JPH07221265A

JPH07221265A - パワー半導体モジュール

Info

Publication number: JPH07221265A
Application number: JP6008503A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Koike; 義彦小池; Ryuichi Saito; 隆一斉藤; Shigeki Sekine; 茂樹関根; Hideya Kokubu; 秀弥国分; Shinya Koike; 信也小池
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Haramachi Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Minebea Power Semiconductor Device Inc
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】信頼性が高い内部絶縁型のパワー半導体モジュ
ールを提供すること【構成】半導体チップ１１１を、応力緩衝板１１３と熱
拡散板１１４、それに絶縁板１１６を介して、モジュー
ル支持基板１１８に接合したパワー半導体モジュールに
おいて、熱拡散板１１４の周辺に座ぐり加工などにより
部薄肉部１１４ａを形成したもの。【効果】薄肉部１１４ａの存在により、半田層１１２、
１１５、１１７のそれぞれに掛る応力のバランスを図る
ことができるので、これら複数の半田層に掛る応力の内
の最大値を抑えることができ、長寿命化が可能になり、
高い信頼性を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＩＧＢＴ、ダイオー
ド、ＧＴＯ、パワートランジスタなどの半導体装置に係
り、特に、インバータ装置などに好適なパワー半導体モ
ジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＩＧＢＴ(絶縁ゲート・バイ
ポーラ・トランジスタ)、ダイオード、ＧＴＯ(ゲート・
ターンオフ・トランジスタ)、パワートランジスタなど
各種のパワー半導体スイッチング素子を絶縁容器内に密
封して構成したパワー半導体モジュールが知られてい
る。

【０００３】そして、これらの素子は、その耐圧や電流
容量に応じて各種インバータ装置などに応用されている
が、中でもＩＧＢＴは電圧制御素子であるため、制御が
容易で大電流の高周波動作が可能であるなどの利点を有
しているため、特に注目されている素子である。

【０００４】ところで、これらＩＧＢＴなどのパワー半
導体モジュールは、通常、モジュール取付け基板部と電
流通電部が電気的に絶縁されている構造となっている。
すなわち、半導体素子と電極などが半田などの金属ろう
材によって接合ないし金属ワイヤ接続された電流通電部
が、Ａｌ₂Ｏ₃(アルミナ)或いはＡl Ｎ(窒化アルミニウ
ム)などのセラミックからなる絶縁板を介して、Ｃu(銅)
板などからなる支持基板部上に接合された構造となって
いる。

【０００５】このような構造のパワー半導体モジュール
は、多くの場合、モジュール支持基板を放熱用のフィン
やヒートパイプ等の冷却媒体に直接接触させて積極的に
冷却されるようになっているが、動作中は、スイッチン
グ条件などにより半導体チップの発熱量が変化し、半導
体モジュール全体の温度が変化してしまう。また、パワ
ー半導体モジュール内部でも、半導体チップとモジュー
ル支持基板部との間に介在する各板材の熱抵抗、熱拡が
りの違いに応じて温度差が生じてしまう。

【０００６】このことから、パワー半導体モジュールの
寿命を決める要因の一種として、前記温度差による周期
的な熱疲労により、各部材を接合している半田にクラッ
クが生じ、熱抵抗が増加してしまう現象を挙げることが
できる。つまり、熱抵抗が増加すると半導体チップから
モジュール支持基板に至る熱伝達経路での温度勾配が大
きくなり、チップの温度が上昇する。そうすると、チッ
プの損失が増加するので、更にチップの温度が上昇する
結果となり、半田にかかる熱応力も増加するからであ
る。

【０００７】そして、このように、ひとたびモジュール
の劣化が始まると、以後は相乗効果で急激に劣化が進行
し破壊に至ってしまう。そこで、初期での劣化の発生を
極力押さえることが重要になる。

【０００８】ここで、半田などの接合材を用いたパワー
半導体モジュールの長寿命化の為には、熱疲労による接
合材の亀裂が、モジュールの熱抵抗に影響を及ぼす部分
に達するまでの時間を極力遅らせてやればよい。特に、
半導体チップの直下にある半田接合部では、ここでの亀
裂進展による熱抵抗の増加が直接モジュールの劣化につ
ながるため、例えばＳi(シリコン)半導体チップの下に
は熱膨張係数差が比較的小さいＭｏ(モリブデン)板やＷ
(タングステン)板(熱膨張係数；Ｓi：２.６×１０~⁶／
℃、Ｍｏ：４.９×１０~⁶／℃、Ｗ：４.６×１０~⁶／
℃、Ｃu：１６.５×１０~⁶／℃)などの板材を使う方法
が一般的に知られており、さらには半田の材質や、モジ
ュール内部に使われる部材の材質や厚さを適正化するこ
とによって信頼性を向上させる方法がとられてきた。

【０００９】また、この外、半田層の厚さも熱疲労寿命
を決定する要因の一つであり、半田が薄いと応力集中が
起り、半田寿命が低下する。このため半田層の層厚を、
熱抵抗が許容される範囲で厚くし、かつ均一にする方法
がある。具体的には、半田層の中に必要な厚さを持った
網や球状の物体を混入させたり、接合される板材の面形
状によって、半田層の厚さを確保する方法などが知られ
ている。

【００１０】なお、これらの技術に関するものとして
は、特開昭５９−４６０３６号、特開昭６０−２５７１
４１号、特開昭６１−２３７４５６号、特開昭６０−１
８３７号の各公報を挙げることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、半田の
熱疲労による劣化を低減させるため、半田にかかる応力
が最少値になるように、半導体チップの直下の構造を工
夫することにより最適化していた。例えば特開昭６１−
２３７４５６号公報では、モジュール内部で使用される
各部材の線膨張係数と縦弾性係数を規定することで、応
力が小さくなるようにしている。

【００１２】一方、モジュール内部で使用する各板材の
厚さを適正化する方法として、例えば特開昭５９−４６
０３６号公報では、モジュール内部で使用される絶縁板
の厚さを０.１５〜０.３５ｍｍに規定することでモジュ
ールの放熱性を向上させ、かつ耐ヒートサイクル性を向
上させている。

【００１３】また、特開昭６０−２５７１４１号公報で
は、金属ベース上に半田を介して順次絶縁板、端子板、
応力緩衝板、半導体チップを搭載し、このうち応力緩衝
板の厚さを端子板より厚くすることで半田にかかる応力
を低減させている。

