パワー半導体モジュール
【課題】基板の厚み変更に容易に対応できるパワー半導体モジュールを提供する。
【解決手段】パワー半導体モジュール１のケース２の底面２Ｂ側に設けた凹部３の周縁に沿って、複数の基板取り付け面４Ａ，４Ｂを階段状に形成する。仕様変更や設計変更により基板の厚みを変える場合には、変更後の厚みに対応する基板取り付け面に取り付けられるように、その基板取り付け面に応じたサイズで基板５Ａ，５Ｂを作成する。また、各基板取り付け面の取り付け位置は、底面からの深さが内側ほど深くなるように形成する。これにより、基板取り付け面４Ａ（４Ｂ）に取り付けた基板５Ａ（５Ｂ）の非実装面と、ケースの底面２Ｂと、を同じ高さにすることができ、ヒートシンクにセラミックス基板を密着させて、効率良く放熱することができる。
【解決手段】パワー半導体モジュール１のケース２の底面２Ｂ側に設けた凹部３の周縁に沿って、複数の基板取り付け面４Ａ，４Ｂを階段状に形成する。仕様変更や設計変更により基板の厚みを変える場合には、変更後の厚みに対応する基板取り付け面に取り付けられるように、その基板取り付け面に応じたサイズで基板５Ａ，５Ｂを作成する。また、各基板取り付け面の取り付け位置は、底面からの深さが内側ほど深くなるように形成する。これにより、基板取り付け面４Ａ（４Ｂ）に取り付けた基板５Ａ（５Ｂ）の非実装面と、ケースの底面２Ｂと、を同じ高さにすることができ、ヒートシンクにセラミックス基板を密着させて、効率良く放熱することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー半導体モジュールに関し、特に基板を取り付ける構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールは、内蔵する半導体素子の動作時の自己発熱量が大きい。従来のパワー半導体モジュールは、放熱性を良くするために、半導体素子を実装した基板に放熱部材（ベース）が取り付けられており、放熱部材をヒートシンクや冷却フィンに取り付けて使用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
近時、軽量化やコストダウン等の目的で、放熱部材（ベース）を設けていないパワー半導体モジュールが開発されている。
【０００４】
図１（Ａ）は、パワー半導体モジュールを底面側から見た分解図である。図１（Ｂ）は、パワー半導体モジュールの底面側から見た外観図である。図１（Ｃ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの上面側から見た外観図である。図１（Ｄ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【０００５】
図１（Ａ）に示すように、パワー半導体モジュール１０１のケース１０２には、底面１０２Ｂに凹部１０３が設けられている。凹部１０３には、周縁に沿って、基板取り付け面１０４が形成されている。セラミックス基板１０５は、電子部品の非実装面である銅板１０７を底面側（外側）にして、凹部１０３に取り付けられる。図１（Ｂ）に示すように、パワー半導体モジュール１０１は、セラミックス基板１０５の非実装面（銅板１０７）とケース１０２の底面１０２Ｂに対して、従来のようにベースが取り付けられていない。
【０００６】
パワー半導体モジュール１０１には、セラミックス基板１０５の一例としてＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板を示している。ＤＢＣ基板は、銅とセラミックスが直接接合された基板であり、図１（Ｄ）に示すように、セラミックス製の絶縁板１０６の裏面に銅板１０７が接合され、絶縁板１０６の表面に銅製の導体配線１０８が接合されている。導体配線１０８の端部は、縁面放電を防止のために、絶縁板１０６の端部よりも内側に位置する。
【０００７】
なお、本例では、銅板１０７を絶縁板１０６よりも小さくして、銅板１０７の端部を絶縁板１０６の端部よりも内側に配置しているが、銅板１０７と絶縁板１０６とを同じ大きさにして端部を揃えるようにしても良い。
【０００８】
セラミックス基板１０５は、電子部品の実装面である導体配線１０８上に、半導体素子等の電子部品１０９が複数実装されている。セラミックス基板１０５は、シリコンゴム等の接着剤１１０でケース１０２に接着されている。ケース１０２の底面１０２Ｂとセラミックス基板１０５の非実装面（銅板１０７の表面）は、同じ高さ（面一）になっている。
【０００９】
図１（Ｃ）に示すように、パワー半導体モジュール１０１は、ケース１０２の凹部１０３に充填材が充填されており、上面には複数の端子１０２Ｔが設けられている。パワー半導体モジュール１０１は、ケース１０２の各コーナーに設けられている孔１０２Ｅ〜孔１０２Ｈに挿入したネジ１２１〜１２４で、高放熱性を有するヒートシンク１２０に固定して使用される。図示していないが、複数の端子１０２Ｔにケーブルを接続して、このケーブルを介して他の回路または装置に接続する。図１（Ｂ）に示すように、セラミックス基板（ＤＢＣ基板）１０５の銅板１０７全体がヒートシンク１２０に密着するので、動作時に効率良く放熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１４２３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図２（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図２（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【００１２】
設計変更や仕様変更により、絶縁板１０６や銅板１０７の厚みを変更することで、セラミックス基板１０５の厚みを変更することがある。例えば、放熱性を改善するために基板を薄くしたり、強度を得るために基板を厚くしたりする。
【００１３】
図２（Ａ）に示すパワー半導体モジュール１０１Ａは、図１（Ｄ）に示したセラミックス基板１０５を薄いセラミックス基板１０５Ａに変更したものである。パワー半導体モジュール１０１Ａをヒートシンク１２０に取り付けると、セラミックス基板１０５Ａの非実装面（銅板１０７Ａの表面）とヒートシンク１２０の表面との間に隙間１１１ができ、両者を密着させることができない。そのため、パワー半導体モジュールの動作時の放熱効率が低下するという問題があった。
【００１４】
図２（Ｂ）に示すパワー半導体モジュール１０１Ｂは、図１（Ｄ）に示したセラミックス基板１０５を厚いセラミックス基板に変更したものである。パワー半導体モジュール１０１Ｂは、ケース１０２の底面１０２Ｂよりもセラミックス基板１０５Ｂの方が高くなり、ケース１０２からセラミックス基板１０５Ｂがはみ出る。そのため、底面１０２Ｂがヒートシンク１２０に接触するように固定してしまうと、セラミックス基板１０５Ｂやケース１０２に負荷が加わり、セラミックス基板１０５Ｂやケース１０２のネジで締め付ける部分が割れてしまったり、ネジの締め付け不良が発生したりするという問題があった。
【００１５】
また、セラミックス基板１０５の厚みを変更した場合、ケース１０２とセラミックス基板１０５が同じ高さになるように、ケース１０２を改造することが考えられる。しかし、ケース１０２は、ＰＰＳやＰＢＴ等の樹脂成型品であり、ケース１０２の金型の改造が必要であり、費用や手間の面から改造を容易に行うことができないという問題があった。
【００１６】
そこで、この発明は、基板の厚み変更に容易に対応できるパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明のパワー半導体モジュールは、筐体と基板を備えている。筐体は、底面に凹部が設けられている。基板は、電子部品が実装される実装面と電子部品が実装されない非実装面とを備え、前記非実装面を前記底面側に向けて、前記凹部に取り付けられている。凹部は、その周縁に沿って階段状に形成された複数の基板取り付け面を備えている。また、基板は、複数の基板取り付け面のいずれかに取り付けたときに、非実装面と筐体の底面とが同じ高さになるように、基板取り付け面に応じたサイズ（厚み、長さ、及び幅）で作成されている。
