(57)【要約】【課題】半導体装置が冷熱サイクルに晒された場合に封止材及び接合材の少なくとも一方である構成物にクラック又は剥離が生じることを抑制する。【解決手段】封止材及び接合材の少なくとも一方である構成物は、マトリックス樹脂及び無機充填剤を備える。マトリックス樹脂は、架橋構造を備える。架橋構造は、エポキシ樹脂及び硬化剤により形成される。マトリックス樹脂は、ポリロタキサンを含む。無機充填剤は、マトリックス樹脂に分散する。【選択図】図１
2020013920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止材及び接合材の少なくとも一方である構成物
を備え、
前記構成物は、
エポキシ樹脂及び硬化剤により形成される架橋構造を備え、ポリロタキサンを含むマトリックス樹脂と、
前記マトリックス樹脂に分散する無機充填剤と、
を備える
半導体装置。
【請求項２】
前記ポリロタキサンは、前記エポキシ樹脂と化学結合した官能基を有する環状分子を含む
請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記ポリロタキサンは、０．１μｍ以上５０μｍ以下の平均粒子径を有する微粒子である
請求項１又は２の半導体装置。
【請求項４】
前記無機充填剤は、溶融シリカ、シリカ、アルミナ及びガラス繊維からなる群より選択される少なくとも１種を含み、
前記無機充填剤の表面は、前記エポキシ樹脂と化学結合した官能基により修飾されている
請求項１から３までのいずれかの半導体装置。
【請求項５】
ワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子をさらに備える
請求項１から４までのいずれかの半導体装置。
【請求項６】
前記構成物は、前記封止材を備え、
前記封止材により封止される被封止部材をさらに備える
請求項１から５までのいずれかの半導体装置。
【請求項７】
前記構成物は、前記接合材を備え、
ベース基板と、前記接合材を介して前記ベース基板に接合されるケースと、をさらに備える
請求項１から６までのいずれかの半導体装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか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、
を備える電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、及び当該半導体装置を備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体モジュール等の半導体装置においては、エポキシ樹脂の硬化物からなる封止材により被封止部材が封止されることが多い。例えば、特許文献１に記載された電力用半導体装置においては、エポキシ樹脂である封止樹脂により、半導体素子、及び基板間接続部材の一部が封止される（段落００２１）。
【０００３】
しかし、エポキシ樹脂の硬化物からなる封止材により被封止部材が封止された場合は、半導体装置が冷熱サイクルに晒されたときに、部材間の線熱膨張係数差、残留応力等に起因して、封止材にクラック又は剥離が生じることがある。封止材に生じるクラック又は剥離は、封止材の絶縁性を低下させるため、好ましくない。
【０００４】
封止材にクラック又は剥離が生じることを抑制する手段のひとつは、アクリルゴム、シリコーンゴム等の可とう化材を封止材に添加することである。可とう化材を封止材に添加することにより、封止材に靱性及び応力緩和性が付与され、封止材の弾性率が調整される。これにより、半導体装置が冷熱サイクルに晒された場合に封止材にクラック又は剥離が生じることを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１４２０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、可とう化材が封止材に添加された場合であっても、封止材にクラック又は剥離が生じることを十分に抑制することができない場合もある。その原因としては、可とう化材そのものの特性が十分でないこと、他の物性との兼ね合いで可とう化材の添加量が制限されること等が挙げられる。
【０００７】
この問題は、被封止部材を封止する封止材だけでなく、被接合部材を接合する接合材においても生じる。
【０００８】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされた。本発明が解決しようとする課題は、半導体装置が冷熱サイクルに晒された場合に封止材及び接合材の少なくとも一方である構成物にクラック又は剥離が生じることを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体装置に向けられる。
【００１０】
半導体装置は、封止材及び接合材の少なくとも一方である構成物を備える。構成物は、マトリックス樹脂及び無機充填剤を備える。マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂及び硬化剤により形成される架橋構造を備え、ポリロタキサンを含む。無機充填剤は、マトリックス樹脂に分散する。
【００１１】