【００１４】しかし、実際のモジュールでは半導体チッ
プから支持基板に向かってモジュール内部で積層された
板の大きさが変わるため、半田層に応力を及ぼす板材は
半導体チップ直下部とその他の部分で異なる。また、半
田にかかる応力は外周部で最大となり、そこから熱疲労
による半田の亀裂が進展するため、チップ直下での応力
と周辺部での応力のバランスが重要になる。

【００１５】このため、それぞれの部分の積層構造によ
ってその最適厚さを検討する必要があるが、前記従来技
術では、各層の板厚さは面内で均一で、各積層構造の最
適化に関しては何も考慮されていなかった。

【００１６】ところで、前記特開昭５９−４６０３６号
公報では、モジュール作成時、熱膨張係数差によって接
合された部材に反りが生じることについては、一応考慮
されており、半田層にかかる応力を小さくし、かつ接合
された複合材の反り量を低減させるような方法が取られ
ていた。

【００１７】しかし、この従来技術では、接合プロセス
が複数回になった場合、先に接合した複合材の反り形状
が次のプロセスでの接合時の挙動を変化させることによ
り半田の接合強度が低下する場合に関しては何も考慮さ
れていなかった。

【００１８】さらに、接合材の厚さを確保する方法とし
て、例えば特開昭６０−１８３７号公報では、半導体片
とろう付けされる金属支持板に、ろう材の厚さを規定す
る突起と、半導体片の横方向の移動を阻止する突起を設
けることにより、厚さと位置の正確なろう付けを行う方
法が開示されている。

【００１９】しかし、この従来技術では、半田付け中に
熱膨張係数の異なる物質が混入或いは混在していること
になり、この結果、熱サイクルによる局部的な膨張係数
差が生じて半田が劣化するため、それらを熱抵抗に影響
を及ぼさない位置にすることが重要となるが、その点に
ついては何も考慮されていなかった。

【００２０】本発明の目的は、パワー半導体モジュール
の内部構造として、大きさの異なる複数の板材を積層さ
せた場合でも、高い信頼性が確保できるようにしたパワ
ー半導体モジュールを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の１では、半導体チップを、絶縁性の板材を
含む複数枚の順次大きさの異なる導電性板材を介して金
属ろう材で導電性支持基板に接合することにより、上記
半導体チップと上記導電性支持基板との間での絶縁が保
たれるようにした内部絶縁型のパワー半導体モジュール
において、上記導電性板材と導電性支持基板の内の少な
くとも１枚が、その小さい方の板材との接合部部分の周
辺部の少なくとも一部に、その中央部よりも板厚寸法が
減少している部分を設けたものである。

【００２２】同じく本発明の２では、上記内部絶縁型の
パワー半導体モジュールにおいて、上記応力緩衝板を上
記熱拡散板の一方の面に積層し接合した段階で、該熱拡
散板の他方の面の形状が平面又は凸面の一方になるよう
に加工したものである。

【００２３】同じく本発明の３では、上記内部絶縁型の
パワー半導体モジュールにおいて、上記熱拡散板の上記
絶縁板との接合面又は上記モジュール支持基板の上記絶
縁板との接合面の少なくとも一方の面に、所定の高さ寸
法を有する複数の突起を設けたものである。

【００２４】

【作用】本発明１においては、その板厚寸法が減少して
いる部分により、各部材の積層接合部分の周辺部での応
力が緩和されるので、金属ろう材に掛る応力が少なくな
り、金属ろう材の周辺からの亀裂進展が抑えられるよう
になり、モジュールの長寿命化が図れる。

【００２５】本発明の２においては、熱拡散板の他方の
面の形状が平面又は凸面の一方になるように加工したこ
とにより、以後の積層接合工程での熱変形が、接合部の
周辺部での残留応力が減少する方向に現われるようにで
き、この結果、金属ろう材に掛る応力が少なくなり、金
属ろう材の周辺からの亀裂進展が抑えられので、モジュ
ールの長寿命化が図れる。

【００２６】また、この熱変形の結果、金属ろう材は中
央から周辺に向かって押し拡げられるため、ろう材内部
でのボイドの発生が抑えられるので、熱抵抗が増加する
虞れがなく、従って、放熱効果が向上するので、この点
でもモジュールの長寿命化が図れる。

【００２７】本発明の３においては、熱拡散板又はジュ
ール支持基板に設けられている突起が、接合加工時での
金属ろう材の厚さを規定するように働くので、ろう材の
膜厚のばらつきが抑えられ、この結果、金属ろう材の厚
さが減少したことによる応力の増加が防止でき、モジュ
ール寿命の安定化が図れる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明によるパワー半導体モジュール
について、図示の実施例により詳細に説明する。

【００２９】図１と図２は、本発明の一実施例で、この
実施例は、本発明を、ＩＧＢＴとダイオードをワンパッ
ケージに搭載した、インバータ装置の主回路素子などに
好適なパワー半導体モジュールに適用したものである。

【００３０】図１に示すように、８個のＳｉ半導体チッ
プ１１１のうち、図で上側の６個はＩＧＢＴチップ１１
１ａで、下側の２個はダイオードチップ１１１ｂであ
る。そして、これらのＳｉ半導体チップ１１１は、図２
に示すように、金属ろう材層、例えば５％アンチモン−
０.６％ニッケル−０.０５％リン−錫(５Ｓｂ−０.６Ｎ
ｉ−０.０５Ｐ−Ｓｎ：以下５Ｓｂ−Ｓｎと略す)からな
る錫ベースでアンチモン入りの半田の層１１２により、
Ｍｏ製の応力緩衝板１１３の上面に積層接合されてい
る。

【００３１】一方、このＭｏ製の応力緩衝板１１３は、
８０％Ａｕ−Ｓｎ半田(金と錫の半田)層１２１により、
予じめＣｕ材の熱拡散板１１４に接合されている。な
お、このＭｏ応力緩衝板１１３が接合されたＣｕ熱拡散
板１１４を、以下、複合板１２３と称する。そして、こ
の複合板１２３は、例えば４０％Ｐｂ−Ｓｎ半田(鉛と
錫の半田)層１１５、１１７により、Ａｌ₂Ｏ₃(アルミ
ナ)からなる絶縁板１１６を介して、Ｃｕ材のモジュー
ル支持基板１１８に接合されている。

