(57)【要約】【課題】絶縁性能をより高めることにより、設計自由度が高く信頼性の高い半導体装置およびその製造方法、ならびにそのような半導体装置を有する電力変換装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、放熱板１と、基板３と、半導体素子５と、ケース７とを備えている。基板３は放熱板１の一方の主表面１ａ上にはんだ層９で接合される。半導体素子５は基板３の一方の主表面１ａ上にはんだ層９で接合される。ケース７は放熱板１の一方の主表面１ａ上に基板３を囲むように接着される。ケース７の内周側には半導体素子５と電気的に接続する内部電極１１Ａを含む。放熱板１の一方の主表面１ａにおけるケース７との接着面は、レジスト層２１が形成された第１の領域と、レジスト層２１が形成されていない第２の領域とを有する。第２の領域は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域を含むように形成されている。【選択図】図２
2019197831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱板と、
前記放熱板の一方の主表面上にはんだ層で接合される基板と、
前記基板の一方の主表面上にはんだ層で接合される半導体素子と、
前記放熱板の一方の主表面上に前記基板を囲むように接着されるケースとを備え、
前記ケースの内周側には前記半導体素子と電気的に接続する内部電極を含み、
前記放熱板の一方の主表面における前記ケースとの接着面は、レジスト層が形成された第１の領域と、前記レジスト層が形成されていない第２の領域とを有し、
前記第２の領域は、前記内部電極と平面視において重なる領域を含むように形成されている、半導体装置。
【請求項２】
前記第２の領域は、前記内部電極と平面視において重なる領域のうち７０％以上の面積の部分を含む、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記放熱板と前記ケースとを接着する接着剤をさらに備え、
前記接着剤は、前記第２の領域において厚みが５０μｍ以下の部分を含む、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記レジスト層はアクリル系の樹脂である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の領域と平面視において重なる領域において、前記放熱板と対向し接着される前記ケースの対向接着面は、前記第２の領域と平面視において重なる領域以外の領域における前記対向接着面よりも、前記放熱板と反対側に凹んでいる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置を有し、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。
【請求項７】
放熱板の一方の主表面上にレジスト層を形成する工程と、
前記放熱板の一方の主表面上に基板をはんだ層で接合する工程と、
前記基板の一方の主表面上に半導体素子をはんだ層で接合する工程と、
前記放熱板の一方の主表面上に前記基板を囲むようにケースを接着する工程とを備え、
前記レジスト層を形成する工程においては、前記放熱板の一方の主表面上の前記ケースが接着される領域に、前記レジスト層が形成された第１の領域と、前記レジスト層が形成されていない第２の領域とが形成され、
前記基板をはんだ層で接合する工程においては、前記第２の領域となるべき領域が治具で覆われた状態ではんだが供給され、
前記治具は、一部に空孔部を有する本体部と、前記本体部の前記空孔部内を上下方向に摺動可能に嵌合され、前記第２の領域となるべき領域を覆うことが可能な摺動部とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記ケースの内周側には前記半導体素子と電気的に接続する内部電極を含み、
前記第２の領域は、前記内部電極と平面視において重なる領域を含むように形成されている、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置に関し、特に放熱板上に基板が接合された電力用半導体装置およびその製造方法、ならびにそのような電力用半導体装置を有する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
放熱性が求められる電力用半導体装置では、電力用半導体素子が実装された絶縁性の基板が、放熱性の高い放熱板の上に、はんだ層により接合されている。当該放熱板の上への基板のはんだ接合工程においては、溶融されたはんだが飛散し、放熱板上の意図しない領域上に付着することがある。意図しない領域とはたとえば放熱板の表面上のうちケースが接着される領域である。このように付着したはんだは周囲に濡れ広がり、その領域へのケースの接着の妨げとなる。このため放熱板の表面上の特にケースが接着される領域にはレジスト層が形成されていることが好ましい。たとえば特開平４−１５２６６３号公報（特許文献１）には、放熱板の主表面のうち外周部にレジスト層が形成された半導体装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１５２６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放熱板とケースとを接着する接着剤は、硬化時に接着剤の揮発により気泡が生じることがある。この気泡は、レジスト層に含まれる樹脂材料中の揮発成分または吸湿成分がガスとなったものである。特にこの気泡が、接着剤の表面に露出し、ケースの内部に配置される内部電極の真下の部分に生じた場合、ケースの内部電極と、放熱板との間の領域の絶縁性能が低下する。このため、内部電極と放熱板との間に必要な絶縁性能を確保するために、ケースの内部電極を放熱板に対して高い位置に設けるなど、ケースの設計上の制約が生じるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。その目的は、絶縁性能をより高めることにより、設計自由度が高く信頼性の高い半導体装置およびその製造方法、ならびにそのような半導体装置を有する電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、放熱板と、基板と、半導体素子と、ケースとを備えている。基板は放熱板の一方の主表面上にはんだ層で接合される。半導体素子は基板の一方の主表面上にはんだ層で接合される。ケースは放熱板の一方の主表面上に基板を囲むように接着される。ケースの内周側には半導体素子と電気的に接続する内部電極を含む。放熱板の一方の主表面におけるケースとの接着面は、レジスト層が形成された第１の領域と、レジスト層が形成されていない第２の領域とを有する。第２の領域は、内部電極と平面視において重なる領域を含むように形成されている。
