(57)【要約】  リードフレームと金属ベースとの間の絶縁性を高めながら小型のパワーモジュールを得ることを目的とする。  本発明のパワーモジュール(20)は、パワー素子(4)と、パワー素子(4)からの熱を放熱する金属ベース(3)と、パワー素子(4)の電極に電気的に接続されたリードフレーム(1)と、金属ベース(3)の一面及びリードフレーム(1)の一部が露出するようにパワー素子(4)を封止する樹脂筐体(7)とを備える。パワーモジュール(20)の樹脂筐体(7)は、パワー素子(4)及びリードフレーム(1)の一部が内部に配置されると共に、底面(10b)において金属ベース(3)の一面が露出した本体部(10)と、本体部(10)の底面(10b)において、金属ベース(3)の外周を包囲するように設置されると共に、本体部(10)の底面から当該底面(10b)に垂直な方向に突出して設けられたリブ部(11)を備え、本体部(10)は、露出した金属ベース(3)の一面を上下方向の基準として、上方向に凸形状である。
2017175612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子と、前記パワー素子からの熱を放熱する金属ベースと、前記パワー素子の電極に電気的に接続されたリードフレームと、前記金属ベースの一面及び前記リードフレームの一部が露出するように前記パワー素子を封止する樹脂筐体とを備えたパワーモジュールであって、
前記樹脂筐体は、
前記パワー素子及び前記リードフレームの一部が内部に配置されると共に、底面において前記金属ベースの一面が露出した本体部と、
前記本体部の前記底面において、前記金属ベースの外周を包囲するように設置されると共に、前記本体部の前記底面から当該底面に垂直な方向に突出して設けられたリブ部を備え、
前記本体部は、露出した前記金属ベースの一面を上下方向の基準として、上方向に凸形状であることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
パワー素子と、前記パワー素子からの熱を放熱する金属ベースと、前記パワー素子の電極に電気的に接続されたリードフレームと、前記金属ベースの一面及び前記リードフレームの一部が露出するように前記パワー素子を封止する樹脂筐体とを備えたパワーモジュールであって、
前記樹脂筐体は、
前記パワー素子及び前記リードフレームの一部が内部に配置されると共に、底面において前記金属ベースの一面が露出した本体部と、
前記本体部の前記底面において、前記金属ベースの外周を包囲するように設置されると共に、前記本体部の前記底面から当該底面に垂直な方向に突出して設けられたリブ部を備え、
前記リブ部は、前記本体部の前記底面と前記本体部の前記底面から最も遠方の端部との高さであるリブ部高さが、短手方向の断面における前記本体部の前記底面に接続した接続幅よりも大きいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
前記リブ部は、短手方向の断面であって前記本体部の前記底面に垂直な断面の形状が、前記本体部の前記底面に接続した接続幅が前記底面から突出した端部の端部幅よりも大きいテーパ形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記リブ部は、前記本体部の前記底面に接続されたリブ土台部と、前記リブ土台部における前記本体部の前記底面から突出した端部に設置されると共に前記本体部の前記底面に垂直な方向に突出して設けられた凸部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記リブ土台部は、短手方向の断面であって前記本体部の前記底面に垂直な断面の形状が、前記本体部の前記底面に接続した接続幅が前記底面から突出した端部であるリブ土台部端部の幅よりも大きいテーパ形状であり、
前記凸部は、短手方向の断面であって前記本体部の前記底面に垂直な断面の形状が、前記リブ土台部に接続した接続幅が前記リブ土台部端部から突出した端部である凸部端部の幅よりも大きいテーパ形状であることを特徴とする請求項４記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記リブ部は、複数のリブを有し、
少なくとも１つの前記リブは、前記本体部の前記底面と当該リブの前記本体部の前記底面から最も遠方の端部との高さであるリブ高さが、他のリブにおける前記リブ高さよりも低いことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記リブは、短手方向の断面における前記本体部の前記底面に接続した接続幅よりも前記リブ高さが大きいことを特徴とする請求項６記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記樹脂筐体は、前記本体部の前記底面が長辺及び短辺を有する四辺形状であり、
前記リブ部は、複数のリブを有し、
複数の前記リブのうち２つは、前記底面の前記長辺の外周側に配置された長辺リブであり、
複数の前記リブのうち他の２つは、前記底面の前記短辺の外周側に配置された短辺リブであり、
前記長辺リブの短手方向における前記本体部の前記底面に接続した接続幅は、前記短辺リブの短手方向における前記本体部の前記底面に接続した接続幅よりも大きいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記樹脂筐体から露出した前記リードフレームの一部である端子は、一部が樹脂部で覆われたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記樹脂筐体は、前記リードフレームの一部が露出した部分の前記底面に前記リブ部を備えたことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
前記リブ部は、前記底面から突出した端部に窪みを有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記樹脂筐体は、
前記リードフレームが露出するフレーム接触部における前記底面側であるフレーム接触部底面と前記金属ベースの露出面との、前記樹脂筐体の前記底面に垂直な方向の長さが、前記フレーム接触部における前記底面と反対側の当該樹脂筐体の上面の側であるフレーム接触部上面と前記上面との、前記樹脂筐体の前記底面に垂直な方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記パワー素子は、ワイドバンドギャップ半導体材料により形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１４】
前記ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、またはダイヤモンドのうちのいずれかであることを特徴とする請求項１３記載のパワーモジュール。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載のパワーモジュールと、前記パワーモジュールの前記金属ベースにグリースを介して接続されたヒートシンクを備えたパワー半導体装置であって、
前記ヒートシンクは、ヒートシンク土台部と、前記金属ベースに前記グリースを介して接続されたベース段差部を備え、
前記パワーモジュールは、前記リブ部が前記ベース段差部の外周を覆うように前記ヒートシンクに固定されたことを特徴とするパワー半導体装置。
【請求項１６】
前記パワーモジュールは、前記底面と反対側の上面から前記金属ベースを貫通する貫通孔を有し、
前記パワーモジュールは、前記貫通孔に挿入されたねじにより前記ヒートシンクの前記ベース段差部に固定されたことを特徴とする請求項１５記載のパワー半導体装置。
【請求項１７】
前記パワーモジュールは、前記底面と反対側の上面から前記金属ベースを貫通する貫通孔を有し、
前記ヒートシンクは、前記パワーモジュールのリブ部が挿入される溝部を有し、
前記パワーモジュールは、前記リブ部が前記ヒートシンクの前記溝部に挿入されており、かつ前記貫通孔に挿入されたねじにより前記ヒートシンクに固定されたことを特徴とする請求項１５記載のパワー半導体装置。
【請求項１８】
前記パワーモジュールは、前記貫通孔が中央に１つ設けられていることを特徴とする請求項１６または１７に記載のパワー半導体装置。
【請求項１９】
請求項１から１０のいずれか１項に記載のパワーモジュールを製造するパワーモジュール製造方法であって、
前記パワー素子と、前記金属ベースと、前記リードフレームを備えた中間製造部品を、前記金属ベースが金属ベース配置部に接触すると共に前記リードフレームの一部が金型から露出するように、前記金型に配置する工程と、
前記金型にトランスファーモールド樹脂を注入し、前記樹脂筐体を形成する工程と、を含むことを特徴とするパワーモジュール製造方法。
【請求項２０】
前記金型は、前記金属ベースが接触する前記金属ベース配置部と前記リードフレームが露出する開口における前記金属ベース側の開口端との、前記樹脂筐体の前記底面に垂直な方向の長さが、前記パワーモジュールの前記底面と反対側の上面が形成される内面と前記開口端との、前記樹脂筐体の前記底面に垂直な方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１９記載のパワーモジュール製造方法。
【請求項２１】
前記金型は、前記樹脂筐体における前記底面から突出した前記リブ部の端部が形成されるリブ端部形成部に、前記樹脂筐体を押出すピンを挿入するピン開口が複数形成されており、
前記ピン開口が前記ピンで閉じられた状態で、前記樹脂筐体を形成する工程が実行され、
前記樹脂筐体を前記金型から取り出す際に、前記ピン開口から前記ピンが前記リブ部の端部における短手方向の幅よりも長い深さまで挿入されて、前記ピンが前記樹脂筐体の前記リブ部を押出すことにより、前記リブ部に窪みを形成する工程を含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のパワーモジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュール及び、パワーモジュールとヒートシンクを備えたパワー半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールは、産業用機器から、家電、情報端末まで幅広い機器の主電力の制御（パワー制御）に用いられる。パワーモジュールの一例としては、直流電力を交流電力に変換するインバータなどである。このようなパワーモジュールは、大電流、高電圧下で動作するため、高い絶縁性を確保するとともに、動作に伴う発熱をパワーモジュールの外部に効率よく逃がすことが必要不可欠とされている。【０００３】