【００３２】コレクタ共通電極端子１４２は、図示され
てないが、半田層１１５と同じ材質の半田層により、Ｉ
ＧＢＴチップ１１１ａのコレクタ電極を兼ねている熱拡
散板１１４に接合されている。一方、ＩＧＢＴチップ１
１１ａのエミッタ電極とダイオードチップ１１１ｂのア
ノード電極は、Ａｌ(アルミニウム)ワイヤ１３４によ
り、エミッタ電極端子１３５に接続(ワイヤボンディン
グ)されている。そして、このエミッタ端子１３５は、
５Ｓｂ−Ｓｎ半田層１３３により、Ａｌ₂Ｏ₃からなる端
子用絶縁板１３２に接合されている。さらに、この端子
用絶縁板１３２も５Ｓｂ−Ｓｎ半田層１３１により、コ
レクタ共通電極を兼ねた熱拡散板１１４に接合されてい
る。

【００３３】図３は、図１、図２の実施例におけるＣｕ
熱拡散板１１４の周辺部を拡大し、Ｃｕ熱拡散板１１４
の周辺部の構造が、本発明の特徴に従って最適化されて
いる状態を詳細に示したもので、図示のように、Ｃｕ熱
拡散板１１４の周辺部で、Ｓｉ半導体チップ１１１が搭
載されていない部分をＣｕ部とし、この周辺部の内側部
分をＭｏ部、そして、Ｃｕ熱拡散板１１４の周辺部から
絶縁板１１６が露出されている部分をＡＯ部としてあ
る。

【００３４】そして、この図３から明らかなように、こ
の実施例では、Ｃｕ熱拡散板１１４の板厚をｔ₁とする
と、そのＣｕ部が座ぐり加工されて、板厚寸法がｔ₂と
薄くされている薄肉部１１４ａが形成してある。この結
果、この実施例では、Ｍｏ部とＣｕ部で、Ｃｕ熱拡散板
１１４に現われる熱応力が変えられ、この結果、上記し
た最適化構成が与えられるようになっている。

【００３５】次に、このようなモジュール内での熱抵抗
と各部材との関係について説明すると、Ｓｉ半導体チッ
プ１１１の直下の半田層１１２は、そのＳｉ半導体チッ
プ１１１から発生された熱を、ほぼ全面を介して支持基
板１１８側に伝達しているため、熱疲労による亀裂が進
展した場合、モジュールの熱抵抗は亀裂長さに応じて上
昇し、Ｓｉ半導体チップ上で、例えば１ウエファからチ
ップごとに分割するための切りしろとなっている部分の
ように、素子が形成されず直接発熱していないごくわず
かな領域以上に亀裂が進展すると熱抵抗は急激に増加す
る。

【００３６】一方、アルミナの絶縁板１１６を介して、
Ｃｕ熱拡散板１１４と基板１１８を接合している半田層
１１５、１１７は、半田層全面が熱伝達に寄与している
訳ではないので、半田層の一部に亀裂が進展した場合で
も、熱抵抗の増加には影響しない領域がある。例えば、
図３に示すＣｕ部の幅を、熱拡散板１１４の厚さｔ₁以
上に広くした場合は、この広くした部分にある半田層１
１５に亀裂が進展しても、熱抵抗はほとんど変化しな
い。同様に、絶縁板１１６内では、面方向にはほとんど
熱が広がらないため、半田１１７のＡＯ部に亀裂が進展
しても、熱抵抗はほとんど変化しない。

【００３７】表１は、上記実施例において、熱疲労によ
り半田に亀裂が進展した場合の熱抵抗変化率を示したも
のであるが、これから明らかなように、半田層１１７で
は、ＡＯ部の全面に渡って亀裂が進展した場合でも、熱
抵抗は変化しない。そして、半田層１１５、１１７のＣ
ｕ部全周に亀裂が進展した場合でも、熱抵抗は１１８％
に上昇するだけである。

【００３８】

【表１】

【００３９】次に、モジュールの寿命について説明す
る。いま、モジュールの熱抵抗が１２０％以上に増加し
た場合をモジュールの寿命とすると、Ｓｉ半導体チップ
１１１の上に素子が形成されていない領域(約１ｍｍ)以
上の亀裂が半田層１１２に進展するか、半田層１１５、
１１７の少なくとも一方のＣｕ部全面以上に亀裂が進展
するまでの長さになる。

【００４０】さらに、モジュールを、その支持基板１１
８よりも大きな冷却フィンに取り付けてある場合は、こ
の基板内での熱の拡がりも冷却の大きな要素となり、支
持基板１１８の厚さが熱拡散板１１４より厚い場合は、
熱拡散板１１４で熱が十分広がらなくても、支持基板１
１８内で熱が広がり、基板全体の面積でモジュールが冷
却されるため、モジュールの熱抵抗はほとんど変化しな
い。すなわち、この場合には、亀裂許容長さを長くでき
ることになる。

【００４１】従って、モジュール全体としての熱抵抗の
増加を抑えるためには、Ｓｉ半導体チップ１１１下の半
田層１１２にかかる応力を極力小さくし、かつＣｕ部、
ＡＯ部での半田層１１５、１１７にかかる応力のバラン
スを取り、各半田層の全ての寿命が所定寿命を下回らな
いようにする必要があることが判る。つまり、モジュー
ルの寿命は、半田層の内で、最も寿命の短い半田層の寿
命で決められてしまうからである。

【００４２】そこで、この実施例では、図３に示したよ
うに、薄肉部１１４ａを形成することによりＭｏ部での
Ｃｕ熱拡散板１１４の板厚ｔ₁に対して、Ｃｕ部での板
厚寸法、つまり薄肉部１１４ａでの厚さをｔ₂と薄く
し、これにより、応力のバランスが最適な状態に収める
ことができるように、Ｍｏ部とＣｕ部で、Ｃｕ熱拡散板
１１４を接合している半田層１１６にかかる熱応力を変
えられるようにしたものである。

【００４３】図４は、Ｍｏ部での各部材の板厚と、これ
に対する半田層の寿命の関係を示したもので、Ｍｏ応力
緩衝板１１３の厚さを１.３ｍｍ、Ｃｕ熱拡散板１１４
の厚さを３.０ｍｍ、アルミナ絶縁板１１６の厚さを
０．６４ｍｍとした場合のＣｕモジュール支持基板１１
８の厚さによる各半田層の寿命の変化を示している。

【００４４】この場合、図から明らかなように、モジュ
ール内の半田層の内で最も寿命の短くなる条件は、チッ
プ下の半田層１１２と、絶縁板上の半田層１１５の寿命
の交点となり、Ｃｕモジュール支持基板１１８の板厚が
１０ｍｍのところにくる。しかし、このように、Ｍｏ部
では最適な板厚でも、熱拡散板１１４にＳｉ半導体チッ
プとＭｏ板が接合されていないＣｕ部では、寿命が最適
な状態にはならない。