【００１８】
この構成により、パワー半導体モジュールの仕様変更や設計変更等により基板の厚みの変更が必要な場合、基板の大きさ（長さと幅）を基板取り付け面の大きさに変更するだけで、非実装面と筐体の底面とが常に同じ高さになる。したがって、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けると、基板の非実装面がヒートシンクに密着するので、使用時に効率良く放熱を行うことができる。また、基板の変更時にケースの改造は不要であり、ケースの金型の改造費が発生せず、コストを抑制できる。
【００１９】
上記の発明では、基板は、Ｎ種類（Ｎは２以上の整数）の厚みのいずれかで作成されている。また、凹部は、その周縁に沿って、Ｎ種類の厚みの基板に対応する深さのＮ個の基板取り付け面が形成されている。この構成により、設計変更や仕様変更により基板の厚みを変更する場合、Ｎ種類の厚みのいずれの基板でも、基板取り付け面に取り付けて、基板の非実装面と筐体の底面とを同じ高さにすることができる。これにより、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けると、基板の非実装面がヒートシンクに密着するので、使用時に効率良く放熱を行うことができる。
【００２０】
さらに上記の発明では、基板と基板取り付け面の間に、厚み調整材が取り付けられている。この構成においては、基板取り付け面に基板を取り付けたときに、非実装面と筐体の底面とが同じ高さにならない場合には、厚み調整材を取り付けることで、非実装面と筐体の底面を同じ高さにすることができる。したがって、１つの基板取り付け面に、異なる厚みの基板のいずれかを取り付けることができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、基板の厚みを変更する場合、対応する基板取り付け面に取り付けられるように、同時に基板の長さと幅を変更するだけで、ケースに取り付けた基板の非実装面とケースの底面を同じ高さにすることができる。よって、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けると、基板の非実装面がヒートシンクに密着するので、使用時に効率良く放熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（Ａ）は、パワー半導体モジュールを底面側から見た分解図である。図１（Ｂ）は、パワー半導体モジュールの底面側から見た外観図である。図１（Ｃ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの上面側から見た外観図である。図１（Ｄ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【図２】図２（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図２（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【図３】図３（Ａ）は、パワー半導体モジュールのケースの外観図である。図３（Ｂ）は、ケースの正面透過図である。図３（Ｃ）は、基板の断面図である。図３（Ｄ）は、サイズが異なる基板の断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図４（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【図５】図５（Ａ）は、ケースの正面透過図である。図５（Ｂ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図５（Ｃ）は、セラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【図７】図７（Ａ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図３（Ａ）は、パワー半導体モジュールのケースの外観図である。図３（Ｂ）は、ケースの正面透過図である。図３（Ｃ）は、基板の断面図である。図３（Ｄ）は、サイズが異なる基板の断面図である。図４（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図４（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。第１実施形態及び第２実施形態では、セラミックス基板の絶縁板の厚みを変更する例を述べるが、銅板の厚みを変えることにより、セラミックス基板の厚みを変更することもできる。また、以下の説明では、基板のサイズとは、基板の長さ、幅、及び厚さのことであり、基板の大きさとは、基板の長さと幅のことである。
【００２４】
本発明では、パワー半導体モジュールのケースの底面側に設けた凹部の周縁に沿って、複数の基板取り付け面を階段状に形成している。複数の基板取り付け面は、仕様変更や設計変更により基板の厚みを変えた場合に備えて、変更可能な複数の基板の厚みに応じた深さに形成する。各基板取り付け面は、底面からの深さが内側（中心側）ほど深くなるように形成する。これにより、基板の厚みを変更する場合には、ケースの改造は不要であり、基板をその厚みに対応する基板取り付け面の大きさで形成するだけで良い。
【００２５】
なお、本発明のパワー半導体モジュールは、従来のパワー半導体モジュール１０１と同じ部材で作成されているものとし、同様の構成については説明を省略する。
【００２６】
図３（Ａ），図３（Ｂ）に示すように、パワー半導体モジュールのケース（筐体）２には、一例として、２種類の厚みのセラミックス基板を取り付けることを想定して、２つの基板取り付け面４Ａと基板取り付け面４Ｂを設けた例を示している。基板取り付け面４Ａは、凹部３の周縁に沿って形成された枠状の平面であり、外形寸法が長さＬ１、幅Ｗ１で、内形寸法が長さＬ２、幅Ｗ２で、底面２Ｂから深さＤ１の位置に形成されている。基板取り付け面４Ｂも同様の形状であり、外形寸法が長さＬ２、幅Ｗ２で、内形寸法が長さＬ３、幅Ｗ３で、底面２Ｂから深さＤ２の位置に形成されている。このとき、各基板取り付け面は、底面２Ｂからの深さがケース２の内側ほど深くなるように形成する。なお、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３、Ｄ１＜Ｄ２である。
【００２７】
基板取り付け面４Ａは、セラミックス基板５Ａ（絶縁板６Ａと銅板７Ａの厚みの合計がＤ１’）に、接着剤１０Ａを塗布して取り付けることを考慮して、ケース２の底面２Ｂからの深さをＤ１（＝Ｄ１’＋接着剤の厚み）にしている（図３（Ｃ）参照）。
【００２８】
同様に、基板取り付け面４Ｂは、セラミックス基板５Ｂを取り付けるので、ケース２の底面２Ｂからの深さをＤ２（＝Ｄ２’＋接着剤の厚み）にしている（図３（Ｄ）参照）。
【００２９】
セラミックス基板（ＤＢＣ基板）５Ａは、基板取り付け面４Ａに応じた大きさ、つまり基板取り付け面４Ａに取り付け可能な大きさで作成されている。絶縁板６Ａは、長さがＬ１〜Ｌ２の間、幅Ｗ１〜Ｗ２の間である。また、ケース２にセラミックス基板５Ａを取り付けた際に導体配線８Ａが、ケース２に接触せずに空間絶縁距離が確保できるように、導体配線８Ａは、長さＬ２未満、幅Ｗ２未満である。
【００３０】
一方、セラミックス基板（ＤＢＣ基板）５Ｂは、基板取り付け面４Ｂに応じた大きさ、つまり基板取り付け面４Ｂに取り付け可能な大きさで作成されている。絶縁板６Ｂは、長さＬ２〜Ｌ３の間、幅Ｗ２〜Ｗ３の間である。また、ケース２にセラミックス基板５Ｂを取り付けた際に導体配線８Ｂが、ケース２に接触せずに空間絶縁距離が確保できるように、導体配線８Ｂは、長さＬ３未満、幅Ｗ３未満である。
【００３１】
なお、接着剤の塗布面が広い方がセラミックス基板５Ａやセラミックス基板５Ｂをケース２により強固に接着できるので、絶縁板６Ａや絶縁板６Ｂの大きさを上記の範囲内でより大きくしておくのが好ましい。
