(57)【要約】【課題】より少ない工数および低コストでベース板とケース部品とが接合可能な半導体装置およびその製造方法、ならびに当該半導体装置を有する電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、金属製のベース板１Ｐと、ケース部品２と、金属部品３Ｐとを備えている。金属部品３Ｐはケース部品２に固定されている。金属部品３Ｐの一部の領域はケース部品２から露出している。上記一部の領域はベース板１Ｐと接合部１３Ｐにおいて接合される。接合部１３Ｐでは、一部の領域の表面と、ベース板１Ｐの表面とが直接接触して一体となっている。【選択図】図１
2020088053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のベース板と、
ケース部品と、
前記ケース部品に固定された金属部品とを備え、
前記金属部品の一部の領域は前記ケース部品から露出しており、
前記一部の領域は前記ベース板と接合部において接合され、
前記接合部では、前記一部の領域の表面と、前記ベース板の表面とが直接接触して一体となっている、半導体装置。
【請求項２】
前記接合部は、前記ベース板の表面上に前記一部の領域が密着された部分として配置される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接合部は、前記ベース板の表面上に形成された楔形形状部の表面に前記一部の領域が密着された部分として配置される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合部は、前記ベース板の一方の主表面と前記一方の主表面と反対側の他方の主表面とを前記一方の主表面および前記他方の主表面に対し斜め方向に結ぶ斜面上に前記一部の領域が密着された部分として配置される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路とを備えた電力変換装置。
【請求項６】
金属製のベース板を準備する工程と、
金属部品の少なくとも一部が固定されるように、前記金属部品にケース部品をインサート成形で形成する工程と、
前記インサート成形された前記金属部品の、前記ケース部品から露出された一部の領域と、前記ベース板とを接合する工程とを備え、
前記接合する工程では、前記一部の領域の表面と、前記ベース板の表面とが直接接触して一体とされることにより接合される、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記接合する工程においては超音波接合がなされる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記接合する工程においては圧着工程がなされる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記接合する工程においては、前記ベース板の表面上に形成された楔形形状部の表面に前記一部の領域が圧着される、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記接合する工程においては、前記ベース板の一方の主表面と前記一方の主表面と反対側の他方の主表面とを前記一方の主表面および前記他方の主表面に対し斜め方向に結ぶ斜面上に前記一部の領域が圧着される、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁基板上にパワー半導体素子およびダイオードが接合されたパワーモジュールにおいては、パワー半導体素子およびダイオードが、シリコーンゲルまたはエポキシ樹脂などの絶縁封止材により封止される。そのために、あらかじめベース板とケース部品とが接合され容器状となった部材、すなわち筐体が準備される。当該筐体の内部に上記のパワー半導体素子などが配置され封止される。たとえば特開２０１４−１１２３６号公報（特許文献１）においては、ベース板とケース部品とからなる筐体内から絶縁封止材が漏れないように、ベース板とケース部品とが接着剤としてのはんだにより接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特開２０１４−１１２３６号公報においては、ベース板とケース部品とからなる筐体の内部から絶縁封止材が漏れないようにするために、接着剤を塗布し、それに対してキュア工程を行なうことが必須となる。このため工数が多くなり、工期が長くなり、製造コストが高騰するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、より少ない工数および低コストでベース板とケース部品とが接合可能な半導体装置およびその製造方法、ならびに当該半導体装置を有する電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体装置は、金属製のベース板と、ケース部品と、金属部品とを備えている。金属部品はケース部品に固定されている。金属部品の一部の領域はケース部品から露出している。上記一部の領域はベース板と接合部において接合される。接合部では、一部の領域の表面と、ベース板の表面とが直接接触して一体となっている。
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、まず金属製のベース板が準備される。金属部品の少なくとも一部が固定されるように、金属部品にケース部品がインサート成形で形成される。インサート成形された金属部品の、ケース部品から露出された一部の領域と、ベース板とが接合される。接合する工程では、上記一部の領域の表面と、ベース板の表面とが直接接触して一体とされることにより接合される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ケース部品に固定された金属部品と、ベース板とが一体となるように接合される。このためより少ない工数および低コストでベース板とケース部品とが接合可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図２】図１中の点線で囲まれた部分ＩＩの概略拡大断面図である。
【図３】図２の金属部品の部分をより正確に示した態様の一例を示す概略拡大断面図である。
【図４】実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図５】実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図７】図６の工程の第１例としての超音波接合工程に用いられるツールの概略斜視図である。
【図８】図６の工程の第２例としての圧着工程がなされる態様を示す概略断面図である。
【図９】比較例のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１０】実施の形態１のパワーモジュールの第１変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。
【図１１】実施の形態１のパワーモジュールの第２変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。
【図１２】実施の形態１のパワーモジュールの第３変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。
【図１３】実施の形態１のパワーモジュールの第４変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。
【図１４】実施の形態１のパワーモジュールの第５変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。
【図１５】実施の形態２のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図１６】図１５中の点線で囲まれた部分ＸＶＩの概略拡大断面図である。
