(57)【要約】【課題】モールド樹脂封止された絶縁回路基板と冷却器との金属接合部の信頼性を向上したパワーモジュールを得る。【解決手段】上面と下面とに導体層２，３を有し、上面の導体層２上に半導体素子５が搭載された絶縁基板１と、下面の導体層３は下側に平面部３１、側面に側面部３２をそれぞれ有し、平面部３１と側面部３２の一部とを露出して絶縁基板１を封止する封止樹脂７と、封止樹脂７から露出した平面部３１と側面部３２の一部とに接合する接合材８と、接合材８を介して絶縁基板１と接合された冷却器９と、を備えたことを特徴とするパワーモジュール。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と下面とに導体層を有し、前記上面の前記導体層上に半導体素子が搭載された絶縁基板と、
前記下面の前記導体層は下側に平面部、側面に側面部をそれぞれ有し、前記平面部と前記側面部の一部とを露出して前記絶縁基板を封止する封止樹脂と、
前記封止樹脂から露出した前記平面部と前記側面部の一部とに接合する接合材と、
前記接合材を介して前記絶縁基板と接合された冷却器と、
を備えたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記接合材は、前記側面部における形状がテーパー形状であることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記側面部における形状は、断面視において、前記絶縁基板側の幅よりも前記冷却器側の幅が広いことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記上面の前記導体層および前記半導体素子と接続する電極端子を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記電極端子は、前記封止樹脂の側面側から外部へ突出したことを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記電極端子は、前記封止樹脂の上面側から外部へ突出したことを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記冷却器の上面で前記接合材の外周部を囲む領域に設けられたソルダーレジストと、
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記ソルダーレジストは、前記接合材の角部と対向する角部において内側から外側へ向かう突出部を備えたことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記導体層の露出した前記側面部の長さをＬ（ｍｍ）とし、前記導体層の厚さをｔ（ｍｍ）としたとき、前記長さＬが、ｔ−０.２≧Ｌ≧１/３×ｔの範囲であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
上面と下面とに導体層を有する絶縁基板の前記下面の前記導体層の側面の側面部の一部を露出して前記下面の前記導体層を下金型のはめ込み部にはめ込む絶縁回路基板設置工程と、
前記絶縁基板と露出した前記側面部の一部とを封止樹脂で封止する樹脂封止工程と、
前記封止樹脂から露出した前記下面の前記導体層の下側の平面部と前記側面部の一部とを接合材を介して冷却器と接合する冷却器接合工程と、
を備えたことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記冷却器の上面に開口部を有するソルダーレジストを形成するソルダーレジスト形成工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１０に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のパワーモジュールを有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却器を備えたモールド樹脂封止型のパワーモジュール、その製造方法およびこのパワーモジュールを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパワーモジュールは、セラミック基板の一方の面に接触した導体にはんだ付けされた能動素子がモールド樹脂で封止され、セラミック基板の他方の面に形成された導体膜を有し、モールド樹脂は、セラミック基板の導体膜が形成された面の周縁部を覆い、導体膜と冷却器とが接合されたパワーモジュールが開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３-０３１７６５号公報（第１３頁、第１２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のパワーモジュールでは、セラミック基板をモールド樹脂封止したパワーモジュールのセラミック基板の導体層露出部と冷却器との金属接合部は、パワーモジュールと冷却器との熱膨張係数の差が大きく、温度サイクルなどの熱応力で金属接合部に剥離が発生するという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、モールド樹脂封止された絶縁回路基板と冷却器との金属接合部の信頼性を向上したパワーモジュールを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るパワーモジュールは、上面と下面とに導体層を有し、上面の導体層上に半導体素子が搭載された絶縁基板と、下面の導体層は下側に平面部、側面に側面部をそれぞれ有し、平面部と側面部の一部とを露出して絶縁基板を封止する封止樹脂と、封止樹脂から露出した平面部と側面部の一部とに接合する接合材と、接合材を介して絶縁基板と接合された冷却器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、絶縁回路基板と冷却器との金属接合部での剥離の発生を抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールを示す平面構造模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールを示す断面構造模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図９】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１０】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの絶縁基板端部を示す断面構造模式図である。
【図１３】この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの導体層厚さと導体層側面露出長さとの関係図である。
【図１４】この発明の実施の形態１における他のパワーモジュールを示す断面構造模式図である。
【図１５】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す平面構造模式図である。
【図１６】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す断面構造模式図である。
