CN101443904A - 功率模块用基体 - Google Patents

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Abstract

一种功率模块用基体(1)，具备：由高热传导性材料形成的散热基板(2)、接合于散热基板(2)的上面的绝缘基板(3)、设置在绝缘基板(3)的上面的布线层(8)、和接合于散热基板(2)的下面的散热片(4)。在散热基板(2)的上面上，接合有比散热基板(2)厚且具有使绝缘基板(3)通过的贯通孔(11)的部件安装板(5)使得绝缘基板(3)位于贯通孔(11)内。利用该功率模块用基体(1)，能够将部件安装板(5)的上面保持平坦，能够在此处安装罩(13)等功率模块所需的各种部件。

Description

功率模块用基体
技术领域
本发明涉及构成功率模块的功率模块用基体。
在该说明书以及权利要求中，关于“铝”这一术语，除了记述为“氮化铝”、“氧化铝”以及“纯铝”的情况以外，不仅包括纯铝还包括铝合金。另外，在本说明书以及权利要求中，关于“铜”这一术语，不仅包括纯铜还包括铜合金。
背景技术
在具备例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等半导体元件构成的功率器件的功率模块中，需要使半导体元件所发出的热量高效散热，将半导体元件的温度保持在规定温度以下。于是，以往有人提出了下述的功率模块用基体。该功率模块用基体，包括：一面形成有铝制布线层、且另一面形成有铝制传热层的陶瓷制绝缘基板，钎焊于绝缘基板的传热层的铝制散热基板，和钎焊在散热基板中的与钎焊于绝缘基板的一侧相反侧的面上的铝制散热器，在散热器的内部形成有冷却液流路(参照专利文献1)。
在专利文献1所记载的功率模块用基体中，在绝缘基板的布线层上安装功率器件，进而在散热基板上安装功率器件所需的各种部件例如覆盖绝缘基板以及功率器件的树脂罩、或者安装电布线框、电子部件等，作为功率模块使用。该功率模块，使用于例如以电动机作为驱动源的一部分的混合动力车辆等移动体的逆变电路，由此根据移动体的运行状态控制向电动机供给的电力。
而且，从功率器件所发出的热量，经布线层、绝缘基板、传热层以及散热基板传递至散热器，向在冷却液流路内流动的冷却液散热。
在专利文献1所记载的功率模块用基体中，在绝缘基板、散热基板以及散热器的钎焊中的加热时，绝缘基板、散热基板以及散热器热膨胀、且在热膨胀的状态下钎焊，加热结束后，绝缘基板、散热基板以及散热器热收缩。但是，由线膨胀系数比较大的铝形成的散热基板以及散热器，显示出由于钎焊时的加热而要产生比较大的热膨胀的倾向。另一方面，形成绝缘基板的陶瓷的线膨胀系数，比铝的线膨胀系数小，因此，即便由于钎焊时的加热也不会像散热基板以及散热器那样大幅热膨胀。其结果是，散热基板以及散热器的热收缩程度也比绝缘基板大。因此，如果不采取任何对策的话，那么当在钎焊结束后冷却至常温时绝缘基板、散热基板以及散热器热收缩时，散热基板以及散热器的收缩的程度比绝缘基板大，散热基板以及散热器由绝缘基板牵拉，散热基板发生翘曲等的变形。其结果是，不能在散热基板上正确地安装各种部件。例如，在部件是覆盖绝缘基板以及功率器件的树脂罩的情况下，可能会不能无间隙地以密封状态安装树脂罩。另外，也可能会不能正确安装电布线框、电子部件等的功率模块所需的部件。
于是，在专利文献1所记载的功率模块用基体中，通过增大散热基板的厚度，来抑制上述那样的散热基板以及散热器的翘曲。但是，如果增大散热基板的厚度，则会出现从功率器件到散热器的热传导的路径变长、散热性能降低的情况。
专利文献1：日本特开2003-86744号公报
发明内容
本发明的目的在于，解决上述的问题，提供一种功率模块用基体，能够正确安装覆盖绝缘基板以及功率器件的罩之类的功率模块所需的部件，而且能够防止散热性能降低。