【図１７】実施の形態２のパワーモジュールの製造方法のうち特に金属部品をベース板に密着させる工程を示す概略断面図である。
【図１８】実施の形態２のパワーモジュールのベース板に形成される楔形形状部を拡大して示す概略断面図である。
【図１９】実施の形態２の圧着工程の態様の第１例を示す概略断面図である。
【図２０】実施の形態２の圧着工程の態様の第２例を示す概略断面図である。
【図２１】実施の形態２の圧着工程の態様の第３例を示す概略断面図である。
【図２２】実施の形態２のパワーモジュールの第１変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。
【図２３】実施の形態２のパワーモジュールの第２変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。
【図２４】実施の形態２のパワーモジュールの第３変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。
【図２５】実施の形態２のパワーモジュールの第４変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。
【図２６】実施の形態２のパワーモジュールの第５変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。
【図２７】実施の形態３のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。
【図２８】図２７中の点線で囲まれた部分ＸＸＶＩＩＩの概略拡大断面図である。
【図２９】実施の形態３のパワーモジュールの製造方法のうち特に金属部品をベース板に密着させる工程を示す概略断面図である。
【図３０】実施の形態３のパワーモジュールのベース板に形成される斜面の部分を拡大して示す概略断面図である。
【図３１】金属部品をベース板の斜面に沿うように曲げる治具の第１例を示す概略斜視図である。
【図３２】図３１中のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図３３】金属部品をベース板の斜面に沿うように曲げる治具の第２例を示す概略斜視図である。
【図３４】図３３中のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線に沿う部分の概略断面図である。
【図３５】実施の形態３のパワーモジュールの第１変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図３６】実施の形態３のパワーモジュールの第２変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図３７】実施の形態３のパワーモジュールの第３変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図３８】実施の形態３のパワーモジュールの第４変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図３９】実施の形態３のパワーモジュールの第５変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図４０】実施の形態４のパワーモジュールの第１例のベース板と金属部品との接合工程を示す、図２，１６，２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図４１】実施の形態４のパワーモジュールの第１例の、図２，１６，２８と同様にベース板と金属部品とが接合された態様を示す概略拡大断面図である。
【図４２】実施の形態４のパワーモジュールの第２例のベース板と金属部品との接合工程を示す、図２，１６，２８に示す部分の概略拡大断面図である。
【図４３】実施の形態４のパワーモジュールの第２例の、図２，１６，２８と同様にベース板と金属部品とが接合された態様を示す概略拡大断面図である。
【図４４】実施の形態４のパワーモジュールの第３例のベース板と金属部品との接合工程および接合された態様を示す概略拡大断面図である。
【図４５】実施の形態５にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の半導体装置としてのパワーモジュールの構成について図１〜図３を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。
【００１１】
図１は実施の形態１のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。図２は図１中の点線で囲まれた部分ＩＩの概略拡大断面図である。図３は図２の金属部品の部分をより正確に示した態様の一例を示す概略拡大断面図である。
【００１２】
図１を参照して、実施の形態１のパワーモジュール１００は、ベース板１Ｐと、ケース部品２と、金属部品３Ｐと、絶縁基板４と、半導体素子５とを主に備えている。
【００１３】
ベース板１Ｐは、後述する半導体素子の発する熱をそのＺ方向下側からパワーモジュール１００の外側へ放熱する。ベース板１Ｐはたとえば平面視において矩形状を有し、Ｚ方向に厚みを有する平板形状である。ベース板１Ｐは、銅またはアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料により形成されることが好ましい。
【００１４】
ケース部品２は、平面視において概ねベース板１Ｐの周りを囲むように取り付けられている。ケース部品２は平面視においてほぼ矩形の枠状を有する。ケース部品２は、Ｚ方向についてベース板１Ｐよりも大きな寸法を有する。このためベース板１Ｐにケース部品２が取り付けられることにより、両者は容器状の筐体を構成する。なおケース部品２は、後述するボンディングワイヤを接続することにより半導体素子と電気的に接続可能とするために、その内壁面がＺ方向の下側の領域においてＺ方向の上側の領域よりもＸ方向およびＹ方向について厚くなってもよい。この場合、当該内壁面がＸ方向およびＹ方向について厚い領域と薄い領域との境界には段差が形成される。またケース部品２は、たとえばＺ方向の最下部において、内壁面が他の部分に対して傾斜するように延びていてもよい。
【００１５】
この筐体内、すなわちベース板１Ｐの上側の表面とケース部品２の枠体の内壁面とに囲まれる空間領域には、後述する絶縁基板、半導体素子などが接合され配置されている。ケース部品２は、たとえばサルファイド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタラート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択されるいずれかの絶縁性の樹脂材料により形成されることが好ましい。
【００１６】
図１および図２を参照して、金属部品３Ｐは、たとえばインサート成形工程により、ケース部品２に固定されている。すなわちこの場合、ケース部品２は、インサート成形工程により成形されるインサート成形部材である。図１および図２のパワーモジュール１００においては、金属部品３Ｐは、たとえばケース部品２の最下面に接触し、ケース部品２に対して固定されている。この場合、金属部品３Ｐは、その一部の領域として、ケース部品２の最下面に接触する表面を除く領域が、ケース部品２から露出している。このような態様がパワーモジュール１００におけるケース部品２に対する金属部品３Ｐのインサート成形工程による固定態様の一例として適用されてもよい。
【００１７】
図３を参照して、ここでの金属部品３Ｐも、図１および図２の金属部品３Ｐと同様に、たとえばインサート成形工程によりケース部品２に固定されている。ただし図３の金属部品３Ｐは、埋め込まれ領域３Ａと、露出領域３Ｂとを有している。埋め込まれ領域３Ａは金属部品３Ｐの一部であり、インサート成形工程により形成されたケース部品２の樹脂材料の内部に埋め込まれた領域である。すなわち埋め込まれ領域３Ａは金属部品３Ｐのうちケース部品２に包まれ隠れた領域である。また露出領域３Ｂは金属部品３Ｐのうち埋め込まれ領域３Ａ以外の他の一部の領域である。露出領域３Ｂは、インサート成形工程により形成されたケース部品２に包まれ隠れることなくその表面がケース部品２から露出している領域である。すなわち露出領域３Ｂは金属部品３Ｐのうちケース部品２に包まれない領域である。