【図１７】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す製造工程の断面構造模式図である。
【図１８】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す製造工程の断面構造模式図である。
【図１９】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す製造工程の断面構造模式図である。
【図２０】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールのソルダーレジスト形状を示す平面構造模式図である。
【図２１】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの角部を示す断面構造模式図である。
【図２２】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの他のソルダーレジスト形状を示す平面構造模式図である。
【図２３】この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの他の角部を示す断面構造模式図である。
【図２４】この発明の実施の形態２における他のパワーモジュールを示す平面構造模式図である。
【図２５】この発明の実施の形態３におけるパワーモジュールを示す平面構造模式図である。
【図２６】この発明の実施の形態３におけるパワーモジュールを示す断面構造模式図である。
【図２７】この発明の実施の形態４における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
はじめに、本発明のパワーモジュールの全体構成について、図面を参照しながら説明する。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールを示す平面構造模式図である。図２は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールを示す断面構造模式図である。図１中の一点鎖線ＡＡにおける断面構造模式図が図２である。図において、パワーモジュール１００は、絶縁回路基板４、半導体素子５、電極端子６、封止樹脂であるモールド樹脂７、接合材８、冷却器９を備えている。
【００１１】
絶縁回路基板４は、絶縁基板であるセラミック板１とセラミック板１の上面および下面に形成された導体層２，３を備えている。セラミック板１としては、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミ（ＡｌＮ）、アルミナ、Ｚｒ含有アルミナを用いることができる。特に、熱伝導性の点からＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４が好ましく、材料強度の点からＳｉ３Ｎ４がより好ましい。
【００１２】
セラミック板１の両面（上面、下面）に形成されている導体層２，３は、寸法（大きさ）、厚みがともに同じである金属を用いている。ただし、導体層２，３には、それぞれ電気回路が形成されるため、パターン形状が異なる場合がある。また、導体層２，３の大きさは、セラミック板１よりも小さい。導体層２，３の大きさをセラミック板１よりも小さくすることで、導体層２，３間の沿面距離を拡げる（確保）ことができる。さらに、導体層３の大きさをセラミック板１よりも小さくすることで、セラミック板１の下側に封止樹脂７を回り込ませることができる。導体層２，３としては、電気伝導、熱伝導性に優れた金属、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金、銅および銅合金を用いることができる。特に、熱伝導、電気伝導の観点から銅を用いるのが好ましい。
【００１３】
セラミック板１の上面側の導体層２上には、半導体素子５が、例えば、接合材８としてはんだを介して電気的に接合されている。ここで、例えば半導体素子５としては、大電流を制御するＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような電力制御用半導体素子（スイッチング素子）や還流用のダイオード等が用いられる。
【００１４】
半導体素子５を構成する材料としては、例えば、珪素（Ｓｉ）以外に炭化珪素（ＳｉＣ）が適用可能である。これらを基板材料として用いたＳｉ半導体素子またはＳｉＣ半導体素子が適用される。
【００１５】
ＳｉＣ半導体素子は、Ｓｉ半導体素子と比較して非常に硬いため、ＳｉＣ半導体素子厚は０.０８〜０.２ｍｍであることが好ましい。ＳｉＣ半導体素子厚を０.０８ｍｍより薄くするためには、非常に硬いＳｉＣウエハを研削するため時間と費用がかかる。また、ＳｉＣ半導体素子厚が０.２ｍｍより厚い場合は、ＳｉＣ半導体素子の放熱性の低下や封止樹脂との界面の熱応力が大きくなる。そのため、ＳｉＣ半導体素子の厚みは０．０８〜０．２ｍｍの範囲とすることが良い。
【００１６】
半導体素子５と絶縁回路基板４の上面側の導体層２との接合は、通常は接合材８として、はんだが用いられる。また、接合材８は、はんだ以外に焼結銀や液相拡散材料が適用可能である。焼結銀や液相拡散材料は、はんだ材料と比較して溶融温度が高く、冷却器９と絶縁回路基板４の下面側の導体層３との接合時に再溶融することがなく、半導体素子５と絶縁回路基板４の接合信頼性が向上する。
【００１７】
さらに、焼結銀や液相拡散材料は、はんだより溶融温度が高いため、パワーモジュール１００の動作温度の高温化が可能となる。焼結銀は、熱伝導性がはんだより良好なため、半導体素子５の放熱性が向上して信頼性が向上する。液相拡散材料は、焼結銀より低荷重で接合できるためプロセス性が良好で、接合荷重による半導体素子５へのダメージの影響が防止可能となる。
【００１８】
電極端子６は、半導体素子５上の所定の電極端子６接合位置に接合される。また、電極端子６は、絶縁回路基板４の上面側の導体層２上の所定の電極端子６接合位置にも接合される。電極端子６は、モールド樹脂７の側面側から外部へ突出した構造になっている。電極端子６は、例えば、厚み０.５ｍｍの銅板を、エッチングや金型打ち抜きなどで所定の形状に加工したものが使用可能である。
【００１９】
半導体素子５が接合されていない絶縁回路基板４の下面側の導体層３は、セラミック板１と接する面の反対側である下側に平面部３１、側面に側面部３２をそれぞれ備える。そして、導体層３は、導体層３の下側の平面部３１と側面の側面部３２の一部とが露出するようにモールド樹脂７で封止される。露出した導体層３の平面部３１と側面部３２の一部とは、接合材８を用いて冷却器９に接合されている。ここで、導体層３は、導体層３の平面部３１だけでなく、導体層３の側面部３２の一部にも接合材８が形成されている。この導体層３の側面部３２において、接合材８の形成位置（高さ）としては、モールド樹脂７の冷却器９側となる部分（モールド樹脂７の底部）と接する位置まで形成される。しかしながら、接合材８の形成位置として、モールド樹脂７上に接合材８が接触して（這い上がって）いても良く、また、モールド樹脂７と接合材８とが接触せずに、側面部３２上で離れて形成されていても良い。
【００２０】
モールド樹脂７は、絶縁基板１、導体層２および上記の導体層３の側面部３２の一部を封止する。モールド樹脂７は、例えば、シリカ粒子が充填されたエポキシ樹脂／フェノール樹脂硬化剤系のモールド樹脂が使用可能である。
