特許 7535444 絶縁基板および電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-07

(45)【発行日】2024-08-16

(54)【発明の名称】絶縁基板および電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/12 20060101AFI20240808BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20240808BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20240808BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20240808BHJP

   H05K 1/02 20060101ALI20240808BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

H01L23/12 N

H01L23/12 J

H01L25/04 C

H01L23/36 C

H05K1/02 F

H02M7/48 Z

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020200810

(22)【出願日】2020-12-03

(65)【公開番号】P2022088783

(43)【公開日】2022-06-15

【審査請求日】2023-06-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松島 宏行

(72)【発明者】

【氏名】毛利 友紀

(72)【発明者】

【氏名】島 明生

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／０４９９４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／１７５０６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１８５６３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－８９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－４６８９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／１２

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０５Ｋ １／０２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面および裏面を有する第１絶縁板と、
前記第１絶縁板の裏面側に形成され、且つ、表面および裏面を有する第２絶縁板と、
前記第１絶縁板の表面に形成された複数の第１導電体と、
前記第１絶縁板の裏面と前記第２絶縁板の表面との間に形成された第２導電体と、
前記第２絶縁板の裏面に形成され、且つ、前記第２導電体と電気的に絶縁された放熱導電体と、
前記複数の第１導電体の一部および前記第２導電体を電気的に接続させるように、前記第１絶縁板の内部に形成された複数の第１接続導電体と、
を備え、
前記複数の第１導電体は、前記複数の第１接続導電体を介して前記第２導電体に電気的に接続されていない第１未接続導電体を含み、
前記第１絶縁板には、前記第１絶縁板の内部に埋め込まれ、且つ、前記第１絶縁板の裏面から突出するように、突出導電体が形成され、
前記突出導電体は、前記第１未接続導電体に電気的に接続され、且つ、前記第２導電体および前記放熱導電体と電気的に絶縁されている、絶縁基板。

【請求項2】

請求項１に記載の絶縁基板において、
前記第１絶縁板には、複数の前記突出導電体が形成され、
前記複数の前記突出導電体は、それぞれ、前記第１未接続導電体に電気的に接続され、且つ、前記第２導電体および前記放熱導電体と電気的に絶縁されている、絶縁基板。

【請求項3】

請求項１に記載の絶縁基板において、
前記第２絶縁板と前記放熱導電体との間に形成され、且つ、表面および裏面を有する第３絶縁板と、
前記第２絶縁板の裏面と前記第３絶縁板の表面との間に形成された第３導電体と、
前記第２導電体と前記第３導電体とを電気的に接続させるように、前記第２絶縁板の内部に形成された複数の第２接続導電体と、
を更に備え、
前記突出導電体は、前記第２絶縁板を貫通し、前記第２絶縁板の裏面から突出し、且つ、前記第３導電体および前記第２接続導電体と電気的に絶縁され、
前記第２絶縁板から前記放熱導電体に渡って、前記第３絶縁板、前記第３導電体、前記複数の第２接続導電体および前記突出導電体を含む構造体が、１回以上繰り返し形成されている、絶縁基板。

【請求項4】

請求項１に記載の絶縁基板を用いた電力変換装置であって、
表面および裏面を有する複数の半導体チップと、
前記放熱導電体にベースプレートを介して接続されたヒートシンクと、
を備え、
前記複数の半導体チップの各々の裏面は、前記複数の第１導電体上に設置され、
前記複数の半導体チップのうち少なくとも１つは、前記第１未接続導電体上に設けられている、電力変換装置。

【請求項5】

請求項１に記載の絶縁基板を用いた電力変換装置であって、
表面および裏面を有する複数の半導体チップと、
２組の前記絶縁基板と、
を備え、
一方の前記絶縁基板と他方の前記絶縁基板とは、互いの前記複数の第１導電体が向き合うように配置され、
前記複数の半導体チップの各々の裏面は、前記一方の前記絶縁基板の前記複数の第１導電体上に設置され、
前記複数の半導体チップの各々の表面は、前記他方の前記絶縁基板の前記複数の第１導電体上に設置され、
前記複数の半導体チップのうち少なくとも１つは、前記一方の前記絶縁基板の前記第１未接続導電体上、および、前記他方の前記絶縁基板の前記第１未接続導電体上に設けられている、電力変換装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電力変換装置において、
前記一方の前記絶縁基板の前記放熱導電体、および、前記他方の前記絶縁基板の前記放熱導電体には、それぞれ、ベースプレートを介してヒートシンクが接続されている、電力変換装置。