本発明は、半導体装置を備える電力変換装置にも向けられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポリロタキサンに含まれる環状分子の高い運動性により、靱性及び応力緩和性が封止材及び接合材の少なくとも一方である構成物に付与される。このため、半導体装置が冷熱サイクルに晒された場合に当該構成物にクラック又は剥離が生じることを抑制することができる。
【００１３】
この発明の目的、特徴、局面及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１の半導体装置の主要部の断面を模式的に図示する断面図である。
【図２】実施の形態１の変形例の半導体装置の主要部の断面を模式的に図示する断面図である。
【図３】実施の形態２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】
【００１５】
１  実施の形態１
１．１  半導体装置
図１は、実施の形態１の半導体装置の主要部の断面を模式的に図示する断面図である。
【００１６】
図１に図示される半導体装置１０００は、パワー半導体モジュール等のパワー半導体装置である。パワー半導体装置は、電力用半導体装置とも呼ばれる。半導体装置１０００が、パワー半導体装置以外の半導体装置であってもよい。
【００１７】
半導体装置１０００は、ベース基板１０２０、ダイボンド材１０２２、半導体素子１０２４、金属配線１０２６ａ，１０２６ｂ及び１０２６ｃ、金属端子１０２８、封止材１０３０並びにケース１０３２を備える。半導体装置１０００がこれらの要素以外の要素を備えてもよい。
【００１８】
ベース基板１０２０は、樹脂により絶縁が行われた絶縁回路基板である。ベース基板１０２０の表面には、上面パターンが形成されている。
【００１９】
半導体素子１０２４は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、フリーホイールダイオード（ＦＷＤｉ）等のパワー半導体素子である。パワー半導体素子は、電力用半導体素子とも呼ばれる。
【００２０】
半導体素子１０２４は、ダイボンド材１０２２を介してベース基板１０２０の上面パターンに接合されている。これにより、半導体素子１０２４は、ベース基板１０２０上に実装されている。
【００２１】
金属配線１０２６ａ，１０２６ｂ及び１０２６ｃは、金属ワイヤである。金属配線１０２６ａは、半導体素子１０２４をベース基板１０２０に電気的に接続する。金属配線１０２６ｂは、ベース基板１０２４を金属端子１０２８に電気的に接続する。金属配線１０２６ｃは、半導体素子１０２４を金属端子１０２８に電気的に接続する。
【００２２】
封止材１０３０は、ケース１０３２の内部に封入される。半導体素子１０２４並びに金属配線１０２６ａ，１０２６ｂ及び１０２６ｃは、封止材１０３０により封止される被封止部材になる。半導体素子１０２４並びに金属配線１０２６ａ，１０２６ｂ及び１０２６ｃ以外の部材が被封止部材になってもよい。例えば、金属配線１０２６ａ，１０２６ｂ及び１０２６ｃ以外の金属部材が被封止部材になってもよい。封止材１０３０は、下述する樹脂組成物の硬化物からなる。
【００２３】
半導体素子１０２４は、シリコン半導体を備える半導体素子である。しかし、半導体素子１０２４が、シリコン半導体のバンドギャップより広いバンドギャップを有するワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子であってもよい。ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンド等である。
【００２４】
半導体素子１０２４がワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子である場合は、半導体素子１０２４は、高い耐電圧性を有し、高い許容電流密度を有する。このため、半導体素子１０２４を小型化することができる。したがって、半導体素子１０２４を備える半導体装置１０００を小型化することができる。
【００２５】
また、半導体素子１０２４がワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子である場合は、半導体素子１０２４は、高い耐熱性を有する。このため、半導体素子１０２４を備える半導体装置１０００においては、ヒートシンクに備えられる放熱フィンを小型化することができ、冷却の空冷化を行うことができる。したがって、半導体素子１０２４を備える半導体装置１０００を小型化することができる。
【００２６】
また、半導体素子１０２４がワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子である場合は、半導体素子１０２４は、低い電力損失しか有しない。このため、半導体素子１０２４を高効率化することができる。したがって、半導体素子１０２４を備える半導体装置１０００を高効率化することができる。
【００２７】
半導体装置１０００が半導体素子１０２４としてスイッチング素子及びダイオード素子を備える場合は、望ましくはスイッチング素子及びダイオード素子の両方がワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子にされる。しかし、スイッチング素子及びダイオード素子の片方のみがワイドバンドギャップ半導体を備える半導体素子にされた場合においても、下述する封止材１０３０の有用性は失われない。
【００２８】
１．２  樹脂組成物