【００４５】図５は、上記実施例において、熱拡散板１
１４のＣｕ部での厚さを変えた場合の特性で、図４で示
したＭｏ部で最適な厚さのままにした場合、すなわち、
薄肉部１１４ａを無くし、図３で、厚さｔ₁＝ｔ₂(＝３m
m)とした場合には、この図５から明らかなように、半田
層１１７の寿命と、半田層１１５の寿命のバランスが取
れず、半田層１１７の寿命は増加するが、半田層１１５
の寿命は大きく低下してしまう。

【００４６】これは、熱膨張係数の小さなＳｉ/Ｍｏ板
が半田層材により連続して接合しているＭｏ部の場合、
複合材の効果により絶縁板上の半田層１１５に接してい
たＣｕ熱拡散板１１４の線膨張係数は小さくふるまうの
に比べ、Ｃｕ部では、上部の部材が無くなることでＣｕ
本来の線膨張係数となり、この結果、応力のバランスが
崩れてしまうためである。

【００４７】モジュール全体の寿命を考えた場合、チッ
プ下半田層の寿命と他の半田層の熱抵抗が上昇するまで
の寿命のバランスを取る必要があるため、Ｍｏ部の縦方
向の構造を変えずに、絶縁板１１６上にある半田層１１
５の寿命を向上させることが必要になる。そこで、この
実施例では、Ｃｕ熱拡散板１１４に薄肉部１１４ａを形
成し、熱拡散板１１４の厚さを、Ｍｏ部ではｔ₁とした
まま、周辺部、つまりＣｕ部の厚さだけをｔ₂と薄くし
て最適化が得られるようにしたものである。

【００４８】そして、この実施例の場合は、図５から明
らかなように、Ｃｕ熱拡散板１１４の薄肉部１１４ａの
厚さｔ₂を１.２ｍｍとしたとき、絶縁板１１６の上下に
ある半田層１１５、１１７の寿命のバランスが取れ、モ
ジュールの寿命を最大にすることができることが判る。
従って、この実施例によれば、熱拡散板の厚さを部分的
に変えるという簡単な構成で、接合部での寿命バランス
の最適化が容易に確保できるので、信頼性の高いパワー
半導体モジュールをローコストで提供することができ
る。

【００４９】次に、本発明において、Ｍｏ部でのＣｕ熱
拡散板１１４の板厚ｔ₁と、Ｃｕ部での板厚ｔ₂を変える
ための他の実施例について説明する。板厚を変える加工
方法は、各板材の板厚やＣｕ熱拡散板１１４の上部の構
造などに応じて任意に選択できるが、既に説明したよう
に、上記図３の実施例では、Ｍｏ板１１３とＣｕ熱拡散
板１１４を接合した後、フライス加工などによる座ぐり
加工により、Ｃｕ熱拡散板１１４の周辺部全面に薄肉部
１１４ａを形成する方法が採用されている。この座ぐり
加工による方法は、加工が比較的簡単で、Ｃｕ熱拡散板
１１４が薄い場合でも容易に適用できるという利点があ
る。

【００５０】次に、図６の実施例は、Ｍｏ応力緩衝板１
１３とＣｕ熱拡散板１１４を接合した後、周辺部の一方
の面から厚さ方向に溝付加工してＣｕ熱拡散板１１４の
周辺の一部を薄くし、薄肉部１１４ｂを形成したもので
ある。従って、この実施例によれば、Ｃｕ熱拡散板１１
４の上に配置接合させるための、外部電極取り出し端子
用絶縁板などの部材を、固定し易いように加工すること
ができ、この結果、組立加工が容易になるという利点が
ある。

【００５１】また、この実施例によれば、溝付加工の結
果、部品接合プロセス時でのＣｕ熱拡散板１１４上の接
合部以外への半田の流れを防止することや、Ｃｕ熱拡散
板１１４を接合する半田層１１５からの半田のはい上が
りを防止することができ、この結果、半田層の厚さを均
一にでき、端子部分の寿命を安定化させることができる
という効果もある。

【００５２】次に、図７の実施例は、Ｍｏ応力緩衝板１
１３とＣｕ熱拡散板１１４を接合した後、Ｃｕ熱拡散板
１１４の周辺部の端面から、面とほぼ平行に、内部に向
かって切り込み加工し、切り込み１１４ｃを形成し、こ
れにより、半田層１１５に対しては、Ｃｕ熱拡散板１１
４の周辺全面を薄くしたことと同じ効果が与えられるよ
にしたものである。

【００５３】従って、この実施例によれは、Ｃｕ熱拡散
板１１４の周辺に外部取り出し用の端子を配置し、この
外部取り出し端子の絶縁を、絶縁板の厚さ方向で取る構
造を採用した場合、半導体チップ高さと、端子部の高さ
の差を小さくすることができるという利点がある。

【００５４】また、これにより、絶縁板の厚さを薄くで
きるため、端子部の接合材に掛る応力が小さくできるの
で、端子部での接合材の寿命を延ばすことができ、且
つ、応力が大きく掛ることによる絶縁板の割れも防止で
きる。さらに、この実施例では、半田層１１５で、熱拡
散板１１４を絶縁板１１６に接合する際、この半田層１
１５からの半田のはい上がりを、切り込みにより防止で
きるという効果がある。

【００５５】ところで、以上の実施例は、熱拡散板１１
４の周辺部を薄くする方法として、Ｃｕ熱拡散板１１４
の上面、つまりＭｏ熱緩衝板１１３が接合されている方
の面で、その周辺部、又はＣｕ熱拡散板１１４の端面に
加工した例であるが、同じく熱拡散板１１４の周辺部を
薄くする方法として、この熱拡散板１１４の下面、つま
り熱拡散板１１４のＭｏ熱緩衝板１１３が接合されてい
ない方の面の端面を加工した場合の本発明の実施例につ
いて説明する。

【００５６】図８は、何れも熱拡散板１１４のＭｏ熱緩
衝板１１３が接合されていない方の面の端面を斜め切削
加工した本発明の実施例であるが、このとき、図８(a)
は曲線による切削加工を施した例で、同図(b)は直線に
よる斜め切削加工した例であるが、いずれの実施例も、
厚さｔ₁の熱拡散板１１４の最外周部を切削加工して厚
さをｔ₂にしたものでり、これにより、亀裂の入り始め
を遅らせることができるようにし、モジュールの長寿命
化が得られるようにしたものである。