例えば、複数の電力用半導体素子（パワー素子）が放熱板に半田で接合される共にモールド樹脂筐体で封止された電力用半導体装置（パワーモジュール）が、特許文献１に開示されている。特許文献１の電力用半導体装置は、モールド樹脂筐体の上面に配置された押さえ板と放熱板（金属ベース）が露出した底面に熱伝導グリースを介して接触する放熱フィン（ヒートシンク）とに挟まれており、押さえ板、モールド樹脂筐体及び放熱板に設けられた貫通孔に挿入されたボルトにより、電力用半導体装置が放熱フィンに固定している。また、特許文献１の電力用半導体装置は、複数の半導体素子の電極に接続された板状の配線部材（リードフレーム）の一端が外部電極としてモールド樹脂筐体の側面から突出している。半導体素子の表面電極はワイヤを介して配線部材に接続され、半導体素子の裏面電極は放熱板を介して配線部材に接続されている。また、特許文献２の半導体モジュール（パワーモジュール）、及び特許文献３のパワーモジュールは、それぞれ放熱板側の面で露出している露出材料物の端部が封止樹脂で覆われており、リブを形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１６５４０６号公報（段落００１０〜００１６、図７）
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１５/１４７５２Ａ１（図３、図８、図１３）
【特許文献３】特開２００３−３１７６５号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のパワーモジュールのように、金属ベースに接続されたパワー素子が樹脂により封止されたパワーモジュールでは、パワー素子の表面電極に接続されたリードフレームの一端である外部電極と、パワー素子の裏面電極に接続された金属ベースとを絶縁する必要がある。樹脂から突出したリードフレームと樹脂から露出した金属ベースとの間の絶縁距離はリードフレームと金属ベースとの間の樹脂の沿面距離で決定されるため、必要な絶縁距離を確保するには、金属ベースの外周と樹脂の外周との距離を十分に確保することになる。大電力のパワーモジュールであればあるほど、扱う電力に応じて大きな絶縁距離が必要であり、大きな絶縁距離を確保するために、リードフレームと金属ベースとの間の距離を長くする必要があり、すなわちパワーモジュールを横方向に広げる必要があった。その結果、パワーモジュールの面積が大きくなり、パワーモジュールが大型化する問題があった。【０００６】
パワーモジュールの金属ベース面を基準としてパワーモジュール端部で反る凹み形状になる場合がある。このとき、大型のパワーモジュールは、封止樹脂の熱収縮が大きくなり、反り量が大きくなる傾向になることが知られている。パワーモジュールの反り量が大きくなると、パワーモジュールの金属ベースはヒートシンクと接触する面積が小さくなり、パワー素子が発生させた熱を効率良くヒートシンクに伝えることができなくなり、パワー素子のチップ温度が大きくなる問題が生じる。したがって、大型のパワーモジュールでは、特別な放熱対策を講じる必要がある。パワーモジュールの放熱対策の一例として、パワーモジュールの反りを押圧して抑制し、パワーモジュールの金属ベースとヒートシンクとの接触面積を大きくする方法が考えられる。パワーモジュールの金属ベースとヒートシンクとを大きな接触面積で接触させるには、すなわちパワーモジュールの反りを抑制するには、特許文献１の押さえ板のような押さえ部材が必要になり、パワーモジュールをヒートシンクに固定する工程が長く複雑化する問題があった。【０００７】
また、特許文献２のパワーモジュールの端部にリブなどを形成して封止樹脂量を増やすことができるが、リブの幅を大きくすると、パワーモジュールが大型化する問題がある。一方、パワーモジュールの金属ベース面を基準としてパワーモジュールが反っている。特に、モジュールが大きくなると、樹脂の収縮率の影響を受けるため、顕著となる。特許文献３のようにパワーモジュールの端部にある底面部では反り量を制御するのが難しい。そのため、封止樹脂とフレーム材の線膨張差を厳しく管理する必要があり、製造上のマージンが少なかった。【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、リードフレームと金属ベースとの間の絶縁性を高めながら小型のパワーモジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のパワーモジュールは、パワー素子と、パワー素子からの熱を放熱する金属ベースと、パワー素子の電極に電気的に接続されたリードフレームと、金属ベースの一面及びリードフレームの一部が露出するようにパワー素子を封止する樹脂筐体とを備え、樹脂筐体は、パワー素子及びリードフレームの一部が内部に配置されると共に、底面において金属ベースの一面が露出した本体部と、本体部の底面において、金属ベースの外周を包囲するように設置されると共に、本体部の底面から当該底面に垂直な方向に突出して設けられたリブ部を備え、本体部は、露出した金属ベースの一面を上下方向の基準として、上方向に凸形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のパワーモジュールは、本体部は、露出した金属ベースの一面を上下方向の基準として、上方向に凸形状であり、樹脂筐体の本体部の底面において、金属ベースの外周を包囲するように設置されると共に、本体部の底面から当該底面に垂直な方向に突出して設けられたリブ部を備えたので、リードフレームと金属ベースとの間の絶縁性を高めながら小型にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの断面図である。
【図２】図１のパワーモジュールを金属ベース側から見た斜視図である。
【図３】図１のパワーモジュールを金属ベース側から見た底面図である。
【図４】図１のパワーモジュールのリブ部の拡大図である。
【図５】比較例のパワーモジュールの絶縁距離を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態２によるパワーモジュールの断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３によるパワーモジュールの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４によるパワーモジュールの斜視図である。
【図９】図８のパワーモジュールを金属ベース側から見た底面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５によるパワー半導体装置の断面図である。
【図１１】図１０のパワー半導体装置の要部を示す図である。
【図１２】図１０のパワー半導体装置の斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態７によるパワー半導体装置の斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態７による他のパワー半導体装置の斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態１による他のパワーモジュールの断面図である。
【図１６】図１５のパワーモジュールを金属ベース側から見た斜視図である。
【図１７】本発明の実施の形態１による中間製造部品を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの製造方法を説明する図である。
【図１９】本発明の実施の形態１による金型の断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１による他の金型の断面図である。
【図２１】図２０の金型本体及び金型蓋の断面図である。
【図２２】パワーモジュールの反り量を説明する図である。
【図２３】パワーモジュールのプラス方向の反り量を説明する図である。
【図２４】パワーモジュールのマイナス方向の反り量を説明する図である。
【図２５】本発明の実施の形態６によるパワー半導体装置の断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態８によるパワーモジュールの金属ベース側から見た底面図である。
【図２７】本発明の実施の形態９によるパワーモジュールの金属ベース側から見た底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの断面図である。図２は図１のパワーモジュールを金属ベース側から見た斜視図であり、図３は図１のパワーモジュールを金属ベース側から見た底面図である。図４は図１のパワーモジュールのリブ部の拡大図である。図５は、比較例のパワーモジュールの絶縁距離を説明する図であり、図４に対応する部分の拡大図である。図１は、図２の破線で示した切断面をＡ方向から見た断面図であり、図２と上下が逆転している。なお図３において、リードフレーム１の端子部２２は省略した。パワーモジュール２０は、リードフレーム１、金属ベース３、パワー素子４、絶縁シート５、樹脂筐体７を備える。パワー素子４は、入力交流電力を直流電力に変換するコンバータ部に用いるダイオードや、直流電力を交流電力に変換するインバータ部に用いるバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field  Effect  Transistor）、ＧＴＯ（Gate  Turn-Off  thyristor）等がある。
【００１３】
絶縁シート５は、放熱性の高い絶縁層であり、リードフレーム１の配線部２１と金属ベース３とを絶縁すると共に、パワー素子４が発生させた熱を金属ベース３に放熱する。絶縁シート５は、エポキシなどの熱硬化性樹脂が用いられ、その内部にはシリカや窒化ホウ素（ＢＮ（boron  nitride））などの高伝導性フィラーが混入されている。金属ベース３は、パワー素子４からの熱を放熱する。金属ベース３は、銅板、アルミ板、銅箔など高熱伝導部材が用いられている。リードフレーム１は、銅板やアルミ板からプレス成形することによりパターン形成される。