樹脂組成物は、（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）エポキシ樹脂と反応しうる硬化剤、（Ｃ）ポリロタキサン、及び（Ｄ）無機充填剤を含む。樹脂組成物が、これらの成分以外の成分を含んでもよい。
【００２９】
１．３  エポキシ樹脂
エポキシ樹脂は、分子内に複数のエポキシ基を有する化合物である。エポキシ樹脂は、望ましくは、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、アラルキルエポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、フェノール類とフェノール性水酸基を有する芳香族アルデヒドとの縮合物のエポキシ化物、トリグリシジルイソシアヌレート、及び脂環式エポキシ樹脂からなる群より選択される少なくとも１種の化合物である。エポキシ樹脂が当該少なくとも１種の化合物である場合は、樹脂組成物の硬化物の耐熱性を向上することができる。
【００３０】
１．４  硬化剤
硬化剤は、樹脂組成物を硬化させる働きを有する。硬化剤は、酸無水物類（酸無水物系硬化剤）、アミン類（アミン系硬化剤）、ポリアミド樹脂、イミダゾール類（イミダゾール系硬化剤）、ポリメルカプタン類（ポリメルカプタン系硬化剤）、フェノール類（フェノール系硬化剤）、ポリカルボン酸類、ジシアンジアミド類、有機酸ヒドラジド等である。硬化剤は、望ましくは、酸無水物類又はアミン類である。硬化剤が酸無水物類又はアミン類である場合は、樹脂組成物の硬化物の封止性を向上することができる。
【００３１】
１．５  ポリロタキサン
ポリロタキサンは、複数の環状分子、直鎖状分子及びふたつの封鎖基を備える複合体である。
【００３２】
複数の環状分子は、直鎖状分子を包接する。複数の環状分子は、直鎖状分子を中心として回動する回転子となることができ、滑車効果を発揮することができるように直鎖状分子を包接する。直鎖状分子は、複数の環状分子の開口部を串刺し状に貫通する。ふたつの封鎖基は、それぞれ直鎖状分子の両端に結合され、それぞれ直鎖状分子の両端を封鎖する。ふたつの封鎖基は、複数の環状分子の開口部を通過することができない嵩高いブロック基である。これにより、複数の環状分子は、直鎖状分子に沿って自由に移動することはできるが、直鎖状分子から脱離することはできない。
【００３３】
直鎖状分子が複数の環状分子の開口部を貫通する形態は、化学的な結合ではなく、機械的な結合により維持される。このため、複数の環状分子は、高い運動性を有する。
【００３４】
樹脂組成物がポリロタキサンを含む場合は、環状分子の高い運動性により、樹脂組成物の硬化物の外部からの応力、及び樹脂組成物の硬化物の内部に残留した応力が緩和され、靱性及び応力緩和性が樹脂組成物の硬化物に付与される。このため、半導体装置１０００が冷熱サイクルに晒された場合に樹脂組成物の硬化物からなる封止材１０３０にクラック又は剥離が生じることを抑制することができる。したがって、半導体装置１０００の冷熱サイクルに対する信頼性を向上することができる。
【００３５】
１．６  直鎖状分子
直鎖状分子は、分岐鎖を有しなくてもよいし、複数の環状分子が滑車効果を発揮することができるように直鎖状分子を包接することを妨げない限り、分岐鎖を有してもよい。
【００３６】
直鎖状分子の長さは、複数の環状分子の大きさの影響を受けるが、環状分子が滑車効果を発揮することができるように直鎖状分子を包接することを妨げない限り、制限されない。
【００３７】
直鎖状分子は、制限されないが、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリエステル、ポリアミド、アクリル系樹脂、ポリシロキサン、ポリエン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、セルロース系樹脂、ポリアクリルアミド、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリアミン等の分子である。
【００３８】
１．７  封鎖基
直鎖状分子の両末端にそれぞれふたつの封鎖基が結合された構造は、直鎖状分子の前駆体とふたつの封鎖基の前駆体とを反応させることにより得られる。
【００３９】
直鎖状分子の前駆体は、望ましくは、封鎖基の前駆体との反応性を有する基を両末端に有する。封鎖基の前駆体との反応性を有する基は、封鎖基の前駆体が有する基に応じて選択される。封鎖基の前駆体との反応性を有する基は、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシ基、チオール基等である。
【００４０】
１．８  環状分子
環状分子の環は、複数の環状分子が滑車効果を発揮することができるように直鎖状分子を包接することを妨げない限り、完全に閉じていてもよいし、完全に閉じていなくてもよい。環状分子の環が完全に閉じていない場合は、環状分子は、Ｃ字状の形状を有する。
【００４１】
環状分子は、例えば、シクロデキストリン、クラウンエーテル、これらの誘導体、及びこれらの変性体からなる群より選択される少なくとも１種の化合物の分子である。クラウンエーテルには、ベンゾクラウンエーテル、ジベンゾクラウンエーテル及びジシクロヘキサノクラウンエーテルも含まれる。シクロデキストリンは、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチルシクロデキストリン、グルコシルシクロデキストリン等である。シクロデキストリンは、望ましくは、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン又はγ−シクロデキストリンであり、さらに望ましくは、α−シクロデキストリンである。
