(57)【要約】【課題】信頼性が高いパワーモジュールを提供する。【解決手段】パワーモジュールは、外面に露出した外部端子を有する筐体と、前記筐体内に設けられた基板と、前記基板に搭載された半導体素子と、前記半導体素子に接続されたワイヤと、前記筐体内に設けられ、前記外部端子を前記半導体素子の電極に接続する金属板端子と、前記筐体内に設けられ、前記金属板端子の一部、前記基板、前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うゲル材と、を備える。前記金属板端子は、前記ワイヤと前記筐体の天板との間であって、前記ゲル材の内部に配置された第１部分と、前記第１部分に対して屈曲し、前記半導体素子の前記電極に接続された第２部分と、前記第１部分の端部から前記基板に向かって延出した第３部分と、を有する。【選択図】図１
2020155572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に露出した外部端子を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた基板と、
前記基板に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子に接続されたワイヤと、
前記筐体内に設けられ、前記外部端子を前記半導体素子の電極に接続する金属板端子と、
前記筐体内に設けられ、前記金属板端子の一部、前記基板、前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うゲル材と、
を備え、
前記金属板端子は、
前記ワイヤと前記筐体の天板との間であって、前記ゲル材の内部に配置された第１部分と、
前記第１部分に対して屈曲し、前記半導体素子の前記電極に接続された第２部分と、
前記第１部分の端部から前記基板に向かって延出した第３部分と、
を有したパワーモジュール。
【請求項２】
外面に露出した外部端子を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた基板と、
前記基板に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子に接続されたワイヤと、
前記筐体内に設けられ、前記外部端子を前記半導体素子の電極に接続する金属板端子と、
低剛性板と、
前記筐体内に設けられ、前記金属板端子の一部、前記低剛性板、前記基板、前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うゲル材と、
を備え、
前記金属板端子は、
前記ワイヤと前記筐体の天板との間であって、前記ゲル材の内部に配置された第１部分と、
前記第１部分に対して屈曲し、前記半導体素子の電極に接続された第２部分と、
を有し、
前記低剛性板の剛性は前記第１部分の剛性よりも低く、前記低剛性板は前記第１部分に貼り合わされ、前記低剛性板の端部が前記第１部分の端部からはみ出したパワーモジュール。
【請求項３】
前記低剛性板は樹脂材料からなる請求項２記載のパワーモジュール。
【請求項４】
外面に露出した外部端子を有する筐体と、
前記筐体内に設けられた基板と、
前記基板に搭載された半導体素子と、
前記半導体素子に接続されたワイヤと、
前記筐体内に設けられ、前記外部端子を前記半導体素子の電極に接続する金属板端子と、
前記筐体内に設けられた仕切板と、
前記筐体内に設けられ、前記金属板端子の一部、前記仕切板、前記基板、前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うゲル材と、
を備え、
前記金属板端子は、
前記ワイヤと前記筐体の天板との間であって、前記ゲル材の内部に配置された第１部分と、
前記第１部分に対して屈曲し、前記半導体素子の電極に接続された第２部分と、
を有し、
前記筐体の一部、前記金属板端子及び前記仕切板により、前記第１部分と前記基板との間の空間が周囲から区画されたパワーモジュール。
【請求項５】
前記仕切板の一部は、前記第１部分に貼り合わされている請求項４記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記仕切板の一部は、前記第２部分に貼り合わされている請求項４記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記仕切板は樹脂材料からなる請求項４〜６のいずれか１つに記載のパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、パワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電流を制御するパワーモジュールとして、筐体内に基板を固定し、この基板に電力用半導体素子を搭載し、この電力用半導体素子の電極を金属板端子を用いて筐体外部に引き出し、筐体内にゲル材を充填したパワーモジュールが開発されている。