(57)【要約】【課題】放熱性、線膨張係数あるいは電流経路等のバランスを適切に設定して、特性が一定した信頼性の高いワー半導体モジュールを得る。【解決手段】パワー半導体素子３１Ｕの一面に形成されたコレクタ電極６１と導体板３５が半田材４３により、パワー半導体素子３１Ｕの他面に形成されたエミッタ電極６２と導体板３３が半田材４４により半田付けされている。導体板３５には複数の凹部７１が形成され、各凹部７１内には、１つの金属スペーサ５０が収容されている。金属スペーサ５０の一部は凹部７１から突出しており、パワー半導体素子３１Ｕは、凹部７１から突出した金属スペーサ５０の一部に当接した状態で半田付けされている。【選択図】図８
2014067809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのパワー半導体ユニットを備え、
前記パワー半導体ユニットは、
第１の導体板と、
前記第１の導体板に対向して配置された第２の導体板と、
前記第１の導体板と前記第２の導体板間に配置され、前記第１の導体板に対向する一面に第１の電極が形成され、前記第２の導体板に対向する他面に第２の電極が形成されたパワー半導体素子と、
前記第１の導体板と前記パワー半導体素子の前記第１の電極間に設けられた第１の半田層と、
前記第２の導体板と前記パワー半導体素子の前記第２の電極間に設けられた第２の半田層と、を備え、
少なくとも前記第１の導体板における前記パワー半導体素子の前記一面に対向する面に、少なくとも３つの凹部が形成され、前記各凹部内に、一部が前記凹部から突出する１つの金属スペーサが収容され、前記金属スペーサが前記パワー半導体素子の前記第１の電極に当接した状態で、前記第１の半田層により前記パワー半導体素子の前記第１の電極と前記第１の導体板とが半田付けされていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体ユニットは、
前記第２の導体板の前記パワー半導体素子の前記他面に対向する面に、少なくとも３つの凹部が形成され、前記各凹部内に、一部が前記凹部から突出する１つの金属スペーサが収容され、前記金属スペーサの前記一部が前記パワー半導体素子の前記第２の電極に当接した状態で、前記第２の半田層により前記パワー半導体素子の前記第２の電極と前記第２の導体板とが半田付けされていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記金属スペーサは、ほぼ球状であり、直径の半分以上が前記凹部内に収容されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部の開口部は、平面視で、ほぼ円形であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部は、半球状又はドーム形状であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記金属スペーサは、表面に表面鍍金層を備えていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記金属スペーサは、前記表面鍍金層の内側に前記表面鍍金層の成分の内部拡散を防止するためのバリア鍍金層を備えていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部は、周縁部が傾斜面とされているか、開口部周縁部に面取り部を備えていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記第１の導体板の前記凹部の内面における少なくとも前記金属スペーサに接触する部分には、表面鍍金層が形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記第１の導体板に、前記凹部に連結する前記金属スペーサよりも小さい幅のボイド逃がし用溝が形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体ユニットは、一面に電極を有する他の電子部品を備え、前記第１の導体板は、前記他の電子部品の前記電極に対応する少なくとも他の３つの凹部を備え、前記他の電子部品は前記他の３つの凹部内にそれぞれ収容された１つの金属スペーサに当接した状態で、前記第１の導体板に半田付けされていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体ユニットを複数個備え、さらに、１つの前記パワー半導体ユニットと別の前記パワー半導体ユニットとを電気的に接続する中間接続部材を備えることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１３】
少なくとも３つの凹部が形成された第１の導体板の前記各凹部内に、一部を前記凹部から突出させて１つの金属スペーサを収容すると共に、前記第１の導体板の前記凹部が形成された面上に半田材を供給する工程と、
パワー半導体素子の一面に形成された第１の電極を前記金属スペーサ上に配置する工程と、
前記第１の導体板の前記凹部が形成された面上に前記半田材を拡げて、前記各凹部内に前記半田材を充填する工程と、
金属スペーサの前記一部が前記パワー半導体素子の前記第１の電極に当接した状態で、前記第１の半田材により前記パワー半導体素子の前記第１の電極と前記第１の導体板とを半田付けする工程と、を備えることを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のパワー半導体モジュールの製造方法において、
前記半田材を拡げて、前記各凹部内に前記半田材を充填する工程は、前記パワー半導体素子を前記金属スペーサ上でスライドさせる工程を含むことを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載のパワー半導体モジュールの製造方法において、
さらに、少なくとも３つの凹部を有する第２の導体板を準備し、前記第２の導体板の前記各凹部内に、一部を前記凹部から突出させて１つの金属スペーサを収容すると共に、前記第２の導体板の前記凹部が形成された面上に半田材を供給する工程と、前記第２の導体板の前記各凹部内に収容された前記金属スペーサ上に、前記第１の導体板に固着された前記パワー半導体素子を配置し、前記パワー半導体素子の前記第１の電極の反対面側に形成された第２の電極を前記第２の導体板に半田付けする工程と、を備えることを特徴とするパワー半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールおよびその製造方法に関し、さらに詳細には、パワー半導体素子が半田付けされた導体板を備えるパワー半導体モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子の表裏面に電極を形成し、各電極を、半田材を介して金属基板間に配置し、半田材を加熱して各導体板に半田付けしたパワー半導体ユニットを備えたパワー半導体モジュールが知られている。上記構造のパワー半導体ユニットをＣＡＮ型冷却器内に収容したパワー半導体モジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される電力変換装置に用いられる。
