(57)【要約】【課題】ＳｉＣ−ＩＧＢＴとＳｉＣダイオードとを有するパワーモジュールの絶縁破壊耐性を向上させる。【解決手段】パワーモジュールは、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０とＳｉＣダイオード１１１とを有し、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０の電界緩和領域３２０の上部を覆う樹脂層３２３の膜厚は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚よりも厚く、例えば２００μｍ以上である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣからなるＮ型の第１基板に形成されたＩＧＢＴと、
ＳｉＣからなるＮ型の第２基板に形成されたダイオードと、
前記第１基板の表面を覆う第１樹脂層と、
前記第２基板の表面を覆う第２樹脂層と、
前記第１樹脂層の表面を含む前記第１基板の表面を覆うシリコーンゲルと、
前記第２樹脂層の表面を含む前記第２基板の表面を覆うシリコーンゲルと、
を有し、
前記第１樹脂層の膜厚は、前記第１基板の厚さよりも大きい、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、
前記ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間電圧の絶対最大定格が６．５ｋＶ以上である、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、
前記第１樹脂層の膜厚は、前記第２樹脂層の膜厚よりも大きい、パワーモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記第１基板の厚さは、２００μｍ以下である、パワーモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記ダイオードのカソード電極は、前記ＩＧＢＴのコレクタ電極と電気的に短絡され、前記ダイオードのアノード電極は、前記ＩＧＢＴのエミッタ電極と電気的に短絡されている、パワーモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記第１樹脂層は、少なくとも前記第１基板の電界緩和領域上を覆い、前記第２樹脂層は、少なくとも前記第２基板の電界緩和領域上を覆う、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を有する、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）−ＩＧＢＴとＳｉＣダイオードとを有するパワーモジュール関し、例えば、自動車や鉄道車両の駆動系に内蔵される電力変換装置に用いて好適なパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置のスイッチング素子として、高電圧、大電流を扱う半導体素子のチップがパワーモジュールに搭載されている。
【０００３】
従来、この種の半導体素子の基板材料としてはＳｉ（シリコン）が一般的に用いられてきた。また、例えば鉄道車両用駆動装置などの大容量負荷では、耐圧および電流容量の観点から、スイッチング素子としてＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)が用いられている。
【０００４】
一方、近年では化合物半導体であるＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を材料とした半導体素子の研究開発が進められている。ＳｉＣは、Ｓｉと比較して絶縁破壊電界強度が約１桁大きいため、耐圧を保持するドリフト層を約１／１０に薄くし、不純物濃度を約１００倍高くすることで、素子抵抗を理論上３桁以上低減できる。また、Ｓｉに対してバンドギャップが約３倍大きいことから高温動作も可能であり、例えば、６．５ｋＶ以上の高耐圧を確保でき、導通時の電気抵抗を小さくできるＳｉＣを基板材料としたＩＧＢＴ（以下、ＳｉＣ−ＩＧＢＴという）や、同じくＳｉＣを基板材料としたダイオード（以下、ＳｉＣダイオードという）の開発が進められている。
【０００５】
ＩＧＢＴにはＰチャネル構造とＮチャネル構造とがあるが、ＳｉＣ−ＩＧＢＴとしてはＮチャネル構造とした方が性能面で有利である。Ｎチャネル構造を採用した場合、コレクタはＰ型となるが、ＳｉＣ基板はＰ型での入手が困難であることから、Ｎ型基板上にコレクタＰ層を形成することになる。また、コレクタＰ層の下にはコレクタ電極を形成するため、Ｎ型基板の裏面を研削する必要がある。