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法では、放熱板の一方の主表面上にレジスト層が形成される。放熱板の一方の主表面上に基板がはんだ層で接合される。基板の一方の主表面上に半導体素子がはんだ層で接合される。放熱板の一方の主表面上に基板を囲むようにケースが接着される。レジスト層を形成する工程においては、放熱板の一方の主表面上のケースが接着される領域に、レジスト層が形成された第１の領域と、レジスト層が形成されていない第２の領域とが形成される。基板をはんだ層で接合する工程においては、第２の領域となるべき領域が治具で覆われた状態ではんだが供給される。治具は、一部に空孔部を有する本体部と、本体部の空孔部内を上下方向に摺動可能に嵌合され、第２の領域となるべき領域を覆うことが可能な摺動部とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、接着面が第１の領域と第２の領域を有する。これにより、放熱板上の意図しない領域への溶融はんだの付着を抑制しつつ、放熱板に対する内部電極の高さ方向の位置の自由度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における半導体装置の構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】実施の形態１における半導体装置の、放熱板の上側の主表面の平面視における態様を示す概略図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う部分の概略断面図である。
【図５】実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図６】実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図７】実施の形態１の電力用半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図８】図１中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図９】図１中のＩＸ−ＩＸ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１０】図９の変形例を示す概略断面図である。
【図１１】実施の形態２における半導体装置の、放熱板の上側の主表面の平面視における態様を示す概略図である。
【図１２】図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１３】図１１中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１４】実施の形態２の比較例として、実施の形態１と同様に、内部電極と平面的に重なる領域の全体に第２の領域が形成される態様を示す概略平面図である。
【図１５】実施の形態２において、内部電極と平面的に重なる領域の一部のみに第２の領域が形成される態様を示す概略平面図である。
【図１６】実施の形態３の電力用半導体装置の製造方法の一工程を示す概略平面図である。
【図１７】図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。
【図１８】実施の形態４以降における半導体装置の構成を示す概略平面図である。
【図１９】実施の形態４における、図１８のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。
【図２０】実施の形態５における、図１８のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態６に係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】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の半導体装置の構成としての構成について図１〜図６を用いて説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。図１は、実施の形態１における半導体装置の構成を示す概略平面図である。図２は、実施の形態１における半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【００１１】
図１および図２を参照して、本実施の形態の半導体装置としての電力用半導体装置１００は、放熱板１と、基板３と、半導体素子５と、ケース７とを主に備えている。放熱板１は電力用半導体装置１００のＺ方向に関する最下部に配置され、たとえば矩形状の主表面を有する平板状の部材である。放熱板１は、Ｚ方向に関する上側の主表面１ａと、その反対側すなわちＺ方向に関する下側の主表面１ｂとを有している。放熱板１は、ＸＹ平面に沿うように配置されている。放熱板１は放熱性に優れた銅などの金属材料から形成されている。放熱板１のＺ方向に関する厚みはたとえば１ｍｍ以上６ｍｍ以下程度である。
【００１２】
基板３は、放熱板１の一方の主表面上に、はんだ層９により接合されている。基板３は、平板状の部材を含む態様を有している。図１および図２においては、基板３は放熱板１のＺ方向に関する（以下同じ）上側の主表面上に接合されている。図１および図２においては２つの基板３が接合されている。基板３は、絶縁層３Ａと、金属パターン３Ｂとを有している。絶縁層３Ａは、たとえば矩形状の主表面を有する平板状の部材である。絶縁層３Ａは放熱板１と同様に、その主表面がＸＹ平面に沿うように配置されている。絶縁層３Ａは、窒化アルミニウムなどの絶縁抵抗の大きい材料により形成されている。金属パターン３Ｂは、絶縁層３Ａの上側および下側の主表面上のそれぞれに形成されている。金属パターン３Ｂは銅などの導電性部材により形成されている。金属パターン３Ｂはたとえば矩形の平面形状を有し、絶縁層３Ａの主表面上に互いに間隔をあけて複数形成されている。基板３は絶縁層３Ａと金属パターン３Ｂとにより、各金属パターン３Ｂの間が電気的に絶縁された電気回路を形成している。
【００１３】
半導体素子５は、基板３の一方の主表面上に、はんだ層９により接合されている。図１および図２においては、半導体素子５は、基板３の上側の主表面上に接合されている。半導体素子５は、絶縁層３Ａの上側の主表面上の金属パターン３Ｂの上に接合されている。半導体素子５としては、ＩＧＢＴ５Ａ（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、ＦＷＤｉ５Ｂ（Free Wheeling Diode）とを有している。ＩＧＢＴ５Ａは、電力用の素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスタである。ＦＷＤｉ５Ｂは、ＩＧＢＴ５Ａのスイッチング時における損傷を抑制するためのいわゆる還流ダイオードである。
【００１４】
ＩＧＢＴ５Ａは平面視において７ｍｍ×７ｍｍのサイズを有し、厚みが０．１２ｍｍである。またＩＧＢＴ５Ａの表側の主表面上の比較的外側の領域には、ガードリングとしての絶縁材料が周回するように形成されている。これにより、ＩＧＢＴ５Ａはその表側の主表面と裏側の主表面との絶縁性が確保されている。一方、ＦＷＤｉ５Ｂは平面視において７ｍｍ×５ｍｍのサイズを有し、厚みが０．２５ｍｍである。ＦＷＤｉ５ＢもＩＧＢＴ５Ａと同様に、表側の主表面上の比較的外側の領域には、ガードリングとしての絶縁材料が周回するように形成されている。