このようなパワーモジュールにおいては、通電／遮断を繰り返した際に生じる熱負荷に対して、高い信頼性が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３８１７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態の目的は、信頼性が高いパワーモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係るパワーモジュールは、外面に露出した外部端子を有する筐体と、前記筐体内に設けられた基板と、前記基板に搭載された半導体素子と、前記半導体素子に接続されたワイヤと、前記筐体内に設けられ、前記外部端子を前記半導体素子の電極に接続する金属板端子と、前記筐体内に設けられ、前記金属板端子の一部、前記基板、前記半導体素子及び前記ワイヤを覆うゲル材と、を備える。前記金属板端子は、前記ワイヤと前記筐体の天板との間であって、前記ゲル材の内部に配置された第１部分と、前記第１部分に対して屈曲し、前記半導体素子の前記電極に接続された第２部分と、前記第１部分の端部から前記基板に向かって延出した第３部分と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るパワーモジュールを示す断面図である。
【図４】（ａ）は、比較例に係るパワーモジュールの室温状態を示す断面図であり、（ｂ）は比較例に係るパワーモジュールの高温状態を示す断面図であり、（ｃ）は第１の実施形態に係るパワーモジュールの高温状態を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視図である。
【図６】第２の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【図７】（ａ）は第２の実施形態に係るパワーモジュールの室温状態を示す断面図であり、（ｂ）は第２の実施形態に係るパワーモジュールの高温状態を示す断面図である。
【図８】第３の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視分解図である。
【図９】第３の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【図１０】第３の実施形態に係るパワーモジュールの動作を示す断面図である。
【図１１】第４の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視分解図である。
【図１２】第４の実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【図１３】（ａ）は第１の試験例において想定したパワーモジュールを示す斜視図であり、（ｂ）はゲル材の解析モデルを示す図であり、（ｃ）はゲル材の歪み分布を示す図である。
【図１４】横軸に金属板端子の平面部分の高さをとり、縦軸にゲル材の歪みの最大値をとって、平面部分の高さがゲル材の歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【図１５】（ａ）は仕切板が設けられていない場合のゲル材の解析モデルを示す図であり、（ｂ）は仕切板が設けられている場合のゲル材の解析モデルを示す図であり、（ｃ）は横軸に仕切板の有無をとり、縦軸にゲル材の歪み量の最大値をとって、仕切板の有無がゲル材の歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視図である。
図２は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
図３は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す断面図である。
なお、各図は模式的なものであり、構成要素は適宜強調又は省略されている。後述する他の図についても同様である。例えば、図１及び図２においては、図示の便宜上、筐体の天板を省略している。
【０００８】
図１〜図３に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール１においては、筐体１０が設けられている。筐体１０の形状は、例えば、略直方体状であり、内部は中空である。筐体１０においては、底板１１、側板１２及び天板１３が設けられている。底板１１及び天板１３の形状は、例えば、矩形の平板状である。側板１２の形状は、例えば、四角柱の筒状である。
【０００９】
天板１３には複数の外部端子１４が設けられている。外部端子１４は、筐体１０の外面に露出している。天板１３及び外部端子１４を貫通するように、貫通孔１５が形成されている。以下、底板１１から天板１３に向かう方向を「上」といい、天板１３から底板１１に向かう方向を「下」というが、この表現は便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。「上」及び「下」を総称して「垂直方向」ともいう。
【００１０】
