に対応した絶縁板７１と、１つの外部端子６０に対応した絶縁板７１と、が混在してもよい。

【0073】

４．付記
以上の実施形態または変形例から、例えば以下の態様が把握される。

【0074】

（付記１）本開示の第１態様の半導体モジュールは、放熱板と、前記放熱板の一方の面上に配置され、半導体チップが設けられる第１絶縁基板と、前記第１絶縁基板を囲む枠状のケースと、前記ケースの内外にわたり設けられ、ボンディングワイヤーを介して前記半導体チップに電気的に接続される複数の外部端子と、前記放熱板と前記複数の外部端子との間に配置され、前記ケースよりも高い熱伝導性を有する少なくとも１つの第２絶縁基板と、を備え、前記少なくとも１つの第２絶縁基板と前記放熱板の一方の面とは、熱伝導性の接合材により互いに接合され、前記複数の外部端子のそれぞれと前記少なくとも１つの第２絶縁基板とは、圧入により互いに接合される。

【0075】

以上の態様では、各外部端子がケースよりも熱伝導性の高い第２絶縁基板を介して放熱板に接続されるので、ボンディングワイヤーおよび外部端子で発生したジュール熱を第２絶縁基板を介して放熱板に逃すことができる。ここで、第２絶縁基板および放熱板が熱伝導率の高い接合材により互いに接合されるので、第２絶縁基板と放熱板との間の熱抵抗を低減することができる。しかも、外部端子および第２絶縁基板が圧入により互いに接合されるので、外部端子および第２絶縁基板の組立を容易にしつつ、外部端子と第２絶縁基板との間の熱抵抗を低減することもできる。以上から、外部端子およびボンディングワイヤーの温度上昇を抑制することができる。

【0076】

（付記２）第１態様の好適例である第２態様において、前記少なくとも１つの第２絶縁基板は、複数の第２絶縁基板であり、前記複数の第２絶縁基板のそれぞれは、絶縁板と、前記絶縁板の一方の面上に配置され、前記放熱板の一方の面に前記接合材により接合される第１導体と、前記絶縁板の他方の面上に配置され、前記複数の外部端子の外部端子ごとに分離された少なくとも１つの第２導体と、を有する。以上の態様では、第２絶縁基板が絶縁板と第１導体と第２導体とを有するので、第２絶縁基板としてＤＣＢ（Direct Copper Bonding）基板またはＤＢＡ（Direct Bonded Aluminum）基板等の基板を用いることができる。ここで、第２導体が外部端子ごとに分離されるので、外部端子同士の導通を防止しつつ、外部端子を第２導体に圧入により接合することができる。また、第２絶縁基板の数が複数であるため、第２絶縁基板の数が１つである態様に比べて、第２絶縁基板とケースとの間の熱応力を低減することもできる。

【0077】

（付記３）第２態様の好適例である第３態様において、前記複数の第２絶縁基板は、前記複数の外部端子の外部端子ごとに分離されている。以上の態様では、外部端子の配置の異なる半導体モジュールにおいて第２絶縁基板を共用することができる。この結果、半導体モジュールの低コスト化を図ることができる。

【0078】

（付記４）第１態様の好適例である第４態様において、前記少なくとも1つの第２絶縁基板は、１つの第２絶縁基板であり、前記１つの第２絶縁基板は、絶縁板と、前記絶縁板の一方の面上に配置され、前記放熱板の一方の面に前記接合材により接合される第１導体と、前記絶縁板の他方の面上に配置され、前記複数の外部端子の外部端子ごとに分離された複数の第２導体と、を有する。以上の態様では、第２絶縁基板が絶縁板と第１導体と第２導体とを有するので、第２絶縁基板としてＤＣＢ基板またはＤＢＡ基板等の基板を用いることができる。ここで、１つの第２絶縁基板の絶縁板の面上に外部端子ごとの複数の第２導体が配置されるので、放熱板に対する第２絶縁基板の位置決めを容易に行うことができる。また、放熱板と第２絶縁基板との接触面積を大きくすることにより、放熱板と第２絶縁基板との間の熱抵抗を低減することもできる。