【０００６】
上記ＳｉＣ−ＩＧＢＴを搭載するパワーモジュールは、還流用の素子としてＳｉＣダイオードを備える。ＳｉＣダイオードは、Ｎ型基板下にカソード電極を形成できるため、ＳｉＣ−ＩＧＢＴのようにＮ型基板を研削する必要はない。
【０００７】
上述したように、ＳｉＣは、絶縁破壊電界強度がＳｉの約１０倍であり、ドリフト層を薄くすることによる低抵抗化や電界緩和領域の縮小によって低コスト化を図ることができる利点があるが、高電圧印加時にはチップ周辺の電界も強くなるため、パワーモジュール内部のチップ周辺で絶縁破壊が発生するリスクが高くなる。
【０００８】
そのため、ＳｉＣを基板材料としたパワーモジュールにおいては、チップ周辺の半導体素子や配線パターンをシリコーンゲルなどで封止することによって絶縁破壊を防ぐ対策が講じられている。
【０００９】
特許文献１は、チップ周辺の電界緩和領域をシリコーンゲルで覆ったＳｉＣパワーモジュールにおいて、電界緩和領域とシリコーンゲルとの間に酸化シリコンからなる無機層と当該無機層の誘電率以下で且つシリコーンゲルの誘電率以上の樹脂層とを積層することによって、シリコーンゲルの絶縁破壊強度を高める技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１３−１９１７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＳｉＣ−ＩＧＢＴをパワーモジュール内に搭載した場合、ＳｉＣ−ＩＧＢＴはチップ厚が薄いことから高電位の配線パターンからの影響を受けて電界強度が強くなる。このため、絶縁破壊が発生し易くなり、最悪の場合はパワーモジュールの破壊に至る。
【００１２】
特許文献１に開示されたパワーモジュールは、チップ周辺の電界緩和領域とシリコーンゲルとの間に無機層と樹脂層とを設けることによって、シリコーンゲルの絶縁破壊強度を高め、ひいてはシリコーンゲル中の最大電界強度を低減するものである。
【００１３】
しかしながら、今後、パワーモジュールに要求される耐圧がさらに高くなった場合、かかる対策では配線パターンから発生する電界の影響に対する保証はなく、特にＳｉＣ−ＩＧＢＴのようにチップが薄い場合には設計値以上の電界が発生する可能性があることから、シリコーンゲル中の電界強度をさらに低減することによって、パワーモジュールの絶縁破壊耐性を向上させる対策が必要となる。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
代表的な実施の形態によるパワーモジュールは、ＳｉＣ−ＩＧＢＴとＳｉＣダイオードを備え、上記ＳｉＣ−ＩＧＢＴが形成された第１基板の表面を覆う第１樹脂層の膜厚を上記ＳｉＣダイオードが形成された第２基板の表面を覆う第２樹脂層の膜厚よりも大きくするものである。
【発明の効果】
【００１７】
代表的な実施の形態によれば、ＳｉＣ−ＩＧＢＴとＳｉＣダイオードとを有するパワーモジュールの絶縁破壊耐性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態１であるパワーモジュールの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。
【図２】図１に示すパワーモジュールの回路図である。
【図３】（ａ）は、図１に示すパワーモジュールの一部を構成するＳｉＣダイオードのチップ端部の断面図であり、（ｂ）は、図１に示すパワーモジュールの一部を構成するＳｉＣ−ＩＧＢＴのチップ端部の断面図である。
【図４】図１に示すパワーモジュールの一部を構成するＳｉＣ−ＩＧＢＴのチップ上に発生する電気力線を示す模式図である。
【図５】図１に示すパワーモジュールを備えた電力変換装置の回路図である。
【図６】本発明の実施の形態２であ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であるパワーモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合や断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００２０】
（実施の形態１）
図１（ａ）は、実施の形態１のパワーモジュールの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２１】
