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公開番号2025158962
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025062375
出願日2025-04-04
発明の名称電力半導体モジュール用放熱基板及びこれを含む電力変換装置
出願人エルエックスセミコンカンパニー, リミティド
代理人弁理士法人鷲田国際特許事務所
主分類H01L 23/36 20060101AFI20251009BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】放熱基板の放熱性能を向上させる放熱基板用セラミック基板、電力半導体モジュール用放熱基板、該基板を含む電力半導体モジュール、該モジュールを含む電力変換装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】電力半導体モジュール200において、放熱基板205は、絶縁基板210と、絶縁基板210上に配置される第1メタルプレート221と、絶縁基板210の下に配置される第2メタルプレート222と、絶縁基板210内に配置される第1フィラー241と、を含み、第1フィラー241は、第1メタルプレート221の下面に接し、第2メタルプレートの上面には接しなくてもよい。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置される第１メタルプレートと、
前記絶縁基板の下に配置される第２メタルプレートと、
前記絶縁基板内に配置されるフィラーと、を含み、
前記フィラーは、前記第１メタルプレートの下面に配置され、
前記第２メタルプレートの上面に接しない、電力半導体モジュール用放熱基板。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記フィラーは、複数個を含み、互いに離隔して配置される、請求項１に記載の電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項３】
前記フィラーは、下の方向に延長されて配置される、請求項１に記載の電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項４】
前記第１メタルプレートと前記絶縁基板の間に配置される接合金属層及び拡散金属層を含み、
前記第１メタルプレートと前記フィラーが接する、請求項１に記載の電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項５】
前記フィラーは、円柱形態を含む、請求項１に記載の電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項６】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置される第１メタルプレートと、
前記絶縁基板の下に配置される第２メタルプレートと、
前記絶縁基板内に配置されるフィラーと、を含み、
前記フィラーは、複数の第１フィラー及び複数の第２フィラーを含み、
前記複数の第１フィラーは、前記第１メタルプレートの下面に接し、
前記複数の第２フィラーは、前記第２メタルプレートの上面に接し、
前記複数の第２フィラーの水平幅は、前記複数の第１フィラーの水平幅より大きく、
前記第１フィラーは、前記第２メタルプレートと接しない、電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項７】
前記第２フィラーは、前記第１フィラーと接しない、請求項６に記載の電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項８】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置される第１メタルプレートと、
前記絶縁基板の下に配置される第２メタルプレートと、
前記絶縁基板内に配置されるフィラーと、を含み、
前記フィラーは、前記第１メタルプレートの下面に接する１つ以上の第１フィラーと、前記第２メタルプレートの上面に接する１つ以上の第２フィラーを含み、
前記第１フィラーまたは前記第２フィラーの垂直方向の長さは、前記絶縁基板の厚さの１／２以上である、電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項９】
前記第１フィラーと前記第２フィラーは、垂直方向に交互に配置され、水平方向には離隔するとともに重なるように配置される、請求項８に記載の電力半導体モジュール用放熱基板。
【請求項１０】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に配置される第１メタルプレートと、
前記絶縁基板の下に配置される第２メタルプレートと、
前記絶縁基板内に配置されるフィラーと、を含み、
第２フィラーは、下に膨らむ形態を有し、
前記第２フィラーの上面は、前記第１メタルプレートの下面に接する、電力半導体モジュール用放熱基板。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施例は、放熱基板用セラミック基板と、電力半導体モジュール用放熱基板と、これを含む電力半導体モジュール、これを含む電力変換装置及びこれの製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換モジュールは、電力変換（ＡＣ→ＤＣ、ＤＣ→ＡＣ）、電力変圧（降圧、昇圧）、電力分配または電力制御の機能をする装置として、電力の伝達及び制御過程でエネルギー効率を向上させ、電圧変化を制御してシステム安定性と信頼性を提供する機能をする核心部品であり、電力モジュールまたは電力システムと称される。
【０００３】
電力変換モジュールは、電力半導体素子、放熱基板と、ベースプレート、モールディングシリコン、ケースとカバー、ターミナル（Ｔｅｒｍｉｎａｌ）などのように多様な部品を含む。
【０００４】
最近、化石燃料基盤の内燃機関自動車の代わりに電気や水素基盤のエコ自動車が脚光を浴びており、このようなエコ自動車には数多い電力半導体素子が使用される。エコ自動車は、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池自動車（ＰＣＥＶ）などを含む。
【０００５】
また、電力半導体は、エコ自動車以外に電気自動車充電器、エネルギー貯蔵装置、電源供給装置または鉄道など多様な電気、電子装置に活用されている。
【０００６】
従来では、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ；Ｓｉ）電力半導体素子が広く使用されてきたが、Ｓｉ電力半導体が物理的限界に到達しており、これを代替するための炭化ケイ素（ＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂｉｄｅ；ＳｉＣ）または窒化ガリウム（ＧａｌｌｉｕｍＮｉｔｒｉｄｅ；ＧａＮ）などのＷＢＧ（ＷｉｄｅＢａｎｄｇａｐ）電力半導体に対する研究が活発に行われている。
【０００７】
ＷＢＧ電力半導体素子は、Ｓｉ電力半導体素子に比べて約３倍のバンドギャップエネルギーを有し、Ｓｉ電力半導体素子に比べて約１０倍高い絶縁破壊電界を有し、またＳｉ電力半導体素子に比べて約３倍以上の高い熱伝導性を有する。このような優れる特性により高温、高電圧環境で動作することができ、高いスイッチング速度を有するとともに、スイッチング損失は低い長所を有する。
【０００８】
例えば、従来電気自動車、ハイブリッド電気自動車などで電力の変換（ＤＣ⇔ＡＣ）モータ駆動のスイッチング、制御などを行うために使用されるＳｉ基盤の電力半導体モジュールは、約１５０℃内外の温度環境で駆動したが、最近スイッチング性能及び電力密度増加要求により約３００℃以上の使用温度、例えば約３００～７００℃で作動が可能なＳｉＣまたはＧａＮのような広いバンドギャップ（ＷＢＧ）基盤の電力半導体素子に対する研究が活発に行われている。
【０００９】
一方、電力半導体で発生した熱は、電力半導体モジュールの各部分の熱－機械的応力を発生させ、接合部の熱疲労により接合部及び電力半導体素子の寿命が劣化する。従って、電力半導体素子で発生する熱を放熱基板を介して適切に放出して、電力半導体素子の接合部温度（ｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を適正温度以下に維持する電力半導体モジュールの信頼性設計は非常に重要である。
【００１０】
一方、電力半導体用放熱基板は、電力半導体素子の動作時に発生する熱を外部に伝達する機能だけではなく、その放熱基板の一面上には回路パターンが形成されて電力半導体素子を電気的に連結する重要な機能をする。
（【００１１】以降は省略されています）

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