【００１５】
ケース７は、放熱板１の一方の主表面、すなわち上側の主表面１ａの比較的外側の領域上に接着されている。ケース７は平面視において基板３を囲むように接着されている。このため平面視において概ね矩形の枠状に形成されている。すなわちケース７は、放熱板１の上側の主表面ケース７は、電力用半導体装置１００全体の筐体として配置されている。ケース７はＰＰＳなどの樹脂材料により形成されている。ケース７はこれに囲まれる基板３および半導体素子５を保護する。またケース７は、電力用半導体装置１００内の基板３および半導体素子５などの電気回路と、電力用半導体装置１００外の電気回路とを接続する。
【００１６】
ケース７は、電極１１として、内部電極１１Ａと、外部電極１１Ｂとを有している。内部電極１１Ａは外部電極１１Ｂよりも、ケース７の平面視における内周側に配置されている。具体的には、特に図２に示すように、ケース７は平面視における電力用半導体装置１００の内側から外側へ向けてＺ方向に関する厚みが大きくなるような段差を有している。ケース７の内側の比較的薄い領域の最上面上の一部には内部電極１１Ａが形成されている。またケース７の外側の比較的厚い領域の最上面上の一部には外部電極１１Ｂが形成されている。内部電極１１Ａは、ワイヤ１３により、金属パターン３Ｂまたは半導体素子５と電気的に接続されている。すなわち内部電極１１Ａは、電力用半導体装置１００内の基板３および半導体素子５などの電気回路と電気的に接続される。一方、外部電極１１Ｂは、図示されないが電力用半導体装置１００外の電気回路と電気的に接続される。またワイヤ１３は、互いに間隔をあけて並ぶＩＧＢＴ５ＡとＦＷＤｉ５Ｂとを電気的に接続するとともに、金属パターン３Ｂと半導体素子５とを電気的に接続する。なおワイヤ１３による接続は、たとえば超音波接合によりなされている。ワイヤ１３はアルミニウムにより形成された線状の部材であり、その断面はたとえば径が０．４０ｍｍの円形状である。
【００１７】
電力用半導体装置１００は、ケース７と放熱板１とにより容器状の筐体が形成される。当該容器状の筐体の部分の内部に基板３および半導体素子５などが収納されている。当該容器状の筐体の部分の内部には、封止材１５が充填されている。封止材１５は、ワイヤ１３が通るＺ方向高さよりも高い位置までを充填するように、言い換えればケース７内のワイヤ１３を充填するように、配置されている。封止材１５は、ケース７内の電気回路の保護を目的としている。封止材１５は、絶縁性の高いシリコーンゲルなどにより形成されている。
【００１８】
また図１では省略しているが、電力用半導体装置１００のケース７のＺ方向上部には蓋１７が取り付けられている。蓋１７はケース７内を上方から塞ぐように取り付けられている。蓋１７は封止材１５と同様に、ケース７内の電気回路の保護を目的としている。なお蓋１７はケース７と同様に、ＰＰＳなどの樹脂材料により形成されている。
【００１９】
上側の主表面１ａとケース７との接着面は、レジスト層２１が形成された領域と、レジスト層２１が形成されていない領域とを有している。次に図３および図４を用いて、これについて説明する。
【００２０】
図３は、実施の形態１における半導体装置の放熱板１の上側の主表面１ａの平面視における態様を示す概略図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う部分の概略断面図である。図３を参照して、上側の主表面１ａの比較的外側の領域を一周囲むようにケース７が接着される。上側の主表面１ａにケース７が接着された領域は、レジスト層２１が形成された第１の領域ＲＧＮ１と、レジスト層２３が形成されない矩形状の第２の領域ＲＧＮ２とを含んでいる。また上側の主表面１ａの中央部には、基板３がはんだ層９により接合されるはんだ接続部としての第３の領域ＲＧＮ３を有している。第１の領域ＲＧＮ１は、第３の領域ＲＧＮ３を囲むように形成されている。
【００２１】
このように、レジスト層２１は第１の領域ＲＧＮ１のみに形成されている。上側の主表面１ａのうちケース７が接着される外側の一周分の領域の全体に第１の領域ＲＧＮ１が形成されるわけではなく、当該一周分の領域の一部には、矩形のパターン状に第２の領域ＲＧＮ２が形成される。
【００２２】
レジスト層２１は、はんだが溶着しないアクリル樹脂（アクリル系の樹脂）またはエポキシ樹脂などの材料が用いられることが好ましい。レジスト層２１は、はんだ層９よりも薄いことが好ましいが、５μｍ以上３０μｍ以下程度の厚みを有することが好ましい。
【００２３】
再度図２を参照して、放熱板１の上側の主表面１ａとケース７とは、接着剤２３により接着されている。図２のケース７の真下の上側の主表面１ａの領域はレジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２となっている。接着剤２３としては、熱硬化性のシリコーン樹脂などが用いられる。当該接着剤２３は、硬化後の接着力と柔軟性に優れ、弾性率が１ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００２４】
図３に示す第２の領域ＲＧＮ２のパターンが形成される領域は、図２に示すようにその真上のケース７に内部電極１１Ａが配置される領域である。すなわち第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域を含むように形成されている。図３に示すように、第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域のみならず、そこから外側へ、放熱板１の外縁まで連続するように拡大された矩形状として形成されている。
【００２５】
図４に示すように、Ｘ方向に関して、放熱板１の外縁からはんだ接続部としての第３の領域ＲＧＮ３の外縁までの領域のうち、第２の領域ＲＧＮ２以外の領域は、レジスト層２１が形成された第１の領域ＲＧＮ１が一様に形成されている。なお図３および図４において第１の領域ＲＧＮ１と第３の領域ＲＧＮ３とは連続するように示される。しかし実際にはレジスト層２１が形成されるときの位置ずれを考慮し、第１の領域ＲＧＮ１と第３の領域ＲＧＮ３との間に０．１ｍｍ程度の間隔があけられていることが好ましい。
【００２６】
次に、図５〜図７を用いて、本実施の形態の半導体装置としての電力用半導体装置１００の製造方法について説明する。
【００２７】
図５は本実施の形態の電力用半導体装置１００の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。図５を参照して、放熱板１が準備され、その一方の主表面すなわち上側の主表面１ａ上にレジスト層２１が形成される。具体的には、上側の主表面１ａ上に印刷マスク３１が載置される。印刷マスク３１は、開口部３１Ａと、非開口部３１Ｂとを有している。上側の主表面１ａのうち、最終的に図４の第１の領域ＲＧＮ１すなわちレジスト層２１が形成されるべき領域が開口部３１Ａと重なる。また上側の主表面１ａのうち、最終的に図４の第２の領域ＲＧＮ２および第３の領域ＲＧＮ３すなわちレジスト層２１が形成されるべきでない領域が非開口部３１Ｂと重なる。
【００２８】