【００５７】また、これらの実施例では、熱拡散板１１
４の周辺部では、半田層１１５の膜厚が増加されるの
で、この部分では半田層１１５にかかる応力が厚さ方向
に分散される結果となり、亀裂の進展が一層遅くなり、
従って、さらにモジュールの長寿命化を得ることができ
る。なお、この実施例で、熱拡散板１１４の厚さｔ
₁は、図３で示したＭｏ部で最適化しているので、斜め
切削加工する範囲がＣｕ部の領域に限定されるようにし
た方がより長寿命化できる。

【００５８】次に、半田層１１７について説明すると、
この半田層１１７は、図３に示すＡＯ部では、絶縁板１
１６とモジュール支持基板１１８だけを接合している。
つまり、このＭＯ部では、１層の半田層１１７で、半導
体チップ１１１とＭｏ熱緩衝板１１３、それにＣｕ熱拡
散板１１４の３種類の部材による歪の影響を受けること
になるが、ＡＯ部では前記３相の部材の影響はほとんど
受けない。

【００５９】そして、この場合でも、熱疲労による半田
の亀裂進展は半田層の周辺から起こるため、モジュール
寿命向上のためには、最外周であるＡＯ部での歪の発生
を低減して半田層の寿命を向上させることが必要要件と
なる。

【００６０】図９は、各板材の厚さを前記した実施例と
同一にした場合での、Ｍｏ部、Ｃｕ部、ＡＯ部の各部分
における半田１１７の寿命と、亀裂長との関係を示した
もので、３種類のうち、チップ下での歪の発生が極小に
なるようにしたＭｏ部で半田層１１７の寿命が最長とな
り、Ｃｕ部、ＡＯ部の順に寿命が低下している。この結
果、上記した実施例の構造での亀裂進展は、図９中に太
線で示すように３種類の構造の中間を進展し、最終的に
Ｍｏ部での構造に収束する。

【００６１】そして、Ｍｏ部での構造(厚さ)は、モジュ
ールの寿命に一番敏感なチップ下半田層で最適化される
ようにしてあるので、この部分での構造を(厚さ)変えな
いようにしたとすると、半田層１１７の長寿命化には、
ＡＯ部での歪の発生を低減させ、亀裂の入り始めを遅ら
せるのが最も効果的であることが判る。

【００６２】図１０は、このように、ＡＯ部での応力を
低減させ、歪の発生が抑えられるようにした本発明の一
実施例で、図示のように、この実施例は、モジュール支
持基板１１８のＣｕ熱拡散板１１４が接合される部分を
含む中央部分に厚肉部を形成し、周辺部を薄くして薄肉
部としたものであり、さらに、この実施例では、厚肉部
の周端面に切り込み１１８ａを設けたものであり、従っ
て、この実施例によれば、半田層１１７での長寿命化が
得られることになり、さらにモジュールの寿命を長くす
ることができる。

【００６３】また、図９の特性から、図３に示した熱拡
散板１１４の周辺を薄くする加工により絶縁板下半田１
１７の亀裂進展がＣｕ部に達するまで絶縁板上半田１１
５に亀裂が起こらないようにしなければ、熱拡散板１１
４より上側の板材の影響が無くなる。つまり、Ｃｕ部で
も連続して接合されていないためＡＯ部の構造となり、
亀裂の進展を遅らせる効果がなくなる。

【００６４】しかして、こうなると、モジュールの寿命
は低下してしまうが、本発明によれば、図６に示したよ
うに、Ｃｕ部での寿命のバランスを取ることができるの
で、絶縁板１１６の下側の半田層１１７だけ、先に亀裂
が進展しまうことは無く、亀裂進展が遅らされることに
よる長寿命化が図れる。

【００６５】ところで、以上の実施例では、本発明を、
Ｓｉ半導体チップ１１１と、Ｍｏ応力緩衝板１１３、Ｃ
ｕ拡散板１１４、それにＣｕモジュール支持基板１１８
からなる、いわゆるＳｉ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃｕ
積層構成のモジュールに適用した場合について説明した
が、本発明は、これに限らず、応力バランスを取るため
に、さらにＣｕ基板を付加した、Ｓｉ−Ｍｏ−Ｃｕ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃−Ｃｕ−Ｃｕ積層構造としたモジュールの場合
や、Ｍｏ応力緩衝板を除いたＳｉ−Ｃｕ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃ
ｕ積層構造のモジュールなどに適用した場合でも、同様
にチップ直下と断面構造が変化した領域の板厚を変える
ことで、モジュールの長寿命化が達成できる。

【００６６】次に、本発明のさらに別の実施例について
説明する。まず、図１１は、応力緩衝板を熱拡散板の一
方の面に積層し接合した段階で、熱拡散板の他方の面の
形状が平面又は凸面の一方になるように加工し、これに
よりモジュールの長寿命化が得られるようにした実施例
に関するもので、この実施例によれば、熱拡散板の他方
の面の形状が平面又は凸面の一方になるように加工した
ことにより、以後の積層接合工程での熱変形が、接合部
の周辺部での残留応力が減少する方向に現われるように
でき、この結果、金属ろう材に掛る応力が少なくなり、
金属ろう材の周辺からの亀裂進展が抑えられので、モジ
ュールの長寿命化が図れるのである。

【００６７】この図１１は、応力緩衝板と熱拡散板を接
合する工程から、接合した部材をモジュールに組み込む
までの工程を、従来技術による場合と対照させて示した
もので、まず、同図(a)に示すように、応力緩衝板と熱
拡散板をセットした状態で、Ｃｕ材からなる熱拡散板１
１４の上に、比較的溶融点の低い硬ろう半田、例えば８
０％金−錫(８０Ａｕ−Ｓｎ)半田１２１と、Ｍｏ応力緩
衝板１１２とを配置し、加熱して半田１２１を溶融さ
せ、冷却して、同図(b)に示すように接合する。こうし
て、Ｍｏ応力緩衝板１１２が接合されたＣｕ熱拡散板１
１４を複合板１２２と記す。

【００６８】そうすると、この複合板Ｃｕ板１２２は、
同図(b)に示すように、Ｍｏ応力緩衝板１１３とＣｕ熱
拡散板１１４の線膨張係数差から、Ｃｕ熱拡散板１１４
の裏面(下面)が凹んだ状態に変形してしまう。そして、
このときの変形量ｄＸ₁は、板厚などによって定まる。