本実施の形態のパワーモジュール１００は、底部に放熱ベース１０１を有しており、この放熱ベース１０１上には、はんだ１０２ａを介して絶縁基板１０３が接合されている。絶縁基板１０３は、放熱用の金属パターン１０４と、この金属パターン１０４上に積層された絶縁層１０５とを有しており、絶縁層１０５上にはゲート配線パターン１０６、エミッタセンス配線パターン１０７、コレクタ配線パターン１０８、およびエミッタ配線パターン１０９が形成されている。
【００２２】
また、コレクタ配線パターン１０８上には、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０およびＳｉＣダイオード１１１がはんだ１０２ｂを介して接合されており、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極とＳｉＣダイオード１１１のカソード電極とは電気的に短絡されている。なお、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０およびＳｉＣダイオード１１１は、コレクタ配線パターン１０８上に焼結金属（図示せず）を介して接合することもできる。
【００２３】
図１に示す例では、放熱ベース１０１に搭載されている絶縁基板１０３の数は１つであり、コレクタ配線パターン１０８上に接合されているＳｉＣ−ＩＧＢＴの数は６つであり、ＳｉＣダイオードの数は４つであるが、絶縁基板１０３、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０、ＳｉＣダイオード１１１の数を電力変換装置に必要な電流容量に応じて増加させることにより、パワーモジュール１００の電流容量を増加させることができる。また、複数のパワーモジュール１００を並列に接続することによって、電力変換装置の電流容量を増加させることもできる。
【００２４】
コレクタ配線パターン１０８上に接合されたＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のそれぞれは、ゲートワイヤ１１２を介してゲート配線パターン１０６と電気的に接続され、エミッタセンスワイヤ１１３を介してエミッタセンス配線パターン１０７と電気的に接続され、エミッタワイヤ１１４を介してエミッタ配線パターン１０９と電気的に接続されている。
【００２５】
絶縁基板１０３上の各ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０に共通のゲート配線パターン１０６、共通するエミッタセンス配線パターン１０７、共通のコレクタ配線パターン１０８、および共通のエミッタ配線パターン１０９を用いることにより、絶縁基板１０３上の各ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０は並列に接続されている。
【００２６】
一方、各ＳｉＣダイオード１１１は、アノードワイヤ１１５を介してエミッタ配線パターン１０９と電気的に接続されている。また、ＳｉＣダイオード１１１のアノード電極は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のエミッタ電極と電気的に短絡されている。
【００２７】
絶縁基板１０３上の上記ゲート配線パターン１０６、エミッタセンス配線パターン１０７、コレクタ配線パターン１０８、およびエミッタ配線パターン１０９には、超音波接合などによって外部端子（図示せず）が接合されており、これにより、パワーモジュール１００の外部に端子が引き出される。
【００２８】
パワーモジュール１００の底部の放熱ベース１０１には、外装ケース１１６が固定されており、外装ケース１１６の内部には、絶縁基板１０３の全体を覆うようにシリコーンゲル１１７が充填されている。また、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０およびＳｉＣダイオード１１１のそれぞれの表面には、チップ外周に沿って樹脂層１１８が塗布されている。
【００２９】
ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０は、デバイス製造において基板の裏面研削が必要であることから、そのチップ厚は、ＳｉＣダイオード１１１のチップ厚よりも薄い。そこで、本実施の形態では、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０上の樹脂層１１８をＳｉＣダイオード１１１上の樹脂層１１８よりも厚く塗布することによって、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ端部付近の電界強度を低減し、シリコーンゲル１１７の絶縁破壊を防いでいる。
【００３０】