印刷マスク３１の上面に、レジスト層２１となるべきレジスト液２１Ａが供給される。すなわちレジスト液２１Ａの材質はレジスト層２１と同様であり、レジスト液２１Ａは液状またはゲル状を有している。印刷スキージ３３を用いて、印刷マスク３１の上面上のレジスト液２１Ａがその全面に拡げられる。これにより、開口部３１Ａ内にレジスト液３１Ａの一部が充填される。次にたとえば１４０℃で２０分間、レジスト液２１Ａが加熱される。これによりレジスト液２１Ａが硬化される。なお上記のレジスト液２１Ａの硬化条件は一例であり、レジスト液２１Ａの材料に応じて適切な硬化条件を選択できる。あるいは昇温加熱の代わりに、たとえば紫外線の照射によりレジスト液２１Ａを硬化させてもよい。
【００２９】
レジスト液２１Ａの硬化後、印刷マスク３１が上側の主表面１ａ上から取り外される。これにより、開口部３１Ａ内に充填されたレジスト液２１Ａはレジスト層２１として、上側の主表面１ａ上の第１の領域ＲＧＮ１に形成される。また非開口部３１Ｂと重なる上側の主表面１ａ上の領域は印刷マスク３１に覆われた状態でレジスト液２１Ａが供給される。このためレジスト液２１Ａが供給されることはなく、レジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２または第３の領域ＲＧＮ３となる。
【００３０】
上記のように、放熱板１の上側の主表面１ａ上のケース７が接着される領域（平面視での比較的外側の領域）にも、レジスト層２１を有する第１の領域ＲＧＮ１とレジスト層２１を有さない第２の領域ＲＧＮ２とが形成される。このため、放熱板１の上側の主表面１ａ上のケース７が接着される領域に、レジスト層２１が形成された第１の領域ＲＧＮ１と、レジスト層２１が形成されていない第２の領域ＲＧＮ２とが形成される。
【００３１】
図６は本実施の形態の電力用半導体装置１００の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。図６を参照して、次に、放熱板１の上側の主表面１ａ上に、基板３を接合するためのはんだ９Ａが供給される。具体的には、まず上側の主表面１ａ上にはんだ付け治具４１がたとえば接触するように載置される。はんだ付け治具４１は、上側の主表面１ａのうち基板３がはんだ９Ａで接合される第３の領域ＲＧＮ３となるべき領域と重なるように開口部が形成された治具である。
【００３２】
はんだ付け治具４１の開口部内における上側の主表面１ａ上に、はんだ９Ａが供給される。具体的には、はんだ付け治具４１の上記開口部内に、板状のはんだ９Ａが、マウンタまたは人の手により供給される。あるいはペースト状のはんだ９Ａが供給されてもよい。
【００３３】
図７は本実施の形態の電力用半導体装置１００の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。図７を参照して、図６にて上側の主表面１ａ上に供給されたはんだ９Ａの上に重なるように、接合しようとする基板３が搭載される。なおこの基板３のＺ方向上側の金属パターン３Ｂ上にはＩＧＢＴ５ＡおよびＦＷＤｉ５Ｂなどの半導体素子５が、はんだ層９により、基板３の搭載前に予め接合されていてもよい。あるいは上側の主表面１ａ上に基板３が搭載された後に、金属パターン３Ｂ上に、はんだ９Ａを挟んで上記半導体素子５が載置されてもよい。
【００３４】
次に、放熱板１および（半導体素子５が接合された）基板３がリフロー炉およびホットプレートにより加熱される。これによりはんだ９Ａが溶融されはんだ層９となり、放熱板１の上側の主表面１ａと基板３の最下面とを接合する。はんだ付け後にはんだ付け治具４１が取り外される。なお基板３の搭載後に半導体素子５を載置した場合には、このとき併せて半導体素子５が基板３上に、はんだ層９により接合される。
【００３５】
上記の図６および図７に示す工程を総括すれば、図５の工程にてレジスト層２１が形成された放熱板１の上側の主表面１ａ上に基板３がはんだ層９で接合される。また基板３の上側の主表面１ａ上に半導体素子５がはんだ層９で接合される。また放熱板１に基板３をはんだ層９で接合する工程においては、放熱板１の上側の主表面１ａ上の第３の領域ＲＧＮ３となるべき領域が開口されたはんだ付け治具４１（治具）が、上側の主表面１ａ上に搭載された状態で、はんだ９Ａが供給される。なお第３の領域ＲＧＮ３は、レジスト層２１が形成されていない領域の一部である。
【００３６】
次に、図１および図２を再度参照して、放熱板１の上側の主表面１ａ上に、基板３を囲むようにケース７が接着される。具体的には、接着剤２３が放熱板１の上側の主表面１ａ上の比較的外側の部分に一周分塗布される。接着剤２３が塗布された領域の上に、枠状のケース７が載置される。放熱板１の平面視における矩形状の４隅の部分にネジを締め付けるなどの方法で、放熱板１とケース７との間が加圧される。これにより、放熱板１とケース７との間の接着剤２３が押し広げられる。その後、放熱板１およびケース７が一体となったものが、ホットプレート上で加熱される。これにより接着剤２３が硬化され、放熱板１とケース７とが互いに接着される。以上によりケース７は、２つの基板３がまとまった領域の全体を囲むように接着される。
【００３７】
上記のように、ケース７の内周側には半導体素子５と電気的に接続する内部電極１１Ａが形成される。ケース７と重なるがレジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域を含むように形成される。
【００３８】
次に、図１および図２に示すように、ワイヤ１３を用いた超音波接合により、内部電極１１Ａと金属パターン３Ｂ、内部電極１１Ａと半導体素子５とが互いに電気的に接続される。また同様に、ワイヤ１３により、ＩＧＢＴ５ＡとＦＷＤｉ５Ｂ、ＦＷＤｉ５Ｂと金属パターン３Ｂとが互いに電気的に接続される。また互いに隣り合う金属パターン３Ｂ同士がワイヤ１３により接続されてもよいし、ＩＧＢＴ５Ａと金属パターン３Ｂとがワイヤ１３により接続されてもよい。このようにワイヤ１３を用いることにより、電力用半導体装置１００の内部回路が形成される。
【００３９】
次に、図２に示すように、ケース７と放熱板１とにより形成される容器状の筐体の部分の内部に、基板３、半導体素子５、ワイヤ１３を封止するように封止材１５が注入される。そして封止材１５が注入された部材全体が加熱され、封止材１５が硬化される。最後に蓋１７を図２のように取り付ける。以上により、電力用半導体装置１００が形成される。
【００４０】
次に、本実施の形態の背景および課題について説明したうえで、作用効果を説明する。
基板３を放熱板１にはんだ層９で接合する際に、溶融されたはんだ９Ａ（図６参照）が飛散し、放熱板１の上側の主表面１ａ上に付着する可能性がある。特にはんだ９Ａとして揮発成分の割合が多いはんだペーストを用いた場合、および減圧によりはんだ９Ａ中のボイドを脱泡するプロセスを行なった場合にその可能性が高くなる。仮に、放熱板の上側の主表面上のうちケースが接着される領域に溶融されたはんだが付着すれば、その上に接着されるケースの内部電極の高さが設計された高さよりも高くなる問題が生じ得る。付着したはんだが隆起している分だけ、その上のケースが高い位置に配置されるためである。またはんだは樹脂材料からなるケースを接合することはできないため、はんだが付着した部分の上にケースを接着すれば、未接着部が生じる点も問題となる。