【請求項7】

請求項４に記載の電力変換装置において、
前記複数の半導体チップは、化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板に形成されたトランジスタとを含む、電力変換装置。

【請求項8】

表面および裏面を有する第１絶縁板と、
前記第１絶縁板の表面に形成された複数の第１導電体と、
前記第１絶縁板の裏面に形成された複数の第２導電体と、
前記複数の第１導電体の一部および前記複数の第２導電体の一部を電気的に接続させるように、前記第１絶縁板の内部に形成された複数の第１接続導電体と、
を備え、
前記複数の第２導電体は、他の前記第２導電体と電気的に絶縁された第２未接続導電体を含み、
前記第２未接続導電体には、前記第１絶縁板の裏面側において前記他の前記第２導電体よりも突出するように、放熱導電体が接続され、
前記複数の第１導電体は、前記複数の第１接続導電体を介して前記複数の第２導電体に電気的に接続されていない第１未接続導電体を含み、
前記第１絶縁板には、前記第１絶縁板の内部に埋め込まれ、且つ、前記第１絶縁板の裏面から突出するように、突出導電体が形成され、
前記突出導電体は、前記第１未接続導電体に電気的に接続され、且つ、前記複数の第２導電体、前記第２未接続導電体および前記放熱導電体と電気的に絶縁されている、絶縁基板。

【請求項9】

請求項８に記載の絶縁基板において、
前記複数の第２導電体は、複数の前記第２未接続導電体を含み、
前記複数の前記第２未接続導電体の各々には、前記放熱導電体が接続されている、絶縁基板。

【請求項10】

請求項８に記載の絶縁基板において、
前記第１絶縁板には、複数の前記突出導電体が形成され、
前記複数の前記突出導電体は、それぞれ、前記第１未接続導電体に電気的に接続され、且つ、前記複数の第２導電体および前記放熱導電体と電気的に絶縁されている、絶縁基板。

【請求項11】

請求項８に記載の絶縁基板を用いた電力変換装置であって、
表面および裏面を有する複数の半導体チップと、
前記放熱導電体にベースプレートを介して接続されたヒートシンクと、
を備え、
前記複数の半導体チップの各々の裏面は、前記複数の第１導電体上に設置されている、電力変換装置。

【請求項12】

請求項８に記載の絶縁基板を用いた電力変換装置であって、
表面および裏面を有する複数の半導体チップと、
２組の前記絶縁基板と、
を備え、
一方の前記絶縁基板と他方の前記絶縁基板とは、互いの前記複数の第１導電体が向き合うように配置され、
前記複数の半導体チップの各々の裏面は、前記一方の前記絶縁基板の前記複数の第１導電体上に設置され、
前記複数の半導体チップの各々の表面は、前記他方の前記絶縁基板の前記複数の第１導電体上に設置されている、電力変換装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の電力変換装置において、
前記一方の前記絶縁基板の前記放熱導電体、および、前記他方の前記絶縁基板の前記放熱導電体には、それぞれ、ベースプレートを介してヒートシンクが接続されている、電力変換装置。

【請求項14】

請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記複数の半導体チップは、化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板に形成されたトランジスタとを含む、電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、絶縁基板および電力変換装置に関し、特に、半導体チップを搭載するための絶縁基板、および、その絶縁基板を用いた電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＳｉＣまたはＧａＮなどのようなワイドバンドギャップを有する化合物半導体基板を用いたパワー半導体チップが開発され、上記パワー半導体チップを搭載する電力変換装置が、市場に投入され始めた。ＳｉＣまたはＧａＮなどのパワー半導体チップは従来のＳｉパワー半導体チップよりも導通損失が小さいので、電力変換装置の冷却系の簡素化が図れる。

【0003】

また、ＳｉＣまたはＧａＮなどのパワー半導体チップは高周波駆動が可能であるので、電力変換装置に含まれるインダクタまたはキャパシタのような受動部品の小型化が図れる。これらの効果によって、電力変換装置の全体のサイズを小さくすることが可能である。

【0004】

高周波駆動を行う際、電力変換装置の寄生インダクタンスＬｓが課題となる。図１に示されるように、サージ電圧ΔＶは、寄生インダクタンスＬｓと、単位時間当たりの電流量（ｄｉ／ｄｔ）との積で表される。大きな寄生インダクタンスＬｓは、半導体チップのオフ時に大きなサージ電圧ΔＶが印加される要因となり、ノイズの発生源にもなる。また、高周波駆動のためには、半導体チップのオフスピードも速くする必要があるが、サージ電圧ΔＶおよびノイズは、上記オフスピードにも大きな影響を与える。