【００２１】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合材８は、例えば、はんだが使用可能である。はんだとしては、Ｓｎ−Ｓｂ組成系のはんだ材が接合信頼性の観点で好ましい。絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合は、半導体素子５と絶縁回路基板４との接合の場合と同様に、はんだ以外に焼結銀や液相拡散材料が適用可能である。そして、導体層３の側面部３２と冷却器９との接合部のはんだ形状は、傾斜を持たせたテーパー（フィレット）形状となる。このことより、導体層３の外周部（周縁部）でのはんだの熱応力が緩和され、はんだの剥離が抑制される。ここで、接合材８であるはんだのテーパー形状は、導体層３の側面部３２の絶縁基板１側から冷却器９の外周側へ向かって拡がる（裾引き）形状である。すなわち、導体層３の側面部３２と冷却器９との接合部のはんだ形状は、断面視において、絶縁基板１側の幅よりも冷却器９側の幅が広い形状である。
【００２２】
液相拡散材料としては、Ｃｕ−Ｓｎ組成系、Ｃｕ−Ａｇ組成系の材料が接合信頼性の観点で好ましい。焼結銀は熱伝導性がはんだより良好なため、パワーモジュール１００の放熱性が向上して信頼性が向上する。また、液相拡散材料は、焼結銀より低荷重で接合できるためプロセス性が良好で、接合荷重によるパワーモジュール１００へのダメージの影響が防止可能となる。
【００２３】
冷却器９は、例えば、アルミニウムおよびアルミニウム合金、銅および銅合金、ＡｌＳｉＣなどのアルミニウムとセラミックスからなる複合材料を用いることができる。特に、熱伝導性、加工性、軽量の点からアルミニウムおよびアルミニウム合金が好ましい。冷却器９の内部には、冷却のための冷媒を流すための流路が形成されている。図２においては、複数の冷却ピン９１を設けることで、より効率的に冷却することが可能となる。冷却器９の構造としては、この構造に限定されるものではなく、冷却可能な構造であれば適用可能である。
【００２４】
次に、上述のように構成された本実施の形態１のパワーモジュール１００の製造方法について説明する。
【００２５】
図３から図１１は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの各製造工程を示す断面構造模式図である。図３は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図４は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図５は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図６は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図７は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図８は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図９は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図１０は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図１１は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図３から図１１の工程を経ることにより、パワーモジュール１００を製造することができる。
【００２６】
はじめに、図３に示すように、セラミック板１の上面に導体層２を、下面に導体層３を形成する（絶縁回路基板形成工程）。セラミック板１と導体層２，３との接合は、ロウ付け等により行う。このとき、導体層２，３は、大きさ、厚さが同じ金属層を用いて形成する。導体層２，３のセラミック板１上での形成位置は、セラミック板１を挟んで対称となる（同じ）位置である。ただし、導体層２，３には、それぞれ電気回路が形成されるため、パターン形状が異なる場合がある。なお、導体層３は、絶縁回路基板４の下面側の導体層３のセラミック板１と接する面の反対側である平面部３１と導体層３の側面部３２と有する。
【００２７】
次に、図４に示すように、絶縁回路基板４の上面の導体層２上の所定の位置（半導体素子５配置領域または、電極端子６配置領域）に、半導体素子５と電極端子６とを接合材８であるはんだを用いて電気的に接合する。また、半導体素子５上の所定の位置（電極端子６配置領域）に電極端子６を接合材８であるはんだを用いて電気的に接合する（部材接合工程）。このように、絶縁回路基板４上に、半導体素子５と電極端子６とを接合することで、電気回路が形成される。
【００２８】
次に、トランスファーモールド装置（図示せず）を用いて、所定形状に加工した金型内に前工程で作製した絶縁回路基板４を固定してモールド樹脂７で封止する。この後のモールド封止工程では、絶縁回路基板４の下金型１２への設置と下金型１２の上部へ上金型１１の配置とモールド樹脂７の圧入と圧入したモールド樹脂７の硬化とを行う。
【００２９】
図５に示すように、下金型１２を準備（下金型設置工程）し、導体層２上に半導体素子５と電極端子６とを接合した絶縁回路基板４の導体層３を下金型１２に形成したはめ込み部である下金型キャビティー１３にはめ込む（絶縁回路基板設置工程）。この下金型キャビティー１３は、絶縁回路基板４の下面側の導体層３のセラミック板１と接する面の反対側である下側の平面部３１と導体層３の側面の側面部３２の一部とをはめ込むためのものである。下金型キャビティー１３内にはめ込まれた導体層３の部分（平面部３１と側面部３２の一部）は、樹脂封止後、モールド樹脂７では封止されず、モールド樹脂７から露出した領域となる。また、導体層３の下金型キャビティー１３から露出した部分は、樹脂封止後、モールド樹脂７で封止される。
【００３０】
次に、図６の示すように、下金型１２と上金型１１とを合わせて上下の金型を閉じることで絶縁回路基板４を上金型１１と下金型１２との内部に配置する。このとき、上金型１１と下金型１２とは、電極端子６の一部を金型の側面から突出させた状態で固定される（上金型設置工程）。このように電極端子６を金型の側面から突出させることで、モールド樹脂７で封止後に、電極端子６をモールド樹脂７の外部へと露出させることができる。このとき、電極端子６はモールド樹脂７（図示せず）からの突出位置に合わせて屈曲部を有する構成としても良い。
【００３１】
次に、図７に示すように、内部に絶縁回路基板４を配置した金型内へモールド樹脂７を圧入する。図においては、矢印で示した右側から左側へ向かってモールド樹脂７が圧入される途中の状態を示している。モールド樹脂７としては、例えば、シリカ粒子が充填されたエポキシ樹脂／フェノール樹脂硬化剤系の樹脂（熱膨張係数１２ｐｐｍ／Ｋ）を用いることができる（樹脂封止工程）。また、樹脂材料に合わせた条件（圧力等）で金型内へモールド樹脂７を圧入することでモールド樹脂７により封止できる。
【００３２】
次に、図８に示すように、モールド樹脂７の圧入の完了後、金型内に絶縁回路基板４を配置したそのままの状態で圧入したモールド樹脂７の硬化処理を実施する。例えば、モールド樹脂７の硬化処理条件としては、１８０℃、３分間の条件で行う（第一の樹脂硬化工程）。このように硬化処理を行うことで圧入されたモールド樹脂７が硬化される。