【００４１】
そこでこのような問題を回避する観点から、本実施の形態の電力用半導体装置１００では以下の構成が適用されている。図８は図１中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図であり、特にケース７のうち内部電極１１Ａを含まない部分に関する概略断面図である。図８を参照して、電力用半導体装置１００においては、ケース７のうち内部電極１１Ａと平面視において重なる領域以外の領域の少なくとも一部は、第１の領域ＲＧＮ１として、その真下の放熱板１との接続部分にレジスト層２１が形成されている。レジスト層２１を形成する材料は、はんだが濡れ広がらない材質でできている。このためレジスト層２１の上にたとえはんだが付着したとしても、放熱板１の上に付着したはんだとは異なり、これを容易に除去できるという効果が得られる。このためケース７および内部電極１１Ａの高さ方向の位置精度を高めるなどの作用効果を得ることができる。
【００４２】
ただし図８に示すように、レジスト層２１の形成されている領域にケース７を接着剤２３で固定した場合、接着剤２３の硬化時に接着剤２３内に気泡ＶＤが生じることがある。この気泡ＶＤは、レジスト層２１に含まれる樹脂材料からの揮発成分、およびレジスト層２１の樹脂材料中に吸湿された水分が加熱によりガスとして放出され接着剤２３内に侵入することが原因である。
【００４３】
ところで放電には空間放電と沿面放電とが存在する。一般的に空間放電に比べ、沿面放電の方がより低い電圧で発生することが知られている。このため、接着剤２３中に気泡ＶＤが存在した場合に、それに隣接する領域のうち最も絶縁性が悪化するのは、ケース７の内側の沿面を通じて沿面放電が発生し得る、放熱板１からケース７の内部電極１１Ａとの間の経路である。内部電極１１Ａは外部電極１１ＢよりもＺ方向の低い位置に配置されるためである。したがって、この気泡ＶＤが接着剤２３の表面に露出した場合、気泡ＶＤが存在する箇所における、最も沿面放電が発生しやすい内部電極１１Ａと放熱板１との間の絶縁性能が低下する。
【００４４】
そこでこのような問題を回避する観点から、本実施の形態の電力用半導体装置１００ではさらに以下の構成が適用されている。図９は図１中のＩＸ−ＩＸ線に沿う部分の概略断面図であり、特にケース７のうち内部電極１１Ａを含む部分に関する概略断面図である。図９を参照して、電力用半導体装置１００においては、ケース７のうち特に内部電極１１Ａと平面視において重なる領域についてはその真下の放熱板１との接続部分としての第２の領域ＲＧＮ２にはレジスト層２１が形成されていない。これにより、少なくとも内部電極１１Ａの真下の接着剤２３の部分においてはレジスト層２１の気泡ＶＤは生じない。このため内部電極１１Ａと放熱板１との沿面放電による絶縁性の低下は発生せず、内部電極１１Ａと放熱板１との間の絶縁性を高くすることができる。なお図９のように、外部電極１１Ｂと平面的に重なる領域にもレジスト層２１が形成されなくてもよいが、当該領域にはレジスト層２１が形成されてもよい。
【００４５】
なお図８のように、仮にケース７の内部電極１１Ａ以外の領域に気泡ＶＤが生じたとしても、上記のような沿面放電による絶縁性の低下は生じない。気泡ＶＤの真上に内部電極１１Ａが存在しないためである。このため内部電極１１Ａ以外の領域においても絶縁性を高くすることができる。
【００４６】
以上をまとめると、本実施の形態においては、ケース７の接着部にレジスト層２１を有さない第２の領域ＲＧＮ２を有することにより、内部電極１１Ａと放熱板１との間の沿面放電による絶縁性の低下が抑制できる。このため、必要な絶縁性能を確保するための内部電極１１ＡのＺ方向位置を低くすることができる。つまり接着部に対する内部電極１１ＡのＺ方向位置を必ずしも高くしなくても、内部電極１１Ａと放熱板１との間の絶縁性を高くすることができる。また真上に内部電極１１Ａが存在しないケース７の接着部にレジスト層２１を有する第１の領域ＲＧＮ１を設けることにより、当該領域にはんだが付着されたままケースを接着することに起因する内部電極１１Ａの高さ位置のずれなどの不具合を抑制することができる。
【００４７】
また内部電極１１Ａの真下の接着剤２３中に気泡ＶＤが存在しないため、内部電極１１Ａは接着剤２３により放熱板１にいっそう強く固定される。つまり内部電極１１Ａが放熱板１に対し強く固定される。このため、内部電極１１Ａにワイヤ１３をより強固に安定に接合することができ、当該接合部の接合性が向上する。
【００４８】
放熱板１とケース７とを接着する接着剤２３は、第２の領域ＲＧＮ２において、厚みが５０μｍ以下の領域を含むように形成される。気泡ＶＤの体積は接着剤２３の厚みによらず一定の体積となるため、接着剤２３が薄ければ、その分だけ気泡ＶＤの面積が大きくなり、接着剤２３の表面に露出しやすくなる。このため通常は、接着剤２３をこのように薄くすることは望まれない。しかし本実施の形態においては、上記のように、内部電極１１Ａの真下にレジスト層２１を有さないため、内部電極１１Ａの真下においてそもそも気泡ＶＤは発生しない。このため本実施の形態によれば、第２の領域ＲＧＮ２の厚みをこのように薄くすることもできる。
【００４９】
また図３などに示すように、ケース７と接着する第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと重なる領域のみならず、その外側まで拡大するように形成されてもよい。たとえば第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域から外側へ、たとえば１ｍｍ程度広く形成されてもよいし、放熱板１の外縁（端部）に達するように形成されてもよい。このようにすれば、内部電極１１Ａの真下以外の第１の領域ＲＧＮ１のレジスト層２１に形成された気泡が内部電極１１Ａの真下にまで膨張するように拡がる不具合を抑制することができる。
【００５０】
図１０は図９の変形例を示す概略断面図である。図１０を参照して、この図が示す構成は基本的に図９と同様であるが、ケース７の内壁が、ケース７の放熱板１との接着面から放熱板１と反対側に向けて、当該接着面に直交するＺ方向に対し傾斜しながら延びる領域を含んでいる。すなわちケース７の当該傾斜している内壁の面は、図１０において傾斜面７ｄとして示されている。なお接着剤２３は、ケース７の内壁側の端部が、ケース７の放熱板１との接着面に対し少し内側（図１１のＸ方向負側）に盛り上がるように形成されている。
【００５１】
このような場合には、接着剤２３内の気泡ＶＤが接着剤２３の表面に露出すれば、当該気泡ＶＤは傾斜面７ｄに沿うように膨張することになる。つまり気泡ＶＤによる沿面放電がいっそう起こりやすくなる。このため通常は、ケース７の内壁面がこのような形状を有することは望まれない。しかし本実施の形態においては、上記のように、内部電極１１Ａの真下にレジスト層２１を有さないため、内部電極１１Ａの真下においてそもそも気泡ＶＤは発生しない。このため本実施の形態によれば、ケース７の内壁面を図１０のような形状とすることもできる。
【００５２】
実施の形態２．