底板１１上には、例えば絶縁性の基板２０が設けられている。基板２０の上面には、複数の半導体素子２１が搭載されている。半導体素子２１は、例えばパワー半導体素子であり、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタ及びダイオード等である。半導体素子２１を形成する主要な半導体材料は、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）又はシリコン（Ｓｉ）である。各半導体素子２１には、例えば、２つ又は３つの電極２２が設けられている。異なる半導体素子２１の電極２２間には、ワイヤ２３が接続されている。ワイヤ２３は、半導体素子２１の上方でループを形成している。
【００１１】
筐体１０内には、例えば３枚の金属板端子３０が設けられている。なお、図１〜図３には、１枚の金属板端子３０のみを図示している。金属板端子３０は金属を含み、例えば、銅（Ｃｕ）からなる。金属板端子３０は、例えば、１枚の金属板を折り曲げ加工することにより形成されている。
【００１２】
金属板端子３０においては、平面部分３１〜３７が一体的に設けられている。平面部分３１〜３５は、この順に連続して配列されている。平面部分３１は、筐体１０の側板１２と天板１３の間に位置し、貫通孔１５に挿入されたボルト１６を介して、外部端子１４に接続されている。なお、本明細書において、「接続」とは電気的な接続を意味する。
【００１３】
平面部分３２は、平面部分３１における筐体１０の内部側の端縁から屈曲して下方に延びている。平面部分３３は、平面部分３２の下端縁から屈曲して基板２０の上面に対して平行な方向（以下、「水平方向」という）に延びている。平面部分３４は、平面部分３３における平面部分３２との境界とは反対側の端縁から下方に延びている。平面部分３５は、平面部分３４の下端縁から屈曲して水平方向に延びており、半導体素子２１の電極２２に接続されている。このようにして、金属板端子３０は、外部端子１４を半導体素子２１の電極２２に接続する。
【００１４】
金属板端子３０の平面部分３６は、平面部分３３における平面部分３２と連続した端縁及び平面部分３４と連続した端縁を除く２つの端縁のうちの一方から屈曲して、斜め下方に延びている。平面部分３６の先端は自由端となっている。同様に、平面部分３７は、上述の２つの端縁のうちの他方から屈曲して、斜め下方に延びている。平面部分３７の先端は自由端となっている。平面部分３６及び３７は、例えば、下方に向かうほど相互に離隔するように傾斜している。
【００１５】
平面部分３６、３３、３７は、この順に連続して配列されている。このため、水平方向に拡がる平面部分３３から見て、上方に延びる平面部分３２、斜め下方に延びる平面部分３６、下方に延びる平面部分３４、及び、斜め下方に延びる平面部分３７は、相互に直交する４方向に位置している。
【００１６】
平面部分３３の直下域、すなわち、基板２０と平面部分３３との間には、ワイヤ２３が配置されている。換言すれば、平面部分３３は、ワイヤ２３と天板１３との間に配置されている。
【００１７】
筐体１０内には、ゲル材４０が封入されている。ゲル材４０は、基板２０、半導体素子２１、ワイヤ２３を覆っている。また、ゲル材４０は、金属板端子３０の平面部分３２の下部、及び、平面部分３３〜３７のそれぞれの全体を覆っている。ゲル材４０は絶縁性であり、その弾性率は金属の弾性率よりも低い。ゲル材４０は、例えば、シリコーンゲルからなる。ゲル材４０により、熱応力によるワイヤ２３の破断を抑制することができる。また、ゲル材４０により、金属板端子３０間、ワイヤ２３間、及び、金属板端子３０とワイヤ２３との間等の絶縁性を確保できる。更に、ゲル材４０により、基板２０、半導体素子２１及びワイヤ２３等が、外部から筐体１０内に侵入した酸素、水分、微粒子等から保護される。
【００１８】
ゲル材４０は、筐体１０内の全体には充填されておらず、筐体１０内におけるゲル材４０上には、空気層４１が存在する。また、筐体１０は完全な気密状態にはなく、空気層４１の空気は、筐体１０の外部に対して流出入可能である。但し、ゲル材４０は変形容易ではあるが一体化した固体であり、筐体１０の隙間から外部に漏洩することはない。
【００１９】
次に、本実施形態に係るパワーモジュールの動作について説明する。
図４（ａ）は、比較例に係るパワーモジュールの室温状態を示す断面図であり、（ｂ）は比較例に係るパワーモジュールの高温状態を示す断面図であり、（ｃ）は本実施形態に係るパワーモジュールの高温状態を示す断面図である。
【００２０】
パワーモジュール１に電力が供給され、半導体素子２１が導通すると、半導体素子２１が発熱し、パワーモジュール１全体の温度が上昇する。これに伴い、パワーモジュール１の各部材が熱膨張するが、その熱膨張率は部材間によって異なる。ゲル材４０の熱膨張率は筐体１０の熱膨張率及び金属板端子３０の熱膨張率よりも大きい。このため、パワーモジュール１の温度が上昇すると、筐体１０の容積の増加率よりもゲル材４０の体積の増加率が大きくなり、ゲル材４０の上面が上昇する。また、パワーモジュール１の通電が停止すると、パワーモジュール１の温度が高温から室温に下がる。これにより、ゲル材４０の体積が減少し、ゲル材４０の上面が降下する。
【００２１】
