(57)【要約】【課題】パワー半導体ユニットと放熱部との間の押付け力が不十分な領域が生じることにより、放熱性が低下するのを防止し、以て、作業性の向上を図る。【解決手段】放熱部３５、３６の一部が、導体板３３、３４の一側縁ｋよりも外方に突出され、この領域に突起７１が設けられている。突起７１の側方において、パワー半導体素子３１のゲート電極とリード端子２４Ｕ、２４Ｌとがワイヤ２により接合されている。導体板３３、３４の一側縁ｋよりも外方に突き出した導体板３５、３６の領域は封止樹脂６により覆われている。突起７１の上面７１ａと絶縁層５１との距離Ｘは、導体板３３、３４の厚さＴより小さくなっている。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に第１の電極、他面に第２の電極を有するパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子の前記一面に接合された第１の導体板と、
前記パワー半導体素子の前記他面に接合された第２の導体板と、
前記パワー半導体素子、前記第１の導体板、前記第２の導体板を挿入する挿入口と、前記第１の導体板に熱伝導可能な第１の放熱部と、前記第２の導体板に熱伝導可能な第２の放熱部とを有する前記パワー半導体素子、前記第１の導体板、前記第２の導体板を収納する金属製ケースと、
前記金属製ケース内に収納され、前記パワー半導体素子、前記第１の導体板、前記第２の導体板の外周を囲む封止樹脂と、を備え、
前記第２の導体板の一部は前記第１の導体板の一側縁より外方に延出され、前記封止樹脂は、前記第２の導体板の延出された領域を覆う部分を有し、
前記封止樹脂における前記第２の導体板の延出された領域を覆う部分に、前記第１の放熱板側に突き出す突起が配設されているパワーモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
さらに、電極端子と、前記電極端子と前記パワー半導体素子の前記第１の電極とを電気的に接続するワイヤとを備え、少なくとも前記電極端子の一部と前記ワイヤとは、前記第２の導体板の延出された領域を覆う前記封止樹脂の部分により覆われているパワーモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記突起は前記第２の導体板に設けられているパワーモジュール。
【請求項４】
請求項３に記載のパワーモジュールにおいて、
前記突起は、前記第２の導体板に一体成型されているパワーモジュール。
【請求項５】
請求項３に記載のパワーモジュールにおいて、前記突起は前記第２の導体板とは別部材であり、前記第２の導体板上に積層されて接合されているパワーモジュール。
【請求項６】
請求項５に記載のパワーモジュールにおいて、
前記突起は、前記パワー半導体素子の前記第２の電極に接続されるリード端子であり、前記第２の導体板の延出された領域を覆う前記封止樹脂の部分から外部に延出されている部分を有するパワーモジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記突起は前記第１の放熱部に対向する上面を有し、前記突起の前記上面と前記第１の放熱部との間には、実質的に前記封止樹脂が介在される隙間が設けられていないパワーモジュール。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記突起は前記第１の放熱部に対向する上面を有し、前記突起の前記上面と前記第１の放熱部との間には前記封止樹脂が介在される隙間が設けられているパワーモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載のパワーモジュールにおいて、
前記隙間は、前記第１の放熱部の厚さよりも小さいパワーモジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載のパワーモジュールにおいて、
前記隙間は、前記第１の放熱部の厚さの１／３程度以下であるパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールに関し、さらに詳細には、パワー半導体素子から発生される熱を放熱する放熱部を備えるパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワー半導体素子を有するパワー半導体モジュールを、表裏両面に放熱部が設けられた金属製ケース内に収納する構造のパワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、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として用いられる。
