JP2002043510A - 半導体パワーモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

半導体パワーモジュールおよびその製造方法

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insulating
wiring pattern
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Hiroshi Yoshida
博 吉田
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  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価で高信頼性の金属ベース絶縁基板を備え
た小型、コンパクトな半導体パワーモジュールおよびそ
の製造方法を得る。 【解決手段】 パワー素子２および制御素子３を搭載す
る絶縁基板２２を、一方の主面の銅箔に開口し、他方の
主面の銅箔をストッパーとする複数個の盲孔１５を形成
し、盲孔１５の内面に銅メッキ層を形成した後に盲孔１
５のストッパー側に主回路配線パターン１８および制御
回路配線パターン１９を、盲孔１５の開口側に放熱用パ
ターン２０および制御回路接地用パターン２１を形成し
た構成とし、金属ベース絶縁基板１を、絶縁シート状の
接着剤２３にて金属ベース板１１と放熱用パターン２０
および制御回路接地用パターン２１との間に所定厚さの
絶縁層２３ａを形成すると共に盲孔１５の内面を充填す
るように接着した構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体パワーモ
ジュールおよびその製造方法に関し、特に、半導体パワ
ーモジュールを構成する金属ベース絶縁基板およびその
製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体パワーモジュールは、電力制御用
の半導体素子であるパワー素子を備える主回路と、該主
回路の動作を制御する半導体素子である制御素子を備え
る制御回路とを、一つの装置に組込んだものであり、主
としてモータ等を制御するインバータ装置等に応用され
ている。
【０００３】図５は従来の半導体パワーモジュールの断
面を示す模式図である。図において、１は金属ベース絶
縁基板、２は金属ベース絶縁基板１における後述の主回
路配線パターン１１３上にハンダ付けにより接合された
ＩＧＢＴ、フライホイールダイオード等のパワー素子、
３は金属ベース絶縁基板１における後述の制御回路配線
パターン１１６上にハンダ付けにより接合され、パワー
素子２を制御する制御素子である。そして、４は主回路
配線パターン１１３上にハンダ付けにより接合された主
回路端子、５は制御回路配線パターン１１６上にハンダ
付けにより接合された制御回路端子であり、夫々、パワ
ー素子２や制御素子３とアルミワイヤ６により接続され
ている。
【０００４】また、７はパワー素子２および制御素子３
を囲繞するように金属ベース絶縁基板１上に配設され、
かつ接着された外枠であり、金属ベース絶縁基板１と外
枠７とにより金属ベース絶縁基板１を底板とするケース
８を形成している。９はパワー素子２および制御素子３
を覆うようにケース８内に充填されたエポキシ樹脂であ
り、金属ベース絶縁基板１からエポキシ樹脂９により従
来の半導体パワーモジュール１００を構成している。
【０００５】次に、図６により、半導体パワーモジュー
ル１００における金属ベース絶縁基板１の構成を説明す
る。図において、１１１は熱伝導性に優れたアルミ材か
らなる金属ベース板、１１２は金属ベース板１１１の上
に配設された絶縁板、１１３は絶縁板１１２の上に貼付
けられた銅箔をエッチングして形成された主回路配線パ
ターンであり、金属ベース板１１１、絶縁板１１２およ
び主回路配線パターン１１３により主回路基板１１４を
構成し、主回路配線パターン１１３には図５に示すごと
く、パワー素子２や主回路端子４がハンダ付けにて接合
される。
【０００６】また、１１５はガラス繊維を骨材としたエ
ポキシ樹脂製の絶縁板（ガラスエポキシ基材）、１１
６、１１７は夫々絶縁板１１５の両主面に貼付けられた
銅箔をエッチングして得られた制御回路配線パターンお
よび制御回路接地用パターンである。なお、絶縁板１１
５の所定の箇所には貫通孔１１５ａを形成して銅メッキ
を施し、貫通孔１１５ａの内面に形成された銅メッキ層
により制御回路配線パターン１１６と制御回路接地用パ
ターン１１７とを電気的に導通し、制御回路接地用パタ
ーン１１７が制御回路（図示せず）の共通接地用パター
ンとして機能している。
【０００７】なお、絶縁板１１５、制御回路配線パター
ン１１６および制御回路接地用パターン１１７により制
御回路基板１１８を構成し、制御回路基板１１８は絶縁
板１１２の主回路配線パターン１１３が配設されていな
い一定の領域１１２ａに接着シート１１９を介して接合
されている。そして、制御回路配線パターン１１６には
図５に示すごとく、制御素子３や制御回路端子５がハン
ダ付けにより接合される。
【０００８】図７は、図６に示した従来の半導体パワー
モジュール１００における金属ベース絶縁基板１の組立
方法を説明する断面の模式図である。以下、図７により
金属ベース絶縁基板１の製造プロセスを説明する。
【０００９】図７において、金属ベース板１１１の主面
上に絶縁板１１２を、絶縁板１１２の主面上に銅箔を載
置した状態において一体に熱圧着し、その後、上記銅箔
をウエットエッチングにより主回路配線パターン１１３
を形成し、金属ベース板１１１、絶縁板１１２および主
回路配線パターン１１３からなる主回路基板１１４が完
成する。
【００１０】別途、絶縁板１１５の所定の位置に、その