【０００３】
パワー半導体素子の表裏面に形成される各電極は、パワー半導体素子のほぼ全面を占める程の大きさを有し、半田材は、各電極の全面に対応する面積に形成される。
このような構造においては、半田材を溶融すると、パワー半導体素子が半田材中に浮き上がり、パワー半導体素子の移動を拘束する部材がないために、溶融した半田材中における厚さ方向に傾く。パワー半導体素子が傾くことにより、導体板とパワー半導体素子間にボイドが形成されたり、半田が接続領域から食み出したりして、接続不良や短絡が発生する。
【０００４】
このため、パワー半導体素子と導体板間に、ニッケル粒子や、このニッケル粒子よりも微細な銅粒子を含有した半田材を介在させたパワー半導体モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような構造とすると、導体板とパワー半導体素子との間に介在されたニッケル粒子がパワー半導体素子の傾きを拘束するため、半田材が溶融した際、パワー半導体素子の傾きを抑制することが可能となる。
なお、上記特許文献１には、導体板に浅い凹部と深い凹部を形成し、下記凹部内に落ち込むニッケル粒子と銅粒子の比率を異ならせて、線膨張係数を漸次変化させることが記載されている。しかし、ニッケル粒子と銅粒子とは、凹部の深さと同等もしくはそれより小さく、凹部内に落ち込んだニッケル粒子と銅粒子は、パワー半導体素子の傾きを拘束するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８７６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記引用文献１に記載されたパワー半導体モジュールでは、半田材に含有されたニッケル粒子の分布は一様でなく、密な領域と疎の領域が生じる。このため、熱伝導率や電流密度に差が生じる。パワー半導体素子と導体板との接続は、放熱性、線膨張係数あるいは電流経路等のバランスを考慮する必要があるが、上記パワー半導体モジュールではニッケル粒子の位置や密度を制御することはできない。また、作製するパワー半導体モジュール毎に、ニッケル粒子の位置や密度が変化してしまう。
従って、放熱性、線膨張係数、電流経路等の特性が一定した、信頼性の高いパワー半導体モジュールとすることはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のパワー半導体モジュールは、少なくとも１つのパワー半導体ユニットを備え、パワー半導体ユニットは、第１の導体板と、第１の導体板に対向して配置された第２の導体板と、第１の導体板と第２の導体板間に配置され、第１の導体板に対向する一面に第１の電極が形成され、第２の導体板に対向する他面に第２の電極が形成されたパワー半導体素子と、第１の導体板とパワー半導体素子の第１の電極間に設けられた第１の半田層と、第２の導体板とパワー半導体素子の第２の電極間に設けられた第２の半田層と、を備え、少なくとも第１の導体板におけるパワー半導体素子の一面に対向する面に、少なくとも３つの凹部が形成され、各凹部内に、一部が凹部から突出する１つの金属スペーサが収容され、金属スペーサの一部がパワー半導体素子の第１の電極に当接した状態で、第１の半田層によりパワー半導体素子の第１の電極と第１の導体板とが半田付けされていることを特徴とする。
また、本発明のパワー半導体モジュールの製造方法は、少なくとも３つの凹部が形成された第１の導体板の各凹部内に、一部を凹部から突出させて１つの金属スペーサを収容すると共に、第１の導体板の凹部が形成された面上に半田材を供給する工程と、パワー半導体素子の一面に形成された第１の電極を金属スペーサ上に配置する工程と、第１の導体板の凹部が形成された面上に半田材を拡げて、各凹部内に半田材を充填する工程と、金属スペーサの一部がパワー半導体素子の第１の電極に当接した状態で、第１の半田材によりパワー半導体素子の第１の電極と第１の導体板とを半田付けする工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、金属スペーサを所定の位置に一定の密度で導体板上に配置することができる。このため、放熱性、線膨張係数、電流経路等のバランスを適切に設定して、特性が一定した信頼性の高いパワー半導体モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のパワー半導体モジュールが内蔵される一実施の形態としてのパワーモジュールの外観斜視図。
【図２】図１のＩＩ―ＩＩ線断面図。
【図３】パワー半導体モジュールの表面側の外観斜視図。
【図４】パワー半導体モジュールの裏面側の外観斜視図。
【図５】図４における封止樹脂を除去した状態の斜視図。
【図６】図５における温度センサおよびボンディングワイヤを取り除いた表状態の斜視図。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図。
【図８】図７における領域ＶＩＩＩの拡大図。
【図９】（ａ）はパワー半導体素子の一面側の平面図、（ｂ）はパワー半導体素子の他面側の平面図。
【図１０】（ａ）はダイオードの一面側の平面図、（ｂ）はダイオードの他面側の平面図。
【図１１】図６に図示された導体板の斜視図。
【図１２】本発明のパワー半導体モジュールに内蔵された一実施の形態としての回路図。
【図１３】本発明に係るパワー半導体モジュールの実施形態２を示す断面図。
【図１４】図１３における領域ＸＩＶの拡大図。
【図１５】本発明の導体板の凹部形状の変形例１の断面図。
【図１６】本発明の導体板の凹部形状の変形例２の断面図。
【図１７】本発明の導体板の凹部形状の変形例３の断面図。
【図１８】本発明の導体板の凹部形状の変形例４の断面図。
【図１９】本発明の導体板の凹部形状の変形例５の断面図。
【図２０】本発明の導体板の凹部形状の変形例６の断面図。
【図２１】本発明の導体板の凹部形状の変形例７の断面図。
【図２２】本発明の導体板の凹部形状の変形例８の斜視図。
【図２３】図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線拡大断面図。
【図２４】本発明の導体板の凹部形状の変形例９の斜視図。
【図２５】本発明の導体板の凹部形状の変形例１０の斜視図。
【図２６】本発明のパワー半導体ユニットの製造方法の一実施の形態を示す処理フロー図。