【００１４】
リードフレーム１は、配線部２１と端子部２２を備える。配線部２１には、パワー素子４が搭載され、パワー素子４の裏面電極が半田等で接続される。また、複数のパワー素子４間の接続、及びパワー素子４の表面電極と配線部２１との接続はワイヤ６により接続される。リードフレーム１は、パワー素子４の電極に電気的に接続される。端子部２２は、外部の機器等に接続する複数の端子２３ａ、２３ｂ、２３ｃを有する。端子部２２の各端子は、Ｌ形状に曲げられて、樹脂筐体７の本体部１０より露出されている。図２では、５つの端子２３ａ、５つの端子２３ｂ、５つの端子２３ｃが、パワーモジュール２０の３方向から出ている例を示した。パワーモジュール２０の中央部には、パワーモジュール２０を後述するヒートシンク１６（図１０参照）にねじを用いて固定する孔１８が、樹脂筐体７の上面１０ａから金属ベース３を貫通するように設けられている。端子の符号は、総括的に２３を用い、区別して説明する場合に２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ（図８参照）を用いる。
【００１５】
樹脂筐体７は、エポキシなどの熱硬化性樹脂により形成され、高温で成形して製品となり、樹脂筐体７の内部に配置した部材間の絶縁性を確保する。樹脂内部にはシリカやアルミナ、窒化ホウ素などの高伝導性フィラーが混入されている。樹脂封止はインジェクションモールド、トランスファーモールドがある。パワーモジュールではトランスファーモールドが一般的に使われる。樹脂筐体７は、金属ベース３の一面（露出面）及びリードフレーム１の一部（端子部２２）が露出するようにパワー素子４を封止している。樹脂筐体７は、本体部１０とリブ部１１を備える。本体部１０は、パワー素子４及びリードフレーム１の一部（端子部２２）が内部に配置されると共に、底面１０ｂにおいて金属ベース３の一面（露出面）が露出している。金属ベース３を露出させることで吸湿性がある樹脂の表面積を低下させることができ、吸湿によるイオンマイグレーションなどの電気的不具合を抑制する。リブ部１１は、本体部１０の底面１０ｂにおいて、金属ベース３の外周を包囲するように設置されると共に、本体部１０の底面１０ｂから当該底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられている。リブ部１１は、本体部１０の底面１０ｂの外周に４つのリブ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを備える。リブの符号は、総括的に２を用い、区別して説明する場合に２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを用いる。
【００１６】
リブ２は、樹脂筐体７の底面１０ｂにおいて金属ベース３の側面よりも外側に設置され、金属ベース３の底面（露出面）を基準面としてリードフレーム１の端子２３の曲げ方向とは反対側に突出して設けられる。また、図１に示したリブ２の断面は、本体部１０の側面に平行な方向である延伸方向に垂直な方向の短手方向の断面である。このリブ２の短手方向の断面は、先端に向かうに従って小さくなるテーパ形状であり、樹脂筐体７を成形する際に使用される金型の離型性を向上させている。さらに、リブ２は金属ベース３の底面（露出面）を取り囲むように（包囲するように）同一高さで配置され、隣接するリブ間は繋がった状態である。リブ部１１は、隣接するリブ間をつなげることで角部の剛性を向上させ、パワーモジュール２０の対極方向（対向する３つの角方向）の曲げ剛性を向上させている。なお、樹脂筐体７を成形する際に使用する金型の離型性を向上させるため、リブ２の角にＲ形状及びテーパ形状を施されるのが望ましい。
【００１７】
図１５、図１６に示す他のパワーモジュールでは、リブ２の頂上に丸形状の窪み１０１を有している例を示した。図１５は本発明の実施の形態１による他のパワーモジュールの断面図であり、図１６は図１５のパワーモジュールを金属ベース側から見た斜視図である。この窪み１０１は、リードフレーム１の端子２３と金属ベース３間に配置され、リードフレーム１の端子２３と金属ベース３間の絶縁距離を大きくする。すなわち、窪み分の絶縁距離を増やすことで、リブ２の幅を小さくすることができる。これにより、モジュール面積をさらに小型化できる。ここでは、窪み１０１は丸形状の例を示したが、三角形、四角形、五角形、六角形、八角形などの多角形であってもよい。
【００１８】
パワー素子４は、リードフレーム１の配線部２１に実装されている。リードフレーム１における、パワー素子４が実装された面と反対側の面に、絶縁シート５と金属ベース３が配置されている。パワー素子４、リードフレーム１、ワイヤ６、絶縁シート５、金属ベース３は、リードフレーム１の端子部２２と金属ベース３の底面を露出した状態で樹脂筐体７により覆われる。パワー素子４の発熱はリードフレーム１、絶縁シート５、金属ベース３へと放出される。
【００１９】
実施の形態１のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７を形成する際に、半硬化の絶縁シート５が塗られた金属ベース３である銅箔の上にリードフレーム１を設置する。このとき、樹脂筐体７を形成する金型に対する銅箔の位置決めは、可動ピンを銅箔角部の縦方向と横方向に１本ずつ配置し、これらの可動ピンを銅箔の４つ角に設置することで実施している。これにより、樹脂が注入されたときの樹脂圧力で銅箔の位置ずれを抑制する。銅箔は薄いと撓みやすくなり、装置内の搬送が難しく、一方、厚いとコストが高くなることから、銅箔の厚さは０．０３ｍｍから０．１ｍｍが望ましい。パワーモジュール２０における樹脂筐体７の底面１０ｂから露出した銅箔である金属ベース３と樹脂筐体７の底面１０ｂとは同一面となっている。樹脂筐体７の形成工程では、金型内の樹脂充填圧と樹脂温度により、樹脂筐体７の樹脂硬化を行うと同時に、リードフレーム１を介して絶縁シート５を銅箔（金属ベース３）に押しつけながら半硬化から硬化させている。これにより絶縁シート５の高い放熱性と絶縁性を確保している。また、銅箔の厚さが０．０３ｍｍから０．１ｍｍであれば、パワーモジュールが反り変形しやすくなり、図１５に示すようにパワーモジュール２０が凸形状となる。また、実施の形態１のパワーモジュール２０は、モジュールの銅箔面から吸湿しないため、吸湿によるイオンマイグレーションなどの電気的不具合を抑制する。
【００２０】
パワーモジュール２０の樹脂充填に着眼すると、パワーモジュール２０の樹脂筐体７の形成工程は、樹脂厚の厚いリードフレーム１の上方から粘度（粘性）の高い樹脂が充填され、流動抵抗の高いリブ２は最後に充填される。具体的には、図１のようにリブ部１１が下を向くように、パワー素子４が実装されたリードフレーム１に絶縁シート５、金属ベース３が設置された中間製造部品６０を、金型６２に配置し（図１８参照）、リードフレーム１の樹脂面（本体部１０の側面）から樹脂を注入する。このとき、金型６２に載せる順序は絶縁シート５、金属ベース３を先に設置し、次にパワー素子４が実装されたリードフレーム１を設置している。これにより、金属ベース３を位置決めした後、リードフレーム１の位置決めを個別にすることで、各部材の位置決め精度を向上させている。図１７は、本発明の実施の形態１による中間製造部品を示す図である。図１８は本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの製造方法を説明する図であり、図１９は本発明の実施の形態１による金型の断面図である。金型６２は、リードフレーム１の端子部２２を外部に露出させる端子開口６５ａ、６５ｂが設けされた金型本体６３と、金型蓋６４を備える。金型本体６３における破線７３よりも下側部分はパワーモジュール２０におけるリブ部１１のリブ２の端部を形成するリブ端部形成部６９である。
【００２１】
図１９に示した、リブ高さｈｍ１、本体部高さｈｍ２、樹脂筐体高さｈｍ３、本体上面側高さｈｍ８、本体リブ側高さｈｍ９は、それぞれ図１５に示したパワーモジュール２０における、リブ高さｈ１、本体部高さｈ２、樹脂筐体高さｈ３、樹脂厚さｈ８、樹脂厚さｈ９に相当する高さであり、樹脂筐体７の硬化に伴う縮小を考慮したサイズに設定されている。中間製造部品６０を金型６２に配置する際に、中間製造部品６０を、金属ベース３を金属ベース配置部６６に接触させると共にリードフレーム１の一部が金型６２から露出するように、金型６２に配置する。図１７に示した破線６１ａから左側の部分と、破線６１ｂから右側の部分は、樹脂筐体７から露出する部分である。金属ベース３を金属ベース配置部６６に接触させて中間製造部品６０を金型６２に配置することで、金属ベース３の一面が露出したパワーモジュール２０を製造することができる。なお、樹脂筐体７から露出した端子部２２は、樹脂筐体７を形成する樹脂筐体形成工程の後に、Ｌ形状に曲げられて、複数の端子２３ａ、２３ｂを完成品（製品のパワーモジュール）の向きに形成する。
【００２２】
図２０は本発明の実施の形態１による他の金型の断面図であり、図２１は図２０の金型本体及び金型蓋の断面図である。図１５に示したパワーモジュール２０における樹脂筐体７の形成工程では、図２０に示した金型６２を用いる。図２０に示した金型６２は、端子開口６５ａ、６５ｂ及びピン開口６７ａ、６７ｂを有する金型本体６３と、金型蓋６４と、ピン開口６７ａ、６７ｂに移動可能に挿入された、離型性を向上させる突き出しピン７１を備える。突き出しピン７１はバネ（図示せず）により動作する。金型６２が締まった状態、すなわち閉じた状態では突き出しピン７１は動作せず、金型６２が開くと同時にバネにより突き出しピン７１が動作する。ピン開口６７ａは図１５のパワーモジュール２０のリブ２ａを押出す際に、ピンを挿入する貫通孔である。同様に、ピン開口６７ｂは図１５のパワーモジュール２０のリブ２ｂを押出す際に、ピンを挿入する貫通孔である。図２０に示した金型６２を用いて、樹脂筐体７を形成する工程である樹脂筐体形成工程を実行する際は、ピン開口６７ａ、６７ｂに突き出しピン７１でピン開口６７ａ、６７ｂを閉じる。ピン開口６７ａ、６７ｂが閉じられた状態で、樹脂筐体形成工程が実行され、樹脂筐体７を形成する樹脂（トランスファーモールド樹脂）が樹脂硬化した後に、金型６２が開いたと同時にピン開口６７ａ、６７ｂから突き出しピン７１が樹脂筐体７側に出て樹脂筐体７のリブ部１１を押出して、樹脂筐体７を金型６２から取り出す（樹脂筐体取出工程）。この金型６２から樹脂筐体７を取り出す際に、リブ部１１に窪み１０１が形成される。このため、樹脂筐体取出工程は、リブ部１１に窪み１０１を形成する工程（リブ部窪み形成工程）でもある。リブ部１１の窪み１０１の深さはリブ部１１の底面、すなわち本体部１０から突出したリブ２の最遠方の端部の幅ｗｓ１（図３参照）より大きくしており、樹脂を金型内に入り込んで付着しないようにして、金型６２の清掃をしやすくしている。