【００３３】
次に、図９に示すように、上下の金型内からモールド樹脂７での封止が完了した絶縁回路基板４を取り出す（絶縁回路基板取出工程）。このとき、モールド樹脂７は、絶縁回路基板４の上面側の全面と絶縁回路基板４の下面側の導体層３の側面部３２の一部とを封止した状態となっている。そして、導体層３の平面部３１と側面部３２の一部とはモールド樹脂７から露出した状態となっている。この導体層３の側面部３２のモールド樹脂７の位置は、絶縁回路基板４を下金型１２へ配置するときに、導体層３を設置した下金型キャビティー１３のはめ込み量（深さ）により決定される。
【００３４】
すなわち、この下金型キャビティー１３の深さが、導体層３の側面部３２のモールド樹脂７からの露出量を決定する。そして、この下金型キャビティー１３の深さを調整することで、所望の特性（剥離特性、絶縁特性）を得ることができる。
【００３５】
さらに、図９に示した上下の金型から取り出したモールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４は、オーブン中で１７５℃、６時間の条件でモールド樹脂７の硬化処理を行う（第二の樹脂硬化工程）。これらの工程を経ることにより、モールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４が完成する。
【００３６】
次に、図１０に示すように、モールド樹脂７で樹脂封止された絶縁回路基板４は、接合材８を介して、冷却器９の所定の位置へ治具を用いて固定される（冷却器配置工程）。
【００３７】
絶縁回路基板４と接合材８とを冷却器９に固定後、図１１に示すように、リフロー炉を用いて接合材８をリフローすることで接合材８が溶融し、モールド樹脂７から露出した絶縁回路基板４の下面側の導体層３の平面部３１と側面部３２の一部（露出部）と冷却器９とが接合材８を介して接合される（冷却器接合工程）。
【００３８】
以上の主要な製造工程を経ることで、パワーモジュール１００が製造できる。
【００３９】
次に、上記の製造工程を用いて試作した本実施の形態１のパワーモジュール１００の導体層３の厚さと導体層３の露出量を変えたときの剥離特性および絶縁特性について説明する。
【００４０】
評価に用いたパワーモジュール１００の基本構造は、以下の通りである。
【００４１】
半導体素子５としては、Ｓｉ半導体素子を用いる。そして、外形が２０ｍｍ×２０ｍｍの絶縁回路基板４の所定の位置に０.１ｍｍ厚のＳｉ半導体素子をはんだで接合する。そして、電極端子６を絶縁回路基板４、Ｓｉ半導体素子の所定の位置にはんだ接合する。
【００４２】
絶縁回路基板４の仕様は、厚さ０.３２ｍｍのＳｉ３Ｎ４のセラミック板１の両面に厚さ０.７ｍｍで大きさが１６ｍｍ×１６ｍｍの導体層２，３である銅パターンが形成されている。ここで、導体層２，３の大きさは、セラミック板１大きさよりも小さく、セラミック板１から、導体層２，３がはみ出すことはない。
【００４３】
トランスファーモールド封止に用いる下金型１２には、大きさ１６ｍｍ×１６ｍｍで深さ０.５ｍｍの絶縁回路基板４の下面側の導体層３の平面部３１と側面部３２の一部とをはめ込む下金型キャビティー１３が形成されている。このため、絶縁回路基板４のセラミック板１の全面がモールド樹脂７で封止され、セラミック板１に形成された下面側の導体層３の下側の平面部３１と側面部３２のうちの平面部３１の表面からセラミック板１に向かって高さ０.５ｍｍを露出させてモールド樹脂７で封止される（導体層３の側面部３２のセラミック板１から下側へ０．２ｍｍの位置までをモールド樹脂７で封止した）。
【００４４】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合は、接合材８として大きさ１６ｍｍ×１６ｍｍ、厚さ０.３ｍｍのフィルム状のはんだを使用する。そして、冷却器９の所定位置に、絶縁回路基板４の下面側の導体層３とフィルム状のはんだとを冶具で固定して、リフロー炉で加熱することにより接合した。
【００４５】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合時、はんだは、絶縁回路基板４の下面側の導体層３の下金型１２の下金型キャビティー１３内にはめ込まれていたモールド樹脂７から露出した部分（平面部３１と側面部３２の一部）と接合する。
【００４６】
ここで、冷却器９は、アルミニウム製で、大きさ６０ｍｍ×６０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの外形で、外形２０ｍｍ×２０ｍｍの絶縁回路基板４が６個接合できる大きさである。
【００４７】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合時に、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との間のはんだ厚は、０.２５ｍｍとなるように調整している。そのため、はんだが絶縁回路基板４の露出した下面側の導体層３の平面部３１からはみ出し、下面側の導体層３の側面部３２の０.５ｍｍ露出した部分に沿ってはんだが形成される。導体層３の側面部３２に形成されたはんだ形状は、セラミック板１側から冷却器９へ向かうテーパー形状であり、冷却器９上面で冷却器９の外周部へ向かって拡がる裾引き（フィレット）形状である。すなわち、導体層３の側面部３２と冷却器９との接合部のはんだ形状は、断面視において、絶縁基板１側の幅よりも冷却器９側の幅が広い形状である。
【００４８】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との間のはんだ厚の調整は、冷却器９の表面上（上面）にワイヤボンダで０.２５ｍｍのボンディングワイヤのスペーサを形成することで、厚さが０.２５ｍｍとなるよう制御した。
【００４９】
図１２は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの絶縁基板端部を示す断面構造模式図である。図において、絶縁回路基板４の下面側の導体層３の厚さをｔ（ｍｍ）、モールド樹脂７封止後の絶縁回路基板４の下面側の導体層３の側面部３２でモールド樹脂７からの導体層３の露出長さをＬ（ｍｍ）とした。
【００５０】
表１に、試作したパワーモジュールの仕様と温度サイクル試験剥離判定結果、絶縁試験判定結果を示す。
【００５１】
評価サンプル例１〜１８は、絶縁回路基板４の下面側の導体層３の厚さ（ｔ）および導体層３の側面部３２でのモールド樹脂７からの露出長さ（Ｌ）が異なるだけで、上記と同様の方法でパワーモジュールを試作した。導体層３の側面部３２のモールド樹脂７からの露出長さは、下金型キャビティー１３の深さによって決定される。
【００５２】
試作したパワーモジュールの絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９とのはんだ接合部の剥離判定は、超音波映像装置ＦｉｎｅＳＡＴ（日立エンジニアリングアンドサービス社製）で行った。そして、剥離観察は、初期と温度サイクル試験（−４０〜１２５℃、各３０分）を１０００サイクル後に行った。
【００５３】
表１には、温度サイクル後に剥離が観察されない場合は「ＯＫ」、剥離が観察された場合は「ＮＧ」で評価結果を示した。