【図２７】本発明のパワー半導体ユニットの製造方法を説明するための所定の工程における図。
【図２８】図２７に続く工程を説明するための図。
【図２９】図２８に続く工程を説明するための図。
【図３０】図２９に続く工程を説明するための図。
【図３１】図３０に続く工程を説明するための図。
【図３２】図３１に続く工程を説明するための図。
【図３３】本発明のパワー半導体モジュールより構成される電力変換装置の一実施の形態としてのブロック回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図を参照して、本発明に係るパワー半導体モジュールの一実施の形態を説明する。
--実施形態１--
［パワーモジュール］
図１〜図１０は、本発明のパワー半導体モジュールの実施形態１に係る図である。
図１は、本発明に係るパワー半導体モジュールが内蔵される一実施の形態としてのパワーモジュールの外観斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
パワーモジュール１００は、スイッチング素子を含みトランスファーモールドされたパワー半導体モジュール３０（図３、４参照）を、ＣＡＮ冷却器である金属製ケース４０内に収納したものである。パワーモジュール１００は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される電力変換装置に用いられる。
ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口１７を、他面に底部を有する筒形状をした冷却器である。金属製ケース４０は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。また、溶接など防水性の高い接合法で、あるいは鍛造、鋳造法などにより、つなぎ目の無い状態でケース状に一体成型されている。
【００１１】
金属製ケース４０は、一側部に設けられた挿入口１７以外に開口を設けない扁平状のケースであり、扁平状ケースの挿入口１７にはフランジ１１が設けられている。扁平状ケースの面積の広い対向する２つの面の一方には放熱部４１ａが設けられ、他方の面には放熱部４１ｂ（図２参照）が設けられている。放熱部４１ａおよび放熱部４１ｂは金属製ケース４０の放熱壁として機能するものであり、それらの外側の側面には複数の放熱用フィン４２がマトリクス状に配列されて形成されている。
【００１２】
［パワー半導体モジュール］
図３は、パワー半導体モジュールの表面側の外観斜視図であり、図４は、パワー半導体モジュールの裏面側の外観斜視図であり、図５は、図４における封止樹脂を除去した状態の斜視図である。また、図６は、図５における温度センサおよびボンディングワイヤを取り除いた表状態の斜視図である。
【００１３】
パワー半導体モジュール３０の裏面側には、直流正極側の導体板（第１の導体板）３５と交流出力側の導体板３６とが同一平面上に配置されている（図４〜６参照）。パワー半導体モジュール３０は、第１封止樹脂６および第１封止樹脂６の外周に設けられた第２封止樹脂１２を有する。第１封止樹脂６は、図４に図示されるように、パワー半導体モジュール３０の裏面側において、導体板３５の上面３５ｂと導体板３６の上面３６ｂを露出して、導体板３５および３６の周囲全体を被覆している。第１封止樹脂６の表面は、導体板３５の上面３５ｂおよび導体板３６の上面３６ｂと面一となっている。
【００１４】
同様に、パワー半導体モジュール３０の表面側には、交流出力側の導体板３３（第２の導体板）と直流負極側の導体板３４とが同一平面上に配置されている。第１封止樹脂６は、パワー半導体モジュール３０の表面側において、図３に図示されるように、導体板３３の上面３３ｂと導体板３４の上面３４ｂを露出して、導体板３３および３４の周囲全体を被覆している。第１封止樹脂６の表面は、導体板３３の上面３３ｂおよび導体板３４の上面３４ｂと面一となっている。導体板３３〜３６は、例えば、アルミニウムにより形成されている。
【００１５】
パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕは、一面側に半田材（第１の半田層）４３を介して、他面側に半田材（第２の半田層）４４を介して導体板３５および導体板３３の間に固着されている（図２参照）。図示はしないが、パワー半導体素子３１Ｌおよびダイオード３２Ｌは、同様に、一面側および他面側に半田材４３を介して、導体板３６および導体板３４の間に固着されている。
【００１６】
図１２は、パワー半導体モジュール３０に内蔵された回路一実施の形態を示す回路図であり、以下の説明では、この回路図も合わせて参照する。
パワー半導体素子３１Ｕ、ダイオード３２Ｕ，パワー半導体素子３２Ｌ、ダイオード３２Ｌは、上下アーム直列回路１２１を構成する。
直流正極側の導体板３５には、直流正極端子３５ａが形成され、交流出力側の導体板３６には、交流出力端子３６ａが形成される。また、直流正極側の導体板３５にはパワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕ（図２参照）がボンディングされ上アーム回路を構成しており、パワー半導体素子３１Ｕの入出力部は、複数の信号端子２４Ｕとワイヤ２６Ｕ（図５参照）により接続されている。
また、交流出力側の導体板３６には、パワー半導体素子３１Ｌおよびダイオード３２Ｌ（図１２参照）がボンディングされ下アーム回路を構成しており、パワー半導体素子３１Ｌの入出力部は、複数の信号端子２４Ｌがワイヤ２６Ｌ（図５参照）により接続されている。
【００１７】
図５、図６に図示されるように、導体板３５、導体板３３、直流正極端子３５ａ、信号端子２４Ｕ、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕは、パワー半導体ユニット１０Ａを構成する。また、導体板３６、導体板３４、交流出力端子３６ａ、信号端子２４Ｌ、パワー半導体素子３１Ｌおよびダイオード３２Ｌは、パワー半導体ユニット１０Ｂを構成する。
図５に図示されるように、導体板３３にはリード（中間接続部材）３８が一体に形成されている。リード３８の先端は導体板３６に接続されており、これにより、パワー半導体ユニット１０Ａおよび１０Ｂが接続されている。
【００１８】
パワー半導体モジュール３０は、パワー半導体ユニット１０Ａ、１０Ｂを第１封止樹脂６で封止し、第１封止樹脂６の外周を直流正極端子３５ａ、信号端子２４Ｕ、交流出力端子３６ａ、信号端子２４Ｌが露出されるように第２封止樹脂１２により封止した構造を有する。パワー半導体ユニット１０Ｂは、導体板３６の温度、すなわち、パワー半導体素子３１Ｌの温度を検出するための温度センサ８を備えている。
【００１９】
［パワー半導体ユニット］
図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、図８は、図７における領域ＶＩＩＩの拡大図である。