为了实现上述目的，本发明包括以下的方案。
1)一种功率模块用基体，具备：由高热传导性(传热性、导热性)材料形成的散热基板、接合于散热基板的一面的绝缘基板、设置在绝缘基板中的与接合于散热基板的一侧相反侧的面的布线层、和接合于散热基板的另一面的散热片；其中，
在散热基板中的接合有绝缘基板的一侧的面上，接合有比散热基板厚且具有使绝缘基板通过的贯通孔的部件安装板，使得绝缘基板位于贯通孔内。
2)根据上述1)所记载的功率模块用基体，其中，
在散热基板中的接合有散热片的一侧的面上，以覆盖散热片的方式固定有冷却套，冷却液在冷却套内流动。
3)根据上述1)或2)所记载的功率模块用基体，其中，
绝缘基板与散热基板、散热基板与散热片、以及散热基板与部件安装板分别被钎焊。
4)根据上述1)至3)中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
在冷却套中的与散热基板相对的壁部分的外面，接合有第二部件安装板。
5)根据上述4)所记载的功率模块用基体，其中，
两部件安装板相互结合。
6)根据上述1)至5)中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
在绝缘基板中的与设有布线层的一侧相反侧的面，设有由高热传导性材料形成的传热层，传热层与散热基板相接合。
7)根据上述1)至5)中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
绝缘基板中的与设有布线层的一侧相反侧的面与散热基板直接接合。
8)根据上述1)至7)中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
绝缘基板由陶瓷形成，该陶瓷由氮化铝、氧化铝或氮化硅形成。
9)根据上述1)至8)中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
布线层由铝或铜形成。
10)根据上述1)至9)中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
在绝缘基板和散热基板之间介有由高热传导性材料形成的应力缓和部件，应力缓和部件接合于绝缘基板以及散热基板。
11)根据上述10)所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件包括形成有多个贯通孔的板状体。
12)根据上述10)所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件，包括板状本体、和相互隔开间隔地一体形成在板状本体的至少一面上的多个突起。
13)根据上述10)所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件，由具有介于绝缘基板的线膨胀系数和散热基板的线膨胀系数之间的线膨胀系数的材料形成。
14)根据上述10)所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件由多孔质材料形成。
15)一种功率模块，具备：如上述1)至14)中任一项所记载的功率模块用基体、和安装在功率模块用基体的绝缘基板的布线层上的功率器件。
16)根据上述15)所记载的功率模块，其中，
具备安装在部件安装板上、且覆盖功率模块用基体的绝缘基板以及功率器件的罩。