【００６９】次に、このようにして、予めＭｏ応力緩衝
板１１３が接合されたＣｕ熱拡散板１１４からなる複合
板１２２を、さらに絶縁板１１６を介してモジュール支
持基板１１８に積層し、モジュールに組み込むのであ
る。しかして、今度は、接合用として、応力緩衝板１１
３と熱拡散板１１４の接合に使用した接合材の溶融温度
より低い融点の接合材を使う必要があり、このため、上
記したように、例えば、半田層１１５として、４０Ｐｂ
−Ｓｎ半田を使用する。

【００７０】そうすると、このとき、図１１(e)に示す
ように、従来技術では、この変形したままの複合板１２
２を、そのまま絶縁板１１６を介してモジュール支持基
板１１８に接合するので、半田層１１５が溶融温度状態
のときに、複合材１２２の裏面形状は、一旦は僅かに変
形量が減少するが、依然として図示のように凹面状態の
ままであり、その後、凝固時に常温に戻るにつれて元の
変形量ｄＸ₁を有する凹面に戻る。

【００７１】この結果、従来技術では、接合後、半田層
１１５の中央部には引っ張り方向の応力が残り、且つ、
その周辺部分では厚さが減少してしまうので、接合後に
亀裂が入り易くなって、前述のように、モジュールの寿
命が短くなってしまうことになる。

【００７２】そこで、この本発明の実施例では、複合材
１２２の裏面の形状が、接合時には温度上昇により一
旦、凸面に変形されるが、その後、接合材が凝固して常
温に戻ったときには、その凸面の変形量が減少して平面
に戻る方向の変化が与えられるようにし、これにより、
接合材の残留応力が接合部の周辺部で減少する方向に現
われるようにし、この結果、半田など金属ろう材からな
る接合材に掛る応力が少なくなり、金属ろう材の周辺か
らの亀裂進展が抑えられ、モジュールの長寿命化が図れ
るようにしたものである。

【００７３】そして、その方法の一例として、この実施
例では、複合材１２２を作成後、フライス加工などの切
削加工により、図１１(c)の左側に示すように、裏面が
平面化された複合板１２３に成形するか、図１１(c)の
右側に示すように、平面板など、適当な面の上に複合板
１２２を配置してプレス加工するなどの塑性加工によ
り、裏面が平面化された複合板１２４に成形した後、同
図(d)に示すように、例えばアルミナ絶縁板１１６を介
して、Ｃｕモジュール支持基板１１８に、４０Ｐｂ−Ｓ
ｎ半田層１１５、１１７によりモジュール支持基板１１
８に、それぞれ接合するのである。

【００７４】この結果、これらの実施例の場合には、半
田溶融時の高温度状態のときに、複合板１２２の裏面形
状は、図示のように、一旦は変形量ｄＸ₂の凸面になる
が、その後、凝固時に低温を経て常温に戻るにつれ、元
の平面に戻る。従って、これらの実施例によれば、半田
層１１５、１１７に掛る応力が少なくなり、且つ、周辺
部で半田層１１５の厚みが減少する虞れがないので、半
田層の周辺からの亀裂進展が抑えられ、モジュールの長
寿命化が得られるのである。

【００７５】そして、これら実施例のうち、図１１(c)
の左側に示した切削加工による複合板１２３を用いた実
施例では、前記した熱拡散板の周辺の厚さを薄くする実
施例と同じ構造となるので、これによる半田層への亀裂
の入り始めを遅らせる効果もある。

【００７６】また、複合板１２３の熱拡散板１１４上に
部品を接合する場合は、接合温度にまで温度を上げたと
き、裏面側(下側)が表面側に比べ大きく膨張するため、
表面側は平面に近づく方向に反る。

【００７７】従って、複合板１２３を用いた実施例で
は、上記した熱拡散板１１４の反りにより、接合すべき
部品との形状の差を小さくすることができるので、部品
接合用の半田層内でのボイドの発生を低減することがで
きる。

【００７８】一方、図１１(c)の右側に示したプレス加
工による複合板１２４を用いた実施例では、熱拡散板１
１４の裏面全体の反りは容易に矯正できるが、個々のＭ
ｏ板に対応した局部的な凹凸の矯正は難しい。特に半導
体チップが複数個で、Ｍｏ板が複数個になった場合は難
しく、この凹凸は、半田層１１５による接合に際して、
半田溶融でのガスの溜り場となり、ボイドとして残って
しまう確率が高い。

【００７９】そこで、この対策として、プレス加工後、
さらに切削加工して裏面を局部的にも平面化しておく方
がよい。この場合には、機械的に切削することにより、
プレスによる部分的に加工硬化を起こした表面のＣｕ材
を除去して、硬度を均一化することができるので、半田
寿命のばらつきを低減することができる。

【００８０】複合板１２２は、８０Ａｕ−Ｓｎ半田１２
１の溶融温度まで加熱され、Ｍｏ応力緩衝板１１３と、
Ｃｕ熱拡散板１１４が独立に膨張した後、温度が半田１
２１の融点(２８０℃)以下になって、半田１２１が凝固
し、これらＭｏ応力緩衝板１１３とＣｕ熱拡散板１１４
が互いに拘束されたとき、膨張係数の大きなＣｕ熱拡散
板１１４側の収縮量が大きいことから、上記したよう
に、この熱拡散板１１４側が凹面となるように変形す
る。

【００８１】図１２は、半田接合時での複合板１２２の
裏面の変形量を測定した結果を示したもので、Ｍｏ応力
緩衝板１１２の厚さを１.３ｍｍ、Ｃｕ熱拡散板１１４
の板厚さを３.０ｍｍとしたとき、この図から明らかな
ように、室温では約０.４５ｍｍとなる。

【００８２】そして、その間での変形状態は、図示のよ
うに、直線的な変化となるので、複合板１２２を、その
ままの形状で温度を上げても、半田１２１の融点以上の
温度にならなければ、凹面の形状は変化しない。

【００８３】そこで、本発明の実施例においては、裏面
を平面化した場合、温度を上げれば複合板１２３、１２
４の裏面の形状は凸になり、従って、複合板１２３、１
２４をモジュールに組み込む場合、半田層１１５の融点
(１８３℃)では、裏面の形状は凸面のままで、冷却固化
の過程でその凸量が減少する方向に変化する。

【００８４】従って、半田層１１５の厚み方向に掛る応
力は圧縮方向となって残るため、半田による接合として
は理想的な状態となり、半田層に働く剪断応力を少なく
できるので、接合強度が向上し信頼性が高まる。

【００８５】一方、図１１の右側に示したように、複合
板１２２のままでモジュールを組立た場合には、半田層
１１５が溶融された状態でも、複合板１２２の裏面の形
状は凹のままで、その後、半田層１１５が冷却して固化
する過程では、その凹面の凹み量が増加する方向に変化
する。