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、比較例に係るパワーモジュール１０１においては、金属板端子３０に平面部分３６及び３７が設けられていない。このため、パワーモジュール１０１の温度が上昇すると、ゲル材４０が金属板端子３０の平面部分３３の端部３３ａと接触しながら、上方に移動する。このとき、平面部分３３の端部３３ａからゲル材４０に大きな剪断力が印加される。また、パワーモジュール１０１の温度が低下したときは、ゲル材４０が金属板端子３０の平面部分３３の端部３３ａと接触しながら、下方に移動する。
【００２２】
このようにして、パワーモジュール１０１の動作に伴い、パワーモジュール１０１が加熱及び冷却を繰り返すと、ゲル材４０に剪断力が繰り返し印加されて、ゲル材４０に亀裂が発生する。この結果、ゲル材４０によるワイヤ２３のサポート効果、金属板端子３０及びワイヤ２３の絶縁効果、及び外部環境からの保護効果が減少し、金属板端子３０間で絶縁破壊が発生する可能性が増加し、パワーモジュール１０１の信頼性が低下してしまう。
【００２３】
これに対して、図４（ｃ）に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール１においては、金属板端子３０に平面部分３６及び３７が設けられている。このため、パワーモジュール１の温度が変化したときに、ゲル材４０は、平面部分３３の端部３３ａではなく、平面部分３６の端部３６ａ及び平面部分３７の端部３７ａと接触しながら、上下に移動する。加熱及び冷却時におけるゲル材４０の移動量は、垂直方向における位置に依存し、下方、すなわち、底板１１から近い位置にあるゲル材４０ほど、移動量が小さい。そして、端部３６ａ及び３７ａは端部３３ａよりも下方に位置している。このため、パワーモジュール１において端部３６ａ及び３７ａに接触しながら移動するゲル材４０の移動量は、パワーモジュール１０１において端部３３ａに接触しながら移動するゲル材４０の移動量よりも小さい。
【００２４】
したがって、本実施形態においては、比較例と比較して、金属板端子３０によってゲル材４０に印加される剪断力が小さい。このため、パワーモジュール１においては、ゲル材４０における亀裂の発生を抑制することができる。この結果、本実施形態に係るパワーモジュール１は、信頼性が高い。
【００２５】
また、本実施形態に係るパワーモジュール１においては、平面部分３３を一定の高さに配置することにより、基板２０と平面部分３３との間に、ワイヤ２３のループを形成する空間を確保することができる。このため、ワイヤ２３が平面部分３３に接触して短絡することを防止できる。
【００２６】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する
図５は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視図である。
図６は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【００２７】
図５及び図６に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール２は、第１の実施形態に係るパワーモジュール１（図１〜図３参照）と比較して、金属板端子３０に平面部分３６及び３７が設けられてない点と、金属板端子３０の平面部分３３上に低剛性板５１が設けられている点が異なっている。
【００２８】
低剛性板５１の剛性は、金属板端子３０の平面部分３３の剛性よりも低い。例えば、低剛性板５１の材料のヤング率は、金属板端子３０の材料のヤング率よりも低い。低剛性板５１は、例えば、樹脂材料からなり、例えば、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタレート）からなる。
【００２９】
低剛性板５１は、例えば、接着又はボルト締結等の手段により、金属板端子３０の平面部分３３の上面に貼り合わされている。上方から見て、低剛性板５１は平面部分３３よりも大きく、低剛性板５１の端部５１ａは平面部分３３の端部３３ａからはみ出している。
【００３０】
次に、本実施形態に係るパワーモジュールの動作について説明する。
図７（ａ）は本実施形態に係るパワーモジュールの室温状態を示す断面図であり、（ｂ）は本実施形態に係るパワーモジュールの高温状態を示す断面図である。
【００３１】
上述の如く、パワーモジュール２においては、上方から見て、低剛性板５１の端部５１ａが平面部分３３の端部３３ａからはみ出している。このため、熱サイクルによってゲル材４０が上下に移動する際には、ゲル材４０は平面部分３３の端部３３ａではなく、低剛性板５１の端部５１ａを回り込むように移動する。
【００３２】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、低剛性板５１は金属板端子３０の平面部分３３よりも剛性が低いため、ゲル材４０の移動にある程度追従して変形する。これにより、低剛性板５１の端部５１ａがゲル材４０に印加する剪断力を緩和することができる。この結果、ゲル材４０における亀裂の発生を抑制できる。これにより、本実施形態に係るパワーモジュール２は、信頼性が高い。