根据上述1)的功率模块用基体，在通过例如钎焊进行绝缘基板、散热基板、散热片以及部件安装板的接合的情况下，在钎焊时的加热时，绝缘基板、散热基板以及部件安装板热膨胀，并且在热膨胀了的状态下钎焊，加热结束后，绝缘基板、散热基板以及部件安装板热收缩。但是，散热基板，由例如铝那样的高热传导性材料形成，其线膨胀系数比绝缘基板的线膨胀系数大，因此，散热基板的热膨胀程度比绝缘基板的大，其结果是，散热基板的热收缩程度也比绝缘基板的大。因此，在钎焊结束后冷却至常温时绝缘基板以及散热基板热收缩了的情况下，散热基板的收缩的程度比绝缘基板大，散热基板被绝缘基板牵拉，在散热基板上发生翘曲那样的变形。但是，部件安装板比散热基板厚且刚性高，因此，部件安装板不受散热基板的变形的影响，部件安装板中的与散热基板接合的面的相反侧的面仍然保持为平坦面。因此，能够正确地安装各种部件。例如，防止在将覆盖功率模块用基体的绝缘基板以及功率器件的罩安装到部件安装板上时，在罩和部件安装板之间产生间隙，能够使罩的内部为密封状态。另外，也能够正确安装电布线框、电子部件等的功率模块所需的部件。
而且，没有必要像专利文献1所记载的功率模块用基体那样增大散热基板的厚度，因此，从功率器件到散热片的热传导的路径比较短，抑制散热性能的减低。
根据上述2)的功率模块用基体，从搭载在绝缘基板上的功率器件所发出的热量，经绝缘基板以及散热基板传递至散热片，从散热片向在冷却套内流动的冷却液散热。因此，散热性能比较优异。
根据上述3)的功率模块用基体，在分别钎焊绝缘基板与散热基板、散热基板与散热片、以及散热基板与部件安装板的情况下，在钎焊时的加热时，绝缘基板、散热基板以及部件安装板热膨胀，并且在热膨胀了的状态下钎焊，加热结束后，绝缘基板、散热基板以及部件安装板热收缩。但是，散热基板，由例如铝那样的高热传导性材料形成，其线膨胀系数比绝缘基板的线膨胀系数大，因此，散热基板的热膨胀程度比绝缘基板的大，其结果是，散热基板的热收缩程度也比绝缘基板的大。因此，在钎焊结束后冷却至常温时绝缘基板以及散热基板热收缩了的情况下，散热基板的收缩的程度比绝缘基板大，散热基板被绝缘基板牵拉，在散热基板上发生翘曲那样的变形。但是，部件安装板比散热基板厚且刚性高，因此，部件安装板不受散热基板的变形的影响，部件安装板中的与散热基板接合的面的相反侧的面仍然保持为平坦面。因此，能够正确地安装各种部件。例如，防止在将覆盖功率模块用基体的绝缘基板以及功率器件的罩安装到部件安装板上时，在罩和部件安装板之间产生间隙，能够使罩的内部为密封状态。另外，也能够正确安装电布线框、电子部件等功率模块所需的部件。
根据上述4)的功率模块用基体，利用第二部件安装板，能够安装收纳功率模块整体的壳体、电布线框、功率模块所需的各种部件等。而且，在这些部件是发热体的情况下，能够通过在冷却套内流动的冷却液，对这些发热部件进行冷却。
根据上述6)的功率模块用基体，从搭载在绝缘基板上的功率器件传递的热量，向传热层的面方向扩散、传递至散热基板，因此，提高向散热基板、进而向散热片的传热性。
根据上述10)至14)的功率模块用基体，在绝缘基板的布线层上安装功率器件，构成功率模块。该功率模块，使用于例如以电动机作为驱动源的一部分的混合动力车辆的逆变电路，根据运行状态控制向电动机供给的电力。而且，从功率器件所发出的热量，经布线层、绝缘基板、以及散热基板传递至散热片，从散热片散热。此时，由高热传导性材料形成的应力缓和部件介于绝缘基板和散热基板之间，应力缓和部件接合于绝缘基板以及散热基板，所以起到以下这样的效果。即，由于从功率器件发出的热量被加热至高温(例如150℃左右)，因此绝缘基板以及散热基板将要热膨胀。尤其是在散热基板由热传导性比较优异的铝形成的情况下，铝的线膨胀系数比绝缘基板大，所以由于散热基板和绝缘基板的热膨胀差，散热基板被绝缘基板牵拉而要翘曲，产生热应力。但是，在应力缓和部件的作用下缓和了热应力，所以防止在绝缘基板上发生裂纹、在绝缘基板与应力缓和部件的接合部产生裂纹、或在散热基板上发生翘曲。因此，能够长期维持散热性能。
附图说明
图1是使用了本发明所涉及的功率模块用基体的功率模块的垂直放大剖视图。
图2是表示配置在绝缘基板和散热基板之间并接合于两者的应力缓和部件的例子的立体图。