【００３２】
ケース２の基板取り付け面４Ａに接着剤１０Ａでセラミックス基板５Ａを取り付けると、図４（Ａ）に示すパワー半導体モジュール１Ａのように、ケース２の底面２Ｂとセラミックス基板５Ａの銅板７Ａの表面（電子部品の非実装面）とが同じ高さになる。すなわち、セラミックス基板５Ａの非実装面が、ケース２の底面２Ｂの一部を構成する。そのため、パワー半導体モジュール１Ａをヒートシンク２０にネジ１２１〜１２４で取り付けると、セラミックス基板５Ａの銅板７Ａ全体がヒートシンク２０に密着する。
【００３３】
同様に、図４（Ｂ）に示すパワー半導体モジュール１Ｂのように、ケース２の底面２Ｂとセラミックス基板５Ｂの銅板７Ｂの表面（非実装面）とが同じ高さになり、セラミックス基板５Ｂの銅板７Ｂ全体がヒートシンク２０に密着する。
【００３４】
したがって、パワー半導体モジュールの基板を、厚みが異なるセラミックス基板５Ａからセラミックス基板５Ｂ、またはその逆に変更しても、パワー半導体モジュール１Ａ，１Ｂの動作時には、効率良く放熱を行うことができる。
【００３５】
また、セラミックス基板５Ｂをケース２に接着する際に、余分な接着剤１０Ｂがセラミックス基板５Ｂとケース５の間からはみ出して流れ出したとしても、セラミックス基板５Ｂの周囲にできた溝（空間）３Ｍで接着剤１０Ｂを吸収できる。すなわち、流れ出した接着剤１０Ｂは、溝３Ｍに流れ込むので、ケース２の底面２Ｂやセラミックス基板５Ｂの銅板７Ｂの表面に接着剤１０Ｂが付着する（はみ出す）のを防止できる。また、ケースにセラミックス基板を取り付けた後に、ケース内に充填材を封入する際にわずかに生じた隙間から充填材が流れ出した場合にも、溝３Ｍで充填材を吸収できる。したがって、セラミックス基板の非実装面に充填材や接着剤が付着するのを防止でき、平面性を保てるので、非実装面をヒートシンクに密着させることができる。
【００３６】
このように、本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールは、基板の厚みを変更する場合、基板の大きさを変更するだけで、基板取り付け面に取り付けた基板の非実装面と、ケースの底面と、を同じ高さにすることができ、ヒートシンクにセラミックス基板を密着させて、効率良く放熱することができる。そのため、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けても、セラミックス基板に負荷がかかることが無く、セラミックス基板やケースが割れることが無い。また、基板の厚みを変更する場合、基板の大きさを変更するだけで、ケースの金型を改造しなくても良く、仕様変更に伴う基板の変更が容易でコストも抑制できる。
【００３７】
この実施形態は、パワー半導体モジュールに使用する基板の厚みの差が比較的大きい場合や、基板を変更する頻度が高い場合等に、特に適用できる。
【００３８】
［第２実施形態］
図５（Ａ）は、ケースの正面透過図である。図５（Ｂ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図５（Ｃ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【００３９】
パワー半導体モジュールに使用するセラミックス基板の厚みがＮ種類（Ｎは２以上の整数）あり、これらのいずれかに変更する可能性がある場合には、ケースの凹部の周縁に、予めＮ種類の厚みの基板のそれぞれに対応する深さで、Ｎ個の基板取り付け面を階段状に形成すると良い。
【００４０】
例えば、４種類の厚みのいずれかのセラミックス基板をパワー半導体モジュールに使用する場合には、図５（Ａ）に示すように、セラミックス基板の厚みに応じた深さになるように、４つの基板取り付け面１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄを階段状に形成する。このとき、各基板取り付け面は、底面１２Ｂからの深さがケース１２の内側ほど深くなるように形成する。
【００４１】
基板取り付け面１４Ａは、凹部１３の周縁に沿って形成された枠状の平面であり、外形寸法が長さＬ１１、幅Ｗ１１で、内形寸法が長さＬ１２、幅Ｗ１２で、底面１２Ｂから深さＤ１１の位置に形成されている。同様に、基板取り付け面１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、（外形長さ，外形幅，内形長さ，内形幅，深さ）が（Ｌ１２，Ｗ１２，Ｌ１３，Ｗ１３，Ｄ１２）、（Ｌ１３，Ｗ１３，Ｌ１４，Ｗ１４，Ｄ１３）、（Ｌ１４，Ｗ１４，Ｌ１５，Ｗ１５，Ｄ１４）である。なお、Ｌ１１＞Ｌ１２＞Ｌ１３＞Ｌ１４＞Ｌ１５、Ｗ１１＞Ｗ１２＞Ｗ１３＞Ｗ１４＞Ｗ１５、Ｄ１１＜Ｄ１２＜Ｄ１３＜Ｄ１４＜Ｄ１５である。
【００４２】
なお、一例として、各セラミックス基板１５Ａ〜１５Ｄの絶縁板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの厚みをそれぞれ、０．２５ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．３２ｍｍ、０．６４ｍｍとする。また、各セラミックス基板１５Ａ〜１５Ｄの銅板１７Ａ〜１７Ｄ及び導体配線１８Ａ〜１８Ｄの厚みは同じものとし、例えば０．２０ｍｍとする。
【００４３】
基板取り付け面１４Ａには、セラミックス基板１５Ａ（絶縁板１６Ａと銅板１７Ａの厚みの合計がＤ１１’）に、接着剤２０Ａを塗布して取り付けることを考慮して、ケース１２の底面１２Ｂからの深さをＤ１１（＝Ｄ１１’＋接着剤の厚み）にしている（図５（Ｂ）参照）。他の基板取り付け面１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄも同様である（図５（Ｂ）参照）。
【００４４】
セラミックス基板（ＤＢＣ基板）１５Ａは、基板取り付け面１４Ａに応じた大きさで作成されている。すなわち、絶縁板６Ａの大きさを、長さをＬ１１〜Ｌ１２の間、幅をＷ１１〜Ｗ１２の間にする（図５（Ｃ）参照）。同様に、セラミックス基板１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの（長さ，幅）を（Ｌ１２〜Ｌ１３、Ｗ１２〜Ｗ１３）、（Ｌ１３〜Ｌ１４、Ｗ１３〜Ｗ１４）、（Ｌ１４〜Ｌ１５、Ｗ１４〜Ｗ１５）にする（図６参照）。
【００４５】
なお、各セラミックス基板の導体配線は、ケース１２にセラミックス基板を取り付けた際に、ケース２に接触せずに空間絶縁距離を確保できる大きさに調整しておく。
【００４６】
ケース１２の基板取り付け面１４Ａに接着剤１０Ａでセラミックス基板１５Ａを取り付けると、図５（Ｃ）に示すように、ケース１２の底面１２Ｂとセラミックス基板１５Ａの銅板１７Ａの表面（非実装面）とが同じ高さになる。そのため、パワー半導体モジュール１１Ａをヒートシンク（不図示）にネジ（不図示）で取り付けると、セラミックス基板の非実装面全体をヒートシンクに密着させることができる。
【００４７】
セラミックス基板１５Ｂ〜１５Ｄをケース１２に取り付けた場合についても同様の構成となる。
【００４８】
したがって、予め複数の基板取り付け面をケースに設けておくことで、厚みの異なるセラミックス基板に変更する場合には、基板の大きさを変更するだけで、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とが同じ高さになり、セラミックス基板の非実装面全体をヒートシンクに密着させることができる。これにより、パワー半導体モジュールの動作時に、効率良く放熱を行うことができる。
【００４９】
［第３実施形態］
図７（Ａ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【００５０】
この実施形態では、セラミックス基板の厚みを変更する可能性がある場合には、複数の基板取り付け面を設けておき、さらに、セラミックス基板と基板取り付け面との間に厚み調整材を取り付ける。これにより、変更する可能性のあるすべてのセラミックス基板と同数の複数の基板取り付け面を予め設けることなく、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とを同じ高さにすることができる。