【0005】

例えば、特許文献１には、絶縁板と、絶縁板の表面に形成された表面配線導体と、絶縁板の裏面に形成された裏面配線導体とを備えた絶縁基板が開示されている。表面配線導体上には、半導体チップが設置される。ここで、特許文献１には、表面配線導体に設けられたブリッジ端子を利用することで、近接逆方向通流の効果によって、寄生インダクタンスの低減を図る技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１５－１８５６３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本願発明者らは、化合物半導体基板向けの電力変換装置１００として、図２に示される検討例１および図３に示される検討例２の構造を検討した。

【0008】

図２に示されるように、検討例１の電力変換装置１００では、絶縁板２ａ、絶縁板２ａの表面に形成された複数の導電体３ａ、および、絶縁板２ａの裏面に形成された放熱導電体５を備えた絶縁基板１が用いられる。

【0009】

複数の導電体３ａ上には、複数の半導体チップＣＨＰが設置され、複数の導電体３ａおよび複数の半導体チップＣＨＰは、ボンディングワイヤＢＷによって適宜電気的に接続されている。また、放熱導電体５は、ベースプレート２００を介してヒートシンク３００に接続されている。

【0010】

一方で、図３に示されるように、検討例２の電力変換装置１００は、絶縁板２ａと放熱導電体５との間に、導電体３ｂおよび絶縁板２ｂを更に備え、多層絶縁基板構造を成している。このため、検討例２では、絶縁板と、電流が流れる導電体とが数層に渡って積層されているので、検討例１と比較して、相互インダクタンスによって寄生インダクタンスＬｓを低減することができる。

【0011】

しかしながら、検討例２では、多層絶縁基板構造を成すことで、熱源である半導体チップＣＨＰから冷却系（ヒートシンク３００）までの距離が遠くなってしまうので、検討例１と比較して、熱抵抗が大きくなることで半導体チップＣＨＰの温度が上昇し易くなってしまう。その結果、最大温度と最低温度との温度差が大きくなることで、半導体チップＣＨＰから導電体３ａが剥離し易くなる。また、放熱導電体５とベースプレート２００との間、および、ベースプレート２００とヒートシンク３００との間でも同様に、剥離が起き易くなる。そして、半導体チップＣＨＰだけでなく、電力変換装置１００の全体としての温度も上昇し易くなるので、電力変換装置１００の信頼性が低下し、製品寿命が短くなってしまうという問題がある。

【0012】

従って、寄生インダクタンスＬｓを低く保つと共に、放熱性を高めることができる絶縁基板１の開発が望まれ、それによって電力変換装置１００の信頼性を向上させることが望まれる。その他の課題および新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになる。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【0014】

一実施の形態である絶縁基板は、表面および裏面を有する第１絶縁板と、前記第１絶縁板の裏面側に形成され、且つ、表面および裏面を有する第２絶縁板と、前記第１絶縁板の表面に形成された複数の第１導電体と、前記第１絶縁板の裏面と前記第２絶縁板の表面との間に形成された第２導電体と、前記第２絶縁板の裏面に形成され、且つ、前記第２導電体と電気的に絶縁された放熱導電体と、前記複数の第１導電体の一部および前記第２導電体を電気的に接続させるように、前記第１絶縁板の内部に形成された複数の第１接続導電体と、を備える。ここで、前記複数の第１導電体は、前記複数の第１接続導電体を介して前記第２導電体に電気的に接続されていない第１未接続導電体を含み、前記第１絶縁板には、前記第１絶縁板の内部に埋め込まれ、且つ、前記第１絶縁板の裏面から突出するように、突出導電体が形成され、前記突出導電体は、前記第１未接続導電体に電気的に接続され、且つ、前記第２導電体および前記放熱導電体と電気的に絶縁されている。

【0015】

また、一実施の形態である絶縁基板は、表面および裏面を有する第１絶縁板と、前記第１絶縁板の表面に形成された複数の第１導電体と、前記第１絶縁板の裏面に形成された複数の第２導電体と、前記複数の第１導電体の一部および前記複数の第２導電体の一部を電気的に接続させるように、前記第１絶縁板の内部に形成された複数の第１接続導電体と、を備える。ここで、前記複数の第２導電体は、他の前記第２導電体と電気的に絶縁された第２未接続導電体を含み、前記第２未接続導電体には、前記第１絶縁板の裏面側において前記他の前記第２導電体よりも突出するように、放熱導電体が接続されている。