【００２３】
なお、樹脂筐体７を形成する金型に彫り込みを入れて、この掘り込みに銅箔を設置しても良い。この掘り込みにより、樹脂筐体７を形成する金型に対する銅箔である金属ベース３の位置決めを行うことができる。この場合、銅箔面はパワーモジュール２０における樹脂筐体７の底面１０ｂよりも出っ張ることになるが、この形状でも構わない。
【００２４】
一方、従来のパワーモジュールは本体部しかないので、樹脂筐体を形成する樹脂筐体形成工程において、以下のような問題が懸念されていた。樹脂筐体形成工程において、リードフレーム１に実装されたパワー素子４が上を向くように金型に配置された場合には、本体部の側面側から樹脂を注入するので、リードフレーム１のパワー素子実装面側又は側面にエアが残り、空隙となることが懸念された。特に空隙の周辺にワイヤ６があると、ワイヤ６の被覆している樹脂筐体７が薄くなる問題、又はワイヤ６が樹脂筐体７の外部へ露出する問題が懸念された。このような状態になると、ワイヤ６とパワーモジュール２０の外側に配置された部品間で空間絶縁距離が小さくなり、絶縁性を確保できなくなることが懸念された。
【００２５】
実施の形態１のパワーモジュール２０は、樹脂筐体形成工程において、パワーモジュール２０のリブ２が樹脂充填の最後となるため、リードフレーム１のパワー素子実装面側又は側面にエアが残って空隙とならない。その結果、ワイヤ露出など発生せずにパワーモジュール２０の外側に配置された部品との空間絶縁距離を確保することができる。
【００２６】
また、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リブ部１１の各リブ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの高さであるリブ高さｈ１が、リードフレーム１を封止する本体部１０の高さである本体部高さｈ２よりも小さくしている。すなわち、ｈ１＜ｈ２の関係になっている。樹脂筐体高さｈ３は、リブ高さｈ１と本体部高さｈ２との合計なので、ｈ１＜０．５×ｈ３の関係も成立している。
【００２７】
パワーモジュール２０を製作する上で、樹脂筐体７の樹脂の硬化時間と同時に絶縁シート５の硬化させる時間を合わせる必要がある。樹脂筐体７の樹脂の硬化時間が長くなると、絶縁シート５が先に硬化するため、リードフレーム１と絶縁シート５との密着が悪くなり、放熱性や絶縁性を確保できなくなる。そのため、パワーモジュール２０のリブ高さｈ１は本体部高さｈ２よりも小さくし、リブ部１１の樹脂充填量を減らし、リブ部１１の樹脂充填時間を短縮している。リブ部１１のリブ構造は、前述したようにリブ２の断面がテーパ形状であり、すなわち樹脂充填性を上げるためにリブ２にテーパを設けている。リブ部１１のリブ２と本体部１０とが接続された接続部の幅（接続幅）はリブ根元幅ｗｂ１であり、本体部１０から突出したリブ２の最遠方の端部の幅は端部幅ｗｓ１である。リブ部１１のリブ２はテーパが設けられているので、端部幅ｗｓ１はリブ根元幅ｗｂ１より小さくなっており、すなわちｗｓ１＜ｗｂ１の関係が成立している。
【００２８】
金型６２内ではパワーモジュール２０のリブ部１１を形成する溝が細いため、金型６２からパワーモジュール２０を取り出すときに、金型６２に樹脂が残ること、すなわちリブ部の形状崩れが懸念される場合がある。しかし、リブ部の形状崩れが懸念される場合には、図２０の金型６２を用いて樹脂筐体７を形成し、リブ側からピンで押して、パワーモジュール２０を金型から押し出すことで、離型性を改善することができる。このとき、パワーモジュール２０のリブ２に窪み１０１が形成される。この窪み１０１を残すことで、リードフレーム１の端子２３と金属ベース３間の絶縁距離を大きくすることができる。ピンは、離型性の観点から断面は円形状が好ましい。そのため、製造方法と絶縁距離確保の観点を両立できるため、窪み１０１の形状は丸形状が好ましい。
【００２９】
実施の形態１のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７の樹脂の充填時間内で絶縁シート５を硬化させることができ、絶縁シート５の放熱性と絶縁性を確保できる。
【００３０】
実施の形態１のパワーモジュール２０は、リブ部１１のリブ２が、リードフレーム１と金属ベース３との間の沿面距離である下外周部長Ｌｉを長くすることができる。リードフレーム１と金属ベース３との間の沿面距離である下外周部長Ｌｉはリードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁距離（沿面距離）に相当するので、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁距離（沿面距離）を長くすることができる。図４及び図５を用いて、実施の形態１のパワーモジュール２０の下外周部長Ｌｉを説明する。なお、図５の比較例のパワーモジュール１００において、実施の形態１のパワーモジュール２０のリブ２を破線で示した。
【００３１】
実施の形態１のパワーモジュール２０におけるリードフレーム１と金属ベース３との間の沿面距離である下外周部長Ｌｉは、金属ベース３の外周からリブ部１１のリブ２までの長さである樹脂底面長Ｌ１、リブ２の外周の長さである外周長Ｌ２、本体部１０におけるリブ部１１との境界からリードフレーム１の端子部２２までの長さである本体底部長Ｌ３の合計長さである。リブ２を有しないパワーモジュール（比較例）のリードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁距離（沿面距離）Ｌｅｘを、実施の形態１のパワーモジュール２０で説明した長さ及び幅を使って説明する。比較例のパワーモジュール１００におけるリードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁距離（沿面距離）Ｌｅｘは、樹脂底面長Ｌ１、リブ根元幅ｗｂ１、本体底部長Ｌ３の合計長さである。リブ２のリブ根元幅ｗｂ１はリブ２の外周長Ｌ２よりも短いので、実施の形態１のパワーモジュール２０の絶縁距離（下外周部長Ｌｉ）は比較例のパワーモジュールの絶縁距離Ｌｅｘよりも長くすることができる。また、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リブ２のリブ高さｈ１が高いほどリブ２の外周の長さである外周長Ｌ２を長くすることができる。
【００３２】
実施の形態１のパワーモジュール２０における下外周部長Ｌｉを比較例のパワーモジュール１００の絶縁距離Ｌｅｘと等しくすることを考える。この場合、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リードフレーム１が露出する樹脂筐体７における本体部１０の側面（端部）と金属ベース３の外周（端部）との端部間長Ｌ４（図３参照）を比較例のパワーモジュール１００よりも短くできる。端部間長Ｌ４は、樹脂底面長Ｌ１とリブ２のリブ根元幅ｗｂ１との合計長さである。したがって、実施の形態１のパワーモジュール２０は、絶縁距離の等しい比較例のパワーモジュール１００よりもパワーモジュールの面積が小さくでき、小型化できる。
【００３３】
また、パワーモジュール２０のリブ高さｈ１がリブ根元幅ｗｂ１より大きなっており、絶縁距離をリブ高さ方向に伸ばすことにより、パワーモジュール２０の面積をさらに小さくできる。また、図１５に示すようにパワーモジュール２０のリードフレーム１における樹脂筐体７から突出する下端面から上側の樹脂厚さｈ８からリードフレーム１の厚さを引いた厚さである樹脂厚さｈ１０が、リードフレーム１の下端面から下側の樹脂厚さｈ９より大きい場合には、下端面から下側の樹脂が熱収縮しやすい。特に、樹脂筐体７がリードフレーム１よりも線膨張が小さいと顕著になる。樹脂厚さｈ１０は、リードフレーム１が樹脂筐体７から突出するフレーム接触部５１の上面１０ａ側であるフレーム接触部上面５１ａと上面１０ａとの最大の厚さである。樹脂厚さｈ９は、フレーム接触部５１の底面１０ｂ側であるフレーム接触部底面５１ｂと金属ベース３の露出面との最小の厚さである。フレーム接触部５１の形状は、樹脂筐体７から突出するリードフレーム１の断面形状と同じである。さらに、パワーモジュール２０の端部のリブ２を含めると、樹脂量が大きくなり、下端面から下側の熱収縮することで、パワーモジュール２０の金属ベース３の露出面を上下方向の基準として上方向に凸形状に反りやすくなる。樹脂厚さｈ８からリードフレーム１の厚さを引いた厚さである樹脂厚さｈ１０を樹脂厚さｈ９より大きくするには、本体上面側高さｈｍ８が本体リブ側高さｈｍ９より大きい金型６２を用いることで、樹脂筐体形成工程を実行することで実現できる。
【００３４】
さらに、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リブ２が梁の役割を兼ねることでパワーモジュールの曲げ剛性が向上する。実施の形態１のパワーモジュール２０は、パワーモジュールの曲げ剛性が向上するので、高温で樹脂筐体７が成形されたパワーモジュールが常温まで冷却されることで発生する樹脂の熱収縮や、この冷却過程でリードフレーム１、金属ベース３、樹脂筐体７などの部材の線膨張差の違いによるパワーモジュールの反り量を低減することができる。その結果、実施の形態１のパワーモジュール２０は、特許文献１のような押さえ部材を使用する必要がなく、パワーモジュールをヒートシンクに固定する工程を特許文献１のパワーモジュールよりも短くするこができる。また、実施の形態１のパワーモジュール２０は、特許文献１のような押さえ部材を使用する必要がないので、押さえ部材の費用が発生しないので、低コスト化できる。
【００３５】