図１１は、実施の形態２における半導体装置の放熱板１の上側の主表面１ａの平面視における態様を示す概略図である。図１２は、図１１中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１１および図１２を参照して、これらの各図が示す構成は基本的に実施の形態１の図３および図４と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図１１および図１２においては、図３および図４と比較して、ケース７と放熱板１とが接着される領域の第２の領域ＲＧＮ２の構成において異なっている。
【００５３】
具体的には、図１１および図１２においては、ケース７の真下の第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域の一部のみに形成されている。したがって図１１および図１２においては、ケース７の真下の第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域の比較的内側の領域のみに形成されている。このため第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域から外側へ、放熱板１の外縁まで連続するように拡大されてはいない。第２の領域ＲＧＮ２の外側には第１の領域ＲＧＮ１が形成されている。この点において図１１および図１２は、図３および図４と異なっている。
【００５４】
実施の形態１および実施の形態２を総括すれば、第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域を含むように形成される。具体的には、第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域のうち（特に内側の）７０％以上の面積の部分を含むように形成される。したがって本実施の形態の電力用半導体装置の製造方法においては、上記のようになるように形成される。内部電極１１Ａと重なる領域の一部は第２の領域ＲＧＮ２となっていなくてもよい。また内部電極１１Ａに隣接する領域に第２の領域ＲＧＮ２があってもよい。
【００５５】
図１３は図１１中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿う部分の概略断面図であり、特にケース７のうち内部電極１１Ａを含む部分に関する概略断面図である。図１３は実施の形態１における図９に対応する。図１３を参照して、レジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２は、内部電極１１Ａと平面視において重なる領域のうち少なくとも７０％以上の面積の領域を含むように形成されることが好ましい。このようにすれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。本実施の形態ではレジスト層２１が形成される領域が実施の形態１よりも広くなる。その分だけ、レジスト層２１によるケース７下でのはんだの濡れ広がりを防ぐ効果が高められる。なお気泡ＶＤが表面に露出しやすい領域となる、内部電極１１Ａと平面視にて重なる領域のうち特に内側の領域を含むように第２の領域ＲＧＮ２が形成されることがより好ましい。
【００５６】
以上の本実施の形態の特徴をよりわかりやすく示したものが図１４および図１５である。図１４は実施の形態１と同様に、内部電極と平面的に重なる領域の全体に第２の領域が形成される態様を示す概略平面図である。図１５は実施の形態２において、内部電極と平面的に重なる領域の一部のみに第２の領域が形成される態様を示す概略平面図である。つまり図１５は図１４との比較用の図面である。図１４および図１５を参照して、図１５においては図１４における第２の領域ＲＧＮ２の一部の領域、特に比較的内側の領域のみに第２の領域ＲＧＮ２が形成されている。図１４が内部電極１１Ａと重なる領域の全体に第２の領域ＲＧＮ２が形成されるとすれば、図１５の第２の領域ＲＧＮ２は図１４の第２の領域ＲＧＮ２の７０％以上の面積の領域を含むことが好ましい。
【００５７】
実施の形態３．
図１６は本実施の形態の電力用半導体装置の製造方法の一工程を示す概略平面図である。図１７は図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う部分の概略断面図である。図１６および図１７を参照して、本実施の形態の電力用半導体装置の製造方法は基本的に実施の形態１の製造方法と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図１６および図１７においては、はんだ付け治具４２の構成において、実施の形態１のたとえば図６に示すはんだ付け治具４１の構成と異なっている。
【００５８】
具体的には、はんだ付け治具４２は、本体部４２ａと、摺動部４２ｂとを主に有している。本体部４２ａははんだ付け治具４２全体の土台をなす基材の部分であり、使用時に放熱板１の上側の主表面１ａ上に接触するように載置される部材である。本体部４２ａの一部には空孔部４２ｃが形成されている。摺動部４２ｂは、本体部４２ａの空孔部４２ｃ内を上下方向に摺動可能に嵌合された部材である。このため摺動部４２ｂは空孔部４２ｃ内に収納されている。
【００５９】
特に図１７に示すように、空孔部４２ｃはＺ方向上側に形成される比較的ＸＹ方向の幅が大きい領域と、Ｚ方向下側に形成される比較的ＸＹ方向の幅が小さい領域とを含んでいる。空孔部４２ｃのうち幅の大きい領域は本体部４２ａのＺ方向最上面を開口しており、空孔部４２ｃのうち幅の大きい領域は本体部４２ａのＺ方向最下面を開口している。摺動部４２ｂはＺ方向下方に突起した本体部分４２ｄと、そのＺ方向上側に形成され、上記突起した本体部分を支持するようにＸＹ平面に沿って延びる支持部４２ｅとを有している。支持部４２ｅは本体部分４２ｄよりも平面視におけるサイズが大きく、空孔部４２ｃの平面視におけるサイズと同等となっている。空孔部４２ｃ内部の側壁には支持部４２ｅが嵌め込まれる溝がＺ方向に沿って形成されている。これにより支持部４２ｅは空孔部４２ｃの溝内をＺ方向に沿って摺動可能となっている。このため支持部４２ｅと一体である本体部分４２ｄは、支持部４２ｅの動きに合わせてＺ方向に移動可能となる。
【００６０】
支持部４２ｅはそのＺ方向の位置にかかわらず空孔部４２ｃのうちＸＹ方向の幅が大きい領域に収納されるが、本体部分４２ｄは空孔部４２ｃのうちＸＹ方向の幅が大きい領域と、ＸＹ方向の幅が小さい領域との双方に配置可能となっている。このため支持部４２ｅのＺ方向の摺動により本体部分４２ｄがＺ方向下方に配置された際には、本体部分４２ｄは空孔部４２ｃのうちＸＹ方向の幅が小さい領域に配置される。
【００６１】
次に、以上のような構成を有するはんだ付け治具４２を用いて図６と同様に基板３をはんだ層９で接合する工程がなされることによる作用効果について説明する。
【００６２】
はんだ付け治具４２は、放熱板１の上側の主表面１ａのうちレジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２となるべき領域と重なる位置に本体部分４２ｄが配置されるように設置される。上記のように摺動部４２ｂは空孔部４２ｃ内をＺ方向に沿って摺動可能である。