【発明の効果】

【0016】

一実施の形態によれば、寄生インダクタンスを低く保つと共に、放熱性を高めることができる絶縁基板を提供できる。また、そのような絶縁基板を用いることで、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】ターンオフ時のサージ電圧を説明するためのグラフである。

【図2】検討例１における絶縁基板および電力変換装置を示す断面図である。

【図3】検討例２における絶縁基板および電力変換装置を示す断面図である。

【図4】実施の形態１における絶縁基板を示す斜視図である。

【図5】実施の形態１における絶縁基板を示す断面図である。

【図6】実施の形態１における絶縁基板の内部を示す平面図である。

【図7】実施の形態１における絶縁基板の内部を示す平面図である。

【図8】実施の形態１における電力変換装置を示す斜視図である。

【図9】実施の形態１における電力変換装置を示す断面図である。

【図10】実施の形態１における電力変換装置を示す断面図である。

【図11】実施の形態１および実施の形態３の効果を示すグラフである。

【図12】実施の形態１および実施の形態３の効果を示すグラフである。

【図13】実施の形態２における絶縁基板を示す断面図である。

【図14】実施の形態２における電力変換装置を示す断面図である。

【図15】実施の形態３における絶縁基板の内部を示す平面図である。

【図16】実施の形態３における絶縁基板を示す断面図である。

【図17】実施の形態３における絶縁基板を示す断面図である。

【図18】実施の形態３における電力変換装置を示す断面図である。

【図19】実施の形態４における絶縁基板の内部を示す平面図である。

【図20】実施の形態４における絶縁基板を示す断面図である。

【図21】実施の形態４における絶縁基板を示す断面図である。

【図22】実施の形態４における電力変換装置を示す断面図である。

【図23】変形例における電力変換装置を示す断面図である。

【図24】変形例における電力変換装置を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

【0019】

また、本願で説明されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに交差し、互いに直交している。本願では、Ｚ方向をある構造体の縦方向、上下方向、高さ方向または厚さ方向として説明する。また、本願で用いられる「平面視」という表現は、Ｘ方向およびＹ方向によって構成される面を、Ｚ方向から見ることを意味する。

【0020】

（実施の形態１）
＜絶縁基板１の構成＞
以下に図４～図７を用いて、実施の形態１における絶縁基板１について説明する。図４は、絶縁基板１を示す斜視図であり、図５は、図４に示されるＡ１－Ａ１線に沿った断面図である。図６および図７は、絶縁基板１のうち導電体３ｂの層を示す平面図である。

【0021】

絶縁基板１は、絶縁板と、電流が流れる導電体とが数層に渡って積層された多層絶縁基板構造を成している。絶縁基板１は、絶縁板２ａと、絶縁板２ｂと、複数の導電体３ａと、導電体３ｂと、複数の接続導電体４ａと、放熱導電体５とを備えている。

【0022】

絶縁板２ａは、表面ＴＳ１および裏面ＢＳ１を有する。図４に示されるように、絶縁板２ａの表面ＴＳ１には、複数の導電体３ａが形成されている。また、複数の導電体３ａは、未接続導電体３０を含んでいる。

【0023】

図５に示されるように、絶縁板２ｂは、絶縁板２ａの裏面ＢＳ１側に形成され、表面ＴＳ２および裏面ＢＳ２を有する。絶縁板２ａの裏面ＢＳ１と絶縁板２ｂの表面ＴＳ２との間には、導電体３ｂが形成されている。絶縁板２ａの内部には、複数の導電体３ａの一部および導電体３ｂを電気的に接続させるように、複数の接続導電体４ａが形成されている。また、絶縁板２ｂの裏面ＢＳ２には、導電体３ｂと電気的に絶縁された放熱導電体５が形成されている。

【0024】

後述するように、複数の導電体３ａには、複数の半導体チップ、コンデンサおよびインダクタなどの様々な電子デバイスが設置されるが、複数の導電体３ａ、複数の接続導電体４ａおよび導電体３ｂが電気的に接続されていることで、上記電子デバイス間の電気的な導通が成され、電流経路が構築される。なお、ここでは、導電体３ｂが１つである場合を例示しているが、複数の導電体３ｂが設けられていてもよい。その場合、複数の導電体３ｂによって、より複雑な回路を構築することができる。