【００５４】
また、試作したパワーモジュールの温度サイクル試験（−４０〜１２５℃、各３０分）を１０００サイクル後に、絶縁回路基板４の上面側の導体層２と冷却器９との間に電圧３.０ｋＶを１分間印加して、絶縁回路基板４の上面側の導体層２と冷却器９との絶縁が確保できた場合は「ＯＫ」、絶縁破壊した場合は「ＮＧ」で評価結果を示した。
【００５５】
【表１】
2019207897.tif 000003
図１３は、この発明の実施の形態１におけるパワーモジュールの導体層厚さと導体層側面露出長さとの関係図である。表１における温度サイクル試験後の剥離判定と絶縁試験判定において、共に判定が「ＯＫ」となった条件について示している。
【００５６】
図１３において、グラフ中の「黒丸」は、導体層３の各厚さｔにおいて、温度サイクル試験判定で合格判定となる導体層３の側面部３２の露出長さＬを示している。この「黒丸」より下の露出長さＬの領域は、温度サイクル試験判定で不合格となる領域で、この「黒丸」より上の露出長さＬの領域は、温度サイクル試験判定で合格となる領域である。温度サイクル試験で合格判定となる導体層３の側面部３２の露出長さＬは、導体層３の厚さｔと相関があり、以下で示されることがわかった。
【００５７】
【数１】
2019207897.tif 000004
【００５８】
ここで、導体層３の側面部３２の露出長さＬは、はんだのテーパー（フィレット）高さとなる。導体層３の側面部３２へのはんだの形状をテーパー形成とすることにより、導体層３の外周部（周縁部）でのはんだの熱応力が緩和され、絶縁回路基板４と冷却器９との金属接合部でのはんだの接合信頼性が向上する。
【００５９】
しかし、テーパー高さが低い場合は、はんだの熱応力の緩和効果が十分ではなく、絶縁回路基板４と冷却器９とのはんだ接合部（金属接合部）に剥離が発生する。これらより、導体層３の側面部３２の露出長さＬには、導体層３の厚さｔに対して適正な領域があることがわかる。
【００６０】
図１３のグラフ中の「黒四角」は、導体層３の各厚さｔにおいて、絶縁試験で合格判定となる導体層３の側面部３２の露出長さLを示している。この「黒四角」より下の露出長さＬの領域は、絶縁試験判定で合格となる領域、この「黒四角」より上の露出長さＬの領域は、絶縁試験判定で不合格となる領域である。絶縁試験で合格判定となる導体層の側面部３２の露出長さＬは、導体層厚ｔと相関があり、以下で示されることがわかった。
【００６１】
【数２】
2019207897.tif 000005
【００６２】
ここで、パワーモジュール１００の絶縁破壊経路は、電界強度が最大となる半導体素子５が搭載された絶縁回路基板４の上面側の導体層２の端部を起点にセラミック板１とモールド樹脂７との界面から冷却器９に到る。
【００６３】
このため、絶縁回路基板４をモールド樹脂７で封止することにより、モールド樹脂７で封止しない場合と比較して、絶縁耐圧は大きく向上する。しかしながら、セラミック板１とモールド樹脂７との界面に剥離やクラックが発生するとモールド樹脂７で封止しない状態に近づくため絶縁特性が低下する。温度サイクル試験後に、絶縁試験判定で合格するためには、温度サイクル試験で、セラミック板１とモールド樹脂７との界面の剥離やクラックを防止する必要がある。
【００６４】
導体層３の厚さｔと導体層３の側面部３２の露出長さＬとの差が、絶縁回路基板４のセラミック板１の下面側に接着している（下面側を封止している）モールド樹脂７の厚さとなる。
【００６５】
絶縁回路基板４のセラミック板１の下面側のモールド樹脂７の厚さが薄い場合は、モールド樹脂７成形時にセラミック板１と金型との間隔が狭く、十分なモールド樹脂７の注入（浸入）が出来ず、セラミック板１とモールド樹脂７との間に剥離やボイドが発生する。
【００６６】
また、温度サイクル試験では、この部分のモールド樹脂７の厚さが薄い場合は、モールド樹脂７の強度が不足して、セラミック板１とモールド樹脂７との間に剥離やクラックが発生する。
【００６７】
このように、モールド樹脂７の厚さが薄い場合は、モールド樹脂７の成形不良や温度サイクル試験でのセラミック板１とモールド樹脂７との間に剥離やクラックで絶縁不良が発生する。そのため、絶縁回路基板４のセラミック板１の下面側に接着しているモールド樹脂７の樹脂厚には下限値があり、厚さとして０.２ｍｍ以上必要であることがわかった。
【００６８】
以上より、絶縁回路基板４と冷却器９との接合信頼性とパワーモジュール１００の絶縁信頼性の両方を確保するためには、導体層３の側面部３２の露出長さＬに適正値があり、式（３）を満たす必要があることがわかった。また、導体層３の厚さが０.４ｍｍの場合、両方の試験を合格する領域はなかった。
【００６９】
【数３】
2019207897.tif 000006
【００７０】
導体層３の厚さが厚くなると、絶縁回路基板４と冷却器９との接合信頼性とパワーモジュール１００の絶縁信頼性の両方を確保可能な領域は増加する。しかしながら、絶縁回路基板４の製造上の制約や絶縁回路基板４自体の温度サイクル試験耐性の制約から導体層３の厚さの上限にも制約がある。
【００７１】
導体層３をエッチングで製造する場合、導体層３の厚さに比例してエッチング時間が長くなり製造コストが高くなる。また、導体層３を厚くすると、セラミック板１と導体層３との界面で熱応力が大きくなり、絶縁回路基板４単体での温度サイクル試験でもセラミック板１の割れが発生する。このため、導体層３の厚さの上限値は１.０ｍｍである。
【００７２】
図１４は、この発明の実施の形態１における他のパワーモジュールを示す断面構造模式図である。図において、パワーモジュール２００は、冷却器９の上に２つのモールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４を備えている。このように、冷却器９の大きさを調整することで、複数個のモールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４を配置することが可能となる。
【００７３】
以上のように構成されたパワーモジュールにおいては、モールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４の下面側の導体層３の側面部３２の一部をモールド樹脂７で封止し、モールド樹脂７から露出した導体層３の平面部３１と側面部３２の一部と冷却器９とを接合材８で接合したので、この金属接合部での剥離の発生が抑制できる。その結果、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【００７４】
また、モールド樹脂７から露出した導体層３の側面部３２の一部と冷却器９とを接合材８で接合した接合部の形状をテーパー（フィレット）形状としたので、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【００７５】
実施の形態２．
本実施の形態２においては、実施の形態１で用いた絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合形成において、冷却器９の上面にソルダーレジスト１０を形成した点が異なる。このように、冷却器９の上面にソルダーレジスト１０を形成したので、導体層３と冷却器９との接合時の接合材８の流動領域を制限することができ、確実に導体層３の側面部３２の露出領域を接合材８で覆うことができる。その結果、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。なお、その他の点については、実施の形態１と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【００７６】