【００６３】
たとえばはんだ付け治具４２が放熱板１の上側の主表面１ａ上に接触するように載置された上ではんだ付け工程がなされた場合、はんだの温度により放熱板１がＸＹ平面に対し大きく反ることがある。この場合、当該反りにより、本来接触しているべきはんだ付け治具４２と放熱板１との間に大きな隙間が生じる場合がある。この隙間に飛散したはんだが混入した場合、レジスト層２１を有さない第２の領域ＲＧＮ２となるべき領域にはんだが付着することになる。上記のようにレジスト層２１がない領域に付着したはんだは除去が困難であり、形成される電力用半導体装置の品質低下を招く可能性がある。
【００６４】
そこで本実施の形態のはんだ付け治具４２を用いれば、たとえばＺ方向下方に放熱板１が反った場合に、摺動部４２ｂが重力の作用で空孔部４２ｃ内をＺ方向下方に摺動する。逆にたとえばＺ方向上方に放熱板１が反った場合には、摺動部４２ｂが放熱板１に押されて空孔部４２ｃ内をＺ方向上方に摺動する。このように摺動部４２ｂは放熱板１のＺ方向の反り状態に追従するようにそのＺ方向の位置を変更可能である。このため放熱板１の反りの状態にかかわらず、常に摺動部４２ｂの本体部分４２ｄのＺ方向最下部は、放熱板１の第２の領域ＲＧＮ２となるべき領域を覆うことが可能となる。そしてはんだ付け治具４２を用いた場合、基板３をはんだ層９で接合する工程において、第２の領域ＲＧＮ２となるべき領域が治具で覆われた状態ではんだが接合される。したがって第２の領域ＲＧＮ２となるべき領域において摺動部４２ｂとの隙間が生じることを抑制することができる。よってレジスト層２１を有さない第２の領域ＲＧＮ２へのはんだの溶着を抑制することができる。
【００６５】
実施の形態４．
これ以降の各実施の形態においては、本発明の上記以外の変形例について説明する。図１８は、実施の形態４以降における半導体装置の構成を示す概略平面図である。図１９以降の各図は、図１８中のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図であり、特にケース７のうち内部電極１１Ａを含む部分に関する概略断面図である。図１９は実施の形態４における図１８中のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。
【００６６】
図１８および図１９を参照して、これらの各図が示す構成は基本的に実施の形態１の図１および図９と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図１９においては、図９と比較して、ケース７が放熱板１と対向し接着される面の部分の構成において異なっている。
【００６７】
具体的には、図１９においては、第２の領域ＲＧＮ２と平面視において重なる領域において、放熱板１と対向し接着されるケース７の対向接着面は、第２の領域ＲＧＮ２と平面視において重なる領域以外の領域における対向接着面よりも、放熱板１と反対側に凹んでいる。つまり図１９において、レジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２の真上のケース７の対向接着面は、レジスト層２１が形成された第１の領域ＲＧＮ１の真上のケース７の対向接着面よりも、Ｚ方向上側に凹んだケース凹み部７ｃを形成している。対向接着面が上方に凹んだケース凹み部７ｃは、図１９においては、内部電極１１Ａと平面的に重なる領域の全体を含み、かつ外部電極１１Ｂと平面的に重なる領域の一部を含んでいる。またケース凹み部７ｃは、ケース７と放熱板１との間にレジスト層２１を有さず接着剤２３のみを有する領域の全体と重なるように形成されている。この点において図１９は図９と異なっている。
【００６８】
なお図１９においては、外部電極１１ｂと重なる領域の一部に第１の領域ＲＧＮ１が形成されている。しかし図１９においても図９などと同様に、内部電極１１Ａおよび外部電極１１Ｂと重なる領域の全体が第２の領域ＲＧＮ２となっていてもよい。
【００６９】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態では、レジスト層２１が形成されない第２の領域ＲＧＮ２と平面視において重なる領域の対向接着面が上方に凹み、ケース凹み部７ｃを形成している。このため、仮に溶融されたはんだが飛散し上側の主表面１ａの第２の領域ＲＧＮ２に溶着したとしても、溶着したはんだによる隆起した部分がケース凹み部７ｃの真下の空隙の領域に収まる。このためケース７が隆起したはんだの上に乗りかかるように搭載され、設計された位置よりもＺ方向上方に盛り上がるように接着される不具合を回避することができる。このようにたとえ溶融はんだの付着があったとしても、ケース７を設計値どおりのＺ方向位置に接着することができる。
【００７０】
なおケース凹み部７ｃとそれ以外の領域とのケース７の対向接着面のＺ方向の高低差、すなわちケース凹み部７ｃにより形成される空間部分のＺ方向高さは、０．２ｍｍ程度、より具体的には０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。ケース凹み部７ｃのＺ方向高さは、その真下の第２の領域ＲＧＮ２にどの程度の量のはんだが飛散し、また当該飛散したはんだがどの程度第２の領域ＲＧＮ２に濡れ広がることが想定されるかを考慮して決めることが好ましい。ただしはんだ付け治具４１（図６、図７参照）を用いてはんだ付けする場合、第２の領域ＲＧＮ２に付着するはんだのＺ方向高さは、放熱板１の反りにより生じる放熱板１とはんだ付け治具４１との隙間量以上になることはない。このことを考慮すれば、ケース凹み部７ｃのＺ方向高さは上記の数値範囲内とすることが好ましい。
【００７１】
実施の形態５．
図２０は実施の形態５における図１８中のＡ−Ａ線に沿う部分の概略断面図である。図２０を参照して、この図が示す構成は基本的に実施の形態１の図９と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし図２０においては、図９と比較して、ケース７の内壁の形状において異なっている。
【００７２】
具体的には、図２０が示す電力用半導体装置は、ケース７のうち特に内側の内部電極１１Ａが搭載される領域の、基板３と対向する内壁面が、ケースの外側（図２０の左側）に向けて湾曲した凹形状７ｅを有している。凹形状７ｅは、内部電極１１Ａの真下のケース７の厚みが、内部電極１１Ａと接着剤２３とのＺ方向に関する中央部にて最小となるように湾曲している。
【００７３】
本実施の形態の構成によれば、接着剤２３内の気泡ＶＤが接着剤２３の表面に露出したとしても、その気泡ＶＤはケース７の内壁の凹形状７ｅに沿って這い上がることが図９より困難となる。凹形状７ｅは湾曲しているためである。またそもそも凹形状７ｅが形成されることにより、図９のようにＺ方向にまっすぐ延びる内壁に比べて、ケース７の内壁の沿面距離が長くなる。このため図９に比べて内部電極１１Ａと放熱板１との沿面放電が起こりにくくなる。
【００７４】
実施の形態６．