図２は、図１に示すパワーモジュール１００の回路図である。図２に示すパワーモジュール１００は、６つのＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０の各ゲート電極がゲート端子２０１と電気的に接続され、各コレクタ電極がコレクタ端子２０２と電気的に接続され、各エミッタ電極がエミッタ端子２０３およびエミッタセンス端子２０４と電気的に接続されている。エミッタ端子２０３は、パワーモジュール１００の外部の主回路機器と電気的に接続され、エミッタセンス端子２０４は、同じくパワーモジュール１００の外部の制御機器などと電気的に接続される。一方、４つのＳｉＣダイオード１１１の各カソード電極は、コレクタ端子２０２と電気的に接続され、各アノード電極は、エミッタ端子２０３およびエミッタセンス端子２０４と電気的に接続されている。
【００３１】
図３（ａ）は、ＳｉＣダイオード１１１のチップ端部の断面図であり、図３（ｂ）は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ端部の断面図である。
【００３２】
図３（ａ）に示すＳｉＣダイオード１１１は、カソード電極３０１上にＮ基板層３０２が接しており、Ｎ基板層３０２上にＮ＋バッファ層３０３が形成され、Ｎ＋バッファ層３０３上には耐圧確保を担うＮ−層３０４が形成されている。Ｎ＋バッファ層３０３およびＮ−層３０４は、Ｎ基板層３０２上にエピタキシャル成長によって形成されている。Ｎ基板層３０２の厚さは、例えば３５０μｍ前後であり、Ｎ−層３０４の厚さは、例えば７０μｍ前後である。
【００３３】
Ｎ−層３０４の表面のチップ端部には、チップ側面への電界漏れを抑制するチャネルストッパＮ領域３０５およびチャネルストッパ電極３０６が形成されている。また、Ｎ−層３０４の表面のアノード電極３０７側には電界緩和領域３０８が形成されている。電界緩和領域３０８は、Ｐ領域３０８ａ、Ｐ領域３０８ｂ、およびＰ領域３０８ｃからなり、アノード電極３０７に近いＰ領域３０８ａの幅を最も広くし、アノード電極３０７から離れるＰ領域３０８ｂ、Ｐ領域３０８ｃの順に幅を狭くしている。
【００３４】
Ｎ−層３０４の表面上には、酸化シリコン膜などからなる絶縁層３０９が形成され、絶縁層３０９上には、ポリイミド樹脂などからなる保護膜３１０が形成され、保護膜３１０上に樹脂層３１１が形成されている。樹脂層３１１は、主としてポリアミドイミド樹脂などが用いられる。また、チップ表面およびチップ側面は、シリコーンゲル３１２で覆われている。ＳｉＣダイオード１１１のチップ全体の厚さの大部分は、Ｎ基板層３０２およびＮ−層３０４で占められているので、ＳｉＣダイオード１１１のチップ厚は、４２０μｍ前後となる。
【００３５】
図３（ｂ）に示すＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０は、コレクタ電極３１３上にコレクタＰ層３１４が接している。コレクタＰ層３１４上には、Ｎバッファ層３１５が形成され、Ｎバッファ層３１５上には耐圧確保を担うＮ−層３１６が形成されている。Ｐ型のＳｉＣ基板は入手が困難であるため、コレクタＰ層３１４下にコレクタ電極３１３を形成し、かつＮ−層３１６上にデバイス構造を製造するためにはＮ基板層を研削する必要がある。そのため、コレクタＰ層３１４、Ｎバッファ層３１５、Ｎ−層３１６は、図示されていないＮ基板上にエピタキシャル成長によって形成されたものである。Ｎ−層３１６の厚さは１５０μｍ前後であり、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚さは、Ｎ基板層がないためＮ−層３１６とほぼ同等の１５０μｍ前後となる。
【００３６】
Ｎ−層３１６の表面には、ＳｉＣダイオード１１１と同様に、チャネルストッパＮ領域３１７、チャネルストッパ電極３１８、エミッタ電極３１９、電界緩和領域３２０、絶縁層３２１、保護膜３２２、樹脂層３２３が形成されており、チップ表面およびチップ側面は、シリコーンゲル３２４で覆われている。本実施の形態では、シリコーンゲル１１７の絶縁破壊を防ぐ観点から、樹脂層３２３の膜厚をＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚よりも厚くしており、具体的には２００μｍ以上としている。
【００３７】
パワーモジュール１００内において、ＳｉＣダイオード１１１のカソード電極３０１は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極３１３と電気的に短絡されており、ＳｉＣダイオード１１１のアノード電極３０７は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のエミッタ電極３１９と電気的に短絡されている。