【００１８】
図３のように、図１のパワーモジュール１００の金属部品３Ｐは、その一部の領域がケース部品２の内部に埋め込まれ、その他の一部の領域がケース部品２の最下部から露出していることも想定される。この場合、金属部品３Ｐがケース部品２の内部に埋め込まれた部分において、金属部品３Ｐがケース部品２に対して固定される。このような態様がパワーモジュール１００におけるケース部品２に対する金属部品３Ｐのインサート成形工程による固定態様の一例として適用されてもよい。すなわちパワーモジュール１００における金属部品３Ｐは、図２のようにケース部品２の最下面に接しその接する部分以外の全体が露出する態様と、図３のように埋め込まれ領域３Ａと露出領域３Ｂとを有する態様との双方を適用可能とする。ただし以下の各図においては図３の態様を簡略化した模式図として、図２のように金属部品３Ｐを表示する場合がある。この場合における図２のような金属部品３Ｐは、ケース部品２の最下部から金属部品３ＰがＺ方向に延びている点において図３の金属部品３Ｐと共通する。このため図２は、図２の態様と図３の態様との双方を概念的に含むものとする。金属部品３ＰはＺ方向に延び、平面視にて矩形状の枠状（環状）を有することが好ましい。ただしこれに限られず、たとえば平面視において円形の枠状を有してもよい。
【００１９】
図１〜図３を再度参照して、パワーモジュール１００においては、金属部品３Ｐのケース部品２から露出した領域は、ベース板１Ｐと、接合部１３Ｐにおいて接合されている。当該接合部１３Ｐにおいては、金属部品３Ｐのケース部品２から露出した一部の領域の表面と、ベース板１Ｐの表面とが直接接触して一体となっている。ここで直接接触するとは、金属部品３Ｐの構成材料とベース板１Ｐの構成材料との間に他の材料を含まないことを意味する。
【００２０】
具体的には、パワーモジュール１００においては、金属部品３Ｐの表面と、ベース板１Ｐの側面とが直接接触し、両者の境界部にて、接合部１３Ｐとして互いに接合されている。なおベース板１Ｐの側面とは、ベース板１ＰのＺ方向上側の主表面と、Ｚ方向下側の主表面とを結ぶようにＺ方向に延びる面である。パワーモジュール１００において、当該接合部１３Ｐは、ベース板１Ｐの表面としてのたとえば側面上に、金属部品３Ｐの一部の領域であるたとえば図３の露出領域３Ｂの表面が密着された部分として、配置されている。
【００２１】
このようにして、ケース部品２に固定されそこから露出した露出領域３Ｂに、ベース板１Ｐが嵌合されるように接合された態様となっている。
【００２２】
その他、パワーモジュール１００は以下の各部材を備え、以下に述べる構成を有している。ベース板１ＰのＺ方向上側の主表面の上側には絶縁基板４が配置されている。絶縁基板４の上には半導体素子５が接合されている。絶縁基板４のＺ方向の下側の主表面は、たとえばはんだ６により、ベース板１ＰのＺ方向上側の主表面に接合されている。
【００２３】
絶縁基板４はたとえば平面視において矩形状を有し、Ｚ方向に厚みを有する平板形状である。絶縁基板４はベース板１ＰのＺ方向上側の主表面の上に、互いに間隔をあけて、複数接合されていてもよい。絶縁基板４は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素などのセラミックス、またはエポキシ樹脂などの樹脂材料により形成されている。
【００２４】
半導体素子５はパワー半導体素子を含む、たとえばシリコン製の半導体チップである。半導体素子５はたとえば正方形または矩形の平面形状を有している。図示されないが、半導体素子５は、絶縁基板４のＺ方向上側の主表面上に、たとえばはんだにより接合されている。半導体素子５としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）もしくはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力制御用半導体素子、または還流ダイオードなどが用いられる。１つの絶縁基板４の上には１つまたは複数の半導体素子５が接合されてもよい。このためパワーモジュール１００には複数の半導体素子５が含まれてもよい。
【００２５】
ケース部品２内において、平面視において隣り合う１対の半導体素子５間の電気的な接続は、ボンディングワイヤ７によりなされている。またケース部品２の内部からケース部品２の外部まで延びるように、電極８が形成されている。すなわち電極８は、たとえばケース部品２内に埋もれた態様でＺ方向上方に延びながら、図示されないがその最上部にてケース部品２の上面上に露出している。電極８はパワーモジュール１００の内部の回路と外部の回路とを電気的に接続する、すなわち電流および電圧を入出力するための端子である。また電極８の最下部は筐体内に埋もれながらもその最上面がケース部品２から露出している。このケース部品２から露出した電極８の部分は、半導体素子５と、ボンディングワイヤ７により電気的に接続されている。
【００２６】
ボンディングワイヤ７は、たとえば線径が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下のアルミニウム合金製または銅合金製の線材である。電極８は銅製の板状電極である。
【００２７】
ベース板１Ｐ、ケース部品２および金属部品３Ｐからなる筐体の内部の、絶縁基板４および半導体素子５が配置された領域は、絶縁封止材９により封止されている。すなわち絶縁封止材９は、少なくとも半導体素子５およびボンディングワイヤ７の表面全体を覆うように（半導体素子５およびボンディングワイヤ７のＺ方向最高位置以上の高さまで）充填されている。逆に上記筐体内のうち最もＺ方向上側の領域は、図１に示すように必ずしも絶縁封止材９により充填された態様でなくてもよい。絶縁封止材９は、たとえばエポキシ樹脂またはフェノール樹脂などの硬質樹脂材料であることが好ましい。ただし上記樹脂材料からなるケース部品２が用いられる場合には、絶縁封止材９は、シリコーンゲルなどの軟質樹脂材料であってもよい。
【００２８】
次に、図４〜図８を用いて、本実施の形態のパワーモジュールの製造方法のうち特に、ベース板１Ｐとケース部品２との接合による筐体の形成工程について説明する。
【００２９】
図４は実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。図４を参照して、まず上側と下側の主表面のそれぞれに図示されない導電性パターンを有する絶縁基板４と、金属製のベース板１Ｐとが準備される。ベース板１Ｐの上側の主表面である一方の主表面１Ａには絶縁基板４が、はんだ６により接合される。ベース板１Ｐはたとえば矩形状の一方の主表面１Ａと、その反対側の他方の主表面１Ｂとを有している。ベース板１Ｐには一方の主表面１Ａと他方の主表面１Ｂとを結ぶＺ方向に延びる側面１Ｃが形成されている。また絶縁基板４の上側の主表面には、絶縁基板４が一方の主表面１Ａに接合される以前から、あらかじめ半導体素子５が搭載されている。
【００３０】
図５は実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。図５を参照して、金属部品３Ｐおよび電極８を備えるケース部品２が準備される。ケース部品２は、金属部品３Ｐの少なくとも一部が固定されるように、インサート成形で形成される。このとき図５および図２に示すように金属部品３Ｐがケース部品２のＺ方向の最下面に接着または溶着することで固定してもよい。あるいは図３に示すように金属部品３Ｐの一部である埋め込まれ領域３Ａがケース部品２の内部に埋め込まれ包まれ隠れるように固定されてもよい。また電極８も同時に、図５に示す態様となるように、ケース部品２の内部に固定されてもよい。またここでは、図４において絶縁基板４が搭載されたベース板１Ｐも準備されている。
【００３１】