【００５１】
以下の説明では、４種類の基板のいずれかを選択可能である。
【００５２】
図７（Ａ）に示すように、初期の設計では、パワー半導体モジュール２１には、絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１３’のセラミックス基板２５が接着剤３０によりケース２２の基板取り付け面２４Ａに取り付けられている。基板取り付け面２４Ａは、ケース２２の底面２２Ｂからの深さＤ１３（＝Ｄ１３’＋接着剤の厚み）の位置に形成している。
【００５３】
図７（Ｂ）に示すように、さらに厚い基板への変更に備えて、すなわち、絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１５’（＞Ｄ１３’）のセラミックス基板２５Ａへの変更に備えて、ケース２２の底面２２Ｂからの深さＤ１５（＝Ｄ１５’＋接着剤の厚み）の位置に、予め基板取り付け面２４Ｂを形成しておく。これにより、図７（Ｃ）に示すように、セラミックス基板２５Ａへ変更しても、ケース２２の底面２２Ｂとセラミックス基板２５Ａの被実装面（銅板２７の表面）とを同じ高さにすることができる。
【００５４】
一方、絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１６’（＜Ｄ１５’，＞Ｄ１３）のセラミックス基板２５Ｂ、または絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１７’（＜Ｄ１６’，＞Ｄ１３’）のセラミックス基板２５Ｃに変更する場合には、基板取り付け面２４Ｂを用いる。このとき、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）に示すように、ケース２２とセラミックス基板（絶縁板）２５Ｂ（２５Ｃ）との間に、厚み調整材３１Ｂまたは厚み調整材３１Ｃを取り付けて、これらいずれかの厚み調整材を介してケース２２にセラミックス基板を取り付ける。厚み調整材３１Ｂは厚さＤ２１（＝Ｄ１５−Ｄ１６’）、厚み調整材３１Ｃは厚さＤ２２（＝Ｄ１５−Ｄ１７’）である。
【００５５】
なお、一例として、セラミックス基板２５の絶縁板２６の厚みを０．３２ｍｍ、銅板２７の厚みを０．２０ｍｍとする。また、各セラミックス基板２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの絶縁板２６Ａの厚みを０．６４ｍｍとし、銅板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃの厚みをそれぞれ、０．３０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０ｍｍとする。
【００５６】
厚み調整材は、例えば、プラスチック板等の硬質の部材を用いても、ゲル状の板材等、軟質の部材を用いても良い。厚み調整材は、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とが同じ高さになるように、予め厚みを調整しておく。
【００５７】
また、セラミックス基板をケースに取り付ける接着剤として、粘度が高いものを使用すすれば、この接着剤を厚み調整材として使用することも可能である。
【００５８】
また、厚み調整材３１Ｂ（３１Ｃ）として接着剤を用いた場合、セラミックス基板２５Ｂ（２５Ｃ）とケース２２の間からはみ出して流れ出ても、セラミックス基板２５Ｂ（２５Ｃ）の周囲にはケース２２と銅板２７Ｂ（２７Ｃ）により溝２３Ｍが形成されており、この溝２３Ｍで、流れ出した厚み調整材（接着剤）３１Ｂ（３１Ｃ）を吸収できる。すなわち、流れ出た厚み調整材（接着剤）３１Ｂ（３１Ｃ）は、溝２３Ｍに流れ込むので、厚み調整材（接着剤）３１Ｂ（３１Ｃ）がセラミックス基板２５Ｂ（２５Ｃ）の銅板２７Ｂ（２７Ｃ）の表面やケースの底面２２Ｂに付着するのを防止でき、非実装面を平面に保つことができる。図７（Ｃ）に示すように、厚みが厚く長さ（幅）の小さなセラミックス基板ほど、この溝を大きくとれるので、厚み調整材（接着剤）の影響を考慮しなくても良く、比較的厚みの差が小さなセラミックス基板への変更に容易に対応することができる。このように、複数の基板取り付け面２４Ａ，２４Ｂと厚み調整材とを組み合わせて用いることで、より多種類の厚みのセラミックス基板に容易に変更でき、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とを、確実に同じ高さにすることができる。
【００５９】
以上のように、複数の基板取り付け面を形成し、さらに厚み調整材も用いることで、ある厚みのセラミックス基板用に形成された基板取り付け面に、異なる厚みのセラミックス基板を取り付けても、ケースの底面とセラミックス基板の銅板の表面（非実装面）とを同じ高さにすることができる。これにより、より多くの種類の厚みのセラミックス基板に対応でき、ケースの金型の加工を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
【００６０】
なお、厚み調整材は、第２実施形態において説明した構成にも使用できる。例えば、基板の厚みを変更するだけで、長さ（Ｌ）や幅（Ｗ）を変更したくない場合等に有効である。
【００６１】
なお、以上の説明では、セラミックス基板の絶縁板の厚みを変更する例について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、セラミックス基板の銅板の厚みを変更することも当然可能である。
【００６２】
また、厚みを変更する基板は、セラミックス基板に限るものではなく、パワー半導体モジュールに使用される他の種類の基板であっても良い。例えば、鉄、銅、アルミニウム等を用いた金属基板であっても良い。
【００６３】
なお、パワー半導体モジュールのケースとして、底面に設けた凹部が貫通孔である例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、基板が取り付けられる凹部が形成されているのであれば、ケースの上面が塞がっていても当然良い。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ…パワー半導体モジュール
２，１２，２２，１０２…ケース
２Ｂ，１２Ｂ，２２Ｂ，１０２Ｂ…底面
３，１３…凹部
４Ａ，４Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，２４Ａ，２４Ｂ…基板取り付け面
５Ａ，５Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ…セラミックス基板
６Ａ，６Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１０６…絶縁板
７Ａ，７Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，１０７，１０７Ａ…銅板
８Ａ，８Ｂ，１０８…導体配線
１０Ａ，２０Ａ，３０，１１０…接着剤
２０，１２０…ヒートシンク
３１Ｂ，３１Ｃ…厚み調整材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー半導体モジュールに関し、特に基板を取り付ける構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュールは、内蔵する半導体素子の動作時の自己発熱量が大きい。従来のパワー半導体モジュールは、放熱性を良くするために、半導体素子を実装した基板に放熱部材（ベース）が取り付けられており、放熱部材をヒートシンクや冷却フィンに取り付けて使用されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
近時、軽量化やコストダウン等の目的で、放熱部材（ベース）を設けていないパワー半導体モジュールが開発されている。