実施の形態１のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７の本体部１０の底面１０ｂにおいて、金属ベース３の外周を包囲するように設置されると共に、本体部１０の底面１０ｂから当該底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられたリブ部１１を備えており、すなわち樹脂筐体７の底面１０ｂにおいて金属ベース３の側面よりも外側に設置されると共に底面１０ｂから突出して設けられたリブ２を備えるので、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁性を高めながら小型にできる。また、実施の形態１のパワーモジュール２０は、本体部１０の底面１０ｂよりも内側に絶縁シート５が配置されているので、高価な絶縁シート５を最小サイズにしている。
【００３６】
なお、図１では、リードフレーム１は絶縁シート５と接触する端面より内側に段差を設けて配線部２１を配置した例を示した。この配線部２１と端子部２２との段差により、端子部２２は配線部２１よりも金属ベース３からの高さが高くなるので、この段差に相当する樹脂筐体７の厚さ分によりリードフレーム１と金属ベース３との絶縁距離を長くしている。本実施の形態では、例えばリードフレーム１の厚さ０．６ｍｍに対して、段差量は０．３ｍｍとリードフレーム１の厚さに対して半分以下になるように形成している。これは、リードフレーム１の段差加工がプレス工程等で製作される場合、リードフレーム１の段差量が多いと破断等の懸念があるため、破断しない段差にする必要がある。リードフレーム１の厚さが大きいと、リードフレーム材と樹脂との線膨張差により、パワーモジュール２０の反り量が大きくなるため、リードフレーム１の厚さは０．３〜１．０ｍｍの範囲が望ましい。
【００３７】
実施の形態１のパワーモジュール２０は、リードフレーム１の段差加工を行うことで、リードフレーム１を薄い状態で樹脂封止でき、モジュール厚さを薄く、かつ均一化できる。モジュール厚さを薄くする場合には、パワーモジュール２０のモジュール厚さ、すなわち本体部高さｈ２は５ｍｍ〜１５ｍｍの範囲が望ましい。また、パワーモジュール２０の凸形状の反り量が０．１ｍｍを超えると、ねじ締め力でパワーモジュール２０を平坦にするのが難しいため、反り量は０．１ｍｍ以下にすることが望ましい。また、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リブ高さｈ１をリブ根元幅ｗｂ１より大きくすることで、モジュールの絶縁性の確保と小型化を両立している。
【００３８】
ここで、パワーモジュールの反り量を説明する。図２２は、パワーモジュールの反り量を説明する図である。図２３はパワーモジュールのプラス方向の反り量を説明する図であり、図２４はパワーモジュールのマイナス方向の反り量を説明する図である。図２２〜図２４では、パワーモジュール５５がねじ止めされる前の状態を示している。図２２〜図２４のパワーモジュール５５はリブ部１１や金属ベース３等が省略され簡略化している。図２２の上側にパワーモジュール５５の側面であるパワーモジュール側面５５ｃを示し、下側にパワーモジュール５５の上面であるパワーモジュール上面５５ａを示した。パワーモジュール５５の底面であるパワーモジュール底面５５ｂには、図示しない金属ベース３が配置されている。このパワーモジュールの反り量は、本願のパワーモジュール２０にも適用できる。
【００３９】
パワーモジュール５５の反り量の方向を示す「＋」（「プラス」）、「−」（「マイナス」）は金属ベース３の露出面（図２２のパワーモジュール底面５５ｂ）を上下方向の基準とし、「＋」は反りが上方向に凸形状、「−」は反りが下方向に凸形状とする。ただし、反り量はパワーモジュール５５の上面（パワーモジュール上面５５ａ）で測定する。そこで、図２２〜２４では、実際に測定するパワーモジュール上面５５ａの破線５６ａを基準にしている。パワーモジュール５５がねじ止めされる前では、図２２に示しように、パワーモジュール５５の樹脂側、すなわちパワーモジュール上面５５ａの中心の計測点ｐ１と、４隅の計測点ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５の平均との差で表記する。図２２では、計測点ｐ１が上方向の最も高い位置にあり、４隅の計測点ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５が計測点ｐ１よりも低い位置にある。破線５６ｂは、反り量の絶対値が最大となる計測点を通り、破線５６ａに平行である。なお、基準となる破線５６ａは、例えば、ねじ止めするねじ１３が貫通する孔１８に垂直に設定する。したがって、図２２のパワーモジュール５５は、反り量が「−」であり、反りが下方向に凸形状である。
【００４０】
図２３、図２４では、パワーモジュール上面５５ａの中心の計測点ｐ１においてねじ１３で図示しないヒートシンク１６にねじ止めする状態を示している。図２３、図２４では、パワーモジュール５５の断面であるパワーモジュール断面５５ｄを示している。なお、断面を示す斜線は省略している。ねじ止めしている状態のパワーモジュール５５の反り量は、中心の計測点ｐ１、すなわち破線５６ａを基準にして、中心の計測点ｐ１から高さ方向に最も離れた点である計測点と計測点ｐ１との差を反り量とする。図２３のパワーモジュール５５では、中心の計測点ｐ１から高さ方向に最も離れた点である計測点ｐ６と計測点ｐ１との差を反り量とする。破線５６ｃは計測点ｐ６を通り、破線５６ａに平行である。図２３のパワーモジュール５５は、反り量が「＋」であり、反りが上方向に凸形状である。図２４では、パワーモジュール５５では、中心の計測点ｐ１から高さ方向に最も離れた点である計測点ｐ７と計測点ｐ１との差を反り量とする。破線５６ｄは計測点ｐ７を通り、破線５６ａに平行である。図２４のパワーモジュール５５は、反り量が「−」であり、反りが下方向に凸形状である。なお、図２４のパワーモジュール５５は、図２２のパワーモジュール５５のねじ止めの初期状態を示しており、図２３のパワーモジュール５５は、図２２のパワーモジュール５５のねじ止めの最終状態を示している。
【００４１】
また、本実施の形態では、絶縁シート５と金属ベース３を個別で組み合わせて一体化したものを用いているが、これに限らず一般的なセラミック基板や金属基板を備えたパワーモジュールにも本実施の形態のリブ構造を適用できる。また、絶縁シート５を用いずに、パワー素子４が厚い金属ベース３に接続されたものでも、本実施の形態のリブ構造を適用できる。
【００４２】
以上のように、実施の形態１のパワーモジュール２０は、パワー素子４と、パワー素子４からの熱を放熱する金属ベース３と、パワー素子４の電極に電気的に接続されたリードフレーム１と、金属ベース３の一面及びリードフレーム１の一部が露出するようにパワー素子４を封止する樹脂筐体７とを備える。パワーモジュール２０の樹脂筐体７は、パワー素子４及びリードフレーム１の一部が内部に配置されると共に、底面１０ｂにおいて金属ベース３の一面が露出した本体部１０と、本体部１０の底面１０ｂにおいて、金属ベース３の外周を包囲するように設置されると共に、本体部１０の底面から当該底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられたリブ部１１を備えたことを特徴とする。実施の形態１のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７の本体部１０の底面１０ｂにおいて、金属ベース３の外周を包囲するように設置されると共に、本体部１０の底面１０ｂから当該底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられたリブ部１１を備えたので、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁性を高めながら小型にできる。さらに、実施の形態１のパワーモジュール２０は、リブ２の梁効果により、パワーモジュール２０の剛性を上げて、反り量を効果的に制御できる。
【００４３】
実施の形態１のパワーモジュール２０を製造するパワーモジュール製造方法は、パワー素子４と、金属ベース３と、リードフレーム１を備えた中間製造部品６０を、金属ベース３が金属ベース配置部６６に接触すると共にリードフレーム１の一部が金型６２から露出するように、金型６２に配置する工程と、金型６２にトランスファーモールド樹脂を注入し、樹脂筐体７を形成する工程と、を含むことを特徴とする。実施の形態１のパワーモジュール製造方法は、樹脂筐体７の本体部１０の底面１０ｂにおいて、金属ベース３の外周を包囲するように設置されると共に、本体部１０の底面１０ｂから当該底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられたリブ部１１を備えたパワーモジュール２０を製造するこができる。また、実施の形態１のパワーモジュール製造方法は、金属ベース３が接触する金属ベース配置部６６とリードフレーム１が露出する開口（端子開口６５ａ、６５ｂ）における金属ベース側の開口端との、樹脂筐体７の底面１０ｂに垂直な方向の長さ（本体リブ側高さｈｍ９）が、パワーモジュール２０の底面１０ｂと反対側の上面１０ａが形成される内面と前記開口端との、樹脂筐体７の底面１０ｂに垂直な方向の長さ（本体上面側高さｈｍ８）よりも短くした金型６２を用いることで、露出した金属ベース３の一面を上下方向の基準として、上方向に凸形状であるパワーモジュール２０を製造することができる。
【００４４】
また、実施の形態１のパワーモジュール製造方法は、樹脂筐体７における底面１０ｂから突出したリブ部１１の端部が形成されるリブ端部形成部６９に、樹脂筐体７を押出すピンを挿入するピン開口６７ａ、６７ｂが複数形成されている金型６２を用い、ピン開口６７ａ、６７ｂが閉じられた状態で、樹脂筐体７を形成する工程が実行され、樹脂筐体７を金型６２から取り出す際に、ピン開口６７ａ、６７ｂからピンを挿入して樹脂筐体７のリブ部１１を押出して、リブ部１１に窪み１０１を形成する工程を含むことを特徴とする。実施の形態１のパワーモジュール製造方法は、ピン開口６７ａ、６７ｂが複数形成されている金型６２を用いることで、底面１０ｂから突出した端部に窪み１０１を有するリブ部１１を備えたパワーモジュール２０を製造することができる。