図６は実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。図６を参照して、図５の工程においてインサート成形によりケース部品２に固定された金属部品３Ｐの、ケース部品２から露出された一部の領域と、ベース板１Ｐとが接合される。このとき、金属部品３Ｐの一部の領域すなわちケース部品２から露出された領域の表面と、ベース板１Ｐの表面とが直接接触して一体とされることにより両者が接合されることが好ましい。すなわち、まず図５中に矢印で示すようにケース部品２の金属部品３Ｐを、絶縁基板４が搭載されたベース板１Ｐの側面１Ｃに接触するように移動する。金属部品３Ｐは側面１Ｃに接合される。金属部品３Ｐの表面の一部が、ベース板１Ｐの側面１Ｃに接触された状態で、両者間を密着させるように図中矢印で示す応力Ｆを加えることが好ましい。応力Ｆは、たとえばベース板１Ｐが矩形状である場合、その４つの縁部のそれぞれにほぼ均等となり互いに釣り合うように加えられることが好ましい。なお４つの縁部のうち互いに対向する２つの縁部のそれぞれに加えられる力は、向きが反対で大きさがほぼ等しくなることが好ましい。これによりベース板１Ｐに加えられる力が釣り合う態様とされる。したがってケース部品２の金属部品３Ｐと、ベース板１Ｐとが、両者を互いに密着させようとする圧力によって、金属結合により直接シーリングされる。
【００３２】
図７は図６の工程の第１例としての超音波接合工程に用いられるツールの概略斜視図である。図７を参照して、図６の接合工程の第１例として、たとえば超音波接合工程がなされることが好ましい。超音波接合工程には、図７に示すような超音波接合ツール２０が用いられることが好ましい。超音波接合ツール２０は、たとえば図７のように平面視にて矩形状を有し、内部に空間領域が形成された容器状の部材である。図６に示すように応力Ｆを加えて超音波接合する場合には以下のようにすることが好ましい。超音波接合ツール２０の内壁面が、図６の金属部品３Ｐがケース部品２から露出した部分のうち、ベース板１Ｐの外側を向きＺ方向に延びる側面３Ｃを挟むように配置される。すなわち側面３Ｃは、超音波接合ツール２０の内壁面に押し当てられる。この状態で超音波接合ツール２０に超音波の振動を加え、金属部品３Ｐとベース板１Ｐの側面１Ｃとが密着する方向の応力Ｆが加えられる。このように金属部品３Ｐの露出領域３Ｂと側面１Ｃとが密着することで、両者の間に金属結合がなされる。以上により、金属結合された部分としての接合部１３Ｐが形成される。
【００３３】
図８は図６の工程の第２例としての圧着工程がなされる態様を示す概略断面図である。図８を参照して、図６の接合工程の第２例として、たとえば圧着工程がなされてもよい。この場合、図中の矢印で示す応力Ｆを加えるために、圧着治具１０Ａが用いられることが好ましい。圧着治具１０Ａは、側面３Ｃに接触し応力を加える先端部がほぼ平坦な形状を有することが好ましい。このようにすれば、ほぼ平坦な形状を有する側面３Ｃに接触し大きな応力を加えることができる。この圧着工程においては、対象物の加熱温度は２５０℃以下とされることが好ましい。また対象物への加圧時間は２秒以下とすることが好ましい。上記のように、応力Ｆは、たとえば矩形状のベース板１Ｐの４つの縁部のそれぞれに均等に加えられることが好ましい。
【００３４】
その後、ワイヤボンディング工程および絶縁封止材９による封止工程などがなされる。ただしこれらの各工程は一般公知の方法によりなされるため詳細な説明を省略する。以上によりパワーモジュール１００が形成される。
【００３５】
次に、図９の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。
図９は、比較例のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。図９を参照して、比較例のパワーモジュール９００の構成要素のうちパワーモジュール１００の構成要素と同一である部分についてはパワーモジュール１００の当該構成要素と同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図９のパワーモジュール９００は、ベース板１Ｐとケース部品２とが、はんだなどの接着剤１１により接合されている。この点においてパワーモジュール９００はパワーモジュール１００と構成上異なる。
【００３６】
たとえばケース部品２に固定された図９に示されない金属部品とベース板１Ｐとが接着剤１１としてのはんだにより接合される場合、接着剤１１の塗布工程および塗布後のキュア工程が必須となる。このようにすれば、工程数の増加等によるコストの高騰が避けられなくなる。
【００３７】
またパワーモジュール９００においては、たとえばケース部品２に固定された金属部品とケース部品２とが接着剤１１を介して接合される。この場合には、接着剤１１による接合時に、本実施の形態に比べて、加熱による大きな熱応力が加わる。このためケース部品２を構成する樹脂材料が接合時に加わる大きな熱応力に耐えきれない可能性がある。すなわちケース部品２の樹脂材料が当該熱応力により破損する場合がある。
【００３８】
そこで本実施の形態のパワーモジュール１００においては、接着剤１１を用いず、超音波接合工程または圧着工程を用いて、金属部品３Ｐの露出領域３Ｂの表面と、ベース板１Ｐの表面とが直接接触して一体とされる。これにより形成される接合部１３Ｐは、ベース板１Ｐの表面上に金属部品３Ｐの露出領域３Ｂの表面が密着された部分として配置される。このような接合工程の際にケース部品２に加わる熱応力は、接着剤１１による接合時にケース部品２に加わる熱応力よりも小さい。このためケース部品２の樹脂材料に加わる負担を軽減することができる。これによりケース部品２の破損を抑制できる。また接着剤１１の塗布工程およびキュア工程を省略することができるため、製造コストを削減することもできる。
【００３９】
なお上記のパワーモジュール１００においては、ケース部品２のＺ方向下側から金属部品３Ｐの露出領域３Ｂが延び、これがベース板１Ｐに接合される。しかしこれに限らず以下の各変形例のような態様で、金属部品３Ｐとベース板１Ｐとが接合されてもよい。
【００４０】
図１０は実施の形態１のパワーモジュールの第１変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。図１１は実施の形態１のパワーモジュールの第２変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。図１２は実施の形態１のパワーモジュールの第３変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。図１３は実施の形態１のパワーモジュールの第４変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。図１４は実施の形態１のパワーモジュールの第５変形例の、図２に示す部分の概略拡大断面図である。なおこれらの各変形例の図示される領域以外の領域の構成はすべて図１〜図３と同様であるためその図示および説明を繰り返さない。
【００４１】
図１０〜図１４を参照して、インサート成形工程にてケース部品２に固定される図１の金属部品３Ｐとしての（以下同じ）金属部品３Ｐ１が、ケース部品２のＺ方向の最下部以外の表面から露出する態様であってもよい。具体的には、図１０のように、ケース部品２のＺ方向の最上部から金属部品３Ｐ１の露出領域３Ｂが露出し、ケース部品２のＺ方向に延びる側面を伝い、ベース板１Ｐの側面１Ｃ上に接合される構成であってもよい。また図１１のように、金属部品３Ｐ２の露出領域３Ｂがケース部品２のＺ方向に延びる側面に接触するように延び、ベース板１Ｐの側面１Ｃ上に接合される構成であってもよい。また図１２のように、ケース部品２のＺ方向の中央部にてケース部品２の内部から金属部品３Ｐ３の露出領域３Ｂが突出し、これがＺ方向に延びるケース部品２の側面をＺ方向下側に延びてベース板１Ｐの側面１Ｃ上に接合される構成であってもよい。図１３および図１４のように、ケース部品２のＺ方向の下部のＸ方向厚みの大きい領域にて、ケース部品２の内部から埋め込まれ領域３Ａが水平方向に延びる金属部品３Ｐ４，３Ｐ５のような構成であってもよい。金属部品３Ｐ４，３Ｐ５では、Ｘ方向厚みの大きいケース部品２のＺ方向に延びる側面から露出領域３Ｂが突出し、これがＺ方向に延びるケース部品２の側面をＺ方向下側に延びてベース板１Ｐの側面１Ｃ上に接合される。図１３は埋め込まれ領域３Ａの端部がケース部品２のＺ方向上側のＸ方向厚みの薄い領域の内壁面よりも内側に配置される。これに対し、図１４は埋め込まれ領域３Ａの端部がケース部品２のＺ方向上側のＸ方向厚みの薄い領域の内壁面とほぼ同じＸ座標位置に配置される。