【０００４】
図１（Ａ）は、パワー半導体モジュールを底面側から見た分解図である。図１（Ｂ）は、パワー半導体モジュールの底面側から見た外観図である。図１（Ｃ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの上面側から見た外観図である。図１（Ｄ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【０００５】
図１（Ａ）に示すように、パワー半導体モジュール１０１のケース１０２には、底面１０２Ｂに凹部１０３が設けられている。凹部１０３には、周縁に沿って、基板取り付け面１０４が形成されている。セラミックス基板１０５は、電子部品の非実装面である銅板１０７を底面側（外側）にして、凹部１０３に取り付けられる。図１（Ｂ）に示すように、パワー半導体モジュール１０１は、セラミックス基板１０５の非実装面（銅板１０７）とケース１０２の底面１０２Ｂに対して、従来のようにベースが取り付けられていない。
【０００６】
パワー半導体モジュール１０１には、セラミックス基板１０５の一例としてＤＢＣ（Direct Bond Copper）基板を示している。ＤＢＣ基板は、銅とセラミックスが直接接合された基板であり、図１（Ｄ）に示すように、セラミックス製の絶縁板１０６の裏面に銅板１０７が接合され、絶縁板１０６の表面に銅製の導体配線１０８が接合されている。導体配線１０８の端部は、縁面放電を防止のために、絶縁板１０６の端部よりも内側に位置する。
【０００７】
なお、本例では、銅板１０７を絶縁板１０６よりも小さくして、銅板１０７の端部を絶縁板１０６の端部よりも内側に配置しているが、銅板１０７と絶縁板１０６とを同じ大きさにして端部を揃えるようにしても良い。
【０００８】
セラミックス基板１０５は、電子部品の実装面である導体配線１０８上に、半導体素子等の電子部品１０９が複数実装されている。セラミックス基板１０５は、シリコンゴム等の接着剤１１０でケース１０２に接着されている。ケース１０２の底面１０２Ｂとセラミックス基板１０５の非実装面（銅板１０７の表面）は、同じ高さ（面一）になっている。
【０００９】
図１（Ｃ）に示すように、パワー半導体モジュール１０１は、ケース１０２の凹部１０３に充填材が充填されており、上面には複数の端子１０２Ｔが設けられている。パワー半導体モジュール１０１は、ケース１０２の各コーナーに設けられている孔１０２Ｅ〜孔１０２Ｈに挿入したネジ１２１〜１２４で、高放熱性を有するヒートシンク１２０に固定して使用される。図示していないが、複数の端子１０２Ｔにケーブルを接続して、このケーブルを介して他の回路または装置に接続する。図１（Ｂ）に示すように、セラミックス基板（ＤＢＣ基板）１０５の銅板１０７全体がヒートシンク１２０に密着するので、動作時に効率良く放熱を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１４２３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図２（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図２（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【００１２】
設計変更や仕様変更により、絶縁板１０６や銅板１０７の厚みを変更することで、セラミックス基板１０５の厚みを変更することがある。例えば、放熱性を改善するために基板を薄くしたり、強度を得るために基板を厚くしたりする。
【００１３】
図２（Ａ）に示すパワー半導体モジュール１０１Ａは、図１（Ｄ）に示したセラミックス基板１０５を薄いセラミックス基板１０５Ａに変更したものである。パワー半導体モジュール１０１Ａをヒートシンク１２０に取り付けると、セラミックス基板１０５Ａの非実装面（銅板１０７Ａの表面）とヒートシンク１２０の表面との間に隙間１１１ができ、両者を密着させることができない。そのため、パワー半導体モジュールの動作時の放熱効率が低下するという問題があった。
【００１４】
図２（Ｂ）に示すパワー半導体モジュール１０１Ｂは、図１（Ｄ）に示したセラミックス基板１０５を厚いセラミックス基板に変更したものである。パワー半導体モジュール１０１Ｂは、ケース１０２の底面１０２Ｂよりもセラミックス基板１０５Ｂの方が高くなり、ケース１０２からセラミックス基板１０５Ｂがはみ出る。そのため、底面１０２Ｂがヒートシンク１２０に接触するように固定してしまうと、セラミックス基板１０５Ｂやケース１０２に負荷が加わり、セラミックス基板１０５Ｂやケース１０２のネジで締め付ける部分が割れてしまったり、ネジの締め付け不良が発生したりするという問題があった。
【００１５】
また、セラミックス基板１０５の厚みを変更した場合、ケース１０２とセラミックス基板１０５が同じ高さになるように、ケース１０２を改造することが考えられる。しかし、ケース１０２は、ＰＰＳやＰＢＴ等の樹脂成型品であり、ケース１０２の金型の改造が必要であり、費用や手間の面から改造を容易に行うことができないという問題があった。
【００１６】
そこで、この発明は、基板の厚み変更に容易に対応できるパワー半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明のパワー半導体モジュールは、筐体と基板を備えている。筐体は、底面に凹部が設けられている。基板は、電子部品が実装される実装面と電子部品が実装されない非実装面とを備え、前記非実装面を前記底面側に向けて、前記凹部に取り付けられている。凹部は、その周縁に沿って階段状に形成された複数の基板取り付け面を備えている。また、基板は、複数の基板取り付け面のいずれかに取り付けたときに、非実装面と筐体の底面とが同じ高さになるように、基板取り付け面に応じたサイズ（厚み、長さ、及び幅）で作成されている。
【００１８】
この構成により、パワー半導体モジュールの仕様変更や設計変更等により基板の厚みの変更が必要な場合、基板の大きさ（長さと幅）を基板取り付け面の大きさに変更するだけで、非実装面と筐体の底面とが常に同じ高さになる。したがって、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けると、基板の非実装面がヒートシンクに密着するので、使用時に効率良く放熱を行うことができる。また、基板の変更時にケースの改造は不要であり、ケースの金型の改造費が発生せず、コストを抑制できる。
【００１９】
上記の発明では、基板は、Ｎ種類（Ｎは２以上の整数）の厚みのいずれかで作成されている。また、凹部は、その周縁に沿って、Ｎ種類の厚みの基板に対応する深さのＮ個の基板取り付け面が形成されている。この構成により、設計変更や仕様変更により基板の厚みを変更する場合、Ｎ種類の厚みのいずれの基板でも、基板取り付け面に取り付けて、基板の非実装面と筐体の底面とを同じ高さにすることができる。これにより、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けると、基板の非実装面がヒートシンクに密着するので、使用時に効率良く放熱を行うことができる。
【００２０】