图3是表示配置在绝缘基板和散热基板之间并接合于两者的应力缓和部件的其他例子的立体图。
图4是表示配置在绝缘基板和散热基板之间并接合于两者的应力缓和部件的另外其他例子的立体图。
图5是表示图2至图4所示的应力缓和部件介于功率模块用基体中的绝缘基板的传热层和散热基板之间、钎焊于传热层以及散热基板的例子的与图1相当的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，将图1中的上下、左右称为上下、左右。
图1表示使用了本发明的功率模块用基体的功率模块的整体结构。
在图1中，功率模块用基体1，具备：散热基板2；钎焊在散热基板2的上面的绝缘基板3；钎焊在散热基板2的下面的散热片4；钎焊在散热基板2的上面中的绝缘基板3周围的部分的上侧部件安装板5；在散热基板2的下面以覆盖散热片4的方式固定的冷却套6；和钎焊在冷却套6的下面的下侧部件安装板7(第二部件安装板)。
散热基板2，由铝、铜等高热传导性材料形成，在这里由铝形成。优选，散热基板2的厚度为0.1～1.0mm，希望为0.4mm左右。
绝缘基板3，只要满足必要的绝缘特性、热传导率以及机械强度，由哪种绝缘材料形成都可以，但在例如由陶瓷形成的情况下，使用氧化铝、氮化铝、氮化硅等。优选，绝缘基板3的厚度为0.1～1mm。在绝缘基板3上面设有布线层8，并且在下面设有传热层9。布线层8，由导电性优异的铝、铜等的金属形成，但优选由电传导率高、变形能力高而且与半导体元件的软钎焊性优异的纯度高的纯铝形成。传热层9，由热传导性优异的铝、铜等的金属形成，但优选由热传导率高、变形能力高而且与熔融的钎焊材料的浸润性(润湿性)优异的纯度高的纯铝形成。另外，优选，布线层8和传热层9由同一材料形成。而且，优选，布线层8和传热层9的厚度为0.1～1.0mm，希望在0.6mm左右。而且，传热层9被钎焊于散热基板2。另外，作为事先设有布线层8以及传热层9的绝缘基板3，能够使用DBA(Direct Brazed Aluminum，注册商标)基板、DBC(Direct Bonded Copper，注册商标)基板等。
散热片4，由铝、铜等高热传导性材料(这里是铝)形成，为包括波峰部、波谷部以及连接波峰部和波谷部的连接部的波纹状，使波峰部以及波谷部的长度方向朝向图1的纸面表里方向而钎焊于散热基板2。散热片4的厚度为0.5mm，片高度为10mm，片间距为1.3mm左右。
上侧部件安装板5由与散热基板2相同的材料(这里是铝)形成，其上面为平坦面。在上侧部件安装板5上，形成有用于使绝缘基板3通过的贯通孔11。另外，上侧部件安装板5比散热基板2厚，优选，上侧部件安装板5的厚度为1.0～3.0mm，希望在2mm左右。此时，能够使上侧部件安装板5的刚性充分高于散热基板2的刚性，在后述的制造功率模块用基体1时，防止上侧部件安装板5的变形。而且，上侧部件安装板5，以绝缘基板3位于贯通孔11内的方式，钎焊于散热基板2的上面。
另外，在散热基板2的上面钎焊有多个绝缘基板3的情况下，在上侧部件安装板5上，形成有与绝缘基板3相同数量的使绝缘基板3通过的贯通孔、或形成一个使所有绝缘基板3通过的贯通孔，或者形成少于绝缘基板3的数量的使一个或多个绝缘基板3通过的贯通孔。
冷却套6由与散热基板2相同的材料(这里是铝)形成，通过钎焊于散热基板2的下面的金属制(这里为铝制)周壁6a和钎焊于周壁6a且堵塞周壁的下端开口的底壁6b，整体成为箱状。虽省略图示，但在冷却套6的周壁6a，连接有冷却液入口管以及冷却液出口管，从冷却液入口管送入的冷却液在冷却套6内流动，从冷却液出口管送出。