パワー半導体モジュールはパワー半導体素子を含んでおり、パワー半導体素子の一面に設けられた第１の電極が第１の導体板に接続され、パワー半導体素子の他面に設けられた第２の電極が第２の導体板に接続された構造を有する。第２の導体板は一部が第１の導体板の一側縁より外方に延出されており、この延出された領域は、封止樹脂により覆われている。  
【０００３】
第１、第２の導体板は金属で形成されており、第２の導体板は、パワー半導体素子の第２の電極に接続されるリード端子の機能を有する。また、第１の導体板は、ボンディングワイヤにより、リード端子を介してパワー半導体素子の第１の電極に接続される。リード端子の一部は、封止樹脂により覆われている。
パワーモジュールは、金属製ケース内にパワー半導体モジュールを収納し、表裏両面の放熱部をパワー半導体モジュール側に加圧して形成される。放熱部を加圧することにより、第１の導体板および第２の導体板と各放熱部との熱伝導が良好となり、放熱性が向上する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記引用文献１に記載されたパワーモジュールでは、第２の導体板の一側部の領域の対向面側には第１の導体板は延出されておらず、対向側に放熱部との間には封止樹脂のみが設けられている。封止樹脂は、第１の導体板の材料である金属と比較すると弾性率が小さい。
このため、放熱部を加圧して第１、第２の導体板に押し付ける作業において、第２の導体板における、第１の導体板の一側縁より外部に延出された領域は、押付け力が伝達され難い領域となる。放熱部と第２の導体板との押付け力が不十分な領域が生じると、全体の放熱特性が低下するので、これを回避するために作業時間が長くかかり、作業性が悪い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のパワーモジュールは、一面に第１の電極、他面に第２の電極を有するパワー半導体素子と、パワー半導体素子の一面に接合された第１の導体板と、パワー半導体素子の他面に接合された第２の導体板と、パワー半導体素子、第１の導体板、第２の導体板を挿入する挿入口と、第１の導体板に熱伝導可能な第１の放熱部と、第２の導体板に熱伝導可能な第２の放熱部とを有し、パワー半導体素子、第１の導体板、第２の導体板を収納する金属製ケースと、金属製ケース内に収納され、パワー半導体素子、第１の導体板、第２の導体板の外周を囲む封止樹脂と、を備え、第２の導体板の一部は第１の導体板の一側縁より外方に延出され、封止樹脂は、第２の導体板の延出された領域を覆う部分を有し、封止樹脂における第２の導体板の延出された領域を覆う部分に、第１の放熱板側に突き出す突起が配設されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第２の導体板における、第１の導体板の一側縁から外方に延出された領域には、突起のみまたは突起と封止樹脂を介して押付け力が伝達される。従って、封止樹脂のみを介して伝達される場合に比し、押付け力が向上し、これに伴い、作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のパワーモジュールの一実施の形態の外観斜視図。
【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】（ａ）は、図５におけるＶＩa−ＶＩa線断面図、（ｂ）は、図５におけるＶＩb−ＶＩb 線断面図。
【図７】図５に図示された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８】本発明のパワーモジュールの製造方法の一実施の形態を説明するための断面図。
【図９】図８の次の工程を説明するための断面図。
【図１０】図９の次の工程を説明するための断面図。
【図１１】図２に図示された領域ＸＩの拡大図。
【図１２】導体板の厚さＴ／突起と絶縁層との距離Ｘと、導体板に伝達される押圧の増加率の関係を示す特性図。
【図１３】本発明の実施形態２としてのパワー半導体モジュールの外観斜視図。
【図１４】図１３におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図。
【図１５】本発明の実施形態３としてのパワーモジュールの断面図。
【図１６】本発明の実施形態４としてのパワーモジュールの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して、本発明に係るパワーモジュールの一実施の形態を説明する。
--実施形態１--
[パワーモジュールの概要]
ハイブリッド自動車や電気自動車には、モータを駆動する電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、電池から供給された直流電力を交流電力に変換してモータを駆動し、また、逆にモータで回生した交流電力を直流電力に変換し蓄電装置に蓄電する。