【００３８】
そして、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０がオフの状態でコレクタ端子に電圧が印加されると、ＳｉＣダイオード１１１のカソード電極３０１とアノード電極３０７との間、およびＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極３１３とエミッタ電極３１９との間にそれぞれ電位差が発生する。チップ内部ではＮ−層３０４、３１６および電界緩和領域３０８、３２０によって耐圧が確保される。また、チップ表面では、特に電界緩和領域３０８、３２０上で強い電界が発生する。絶縁層３０９、３２１において最も強い電界となるため、絶縁層３０９、３２１で絶縁破壊が発生しないように電界緩和領域３０８、３２０が設計されている。保護膜３１０、３２２、樹脂層３１１、３２３では、絶縁層３０９、３２１よりも電界が弱まっているため、絶縁破壊が発生する恐れはない。シリコーンゲル３１２、３２４ではさらに電界が弱まっているが、シリコーンゲル３１２、３２４の絶縁破壊電界強度は樹脂層３１１、３２３の１／１０以下であるため、樹脂層３１１、３２３の膜厚が十分でない場合、シリコーンゲル３１２、３２４中で絶縁破壊が発生してしまう。
【００３９】
図４は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ上に発生する電気力線を示す模式図である。
【００４０】
ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のコレクタ−エミッタ間に電圧が印加されると、コレクタ電極３１３およびチャネルストッパ電極３１８は高電位となり、エミッタ電極３１９は低電位となり、高電位部から低電位部に向かって電界が発生する。電界はチャネルストッパ電極３１８近傍から向かうものと、コレクタ配線パターン１０８から向かうものに分けられ、いずれも電界緩和領域３２０上を通って低電位部へ向かう。電気力線の密度は電界強度の強さを表しており、電気力線が集中している電界緩和領域３２０上において電界が強い。チャネルストッパ電極３１８近傍から向かう電界の強度は図示の寸法Ｗによって決まり、この幅が広いほど電界は弱くなる。コレクタ配線パターン１０８から向かう電界の強度は、寸法ＷおよびＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚Ｄによって決まる。寸法Ｗが広く、チップ厚Ｄが大きいほど電界は弱くなる。
【００４１】
ＳｉＣダイオード１１１のようにチップ厚Ｄが４００μｍ以上である場合は、コレクタ配線パターン１０８から向かう電界の影響は小さく、電界緩和領域３２０の設計ではチャネルストッパ電極３１８近傍から向かう電界のみが考慮される。しかし、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０は、チップ厚Ｄが１５０μｍ程度であるため、コレクタ配線パターン１０８から向かう電界の影響が大きくなり、設計値以上の電界が発生して絶縁破壊に至る可能性がある。この場合、寸法Ｗを広くすることによって電界を低減することができるが、ウエハ１枚当たり製造できるチップ数が減少するため製造コストが増大する。
【００４２】
これを避ける方法として、本実施の形態のように樹脂層３２３の膜厚Ｈを厚くし、シリコーンゲル３２４の絶縁破壊電界強度を超える領域を樹脂層３２３で覆うことによって絶縁破壊を防ぐことができる。寸法Ｗが５００μｍの場合、コレクタ配線パターン１０８から向かう電界を考慮しなくとも樹脂層３２３の膜厚Ｈは２００μｍ程度必要である。実際はコレクタ配線パターン１０８から向かう電界も加わるため、これ以上の膜厚が必要となる。コレクタ配線パターン１０８から向かう電界も考慮した電界計算は困難であるが、樹脂層３２３の膜厚ＨがＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚Ｄよりも小さい場合には、シリコーンゲル３２４中で絶縁破壊が発生する可能性が高い。従って、本実施の形態のように樹脂層３２３の膜厚ＨをＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚Ｄ以上とすることによって、シリコーンゲル３２４中の電界の最大値を低減し、絶縁破壊を防ぐことができる。
【００４３】
ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０がオン状態になると、コレクタ電極３１１−エミッタ電極３１７間が導通するが、電気抵抗によって損失が発生する。電気抵抗の一部はＮ−層３１６であり、これを薄くすることによって低損失化を図ることができる。本実施の形態では、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のチップ厚の大部分を占めるＮ−層３１６を１５０μｍとしたが、６．５ｋＶの耐圧を確保するには７０μｍ程度で十分である。デバイス製造における機械的強度の観点から１５０〜２００μｍ程度が必要とされるが、機械的強度の問題を回避することができれば、Ｎ−層３１６を薄くすることでより低損失なパワーモジュールを提供することができる。Ｎ−層３１６を薄くすると低損失となる一方で、コレクタ配線パターンから受ける電界の影響が強くなり、絶縁破壊は発生し易くなる。従って、本実施の形態の構造を適用することで絶縁破壊が発生し難くなり、低損失と耐圧確保を両立させることができる。
【００４４】
図５は、上述した本実施の形態のパワーモジュール１００を備えた電力変換装置の回路図である。
【００４５】
電力変換装置５０１は、パワーモジュール群ＰＭ１〜ＰＭ６、および供給される電源電圧ＶＣＣの安定化のためのコンデンサＣを有する。図５にはインダクタが図示されていないが、負荷がインダクタンスを持つ場合は負荷が持つインダクタンスを利用できる。
【００４６】
パワーモジュールＰＭ１〜ＰＭ６は、それぞれが複数のＳｉＣ-ＩＧＢＴ１１０およびＳｉＣダイオード１１１を並列接続することによって構成されている。なお、パワーモジュールＰＭ３〜ＰＭ６については、図の分かり易さのために１つずつのＳｉＣ-ＩＧＢＴ１１０およびＳｉＣダイオード１１１を代表して記載している。ＳｉＣダイオード１１１のカソード電極は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０のコレクタ電極と電気的に短絡されており、アノード電極はエミッタ電極と電気的に短絡されている。ゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ６は、各パワーモジュールＰＭ１〜ＰＭ６を駆動するゲート駆動回路である。
【００４７】
パワーモジュールＰＭ１〜ＰＭ６は、ゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ６から出力された信号によってオンとオフを繰り返す。２つのパワーモジュールが直列接続されたものが３組あり、電源電圧ＶＣＣに対して並列に接続されている。各組のスイッチング素子群の間の接続点から図示していない負荷に配線が接続される。
【００４８】
直列接続された２つのパワーモジュール（例えばＰＭ１とＰＭ２）が同時にオンすることはない。パワーモジュールＰＭ１がターンオフすると、デッドタイムと呼ばれる一定の時間が経過した後にパワーモジュールＰＭ２がターンオンする。デッドタイム期間中は、負荷電流の向きに応じてパワーモジュールＰＭ１のＳｉＣ−ＩＧＢＴあるいはパワーモジュールＰＭ２のＳｉＣダイオードに電流が流れる。パワーモジュールＰＭ３とＰＭ４、パワーモジュールＰＭ５とＰＭ６についても同様である。
【００４９】
電力変換装置５０１は、直流電力を三相交流電力に変換し、図示していない負荷へ電力を供給する。パワーモジュールＰＭ１〜ＰＭ６のうち１つでも内部の絶縁破壊などで故障した場合、電力変換装置５０１は、負荷に合った電力を供給することができなくなる。本実施の形態の電力変換装置５０１では、パワーモジュールＰＭ１〜ＰＭ６が上述の電界強度低減効果により安定して動作するため、高信頼化を実現することができる。
【００５０】
（実施の形態２）
図６（ａ）は、実施の形態２のパワーモジュールの断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の点線Ａで囲われた領域の拡大図である。
【００５１】
本実施の形態のパワーモジュール６００が実施の形態１のパワーモジュール１００と異なる点は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０上の樹脂層１１８の膜厚よりもＳｉＣダイオード１１１上の樹脂層１１８の膜厚を薄くした点である。
【００５２】
前述したように、ＳｉＣダイオード１１１は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０よりもチップ厚が大きい。そのため、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０とＳｉＣダイオード１１１とで樹脂層１１８の膜厚が等しい場合は、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０の方がシリコーンゲル１１７中の電界が強くなる。