下侧部件安装板7由与上侧部件安装板5相同的材料(这里是铝)形成，钎焊于冷却套6的底壁6b的下面。在上侧部件安装板5的周缘部和下侧部件安装板7的周缘部之间，具有贯通状的螺纹孔12a的多个阴螺纹部件12沿周方向隔开适当间隔地配置，并钎焊于上侧部件安装板5以及下侧部件安装板7，使上下两部件安装板5、7相互结合。另外，在上侧部件安装板5以及下侧部件安装板7的与阴螺纹部件12的螺纹孔12a相对应的部分，分别形成有贯通孔5a、7a。另外，虽省略图示，但在没有配置阴螺纹部件12的部分，上侧部件安装板5的周缘部的所需部位以及下侧部件安装板7的周缘部的所需部位，分别以相互向另一方侧突出的方式被弯曲，两板5、7的弯曲部被相互钎焊。
另外，在功率模块用基体1中，有时在绝缘基板3的下面没有形成传热层9，绝缘基板3直接钎焊于散热基板2上。
功率模块用基体1，如下制造。
即，在绝缘基板3的下面层叠散热基板2，在散热基板2的上面以绝缘基板3位于贯通孔11内的方式层叠上侧部件安装板5。另外，在散热基板2的下面配置散热片4、冷却套6的周壁6a以及底壁6b。进而，在冷却套6的底壁6b的下面层叠下侧部件安装板7，在上侧部件安装板5和下侧部件安装板7之间配置阴螺纹部件12。在散热基板2与绝缘基板3的传热层9之间、散热基板2与散热片4以及周壁6a之间、散热基板2与上侧部件安装板5之间、底壁6b与散热片4以及周壁6a之间、底壁6b与下侧部件安装板7之间、阴螺纹部件12与上侧部件安装板5以及下侧部件安装板7之间，分别预先介有由Al-Si类合金、Al-Si-Mg类合金等形成的片状铝钎焊材。另外，在两板5、7的弯曲部之间也预先介有由Al-Si类合金、Al-Si-Mg类合金等形成的铝钎焊材。
接着，用适当的手段临时固定散热基板2、绝缘基板3、散热片4、上侧部件安装板5、冷却套6的周壁6a以及底壁6b、下侧部件安装板7、阴螺纹部件12，对接合面施加适当的载荷，并在真空环境中或惰性气体环境中加热至570～600℃，从而同时分别钎焊散热基板2与绝缘基板3的传热层9、散热基板2与散热片4、散热基板2与上侧部件安装板5、散热基板2与周壁6a、散热片4以及周壁6a与底壁6b、底壁6b与下侧部件安装板7、上侧部件安装板5以及下侧部件安装板7与阴螺纹部件12。这样一来，制造出功率模块用基体1。
在上述钎焊中的加热时，绝缘基板3、布线层8、传热层9、散热基板2、散热片4、上侧部件安装板5、周壁6a、底壁6b、下侧部件安装板7以及阴螺纹部件12热膨胀，并且在热膨胀了的状态下被钎焊，加热结束后，它们热收缩。在此，散热基板2的热膨胀程度比绝缘基板3的大，其结果是，散热基板2的热收缩程度也比绝缘基板3的大。因此，在钎焊结束后冷却至常温时绝缘基板3以及散热基板2热收缩的情况下，散热基板2的收缩的程度比绝缘基板3大，散热基板2被绝缘基板3牵拉、发生翘曲那样的变形。但是，即便散热基板2变形，因为上侧部件安装板5比散热基板2厚且刚性高，而且上侧部件安装板5以及散热基板2都是铝制的、且两者的线膨胀系数的差别几乎不存在，所以散热基板2的变形不会影响上侧部件安装板5。因此，维持上侧部件安装板5的平坦度，上侧部件安装板5的上面仍被保持为平坦面。
根据上述的功率模块用基体1，在绝缘基板3的布线层8上通过例如软钎焊接合而安装功率器件P，进而将覆盖功率模块用基体1的绝缘基板3以及功率器件P的树脂罩13安装在上侧部件安装板5，从而构成功率模块。在树脂罩13的下端开口的周缘部形成有朝外突缘13a，将从上方贯通朝外突缘13a并且通过贯通孔5a的(阳螺纹)螺栓14螺纹嵌合于阴螺纹部件12的阴螺纹孔12a内，从而将树脂罩13安装到上侧部件安装板5上。这里，上侧部件安装板5的上面是平坦面，所以能够防止在将树脂罩13安装到上侧部件安装板5上时在树脂罩13的朝外突缘13a与上侧部件安装板5之间产生间隙，能够使树脂罩13的内部成为密封状态。另外，也能够在上侧部件安装板5上，正确安装电布线框、电子部件等功率模块所需的部件。
另外，利用下侧部件安装板7，安装收纳功率模块整体的壳体、电布线框、电子部件等的功率模块所需的各种部件。