両主面に貼付けた銅箔と共にＮＣドリルで孔明けし、貫
通孔１１５ａを形成して銅メッキを施し、貫通孔１１５
ａの内面に上記銅メッキ層を形成する。次に、上記銅箔
をウエットエッチングにより一方の主面に制御回路配線
パターン１１６を、他方の主面に制御回路接地用パター
ン１１７を形成することにより、制御回路配線パターン
１１６と制御回路接地用パターン１１７とが貫通孔１１
５ａの内面の上記銅メッキ層により電気的に導通し、制
御回路接地用パターン１１７を制御回路（図示せず）の
共通接地用パターンとした制御回路基板１１８が完成す
る。
【００１１】その後、主回路基板１１４における絶縁板
１１２の所定の領域１１２ａに制御回路基板１１８を接
着シート１１９を介して接合することにより図６に示す
ごとき金属ベース絶縁基板１が完成し、図５に示すごと
く、半導体パワーモジュール１００の底板として供され
る。
【００１２】以上のごとく、従来の半導体パワーモジュ
ール１００における金属ベース絶縁基板１は金属ベース
板１１１、絶縁板１１２および主回路配線パターン１１
３により構成された主回路基板１１４、および主回路基
板１１４に接着シート１１９を用いて接着された制御回
路基板１１８により構成されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体パワーモ
ジュールは、主回路基板１１４の上に制御回路基板１１
８を積重ねた積層構造の金属ベース絶縁基板１を用いた
ので、金属ベース絶縁基板１の製造に際し、主回路基板
１１４および制御回路基板１１８が別々の工程で製造さ
れ、その後、積層プレスにて一体化する工程が必要であ
り、工数が多いためにコスト高となり、また、上記、各
工程で熱ストレスが加わり、結果として金属ベース絶縁
基板１の絶縁特性を劣化させる要因となる等の問題点が
あった。
【００１４】また、主回路基板１１４は、主回路配線パ
ターン１１３が１層のみの構成であり、その分基板サイ
ズが大きく、コスト高となると共に、回路配線パターン
のインダクタンスが大きくなる等の問題点があった。さ
らに、比較的高価な主回路基板１１４が、放熱を必要と
しない制御回路基板１１８の直下にも設けられているの
で、無駄なコストを要するという問題点もあった。
【００１５】この発明は、上記の問題点を解消するため
に行われたものであり、製造工数が少なく、安価でしか
も高信頼性の金属ベース絶縁基板を備えた小型、コンパ
クトな半導体パワーモジュールを提供することを目的と
する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
パワーモジュールは、パワー素子を搭載した絶縁基板
と、該絶縁基板と接着された金属ベース板とにより構成
された金属ベース絶縁基板を備えた半導体パワーモジュ
ールにおいて、上記絶縁基板が、両主面に金属箔を有す
る絶縁板における上記金属箔の一方に開口して他方の金
属箔をストッパーとし、内面に金属メッキ層が形成され
た複数の盲孔を備え、上記金属箔の各々をパターニング
して上記ストッパー側の主面に上記パワー素子を接合す
る主回路配線パターンが形成されると共に、上記開口側
の主面に上記金属メッキ層を介して上記主回路配線パタ
ーンと電気的および熱的に導通し、上記パワー素子の発
熱を放熱すると共に主回路の共通接地用パターンを兼ね
る放熱用パターンが形成され、上記金属ベース絶縁基板
が、上記絶縁基板と上記金属ベース板とを熱伝導性およ
び電気絶縁性を有する接着剤にて、上記放熱用パターン
と上記金属ベース板の一方の主面との間に所定厚さの絶
縁層を形成するように接着されたものである。
【００１７】第２の発明に係る半導体パワーモジュール
は、パワー素子および該パワー素子を制御する制御素子
を搭載した絶縁基板と、該絶縁基板と接着された金属ベ
ース板とにより構成された金属ベース絶縁基板を備えた
半導体パワーモジュールにおいて、上記絶縁基板は、両
主面に金属箔を有する絶縁板における上記金属箔の一方
に開口して他方の金属箔をストッパーとし、内面に金属
メッキ層が形成された複数の盲孔を備えると共に、上記
金属箔の各々をパターニングして上記ストッパー側の主
面に上記パワー素子を接合する主回路配線パターンおよ
び上記制御素子を接合する制御回路配線パターンを形成
されると共に、上記開口側の主面における上記主回路配
線パターンと対応する位置に、上記金属メッキ層を介し
て上記主回路配線パターンと電気的および熱的に導通
し、上記パワー素子の発熱を放熱すると共に主回路の共
通接地用パターンを兼ねる放熱用パターンが、上記制御
回路配線パターンと対応する位置に、上記金属メッキ層
を介して上記制御回路配線パターンと電気的に導通した
制御回路接地用パターンが形成され、上記金属ベース絶
縁基板は、上記絶縁基板と上記金属ベース板とを熱伝導
性および電気絶縁性を有する接着剤にて、上記放熱用パ
ターンおよび上記制御回路接地用パターンと上記金属ベ
ース板の一方の主面との間に所定厚さの絶縁層を形成す
るように接着されたものである。
【００１８】第３の発明に係る半導体パワーモジュール
は、第２の発明に係る半導体パワーモジュールにおい
て、金属ベース板が、放熱用パターンと対向する位置に
配設された金属板と制御回路接地用パターンと対向する
位置に配設された非金属板とを一体に接着したものであ
る。
【００１９】第４の発明に係る半導体パワーモジュール
は、第１の発明乃至は第３の発明に係る半導体パワーモ
ジュールにおいて、絶縁板がガラス繊維を骨材としたエ
ポキシ樹脂からなり、金属箔が銅箔からなり、金属メッ
キ層が銅メッキ層からなる絶縁基板を備えたものであ
る。
【００２０】第５の発明に係る半導体パワーモジュール
は、第１の発明乃至は第４の発明に係る半導体パワーモ
ジュールにおいて、絶縁基板と金属ベース板とを接着す