図１５は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す平面構造模式図である。図１６は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールを示す断面構造模式図である。図１５中の一点鎖線ＢＢにおける断面構造模式図が図１６である。図において、パワーモジュール３００は、絶縁回路基板４、半導体素子５、電極端子６、封止樹脂であるモールド樹脂７、接合材８、冷却器９、ソルダーレジスト１０を備えている。ソルダーレジスト１０を形成した以外は、実施の形態１と同様である。
【００７７】
ソルダーレジスト１０は、冷却器９の上面である絶縁回路基板４の下面側の導体層３が接合材８で接合される面に形成されている。ソルダーレジスト１０は、冷却器９の上面で接合材８の外周部を囲む領域に設けられている。このとき、ソルダーレジスト１０は、接合材８と所定の間隔を設けて形成されている。そのため、ソルダーレジスト１０は、接合材８が所定の間隔をあけて配置できるように中央領域に開口部１０１を有している。ソルダーレジスト１０の目的は、接合材８が冷却器９の上面で拡がる領域を制限するために配置する。すなわち、ソルダーレジスト１０は、導体層３の側面部３２に形成される接合材８を、精度良くテーパー形状とできる位置に配置される。
【００７８】
ソルダーレジスト１０は、冷却器９への接着性や耐熱性が確保可能であれば、一般的な市販品が適用可能である。
【００７９】
次に、ソルダーレジスト１０を用いた場合の製造工程について説明する。
【００８０】
図１７は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図１８は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。図１９は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの製造工程を示す断面構造模式図である。実施の形態１のパワーモジュール１００の製造工程において、図１７は図９の製造工程の後に実施し、図１８、図１９は、図１０、図１１に示した製造工程と置き換えることで、ソルダーレジスト１０を用いたパワーモジュール３００を製造することができる。
【００８１】
図３から図９の製造工程の後に、図１７に示すように、ソルダーレジスト１０は、冷却器９の上面の外周部に形成される。（ソルダーレジスト形成工程）。このとき、ソルダーレジスト１０は、冷却器９の上面の中央領域に開口部１０１を有して形成される。
【００８２】
次に、図１０の換わりに図１８に示すように、接合材８は、ソルダーレジスト１０で囲まれた開口部１０１内に配置される。そして、モールド樹脂７で樹脂封止された絶縁回路基板４は、接合材８を介して、ソルダーレジスト１０で外周部を覆われた冷却器９の上面の中央領域の所定の位置へ治具を用いて固定される（冷却器配置工程）。
【００８３】
モールド樹脂７で樹脂封止された絶縁回路基板４を接合材８を介して冷却器９へ固定後、図１１の換わりに図１９に示すように、リフロー炉を用いて接合材８をリフローすることで接合材８が溶融し、モールド樹脂７から露出した絶縁回路基板４の下面側の導体層３の平面部３１と側面部３２の一部（露出部）と冷却器９とが接合される（冷却器接合工程）。
【００８４】
このとき、接合材８は、冷却器９の上面の外周部にソルダーレジスト１０を配置したことで、リフロー時の拡がる範囲（領域）が制限される。すなわち、ソルダーレジスト１０の開口部１０１の内部で拡がることになる。ソルダーレジスト１０によって、接合材８は、拡散が制限され導体層３の周辺角部へ集まることで、導体層３の側面部３２の露出部を確実に覆うことができる。
【００８５】
また、ソルダーレジスト１０を形成したことで、導体層３の角部においても、接合材８が十分に供給される。そのため、この角部においても、接合材８のテーパー（フィレット）形状が形成し易くなる。
【００８６】
次に、上記の製造工程で作製されたパワーモジュール３００について、説明する。
【００８７】
図２０は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールのソルダーレジスト形状を示す平面構造模式図である。図２１は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの角部を示す断面構造模式図である。図において、導体層３を点線で示している。
【００８８】
図２０に示すように、ソルダーレジスト１０は、内側の一辺が２１ｍｍの寸法で中央領域が開口している。そして、導体層３の辺部分とソルダーレジスト１０の辺部との間隔は２.５ｍｍである。
【００８９】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合は、接合材８として実施の形態１と同様に大きさが１６ｍｍ×１６ｍｍ、厚さが０.３ｍｍのフィルム状のはんだを使用して、冷却器９の所定位置に、絶縁回路基板４の下面側の導体層３とフィルム状のはんだとを治具で固定して、加熱することにより実施した。
【００９０】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合後、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との間のはんだ厚は０.２５ｍｍとなるように調整しているため、はんだが絶縁回路基板４の下面側の導体層３の露出した平面部３１からはみ出し、導体層３の側面部３２の０.５ｍｍ露出した部分に沿ってはんだのテーパーが形成された。
【００９１】
図２１には、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合後の露出した導体層３の側面部３２の角部（コーナー部）のテーパー形状を観察した結果を示す。図において、モールド樹脂７または接合材８に覆われている部分の導体層３を点線で示している。大きさが１６ｍｍ×１６ｍｍ、厚さが０.３ｍｍのフィルム状のはんだが０.２５ｍｍの厚さまで押し潰される時には、はんだは円形状に広がって行く。
【００９２】
ソルダーレジスト１０を形成しない場合は、はんだの拡がりを規制できないため、導体層３の角部へのはんだの供給量が少なく角部でのテーパー高さが低くなる傾向にある。しかしながら、ソルダーレジスト１０を形成したことで、ソルダーレジスト１０がはんだに対してダムの役割をしてほぼ正方形の形ではんだが拡がる。その結果、露出した導体層３の角部にもはんだが回り込むので、テーパー高さを確保することが可能となる。そして、パワーモジュール３００の信頼性が向上する。
【００９３】
図２２は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの他のソルダーレジスト形状を示す平面構造模式図である。図２３は、この発明の実施の形態２におけるパワーモジュールの他の角部を示す断面構造模式図である。図において、導体層３を点線で示している。
【００９４】