電力変換装置は、パワー半導体素子を有するパワーモジュールを備え、高い出力を得るため高電圧で、半導体素子のオン・オフ動作を制御してモータを駆動する。
オン・オフ動作に伴って、半導体素子から発生される発熱量は大きいため、パワーモジュールは、放熱性能の高い構造であることが要求される。
【００１０】
［パワーモジュール全体構造］
図１〜図１２は、本発明のパワー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。
【００１１】
金属製ケース４０は、一側部に設けられた挿入口１７以外に開口を有していない有底の薄型缶形状に一体成型により形成されており、挿入口１７の周囲にはフランジ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いる。
【００１２】
放熱部４１ａおよび放熱部４１ｂを囲む周囲の領域は、厚さが薄く容易に塑性変形可能な湾曲部４４となっている。湾曲部４４を薄くすることで、パワーモジュール１００の製造工程で放熱部４１ａおよび放熱部４１ｂをケース内側方向に加圧した際に、容易に変形することができる。なお、金属製ケース４０の形状は、正確な直方体である必要がなく、角部が曲面に形成されていても良い。
また、鍛造等により複数の放熱用フィン４２を放熱部４１ａまたは放熱部４１ｂと一体に成型し、放熱部４１ａおよび放熱部４１ｂに対応する開口が形成されたケース本体に、溶接など防水性の高い接合法で一体化して、金属製ケース４０を形成してもよい。
【００１３】
金属製ケース４０内には、パワー半導体モジュール３０が収納されている。パワー半導体モジュール３０は、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌ、導体板３３〜３６および第１封止樹脂６を含んでいる。パワー半導体モジュール３０の外周には、第１封止樹脂６を囲んで第２封止樹脂１２が充填されている。パワー半導体モジュール３０と各放熱部４１ａ、４１ｂとの間には熱伝導性の絶縁層５１が介装されている。
詳細は後述するが、パワー半導体素子３１のゲート電極８１（図５参照）は、ワイヤ２によりリード端子(電極端子)２４Ｕ、２４Ｌに接続されている。導体板３３〜３６は金属製であり、導体板３５、３６には、それぞれ、直流正極端子３５ａおよび交流出力端子３６ａが一体化されている。導体板３５、３６（第２の導体板）のそれぞれは、導体板３３、３４(第１の導体板)より大きい面積を有し、その一部は、導体板３３、３４の一側縁ｋよりも外方、すなわち挿入口１７側に向けて外方に延出されている。導体板３５、３６における導体板３３、３４が対向しない延出領域には突起７１が形成されており、この領域は、ワイヤ２と共に第１封止樹脂６により覆われている。
以下に、パワー半導体モジュール３０の詳細について説明する。
【００１４】
［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。
パワー半導体モジュール３０の表面側には、直流正極側の導体板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。パワー半導体モジュール３０の第１封止樹脂６は、図３に図示されるように、パワー半導体モジュール３０の表面側において、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。
【００１５】
同様に、パワー半導体モジュール３０の裏面側には、交流出力側の導体板３３（第１の導体板）と直流負極側の導体板（第１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の裏表面側において、図４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。
【００１６】
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌは、一面側が半田６１を介して導体板３５、３６に接合され、他面側が半田６１を介して導体板３３、３４に接合されている（図２参照）。図示はしないが、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌは、同様に、一面側が半田６１を介して導体板３５、３６に接合され、他面側が半田６１を介して導体板３３、３４に接合されている。
【００１７】