【００４２】
なお図１０および図１２〜図１４の金属部品３Ｐは、いずれもケース部品２の内部のＺ方向の最上部に埋め込まれ領域３Ａを有するが、図２と同様にこれを有さない構成であってもよい。
【００４３】
また、以上においては金属部品３Ｐの露出領域３Ｂの表面とは特に側面１Ｃに対向する内壁面を意味し、ベース板１Ｐの表面とは特に側面１Ｃを意味するものとして説明している。しかしこれに限らず、たとえば金属部品３Ｐの露出領域３Ｂの内壁面以外のたとえば最上面、最下面、外壁面などの表面と、ベース板１Ｐのたとえば一方の主表面１Ａ、他方の主表面１Ｂとが直接接触して一体となってもよい。
【００４４】
実施の形態２．
図１５は実施の形態２のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。図１６は図１５中の点線で囲まれた部分ＸＶＩの概略拡大断面図である。
【００４５】
図１５を参照して、実施の形態２のパワーモジュール２００は、大筋で実施の形態１のパワーモジュール１００と同様の構成を有している。このため図１５において図１と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては、ベース板と金属部品との構成において実施の形態１と異なっている。
【００４６】
具体的には、図１５および図１６を参照して、パワーモジュール２００においては、ベース板１Ｑの表面の一部であるたとえば側面１Ｃ上に楔形形状部１Ｄが形成されている。楔形形状部１Ｄの表面には、金属部品３Ｑの一部の領域である露出領域３Ｂが密着される。この密着された部分として、接合部１３Ｑが配置される。すなわち楔形形状部１Ｄには金属部品３Ｑの一部が楔形形状部１Ｄの形状に沿うように嵌合されている。楔形形状部１Ｄは、ベース板１を構成する部材が、断面図において概ねＶ字型を有するように切り欠かれた部分である。
【００４７】
楔形形状部１Ｄに嵌合するように金属部品３Ｑの一部の領域が嵌合される。このため金属部品３Ｑは楔形形状部１Ｄと同様に、断面図において概ねＶ字型を有するように屈曲されている。
【００４８】
ところで実施の形態１の図２と同様に、図１５は図１６の埋め込まれ領域３Ａを省略した模式図と解釈してもよい。ただし本実施の形態でも図１５のように金属部品３Ｑがケース部品２の最下面に接しその接する部分以外の全体が露出する態様であってもよい。
【００４９】
次に、図１７〜図２１を用いて、本実施の形態のパワーモジュールの製造方法のうち特に、ベース板１Ｑとケース部品２との接合による筐体の形成工程について説明する。ただし当該工程のうち、実施の形態１と重複する部分についてはその説明を繰り返さない。
【００５０】
図１７は実施の形態２のパワーモジュールの製造方法のうち特に金属部品をベース板に密着させる工程を示す概略断面図である。図１７を参照して、まずたとえば側面１Ｃ上に楔形形状部１Ｄが形成されたベース板１Ｑが準備される。ベース板１Ｑと金属部品３Ｑとの接合工程においては、ベース板１Ｑの表面であるたとえば側面１Ｃ上に形成された楔形形状部１ＤのＶ字型の表面に、金属部品３Ｑの一部の領域としての露出領域３Ｂが圧着される。そのために金属部品３Ｑの露出領域３Ｂには、図１７に示す楔形形状部１Ｄに向かうように応力Ｆが加えられる。
【００５１】
図１８は実施の形態２のパワーモジュールのベース板に形成される楔形形状部を拡大して示す概略断面図である。図１８を参照して、楔形形状部１Ｄはベース板１Ｑのたとえば側面１Ｃからこれに交差する深さ方向にベース板１Ｑの構成部材が除去されることにより形成されている。楔形形状部１Ｄは概ね二等辺三角形状を有しており、図中に示すような側面１Ｃとの間でなす角度が９０°を超え１８０°未満であることが好ましい。また図中にＸ１で示す、楔形形状部１Ｄの深さはベース板１Ｑの厚みの１／２倍以上２倍以下であることが好ましい。
【００５２】
図１９は実施の形態２の圧着工程の態様の第１例を示す概略断面図である。図１９を参照して、本実施の形態におけるベース板１Ｑの楔形形状部１Ｄへの金属部品３Ｑの圧着工程においては、たとえば圧着治具１０Ｂが用いられる。楔形形状部１Ｄはたとえば図１８に示すような二等辺三角形状の断面形状を有している。圧着治具１０Ｂは、楔形形状部１Ｄの二等辺三角形状すなわちＶ字形状に嵌合するように先端部が二等辺三角形状に尖った形状を有している。すなわち圧着治具１０Ｂの先端部の二等辺三角形の角度は、楔形形状部１Ｄの角度とほぼ同等であることが好ましい。加熱状況下で金属部品３Ｑが圧着治具１０Ｂにより押圧される。これにより、金属部品３Ｑの露出領域３Ｂは、側面１Ｃ上にて圧着治具１０Ｂおよび楔形形状部１Ｄの形状に適合するように変形する。これにより、露出領域３Ｂは楔形形状部１Ｄの切り欠かれた部分に食い込むように嵌合し、両者は互いに密着する。これにより圧着がなされる。
【００５３】
図２０は実施の形態２の圧着工程の態様の第２例を示す概略断面図である。図２０を参照して、ここでは楔形形状部１Ｄは図１９と同様の形状を有している。ただし圧着治具１０Ｃの先端部に、楔形形状部１Ｄに嵌合する二等辺三角形状の尖った部分に加え、Ｚ方向に沿って延びる平坦部が形成されていてもよい。この平坦部は、楔形形状部１Ｄに嵌合される金属部品３Ｑの周囲すなわち側面部に加工バリが形成されるのを抑制する役割を有する。これは圧着治具１０Ｃにより圧着された金属部品３Ｑの部分すなわち加工面は、圧着治具１０Ｃの上記平坦部に押圧されることにより平坦になるためである。なお圧着治具１０Ｃの先端部の二等辺三角形状の尖った部分の角度は、圧着治具１０Ｂのそれと同等であることが好ましい。
【００５４】
図２１は実施の形態２の圧着工程の態様の第３例を示す概略断面図である。図２１を参照して、ここでは楔形形状部１Ｄは図１９と同様の形状を有している。ただし圧着治具１０Ｄの先端部が、Ｚ方向に関する片方のみ（図２１においては上側のみ）に、楔形形状部１Ｄに嵌合するテーパ状の尖った部分を有している。このテーパ状の尖った部分は、図２１のようにたとえばＺ方向に関する圧着治具１０Ｄの寸法全体に形成されてもよい。ただしたとえばＺ方向に関するたとえば上側半分など一部の領域のみにテーパ状の尖った部分が形成されてもよい。このようにすれば、ベース板１ＱのＺ方向の下側の部分の変形を抑制することができる。なお圧着治具１０Ｄの先端部の尖った部分の角度は、圧着治具１０Ｂのそれと同等であることが好ましい。また圧着治具１０ＤはＺ方向に関する下側のみにテーパ状の尖った部分を有してもよい。
【００５５】
なお図１９〜図２１のいずれの例においても、圧着工程においては、対象物の加熱温度は２５０℃以下とされることが好ましい。また対象物への加圧時間は２秒以下とすることが好ましい。上記のように、応力Ｆは、たとえば矩形状のベース板１Ｑの４つの縁部のそれぞれに均等に加えられることが好ましい。これによりケース部品２の金属部品３Ｑと、ベース板１Ｑとがシーリングされる。また図１９〜図２１のいずれの例においても、圧着工程の際には、ベース板１Ｑは治具３０の上面上に載置されることが好ましい。