【００８６】従って、このときには、半田層１１５に厚
み方向に掛る応力は引っ張り方向となり、半田層１１５
が凝固したとき接合強度が低下したり、半田層中に欠陥
が発生したりすることになり、半田層の剪断強度が低下
してしまう。

【００８７】なお、このとき、変形量が小さくできれ
ば、半田層に掛る引っ張り応力を低減させ、接合強度を
向上させることが可能になるが、この場合でも、裏面が
平面化された複合板１２３、１２４を用いた本発明の実
施例のように、圧縮応力が掛るようにした場合よりも高
い接合強度を得るのは、極めて難しい。

【００８８】ところで、上記本発明の実施例のように、
半田層に圧縮応力が残るようにした場合でも、変形量ｄ
Ｘ₂の値については、極力小さく抑えるようにするのが
望ましい。何故なら、この変形量ｄＸ₂が少なければ、
モジュールとして組み立てるとき、先に接合した半田層
１１２、１２１、さらにはＳｉ半導体チップに掛る応力
を低減できるからであり、この結果、半田接合部分での
寿命の向上、及びＳｉ半導体チップでの割れの発生を防
止できるからである。また、他の部品をセットするとき
での、組立ての容易性も向上する。

【００８９】この変形量を小さくする方法としては、熱
拡散板１１４として、Ｃｕ材の代りにヤング率の大きな
Ｃｕ合金を使用する方法や、熱拡散板１１４に溝加工
し、溝により変形を吸収する方法などが考えられる。こ
のうち、Ｃｕ合金を採用したときには、電気伝導度や熱
抵抗率を考慮して、１％Ｃｒ−Ｃｕ合金や１％Ｃｒ−
０.１％Ｚｒ−Ｃｕ合金、或いは０.２％Ａｇ−Ｃｕなど
の合金を使用すれば良い。

【００９０】また、溝加工を採用したときには、図１３
(a)、(b)に示すように、熱拡散板１１４の裏面側に複数
本の溝１１４ｄを形成する方法、或いは図１４(a)、(b)
に示すように、熱拡散板１１４の表面側のＭｏの配置さ
れていない場所に複数本の溝１１４ｅを形成する方法な
どがあり、何れの方法でも変形を充分に吸収することが
できる。なお、図１３で、(a)は側断面図、(b)は裏面
(下面)図であり、図１４の(a)は側断面図、(b)は表面
(上面)図である。

【００９１】そして、これらの溝１１４ｄ、１１４ｅの
形状や寸法、それに本数などは、接合されるＭｏ応力緩
衝板１１３の厚さ、数量、配置によって所定の状態に定
めれることができるが、図示のように、Ｍｏ応力緩衝板
１１３の全ての周辺に設ける必要は必ずしも無い。

【００９２】次に、本発明のさらに別の実施例について
説明する。この以下に説明する実施例は、接合加工時で
の半田などの金属ろう材の厚さを規定し、これにより半
田層の厚みのばらつきを抑え、この結果、半田層の厚さ
が減少してしまうことによる応力の増加を防止し、モジ
ュール寿命の安定化を図るようにしたもので、まず、図
１５の実施例は、熱拡散板１１４の裏面で半田層１１４
が接合される面に複数個の突起１１４ｆを残して加工
し、これにより、接合時、半田層１１５が溶融され固化
した後、半田層１１５の厚みの減少が抑えられ、その厚
さが所定値に規定されるようにしたものである。なお、
この図１５で、(a)は側断面図、(b)は裏面(下面)図であ
る。

【００９３】ここで、これらの突起１１４ｆは、上記し
たＣｕ部に位置するようにし、モジュール寿命に最も敏
感なＭｏ部での半田の厚さやＣｕ熱拡散板１１４の厚さ
は変化しないようにし、これにより、半田層の寿命のば
らつきだけが低減させるようにしている。

【００９４】そして、この実施例では、Ｃｕ熱拡散板１
１４の裏面の切削加工に際して、フライス加工を用い、
円形に切削しているので、この切削加工の途中で、切削
深さを変えて加工することにより突起１１４ｆを形成す
るようにしてあり、従って、工程数の低減も兼ねて、突
起１１４ｆの平面形状にはＲ(アール)が持たせてある
が、本発明の実施例としては、とにかく熱拡散板１１４
の裏面の角部に４個以上の突起が形成してあれば、それ
らの平面形状を問わず有効なことは、言うまでもない。
ただし、突起が存在する部分では半田層の厚みか薄くな
ってしまうので、それらの面積は極力少なくなるように
した方が有利である。

【００９５】次に、図１６は、同じく半田層１１５の厚
さを確保するために、モジュール支持基板１１８に突起
部１１８ｇを残して加工した場合の実施例で、図におい
て、(a)は側断面図、(b)は表面(上面)図である。この図
１６の実施例では、突起部１１８ｇの位置をＡＯ部に
し、Ｃｕ部、Ｍｏ部での半田層の厚さやＣｕ熱拡散板の
厚さには変化が生じないようにし、これにより、半田層
の寿命のばらつきだけが低減できるようにしている。

【００９６】また、この実施例の場合は、モジュール支
持基板１１８については、その表面裏面共に切削加工し
ている。従って、この実施例によれば、素材から、この
モジュール支持基板１１８の大きさに加工するまでに与
えられていた、圧延加工やプレス工程などによる残留歪
が除去され、この結果、モジュール支持基板１１８内の
物性を均一化することができるので、半田寿命のばらつ
きを更に低減することができる。

【００９７】ところで、以上の実施例では、応力緩衝板
としてはモリブデン材、絶縁板としてはアルミナ材を用
いた場合について説明したが、応力緩衝板として熱伝導
率がモリブデンよりも良好なタングステン(Ｗ)を、絶縁
板として熱膨張係数がシリコンにより近い窒化アルミニ
ウム(Ａl Ｎ)を用いても問題無く、モジュールの形状や
使用目的、用途などに応じてそれぞれの材質を選択し、
それらの厚さを最適化して使用することができる。

【００９８】

【発明の効果】本発明によれば、半導体モジュール内部
で、半田などの金属ろう材で連続して接合されている部
分での、断面構造が異なるそれぞれの領域で、モジュー
ル内部に使用する部材の板厚を変えるようにしたので、
これにより各部の半田層に掛る応力を極小化することが
できる。また、本発明によれば、応力緩衝板と熱拡散板
を接合した複合板の裏面を平面加工したので、複合板接
合時に接合材に圧縮応力が掛るようすることができる。
さらに本発明によれば、熱拡散板の裏面又はモジュール
支持基板の半田接合面に突起を付けたので、半田層の膜
厚を確保することができ、モジュールを長寿命化するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパワー半導体モジュールの一実施
例を示す平面図である。