図７は、パワー半導体モジュール３０に内蔵された回路の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３１Ｌ、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が一体成型され、交流出力側の導体板３６には、交流出力端子３６ａが一体成型されている。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が接合され、これらの素子により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(リード端子)とワイヤ２（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が接合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（リード端子）がワイヤ２により接続されている。
【００１８】
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は下端部側に導体板３４側に張り出す張出部３３ｃを有し、導体板３４は上部側に導体板３３側に張り出す張出部３４ｃを有する。
【００１９】
図６（ａ）は、図５におけるＶＩa−ＶＩa線断面図であり、図６（ｂ）は、図５におけるＶＩb−ＶＩb 線断面図である。
図６（ａ）に図示されるように、導体板３３の張出部３３ｃと導体板３６との間には接続部材３８が配置され、接続部材３８の両面は、半田６２により、それぞれ張出部３３ｃ、導体板３６に接合されている。また、図６（ｂ）に図示されるように、導体板３４の張出部３４ｃと導体板３６とは半田６３により電気的に接続されている。これにより、図７に図示されるように、導体板３３と導体板３６とが接続され、また、導体板３６が導体板３４に接続された回路が構成される。
【００２０】
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。
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌの一面には、全面に亘り、不図示のコレクタ電極が形成され、このコレクタ電極が、上述した如く、導体板３５または３６に半田６１により接合されている。図５に図示されるように、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌの他面には、複数のゲート電極８１と、１つのエミッタ電極８２が形成されている。エミッタ電極８２は、ほぼ全面に近いほどの大面積を占めており、このエミッタ電極８２が、上述した如く、導体板３３または３４に半田６１により接合されている。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、複数個が並列に配列され、１個のパワー半導体素子の機能を果たす。エミッタ電極８２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。パワー半導体素子３１Ｕのゲート電極８１と信号端子２４Ｕとは、ワイヤボンディング法を用いてワイヤ２により接続される。同様に、パワー半導体素子３１Ｌのゲート電極８１と信号端子２４Ｌとは、ワイヤボンディング法を用いてワイヤ２により接続される。
【００２１】
図示はしないが、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌの一面には、全面に亘り、カソード電極が形成されており、他面には、ほぼ全面に亘り、アノード電極が形成されている。上述した如く、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌのカソード電極が導体板３５または３６に、またアノード電極が導体板３３または３４に、半田６１により接合されている。
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのコレクタ電極、エミッタ電極８２、ゲート電極８１、およびダイオード３２Ｕ、３２Ｌのカソード電極、アノード電極は、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。
【００２２】
導体板３５には、パワー半導体素子３１Ｕのゲート電極８１と信号端子２４Ｕを接続するワイヤ２を挟む両側に突起７１が形成されている。同様に、導体板３６には、パワー半導体素子３１Ｌのゲート電極８１と信号端子２４Ｌを接続するワイヤ２を挟む両側に突起７１が形成されている。各突起７１は、鍛造法等により導体板３５または導体板３６と一体成型される。
【００２３】
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それぞれの突起７１およびワイヤ２を覆って第１封止樹脂６で封止した構造を有する。
次に、パワーモジュール１００の製造方法を説明する。
【００２４】