【００４５】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２によるパワーモジュールの断面図である。実施の形態２のパワーモジュール２０は、リブ部１１のリブ２の形状が実施の形態１と異なる。リブ２は、リブ土台部２６と凸部２７を備えている。実施の形態２のパワーモジュール２０は、実施の形態１と同様に、樹脂筐体７の底面１０ｂにおいて金属ベース３の側面よりも外側に設置されると共に底面１０ｂから突出して設けられたリブ２を備えるので、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁性を高めながら小型にできる。図６では、リブ２ａ、２ｂを記載した。凸部２７はリブ土台部２６の上に小さいリブを配置した形状している。リブ土台部２６は本体部１０の底面１０ｂに接続されており、凸部２７はリブ土台部２６における本体部１０の底面１０ｂから突出した端部に設置されると共に本体部１０の底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられている。凸部２７の小さいリブ形状は先端が細くなるので、先端部をＲ形状するなど、衝撃で欠けない対策をするのが望ましい。
【００４６】
図６に示したリブ２の断面は、図１と同様に、本体部１０の側面に平行な方向である延伸方向に垂直な方向の短手方向の断面である。リブ土台部２６は、短手方向の断面であって本体部１０の底面１０ｂに垂直な断面の形状が、本体部１０の底面１０ｂに接続した接続幅が底面１０ｂから突出した端部であるリブ土台部端部の幅よりも大きいテーパ形状であり、凸部２７は、短手方向の断面であって本体部１０の底面１０ｂに垂直な断面の形状が、リブ土台部２６に接続した接続幅がリブ土台部端部から突出した端部である凸部端部の幅よりも大きいテーパ形状である。
【００４７】
実施の形態２のリブ２は、２段形状になっており、凸部２７のテーパ傾斜がリブ土台部２６のテーパ傾斜よりも急になっているので、実施の形態１のような１段形状のリブと比べて、同じ高さであってもリブ２の外周長Ｌ２が長くなる。したがって、実施の形態２のパワーモジュール２０は、同じ高さのリブ２で１段形状のものと比べてリードフレーム１と金属ベース３との間の下外周部長Ｌｉを大きくすることができ、すなわちリードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁距離を大きくすることができる。さらに、実施の形態２のパワーモジュール２０は、必要な絶縁距離を形成する場合に、実施の形態１のパワーモジュール２０よりもリブ高さｈ４を小さくできる。
【００４８】
実施の形態２のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７における本体部１０の高さが本体部高さｈ２であり、リブ部１１の高さがリブ高さｈ４であり、樹脂筐体７の高さが樹脂筐体高さｈ５である。リブ高さｈ４は実施の形態１のリブ高さｈ１よりも小さいので、実施の形態２のパワーモジュール２０は、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁距離を十分確保しながら、樹脂筐体７の高さを小さくでき、実施の形態１のパワーモジュール２０よりも樹脂筐体７が小型にできる。さらに、実施の形態２のパワーモジュール２０は、リブ２の樹脂量を減らすことができ、樹脂筐体７の樹脂コストを低減することができる。
【００４９】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３によるパワーモジュールの断面図である。実施の形態３のパワーモジュール２０は、リブ部１１におけるリブ２の高さを２種類にした点で、実施の形態１と異なる。図７では、リブ２ａの高さがリブ高さｈ１であり、リブ２ｂの高さがリブ高さｈ６の例を示した。
【００５０】
リードフレーム１と金属ベース３との絶縁距離は、各端子２３に必要な電圧で決まる。例えば、ＩＧＢＴ、ＦｗＤ（Free  Wheeling  Diode）、ＣＶＤ（Converter  Diode）などのパワー素子４が実装されているリードフレーム１の出力端子である端子２３ａは高電圧である。一方、ＩＧＢＴのゲートを制御するリードフレーム１の制御端子、あるいは電流センサ用の電流を検出するリードフレーム１の制御端子である端子２３ｂは低電圧である。図７に示したリブ２ａ、２ｂは、それぞれ高電圧側リブ、低電圧側リブと呼ぶこともできる。
【００５１】
そこで、高電圧となるリードフレーム１の出力端子である端子２３ａと金属ベース３との間のリブ２ａの高さは高くし、低電圧となるリードフレーム１の制御端子である端子２３ｂと金属ベース３との間のリブ２ｂの高さを低くすることができる。すなわち、高電圧側リブ２ａの高さは高くし、低電圧側リブ２ｂの高さを低くすることができる。本実施の形態では、図２に示したパワーモジュール２０と同様に、３方向からリードフレーム１の端子２３が出ており、リードフレーム１の端子が出ない方向、すなわちリブ２ｄは、低電圧であるため、高さがリブ高さｈ６の低電圧側リブが使用される。リブ２ｃについては、端子２３ｃが高電圧となる端子であれば高電圧側リブを用い、端子２３ｃが低電圧となる端子であれば低電圧側リブを用いる。
【００５２】
実施の形態３のパワーモジュール２０は、実施の形態１と同様に、樹脂筐体７の底面１０ｂにおいて金属ベース３の側面よりも外側に設置されると共に底面１０ｂから突出して設けられたリブ２を備えるので、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁性を高めながら小型にできる。実施の形態３のパワーモジュール２０は、リブ部１１の複数のリブ２のうち、少なくとも１つのリブ（リブ２ｂ、２ｄ）は、本体部１０の底面１０ｂと当該リブ（リブ２ｂ、２ｄ）の本体部１０の底面１０ｂから最も遠方の端部との高さであるリブ高さｈ６が、他のリブ（リブ２ａ）におけるリブ高さｈ１よりも低くなっている。実施の形態３のパワーモジュール２０は、リードフレーム１の端子の電圧に応じて、高さの異なるリブ２を備えるので、パワーモジュールの反り低減効果を保ちつつ、樹脂筐体７の樹脂量を少なくして、樹脂筐体７の樹脂コストを低減できる。なお、リブ部１１におけるリブ２の高さを２種類にした例で説明したが、３種類以上であっても構わない。
【００５３】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４によるパワーモジュールの斜視図であり、図９は図８のパワーモジュールを金属ベース側から見た底面図である。なお図９において、リードフレーム１の端子部２２は省略した。実施の形態４のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７の上面１０ａ又は底面１０ｂから見た外形が長方形である点で、実施の形態１と異なる。なお、樹脂筐体７の上面１０ａ又は底面１０ｂから見た外形が長方形に限らず、長辺及び短辺を有する四辺形状であっても構わない。パワーモジュール２０の外観はリードフレーム１の端子２３が４方向から端子が出ている形状であり、パワーモジュール２０を固定する孔１８が２ヶ所設けられている。パワーモジュール２０の長辺の外周側において長手方向に配置されたリブ２ｃ、２ｄは、短辺の外周側において短手方向に配置されたリブ２ａ、２ｂに比べて厚さが大きい。また、本実施の形態ではパワーモジュール２０の側面から出るリードフレーム１の端子２３を４方向としたが、端子２３の突出方向の数はこれに限定されない。図８では、長辺の外周側に配置されたリブ２ａ、２ｂが設けられた樹脂筐体７の側面ではそれぞれ５本の端子２３ａ、２３ｂが出ており、短辺の外周側に配置されたリブ２ｃ、２ｄが設けられた樹脂筐体７の側面ではそれぞれ６本の端子２３ｃ、２３ｄが出ている例を示した。
【００５４】
一般的に、パワーモジュールの長手方向は短手方向よりも反り量は大きい。そのため、パワーモジュールの短手方向ではパワーモジュールの反りが小さいため、リブ２を備えた実施の形態３のパワーモジュール２０は、短手方向に配置されたリブ２ａ、２ｂは長手方向に配置されたリブ２ｃ、２ｄよりも厚みを小さくできる。なお、適宜、短手方向に配置されたリブを短手方向のリブ、或いは短辺リブと呼び、長手方向に配置されたリブを長手方向のリブ、或いは長辺リブと呼ぶことにする。
【００５５】
実施の形態４のパワーモジュール２０は、実施の形態１と同様に、リブ部１１のリブ構造はリブ２の断面がテーパ形状である。リブ部１１の短手方向のリブ２ａ、２ｂと本体部１０との接続部の幅はリブ根元幅ｗｂ１であり、本体部１０から突出したリブ２ａ、２ｂの最遠方の端部の幅は端部幅ｗｓ１である。リブ部１１の長手方向のリブ２ｃ、２ｄと本体部１０との接続部の幅はリブ根元幅ｗｂ２であり、本体部１０から突出したリブ２ｃ、２ｄの最遠方の端部の幅は端部幅ｗｓ２である。リブ部１１のリブ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄはテーパが設けられているので、端部幅ｗｓ１、ｗｓ２はそれぞれリブ根元幅ｗｂ１、ｗｂ２より小さくなっており、すなわちｗｓ１＜ｗｂ１及びｗｓ２＜ｗｂ２の関係が成立している。
【００５６】
実施の形態４のパワーモジュール２０は、短手方向のリブ２ａ、２ｂは長手方向のリブ２ｃ、２ｄよりも厚みを小さくしており、すなわち短手方向のリブ根元幅ｗｂ１は長手方向のリブ根元幅ｗｂ２よりも小さく、及び短手方向の端部幅ｗｓ１は長手方向の端部幅ｗｓ２よりも小さくなっている。すなわち、ｗｂ１＜ｗｂ２及びｗｓ１＜ｗｓ２の関係が成立している。
【００５７】
実施の形態４のパワーモジュール２０は、実施の形態１と同様に、樹脂筐体７の底面１０ｂにおいて金属ベース３の側面よりも外側に設置されると共に底面１０ｂから突出して設けられたリブ２を備えるので、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁性を高めながら小型にできる。また、実施の形態４のパワーモジュール２０は、短手方向のリブ２ａ、２ｂは長手方向のリブ２ｃ、２ｄよりも厚みが小さくなっているので、パワーモジュールの反り低減効果を保ちつつ、樹脂筐体７の樹脂量を少なくして、樹脂筐体７の樹脂コストを低減できる。
【００５８】