上述的功率模块，适用于例如以电动机(电动马达)为驱动源的一部分的混合动力车辆的逆变电路，根据运行状态控制供给至电动机的电力。
此时，从功率器件P发出的热量，经布线层8、绝缘基板3、传热层9以及散热基板2传递至散热片4，从散热片4向在冷却套6内流动的冷却液散热。
在上述的功率模块用基体1中，有时在绝缘基板3的传热层9和散热基板2之间介有由高热传导性材料形成的应力缓和部件，应力缓和部件钎焊于传热层9和散热基板2。
在为使用了具有应力缓和部件的功率模块用基体1的功率模块时，从功率器件P发出的热量，经布线层8、绝缘基板3、传热层9以及散热基板2传递至散热片4，从散热片4向在冷却套6内流动的冷却液散热。此时，绝缘基板3以及散热基板2，由于从功率器件P所发出的热量而被加热至高温(例如150℃左右)，所以要热膨胀。尤其是，在散热基板2由热传导性比较优异的铝形成的情况下，铝的线膨胀系数比绝缘基板3大，所以由于散热基板2与绝缘基板3的热膨胀差异，散热基板2被绝缘基板3牵拉发生翘曲。但是，由于应力缓和部件的作用，缓和了牵拉散热基板2的力，抑制发生散热基板2的翘曲。
另外，在将使用了具有应力缓和部件的功率模块用基体1的功率模块长时间放置在低温环境(例如，-50℃左右)中的情况下，由于绝缘基板3和散热基板2的线膨胀系数的差异，散热基板2在绝缘基板3的约束下收缩、要发生翘曲。但是，由于应力缓和部件的作用，缓和了牵拉散热基板2的力，抑制发生散热基板2的翘曲。
并且，在制造具有应力缓和部件的功率模块用基体1时，在钎焊所有部件的情况下，在钎焊中的加热时，绝缘基板3以及散热基板2热膨胀，并且在热膨胀的状态下被钎焊，在加热结束后绝缘基板3以及散热基板2热收缩。但是，散热基板2由例如铝这样的高热传导性材料形成，其线膨胀系数比绝缘基板3的线膨胀系数大，所以散热基板2的热膨胀的程度比绝缘基板3大，结果散热基板2的热收缩的程度也比绝缘基板3大。因此，在钎焊结束后冷却到常温时绝缘基板3以及散热基板2热收缩的情况下，散热基板2的收缩的程度比绝缘基板3大，散热基板2被绝缘基板3牵拉、要发生翘曲。但是，在应力缓和部件的作用下，缓和了牵拉散热基板2的力，抑制产生散热基板2的翘曲。
图2至图4表示应力缓和部件的例子。
图2所示的应力缓和部件20，在铝制板状体21上呈交错配置状形成多个非角形(这里是圆形)的贯通孔22，贯通孔22成为应力吸收空间。圆形贯通孔22，形成在板状体21中的至少与绝缘基板3的周缘部相对应的位置，即在板状体21上包括与绝缘基板3的周缘部相对应的周缘部地在整体上形成。板状体21，可以由热传导率高、由于钎焊时的加热导致强度降低从而变形能力高、而且与熔融的钎焊材料的浸润性优异的、纯度99％以上优选纯度99.5％以上的纯铝形成。优选，板状体21的厚度为0.3～3mm，希望为0.3～1.5mm。优选，贯通孔22的圆相当径(相当于圆的直径)为1～4mm，因为在这里贯通孔22是圆形的，所以优选其孔径为1～4mm。另外，优选，所有的贯通孔22的面积的总和相对于板状体21的一个面的面积的比例在3～50％的范围内。
另外，在图2所示的应力缓和部件20中，可以仅在板状体21的周缘部形成多个圆形贯通孔22。在这种情况下，与图2所示的应力缓和部件20的情况相同，优选，所有的贯通孔22的面积的总和相对于板状体21的一个面的面积的比例在3～50％的范围内。另外，在图2所示的应力缓和部件20中，可以代替圆形贯通孔22，形成方形贯通孔。即，能够适当变化贯通孔的形状、配置。另外，可以代替贯通孔22，在板状体21的至少任意一个面上形成多个凹处。此时，作为凹处，使用凹球面状、圆锥台状、四棱锥状、长方体状以及沟槽状等的凹处。能够适当变化凹处的形状、配置。并且，可以在板状体21上形成为贯通孔与凹处混合存在。