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌおよびダイオード３２Ｕ、３２Ｌは、板状の扁平構造であり、一面および他面に、ほぼ全面を占める電極が形成されている。
図９（ａ）はパワー半導体素子の一面側の平面図であり、図９（ｂ）はパワー半導体素子の他面側の平面図である。また、図１０（ａ）はダイオードの一面側の平面図であり、図１０（ｂ）はダイオードの他面側の平面図である。
【００２０】
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌの一面には、全面に亘り、コレクタ電極６１が形成されている。パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌの他面には、エミッタ電極６２と、制御電極６３が形成されている。エミッタ電極６２は、ほぼ全面に近いほどの大面積を占めている。通常、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌは、導体板３５と３３との間、または導体板３６と３４との間に、複数個の素子を設けて１個のパワー半導体素子の機能を果たす。図９（ｂ）では、エミッタ電極６２は、大面積の１個の電極として図示されているが、複数の電極に分離してもよい。制御電極６３には信号端子２４Ｌが接続されている。制御電極６３は、５個として図示されているが、電極の数は任意に設定することが可能である。
【００２１】
ダイオード３２Ｕ、３２Ｌの一面には、全面に亘り、カソード電極６５が形成されており、他面には、ほぼ全面に亘り、アノード電極６６が形成されている。
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのコレクタ電極６１、エミッタ電極６２、制御電極６３、およびダイオード３２Ｕ、３２Ｌのカソード電極６５、アノード電極６６は、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどにより形成され、表面に、錫、金、銀、ニッケル等の鍍金が施されている。
以下の説明では、パワー半導体ユニット１０Ａを例示して説明するが、パワー半導体ユニット１０Ｂにおいても同様である。
【００２２】
パワー半導体素子３１Ｕの他面に形成されたエミッタ電極６２およびダイオード３２Ｕの他面に形成されたアノード電極６６は、半田材４４により導体板３３に半田付けされている。
パワー半導体素子３１Ｕの一面に形成されたコレクタ電極６１およびダイオード３２Ｕの一面に形成されたカソード電極６５は、金属スペーサ５０に当接した状態で、半田材４３により導体板３５に半田付けされている。
次に、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕと、導体板３５との接合構造について説明する。
【００２３】
図１１は、図６に図示された導体板３５、３６の斜視図である。導体板３５および導体板３６には、凹部７１が形成されている。
導体板３５および導体板３６には、それぞれ、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌの各角部に対応する位置に１つずつ、合計４つの凹部７１が形成されている。また、導体板３５および導体板３６には、それぞれ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌの各角部に対応する位置に１つずつ、合計４つの凹部７１が形成されている。
凹部７１は、ほぼ円筒形状に形成されている。
【００２４】
凹部７１には、金属スペーサ５０が収容されている。金属スペーサ５０は、ほぼ球状を有し、１つの凹部７１に対して１つ収容されている。
金属スペーサ５０は、凹部７１の直径より小さく、凹部７１の周側面７１ａから離間された位置で、底部が凹部７１の底面７１ｂに接触した状態で凹部７１内に収容されている（図８参照）。金属スペーサ５０は、その上部側の一部が凹部７１より突出しており、凹部の深さより大きい直径を有している。また、後述する如く、導体板３５上に供給した半田材４３を拡げる際に、金属スペーサ５０が凹部７１から飛び出し難くするために、金属スペーサ５０は、半分以上が凹部７１内に収容されるようにすることが好ましい。すなわち、凹部７１の深さは、金属スペーサ５０の半径以上とされており、且つ直径未満とすることが好ましい。
【００２５】
半田材４３は、金属スペーサ５０が収容された凹部７１内を含め、パワー半導体素子３１Ｕの一面と導体板３５の上面との間、またはダイオード３２Ｕの一面と導体板３５の上面との間に充填されている。
半田材４３は、例えば、錫-銅系半田材（錫-銀-銅系、錫-銀-銅に他の金属が混入された半田材を含む）である。
【００２６】
金属スペーサ５０は、例えば、銅、銅合金等の、半田材４３との濡れ性が良く、導体板３３〜３６と線膨張係数が近い材質が好ましい。
金属スペーサ５０は、金属粒子５１の外周に、バリア鍍金層５２が形成され、バリア鍍金層５２の外周に半田材４３との接触角が小さい、錫、金、銀、ニッケル等の表面鍍金層５３が形成されたものが好ましい。
表面鍍金層５３を備えることで、半田材４３との濡れ性が向上し、接合強度の信頼性が増す。表面鍍金層５３と金属粒子５１との間のバリア鍍金層５２は、半田接続時の金属粒子５１の金属拡散を低減し、金属スペーサ５０の高さをほぼ一定にする。バリア鍍金層５２としては、例えば、ニッケルを挙げることができる。
【００２７】
パワー半導体素子３１Ｕの一面に形成されたコレクタ電極６１およびダイオード３２Ｕの一面に形成されたカソード電極６５は、導体板３５に形成された凹部７１内に収容された金属スペーサ５０に当接した状態で、半田材４３により導体板３５に半田付けされている。
【００２８】
パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕは、金属スペーサ５０を介在して導体板３５と３３との間に挟持される。従って、半田材４３が溶融した状態において、半田材４３の厚さ方向への傾きが金属スペーサ５０によって抑制される。
【００２９】
上記一実施の形態に示したパワー半導体モジュール１００によれば、導体板３５に形成する凹部７１の位置を任意に選定することができる。また、導体板３５の凹部７１内に収容される金属スペーサ５０は１個であるから、その密度は常に一定である。このため、放熱性、線膨張係数、電流経路等のバランスを適切に設定して、特性が一定した信頼性の高いパワー半導体モジュールを得ることができる。
【００３０】
--実施形態２--
図１３は、本発明に係るパワー半導体モジュールの実施形態２を示す断面図であり、図１４は、図１３における領域ＸＩＶの拡大図である。