【0025】

このような実施の形態１における絶縁基板１では、電流経路が多層化しているので、相互インダクタンスによって寄生インダクタンスＬｓを低減することができる。

【0026】

上述のように、複数の導電体３ａ上に複数の半導体チップが設置された場合、絶縁基板１が多層絶縁基板構造を成しているので、複数の半導体チップと放熱導電体５との間の距離が長くなり、放熱性が低下し易くなるという問題がある。

【0027】

ここで、複数の導電体３ａには、複数の接続導電体４ａを介して導電体３ｂに電気的に接続されていない未接続導電体３０が含まれている。未接続導電体３０の下方に、電流経路とは電気的に絶縁された放熱経路を設けることで、放熱性を向上させることができる。

【0028】

図５に示されるように、絶縁板２ａには、絶縁板２ａの内部に埋め込まれ、且つ、絶縁板２ａの裏面ＢＳ１から突出するように、突出導電体４０が形成されている。突出導電体４０は、未接続導電体３０に電気的に接続され、絶縁板２ｂによって放熱導電体５と電気的に絶縁されている。

【0029】

また、図５および図６に示されるように、突出導電体４０は、平面視において突出導電体４０を囲む絶縁層４１によって、導電体３ｂと電気的に絶縁されている。このような突出導電体４０を、導電体３ｂなどで構成される電気経路とは独立した放熱経路として利用することで、寄生インダクタンスＬｓを低く保つと共に、放熱性を高めることができる。

【0030】

また、突出導電体４０は、図６のように１つだけでなく、図７のように複数個設けられていてもよい。図７では、絶縁板２ａには、複数の突出導電体４０が形成されている。複数の突出導電体４０は、それぞれ、未接続導電体３０に電気的に接続され、絶縁層４１によって導電体３ｂと電気的に絶縁され、絶縁板２ｂによって放熱導電体５と電気的に絶縁されている。

【0031】

図７の場合、１つ当たりの突出導電体４０の平面積が図６よりも小さくなるが、複数の突出導電体４０の合計平面積が図６と同程度になるように設計すれば、図７でも図６と同程度の放熱性を確保できる。

【0032】

なお、未接続導電体３０を含む複数の導電体３ａと、導電体３ｂと、放熱導電体５と、複数の接続導電体４ａと、突出導電体４０とは、例えば、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む金属材料からなる。また、絶縁板２ａと、絶縁板２ｂとは、例えば、セラミックまたは樹脂材料からなる。

【0033】

＜電力変換装置１００の構成＞
以下に図８～図１０を用いて、実施の形態１における電力変換装置１００について説明する。図８は、電力変換装置１００を示す斜視図であり、図９および図１０は、図８に示されるＡ２－Ａ２線に沿った断面図である。なお、Ａ２－Ａ２線は、図４および図６に示されるＡ１－Ａ１線と同一直線上に位置する。

【0034】

電力変換装置１００は、絶縁基板１と、複数の半導体チップＣＨＰと、ボンディングワイヤＢＷと、ベースプレート２００と、ヒートシンク３００とを備える。

【0035】

図８および図９に示されるように、ヒートシンク３００は、ベースプレート２００を介して放熱導電体５に接続されている。ここで、放熱導電体５およびベースプレート２００は、ＴＩＭ（Thermal interface material）を介して接続されている。また、ベースプレート２００およびヒートシンク３００も、ＴＩＭを介して接続されている。ＴＩＭは、例えば、はんだまたは焼結材といった材料である。複数の半導体チップＣＨＰは、それぞれ表面および裏面を有し、複数の半導体チップＣＨＰの各々の裏面は、ＴＩＭによって複数の導電体３ａ上に設置されている。また、複数の半導体チップＣＨＰのうち少なくとも１つは、未接続導電体３０上に設けられている。複数の半導体チップＣＨＰおよび複数の導電体３ａは、ボンディングワイヤＢＷによって適宜電気的に接続されている。

【0036】

なお、特に図示はしないが、複数の導電体３ａ上には、複数の半導体チップＣＨＰの他に、コンデンサおよびインダクタなどの他の電子デバイスが設置されている場合もある。

【0037】

また、図１０に示されるように、電力変換装置１００のうち、絶縁基板１、複数の半導体チップＣＨＰおよびボンディングワイヤＢＷは、保護部材４００によって覆われていてもよい。これにより、絶縁基板１、半導体チップＣＨＰおよびボンディングワイヤＢＷが、外部環境との間で放電することを防止できる。保護部材４００は、絶縁材料からなり、例えば絶縁ゲルまたはモールド樹脂からなる。