【００５６】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、ケース部品２の下部にたとえばインサート成形された金属部品３Ｑの露出領域３Ｂが、ベース板１Ｑの側面の楔形形状部１Ｄによる凹んだ部分内に、圧着工程により押し込まれる。これにより金属部品３Ｑの表面と楔形形状部１Ｄの表面とが密着により直接接触して一体となる。このようにして金属部品３Ｑの表面と楔形形状部１Ｄの表面とが接合されている。圧着工程を行なう場合には、図８に示すような先端部が平坦形状である圧着治具１０Ａを用いるよりも、図１９〜図２１の圧着治具１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄを用いる方が、容易に、より密着度が高くなるように、シーリングの処理をすることができる。圧着治具１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは先端部が尖っているため、先端部が平坦である圧着治具１０Ａよりも圧着工程に適した構造であるためである。
【００５７】
図２２は実施の形態２のパワーモジュールの第１変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。図２３は実施の形態２のパワーモジュールの第２変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。図２４は実施の形態１のパワーモジュールの第３変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。図２５は実施の形態１のパワーモジュールの第４変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。図２６は実施の形態１のパワーモジュールの第５変形例の、図１６に示す部分の概略拡大断面図である。なおこれらの各変形例の図示される領域以外の領域の構成はすべて図１５〜図１７と同様であるためその図示および説明を繰り返さない。
【００５８】
図２２〜図２６を参照して、これらの変形例における金属部品３Ｑ１，３Ｑ２，３Ｑ３，３Ｑ４，３Ｑ５は、ベース板１Ｑの楔形形状部１Ｄに圧着される点を除き、図１０〜図１４の金属部品３Ｐ１〜３Ｐ５と同様であるため詳細な説明を繰り返さない。本実施の形態においても、図１０〜図１４と同様の構成の埋め込まれ領域３Ａおよび露出領域３Ｂを有していてもよい。
【００５９】
また、以上においては金属部品３Ｑの露出領域３Ｂの表面とは特に側面１Ｃに対向する内壁面を意味し、ベース板１Ｑの表面とは特に側面１Ｃを意味するものとして説明している。しかしこれに限らず、たとえば金属部品３Ｑの露出領域３Ｂの内壁面以外のたとえば最上面、最下面、外壁面などの表面と、ベース板１Ｑのたとえば一方の主表面１Ａ、他方の主表面１Ｂとが直接接触して一体となってもよい。すなわち楔形形状部１Ｄの形成される位置はベース板１Ｑの表面のうち側面１Ｃに限られない。図示されないが、楔形形状部１Ｄはベース板１Ｑの一方の主表面１Ａまたは他方の主表面１Ｂ（図４参照）に形成されてもよい。
【００６０】
実施の形態３．
図２７は実施の形態３のパワーモジュールの構成を示す概略断面図である。図２８は図２７中の点線で囲まれた部分ＸＸＶＩＩＩの概略拡大断面図である。
【００６１】
図２７を参照して、実施の形態３のパワーモジュール３００は、大筋で実施の形態１のパワーモジュール１００と同様の構成を有している。このため図２７において図１と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては、ベース板と金属部品の構成において実施の形態１と異なっている。
【００６２】
具体的には、図２７および図２８を参照して、パワーモジュール３００においては、ベース板１Ｒの一方の主表面１Ａとその反対側の他方の主表面１Ｂに対し、かつそれらに垂直なＺ方向に対し、斜め方向に結ぶ斜面１Ｅが形成される。パワーモジュール３００においては、接合部１３Ｒが、ベース板１Ｒの斜面１Ｅ上に、金属部品３の一部の領域である露出領域３Ｂが密着された部分として配置される。なお図２７および図２８においては、Ｚ方向に延びる側面１Ｃの下側に斜面１Ｅが形成されている。しかしこのような態様に限らず、たとえば図示されないがＺ方向に延びる側面１Ｃの上側に斜面１Ｅが形成されていてもよい。
【００６３】
斜面１Ｅに沿うように金属部品３Ｒの一部の領域が接合され、接合部１３Ｒが形成される。このため金属部品３Ｒは特に図２７および図２８におけるＺ方向の下側において、斜面１Ｅに沿う方向に延びるように、折り曲げられている。
【００６４】
ところで実施の形態１の図２と同様に、図２７は図２８の埋め込まれ領域３Ａを省略した模式図と解釈してもよい。ただし本実施の形態でも図２７のように金属部品３Ｒがケース部品２の最下面に接しその接する部分以外の全体が露出する態様であってもよい。
【００６５】
次に、図２９〜図３４を用いて、本実施の形態のパワーモジュールの製造方法のうち特に、ベース板１Ｒとケース部品２との接合による筐体の形成工程について説明する。ただし当該工程のうち、実施の形態１と重複する部分についてはその説明を繰り返さない。
【００６６】
図２９は実施の形態３のパワーモジュールの製造方法のうち特に金属部品をベース板に密着させる工程を示す概略断面図である。図２９を参照して、まずたとえばベース板１Ｒの側面１Ｃの真下から他方の主表面１Ｂに向けて延び拡がるように、一方の主表面１Ａおよび他方の主表面１Ｂに対して斜め方向に結ぶ斜面１Ｅを有する、ベース板１Ｒが準備される。ベース板１Ｒと金属部品３Ｒとの接合工程においては、ベース板１Ｒの斜面１Ｅ上に、金属部品３Ｒの露出領域３Ｂが圧着される。このため本実施の形態においては、金属部品３Ｒの露出領域３Ｂには、水平方向に比べて傾斜した方向、すなわち特に斜面１Ｅの法線に沿う方向の応力Ｆが加えられる。これにより金属部品３は特に下方において、その表面が斜面１Ｅに沿うように折り曲げられる。この状態でさらに応力Ｆが加えられる。これにより、斜面１Ｅと金属部品３Ｒとが互いに密着して接合される。これにより接合部１３Ｒが形成される。ここでの圧着工程にはたとえば図８の圧着治具１０Ａが用いられてもよいが、図１９〜図２１の圧着治具１０Ｂ〜１０Ｄが用いられてもよい。
【００６７】
なおこの例においても、圧着工程においては、対象物の加熱温度は２５０℃以下とされることが好ましい。また対象物への加圧時間は２秒以下とすることが好ましい。上記のように、応力Ｆは、たとえば矩形状のベース板１Ｒの４つの縁部のそれぞれに均等に加えられることが好ましい。これによりケース部品２の金属部品３Ｒと、ベース板１Ｒとがシーリングされる。
【００６８】
図３０は実施の形態３のパワーモジュールのベース板に形成される斜面の部分を拡大して示す概略断面図である。図３０を参照して、斜面１Ｅはベース板１Ｒのたとえば側面１Ｃから、これに対して斜め方向に延び拡がるように形成される。図３０中に示すような他方の主表面１Ｂとの間でなす角度が９０°を超え１８０°未満であることが好ましい。また図中の斜面１Ｅの寸法Ｘ２はベース板１Ｑの厚みの１／２倍以上２倍以下であることが好ましい。さらに図中の斜面１Ｅの寸法Ｚ１はベース板１Ｑの厚みの１／３以上２／３以下であることが好ましい。
【００６９】
図３１は金属部品をベース板の斜面に沿うように曲げる治具の第１例を示す概略斜視図である。図３２は図３１中のＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図３３は金属部品をベース板の斜面に沿うように曲げる治具の第２例を示す概略斜視図である。図３４は図３３中のＸＸＸＩＶ−ＸＸＸＩＶ線に沿う部分の概略断面図である。
【００７０】
図３１および図３２を参照して、第１例としての斜面形成治具４１は、ベース板１Ｒの側面１Ｃと斜面１Ｅとに沿うよう金属部品３Ｒの露出領域３Ｂを形成する治具である。このため図３２の断面図においては、鉛直方向に延び拡がる平面と、そこから斜面状に延び拡がる平面とが連なるように形成されている。一方、図３３および図３４を参照して、第２例としての斜面形成治具４２は、ベース板１Ｒの斜面１Ｅに沿うよう金属部品３Ｒの露出領域３Ｂを形成する治具である。このため図３４の断面図においては斜面１Ｅを形成するための斜面が最上部に形成されている。上記の斜面形成治具４１，４２の内壁面が、図２７の金属部品３Ｒがケース部品２から露出した部分のうち、ベース板１Ｒの外側を向きＺ方向に延びる側面３Ｃを挟むように配置される。すなわち側面３Ｃは、斜面形成治具４１，４２の内壁面に押し当てられる。これにより、インサート成形された金属部品３Ｒの露出領域３Ｂが、ベース板１Ｒの斜面１Ｅに沿った形状となるように折り曲げられる。