【００３３】
なお、低剛性板５１の材料は金属板端子３０の材料と同じとし、低剛性板５１の厚さを金属板端子３０の平面部分３３の厚さよりも薄くしてもよい。これによっても、低剛性板５１の剛性を平面部分３３の剛性よりも低くし、上述の効果を得ることができる。また、低剛性板５１は平面部分３３の下面に貼り合わせてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【００３４】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視分解図である。
図９は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【００３５】
図８及び図９に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール３は、第１の実施形態に係るパワーモジュール１（図１〜図３参照）と比較して、金属板端子３０に平面部分３６及び３７が設けられてない点と、金属板端子３０の平面部分３３及びその直下域を覆うように、仕切板６１が設けられている点が異なっている。
【００３６】
仕切板６１は絶縁材料からなることが好ましく、例えば、樹脂材料からなる。仕切板６１の形状は、１枚の短冊状の板がコ字状に曲げられた形状である。より具体的には、仕切板６１には、水平部分６２と、水平部分６２の両側から下方に延出した垂直部分６３及び６４が一体的に設けられている。
【００３７】
水平部分６２は、金属板端子３０の平面部分３３の上面に、例えば、接着剤、粘着シート又はボルト締結等の固定手段によって貼り合わされている。上方から見て、水平部分６２の形状は平面部分３３の形状と略同じであるか、一回り大きい。垂直部分６３及び６４は、水平部分６２から平面部分３３の両側の端部３３ａを覆うように屈曲している。垂直部分６３及び６４の下端は、例えば、基板２０には到達していない。金属板端子３０の平面部分３３及び３４、仕切板６１の垂直部分６３及び６４、並びに、筐体１０の側板１２の一部により、平面部分３３と基板２０との間の空間６５が周囲から区画される。
【００３８】
次に、本実施形態に係るパワーモジュールの動作及び効果について説明する。
図１０は、本実施形態に係るパワーモジュールの動作を示す断面図である。
図１０に示すように、本実施形態においては、金属板端子３０の平面部分３３及び３４、仕切板６１の垂直部分６３及び６４、筐体１０の側板１２の一部により、空間６５が区画されている。このため、ゲル材４０における空間６５の内部に配置された部分４０ａと空間６５の外部に配置された部分４０ｂとが実質的に切り離され、熱サイクルを受けたときに、別々に移動する。
【００３９】
すなわち、パワーモジュール３が加熱されると、ゲル材４０が膨張するが、ゲル材４０における空間６５内に配置された部分４０ａは、平面部分３３及び３４、垂直部分６３及び６４、並びに、側板１２により、上方への移動を阻止される。一方、ゲル材４０における空間６５外に配置された部分４０ｂは、仕切板６１の垂直部分６３及び６４の表面に沿って上方に移動する。このとき、垂直部分６３及び６４は部分４０ｂの移動経路に実質的に介在していないため、垂直部分６３及び６４はゲル材４０の部分４０ｂに対して剪断力を殆ど印加しない。このため、ゲル材４０における亀裂の発生を抑制できる。
【００４０】
また、仕切板６１が絶縁性であるため、半導体素子２１の電極２２及びワイヤ２３に接触しても、短絡することがない。
【００４１】
なお、仕切板６１の水平部分６２は、金属板端子３０の平面部分３３の下面に貼り付けられていてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第１の実施形態と同様である。
【００４２】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視分解図である。
図１２は、本実施形態に係るパワーモジュールを示す斜視断面図である。
【００４３】
図１１及び図１２に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール４は、第３の実施形態に係るパワーモジュール３（図８〜図１０参照）と比較して、仕切板６１の替わりに仕切板６６が設けられている点が異なっている。
【００４４】
仕切板６６は、仕切板６１と同様に絶縁材料からなることが好ましく、例えば、樹脂材料からなる。また、仕切板６６の形状も、１枚の短冊状の板がコ字状に曲げ加工された形状であるが、仕切板６１とは屈曲の方向が異なっている。仕切板６６においては、垂直部分６７、６８及び６９が一体的に設けられている。
【００４５】