さらに上記の発明では、基板と基板取り付け面の間に、厚み調整材が取り付けられている。この構成においては、基板取り付け面に基板を取り付けたときに、非実装面と筐体の底面とが同じ高さにならない場合には、厚み調整材を取り付けることで、非実装面と筐体の底面を同じ高さにすることができる。したがって、１つの基板取り付け面に、異なる厚みの基板のいずれかを取り付けることができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、基板の厚みを変更する場合、対応する基板取り付け面に取り付けられるように、同時に基板の長さと幅を変更するだけで、ケースに取り付けた基板の非実装面とケースの底面を同じ高さにすることができる。よって、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けると、基板の非実装面がヒートシンクに密着するので、使用時に効率良く放熱を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（Ａ）は、パワー半導体モジュールを底面側から見た分解図である。図１（Ｂ）は、パワー半導体モジュールの底面側から見た外観図である。図１（Ｃ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの上面側から見た外観図である。図１（Ｄ）は、ヒートシンクに取り付けたパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【図２】図２（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図２（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【図３】図３（Ａ）は、パワー半導体モジュールのケースの外観図である。図３（Ｂ）は、ケースの正面透過図である。図３（Ｃ）は、基板の断面図である。図３（Ｄ）は、サイズが異なる基板の断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図４（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。
【図５】図５（Ａ）は、ケースの正面透過図である。図５（Ｂ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図５（Ｃ）は、セラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【図６】図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【図７】図７（Ａ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図３（Ａ）は、パワー半導体モジュールのケースの外観図である。図３（Ｂ）は、ケースの正面透過図である。図３（Ｃ）は、基板の断面図である。図３（Ｄ）は、サイズが異なる基板の断面図である。図４（Ａ）は、薄いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。図４（Ｂ）は、厚いセラミックス基板に変更したパワー半導体モジュールの正面透過図である。第１実施形態及び第２実施形態では、セラミックス基板の絶縁板の厚みを変更する例を述べるが、銅板の厚みを変えることにより、セラミックス基板の厚みを変更することもできる。また、以下の説明では、基板のサイズとは、基板の長さ、幅、及び厚さのことであり、基板の大きさとは、基板の長さと幅のことである。
【００２４】
本発明では、パワー半導体モジュールのケースの底面側に設けた凹部の周縁に沿って、複数の基板取り付け面を階段状に形成している。複数の基板取り付け面は、仕様変更や設計変更により基板の厚みを変えた場合に備えて、変更可能な複数の基板の厚みに応じた深さに形成する。各基板取り付け面は、底面からの深さが内側（中心側）ほど深くなるように形成する。これにより、基板の厚みを変更する場合には、ケースの改造は不要であり、基板をその厚みに対応する基板取り付け面の大きさで形成するだけで良い。
【００２５】
なお、本発明のパワー半導体モジュールは、従来のパワー半導体モジュール１０１と同じ部材で作成されているものとし、同様の構成については説明を省略する。
【００２６】
図３（Ａ），図３（Ｂ）に示すように、パワー半導体モジュールのケース（筐体）２には、一例として、２種類の厚みのセラミックス基板を取り付けることを想定して、２つの基板取り付け面４Ａと基板取り付け面４Ｂを設けた例を示している。基板取り付け面４Ａは、凹部３の周縁に沿って形成された枠状の平面であり、外形寸法が長さＬ１、幅Ｗ１で、内形寸法が長さＬ２、幅Ｗ２で、底面２Ｂから深さＤ１の位置に形成されている。基板取り付け面４Ｂも同様の形状であり、外形寸法が長さＬ２、幅Ｗ２で、内形寸法が長さＬ３、幅Ｗ３で、底面２Ｂから深さＤ２の位置に形成されている。このとき、各基板取り付け面は、底面２Ｂからの深さがケース２の内側ほど深くなるように形成する。なお、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３、Ｄ１＜Ｄ２である。
【００２７】
基板取り付け面４Ａは、セラミックス基板５Ａ（絶縁板６Ａと銅板７Ａの厚みの合計がＤ１’）に、接着剤１０Ａを塗布して取り付けることを考慮して、ケース２の底面２Ｂからの深さをＤ１（＝Ｄ１’＋接着剤の厚み）にしている（図３（Ｃ）参照）。
【００２８】
同様に、基板取り付け面４Ｂは、セラミックス基板５Ｂを取り付けるので、ケース２の底面２Ｂからの深さをＤ２（＝Ｄ２’＋接着剤の厚み）にしている（図３（Ｄ）参照）。
【００２９】
セラミックス基板（ＤＢＣ基板）５Ａは、基板取り付け面４Ａに応じた大きさ、つまり基板取り付け面４Ａに取り付け可能な大きさで作成されている。絶縁板６Ａは、長さがＬ１〜Ｌ２の間、幅Ｗ１〜Ｗ２の間である。また、ケース２にセラミックス基板５Ａを取り付けた際に導体配線８Ａが、ケース２に接触せずに空間絶縁距離が確保できるように、導体配線８Ａは、長さＬ２未満、幅Ｗ２未満である。
【００３０】
一方、セラミックス基板（ＤＢＣ基板）５Ｂは、基板取り付け面４Ｂに応じた大きさ、つまり基板取り付け面４Ｂに取り付け可能な大きさで作成されている。絶縁板６Ｂは、長さＬ２〜Ｌ３の間、幅Ｗ２〜Ｗ３の間である。また、ケース２にセラミックス基板５Ｂを取り付けた際に導体配線８Ｂが、ケース２に接触せずに空間絶縁距離が確保できるように、導体配線８Ｂは、長さＬ３未満、幅Ｗ３未満である。
【００３１】
なお、接着剤の塗布面が広い方がセラミックス基板５Ａやセラミックス基板５Ｂをケース２により強固に接着できるので、絶縁板６Ａや絶縁板６Ｂの大きさを上記の範囲内でより大きくしておくのが好ましい。
【００３２】
ケース２の基板取り付け面４Ａに接着剤１０Ａでセラミックス基板５Ａを取り付けると、図４（Ａ）に示すパワー半導体モジュール１Ａのように、ケース２の底面２Ｂとセラミックス基板５Ａの銅板７Ａの表面（電子部品の非実装面）とが同じ高さになる。すなわち、セラミックス基板５Ａの非実装面が、ケース２の底面２Ｂの一部を構成する。そのため、パワー半導体モジュール１Ａをヒートシンク２０にネジ１２１〜１２４で取り付けると、セラミックス基板５Ａの銅板７Ａ全体がヒートシンク２０に密着する。
【００３３】
同様に、図４（Ｂ）に示すパワー半導体モジュール１Ｂのように、ケース２の底面２Ｂとセラミックス基板５Ｂの銅板７Ｂの表面（非実装面）とが同じ高さになり、セラミックス基板５Ｂの銅板７Ｂ全体がヒートシンク２０に密着する。
【００３４】
したがって、パワー半導体モジュールの基板を、厚みが異なるセラミックス基板５Ａからセラミックス基板５Ｂ、またはその逆に変更しても、パワー半導体モジュール１Ａ，１Ｂの動作時には、効率良く放熱を行うことができる。
【００３５】
また、セラミックス基板５Ｂをケース２に接着する際に、余分な接着剤１０Ｂがセラミックス基板５Ｂとケース５の間からはみ出して流れ出したとしても、セラミックス基板５Ｂの周囲にできた溝（空間）３Ｍで接着剤１０Ｂを吸収できる。すなわち、流れ出した接着剤１０Ｂは、溝３Ｍに流れ込むので、ケース２の底面２Ｂやセラミックス基板５Ｂの銅板７Ｂの表面に接着剤１０Ｂが付着する（はみ出す）のを防止できる。また、ケースにセラミックス基板を取り付けた後に、ケース内に充填材を封入する際にわずかに生じた隙間から充填材が流れ出した場合にも、溝３Ｍで充填材を吸収できる。したがって、セラミックス基板の非実装面に充填材や接着剤が付着するのを防止でき、平面性を保てるので、非実装面をヒートシンクに密着させることができる。
【００３６】