图3所示的应力缓和部件30，用铝例如通过冷锻造而形成，包括板状本体31、和在板状本体31的上面呈交错配置状隔开间隔地形成的多个实心圆柱状突起32。而且，突起32的前端面钎焊于传热层9，板状本体31的下面钎焊于散热基板2。应力缓和部件30，可以由热传导率高、由于钎焊时的加热导致强度降低从而变形能力高、而且与熔融的钎焊材料的浸润性优异的、纯度99％以上、优选纯度99.5％以上的纯铝形成。
优选，板状本体31的厚度为0.5～3mm。这是因为：如果板状本体31的厚度过薄，则在由于绝缘基板3与散热基板2的线膨胀系数的不同导致功率模块用设备1产生了热应力的情况下的应力缓和部件30的变形不够，由应力缓和部件30所产生的应力缓和性能可能变得不够充分；如果该厚度过厚，则存在热传导性减低、散热性能减低的可能性。
在功率模块用设备1所产生的热应力比较大的情况下，优选，突起32的突出高度比横截面的外径大，更加优选，突起32的突出高度大于0.8mm且小于等于1.5mm，横截面的外径大于等于0.8mm且小于1.5mm。这是因为：如果突起32的突出高度过低、且突起32的横截面的外径过大，则在由于绝缘基板3和散热基板2的线膨胀系数不同而产生热应力的情况下的应力缓和部件30的变形不够，由应力缓和部件30所产生的应力缓和性能可能变得不够充分；如果该突起32的突出高度过高且突起32的横截面的外径过小，则存在热传导性减低、散热性能减低的可能性。
另外，在功率模块用设备1所产生的热应力比较小的情况下，优选，突起32的突出高度比横截面的外径小，更加优选，突起32的突出高度为0.5～0.8mm，横截面的外径为1.5～3mm。这是因为：如果突起32的突出高度过低、且突起32的横截面的外径过大，则在由于绝缘基板3和散热基板2的线膨胀系数不同而在功率模块用设备1上产生热应力的情况下的应力缓和部件30的变形不够，由应力缓和部件30所产生的应力缓和性能可能变得不够充分；如果突起32的突出高度过高且突起32的横截面的外径过小，则存在热传导性减低、散热性能减低的可能性。
另外，可以将图3所示的应力缓和部件30，与由高热传导性材料(这里是铝)形成且具有使应力缓和部件30的突起32通过的多个贯通孔的热传导板组合使用。该热传导板，以突起32通过贯通孔的状态配置在应力缓和部件30中的板状本体31的上面，钎焊于绝缘基板3的传热层9以及应力缓和部件30的板状本体31。这里，优选，在突起32的外周面和贯通孔的内周面之间、以及应力缓和部件30的板状本体31的上面和热传导板的下面之间，分别存在间隙。在这种情况下，优选，在这些间隙中，填充高热传导性油脂或者热传导树脂。另外，可以在绝缘基板3的传热层9和散热基板2之间，配置两个图3所示的应力缓和部件30。在这种情况下，上侧的应力缓和部件30以突起32朝下的方式配置，下侧的应力缓和部件30以突起32朝上的方式配置，上侧应力缓和部件30的板状本体31的上面钎焊于绝缘基板3的传热层9，并且下侧应力缓和部件30的板状本体31的下面钎焊于散热基板2。另外，在图3所示的应力缓和部件30中，可以在突起32上形成沿上下方向延伸的贯通孔。而且，在图3所示的应力缓和部件30中，能够适当变化突起的形状。
图4所示的应力缓和部件40由板状体41构成，该板状体41由多孔质材料形成。板状体41，使用由铝等的金属纤维形成的织物以及无纺布、由碳素纤维形成的织物以及无纺布、由陶瓷纤维形成的织物以及无纺布等而形成。
另外，虽省略图示，但作为介于绝缘基板3的传热层9和散热基板2之间的应力缓和部件，有时使用由具有介于绝缘基板3的线膨胀系数和散热基板2的线膨胀系数的中间的线膨胀系数的材料形成的板状体。例如，在绝缘基板3是陶瓷制、散热基板2是铝制的情况下，优选，应力缓和部件的板状体由线膨胀系数为12×10-6/℃左右的材料形成。
在图5中，表示使上述应力缓和部件20、30、40介于功率模块用基体1中的绝缘基板3的传热层9和散热基板2之间、并钎焊于传热层9以及散热基板2上的例子。