図２２において、ソルダーレジスト１０は、内側の一辺が１８ｍｍの寸法で中央領域が開口している。ソルダーレジスト１０の接合材８と対向する角部において内側から外側へ向かう開口が拡がった突出部（内側から外側へ尖った）を備えている。導体層３の辺部分とソルダーレジスト１０の辺部との間隔は１.０ｍｍである。
【００９５】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合は、実施の形態１と同様に大きさが１６ｍｍ×１６ｍｍ、厚さが０.３ｍｍのフィルム状のはんだを使用して、冷却器９の所定位置に、絶縁回路基板４の下面側の導体層３とフィルム状のはんだとを治具で固定して、加熱することにより実施した。
【００９６】
絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合後、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との間のはんだ厚は０.２５ｍｍとなるように調整しているため、はんだが絶縁回路基板４の下面側の導体層３の露出した平面部３１から外側へはみ出し、導体層３の側面部３２の０.５ｍｍ露出した部分に沿ってはんだのテーパー形成となった。
【００９７】
図２３には、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との接合後の露出した導体層３の角部（コーナー部）のテーパー形状を観察した結果を示す。図において、モールド樹脂７または接合材８に覆われている部分の導体層３を点線で示している。大きさが１６ｍｍ×１６ｍｍ、厚さが０.３ｍｍのフィルム状のはんだが、０.２５ｍｍの厚まで押し潰される時に、はんだは円形状に広がって行く。しかしながら、ソルダーレジスト１０を形成したことで、ソルダーレジスト１０がはんだに対してダムの役割をしてほぼ正方形の形ではんだが広がる。
【００９８】
このため、はんだは、導体層３の露出した角部にも回り込む。さらに、図２２に示したようにソルダーレジスト１０の内側の角部近傍においては、突出部を設けた形状をしていることで、さらにこの突出部へはんだが回り込み、均一な高さのテーパーが形成可能となる。つまり、導体層３の側面部３２におけるはんだの高さが高く形成される（導体層３が形成されている絶縁基板１の下面側に近づく）。そのため、温度サイクル試験時に熱応力が最大となる導体層コーナー部のテーパー高さが確保されているので、テーパーの応力緩和効果ではんだの剥離が防止可能となりパワーモジュール３００の信頼性が向上する。
【００９９】
このことより、均一な高さのテーパーを形成するためには、導体層３の外形よりも１.０ｍｍ程度大きな形状でソルダーレジスト１０の開口形状とすることが好ましい。
【０１００】
図２４は、この発明の実施の形態２における他のパワーモジュールを示す平面構造模式図である。図において、パワーモジュール４００は、冷却器９の上に２つのモールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４を備えている。それぞれの絶縁回路基板４の下面側の導体層３の外周部には、ソルダーレジスト１０が形成されている。このように、冷却器９の大きさを調整することで、複数個のモールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４を配置することが可能となる。
【０１０１】
以上のように構成されたパワーモジュールにおいては、モールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４の下面側の導体層３の側面部３２の一部もモールド樹脂７で封止し、モールド樹脂７から露出した導体層３の平面部３１と側面部３２と冷却器９とを接合材８で接合したので、この金属接合部での剥離の発生が抑制できる。その結果、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０２】
また、モールド樹脂７から露出した導体層３の平面部３１と側面部３２と冷却器９とを接合材８で接合した接合部の形状をテーパー形状としたので、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０３】
さらに、ソルダーレジスト１０を用いることで、導体層３の角部においてもテーパー形状を形成することができ、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０４】
また、冷却器９の上面に形成するソルダーレジスト１０の形状を、ソルダーレジスト１０の角部を内部側から外部側へ突出した突出部を備えた形状としたので、導体層３の角部においても高さが均一なテーパー形状を形成することができ、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１０５】
実施の形態３．
本実施の形態３においては、実施の形態１，２で用いた電極端子６において、パワーモジュールの上面側からモールド樹脂７外部へ突出させた点が異なる。このように、電極端子６をモールド樹脂７の上面側から突出させたので、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９との信頼性を確保したまま、パワーモジュールの小型化が可能となる。なお、その他の点については、実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【０１０６】
図２５は、この発明の実施の形態３におけるパワーモジュールを示す平面構造模式図である。図２６は、この発明の実施の形態３におけるパワーモジュールを示す断面構造模式図である。図２５中の一点鎖線ＣＣにおける断面構造模式図が図２６である。図において、パワーモジュール５００は、絶縁回路基板４、半導体素子５、電極端子６、モールド樹脂７、接合材８、冷却器９、ソルダーレジスト１０を備えている。
【０１０７】
電極端子６がモールド樹脂７の上面側から外部へ突出した上出し構造になっている以外は、実施の形態２と同じ構造である。
【０１０８】
図２６に示すように、電極端子６が上出し構造でのモールド樹脂封止は、例えば、上金型に電極端子６の収納用のキャビティーを形成しておき、そこに電極端子６を挿入して行う。モールド樹脂７の硬化後、電極端子６を所定の形状に加工する。他の工程は、実施の形態２と同様にして、パワーモジュール５００を作製できる。また、実施の形態１のように、ソルダーレジスト１０を用いないパワーモジュールの構造についても実現可能である。このような構造としたので、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９と接合部の信頼性を確保したまま、パワーモジュールの小型化が可能となる。
【０１０９】
以上のように構成されたパワーモジュールにおいては、モールド樹脂７で封止された絶縁回路基板４の下面側の導体層３の側面部３２の一部もモールド樹脂７で封止し、モールド樹脂７から露出した導体層３の平面部３１と側面部３２と冷却器９とを接合材８で接合したので、この金属接合部での剥離の発生が抑制できる。その結果、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１０】