実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５によるパワー半導体装置の断面図である。図１１は図１０のパワー半導体装置の要部を示す図であり、図１２は図１０のパワー半導体装置の斜視図である。図１０は、図１２の破線で示した切断面をＢ方向から見た断面図である。実施の形態５では、パワーモジュール２０と、ヒートシンク１６を備えたパワー半導体装置４０の例を説明する。パワーモジュール２０の構成は、実施の形態１と同じ例で説明する。ヒートシンク１６は、ヒートシンク土台部３１と、ベース段差部３２と、フィン３３を備える。パワーモジュール２０の金属ベース３の底面は、ヒートシンク１６に設けられたベース段差部３２の平坦な上面３２ａにグリース１４が塗布され、ねじ１３でグリース１４を介してヒートシンク１６に締結される。パワーモジュール２０のパワー素子４から生じた発熱は金属ベース３からグリース１４を介してヒートシンク１６のベース段差部３２へ伝わり、ヒートシンク１６のヒートシンク土台部３１、フィン３３へ放出される。
【００５９】
ベース段差部３２の平坦な上面３２ａは、金属ベース３の平坦な底面よりも大きくなっている。これは、パワー素子４の発熱が金属ベース３から放出される放熱面積を、ベース段差部３２で放熱面積を拡大させて、パワー素子４から生じた発熱の放熱性を向上するためである。ベース段差部３２は、ヒートシンク土台部３１、フィン３３と一体構造であり、銅、アルミなどの高伝導部材が使用される。なお、これに限らず、ベース段差部３２は別部品としてヒートシンク土台部３１と接続しても構わない。
【００６０】
また、パワーモジュール２０のリブ部１１はベース段差部３２の外周を覆うようにヒートシンク１６に固定されるので、図１１に示すように、グリース１４はベース段差部３２とリブ２によりグリース溜り１７が発生している。実施の形態５のパワー半導体装置４０は、グリース溜り１７を設けることで、パワーモジュール２０とヒートシンク１６とをねじ締結する際に、金属ベース３とベース段差部３２の合わせ面から排出されるグリース１４がベース段差部３２の側面３２ｂまでまわり込む。このため、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、グリース１４とベース段差部３２との接触面積が増大するので、グリース１４への熱伝導がよくなり、放熱性が向上する。また、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０のリブ２がヒートシンク１６のヒートシンク土台部３１に接しないように、ベース段差部３２の高さは大きくしている。すなわち、ベース段差部３２の高さがリブ２のリブ高さｈ１よりも大きくなっている。なお、実施の形態３のようにリブ２のリブ高さが複数ある場合は、ベース段差部３２の高さが最も高いリブ高さよりも大きい。
【００６１】
また、図１５に示した凸形状のパワーモジュール２０を中心付近１点でヒートシンク１６とねじ締めをする場合、パワーモジュール２０の端部はヒートシンク１６のベース段差部３２の上面３２ａに接した状態から、パワーモジュール２０の中央の隙間をねじ締め力により、パワーモジュール２０はバネを締めつけるようになる。このように、凸形状のパワーモジュール２０では、金属ベース３をヒートシンク１６のベース段差部３２の上面３２ａに塗布されたグリース１４に押しつけながら、パワーモジュール２０を凸形状から平坦形状にし、グリース１４を薄く形成する。グリース１４を薄くするほど、熱伝導率が大きくなるので、パワーモジュール２０は放熱性が向上する。
【００６２】
また、一般的に、パワーモジュールはグリースを介してヒートシンクにねじ固定されている。この状態でパワーモジュールを冷熱環境下で連続して使用すると、パワーモジュールの部材間で線膨張差による膨張と収縮が繰り返すため、パワーモジュールは平坦な状態から反りのある状態、及び反りのある状態から平坦な状態のようになり、モジュール端辺で反りと平坦の動作を繰り返す。そのため、グリースがパワーモジュール端辺から外へ排出させるポンピングアウト現象が発生し、放熱性が阻害されることが知られている。しかしながら、凸形状のパワーモジュール２０を搭載した、実施の形態５のパワー半導体装置４０では、パワーモジュール２０のバネ力を利用して、ねじ１３で締めけているため、ヒートシンク１６に押し付けた状態を保持して、グリース１４の排出を抑制している。ねじ締め状態でのパワーモジュール２０の反り量は、図１５に示したようにパワーモジュール２０が上に凸とした場合に、−５０〜＋５０μｍとなる。この反り量は、グリース１４がパワーモジュール２０の中央に残る場合や、モジュールの両端に残る場合などで決まる。また、グリース１４のフィラー径に由来しており、一般的に５０μｍ以下である。ここで、ねじ止め時の反り量は、図２２〜図２４の通り、ねじ止め部のモジュール最表面側を基準に、上方向を「＋」（「プラス」）、下方向を「−」「マイナス」）とする。０μｍは平坦を意味する。プラス方向の反りがある場合には、パワーモジュール２０の形状が図２３のＭ字のような形状、すなわち、ねじ止め部のモジュール表面（上面１０ａ）よりも上側に高い最高部（計測点ｐ６を含む部分）を有する形状である。また、マイナス方向の反りがある場合には、パワーモジュール２０の形状が上に凸の形状となる。元々、上に凸の形状をねじ締めするからである。反り量が−５０〜０μｍの形状の方が、信頼性が高くより好ましい。
【００６３】
図１０〜図１２に示した実施の形態５のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０のリブ部１１よりも低い位置にある樹脂筐体７の底面１０ｂ及び金属ベース３の底面（適宜、モジュール内側底面と呼ぶ）に、ヒートシンク１６のベース段差部３２を挿入して、中央部に形成された孔１８にねじ１３を挿入して１点で締結する。パワーモジュール２０のリブ２は、リブ２の端部がヒートシンク１６のベース段差部３２の上面３２ａより低く、ヒートシンク１６のヒートシンク土台部３１に接しない位置でねじ締結される。そのため、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、ベース段差部３２とリブ２間にグリース溜り１７が発生し、製品を設置した状態で長期間使用しても、グリース１４がたれる懸念が低減される。また、パワーモジュール２０のリブ２はヒートシンク１６と接しない位置にあるため、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、リブ２があってもパワーモジュール２０が浮かない状態でねじ締めができる。ヒートシンク１６は、ベース段差部３２と共に一体で製作されたものであるが、ベース段差部３２が別部品として製作されても同じ効果を得る。リブ部１１を有しない比較例のパワーモジュール１００において、このような１点締結を行う場合、パワーモジュール１００を回転しないように固定しながら、ねじ締結することになる。この際に、パワーモジュール１００の固定が甘いと、パワーモジュール１００が回転して、リードフレーム１の端子の先端も回転してしまうので、パワーモジュール１００の回転を抑制する回転抑制治具が必要だった。
【００６４】
この比較例とは異なり、実施の形態５のパワー半導体装置４０では、パワーモジュール２０の回転は、ヒートシンク１６のベース段差部３２の端辺（側面３２ｂ）とベース段差部３２に対向するリブ２の端面とが接触することにより抑制されるので、回転抑制治具は必要ない。実施の形態５のパワー半導体装置４０は、回転抑制治具が必要でないので、パワー半導体装置の組み立て工程を容易に実行することができる。
【００６５】
また、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０のリブ２が梁の役割をすることで、モジュール反りを抑制でき、特許文献１のような押さえ部材を使用する必要がなく、パワーモジュール２０をヒートシンク１６に固定する工程を特許文献１のパワーモジュールよりも短くするこができる。また、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０の中央部の１箇所でねじ１３によりパワーモジュール２０をヒートシンク１６に締結できる。その結果、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０をヒートシンク１６に締結するねじ本数を減らすことができ、すなわち小型のパワーモジュール２０を搭載できるので、パワー半導体装置が小型化できる。
【００６６】
実施の形態５のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０のリブ部１１がベース段差部３２の外周を覆うようにヒートシンク１６に固定されるので、グリース１４はリブ２とベース段差部３２の間で一旦せき止められる。その後、グリース１４はベース段差部３２から流れでた流出方向から、リブ２に沿って流出方向に垂直な方向へ移動する。このとき、グリース１４は、リブ２とベース段差部３２の管路抵抗、或いは曲り管路抵抗を受けることで、移動しにくくなる。よって、実施の形態５のパワー半導体装置４０は、冷熱環境下におけるグリース１４の排出を低減することができ、パワーモジュール２０の放熱性低下を抑制することができる。
【００６７】
実施の形態６．
図２５は、本発明の実施の形態６によるパワー半導体装置の断面図である。実施の形態６のパワー半導体装置４０では、ヒートシンク１６にパワーモジュール２０のリブ部１１が入るようなヒートシンク溝部１６ａが設けられた例を示す。図２５のヒートシンク１６は、ヒートシンク溝部１６ａの内側で破線３４よりも上側がベース段差部３２であり、破線３５よりも下側がフィン３３である。図２５のヒートシンク１６のヒートシンク土台部３１は、図１０のヒートシンク１６のヒートシンク土台部３１に比べて外周側に外周枠３６を備えた構造ということもできる。外周枠３６は、ヒートシンク溝部１６ａの外側で破線３４よりも上側である。実施の形態６のパワー半導体装置４０は、このヒートシンク溝部１６ａを用いることで、グリース１４がヒートシンク溝部１６ａに入り、溜まることができる。そのため、実施の形態６のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０を縦置きにしたときに発生するグリース１４の漏れ出しを防止することができる。特にグリース１４の粘度が低いものに対して有効である。
【００６８】
実施の形態７．