実施形態２が、実施形態１と相違する点は、導体板３３、３４にも凹部７１を設け、この凹部７１内に金属スペーサ５０を収容し、金属スペーサ５０をパワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌまたはダイオード３２Ｕ、３２Ｌに当接した状態で、半田付けするようにした点である。
すなわち、実施形態２においては、パワー半導体ユニット１０Ａのパワー半導体素子３１Ｕの一面に形成されたコレクタ電極６１またはダイオード３２Ｕの一面に形成されたカソード電極６５は、導体板３５に形成された凹部７１内に収容された金属スペーサ５０に当接した状態で半田材４３により導体板３５に半田付けされている。また、パワー半導体ユニット１０Ａのパワー半導体素子３１Ｕの他面に形成されたエミッタ電極６２またはダイオード３２Ｕの他面に形成されたアノード電極６６は、導体板３３に形成された凹部７１内に収容された金属スペーサ５０に当接した状態で半田材４４により導体板３３に半田付けされている。
【００３１】
同様に、パワー半導体ユニット１０Ｂのパワー半導体素子３１Ｌの一面に形成されたコレクタ電極またはダイオード３２Ｕの一面に形成されたカソード電極６１は、導体板３６に形成された凹部７１内に収容された金属スペーサ５０に当接した状態で半田材４３により導体板３６に半田付けされている。また、パワー半導体ユニット１０Ｂのパワー半導体素子３１Ｌの他面に形成されたエミッタ電極６２またはダイオード３２Ｌの他面に形成されたアノード電極６６は、導体板３４に形成された凹部７１内に収容された金属スペーサ５０に当接した状態で、半田材４４により導体板３４に半田付けされている。
その他は、実施形態１と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
【００３２】
実施形態２によれば、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕは、表裏両面側において導体板３５と３３との間に介装された金属スペーサ５０介して挟持される。従って、半田材４３、４４が溶融した状態において、半田材４３、４４の厚さ方向への傾きを金属スペーサ５０によって抑制されるため、半田材４３、４４の厚さ方向の傾きを一層確実に抑制することができる。
【００３３】
（変形例１）
図１５乃至図２５は、導体板に形成される凹部の変形例を示し、以下、順に説明する。
図１５は、本発明の導体板の凹部形状の変形例１の断面図である。
変形例１では、凹部７１は、その周側面７１ａが底部側から開口部側に向かって拡大する傾斜面となっている。凹部７１の周側面７１ａを傾斜面とすることにより、ボイド（空乏）の低減および半田材４３、４４と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
金属スペーサ５０は、凹部７１の周側面７１ａに接触しないように、径小としてもよい。
変形例１においても、凹部７１の深さは、金属スペーサ５０の半径以上とされており、且つ金属スペーサ５０の直径未満とすることが好ましい。
【００３４】
（変形例２）
図１６は、本発明の導体板の凹部形状の変形例２の断面図である。
変形例２では、凹部７１の周側面７１ａの開口部側の周縁部に傾斜面（面取り部）７１ｃ1が形成され、底面側の角部に傾斜面（面取り部）７１ｃ2が形成されている。凹部７１の周側面７１ａに傾斜面７１ｃ1、７１ｃ2を形成することにより、ボイド（空乏）の低減および半田材と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
【００３５】
（変形例３）
図１７は、本発明の導体板の凹部形状の変形例３の断面図である。
変形例３では、凹部７１の周側面７１ａの開口部側の周縁部に断面円弧状の縁取り（面取り部）７１ｄ1を形成し、底面側の角部に断面円弧状の縁取り（面取り部）７１ｄ2を形成した。凹部７１の周側面７１ａに縁取り７１ｄ1、７１ｄ2を形成することにより、ボイド（空乏）の低減および半田材４３、４４と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
なお、金属スペーサ５０は、凹部７１の周側面７１ａに接触するように、径大としてもよい。
【００３６】
（変形例４）
図１８は、本発明の導体板の凹部形状の変形例４の断面図である。
変形例４では、凹部７１を、半球状あるいはドーム形状とした。
凹部７１を、半球状あるいはドーム形状とすることにより、ボイド（空乏）の低減および半田材４３、４４と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
【００３７】
（変形例５）
図１９は、本発明の導体板の凹部形状の変形例５の断面図である。
変形例５では、凹部７１を、半球状あるいはドーム形状とし、且つ、開口部周縁部に断面円弧状の縁取り７１ｅを形成した。
凹部７１を、半球状あるいはドーム形状とし、且つ、開口部周縁部に断面円弧状の縁取り７１ｅを形成することにより、一層、ボイド（空乏）の低減および半田材４３、４４と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
【００３８】
（変形例６）
図２０は、本発明の導体板の凹部形状の変形例６の断面図である。
変形例６では、凹部７１は、底部に平坦部を有していない断面Ｖ字形状とされており、金属スペーサ５０は、凹部７１の周側面７１ａにおいて、接触部７１ｓで接触する。
この構造においても、金属スペーサ５０の上部側は凹部７１から突出する直径を有する。また、後述する如く、導体板３５、３３上に供給した半田材４３、４４を拡げる際に、金属スペーサ５０が凹部７１から飛び出し難くするために、金属スペーサ５０は、金属スペーサ５０の中心Ｏが、凹部７１内に収容されるような直径とすることが好ましい。
変形例６においても、凹部７１の周側面７１ａを傾斜面とすることにより、ボイド（空乏）の低減および半田材と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
【００３９】
図２１は、本発明の導体板の凹部形状の変形例７の断面図である。
変形例７では、凹部７１の周側面に傾斜面も縁取りも形成されておらず、凹部７１は、図８および図１４に図示されている形状と同様、ほぼ断面矩形形状である。しかし、変形例７においては、凹部７１の内面には、錫、金、銀、ニッケル等の表面鍍金層７２が形成されている。凹部７１の内面に表面鍍金層７２を形成することにより、半田材と金属スペーサ５０との濡れ性の向上を図ることができる。
なお、変形例１〜６において、凹部７１の内面に表面鍍金層７２を形成してもよい。
【００４０】
（変形例８）
図２２は、本発明の導体板の凹部形状の変形例８の斜視図であり、図２３は、図２２のＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線拡大断面図である。