【0038】

なお、半導体チップＣＨＰは、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）または酸化ガリウム（Ｇａ_２Ｏ_３）のような化合物半導体基板と、上記化合物半導体基板に形成されたＭＯＳＦＥＴのようなトランジスタとを含む。

【0039】

ボンディングワイヤＢＷは、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む金属材料からなる。また、ボンディングワイヤＢＷに代えて、リボンまたはバスバーなどによって複数の半導体チップＣＨＰおよび複数の導電体３ａを電気的に接続させてもよい。

【0040】

ベースプレート２００は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム合金の中にＳｉＣセラミックス粒子を含有させた複合材料（ＡｌＳｉＣ）またはマグネシウムの中にＳｉＣセラミックス粒子を含有させた複合材料（ＭｇＳｉＣ）からなる。ヒートシンク３００は、例えば、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）またはアルミニウムを含む金属材料からなる。

【0041】

図１１および図１２は、実施の形態１の効果を示すグラフであり、本願発明者らが計測したシミュレーション結果である。なお、図１１および図１２には、後述の実施の形態３の効果も示されている。また、図１１および図１２の横軸の「Heat area」は、実施の形態１では、平面視における突出導電体４０の面積を示している。

【0042】

図１１および図１２に示されるように、実施の形態１の電力変換装置１００では、検討例２（図３）と比較して温度の上昇を抑制できており、寄生インダクタンスＬｓを検討例２（図３）と同程度に保つことができる。すなわち、実施の形態１によれば、寄生インダクタンスＬｓを低く保つと共に、放熱性を高めることができる絶縁基板１を提供でき、そのような絶縁基板１を用いることで、電力変換装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0043】

（実施の形態２）
以下に図１３および図１４を用いて、実施の形態２における絶縁基板１および電力変換装置１００について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点について主に説明し、実施の形態１と重複する点についての説明を省略する。

【0044】

実施の形態２における絶縁基板１は、実施の形態１と比較して、絶縁板２ｂと放熱導電体５との間に更に多くの絶縁板および導電体が積層された多層絶縁基板構造を成している。

【0045】

図１３に示されるように、絶縁板２ｂと放熱導電体５との間には、表面ＴＳ３および裏面ＢＳ３を有する絶縁板２ｃが形成されている。導電体３ｃは、絶縁板２ｂの裏面ＢＳ２と絶縁板２ｃの表面ＴＳ３との間に形成されている。絶縁板２ｂの内部には、導電体３ｂと導電体３ｃとを電気的に接続させるように、複数の接続導電体４ｂが形成されている。そして、突出導電体４０は、絶縁板２ｂを貫通し、絶縁板２ｂの裏面から突出し、且つ、導電体３ｃおよび接続導電体４ｂと電気的に絶縁されている。

【0046】

このように、実施の形態２では、絶縁板２ｂから放熱導電体５に渡って、絶縁板２ｃ、導電体３ｃ、複数の接続導電体４ｂおよび突出導電体４０を含む構造体が、１回以上繰り返し形成されている。例えば、上記構造体を２回繰り返した場合、図１３に示される導電体３ｄおよび接続導電体４ｃなどが形成される。

【0047】

図１４は、実施の形態２における絶縁基板１を用いた電力変換装置１００を示している。実施の形態２でも、更に多層化された絶縁基板１、複数の半導体チップＣＨＰおよびボンディングワイヤＢＷは、保護部材４００によって覆われていてもよい。

【0048】

複数の導電体３ａ上には、複数の半導体チップＣＨＰ、コンデンサおよびインダクタなどの様々な電子デバイスが設置されるが、絶縁基板１が更に多層化されていることで、これらの電子デバイスの結線経路を自由に設計し易くなり、回路設計の自由度を高めることができる。また、寄生インダクタＬｓを低減させるための電流経路についても、自由に設計し易くなる。

【0049】

なお、このように絶縁基板１を更に多層化した場合でも、突出導電体４０が各絶縁板を貫通しているので、放熱経路を確保できる。そのため、放熱性の低下を抑制することができる。従って、絶縁基板１を用いた電力変換装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0050】

（実施の形態３）
以下に図１５～図１８を用いて、実施の形態３における絶縁基板１および電力変換装置１００について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態１との相違点について主に説明し、実施の形態１と重複する点についての説明を省略する。