【0079】

（付記５）第１態様から第４態様のいずれかの好適例である第５態様において、前記ケースおよび前記放熱板は、接着剤により互いに接合される。以上の態様では、外部端子と放熱板との間の絶縁性を確保しつつ、ケースと放熱板との間の隙間を接着剤により封止することができる。

【0080】

（付記６）第１態様から第５態様のいずれかの好適例である第６態様において、前記少なくとも１つの第２絶縁基板は、前記第１絶縁基板と同一の層構成を有する。以上の態様では、第１絶縁基板および第２絶縁基板の層構成が互いに異なる態様に比べて、半導体モジュールの低コスト化を図ることができる。

【0081】

（付記７）第１態様から第６態様のいずれかの好適例である第７態様において、前記複数の外部端子のそれぞれは、前記少なくとも１つの第２絶縁基板に向けて突出する突起を有し、前記少なくとも１つの第２絶縁基板は、前記突起に圧入により嵌め合う凹部を有する。以上の態様では、外部端子に設けた凹部と第２絶縁基板に設けた凸部とを圧入により接合する態様に比べて、外部端子と第２絶縁基板との接触面積を大きくしやすいという利点がある。

【0082】

（付記８）第７態様の好適例である第８態様において、前記凹部は、前記少なくとも１つの第２絶縁基板の第２導体を貫通する孔または切欠きを用いて構成される。以上の態様では、外部端子および第２絶縁基板を圧入により容易に互いに接合することができる。

【0083】

（付記９）第７態様または第８態様の好適例である第９態様において、前記突起の突出長さは、前記少なくとも１つの第２絶縁基板の第２導体の厚さ以下である。以上の態様では、絶縁板に凹部を形成するための加工が不要であるため、第２絶縁基板の製造が容易である。

【0084】

（付記１０）第１態様から第９態様のいずれかの好適例である第１０態様において、前記複数の外部端子のそれぞれは、金属板の曲げ加工により形成される。以上の態様では、溶接等を用いて外部端子を製造する態様に比べて、半導体モジュールの低コスト化を図ることができる。

【0085】

（付記１１）第１態様から第１０態様のいずれかの好適例である第１１態様において、前記接合材は、はんだである。以上の態様では、放熱板および第２絶縁基板を接合材により強固に接合するとともに、放熱板と第２絶縁基板との間の熱抵抗を低減することができる。

【0086】

（付記１２）第１態様から第１１態様のいずれかの好適例である第１２態様において、前記ケースは、前記複数の外部端子のそれぞれをインサート品とするインサート成形により形成される。以上の態様では、外部端子がケースに強固かつ安定的に固定されるので、外部端子をケースに固定した状態で第２絶縁基板に圧入により接合することができる。

【符号の説明】

【0087】

１０…半導体モジュール、１０Ａ…半導体モジュール、２０…第１絶縁基板、２１…絶縁板、２２…導体、２３…導体、３０…半導体チップ、４０…放熱板、４１…取付孔、５０…ケース、５２…孔、５３…孔、６０…外部端子、６０Ｂ…外部端子、６１…ピン部、６２…脚部、６３…突起、６４…孔、６５…凹部、６６…切欠き、７０…第２絶縁基板、７０Ａ…第２絶縁基板、７０Ｂ…第２絶縁基板、７１…絶縁板、７１Ａ…絶縁板、７２…第１導体、７２Ａ…第１導体、７３…第２導体、７３Ｂ…第２導体、７３ａ…切欠き、７３ｂ…部分、７４…凹部、７５…凸部、８０…蓋、Ｂ０…接合材、Ｂ１…接合材、Ｂ２…接着剤、Ｂ２ａ…部分、Ｂ２ｂ…部分、ＢＷ…ボンディングワイヤー、Ｄ１…深さ、ＬＮ…直線、ＰＡ…ポッティング材、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅、ｔ…厚さ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】