［パワーモジュールの製造方法］
図８〜図１０は、パワーモジュール１００の製造方法を説明するための図である。
まず、図８に図示されるように、パワー半導体モジュール３０を作製する。
パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのコレクタ電極およびダイオード３２Ｕ、３２Ｌのアノード電極を半田６１により、導体板３５または３６に接合する。また、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌのエミッタ電極８２およびダイオード３２Ｕ、３２Ｌのカソード電極を半田６１により、導体板３３または３４に接合する。
【００２５】
複数の信号端子２４Ｕを、それぞれ、パワー半導体素子３１Ｕのゲート電極８１にワイヤボンディングし、同様に、複数の信号端子２４Ｌを、それぞれ、パワー半導体素子３１Ｌのゲート電極８１にワイヤボンディングする。そして、トランスファーモールド法等を用いて、第１封止樹脂６により、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌ、ダイオード３２Ｕ、３２Ｌおよび導体板３３〜３６の外周を第１封止樹脂６により封止する。第１封止樹脂６は、すべてのワイヤ２および突起７１を覆うように形成する。これにより、パワー半導体モジュール３０が形成される。
【００２６】
パワー半導体モジュール３０の表裏両面に、絶縁層５１を形成する。絶縁層５１は、熱伝導性の絶縁シートを貼り付ける方法、絶縁層を印刷、塗布等により成膜する方法等により形成することができる。
【００２７】
図９に図示されるように、表裏両面に絶縁層５１が形成されたパワー半導体モジュール３０を、金属ケース４０の挿入口１７から挿入して、金属製ケース４０内に収納する。
【００２８】
そして、図１０に図示されるように、放熱部４１ａの放熱用フィン４２の上面と放熱部４１ｂの放熱用フィン４２の上面に平坦な押圧治具を押し当て、Ｚ方向、すなわち、パワー半導体モジュール３０側に向けて加圧する。これにより、金属製ケース４０は、湾曲部４４における放熱部４１ａ、４１ｂとの接続部側をパワー半導体モジュール３０側に向けて湾曲され、パワー半導体モジュール３０の導体板３５、３６が放熱部４１ａに、また、導体板３３、３４が放熱部４１ｂに、絶縁層５１を介して圧接または接着される。この後、金属製ケース４０内に第２封止樹脂１２を充填し、硬化すると、図１、図２に図示されたパワーモジュール１００が形成される。
【００２９】
図１１は、図２に図示された領域ＸＩの拡大図である。
導体板３５または３６に形成された突起７１は、対向する放熱部４１ｂ側に向かって、第１封止樹脂６内に突出している。突起７１の上面７１ａと絶縁層５１との間は距離（隙間）Ｘだけ離間しており、この隙間内には、第１封止樹脂６が介在されている。このため、対向する放熱部４１ｂ側からの押付け力は、隙間内に充填された第１封止樹脂６および突起７１を介して導体板３５、３６に伝達される。弾性率は金属よりも樹脂の方が小さいが、樹脂による伝達経路の一部が金属となるので、導体板３５、３６に伝達される押付け力が大きくなる。これにより、従来例のように突起が存在しない場合と比べると、放熱部４１ａとの密着性が導体板３５、３６の全面において改善されることになり、放熱性能が良好となる。
【００３０】
[突起の効果の検証]
突起７１の上面７１ａと絶縁層５１の内面５１ａとの距離Ｘと、導体板３３、３４の厚さＴとの関係を調べた。
図１２は、（導体板３３、３４の厚さＴ）／（突起７１の上面７１ａと絶縁層５１間の距離Ｘ）と、導体板３５、３６に伝達される押圧力の増加率の関係を示す特性図である。
図１２に示されるように、Ｔ／Ｘが、ほぼ３以下の領域では、導体板３５、３６に伝達される押圧力は、大略、Ｔ／Ｘに比例して増大する。しかし、Ｔ／Ｘが３を超えると導体板３３、３４に伝達される押圧力の増大は飽和する。
【００３１】
つまり、突起７１の上面７１ａと絶縁層５１との距離Ｘは、小さいほど好ましいが、導体板３３、３４の厚さＴのほぼ１／３以下では、距離Ｘをそれ以上小さくしても押付け力の増大は殆ど期待できないことが解る。
図１２では、押付け力の増加は、突起７１を形成しない場合に対し、最大でも２０％の増大に留まっている。しかし、突起７１の上面７１ａの面積を増大する等により、押付け力のさらなる増大を期待することができる。
【００３２】
以上説明した通り、上記一実施の形態によれば、第２の導体板３５、３６の一部が第１の導体板３３、３４の一側縁ｋより外方に、すなわち導体板３３、３４と対向しないように外方に延出され、この外方に延出された第２の導体板３５、３６に突起７１を設けると共に、この領域を第１封止樹脂６で覆った。樹脂は、金属よりも弾性率が小さいが、突起７１を形成することにより、第２の導体板３５、３６に伝達される押付け力を増加することができる。