【００７１】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、ケース部品２にインサート成形などがされた金属部品３Ｒが、ベース板１Ｒに形成された斜面１Ｅに密着、特に圧着される。その圧着された部分において金属部品３Ｒの表面とベース板１Ｒの斜面１Ｅとが直接接触して一体となり、接合部１３Ｒが形成される。このようにすれば実施の形態２と同様に、圧着工程により斜面１Ｅに対して強固に金属部品３Ｒが接合される。なお圧着工程を行なう場合には、図８に示すような先端部が平坦形状である圧着治具１０Ａを用いるよりも、図１９〜図２１の圧着治具１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄまたは図３１〜図３４の斜面形成治具４１，４２を用いる方が、容易に、より密着度が高くなるように、シーリングの処理をすることができる。
【００７２】
図３５は実施の形態３のパワーモジュールの第１変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。図３６は実施の形態３のパワーモジュールの第２変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。図３７は実施の形態３のパワーモジュールの第３変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。図３８は実施の形態３のパワーモジュールの第４変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。図３９は実施の形態３のパワーモジュールの第５変形例の、図２８に示す部分の概略拡大断面図である。なおこれらの各変形例の図示される領域以外の領域の構成はすべて図１５〜図１７と同様であるためその図示および説明を繰り返さない。
【００７３】
図３５〜図３９を参照して、これらの変形例における金属部品３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３，３Ｒ４，３Ｒ５は、ベース板１Ｒの斜面１Ｅに圧着される点を除き、図１０〜図１４の金属部品３Ｐ１〜３Ｐ５と同様であるため詳細な説明を繰り返さない。本実施の形態においても、図１０〜図１４と同様の構成の埋め込まれ領域３Ａおよび露出領域３Ｂを有していてもよい。
【００７４】
また、以上においては金属部品３Ｒの露出領域３Ｂの表面とは特に側面１Ｃに対向する内壁面を意味し、ベース板１Ｒの表面とは特に側面１Ｃの下側の斜面１Ｅを意味するものとして説明している。しかしこれに限らず、たとえば金属部品３Ｑの露出領域３Ｂの内壁面以外のたとえば最上面、最下面、外壁面などの表面と、ベース板１ＱのたとえばＺ方向の上側に形成された斜面とが直接接触して一体となってもよい。
【００７５】
実施の形態４．
図４０は実施の形態４のパワーモジュールの第１例のベース板と金属部品との接合工程を示す、図２，１６，２８に示す部分の概略拡大断面図である。図４１は実施の形態４のパワーモジュールの第１例の、図２，１６，２８と同様にベース板と金属部品とが接合された態様を示す概略拡大断面図である。図４２は実施の形態４のパワーモジュールの第２例のベース板と金属部品との接合工程を示す、図２，１６，２８に示す部分の概略拡大断面図である。図４３は実施の形態４のパワーモジュールの第２例の、図２，１６，２８と同様にベース板と金属部品とが接合された態様を示す概略拡大断面図である。図４４は実施の形態４のパワーモジュールの第３例のベース板と金属部品との接合工程および接合された態様を示す概略拡大断面図である。なおこれらの各例の図示される領域以外の領域の構成はすべて図１〜図３と同様であるためその図示および説明を繰り返さない。
【００７６】
図４０〜図４４を参照して、上記の各実施の形態にて示したように、ケース部品２にインサート成形される金属部品３の表面と、ベース板１Ｐ〜１Ｒの表面とのそれぞれの任意の位置が直接接触して一体となることが可能である。本実施の形態ではその具体例をいくつか示している。
【００７７】
図４０を参照して、本実施の形態の第１例においては、ケース部品２のＺ方向の最下部からＺ方向に対し傾斜された外縁または内縁が傾斜された金属部品３Ｓ１の露出領域３Ｂが露出している。またここではベース板１Ｓ１の一方の主表面１Ａ上にＺ方向上方に延びる突起部１Ｆ１が形成されている。露出領域３Ｂの傾斜面の間に挟まれた空間領域に突起部１Ｆ１が挿入され、たとえば図の矢印が示す方向Ｆの圧力が加えられ、圧着工程がなされる。これにより図４１に示すようにケース部品２の最下部の下方にて金属部品３Ｓ１とベース板１Ｓ１とが突起部１Ｆ２で接合されたパワーモジュール４１０が形成されてもよい。
【００７８】
図４２を参照して、本実施の形態の第２例においては、ケース部品２のＺ方向の最下部の外側には第１例と同様に内縁が傾斜されるが、Ｚ方向の最下部の内側には内縁がＺ方向に対して傾斜されず円筒状すなわちＺ方向に沿って延びる、金属部品３Ｓ２が露出している。一方、ベース板１Ｓ１には図４０と同様に突起部１Ｆ１が形成されている。露出領域３Ｂの間に挟まれた空間領域に突起部１Ｆ１が挿入され、たとえば図の矢印が示す方向Ｆの圧力が加えられ、圧着工程がなされる。これにより図４３に示すようにケース部品２の最下部の下方にて金属部品３Ｓ２とベース板１Ｓ１とが突起部１Ｆ３で接合されたパワーモジュール４２０が形成されてもよい。
【００７９】
図４４を参照して、本実施の形態の第３例においては、ケース部品２のＺ方向の最下部に、たとえばインサート成形された薄い枠状の金属部品３Ｓ３が露出している。一方、ベース板１Ｓ２には金属部品３Ｓ３の真下としての外縁部に、他の領域に比べてＺ方向厚みが薄くされるための枠状の切欠き部１Ｇが形成されている。切欠き部１Ｇの真上には薄いベース板１Ｓ２の構成部材が配置され、その部分と金属部品３Ｓ３とが密着される。この状態で上方に向けて矢印で示す応力Ｆが加えられる。これにより、ベース板１Ｓ２と金属部品３Ｓ３とは超音波接合される。このような構成を有するパワーモジュール４３０が形成されてもよい。
【００８０】
実施の形態５．
本実施の形態は、上述した実施の形態１〜４にかかるパワー半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態５として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
【００８１】
図４５は、実施の形態５にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。図４５に示す電力変換システムは、電源１０００、電力変換装置２０００、負荷３０００から構成される。電源１０００は、直流電源であり、電力変換装置２０００に直流電力を供給する。電源１０００は、特に限定されないが、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。電源１０００は、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成されてもよい。
【００８２】
電力変換装置２０００は、電源１０００と負荷３０００の間に接続された三相のインバータであり、電源１０００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に交流電力を供給する。電力変換装置２０００は、図４５に示すように、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１０と、主変換回路２０１０を制御する制御信号を主変換回路２０１０に出力する制御回路２０３０とを備えている。