仕切板６６の垂直部分６７は、金属板端子３０の平面部分３４における平面部分３３の反対側の表面に、例えば、接着剤、粘着シート又はボルト締結等の固定手段によって貼り合わされている。垂直部分６７の下端は、例えば、基板２０には到達していない。垂直部分６８及び６９は、垂直部分６７の水平方向の両端部から平面部分３２に向かう方向に屈曲している。金属板端子３０の平面部分３３及び３４、仕切板６６の垂直部分６８及び６９、筐体１０の側板１２の一部により、金属板端子３０の平面部分３３の直下域に相当する空間、すなわち、平面部分３３と基板２０との間の空間６５が、周囲から区画される。
【００４６】
なお、仕切板６６の垂直部分６７は、金属板端子３０の平面部分３４における平面部分３３側の表面に貼り合わされていてもよい。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第３の実施形態と同様である。
【００４７】
＜第１の試練例＞
次に、第１の試験例について説明する。
本試験例においては、金属板端子３０の平面部分３３の高さ、すなわち、底板１１からの距離がゲル材４０の歪みに及ぼす影響を調べた。
【００４８】
図１３（ａ）は本試験例において想定したパワーモジュールを示す斜視図であり、（ｂ）はゲル材の解析モデルを示す図であり、（ｃ）はゲル材の歪み分布を示す図である。図１３（ｃ）が示す部分は、（ｂ）のＡ−Ａ’断面に相当する。
図１４は、横軸に金属板端子３０の平面部分３３の高さｈをとり、縦軸にゲル材の歪みの最大値をとって、平面部分３３の高さがゲル材４０の歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
【００４９】
図１３（ａ）に示すように、本試験例において想定したパワーモジュールの構成は、図４（ａ）に示す比較例に係るパワーモジュール１０１の構成と同じであり、第１の実施形態に係るパワーモジュール１から、金属板端子３０の平面部分３６及び３７を除いたものである。
【００５０】
図１３（ａ）に示すパワーモジュール１０１において、図１３（ｂ）に示すように、ゲル材４０が熱膨張したときに、ゲル材４０の各部に発生する歪みをシミュレートした。その結果、図１３（ｃ）に示すように、ゲル材４０の歪みは平面部分３３の端部近傍で最大となった。
【００５１】
このようなシミュレーションを、平面部分３３の高さを異ならせて複数回実施した。図１４に示すように、平面部分３３の高さが低いほど、歪み量の最大値は小さくなった。このため、第１の実施形態のように、金属板端子３０に平面部分３６及び３７を設け、平面部分３６の端部３６ａ及び平面部分３７の端部３７ａの位置を低くすることにより、ゲル材４０の歪み量が低減することが確認できた。ゲル材４０の歪み量が低減することにより、ゲル材４０に亀裂が生じる可能性は減少すると考えられる。
【００５２】
＜第２の試験例＞
次に、第２の試験例について説明する。
本試験例においては、第３及び第４の実施形態における仕切板の存在が、ゲル材の歪みに及ぼす影響を調べた。
【００５３】
図１５（ａ）は仕切板が設けられていない場合のゲル材の解析モデルを示す図であり、（ｂ）は仕切板が設けられている場合のゲル材の解析モデルを示す図であり、（ｃ）は横軸に仕切板の有無をとり、縦軸にゲル材の歪み量の最大値をとって、仕切板の有無がゲル材の歪み量に及ぼす影響を示すグラフである。
図１５（ａ）に示すモデルは、上述の比較例に係るパワーモジュール１０１を想定している。図１５（ｂ）に示すモデルは、上述の第３の実施形態に係るパワーモジュール３及び第４の実施形態に係るパワーモジュール４を想定している。
【００５４】
図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、仕切板が設けられていない場合と設けられている場合について、ゲル材４０が熱膨張したときにゲル材４０に発生する歪みの分布をシミュレートした。この結果、図１５（ｃ）に示すように、仕切板が設けられている場合は、仕切板が設けられていない場合と比較して、ゲル材４０の歪み量の最大値が低かった。このため、第３の実施形態に係るパワーモジュール３及び第４の実施形態に係るパワーモジュール４は、比較例に係るパワーモジュール１０１と比較して、ゲル材４０の歪み量が少なく、ゲル材４０に亀裂が生じる可能性が低いと考えられる。
【００５５】
以上説明した実施形態によれば、信頼性が高いパワーモジュールを実現することができる。
【００５６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１、２、３、４：パワーモジュール
１０：筐体
１１：底板
１２：側板
１３：天板
１４：外部端子
１５：貫通孔
１６：ボルト
２０：基板
２１：半導体素子
２２：電極
２３：ワイヤ
３０：金属板端子
３１〜３７：平面部分
３３ａ、３６ａ、３７ａ：端部
４０：ゲル材
４０ａ、４０ｂ：部分
４１：空気層
５１：低剛性板
５１ａ：端部
６１：仕切板
６２：水平部分
６３、６４：垂直部分
６５：空間
６６：仕切板
６７、６８、６９：垂直部分
１０１：パワーモジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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