よって放熱部４１ａと第２の導体板３５、３６との密着性を、第２の導体板３５、３６の全面積に亘り均一になるようにすることができ、以て、パワーモジュール１０の放熱性能を向上することができる。
【００３３】
上記一実施の形態では、突起７１を、パワー半導体素子３１Ｕのゲート電極８１と信号端子２４Ｕとを接続するワイヤ２の側方の両側に設けたので、ワイヤ２によるボンディング作業に支障が生じることはない。
【００３４】
上記一実施の形態では、突起７１を導体板３５、３６に一体成型したので、部品数の増加は無く、かつ、組付け作業は、突起７１の一体成型工程を除き、増大することがない。
【００３５】
上記一実施の形態において、（導体板３３、３４の厚さＴ）／（突起７１の上面７１ａと絶縁層５１との距離Ｘ）と、導体板３５、３６に伝達される押圧力の増加率の関係を検証した。このため、必要とされる押付け力の増大に対応して、突起７１の高さを直ちに決定することが可能となった。
【００３６】
--実施形態２--
図１３は、本発明の実施形態２としてのパワー半導体モジュールの外観斜視図であり、図１４は、図１３におけるＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
実施形態２のパワーモジュール１００Ａが、実施形態１のパワーモジュール１００と相違する点は、突起７１Ａが導体板３５、３６と別部材として形成されている点である。
別部材として形成した突起７１Ａは、図１４に図示されるように、半田６４により、導体板３５、３６に接合される。突起７１Ａは、導体板３５、３６と同一材料で形成してもよくまた、異なる材料で形成してもよい。突起７１Ａと導体板３５、３６とは、弾性率が近い材料で形成することが好ましい。
実施形態２におけるその他の構造は、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。
【００３７】
実施形態２においても、第１の導体板３３、３４の一側縁ｋより外方に延出された第２の導体板３５、３６の領域に突起７１Ａを設けると共に、この領域を第１封止樹脂６で覆ったので、実施形態１と同様、第２の導体板３５、３６に伝達される押付け力を増加することができる。
また、突起７１Ａを導体板３５、３６と別部材により形成したので、組付けの工程数は増大するが、突起７１Ａを導体板３５、３６と一体成型するための鍛造装置等の成型用装置を導入する費用を節減することができる。
【００３８】
--実施形態３--
図１５は、本発明の実施形態３としてのパワーモジュールの断面図である。
実施形態３に示すパワーモジュール１００Ｂが、実施形態１のパワーモジュール１００と相違する点は、突起７１Ｂが、対向する絶縁層５１に達するように高く形成されている点である。
実施形態３に示すパワーモジュール１００Ｂでは、突起７１Ｂと放熱部４１ｂに圧接される絶縁層５１との間の距離Ｘ＝０であり、換言すれば、隙間は無い。実施形態３におけるその他の構造は、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。
【００３９】
上述した如く、距離Ｘが導体板３３、３４の厚さＴの１／３程度未満では、放熱部３５、３６に伝達される押付け力は飽和する。しかし、金属製の突起７１Ｂが、直接、絶縁層５１に接続されることにより、第１の導体板３３、３４と第２の放熱部３５、３６との熱伝達効率が向上し、パワーモジュール１００Ｂ全体の放熱特性を均一にして、その効率を向上する。
実施形態３においても、第１の導体板３３、３４の一側縁ｋより外方に延出された第２の導体板３５、３６の領域に突起７１Ｂを設けると共に、この領域を第１封止樹脂６で覆ったので、実施形態１、２と同様、第２の導体板３５、３６に伝達される押付け力を増加することができる。
【００４０】
--実施形態４--
図１５は、本発明の実施形態４としてのパワーモジュールの断面図である。
実施形態４に示すパワーモジュール１００Ｃが、実施形態１のパワーモジュール１００と相違する点は、次の２点である。
（１）導体板３５Ａの直流正極端子は正極リード３５ｃとして、また、導体板３６Ａの交流出力端子は出力リード３６ｃとして、それぞれ、導体板３５Ａ、３６Ａとは別部材として形成され、半田６５により導体板３５Ａ、３６Ａに接合されている。
（２）正極リード３５ｃおよび出力リード３６ｃのそれぞれには、導体板３５Ａ、３６Ａに接合される側の先端部に突起７１Ｃが形成されている。また、突起７１Ｃと反対側の端部は第１封止樹脂６の外部に延出され、配線が接続される端子となっている。
【００４１】
実施形態４におけるその他の構造は、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。