る接着剤が、半硬化のシート状にて供給される樹脂系接
着剤であり、上記絶縁基板と上記金属ベース板との間に
挟んで熱圧着することにより、盲孔を上記接着剤で充填
したものである。
【００２１】第６の発明に係る半導体パワーモジュール
の製造方法は、パワー素子を搭載する絶縁基板の製造工
程と、該絶縁基板と金属ベース板とを接着した構成の金
属ベース絶縁基板の製造工程とを有し、上記絶縁基板の
製造工程が、両主面に金属箔を貼付けた絶縁板における
一方の主面の上記金属箔をエッチングして複数の孔を開
口する工程と、該複数の孔を介して上記絶縁板にレーザ
ーを照射し、上記絶縁板を貫通して他方の主面の金属箔
をストッパーとする複数の盲孔を形成する工程と、上記
複数の盲孔の内面に金属メッキ層を形成する工程と、上
記両主面の金属箔をエッチングして上記ストッパー側に
上記パワー素子を接合する主回路配線パターンを、上記
開口側に、上記主回路配線パターンと上記金属メッキ層
にて電気的および熱的に導通され、上記パワー素子の発
熱を放熱すると共に主回路の共通接地用パターンを兼ね
る放熱用パターンを形成する工程を有し、上記金属ベー
ス絶縁基板の製造工程が、上記絶縁基板と上記金属ベー
ス板との間に半硬化の絶縁シート状の接着剤を挟んで加
熱圧着し、上記複数の盲孔に上記接着剤を充填すると共
に、上記放熱用パターンと上記金属ベース板との間に所
定厚さの絶縁層を形成し、この状態で上記接着剤を硬化
させて上記絶縁基板と上記金属ベース板とを接着する工
程を有する方法である。
【００２２】第７の発明に係る半導体パワーモジュール
の製造方法は、パワー素子および該パワー素子を制御す
る制御素子を搭載する絶縁基板の製造工程と、該絶縁基
板と金属ベース板とを接着した構成の金属ベース絶縁基
板の製造工程とを有し、上記絶縁基板の製造工程が、両
主面に金属箔を貼付けた絶縁板における一方の主面の金
属箔をエッチングして複数の孔を開口する工程と、該複
数の孔を介して上記絶縁板にレーザーを照射し、上記絶
縁板を貫通して他方の主面の金属箔をストッパーとする
複数の盲孔を形成する工程と、上記複数の盲孔の内面に
金属メッキ層を形成する工程と、上記両主面の金属箔を
エッチングして上記ストッパー側に上記パワー素子を接
合する主回路配線パターンおよび上記制御素子を接合す
る制御回路配線パターンを形成すると共に、上記開口側
における上記主回路配線パターンと対応する位置に、上
記主回路配線パターンと上記金属メッキ層にて電気的お
よび熱的に導通され、上記パワー素子の発熱を放熱する
と共に主回路の共通接地用パターンを兼ねる放熱用パタ
ーンを、上記制御回路配線パターンと対応する位置に、
上記金属メッキ層を介して上記制御回路配線パターンと
電気的に導通した制御回路接地用パターンを形成する工
程を有し、上記金属ベース絶縁基板の製造工程が、上記
絶縁基板と上記金属ベース板との間に半硬化の絶縁シー
ト状の接着剤を挟んで加熱圧着し、上記盲孔に上記接着
剤を充填すると共に、上記放熱用パターンおよび上記制
御回路接地用パターンと上記金属ベース板との間に所定
厚さの絶縁層を形成し、この状態で上記接着剤を硬化さ
せて上記絶縁基板と上記金属ベース板とを接着する工程
を有する方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１としての半導体パワーモジュールの断面
を示す模式図、図２は図１に示した半導体パワーモジュ
ールにおける金属ベース絶縁基板の断面を示す模式図、
図３は図２に示した金属ベース絶縁基板の製造工程を説
明する図である。
【００２４】図において、１は金属ベース絶縁基板、２
は金属ベース絶縁基板１における後述の主回路配線パタ
ーン１８上にハンダ付けにより接合されたＩＧＢＴ、フ
ライホイールダイオード等のパワー素子、３は金属ベー
ス絶縁基板１における後述の制御回路配線パターン１９
上にハンダ付けにより接合され、パワー素子２を制御す
る制御素子である。
【００２５】そして、４は金属ベース絶縁基板１におけ
る後述の主回路配線パターン１８上にハンダ付けにより
接合された主回路端子、５は金属ベース絶縁基板１にお
ける後述の制御回路配線パターン１９上にハンダ付けに
より接合され制御回路端子であり、夫々、パワー素子２
や制御素子３と、接続線として経済的で電気良導性に優
れたアルミワイヤ６により接続されている。
【００２６】また、７はパワー素子２および制御素子３
を囲繞するように金属ベース絶縁基板１上に配設され、
かつ金属ベース絶縁基板１と接着された外枠であり、金
属ベース絶縁基板１と外枠７とにより金属ベース絶縁基
板１を底板とするケース８を形成している。９はパワー
素子２および制御素子３を覆うようにケース８内に充填
されたエポキシ樹脂であり、金属ベース絶縁基板１から
エポキシ樹脂９により実施の形態１としての半導体パワ
ーモジュール１０を構成している。
【００２７】次に、図２により金属ベース絶縁基板１の
構成を説明する。図において、１１は熱伝導性に優れた
アルミ材製の金属ベース板、１２はガラス繊維を骨材と
し、耐熱性および機械的強度に優れたエポキシ樹脂製の
絶縁板（ガラスエポキシ基材）、１３、１４は絶縁板１
２の両主面に貼付けられた銅箔、１５は銅箔１４側から
開口し、絶縁板１２を貫通して他方の銅箔１３をストッ
パーとするレーザ加工により形成された複数個の盲孔で
ある。
【００２８】また、１６は盲孔１５の内面に形成した銅
メッキ層であり、盲孔１５に形成した銅メッキ層１６を
介して絶縁板１２の両主面の銅箔１３と銅箔１４とを電
気的および熱的に導通させている。
【００２９】そして、１８、１９は夫々、絶縁板１２の
一方の主面における銅箔１３と銅メッキ層１７との積層
物をエッチングして形成した主回路配線パターンおよび
制御回路配線パターンであり、図１に示すごとく、主回