在具备上述应力缓和部件20、30、40的功率模块用基体中，有时作为使由高热传导性材料形成的应力缓和部件介于绝缘基板3的传热层9和散热基板2之间的构成的替代，配置上述应力缓和部件来代替传热层9，将应力缓和部件直接钎焊于绝缘基板3、并钎焊于散热基板2。
本发明的功率模块用基体，适用于构成具备功率器件的功率模块、使从半导体元件所发出的热量高效地散热。而且，利用该发明的功率模块用基体，能够正确地安装功率模块所需的各种部件。

Claims (16)

1.一种功率模块用基体，具备：由高热传导性材料形成的散热基板、接合于散热基板的一面的绝缘基板、设置在绝缘基板中的与接合于散热基板的一侧相反侧的面的布线层、和接合于散热基板的另一面的散热片；其中，
在散热基板中的接合有绝缘基板的一侧的面上，接合有比散热基板厚且具有使绝缘基板通过的贯通孔的部件安装板，使得绝缘基板位于贯通孔内。
2.根据权利要求1所记载的功率模块用基体，其中，
在散热基板中的接合有散热片的一侧的面上，以覆盖散热片的方式固定有冷却套，冷却液在冷却套内流动。
3.根据权利要求1或2所记载的功率模块用基体，其中，
绝缘基板与散热基板、散热基板与散热片、以及散热基板与部件安装板分别被钎焊。
4.根据权利要求1至3中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
在冷却套中的与散热基板相对的壁部分的外面，接合有下侧部件安装板。
5.根据权利要求4所记载的功率模块用基体，其中，
两部件安装板相互结合。
6.根据权利要求1至5中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
在绝缘基板中的与设有布线层的一侧相反侧的面，设有由高热传导性材料形成的传热层，传热层与散热基板相接合。
7.根据权利要求1至5中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
绝缘基板中的与设有布线层的一侧相反侧的面与散热基板直接接合。
8.根据权利要求1至7中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
绝缘基板由陶瓷形成，该陶瓷由氮化铝、氧化铝或氮化硅形成。
9.根据权利要求1至8中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
布线层由铝或铜形成。
10.根据权利要求1至9中任一项所记载的功率模块用基体，其中，
在绝缘基板和散热基板之间介有由高热传导性材料形成的应力缓和部件，应力缓和部件接合于绝缘基板以及散热基板。
11.根据权利要求10所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件包括形成有多个贯通孔的板状体。
12.根据权利要求10所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件，包括板状本体、和相互隔开间隔地一体形成于板状本体的至少一面的多个突起。
13.根据权利要求10所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件，由具有介于绝缘基板的线膨胀系数和散热基板的线膨胀系数之间的线膨胀系数的材料形成。
14.根据权利要求10所记载的功率模块用基体，其中，
应力缓和部件由多孔质材料形成。
15.一种功率模块，具备：如权利要求1至14中任一项所记载的功率模块用基体、和安装在功率模块用基体的绝缘基板的布线层上的功率器件。
16.根据权利要求15所记载的功率模块，其中，
具备安装在部件安装板上、且覆盖功率模块用基体的绝缘基板以及功率器件的罩。
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