変形例８おける凹部７１には、溝７３が形成されている。溝７３の幅ｗは、金属スペーサ５０の直径よりも小さく形成されており、半田材４３または４４の周縁部側に向かって延出されている。
半田材４３または４４を導体板３３〜３６の表面に沿って流延する際、半田材４３、４４の中間層に空気が封入されボイドが発生し易い。溝７３は、半田材４３、４４内に発生する空気を外部に排出する機能を有するため、ボイドの発生を抑制する。
なお、溝７３は、凹部７１の金属スペーサ５０が収容される円筒状の領域よりも浅くしてもよい。
【００４１】
（変形例９）
図２４は、本発明の導体板の凹部形状の変形例９の斜視図である。
変形例９では、溝７３は、各凹部７１に２つずつ設けられており、変形例８よりもボイド発生の抑制効果を期待できる。
【００４２】
（変形例１０）
図２５は、本発明の導体板の凹部形状の変形例１０の斜視図である。
変形例１０では、溝７３は、＋字形状を有し、各凹部７１に４つずつ設けられており、変形例９よりも、さらにボイド発生の抑制効果を期待できる。
【００４３】
［パワー半導体ユニットの製造方法］
図２６は、本発明のパワー半導体ユニットの製造方法の一実施の形態を示す処理フロー図である。また、図２７〜３２は、各工程を説明するための図である。
以下、図２６〜３２を参照して、実施形態２として例示したパワー半導体ユニット１０Ａの製造方法を説明する。
ステップＳ１では、図１１に図示されるように、複数の凹部７１が形成された導体板（第１導体板）を準備し、各凹部７１内に、それぞれ、金属スペーサ５０を１つずつ収容する。
金属スペーサ５０の収容は、例えば、真空吸着装置を用いて行う。図１１に図示されている凹部７１と同じ間隔に配置された真空吸着口を有する吸着ヘッドを備える真空吸着装置を用い、吸着ヘッドを移送して各真空吸着口に金属スペーサ５０を吸着し、吸着ヘッドを導体板３５の凹部７１に位置合せする。そして、真空吸着を止めて各真空吸着口に吸着した金属スペーサ５０を落下させて導体板３５の各凹部７１内に収容するようにすれば、効率的に行うことができる。
【００４４】
ステップＳ２では、導体板３５の凹部７１が形成された面（内面）に半田材４３を供給する。半田材４３としては、半田ペーストあるいはシート半田を挙げることができる。
図２７に図示されるように、半田材４３は、パワー半導体素子３１Ｕが搭載されるような比較的広い領域では、凹部７１の間に塗布することができる。一方、ダイオード３２Ｕが搭載されるような比較的狭い領域では、両端側が凹部７１内に跨るように塗布することができる。金属スペーサ５０が凹部７１から飛び出さないような方法であれば、半田材４３はどのように塗布してもよく、例えば、ドット状に、複数に分離して塗布してもよい。但し、後述するように、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕの中央部を中心とする領域に供給するのが好ましい。
【００４５】
ステップＳ３では、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕを、半田材４３および金属スペーサ５０上に配置する。この状態を図２８に図示する。
ステップＳ４では、加熱雰囲気中で、半田材４３を溶融し、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕを金属スペーサ５０に押し付けながらスライド動作により往復させ、半田材４３を拡げる。
図２９に図示するように、パワー半導体素子３１Ｕの下に塗布された半田材４３は、パワー半導体素子３１Ｕのほぼ全面に亘り金属スペーサ５０により形成されたパワー半導体素子３１Ｕと導体板３５との空間内に充填される。また、ダイオード３２Ｕの下に塗布された半田材４３は、ダイオード３２Ｕのほぼ全面に亘り、金属スペーサ５０により形成された、ダイオード３２Ｕと導体板３５の内面との空間内に充填される。
【００４６】
上記の如く、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕを金属スペーサ５０に押し付けながらスライド動作により往復させて半田材４３を拡げるので、半田材４３中に発生する空気を効率よく、外部に排気することができる。このため、半田材４３中にボイドが発生するのを抑制することができる。上述した如く、各凹部７１内に収容された各金属スペーサ５０は、少なくとも下半分以上が凹部７１内に収容されている。このため、金属スペーサ５０上でパワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕをスライド動作しても、金属スペーサ５０は凹部７１から飛び出し難くなっている。
半田材４３は、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕの全面に拡げるので、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕの中央部を中心として対応する導体板３５の領域に供給することが好ましい。
【００４７】
ステップＳ５では、加熱雰囲気から取出して冷却し、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕを導体板３５に固着する。
ステップＳ４での加熱雰囲気における処理を、通常のリフロー雰囲気中で行ってもよく、その場合には、ステップＳ５の処理により、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕが導体板３５に半田付けされる。実施形態１のように、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕの一面のみを、金属スペーサ５０を介して導体板３５の内面に半田付けする構造では、ステップＳ４をリフロー雰囲気中で行う。
【００４８】
ステップＳ６では、導体板３３の凹部７１内に金属スペーサ５０を収容する。この工程は、ステップＳ１〜Ｓ５と並行して行うと作業が効率的となる。
【００４９】
ステップＳ７では、導体板３３の凹部７１が形成された面（内面）に半田材４４を塗布する。この工程は、ステップＳ２と同様な工程であり、図示はしないが、図２７における導体板３５を導体板３３に、また、半田材４３を半田材４４に置き換えればよい。
【００５０】
ステップＳ８では、図２９に図示された状態で、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕが固着された導体板３５を反転する。そして、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕを、導体板３３の内面に配置された半田材４３および金属スペーサ５０上に配置する。この状態を図３０に図示する。
【００５１】