【図２】図１に示した実施例の断面図である。

【図３】本発明の一実施例の一部を拡大して示した断面
図である。

【図４】半田層の寿命とモジュール支持基板の厚さとの
関係を示す特性図である。

【図５】半田層の寿命と熱拡散板の厚さとの関係を示す
特性図である。

【図６】本発明の他の一実施例の一部を拡大して示した
断面図である。

【図７】本発明の更に別の一実施例の一部を拡大して示
した断面図である。

【図８】本発明の一実施例における複合板の形状を説明
するための断面図である。

【図９】半田層での亀裂の長さと寿命の関係を示す特性
図である。

【図１０】本発明の他の一実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の更に別の一実施例の説明図である。

【図１２】複合板の温度変化による変形量を示す特性図
である。

【図１３】本発明の一実施例における複合板の裏面に対
する溝付け加工の説明図である。

【図１４】本発明の一実施例における複合板の表面に対
する溝付け加工の説明図である。

【図１５】本発明の一実施例における複合板に対する突
起加工の説明図である。

【図１６】本発明の一実施例におけるモジュール支持基
板に対する突起加工の説明図である。

【符号の説明】

１１１Ｓｉ半導体チップ１１１ａＩＧＢＴチップ１１１ｂダイオードチップ１１２錫べ−スでアンチモン入りの半田１１３Ｍｏ応力緩衝板１１４コレクタ電極兼用Ｃｕ熱拡散板１１５、１１７鉛と錫で構成された半田層１１６絶縁板１１８Ｃｕモジュール支持基板１２１金と錫で構成された半田層１２２応力緩衝板と熱拡散板を接合した複合板１２３裏面を切削した複合板１２４プレス加工した複合板１３１、１３３錫べ−スでアンチモン入りの半田層１３２端子用絶縁板１３４ワイヤ１３５エミッタ電極端子１３６ゲート電極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関根茂樹茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者国分秀弥茨城県日立市弁天町三丁目10番２号日立原町電子工業株式会社内 (72)発明者小池信也茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップを、絶縁性の板材を含む複
数枚の順次大きさの異なる導電性板材を介して金属ろう
材で導電性支持基板に接合することにより、上記半導体
チップと上記導電性支持基板との間での絶縁が保たれる
ようにした内部絶縁型のパワー半導体モジュールにおい
て、上記導電性板材と導電性支持基板の内の少なくとも
１枚が、その小さい方の板材との接合部部分の周辺部の
少なくとも一部に、その中央部よりも板厚寸法が減少し
ている部分を有するように成形加工されていることを特
徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】請求項１の発明において、上記成形加工
が、座ぐり加工、溝付加工、それに切り込み加工の一種
であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】請求項１の発明において、上記成形加工
が、曲面による斜め切削加工又は平面による斜め切削加
工の一方であることを特徴とするパワー半導体モジュー
ル。
【請求項４】１個以上のシリコン半導体チップを、こ
のシリコン半導体チップのそれぞれに対応した大きさを
有する１枚以上のモリブデン材又はタングステン材の一
方からなる応力緩衝板と、銅材又は銅合金材の一方から
なる熱拡散板と、アルミナ又は窒化アルミニウムの一方
からなる絶縁板とを介して、銅材又は銅合金材の一方か
らなるモジュール支持基板に順次積層し接合した内部絶
縁型のパワー半導体モジュールにおいて、上記熱拡散板
が、その中央部に対して周辺部で板厚寸法が減少した形
状に作られていることを特徴とするパワー半導体モジュ
ール。
【請求項５】請求項４の発明において、上記板厚寸法
が減少した形状が、曲面による斜め切削加工又は平面に
よる斜め切削加工の一方で与えられていることを特徴と
するパワー半導体モジュール。
【請求項６】１個以上のシリコン半導体チップを、こ
のシリコン半導体チップのそれぞれに対応した大きさを
有する１枚以上のモリブデン材又はタングステン材の一
方からなる応力緩衝板と、銅材又は銅合金材の一方から
なる熱拡散板と、アルミナ又は窒化アルミニウムの一方
からなる絶縁板とを介して、銅材又は銅合金材の一方か
らなるモジュール支持基板に順次積層し接合した内部絶
縁型のパワー半導体モジュールにおいて、上記応力緩衝
板を上記熱拡散板の一方の面に積層し接合した段階で、
該熱拡散板の他方の面の形状が平面又は凸面の一方にな
るように加工されていることを特徴とするパワー半導体
モジュール。
【請求項７】請求項６の発明において、上記熱拡散板
の加工が切削加工又は塑性加工の一方であることを特徴
とするパワー半導体モジュール。
【請求項８】１個以上のシリコン半導体チップを、こ
のシリコン半導体チップのそれぞれに対応した大きさを
有する１枚以上のモリブデン材又はタングステン材の一
方からなる応力緩衝板と、銅材又は銅合金材の一方から
なる熱拡散板と、アルミナ又は窒化アルミニウムの一方
からなる絶縁板とを介して、銅材又は銅合金材の一方か
らなるモジュール支持基板に順次積層し接合した内部絶
縁型のパワー半導体モジュールにおいて、上記熱拡散板
の上記応力緩衝板が積層接合される部分の周辺部に、板
厚寸法が減少している部分が形成されていることを特徴
とするパワー半導体モジュール。
【請求項９】請求項８の発明において、上記熱拡散板
に形成されている板厚寸法が減少している部分が、斜め
切削加工、溝切り加工、ざぐり加工の少なくとも一種の
加工方法により形成されていることを特徴とするパワー
半導体モジュール。
【請求項１０】１個以上のシリコン半導体チップを、
このシリコン半導体チップのそれぞれに対応した大きさ
を有する１枚以上のモリブデン材又はタングステン材の
一方からなる応力緩衝板と、銅材又は銅合金材の一方か
らなる熱拡散板と、アルミナ又は窒化アルミニウムの一
方からなる絶縁板とを介して、銅材又は銅合金材の一方
からなるモジュール支持基板に順次積層し接合した内部
絶縁型のパワー半導体モジュールにおいて、上記熱拡散
板の上記絶縁板との接合面又は上記モジュール支持基板
の上記絶縁板との接合面の少なくとも一方の面に、所定
の高さ寸法を有する複数の突起が設けられていることを
特徴とするパワー半導体モジュール。