【0051】

実施の形態１では、絶縁基板１を多層絶縁基板構造とした場合に、未接続導電体３０に突出導電体４０を接続させることで、放熱性の向上を図っていた。実施の形態３では、絶縁基板１を単層絶縁基板構造とした場合に、他の手段によって放熱性の向上を図っている。

【0052】

図１５は、実施の形態３における絶縁基板１のうち導電体３ｂの層を示す平面図である。図１６は、図１５に示されるＡ１－Ａ１線に沿った断面図であり、図１７は、図１５に示されるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

【0053】

図１６に示されるように、実施の形態３における複数の導電体３ａ、未接続導電体３０、絶縁板２ａおよび接続導電体４ａについては、実施の形態１と同様である。しかし、実施の形態３では、絶縁板２ｂが形成されておらず、未接続導電体３０に接続させるための突出導電体４０も形成されていない。

【0054】

また、図１５および図１７に示されるように、実施の形態３では、複数の導電体３ｂが形成され、複数の導電体３ｂには、他の導電体３ｂと電気的に絶縁された未接続導電体３１が含まれる。未接続導電体３１は、他の導電体３ｂおよび接続導電体４ａと電気的に絶縁されている。なお、ここでは、絶縁基板１の４隅に、それぞれ未接続導電体３１が設けられているが、未接続導電体３１の数および位置は、適宜変更可能である。

【0055】

複数の未接続導電体３１には、絶縁板２ａの裏面ＢＳ１側において他の導電体３ｂよりも突出するように、それぞれ放熱導電体５が接続されている。すなわち、未接続導電体３１以外の導電体３ｂには、放熱導電体５が接続されていない。言い換えれば、未接続導電体３１および放熱導電体５の合計厚さは、未接続導電体３１以外の導電体３ｂの厚さよりも厚い。

【0056】

このように、実施の形態３では、未接続導電体３１以外の導電体３ｂが電流経路となり、未接続導電体３１および放熱導電体５が、電流経路から絶縁された放熱経路を構成している。

【0057】

なお、未接続導電体３１は複数の導電体３ａと電気的に絶縁されているので、未接続導電体３１の上方に、複数の導電体３ａを自由に配置させることができる。複数の導電体３ａの配置面積を多くすることで、絶縁板２ａの表面ＴＳ１側からの放熱性を高めることができる。また、複数の導電体３ａのうち一部が電流経路に含まれていない場合、一部の導電体３ａの下部に接続導電体４ａを設け、その接続導電体４ａを介して、一部の導電体３ａと未接続導電体３１とを接続させてもよい。このような方法によっても放熱性を高めることができる。

【0058】

図１８は、実施の形態３における絶縁基板１を用いた電力変換装置１００を示している。放熱導電体５は、ベースプレート２００を介してヒートシンク３００に接続される。また、実施の形態３でも、絶縁基板１、複数の半導体チップＣＨＰおよびボンディングワイヤＢＷは、保護部材４００によって覆われている。

【0059】

ここで、電流経路となる導電体３ｂと未接続導電体３１との間、および、電流経路となる導電体３ｂとベースプレート２００との間には、保護部材４００が存在しているので、これらは電気的に絶縁されている。

【0060】

図１１および図１２には、実施の形態３の効果が示されている。なお、図１１および図１２の横軸の「Heat area」は、実施の形態３では、平面視における放熱導電体５の面積（ここでは４つの放熱導電体５の合計面積）を示している。

【0061】

図１１および図１２に示されるように、実施の形態３の電力変換装置１００では、検討例２（図３）と比較して温度の上昇を抑制できている。一方で、実施の形態３の絶縁基板１は基本的に単層絶縁基板構造であるので、実施の形態３では、検討例２（図３）と比較して、寄生インダクタンスＬｓが高くなっているが、実施の形態３は、単層絶縁基板構造である検討例１（図１）と比較すると、同程度の寄生インダクタンスＬｓとなる。

【0062】

すなわち、実施の形態３においても、寄生インダクタンスＬｓを低く保つと共に、放熱性を高めることができる絶縁基板１を提供でき、そのような絶縁基板１を用いることで、電力変換装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0063】

（実施の形態４）
以下に図１９～図２２を用いて、実施の形態４における絶縁基板１および電力変換装置１００について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態３との相違点について主に説明し、実施の形態３と重複する点についての説明を省略する。

【0064】

実施の形態４では、実施の形態３の絶縁基板１を基にして、実施の形態１で説明した突出導電体４０が適用されている。

【0065】

図１９は、実施の形態４における絶縁基板１のうち導電体３ｂの層を示す平面図である。図２０は、図１９に示されるＡ１－Ａ１線に沿った断面図であり、図２１は、図１９に示されるＢ－Ｂ線に沿った断面図である。