ステップＳ９では、図３１に図示されるように、導体板３５をスライド動作により往復させることにより、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕを金属スペーサ５０に押し付けながらスライドさせ、半田材４４を拡げる。
これにより、図３２に図示されるように、半田材４４は、パワー半導体素子３１Ｕまたはダイオード３２Ｕのほぼ全面に亘り金属スペーサ５０により形成された、パワー半導体素子３１Ｕと導体板３３との空間内に充填される。
【００５２】
ステップＳ１０では、図３２に図示された状態のパワー半導体ユニット１０Ａをリフロー処理する。これにより、パワー半導体素子３１Ｕの一面およびダイオード３２Ｕの一面が金属スペーサ５０に当接した状態で導体板３５に半田付けされ、パワー半導体素子３１Ｕの他面およびダイオード３２Ｕの他面が金属スペーサ５０に当接した状態で導体板３３に半田付けされた実施形態２のパワー半導体ユニット１０Ａが形成される。
【００５３】
［電力変換装置への適用］
上述したパワーモジュール１００は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電力変換装置、電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に適用可能である。
【００５４】
（電力変換装置の制御回路）
図３３は、本発明のパワーモジュールにより構成される電力変換装置の一実施の形態としてのブロック回路図である。
図３３に示すように、電力変換装置１００Ｍは、バッテリ１３６とモータジェネレータ１９２とに接続されて、バッテリ１３６から供給される直流電流を３相の交流電流に変換して、モータジェネレータ１９２へ供給する装置である。
電力変換装置１００Ｍは、バッテリ１３６から供給される直流電流を安定化し、平滑化するためのコンデンサモジュール５００と、直流電流から３相の交流電流を生成するためのインバータ部１４０を含んで構成される。また、インバータ部１４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相を構成する上下アーム直列回路１２１と、それを制御する制御モジュール１３０と、を含んで構成されている。
【００５５】
インバータ部１４０において、上下アーム直列回路１２１のそれぞれは、図１２を参照して説明した回路構成を有し、パワー半導体素子３１とダイオード３２との並列接続回路からなる２つの電流スイッチ回路が直列に配置されて構成される。
上下アーム直列回路１２１の上下端は、それぞれ、バッテリ１３６の正極および負極に直流コネクタ１３８を介して接続される。上側（正極側）に配置されたパワー半導体素子３１Ｕとダイオード３２Ｕとからなる電流スイッチ回路は、いわゆる、上アームとして動作する。また、下側（負極側）に配置されたパワー半導体素子３１Ｌとダイオード３２Ｌとからなる電流スイッチ回路は、いわゆる、下アームとして動作する。
【００５６】
インバータ部１４０は、それぞれの上下アーム直列回路１２１の中点位置、すなわち、上下の電流スイッチ回路の接続部分からは、３相の交流電流ｕ、ｖ、ｗが出力され、その出力された３相の交流電流ｕ、ｖ、ｗは、交流コネクタ１８８を介して、モータジェネレータ１９２へ供給される。
【００５７】
また、制御モジュール１３０は、３組の上下アーム直列回路１２１を駆動制御するドライバ回路１３１と、ドライバ回路１３１へ制御信号を供給する制御回路１３２と、を含んで構成される。ここで、ドライバ回路１３１から出力される信号は、パワーモジュール１００の上アームおよび下アームの各パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌに供給され、そのスイッチング動作を制御して、各上下アーム直列回路１２１から出力される交流電流ｕ、ｖ、ｗの振幅や位相などを制御する。
【００５８】
制御回路１３２は、３組の上下アーム直列回路１２１における各パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータを備えている。そのマイクロコンピュータには、入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１２１からモータジェネレータ１９２へ供給する電流値、およびモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置などが入力される。
【００５９】
これらの入力情報のうち、目標トルク値は、図示しない上位の制御装置から出力された指令信号に基づく。また、電流値は、各上下アーム直列回路１２１から出力される交流電流の電流値を検出する電流センサ１５０の検出信号に基づく。また、磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた図示しない回転磁極センサの検出信号に基づく。
【００６０】
また、制御モジュール１３０は、過電流、過電圧、過温度などの異常検知を行う機能を有し、上下アーム直列回路１２１を保護している。ちなみに、各アームのパワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのエミッタ電極は、ドライバ回路１３１に接続され、ドライバ回路１３１は、それぞれのパワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌごとにエミッタ電極における過電流検知を行い、過電流が検知されたパワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌについては、そのスイッチング動作を停止させ、過電流から保護する。
【００６１】
また、制御回路１３２には、上下アーム直列回路１２１に設けられた図示しない温度センサや、上下アーム直列回路１２１の両端に印加される直流電圧を検出する検出回路などからの信号が入力され、それらの信号に基づき、過温度、過電圧などの異常を検知する。そして、過温度、過電圧などの異常を検知した場合には、全てのパワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのスイッチング動作を停止させ、パワーモジュール１００全体を過温度、過電圧などの異常から保護する。
【００６２】
なお、以上に示した電力変換装置１００Ｍにおいて、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌおよびダイオード３２Ｕ、３２Ｌからなる電流スイッチ回路は、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いて構成してもよい。また、３組の上下アーム直列回路１２１は、２つの上下アーム直列回路を含んで構成され、２相の交流電流を出力するものとしてもよい。さらに、電力変換装置１００Ｍは、図１の回路構成とほとんど同様に構成される３相（２相）の交流電流を直流電流に変換する装置であってもよい。