実施形態４に示すパワーモジュール１００Ｃでは、導体板３５Ａ、３６Ａの形状が簡素化され、成型工程の生産性が向上すると共に、母材からの分取数が増大する。
実施形態４においても、第１の導体板３３、３４の一側縁ｋより外方に延出された第２の導体板３５Ａ、３６Ａの領域に、正極リード３５ｃ、出力リード３６ｃそれぞれの突起７１Ｃを接合すると共に、この領域を第１封止樹脂６で覆ったので、実施形態１と同様、第２の導体板３５、３６に伝達される押付け力を増加することができる。
なお、実施形態４において、導体板３５Ａ、３６Ａと対向する絶縁層５１との間に、正極リード３５ｃ、出力リード３６ｃが介装されるので、この分、第１封止樹脂６の厚さが小さくなる。従って、正極リード３５ｃ、出力リード３６ｃに突起７１Ｃを設けない場合でも、押付け力の伝達効率が向上する。このため、突起７１Ｃが設けられていない正極リード３５ｃ、出力リード３６ｃも、本発明の突起に含まれるものとする。
【００４２】
［電力変換装置への適用］
上述したパワーモジュール１００、１００Ａ〜１００Ｃ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。
【００４３】
なお、上記実施形態では、金属製ケース４０内に、複数のパワー半導体ユニット１０Ａ、１０Ｂを収納した構造として例示したが、金属製ケース４０内にパワー半導体ユニット１０Ａ、１０Ｂの１つのみを収納する場合にも適用することができる。
また、パワー半導体モジュール３０により構成される回路を、上下アーム直列回路１２１として例示したが、他の回路を構成するパワー半導体モジュール３０に対しても適用することが可能である。
【００４４】
上記実施形態では、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌおよびダイオード３２Ｕ、３２Ｌの側面を第１封止樹脂６で覆い、第１封止樹脂６の外周を第２封止樹脂１２で覆う構造として例示した。しかし、パワー半導体素子３１Ｕ、３１Ｌおよびダイオード３２Ｕ、３２Ｌの側面を１つの封止樹脂により覆うようにしてもよい。
【００４５】
上記実施形態では、金属製ケース４０とパワー半導体モジュール３０の両側面との間に伝熱性の絶縁層５１を介在する構造として例示した。しかし、金属製ケース４０とパワー半導体モジュール３０の両側面とを直接接触させたり、他の熱伝導部材を介在させて圧着したりしてもよく、要は、金属製ケース４０とパワー半導体モジュール３０の両側面とを熱伝導可能に結合すればよい。
【００４６】
上記各実施形態に示した突起７１、７１Ａ〜７１Ｃの形状および配置は一例を示すだけのものであり、各突起７１、７１Ａ〜７１Ｃを、円柱状等、他の形状にしたり、複数列に配列したり、複数個ではなく１個のみとしたり、適宜、変更することが可能である。
【００４７】
上記各実施形態では、第１の導体板３３、３４に対して、第２の導体板３５、３６の面積が大きい部材として例示した。しかし、第１の導体板３３、３４と第２の導体板３５、３６とは、面積の大小を逆としたり、同一の面積としたりしてもよく、要は、一方の導体板の一部を、他方の導体板の一側縁より外方に突き出すように配置し、この領域に突起７１、７１Ａ〜７１Ｃを配置すればよい。
【００４８】
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、第２の導体板の一部を第１の導体板の一側縁より外方に延出し、第２の導体板の延出された領域に突起を配設すると共に、この領域を封止樹脂により覆うようにしたものであればよい。
【符号の説明】
【００４９】
２        ワイヤ
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
２４Ｕ、２４Ｌ    信号端子(電極端子)
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、３４        導体板(第１の導体板）
３５、３６        導体板(第２の導体板）
３５Ａ、３６Ａ    導体板(第２の導体板）
３５ａ      直流正極端子
３６ａ      交流出力端子
３５ｃ      正極リード（リード端子）
３６ｃ      出力リード(リード端子)
４０        金属製ケース
４１ａ、４１ｂ    放熱部
７１、７１Ａ〜７１Ｃ        突起
１００、１００Ａ〜１００Ｃ    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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【図１６】
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