【００５３】
樹脂層１１８の膜厚は、塗布量の減少や塗布速度の増加によって薄くすることができる。本実施の形態のように、ＳｉＣダイオード１１１上の樹脂層１１８の膜厚を必要最小限にすることによって、シリコーンゲル１１７中の電界を低減しつつ、樹脂層１１８の剥離やクラックのリスク低減による信頼性の向上や、塗布量の減少によるコスト低減、塗布速度の増加によるスループット向上などの効果が得られる。
【００５４】
（実施の形態３）
図７は、実施の形態３のパワーモジュールの断面図である。
【００５５】
本実施の形態のパワーモジュール７００が実施の形態１のパワーモジュール１００と異なる点は、コレクタ配線パターン１０８に段差を設けてＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０の上端部とＳｉＣダイオード１１１の上端部の高さを揃え、スペーサ７０１を介してエミッタ配線パターン１０９をチップ上部に配置して第２の絶縁基板７０２および第２の放熱ベース７０３を設けた点である。
【００５６】
ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０とスペーサ７０１の間、ＳｉＣダイオード１１１とスペーサ７０１の間、スペーサ７０１と第２の絶縁基板７０２の間、第２の絶縁基板７０２と第２の放熱ベース７０３の間は、それぞれはんだ１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅを介して接合される。
【００５７】
本実施の形態によれば、ＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０およびＳｉＣダイオード１１１で発生する熱が第２の放熱ベース７０３にも伝わり、上下の両面から放熱することができるので放熱効率が向上する。また、コレクタ配線パターン１０８に段差を設けてＳｉＣ−ＩＧＢＴ１１０の上端部とＳｉＣダイオード１１１の上端部の高さを揃えることによって、スペーサ７０１を全て同じ形状とすることができる。
【００５８】
本実施の形態では、エミッタ配線パターン１０９が上部に配置されたことにより、コレクタ配線パターン１０８からエミッタ配線パターン１０９に向かう垂直方向の電界が発生する。そのため、スペーサ７０１の高さが十分でない場合は、この電界がシリコーンゲル１１７の絶縁破壊電界強度を超える可能性がある。これを防ぐには、スペーサ７０１の高さを６００μｍ以上とするのが望ましい。
【００５９】
以上、本発明者らによってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  パワーモジュール
１０１  放熱ベース
１０２ａ、１０２ｂ  はんだ
１０３  絶縁基板
１０４  金属パターン
１０５  絶縁層
１０６  ゲート配線パターン
１０７  エミッタセンス配線パターン
１０８  コレクタ配線パターン
１０９  エミッタ配線パターン
１１０  ＳｉＣ−ＩＧＢＴ
１１１  ＳｉＣダイオード
１１２  ゲートワイヤ
１１３  エミッタセンスワイヤ
１１４  エミッタワイヤ
１１５  アノードワイヤ
１１６  外装ケース
１１７  シリコーンゲル
１１８  樹脂層
２０１  ゲート端子
２０２  コレクタ端子
２０３  エミッタ端子
２０４  エミッタセンス端子
３０１  カソード電極
３０２  Ｎ基板層
３０３、３１５  Ｎ＋バッファ層
３０４、３１６  Ｎ−層
３０５、３１７  チャネルストッパＮ領域
３０６、３１８  チャネルストッパ電極
３０７、３１９  アノード電極
３０８、３２０  電界緩和領域
３０８ａ、３０８ｂ、３０８ｃ、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ  Ｐ領域
３０９、３２１  絶縁層
３１０、３２２  保護膜
３１１、３２３  樹脂層
３１２、３２４  シリコーンゲル
３１３  コレクタ電極
３１４  コレクタＰ層
５０１  電力変換装置
６００  パワーモジュール
７００  パワーモジュール
７０１  スペーサ
７０２  第２の絶縁基板
７０３  第２の放熱ベース
Ｃ  コンデンサ
ＧＤ１〜ＧＤ６  ゲート駆動回路
ＰＭ１〜ＰＭ６  パワーモジュール
ＶＣＣ  電源電圧
【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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