このような、電力変換装置１００Ｍは、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される車載電機システムの車両駆動用電機システムに用いることができる。
【００６３】
以上説明した通り、上記各実施形態によれば下記の効果を奏する。
（１）導体板３５、３６および／または３３、３４に凹部７１を形成し、各凹部７１内に、１つずつ金属スペーサ５０を収容し、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌの一面および／または他面を、金属スペーサ５０に当接した状態で半田付けした。  導体板３５、３６、３３、３４に形成する凹部７１は、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌの動作状態における、導体板３５、３６、３３、３４の温度分布、放熱性、線膨張係数、電流経路のバランスを考慮した適切な位置に設定することが可能である。従って、放熱性、線膨張係数、電流経路等の特性が一定した、信頼性の高い半導体モジュールを得ることができる。
【００６４】
（２）導体板３５、３６、３３、３４の凹部７１を、各パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌの４隅に対応する位置に形成した。このため、各パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌは、各凹部７１内に収容される金属スペーサ５０上に安定して載置することができ、接続の信頼性が高い。
【００６５】
（３）金属スペーサ５０を、例えば、銅により形成された金属粒子５１の表面に、バリア鍍金層５２および錫、金、銀、ニッケル等の表面鍍金層５３を備える構造とした。銅からなる金属粒子５１は導電性が良好である。表面鍍金層５３により半田材４３、４４との濡れ性を向上することができる。また、バリア鍍金層５２は、半田接続時の金属粒子５１の金属拡散を低減し、金属スペーサ５０の高さをほぼ一定にする効果を奏する。
【００６６】
（４）凹部７１の周側面７１ａを傾斜面にしたり、角部に縁取り加工を施したりした。このため、半田材４３，４４と金属スペーサ５０の濡れ性が向上し、また、半田材４３、４４中に発生するボイドを抑制することができる。
（５）凹部７１に、金属スペーサ５０の粒径より幅狭い溝７３を形成した。このため、半田材４３、４４の中間層に形成される空気を外部に排出し、ボイドの発生を抑制することができる。
【００６７】
（６）パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕを金属スペーサ５０に押し付けながらスライド動作により往復させて半田材４３を拡げる方法を採用している。このため、半田材４３中に発生する空気を効率よく、外部に排気することができる。このため、半田材４３中にボイドが発生するのを抑制することができる。
【００６８】
（７）凹部７１内に収容された金属スペーサ５０は、少なくとも、その下半分以上が凹部７２内に収容されるようにした。このため、パワー半導体素子３１Ｕおよびダイオード３２Ｕを金属スペーサ５０上でスライド動作させても、金属スペーサ５０は凹部７１から飛び出し難くなっている。
（８）従来のように、金属粒子が分散された半田ペーストを導体板上に流布する方法では、金属粒子が、導体板の塗布領域から食み出ることが避けられず、短絡、接続不良等が生じ易い。これに対し、上述した如く、本実施形態では、金属スペーサ５０が凹部７１から飛び出すことを防止することができるので、このような不具合を解消することができる。
【００６９】
なお、上記一実施の形態では、導体板３３〜３６に形成する凹部７１を、１つのパワー半導体素子３１Ｕ，３１Ｌまたはダイオード３２Ｕ、３２Ｌに対して４個とした構造として例示した。しかし、凹部７１は、導体板３５、３６、３３、３４の放熱性、線膨張係数、電流経路のバランスを考慮して任意の数、任意の位置に設定することができる。パワー半導体素子３１Ｕ，３１Ｌまたはダイオード３２Ｕ、３２Ｌは、３箇所の支持で安定するので、各導体板３３〜３６に形成する凹部７１は、３つ以上であればよい。
【００７０】
金属スペーサ５０を、表面鍍金層５３および／またはバリア鍍金層５１を有していない、金属粒子５１のみで構成するようにしてもよい。また、金属スペーサ５０は、その上部側が凹部７１から突出するように凹部７１内に収容されればよく、必ずしも、直径の半分以上が凹部７１内に収容される必要はない。
【００７１】
その他、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で、種々変形して適用することが可能である。
要は、パワー半導体素子の一面および他面に半田層を介して第１、第２の導体板に半田付けされたパワー半導体モジュールにおいて、少なくとも一方の導体板に対向する面には、少なくとも３つの凹部が形成され、各凹部内に、一部が凹部から突出する１つの金属スペーサが収容され、金属スペーサの一部がパワー半導体素子の電極に当接した状態で、パワー半導体素子の電極と一方の導体板とが半田付けされているものであればよい。
【符号の説明】
【００７２】
６        第１封止樹脂
１０Ａ、１０Ｂ      パワー半導体ユニット
１２        第２封止樹脂
３０        パワー半導体モジュール
３１Ｕ、３１Ｌ      パワー半導体素子
３２Ｕ、３２Ｌ      ダイオード
３３〜３６        導体板
４０        金属製ケース
４３、４４      半田材
５０        金属スペーサ
５１        金属粒子
５２        バリア鍍金層
５３        表面鍍金層
７１        凹部
７３        溝
１００        パワーモジュール
【図１】
2014067809.tif 000003
【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】
2014067809.tif 000014
【図１３】
2014067809.tif 000015
【図１４】
2014067809.tif 000016
【図１５】
2014067809.tif 000017
【図１６】
2014067809.tif 000018
【図１７】
2014067809.tif 000019
【図１８】
2014067809.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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