路配線パターン１８にはパワー素子２や主回路端子４が
ハンダ付けにより接合され、制御回路配線パターン１９
には制御素子３や制御端子５がハンダ付けにより接合さ
れている。
【００３０】また、２０、２１は夫々、絶縁板１２の他
方の主面における銅箔１４と銅メッキ層１６との積層物
をエッチングして形成した放熱用パターンおよび制御回
路接地用パターンである。放熱用パターン２０は、主回
路配線パターン１８と対応する位置に形成され、図１に
示すごとく、主回路配線パターン１８から盲孔１５の内
面に形成された銅メッキ層１６を介して熱伝導されたパ
ワー素子２などの発熱による損失熱を、後述の絶縁層２
３ａを介して金属ベース板１１へ放熱する。さらに、放
熱用パターン２０は、盲孔１５の内面に形成された銅メ
ッキ層１６を介して主回路配線パターン１８と接続され
た共通接地パターン等、主回路配線パターンの一部を形
成している。
【００３１】そして、制御回路接地用パターン２１は制
御回路配線パターン１９と対応する位置に形成され、制
御回路配線パターン１９と絶縁板１２を介して盲孔１５
の内面に形成された銅メッキ層１６により制御回路配線
パターン１９と導通し、制御回路（図示せず）の共通接
地用パターンを構成すると共に、パワー素子２が発生
し、金属ベース板１１を介して作用するノイズを遮蔽
し、このノイズから制御素子３を保護する。なお、絶縁
板１２および絶縁板１２の両主面に形成された主回路配
線パターン１８、制御回路配線パターン１９、放熱用パ
ターン２０および制御回路接地用パターン２１により絶
縁基板２２を構成している。
【００３２】また、２３は金属ベース板１１と絶縁基板
２２とを接着するための電気絶縁性、耐熱性および高熱
伝導性を兼ね備えた高熱伝導充填剤入りのエポキシ樹脂
製の接着剤であり、半硬化（Ｂステージ品）の絶縁シー
トとして供給され、熱圧着により硬化し、放熱用パター
ン２０および制御回路接地用パターン２１と金属ベース
板１１の一方の主面間に所定厚さの絶縁層２３ａを形成
すると共に、盲孔１５を充填している。
【００３３】以上のごとく、金属ベース絶縁基板１は、
金属ベース板１１、絶縁基板２２、および金属ベース板
１１と絶縁基板２２との間に絶縁層２３ａを形成した状
態でこれらを接着する接着剤２３にて構成されている。
【００３４】次に、図３により金属ベース絶縁基板１の
製造プロセスを説明する。まず、図３（Ａ）において、
ガラス繊維を骨材とし、両主面に夫々銅箔１３、１４が
貼付けられたエポキシ樹脂製の板状の絶縁板（ガラスエ
ポキシ基材）１２を準備し、絶縁板１２の銅箔１４にお
ける複数個の盲孔１５の開口予定箇所を除き、銅箔１
３、１４の全面にマスキング（図示せず）し、銅箔１４
における盲孔１５の形成予定箇所に盲孔１５と略同径の
孔１４ａをウエットエッチングにより開口する。
【００３５】次に、図３（Ｂ）において、銅箔１４に開
口した孔１４ａを介して絶縁板１２に、レーザを照射
し、絶縁板１２を貫通して他方の銅箔１３をストッパー
とする複数個の盲孔１５を形成する。
【００３６】次に、図３（Ｃ）において、銅メッキを施
し、盲孔１５の内面を銅メッキ層１６で覆う。この結
果、盲孔１５に形成した銅メッキ層１６を介して絶縁板
１２の両主面の銅箔１３と銅箔１４とを電気的および熱
的に導通する。即ち、盲孔１５の底部に覗く銅箔１３の
裏面と銅箔１４の表面とが絶縁板１２の内壁面に被着形
成された銅メッキ層１６により接続される。なお、上記
銅メッキを施すことにより、同時に銅箔１４の表面上に
も銅メッキ層１７が形成される。
【００３７】次に、図３（Ｄ）において、銅メッキ層１
６および銅メッキ層１７の表面上にマスキング（図示せ
ず）し、銅箔１３と銅メッキ層１７との積層物および銅
箔１４と銅メッキ層１６との積層物を同時にエッチング
し、絶縁板１２の一方の主面に主回路配線パターン１８
および制御回路配線パターン１９を、他方の主面におけ
る主回路配線パターン１８と対応する位置に盲孔１５を
介して主回路配線パターン１８と電気的および熱的に導
通する放熱用パターン２０を、制御回路配線パターン１
９と対応する位置に、同じく盲孔１５を介して制御回路
配線パターン１９と電気的および熱的に導通する制御回
路接地用パターン２１を形成する。
【００３８】上記、図３（Ａ）から図３（Ｄ）に示した
工程により、絶縁板１２の両主面に主回路配線パターン
１８、制御回路配線パターン１９、放熱用パターン２０
および制御回路接地用パターン２１が形成された絶縁基
板２２が完成する。即ち、絶縁基板２２は、主回路配線
パターン１８と制御回路配線パターン１９とが同一面
に、同一工程にて形成される。
【００３９】次に、図２に示すごとく、金属ベース板１
１と絶縁基板２２とを半硬化（Ｂステージ品）のエポキ
シ樹脂系の絶縁シートとして供給される高熱伝導の接着
剤２３を用いて接着するが、まず、金属ベース板１１上
に上記半硬化の上記絶縁シートを載せ、さらにその上に
絶縁基板２２を載せ、上記絶縁シートを放熱用パターン
２０および制御回路接地用パターン２１と金属ベース板
１１の一方の主面間に挟んだ状態において、真空雰囲気
中で、所定の押圧力および温度で所定時間保持し、熱圧
着してこれらを一体に接着する。
【００４０】この結果、金属ベース板１１と絶縁基板２
２との間に所定の厚さの絶縁層２３ａが形成されると共
に、上記絶縁シートが変形して盲孔１５を充填した金属
ベース絶縁基板１が完成する。即ち、金属ベース板１１
と絶縁基板２２との間に半硬化のシート状にて供給され
る樹脂系接着剤２３を挟んで熱圧着する方式のため、金
属ベース板１１と絶縁基板２２との間の絶縁層２３ａの
厚さを容易に均一に形成できると共に、盲孔１５にも樹
脂（接着剤２３）を充填でき、作業性に優れ、かつ放熱
性に優れた金属ベース絶縁基板１が得られる。
【００４１】上記、完成した金属ベース絶縁基板１にお