【００４２】
環状分子は、望ましくは、エポキシ基と反応しうる官能基を有する。このため、ポリロタキサンは、樹脂組成物の主成分であるエポキシ樹脂と反応しうる。
【００４３】
エポキシ基と反応しうる官能基は、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基等である。エポキシ基と反応しうる官能基は、望ましくは、封鎖基の前駆体が有する基と反応しない官能基である。
【００４４】
１．９  ポリロタキサンの性状
ポリロタキサンは、望ましくは、０．１μｍ以上５０μｍ以下の平均粒子径を有する微粒子である。平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定されるメディアン径である。
【００４５】
ポリロタキサンが０．１μｍ以上５０μｍ以下の平均粒子径を有する微粒子であるである場合は、ポリロタキサンの分散性が向上する。このため、靱性及び応力緩和性が樹脂組成物の硬化物に効果的に付与され、半導体装置１０００が冷熱サイクルに晒された場合に樹脂組成物の硬化物からなる封止材１０３０にクラック又は剥離が生じることを効果的に抑制することができる。
【００４６】
１．１０  無機充填剤
無機充填剤は、封止樹脂の硬化物の線膨張係数を低下させるために、又は当該線熱膨張係数を調整するために、樹脂組成物に含められる。無機充填剤は、制限されないが、シリカ粒子、シラス粒子、ハイドロキシアパタイト粒子、マグネシア粒子、酸化ジルコニウム粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子等である。シリカ粒子は、粉砕シリカ、球状シリカ等である。
【００４７】
無機充填剤は、望ましくは、溶融シリカ、シリカ、アルミナ及びガラス繊維からなる群より選択される少なくとも１種を含む。
【００４８】
無機充填剤の表面は、望ましくは、エポキシ樹脂と反応しうる官能基により修飾される。これにより、無機充填剤の濡れ性が向上し、樹脂組成物を低粘度化することができる。また、無機充填剤がエポキシ樹脂と反応することができるようになる。
【００４９】
エポキシ樹脂と反応しうる官能基は、カルボキシル基、水酸基等の、エポキシ樹脂と化学結合しうる官能基である。
【００５０】
１．１１  樹脂組成物の硬化物
上記の樹脂組成物を硬化させることにより得られる樹脂組成物の硬化物は、マトリックス樹脂及び無機充填剤を備える。
【００５１】
マトリックス樹脂は、エポキシ樹脂及び硬化剤により形成される架橋構造を備える。また、マトリックス樹脂は、ポリロタキサンを含む。
【００５２】
樹脂組成物においてポリロタキサンに含まれる環状分子がエポキシ樹脂と反応しうる官能基を有する場合は、樹脂組成物の硬化物において、ポリロタキサンに含まれる環状分子が、エポキシ樹脂と化学結合した官能基を有する。このため、架橋構造は、エポキシ樹脂、硬化剤及びポリロタキサンにより形成される。これにより、樹脂組成物の硬化物において、ポリロタキサンが樹脂組成物の硬化物の伸び及び収縮に追従できるようになる。したがって、樹脂組成物の硬化物の外部からの応力が緩和され、靱性及び応力緩和性が樹脂組成物の硬化物に効果的に付与され、半導体装置１０００が冷熱サイクルに晒された場合に樹脂組成物の硬化物からなる封止材１０３０にクラック又は剥離が生じることを効果的に抑制することができる。
【００５３】
ポリロタキサンは、望ましくは、０．１μｍ以上５０μｍ以下の平均粒子径を有する微粒子であり、樹脂組成物の硬化物中に均一に分散している。ポリロタキサンが樹脂組成物の硬化物中に均一に分散することにより、靱性及び応力緩和性が樹脂組成物の硬化物に効果的に付与され、半導体装置１０００が冷熱サイクルに晒された場合に樹脂組成物の硬化物からなる封止材１０３０にクラック又は剥離が生じることを効果的に抑制することができる。
【００５４】
無機充填剤は、マトリックス樹脂に分散する。
【００５５】
樹脂組成物において無機充填剤の表面がエポキシ樹脂と反応しうる官能基により修飾されている場合は、樹脂組成物の硬化物において、無機充填剤の表面が、エポキシ樹脂と化学結合した官能基により修飾されている。このため、樹脂組成物の硬化物において、無機充填剤とエポキシ樹脂とが強固に結合する。これにより、半導体装置１０００が冷熱サイクルに晒された場合に、マトリックス樹脂と無機充填剤との間にクラックが生じることを抑制することができ、クラックに起因して封止材１０３０に割れ又は剥離が生じることを抑制することができる。
【００５６】
１．１２  半導体装置の別例
図２は、実施の形態１の変形例の半導体装置の主要部の断面を模式的に図示する断面図である。
【００５７】
図２に図示される半導体装置２０００は、ケース１０３２が接合材１０３４を介してベース基板１０２０に接合される点で、図１に図示される半導体装置１０００と相違する。
【００５８】
接合材１０３４も、封止材１０３０と同様に、上述した樹脂組成物の硬化物からなる。これにより、半導体装置１０００が冷熱サイクルに晒された場合に接合材１０３４にクラック及び剥離が生じることを抑制することができる。したがって、半導体装置１０００の冷熱サイクルに対する信頼性を向上することができる。