本実施の形態は、上述した実施の形態１〜５にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明はある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６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。
【００７５】
図２１は、本実施の形態にかか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。
【００７６】
図２１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から構成される。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ある電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
【００７７】
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２１に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１０と、主変換回路２０１０を制御する制御信号を主変換回路２０１０に出力する制御回路２０３０とを備えている。
【００７８】
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はある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。
【００７９】
以下、電力変換装置２０００の詳細を説明する。主変換回路２０１０は、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２０１０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２０１０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２０１０の各スイッチング素子や各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態１〜５のいずれかの電力用半導体装置に係るＩＧＢＴ５ａまたはＦＷＤｉ５Ｂを適用する。そのＩＧＢＴ５ａまたはＦＷＤｉ５Ｂが適用された部分を図２１において半導体モジュール２０２０として示している。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２０１０の３つの出力端子は、負荷３０００に接続される。
【００８０】
また、主変換回路２０１０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、駆動回路は半導体モジュール２０２０に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２０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２０１０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２０１０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２０３０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。
【００８１】
制御回路２０３０は、負荷３０００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１０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２０１０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２０１０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２０１０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。
【００８２】
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１０のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１〜５にかかる半導体モジュールを適用する。このため、上記のように絶縁性能をより高め、設計自由度が高く信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。たとえば実施の形態２と実施の形態４との構成を組み合わせてもよい。
【００８６】
今回開示され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考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８７】
１  放熱板、１ａ  上側の主表面、１ｂ  下側の主表面、３  基板、３Ａ  絶縁層、３Ｂ  金属パターン、５  半導体素子、５Ａ  ＩＧＢＴ、５Ｂ  ＦＷＤｉ、７  ケース、７ｃ  ケース凹み部、７ｄ  傾斜面、９  はんだ層、９Ａ  はんだ、１１  電極、１１Ａ  内部電極、１１Ｂ  外部電極、１３  ワイヤ、１５  封止材、１７  蓋、２１  レジスト層、２１Ａ  レジスト液、３１  印刷マスク、３１Ａ  開口部、３１Ｂ  非開口部、３３  印刷スキージ、４１，４２  はんだ付け治具、４２ａ  本体部、４２ｂ  摺動部、４２ｃ  空孔部、４２ｄ  本体部分、４２ｅ  支持部、１００  電力用半導体装置、１０００  電源、２０００  電力変換装置、２０１０  主変換回路、２０２０  半導体モジュール、２０３０  制御回路、３０００  負荷、ＲＧＮ１  第１の領域、ＲＧＮ２  第２の領域、ＲＧＮ３  第３の領域、ＶＤ  気泡。 
【図１】
2019197831.tif 000003
【図２】
2019197831.tif 000004
【図３】
2019197831.tif 000005
【図４】
2019197831.tif 000006
【図５】
2019197831.tif 000007
【図６】
2019197831.tif 000008
【図７】
2019197831.tif 000009
【図８】
2019197831.tif 000010
【図９】
2019197831.tif 000011
【図１０】
2019197831.tif 000012
【図１１】
2019197831.tif 000013
【図１２】
2019197831.tif 000014
【図１３】
2019197831.tif 000015
【図１４】
2019197831.tif 000016
【図１５】
2019197831.tif 000017
【図１６】
2019197831.tif 000018
【図１７】
2019197831.tif 000019
【図１８】
2019197831.tif 000020
【図１９】
2019197831.tif 000021
【図２０】
2019197831.tif 000022
【図２１】
2019197831.tif 000023