【0066】

図１９～図２１に示されるように、絶縁板２ａには、絶縁板２ａの内部に埋め込まれ、且つ、絶縁板２ａの裏面ＢＳ１から突出するように、突出導電体４０が形成されている。突出導電体４０は、未接続導電体３０に電気的に接続され、導電体３ｂ、未接続導電体３１および放熱導電体５と電気的に絶縁されている。なお、実施の形態４においても、図７のような複数の突出導電体４０を適用できる。

【0067】

図２２は、実施の形態４における絶縁基板１を用いた電力変換装置１００を示している。放熱導電体５は、ベースプレート２００を介してヒートシンク３００に接続される。また、実施の形態４でも、絶縁基板１、複数の半導体チップＣＨＰおよびボンディングワイヤＢＷは、保護部材４００によって覆われている。

【0068】

ここで、突出導電体４０と電流経路となる導電体３ｂとの間、および、突出導電体４０とベースプレート２００との間には、保護部材４００が存在しているので、これらは電気的に絶縁されている。なお、実施の形態４における突出導電体４０は、導電体３ｂと同程度にベースプレート２００側へ突出しているが、突出導電体４０は、ベースプレート２００に接触しない程度に突出していればよい。

【0069】

このように、実施の形態４によれば、実施の形態３とほぼ同様の効果を得られると共に、突出導電体４０の存在によって放熱性を更に向上させることができる。従って、電力変換装置１００の信頼性を更に向上させることができる。

【0070】

（変形例）
以下に図２３および図２４を用いて、実施の形態１～４の変形例における電力変換装置１００について説明する。

【0071】

実施の形態１～４における電力変換装置１００は、半導体チップＣＨＰの裏面のみに絶縁基板１が実装されていたが、半導体チップＣＨＰの表面にも絶縁基板１が実装されていてもよい。

【0072】

図２３に示されるように、一方の絶縁基板１と他方の絶縁基板１とは、互いの複数の導電体３ａが向き合うように配置されている。複数の半導体チップＣＨＰの各々の裏面は、一方の絶縁基板１の複数の導電体３ａ上に設置され、複数の半導体チップＣＨＰの各々の表面は、他方の絶縁基板１の複数の導電体３ａ上に設置されている。ここで、複数の半導体チップＣＨＰのうち少なくとも１つは、一方の絶縁基板１の未接続導電体３０上、および、他方の絶縁基板１の未接続導電体３０上に設けられる。

【0073】

一方の絶縁基板１の放熱導電体５、および、他方の絶縁基板１の放熱導電体５は、それぞれ、ベースプレート２００を介してヒートシンク３００に接続されている。２組の絶縁基板１および複数の半導体チップＣＨＰは、保護部材４００によって覆われている。

【0074】

このように、２組の絶縁基板１によって半導体チップＣＨＰの両面を挟み込む構造においても、寄生インダクタンスＬｓの低減を図れる。また、半導体チップＣＨＰの両面からの放熱が可能となるので、放熱性を更に向上させることができる。従って、電力変換装置１００の信頼性を向上させることができる。

【0075】

また、２組の絶縁基板１は、互いに同じ構造でなくてもよい。例えば、図２４に示されるように、一方の絶縁基板１に実施の形態１の構造を適用し、他方の絶縁基板１に実施の形態４の構造を適用してもよい。このように、２組の絶縁基板１の組み合わせは、実施の形態１～４の構造から適宜選択できる。

【0076】

また、２組の絶縁基板１を用いた電力変換装置１００では、半導体チップＣＨＰの両面からの放熱が可能となるので、その放熱量が十分である場合には、ベースプレート２００およびヒートシンク３００は、必ずしも設けられていなくてもよい。

【0077】

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【符号の説明】

【0078】

１ 絶縁基板
２ａ～２ｃ 絶縁板
３ａ～３ｄ 導電体
４ａ～４ｃ 接続導電体
５ 放熱導電体
３０、３１ 未接続導電体
４０ 突出導電体
４１ 絶縁層
１００ 電力変換装置
２００ ベースプレート
３００ ヒートシンク
４００ 保護部材
ＢＳ１～ＢＳ３ 裏面
ＢＷ ボンディングワイヤ
ＣＨＰ 半導体チップ
ＴＳ１～ＴＳ３ 表面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】