【００５９】
接合材１０３４のみが上述した樹脂組成物の硬化物により構成されてもよい。したがって、封止材１０３２及び接合材１０３４の少なくとも一方である構成物が上述した樹脂組成物の硬化物からなる。
【００６０】
２  実施の形態２
本実施の形態は、上述した実施の形態１にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。実施の形態１にかかる半導体装置の適用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２として、三相のインバータに実施の形態１にかかる半導体装置を適用した場合について説明する。
【００６１】
図３は、本実施の形態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。
【００６２】
図３に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、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コンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、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することとしてもよい。
【００６３】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図３に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【００６４】
負荷３００は、電力変換装置２００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３００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。
【００６５】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１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から構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子や各還流ダイオードは、上述した実施の形態１に相当する半導体モジュール２０２によって構成する。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２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
【００６６】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３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。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【００６７】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【００６８】
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１にかかる半導体モジュールを適用するため、冷熱サイクルに対する信頼性を向上することを実現することができる。
【００６９】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに実施の形態１にかかる半導体装置を適用する例を説明したが、実施の形態１にかかる半導体装置の適用は、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レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、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実施の形態１にかかる半導体装置を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに実施の形態１にかかる半導体装置を適用することも可能である。
【００７０】
また、実施の形態１にかかる半導体装置を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
【００７１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【００７２】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００７３】
１０００，２０００  半導体装置、１０２０  ベース基板、１０２２  ダイボンド材、１０２４  半導体素子、１０２６ａ，１０２６ｂ及び１０２６ｃ  金属配線、１０２８  金属端子、１０３０  封止材、１０３２  ケース、１０３４  接合材、１００  電源、２００  電力変換装置、２０１  主変換回路、２０２  半導体モジュール、２０３  制御回路、３００  負荷。
【図１】
2020013920.tif 000003
【図２】
2020013920.tif 000004
【図３】
2020013920.tif 000005