【００８３】
負荷３０００は、電力変換装置２０００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３０００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
【００８４】
以下、電力変換装置２０００の詳細を説明する。主変換回路２０１０は、スイッチング素子（図示せず）と還流ダイオード（図示せず）とを備えている。スイッチング素子が電源１０００から供給される電圧をスイッチングすることによって、主変換回路２０１０は、電源１０００から供給される直流電力を交流電力に変換して、負荷３０００に供給する。主変換回路２０１０の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路２０１０は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードとから構成され得る。主変換回路２０１０の各スイッチング素子および各還流ダイオードとして、上述した実施の形態１〜４のいずれかのパワーモジュールに含まれる半導体素子５のＩＧＢＴおよび還流ダイオードが適用され得る。主変換回路２０１０を構成するパワー半導体モジュール２０２００として、上述した実施の形態１〜４のいずれかのパワーモジュールが適用され得る。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１０の３つの出力端子は、負荷３０００に接続される。
【００８５】
また、主変換回路２０１０は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えている。駆動回路は、パワー半導体モジュール２０２０に内蔵されていてもよいし、パワー半導体モジュール２０２０の外部に設けられてもよい。駆動回路は、主変換回路２０１０に含まれるスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、主変換回路２０１０のスイッチング素子の制御電極に駆動信号を供給する。具体的には、制御回路２０３０からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。
【００８６】
上記のように本実施の形態に係る電力変換装置２０００では、主変換回路２０１０に含まれるパワー半導体モジュールとして、実施の形態１〜４のいずれかに係るパワーモジュール１００，２００などが適用される。このため、本実施の形態に係る電力変換装置２０００は、パワーモジュールの製造工程およびコストの削減ができる。
【００８７】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では２レベルの電力変換装置としたが、３レベルの電力変換装置であってもよい。あるいはマルチレベルの電力変換装置であってもよい。電力変換装置が単相負荷に電力を供給する場合には、単相のインバータに本発明が適用されてもよい。電力変換装置が直流負荷等に電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本発明が適用されてもよい。
【００８８】
本発明が適用された電力変換装置は、負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機もしくはレーザー加工機の電源装置、または、誘導加熱調理器もしくは非接触器給電システムの電源装置に組み込まれ得る。本発明が適用された電力変換装置は、太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いられ得る。
【００８９】
以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
【００９０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９１】
１Ａ  一方の主表面、１Ｂ  他方の主表面、１Ｃ，３Ｃ  側面、１Ｄ  楔形形状部、１Ｅ  斜面、１Ｆ１，１Ｆ２，１Ｆ３  突起部、１Ｇ  切欠き部、２  ケース部品、１Ｐ，１Ｑ，１Ｒ，１Ｓ１，１Ｓ２  ベース板、３Ａ  埋め込まれ領域、３Ｂ  露出領域、３Ｐ，３Ｐ１，３Ｐ２，３Ｐ３，３Ｐ４，３Ｐ５，３Ｑ，３Ｑ１，３Ｑ２，３Ｑ３，３Ｑ４，３Ｑ５，３Ｒ，３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３，３Ｒ４，３Ｒ５，３Ｓ１，３Ｓ２，３Ｓ３  金属部品、４  絶縁基板、５  半導体素子、６  はんだ、７  ボンディングワイヤ、８  電極、９  絶縁封止材、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  圧着治具、１１  接着剤、１３Ｐ，１３Ｑ，１３Ｒ  接合部、２０  超音波接合ツール、３０  治具、４１，４２  斜面形成治具、１００，２００，３００，４１０，４２０，４３０  パワーモジュール、１０００  電源、２０００  電力変換装置、２０１０  主変換回路、２０２０  パワー半導体モジュール、２０３０  制御回路、３０００  負荷。 
【図１】
2020088053.tif 000003
【図２】
2020088053.tif 000004
【図３】
2020088053.tif 000005
【図４】
2020088053.tif 000006
【図５】
2020088053.tif 000007
【図６】
2020088053.tif 000008
【図７】
2020088053.tif 000009
【図８】
2020088053.tif 000010
【図９】
2020088053.tif 000011
【図１０】
2020088053.tif 000012
【図１１】
2020088053.tif 000013
【図１２】
2020088053.tif 000014
【図１３】
2020088053.tif 000015
【図１４】
2020088053.tif 000016
【図１５】
2020088053.tif 000017
【図１６】
2020088053.tif 000018
【図１７】
2020088053.tif 000019
【図１８】
2020088053.tif 000020
【図１９】
2020088053.tif 000021
【図２０】
2020088053.tif 000022
【図２１】
2020088053.tif 000023
【図２２】
2020088053.tif 000024
【図２３】
2020088053.tif 000025
【図２４】
2020088053.tif 000026
【図２５】
2020088053.tif 000027
【図２６】
2020088053.tif 000028
【図２７】
2020088053.tif 000029
【図２８】
2020088053.tif 000030
【図２９】
2020088053.tif 000031
【図３０】
2020088053.tif 000032
【図３１】
2020088053.tif 000033
【図３２】
2020088053.tif 000034
【図３３】
2020088053.tif 000035
【図３４】
2020088053.tif 000036
【図３５】
2020088053.tif 000037
【図３６】
2020088053.tif 000038
【図３７】
2020088053.tif 000039
【図３８】
2020088053.tif 000040
【図３９】
2020088053.tif 000041
【図４０】
2020088053.tif 000042
【図４１】
2020088053.tif 000043
【図４２】
2020088053.tif 000044
【図４３】
2020088053.tif 000045
【図４４】
2020088053.tif 000046
【図４５】
2020088053.tif 000047