ける主回路配線パターン１８の表面上には、図１に示す
ごとく、チップ状のパワー素子２がハンダ付けにより接
合され、制御回路配線パターン１９には制御素子３がハ
ンダ付けにより接合され、アルミワイヤ６にて接続され
る。なお、パワー素子２は、好ましくは主回路配線パタ
ーン１８に直接取付ける代りに、ヒート・シンク用部材
（図示せず）介して間接的に取付けられる。次に、主回
路配線パターン１８の表面上に主回路端子がハンダ付け
により接合され、制御回路配線パターン１９の表面上に
制御端子５がハンダ付けにより接合される。
【００４２】次に、金属ベース絶縁基板１を底板として
パワー素子２および制御素子３を囲繞するように外枠７
を配設してケース８を形成し、即ち、金属ベース絶縁基
板１における金属ベース板１１を底面とし、金属ベース
絶縁基板１の周縁と外枠７の下側内周の段付き部７ａと
が係合するように外枠７を乗せ、この係合部を接着して
ケース８を形成し、ケース８内のパワー素子２、制御素
子３およびこれらを配線したアルミワイヤ６の保護を目
的に、これらを覆うようにエポキシ系の封止樹脂９を充
填し、半導体パワーモジュール１０を完成する。
【００４３】以上ように構成された半導体パワーモジュ
ール１０においては、金属ベース絶縁基板１が、大電流
が流れるパワー素子２および主回路配線パターン１８に
発生する損失熱を主回路配線パターン１８から盲孔１５
の銅メッキ層１６、放熱用パターン２０および絶縁層２
３ａを介して金属ベース板１１へ放熱すると共に、主回
路配線パターン１８から盲孔１５の上記充填樹脂および
絶縁層２３ａを介して金属ベース板１１へ放熱し、さら
に金属ベース板１１に接する、例えば放熱フィン等の外
部の放熱機構（図示せず）へと効率よく熱放散させるこ
とができる。
【００４４】即ち、主回路配線パターン１８から盲孔１
５の銅メッキ層１６、放熱用パターン２０への放熱路に
並行して盲孔１５の上記充填樹脂を放熱路とするので、
その分、金属ベース絶縁基板１の放熱特性が向上する。
【００４５】また、絶縁基板２２が、パワー素子２を実
装する主回路配線パターン１８と制御素子３を実装する
と制御回路配線パターン１９とが同一の絶縁基板２２上
に実装されるので、即ち、両実装部が同一工程で一括形
成でき、工数削減を図れるので、図５に示した従来例と
比較して、製造コストを低減できると共に、各工程でそ
れぞれ発生する熱ストレスの履歴も必要最低限に低減で
き、熱劣化を防止できるので高信頼のものが得られる。
【００４６】さらに、絶縁基板２２において、絶縁板１
２の一方の主面に主回路配線パターン１８が形成される
と共に、他方の主面における主回路配線パターン１８と
対応する位置に、複数の盲孔１５の銅メッキ層１６を介
して電気的および熱的に導通する放熱用パターン２０が
形成されており、放熱用パターン２０が、パワー素子２
および主回路配線パターン１８に発生する損失熱の放熱
の役割だけでなく、主回路の共通接地用パターンとして
用いられ、第２の主回路配線パターンを兼用させてい
る。
【００４７】即ち、絶縁基板２２は、主回路配線用の２
枚のパターンを積層した構造を為すと共に、上記２枚の
パターンの一つが放熱用パターン２０と兼用された構造
を為し、この積層化により、配線の引き回しの簡略化を
図れると共に、放熱特性を犠牲にすることなく基板サイ
ズの小形化を図れる。
【００４８】また、絶縁基板２２において、主回路配線
パターン１８が大電流を担うに適したパターン断面積を
必要とするが、図３（Ｃ）に示した銅メッキ工程を繰返
すことにより銅メッキ層１７および銅メッキ層１６の層
厚を増すことができ、銅箔１３と銅メッキ層１７との合
計厚さからなる主回路配線パターン１８の厚さを増すこ
とができるので、主回路配線パターン１８における配線
のパターン幅が狭くても所定の断面積を確保でき、結果
として、さらに、基板サイズの小形化を図れる。
【００４９】さらに、銅箔１４と銅メッキ層１６との合
計厚さからなる放熱用パターン２０の厚さを増すことが
できるだけでなく、盲孔１５の内面に形成された銅メッ
キ層１６の厚さを増すことができるので、主回路配線パ
ターン１８から放熱用パターン２０への熱伝導路の熱抵
抗が減少し、金属ベース板１１への放熱効果をさらに向
上できる。そして、上記のごとく絶縁基板２２の小形化
により金属ベース絶縁基板１を小型化でき、そのコスト
を低減できる。
【００５０】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２としての半導体パワーモジュールの断面を示す模
式図であり、図１に示した実施の形態１としての半導体
パワーモジュール１０と比較して、金属ベース絶縁基板
１における金属ベース板１１が異なる。図４において、
金属ベース板１１がアルミ板２４と耐熱性に優れたＰＰ
Ｓ（ポリ・フェニレン・サルファイド）製の樹脂板２５
とを当接させて接着強度の高いエポキシ系の接着剤２６
により一体に接着した構成を為している。
【００５１】即ち、絶縁基板２２と絶縁層２３ａを介し
て接着された金属ベース板１１における放熱用パターン
２０と対向する部分だけがアルミ板２４からなり、制御
回路接地用パターン２１と対向する部分は放熱性を要し
ないために樹脂板２５を用いている。
【００５２】そのため、図１に示した全体がアルミ材製
の金属ベース板１１と比較して、制御素子３を含む制御
回路部の放熱特性に劣るが、この制御回路部は微弱な電
流が流れるのみであるから熱放散のための特別な考慮を
必要とせず、金属部分の面積が小さくて済み、コストの
低減をもたらすと共に、制御素子３が主回路配線側から
金属ベース板１１を介したノイズの影響を受難い構造が
得られる。
【００５３】即ち、パワー素子２と制御素子３が同一の
絶縁基板２２上に実装されるので、即ち、両実装部が同