また、モールド樹脂７から露出した導体層３の平面部３１と側面部３２と冷却器９とを接合材８で接合した接合部の形状をテーパー形状としたので、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１１】
さらに、ソルダーレジスト１０を用いることで、導体層３の角部においてもテーパー形状を形成することができ、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる。
【０１１２】
また、冷却器９の上面に形成するソルダーレジスト１０の形状を、ソルダーレジスト１０の角部を外周側へ突出した形状としたので、導体層３の角部においても高さが均一なテーパー形状を形成することができ、金属接合部での熱応力の発生が抑制でき、パワーモジュールの信頼性を向上させることが可能となる
【０１１３】
さらに、電極端子６をモールド樹脂７の上面側からモールド樹脂７外部へ突出させたので、絶縁回路基板４の下面側の導体層３と冷却器９と接合部の信頼性を確保したまま、パワーモジュールの小型化が可能となる。
【０１１４】
実施の形態４．
本実施の形態４は、上述した実施の形態１から３にかかるパワーモジュールを電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態４として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
【０１１５】
図２７は、この発明の実施の形態４における電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【０１１６】
図２６に示す電力変換システムは、電源１０００、電力変換装置２０００、負荷３０００を備える。電源１０００は、直流電源であり、電力変換装置２０００に直流電力を供給する。電源１０００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１０００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
【０１１７】
電力変換装置２０００は、電源１０００と負荷３０００の間に接続された三相のインバータであり、電源１０００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に交流電力を供給する。電力変換装置２０００は、図１３に示すように、電源１０００から入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２００１と、主変換回路２００１を制御する制御信号を主変換回路２００１に出力する制御回路２００３とを備えている。
【０１１８】
負荷３０００は、電力変換装置２０００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３０００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
【０１１９】
以下、電力変換装置２０００の詳細を説明する。主変換回路２００１は、パワーモジュール２００２に内蔵されたスイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１０００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に供給する。主変換回路２００１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２００１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２００１は、各スイッチング素子や各還流ダイオードを内蔵する上述した実施の形態１から３のいずれかに相当するパワーモジュール２００２によって構成する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２００１の３つの出力端子は、負荷３０００に接続される。
【０１２０】
また、主変換回路２００１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路はパワーモジュール２００２に内蔵されていてもよいし、パワーモジュール２００２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２００１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２００１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２００３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
【０１２１】
制御回路２００３は、負荷３０００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２００１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３０００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２００１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２００１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２００１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
【０１２２】
以上のように構成された本実施の形態４に係る電力変換装置においては、主変換回路２００１のパワーモジュール２００２として実施の形態１から３にかかるパワーモジュールを適用するため、信頼性向上を実現することができる。
【０１２３】
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
【０１２４】
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
【０１２５】
上述した実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上述した実施形態の範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【０１２６】
また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより発明を形成してもよい。
【符号の説明】
【０１２７】
１  セラミック板、２，３  導体層、４  絶縁回路基板、５  半導体素子、６  電極端子、７  モールド樹脂、８  接合材、９  冷却器、１０  ソルダーレジスト、１１  上金型、１２  下金型、１３  下金型キャビティー、３１  導体層３の平面部、３２  導体層３の側面部、９１  冷却ピン、１００，２００，３００，４００，５００，２００２  パワーモジュール、１０１  開口部、１０００  電源、２０００  電力変換装置、２００１  主変換回路、２００３  制御回路、３０００  負荷。
【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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