このように、本発明の第１実施形態に係るパワー半導体モジュールは、基板の厚みを変更する場合、基板の大きさを変更するだけで、基板取り付け面に取り付けた基板の非実装面と、ケースの底面と、を同じ高さにすることができ、ヒートシンクにセラミックス基板を密着させて、効率良く放熱することができる。そのため、パワー半導体モジュールをヒートシンクに取り付けても、セラミックス基板に負荷がかかることが無く、セラミックス基板やケースが割れることが無い。また、基板の厚みを変更する場合、基板の大きさを変更するだけで、ケースの金型を改造しなくても良く、仕様変更に伴う基板の変更が容易でコストも抑制できる。
【００３７】
この実施形態は、パワー半導体モジュールに使用する基板の厚みの差が比較的大きい場合や、基板を変更する頻度が高い場合等に、特に適用できる。
【００３８】
［第２実施形態］
図５（Ａ）は、ケースの正面透過図である。図５（Ｂ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図５（Ｃ）、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【００３９】
パワー半導体モジュールに使用するセラミックス基板の厚みがＮ種類（Ｎは２以上の整数）あり、これらのいずれかに変更する可能性がある場合には、ケースの凹部の周縁に、予めＮ種類の厚みの基板のそれぞれに対応する深さで、Ｎ個の基板取り付け面を階段状に形成すると良い。
【００４０】
例えば、４種類の厚みのいずれかのセラミックス基板をパワー半導体モジュールに使用する場合には、図５（Ａ）に示すように、セラミックス基板の厚みに応じた深さになるように、４つの基板取り付け面１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄを階段状に形成する。このとき、各基板取り付け面は、底面１２Ｂからの深さがケース１２の内側ほど深くなるように形成する。
【００４１】
基板取り付け面１４Ａは、凹部１３の周縁に沿って形成された枠状の平面であり、外形寸法が長さＬ１１、幅Ｗ１１で、内形寸法が長さＬ１２、幅Ｗ１２で、底面１２Ｂから深さＤ１１の位置に形成されている。同様に、基板取り付け面１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄは、（外形長さ，外形幅，内形長さ，内形幅，深さ）が（Ｌ１２，Ｗ１２，Ｌ１３，Ｗ１３，Ｄ１２）、（Ｌ１３，Ｗ１３，Ｌ１４，Ｗ１４，Ｄ１３）、（Ｌ１４，Ｗ１４，Ｌ１５，Ｗ１５，Ｄ１４）である。なお、Ｌ１１＞Ｌ１２＞Ｌ１３＞Ｌ１４＞Ｌ１５、Ｗ１１＞Ｗ１２＞Ｗ１３＞Ｗ１４＞Ｗ１５、Ｄ１１＜Ｄ１２＜Ｄ１３＜Ｄ１４＜Ｄ１５である。
【００４２】
なお、一例として、各セラミックス基板１５Ａ〜１５Ｄの絶縁板１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの厚みをそれぞれ、０．２５ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．３２ｍｍ、０．６４ｍｍとする。また、各セラミックス基板１５Ａ〜１５Ｄの銅板１７Ａ〜１７Ｄ及び導体配線１８Ａ〜１８Ｄの厚みは同じものとし、例えば０．２０ｍｍとする。
【００４３】
基板取り付け面１４Ａには、セラミックス基板１５Ａ（絶縁板１６Ａと銅板１７Ａの厚みの合計がＤ１１’）に、接着剤２０Ａを塗布して取り付けることを考慮して、ケース１２の底面１２Ｂからの深さをＤ１１（＝Ｄ１１’＋接着剤の厚み）にしている（図５（Ｂ）参照）。他の基板取り付け面１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄも同様である（図５（Ｂ）参照）。
【００４４】
セラミックス基板（ＤＢＣ基板）１５Ａは、基板取り付け面１４Ａに応じた大きさで作成されている。すなわち、絶縁板６Ａの大きさを、長さをＬ１１〜Ｌ１２の間、幅をＷ１１〜Ｗ１２の間にする（図５（Ｃ）参照）。同様に、セラミックス基板１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの（長さ，幅）を（Ｌ１２〜Ｌ１３、Ｗ１２〜Ｗ１３）、（Ｌ１３〜Ｌ１４、Ｗ１３〜Ｗ１４）、（Ｌ１４〜Ｌ１５、Ｗ１４〜Ｗ１５）にする（図６参照）。
【００４５】
なお、各セラミックス基板の導体配線は、ケース１２にセラミックス基板を取り付けた際に、ケース２に接触せずに空間絶縁距離を確保できる大きさに調整しておく。
【００４６】
ケース１２の基板取り付け面１４Ａに接着剤１０Ａでセラミックス基板１５Ａを取り付けると、図５（Ｃ）に示すように、ケース１２の底面１２Ｂとセラミックス基板１５Ａの銅板１７Ａの表面（非実装面）とが同じ高さになる。そのため、パワー半導体モジュール１１Ａをヒートシンク（不図示）にネジ（不図示）で取り付けると、セラミックス基板の非実装面全体をヒートシンクに密着させることができる。
【００４７】
セラミックス基板１５Ｂ〜１５Ｄをケース１２に取り付けた場合についても同様の構成となる。
【００４８】
したがって、予め複数の基板取り付け面をケースに設けておくことで、厚みの異なるセラミックス基板に変更する場合には、基板の大きさを変更するだけで、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とが同じ高さになり、セラミックス基板の非実装面全体をヒートシンクに密着させることができる。これにより、パワー半導体モジュールの動作時に、効率良く放熱を行うことができる。
【００４９】
［第３実施形態］
図７（Ａ）は、基板取り付け面の階段状の部分の拡大図である。図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）は、それぞれ厚みが異なるセラミックス基板を取り付けたケースの拡大図である。
【００５０】
この実施形態では、セラミックス基板の厚みを変更する可能性がある場合には、複数の基板取り付け面を設けておき、さらに、セラミックス基板と基板取り付け面との間に厚み調整材を取り付ける。これにより、変更する可能性のあるすべてのセラミックス基板と同数の複数の基板取り付け面を予め設けることなく、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とを同じ高さにすることができる。
【００５１】
以下の説明では、４種類の基板のいずれかを選択可能である。
【００５２】
図７（Ａ）に示すように、初期の設計では、パワー半導体モジュール２１には、絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１３’のセラミックス基板２５が接着剤３０によりケース２２の基板取り付け面２４Ａに取り付けられている。基板取り付け面２４Ａは、ケース２２の底面２２Ｂからの深さＤ１３（＝Ｄ１３’＋接着剤の厚み）の位置に形成している。
【００５３】
図７（Ｂ）に示すように、さらに厚い基板への変更に備えて、すなわち、絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１５’（＞Ｄ１３’）のセラミックス基板２５Ａへの変更に備えて、ケース２２の底面２２Ｂからの深さＤ１５（＝Ｄ１５’＋接着剤の厚み）の位置に、予め基板取り付け面２４Ｂを形成しておく。これにより、図７（Ｃ）に示すように、セラミックス基板２５Ａへ変更しても、ケース２２の底面２２Ｂとセラミックス基板２５Ａの被実装面（銅板２７の表面）とを同じ高さにすることができる。
【００５４】
一方、絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１６’（＜Ｄ１５’，＞Ｄ１３）のセラミックス基板２５Ｂ、または絶縁板と銅板の合計の厚みがＤ１７’（＜Ｄ１６’，＞Ｄ１３’）のセラミックス基板２５Ｃに変更する場合には、基板取り付け面２４Ｂを用いる。このとき、図７（Ｄ）、図７（Ｅ）に示すように、ケース２２とセラミックス基板（絶縁板）２５Ｂ（２５Ｃ）との間に、厚み調整材３１Ｂまたは厚み調整材３１Ｃを取り付けて、これらいずれかの厚み調整材を介してケース２２にセラミックス基板を取り付ける。厚み調整材３１Ｂは厚さＤ２１（＝Ｄ１５−Ｄ１６’）、厚み調整材３１Ｃは厚さＤ２２（＝Ｄ１５−Ｄ１７’）である。
【００５５】