一工程で製造されるので、図５に示した従来例と比較し
て製造コストが低減されると共に、金属ベース板１１に
おける放熱用パターン２０と対向する部分だけがアルミ
板２４からなり、制御回路接地用パターン２１と対向す
る部分が樹脂板２５からなるので、金属部分の面積が小
さくて済み、コストの低減をもたらすと共に、制御素子
３が主回路配線側からノイズの影響を受難い。
【００５４】なお、図１から図４に示した実施の形態１
および実施の形態２としての半導体パワーモジュールに
おいて、主回路配線パターン１８と放熱用パターン２０
とを電気的および熱的に接続する盲孔１５の孔径寸法、
孔数および孔位置の縦横ピッチを任意に選択可能であ
り、これらを主回路配線パターン１８上に搭載されたパ
ワー素子２の必要な放熱レベルに応じて適正に選択し、
絶縁基板２２を適正コストで製作できる。
【００５５】なお、金属ベース絶縁基板１に主回路配線
パターン１８および放熱用パターン２０のみを形成し、
制御回路配線パターン１９および制御回路接地用パター
ン２１を形成した絶縁基板（図示せず）を別ピースとて
金属ベース絶縁基板１とは直接接合せず、例えば外枠７
の内周面に接着した構成であっても、放熱用パターン２
０を主回路配線の共通接地用パターンとして用いる利点
を生かし、小型、コンパクトながら放熱特性に優れたも
のが得られる。
【００５６】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に示すような効果を奏する。
【００５７】絶縁基板が、一方の主面にパワー素子を接
合する主回路配線パターンを、他方の主面に放熱用パタ
ーンを形成されると共に、該放熱用パターンに開口し、
上記主回路配線パターンをストッパーとして内面に金属
メッキ層が形成された複数の盲孔を有し、該金属メッキ
層を介して上記主回路配線パターンと上記放熱用パター
ンとを電気的および熱的に導通した構成を為し、金属ベ
ース絶縁基板が、上記絶縁基板と金属ベース板とを熱伝
導性および電気絶縁性を有する接着剤にて、上記放熱用
パターンと上記金属ベース板の一方の主面との間に所定
厚さの絶縁層を形成するように接着した構成を為すの
で、上記パワー素子の発熱を上記主回路配線パターンか
ら上記盲孔の上記金属メッキ層、上記放熱用パターンお
よび上記絶縁層を介して上記金属ベース板へ効率よく放
熱できると共に、上記放熱用パターンを主回路の共通接
地用パターンとして利用でき、基板サイズの小形化を図
った、小型、コンパクトで高信頼性の半導体パワーモジ
ュールが得られる効果がある。
【００５８】また、絶縁基板が、一方の主面にパワー素
子を接合する主回路配線パターンおよび上記パワー素子
を制御する制御素子を接合する制御回路配線パターン
を、他方の主面における上記主回路配線パターンと対応
する位置に放熱用パターンを、上記制御回路配線パター
ンと対応する位置に制御回路接地用パターンを形成され
ると共に、上記放熱用パターンおよび上記制御回路接地
用パターンに開口して上記主回路配線パターンおよび制
御回路配線パターンをストッパーとし、内面に金属メッ
キ層が形成された複数の盲孔を有し、該金属メッキ層を
介して上記主回路配線パターンと上記放熱用パターンと
を電気的および熱的に導通すると共に上記制御回路配線
パターンと上記制御回路接地用パターンとを電気的に導
通した構成を為し、金属ベース絶縁基板が、上記絶縁基
板と金属ベース板とを熱伝導性および電気絶縁性を有す
る接着剤にて、上記放熱用パターンおよび上記制御回路
接地用パターンと上記金属ベース板の一方の主面との間
に所定厚さの絶縁層を形成するように接着した構成を為
すので、上記パワー素子の発熱を上記主回路配線パター
ンから上記盲孔の上記金属メッキ層、上記放熱用パター
ンおよび上記絶縁層を介して上記金属ベース板へ効率よ
く放熱できると共に、上記放熱用パターンを主回路の共
通接地用パターンとして利用でき、かつ、上記主回路配
線パターンおよび上記放熱用パターンからなる主回路部
と、上記制御回路配線パターンおよび上記制御回路接地
用パターンからなる制御回路部とを同一基板上に同一工
程にて一括形成でき、基板サイズの小形化と共に工数削
減を図った、小型、コンパクトで、安価な高信頼性の半
導体パワーモジュールを得られる効果がある。
【００５９】さらに、金属ベース板を、絶縁層を介して
放熱用パターンと対向する位置に配設された金属板と制
御回路接地用パターンと対向する位置に配設された非金
属板とを一体に接着した構成としたので、制御回路配線
パターンに搭載された制御素子が上記金属板を介して主
回路配線パターンに搭載されたパワー素子からのノイズ
の影響を受け難く、耐ノイズ性に優れた金属ベース絶縁
基板を備えた半導体パワーモジュールが得られる効果が
ある。
【００６０】また、絶縁板をガラス繊維を骨材としたエ
ポキシ樹脂により、金属箔を銅箔により、金属メッキ層
を銅メッキ層により構成したので、主回路配線パターン
から上記盲孔の銅メッキ層を介して放熱用パターンへの
熱伝導性に優れると共に、上記放熱用パターンを主回路
の共通接地用パターンして用いた場合における導電性に
優れ、かつ耐熱性および耐トラッキング性等に優れた絶
縁基板を比較的容易に製造でき、安価で高信頼性の金属
ベース絶縁基板を備えた半導体パワーモジュールが得ら
れる効果がある。
【００６１】さらに、絶縁基板と金属ベース板との接着
に際し、上記絶縁基板と上記金属ベース板との間に半硬
化のシート状にて供給される樹脂系接着剤を挟んで熱圧
着したので、盲孔にも上記樹脂系接着剤が充填されると
共に、上記絶縁基板と上記金属ベース板との間の絶縁層
の厚さを均一に形成容易であり、作業性に優れ、かつ放
熱性に優れた金属ベース絶縁基板を備えた半導体パワー
モジュールが得られる効果がある。
【００６２】また、絶縁基板の製造工程として、絶縁板