今まで、実施の形態５及び実施の形態６では、パワーモジュール２０の中央部の１箇所でねじ１３によりパワーモジュール２０をヒートシンク１６に締結したパワー半導体装置４０の例を説明したが、パワーモジュール２０の締結箇所を増やしてもよい。ねじ１３が複数ある場合、ねじ１３の締結箇所（ねじ締結部）はパワーモジュール２０の中心からパワーモジュール全面の２／３の範囲内で、ねじ位置が線対称になるように配置していることが望ましい。これにより、パワーモジュール２０の金属ベース３の露出面が均一になるので、グリース厚さを均一にできる。図１３は本発明の実施の形態７によるパワー半導体装置の斜視図であり、図１４は本発明の実施の形態７による他のパワー半導体装置の斜視図である。図１３は、パワーモジュール２０をヒートシンク１６に２箇所（２点）でねじ締結したパワー半導体装置４０の例である。図１４は、パワーモジュール２０をヒートシンク１６に４箇所（４点）でねじ締結したパワー半導体装置４０の例である。パワーモジュール２０をヒートシンク１６に２点でねじ締結すると、パワーモジュール２０の金属ベース３の平坦な底面とヒートシンク１６におけるベース段差部３２の平坦な上面３２ａを固定する力が向上するので、パワーモジュール２０のポンピングアウト現象を更に抑制することができ、冷熱環境下のグリース１４の排出を低減することで、パワーモジュール２０の放熱性低下を抑制することができる。さらに、グリース１４の粘度が高く、硬い場合、ねじ締結部とパワーモジュール２０の端辺（モジュール端辺）の間でグリース移動がしにくく、停滞する。そのため、パワーモジュール２０がねじ締結部とモジュール端辺で膨らむことがある。図１３に示したパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０とヒートシンク１６とを、２点でねじ締結することで、グリース厚さを均一化できる。なお、パワーモジュール２０とヒートシンク１６とを、２点以上でねじ締結することで、グリース厚さを均一化できる。
【００６９】
また、図１４のパワー半導体装置４０のように、パワーモジュール２０をヒートシンク１６に４点でねじ締結することもできる。パワーモジュール２０に流れる電流が大きくなると、リードフレーム１の端子２３ｃのように幅を大きくすることが知られている。幅の広い端子２３ｃを有するリードフレーム１を備えたパワーモジュール２０も、実施の形態１と同様に、樹脂筐体７の底面１０ｂにおいて金属ベース３の側面よりも外側に設置されると共に底面１０ｂから突出して設けられたリブ２を備えるので、リードフレーム１と金属ベース３との間の絶縁性を高めながら小型にできる。
【００７０】
実施の形態５〜７のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０をヒートシンク１６に４点でねじ締結することでも、同様にパワーモジュール２０のポンピングアウト現象をさらに抑制することができ、グリース１４の排出を低減できる。
【００７１】
実施の形態５〜７のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０のリブ２が梁の役割により、モジュール反りを抑制できる。また、実施の形態５〜７のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０のリブ部１１がベース段差部３２の外周を覆うようにヒートシンク１６に固定されるので、冷熱環境下で発生するパワーモジュール２０のポンピングアウト現象を抑制することで、グリース１４の排出を低減することができ、パワーモジュール２０の放熱性低下を抑制できる。
【００７２】
以上のように実施の形態５〜７のパワー半導体装置４０は、パワーモジュール２０と、パワーモジュール２０の金属ベース３にグリース１４を介して接続されたヒートシンク１６を備える。パワーモジュール２０は、パワー素子４と、パワー素子４からの熱を放熱する金属ベース３と、パワー素子４の電極に電気的に接続されたリードフレーム１と、金属ベース３の一面及びリードフレーム１の一部が露出するようにパワー素子４を封止する樹脂筐体７とを備える。パワーモジュール２０の樹脂筐体７は、パワー素子４及びリードフレーム１の一部が内部に配置されると共に、底面１０ｂにおいて金属ベース３の一面が露出した本体部１０と、本体部１０の底面１０ｂにおいて、金属ベース３の外周を包囲するように設置されると共に、本体部１０の底面から当該底面１０ｂに垂直な方向に突出して設けられたリブ部１１を備える。パワー半導体装置４０のヒートシンク１６は、ヒートシンク土台部３１と、金属ベース３にグリース１４を介して接続されたベース段差部３２を備え、パワーモジュール２０はリブ部１１がベース段差部３２の外周を覆うようにヒートシンク１６に固定されたことを特徴とする。実施の形態５〜７のパワー半導体装置４０は、リブ部１１がベース段差部３２の外周を覆うようにパワーモジュール２０がヒートシンク１６に固定されたので、冷熱環境下で発生するパワーモジュール２０のポンピングアウト現象を抑制することができ、グリース１４の排出を低減することができ、パワーモジュール２０の放熱性低下を抑制できる。
【００７３】
実施の形態８．
図２６は、本発明の実施の形態８によるパワーモジュールの金属ベース側から見た底面図である。図２６のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７の端部からリードフレーム１の露出した端子２３ａ、２３ｂが、一部樹脂で覆われた樹脂部５０を備えている。この構造により、実施の形態８のパワーモジュール２０は、リードフレーム１と金属ベース３間の絶縁距離を大きくすることができ、パワーモジュール２０を小型化できる。
【００７４】
実施の形態８のパワーモジュール２０と、パワーモジュール２０の金属ベース３にグリース１４を介して接続されたヒートシンク１６を備えたパワー半導体装置４０は、リブ部１１がベース段差部３２の外周を覆うようにパワーモジュール２０がヒートシンク１６に固定されたので、冷熱環境下で発生するパワーモジュール２０のポンピングアウト現象を抑制することができ、グリース１４の排出を低減することができ、パワーモジュール２０の放熱性低下を抑制できる。
【００７５】
実施の形態９．
図２７は、本発明の実施の形態９によるパワーモジュールの金属ベース側から見た底面図である。図２７のパワーモジュール２０は、樹脂筐体７の端部からリードフレーム１の端子２３が露出していない部分にリブ２がない構造である。図２７では、３つのリブ２ａ、２ｂ、２ｃが形成され、このリブ２ａ、２ｂ、２ｃが形成された樹脂筐体７の端部において、それぞれ端子２３ａ、２３ｂ、２３ｃが露出している例を示した。この構造により、実施の形態９のパワーモジュール２０は、絶縁距離がない部分の樹脂量を減らすことができ、コストの削減ができる。
【００７６】
実施の形態９のパワーモジュール２０と、パワーモジュール２０の金属ベース３にグリース１４を介して接続されたヒートシンク１６を備えたパワー半導体装置４０は、リブ部１１がベース段差部３２の外周を覆うようにパワーモジュール２０がヒートシンク１６に固定されたので、冷熱環境下で発生するパワーモジュール２０のポンピングアウト現象を抑制することができ、グリース１４の排出を低減することができ、パワーモジュール２０の放熱性低下を抑制できる。
【００７７】
なお、上記各実施の形態においては、パワーモジュール２０に搭載される、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子や、ＳＢＤ（Schottky  Barrier  Diode）やＦｗＤ等の整流素子として機能するパワー素子４には、シリコンウエハを基材とした一般的な素子でも良いが、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドといったシリコンと較べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体材料を用いることができる。例えば、スイッチング素子として機能するパワー素子４や、整流素子として機能するパワー素子４に、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料又はダイヤモンドを用いた場合、従来から用いられてきたシリコン（Ｓｉ）で形成された素子よりも電力損失が低いため、パワーモジュール２０の高効率化が可能となる。また、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、パワーモジュール２０の小型化が可能となる。さらにワイドバンドギャップ半導体素子は、耐熱性が高いので、高温動作が可能であり、ヒートシンク１６の小型化や、水冷部の空冷化も可能となるので、ヒートシンク１６を備えたパワー半導体装置４０の一層の小型化が可能になる。
【００７８】
また、本発明は、矛盾のない範囲内において、各実施の形態の内容を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１…リードフレーム、２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…リブ、３…金属ベース、４…パワー素子、７…樹脂筐体、１０…本体部、１０ｂ…底面、１１…リブ部、１３…ねじ、１４…グリース、１６…ヒートシンク、１６ａ…ヒートシンク溝部、１８…孔、２０…パワーモジュール、２６…リブ土台部、２７…凸部、３１…ヒートシンク土台部、３２…ベース段差部、４０…パワー半導体装置、５０…樹脂部、５１…フレーム接触部、５１ａ…フレーム接触部上面、５１ｂ…フレーム接触部底面、６０…中間製造部品、６２…金型、６５ａ、６５ｂ…端子開口、６６…金属ベース配置部、６７ａ、６７ｂ…ピン開口、６９…リブ端部形成部、７１…突き出しピン、１０１…窪み、ｈ１、ｈ４、ｈ６、ｈ８、ｈ９…リブ高さ、ｗｂ１、ｗｂ２…リブ根元幅、ｈｍ８…本体上面側高さ、ｈｍ９…本体リブ側高さ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【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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【国際調査報告】
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