なお、一例として、セラミックス基板２５の絶縁板２６の厚みを０．３２ｍｍ、銅板２７の厚みを０．２０ｍｍとする。また、各セラミックス基板２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃの絶縁板２６Ａの厚みを０．６４ｍｍとし、銅板２７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃの厚みをそれぞれ、０．３０ｍｍ、０．２５ｍｍ、０．２０ｍｍとする。
【００５６】
厚み調整材は、例えば、プラスチック板等の硬質の部材を用いても、ゲル状の板材等、軟質の部材を用いても良い。厚み調整材は、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とが同じ高さになるように、予め厚みを調整しておく。
【００５７】
また、セラミックス基板をケースに取り付ける接着剤として、粘度が高いものを使用すすれば、この接着剤を厚み調整材として使用することも可能である。
【００５８】
また、厚み調整材３１Ｂ（３１Ｃ）として接着剤を用いた場合、セラミックス基板２５Ｂ（２５Ｃ）とケース２２の間からはみ出して流れ出ても、セラミックス基板２５Ｂ（２５Ｃ）の周囲にはケース２２と銅板２７Ｂ（２７Ｃ）により溝２３Ｍが形成されており、この溝２３Ｍで、流れ出した厚み調整材（接着剤）３１Ｂ（３１Ｃ）を吸収できる。すなわち、流れ出た厚み調整材（接着剤）３１Ｂ（３１Ｃ）は、溝２３Ｍに流れ込むので、厚み調整材（接着剤）３１Ｂ（３１Ｃ）がセラミックス基板２５Ｂ（２５Ｃ）の銅板２７Ｂ（２７Ｃ）の表面やケースの底面２２Ｂに付着するのを防止でき、非実装面を平面に保つことができる。図７（Ｃ）に示すように、厚みが厚く長さ（幅）の小さなセラミックス基板ほど、この溝を大きくとれるので、厚み調整材（接着剤）の影響を考慮しなくても良く、比較的厚みの差が小さなセラミックス基板への変更に容易に対応することができる。このように、複数の基板取り付け面２４Ａ，２４Ｂと厚み調整材とを組み合わせて用いることで、より多種類の厚みのセラミックス基板に容易に変更でき、ケースの底面とセラミックス基板の非実装面とを、確実に同じ高さにすることができる。
【００５９】
以上のように、複数の基板取り付け面を形成し、さらに厚み調整材も用いることで、ある厚みのセラミックス基板用に形成された基板取り付け面に、異なる厚みのセラミックス基板を取り付けても、ケースの底面とセラミックス基板の銅板の表面（非実装面）とを同じ高さにすることができる。これにより、より多くの種類の厚みのセラミックス基板に対応でき、ケースの金型の加工を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。
【００６０】
なお、厚み調整材は、第２実施形態において説明した構成にも使用できる。例えば、基板の厚みを変更するだけで、長さ（Ｌ）や幅（Ｗ）を変更したくない場合等に有効である。
【００６１】
なお、以上の説明では、セラミックス基板の絶縁板の厚みを変更する例について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、セラミックス基板の銅板の厚みを変更することも当然可能である。
【００６２】
また、厚みを変更する基板は、セラミックス基板に限るものではなく、パワー半導体モジュールに使用される他の種類の基板であっても良い。例えば、鉄、銅、アルミニウム等を用いた金属基板であっても良い。
【００６３】
なお、パワー半導体モジュールのケースとして、底面に設けた凹部が貫通孔である例を示したが、本発明はこれに限るものではなく、基板が取り付けられる凹部が形成されているのであれば、ケースの上面が塞がっていても当然良い。
【符号の説明】
【００６４】
１，１Ａ，１Ｂ，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｂ…パワー半導体モジュール
２，１２，２２，１０２…ケース
２Ｂ，１２Ｂ，２２Ｂ，１０２Ｂ…底面
３，１３…凹部
４Ａ，４Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ，２４Ａ，２４Ｂ…基板取り付け面
５Ａ，５Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ…セラミックス基板
６Ａ，６Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ，１０６…絶縁板
７Ａ，７Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，１０７，１０７Ａ…銅板
８Ａ，８Ｂ，１０８…導体配線
１０Ａ，２０Ａ，３０，１１０…接着剤
２０，１２０…ヒートシンク
３１Ｂ，３１Ｃ…厚み調整材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面に凹部が設けられた筐体と、
電子部品が実装される実装面と電子部品が実装されない非実装面とを備え、前記非実装面を前記底面側に向けて、前記凹部に取り付けられた基板と、
を備えたパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部は、その周縁に沿って階段状に形成された複数の基板取り付け面を備え、
前記基板は、前記複数の基板取り付け面のいずれかに取り付けたときに、前記非実装面と前記筐体の底面とが同じ高さになるように、前記基板取り付け面に応じたサイズで作成されたパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記基板は、Ｎ種類（Ｎは２以上の整数）の厚みのいずれかで作成され、
前記凹部は、その周縁に沿って、前記Ｎ種類の厚みの基板に対応する深さのＮ個の基板取り付け面が形成された請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記基板と前記基板取り付け面の間に、厚み調整材が取り付けられた請求項１または２に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１】
底面に凹部が設けられた筐体と、
電子部品が実装される実装面と電子部品が実装されない非実装面とを備え、前記非実装面を前記底面側に向けて、前記凹部に取り付けられた基板と、
を備えたパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部は、その周縁に沿って階段状に形成された複数の基板取り付け面を備え、
前記基板は、前記複数の基板取り付け面のいずれかに取り付けたときに、前記非実装面と前記筐体の底面とが同じ高さになるように、前記基板取り付け面に応じたサイズで作成されたパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記基板は、Ｎ種類（Ｎは２以上の整数）の厚みのいずれかで作成され、
前記凹部は、その周縁に沿って、前記Ｎ種類の厚みの基板に対応する深さのＮ個の基板取り付け面が形成された請求項１に記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記基板と前記基板取り付け面の間に、厚み調整材が取り付けられた請求項１または２に記載のパワー半導体モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１８７７１１（Ｐ２０１１−１８７７１１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１８３１（Ｐ２０１０−５１８３１）
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００１４４３９３）株式会社三社電機製作所 (95)
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００１４４３９３）株式会社三社電機製作所 (95)
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