における一方の主面の金属箔をエッチングして開口孔を
形成し、該開口孔を介して上記絶縁板にレーザーを照射
し、上記絶縁板を貫通して他方の主面の金属箔をストッ
パーとする盲孔を形成し、該盲孔の内面に金属メッキ層
を形成し、上記両主面の金属箔をエッチングして上記ス
トッパー側にパワー素子を接合する主回路配線パターン
を形成し、上記開口側に、上記金属メッキ層を介して熱
伝導された上記パワー素子の発熱を放熱する放熱用パタ
ーンを形成する工程を有し、金属ベース絶縁基板の製造
工程として、上記絶縁基板と金属ベース板との間に半硬
化の絶縁シート状の接着剤を挟んで加熱圧着し、上記盲
孔を上記接着剤で充填すると共に、上記放熱用パターン
と上記金属ベース板との間に所定厚さの絶縁層を形成さ
せ、この状態で上記接着剤を硬化させて上記絶縁基板と
上記金属ベース板とを接着する工程を有するので、上記
パワー素子の発熱を上記金属ベース板へ効率よく放熱で
きると共に、上記放熱用パターンを主回路の共通接地用
パターンとして利用でき、基板サイズの小形化を図っ
た、小型、コンパクトで高信頼性の半導体パワーモジュ
ールを容易に製造する方法が得られる効果がある。
【００６３】さらにまた、絶縁基板の製造工程として、
絶縁板における一方の主面の金属箔をエッチングして開
口孔を形成し、該開口孔を介して上記絶縁板にレーザー
を照射し、上記絶縁板を貫通して他方の主面の金属箔を
ストッパーとする盲孔を形成し、該盲孔の内面に金属メ
ッキ層を形成し、上記両主面の金属箔をエッチングして
上記ストッパー側にパワー素子を接合する主回路配線パ
ターンおよび制御素子を接合する制御回路配線パターン
を、上記開口側に、上記金属メッキ層を介して熱伝導さ
れた上記パワー素子の発熱を放熱する放熱用パターンを
形成し、上記制御回路配線パターンと対応する位置に、
上記金属メッキ層を介して上記制御回路配線パターンと
電気的に導通した制御回路接地用パターンを形成する工
程を有し、金属ベース絶縁基板の製造工程として、上記
絶縁基板と金属ベース板との間に半硬化の絶縁シート状
の接着剤を挟んで加熱圧着し、上記盲孔を上記接着剤で
充填すると共に、上記放熱用パターンおよび上記制御回
路接地用パターンと上記金属ベース板との間に所定厚さ
の絶縁層を形成させ、この状態で上記接着剤を硬化させ
て上記絶縁基板と上記金属ベース板とを接着する工程を
有するので、上記パワー素子の発熱を上記金属ベース板
へ効率よく放熱できると共に、上記放熱用パターンを主
回路の共通接地用パターンとして利用でき、かつ、上記
主回路配線パターンおよび上記放熱用パターンからなる
主回路部と、上記制御回路配線パターンおよび上記制御
回路接地用パターンからなる制御回路部とを同一基板上
に同一工程にて一括形成でき、基板サイズの小形化と共
に工数削減を図った、小型、コンパクトで、安価な高信
頼性の半導体パワーモジュールの製造方法が得られる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１としての半導体パワ
ーモジュールの断面を示す模式図である。
【図２】 図１に示した半導体パワーモジュールにおけ
る金属ベース絶縁基板の断面を示す模式図である。
【図３】 図２に示した金属ベース絶縁基板１の製造方
法を説明する模式図である。
【図４】 この発明の実施の形態２としての半導体パワ
ーモジュールの断面を示す模式図である。
【図５】 従来の半導体パワーモジュールの断面を示す
模式図である。
【図６】 図５に示した従来の半導体パワーモジュール
おける金属ベース絶縁基板の断面を示す模式図である。
【図７】 図６に示した従来の金属ベース絶縁基板の組
立方法を説明する断面の模式図である。
【符号の説明】
１ 金属ベース絶縁基板、２ パワー素子、３ 制御素
子、７ 外枠、１０半導体パワーモジュール、１１ 金
属ベース板、１２ 絶縁板、１３、１４ 銅箔、１５
盲孔、１６、１７ 銅メッキ層、１８ 主回路配線パタ
ーン、１９制御回路配線パターン、２０ 放熱用パター
ン、２１ 制御回路接地用パターン、２２ 絶縁基板、
２３ 接着剤、２３ａ 絶縁層、２４ アルミ板、２５
樹脂板。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パワー素子を搭載した絶縁基板と、該絶
    縁基板と接着された金属ベース板とにより構成された金
    属ベース絶縁基板を備えた半導体パワーモジュールにお
    いて、上記絶縁基板は、両主面に金属箔を有する絶縁板
    における上記金属箔の一方に開口して他方の金属箔をス
    トッパーとし、内面に金属メッキ層が形成された複数の
    盲孔を備え、上記金属箔の各々をパターニングして上記
    ストッパー側の主面に上記パワー素子を接合する主回路
    配線パターンが形成されると共に、上記開口側の主面に
    上記金属メッキ層を介して上記主回路配線パターンと電
    気的および熱的に導通し、上記パワー素子の発熱を放熱
    すると共に主回路の共通接地用パターンを兼ねる放熱用
    パターンが形成され、上記金属ベース絶縁基板は、上記
    絶縁基板と上記金属ベース板とを熱伝導性および電気絶
    縁性を有する接着剤にて、上記放熱用パターンと上記金
    属ベース板の一方の主面との間に所定厚さの絶縁層を形
    成するように接着されたことを特徴とする半導体パワー
    モジュール。
  2. 【請求項２】 パワー素子および該パワー素子を制御す
    る制御素子を搭載した絶縁基板と、該絶縁基板と接着さ
    れた金属ベース板とにより構成された金属ベース絶縁基
    板を備えた半導体パワーモジュールにおいて、上記絶縁
    基板は、両主面に金属箔を有する絶縁板における上記金
    属箔の一方に開口して他方の金属箔をストッパーとし、
    内面に金属メッキ層が形成された複数の盲孔を備え、上
    記金属箔の各々をパターニングして上記ストッパー側の
    主面に上記パワー素子を接合する主回路配線パターンお
    よび上記制御素子を接合する制御回路配線パターンを形
    成されると共に、上記開口側の主面における上記主回路
    配線パターンと対応する位置に、上記金属メッキ層を介
    して上記主回路配線パターンと電気的および熱的に導通
    し、上記パワー素子の発熱を放熱すると共に主回路の共
    通接地用パターンを兼ねる放熱用パターンが、上記制御
    回路配線パターンと対応する位置に、上記金属メッキ層
    を介して上記制御回路配線パターンと電気的に導通した
    制御回路接地用パターンが形成され、上記金属ベース絶
    縁基板は、上記絶縁基板と上記金属ベース板とを熱伝導
    性および電気絶縁性を有する接着剤にて、上記放熱用パ
    ターンおよび上記制御回路接地用パターンと上記金属ベ
    ース板の一方の主面との間に所定厚さの絶縁層を形成す
    るように接着されたことを特徴とする半導体パワーモジ
    ュール。
  3. 【請求項３】 金属ベース板は、放熱用パターンと対向
    する位置に配設された金属板と制御回路接地用パターン
    と対向する位置に配設された非金属板とを一体に接着し
    たことを特徴とする請求項２に記載の半導体パワーモジ
    ュール。
  4. 【請求項４】 絶縁板はガラス繊維を骨材としたエポキ
    シ樹脂からなり、金属箔は銅箔からなり、金属メッキ層
    は銅メッキ層からなる絶縁基板を備えた請求項１乃至請
    求項３のいずれか１項に記載の半導体パワーモジュー
    ル。
  5. 【請求項５】 絶縁基板と金属ベース板とを接着する接
    着剤は、半硬化のシート状にて供給される樹脂系接着剤
    であり、上記絶縁基板と上記金属ベース板との間に挟ん
    で熱圧着することにより、盲孔を上記接着剤で充填した
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項
    に記載の半導体パワーモジュール。
  6. 【請求項６】 パワー素子を搭載する絶縁基板の製造工
    程と、該絶縁基板と金属ベース板とを接着した構成の金
    属ベース絶縁基板の製造工程とを有し、上記絶縁基板の
    製造工程は、両主面に金属箔を貼付けた絶縁板における
    一方の主面の上記金属箔をエッチングして複数の孔を開
    口する工程と、該複数の孔を介して上記絶縁板にレーザ
    ーを照射し、上記絶縁板を貫通して他方の主面の金属箔
    をストッパーとする複数の盲孔を形成する工程と、上記
    複数の盲孔の内面に金属メッキ層を形成する工程と、上
    記両主面の金属箔をエッチングして上記ストッパー側に
    上記パワー素子を接合する主回路配線パターンを、上記
    開口側に、上記主回路配線パターンと上記金属メッキ層
    にて電気的および熱的に導通され、上記パワー素子の発
    熱を放熱すると共に主回路の共通接地用パターンを兼ね
    る放熱用パターンを形成する工程を有し、上記金属ベー
    ス絶縁基板の製造工程は、上記絶縁基板と上記金属ベー
    ス板との間に半硬化の絶縁シート状の接着剤を挟んで加
    熱圧着し、上記複数の盲孔に上記接着剤を充填すると共
    に、上記放熱用パターンと上記金属ベース板との間に所
    定厚さの絶縁層を形成し、この状態で上記接着剤を硬化
    させて上記絶縁基板と上記金属ベース板とを接着する工
    程を有することを特徴とする半導体パワーモジュールの
    製造方法。
  7. 【請求項７】 パワー素子および該パワー素子を制御す
    る制御素子を搭載する絶縁基板の製造工程と、該絶縁基
    板と金属ベース板とを接着した構成の金属ベース絶縁基
    板の製造工程とを有し、上記絶縁基板の製造工程は、両
    主面に金属箔を貼付けた絶縁板における一方の主面の金
    属箔をエッチングして複数の孔を開口する工程と、該複
    数の孔を介して上記絶縁板にレーザーを照射し、上記絶
    縁板を貫通して他方の主面の金属箔をストッパーとする
    複数の盲孔を形成する工程と、上記複数の盲孔の内面に
    金属メッキ層を形成する工程と、上記両主面の金属箔を
    エッチングして上記ストッパー側に上記パワー素子を接
    合する主回路配線パターンおよび上記制御素子を接合す
    る制御回路配線パターンを形成すると共に、上記開口側
    における上記主回路配線パターンと対応する位置に、上
    記主回路配線パターンと上記金属メッキ層にて電気的お
    よび熱的に導通され、上記パワー素子の発熱を放熱する
    と共に主回路の共通接地用パターンを兼ねる放熱用パタ
    ーンを、上記制御回路配線パターンと対応する位置に、
    上記金属メッキ層を介して上記制御回路配線パターンと
    電気的に導通した制御回路接地用パターンを形成する工
    程を有し、上記金属ベース絶縁基板の製造工程は、上記
    絶縁基板と上記金属ベース板との間に半硬化の絶縁シー
    ト状の接着剤を挟んで加熱圧着し、上記盲孔に上記接着
    剤を充填すると共に、上記放熱用パターンおよび上記制
    御回路接地用パターンと上記金属ベース板との間に所定
    厚さの絶縁層を形成し、この状態で上記接着剤を硬化さ
    せて上記絶縁基板と上記金属ベース板とを接着する工程
    を有することを特徴とする半導体パワーモジュールの製
    造方法。
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