(57)【要約】  本発明の課題は、ケース部材を大型化することなく、良好な冷却を確保することができるパワー半導体モジュールを提供することである。本発明に係るパワー半導体モジュールにおいて、枠状ケース２４０は、前面２３１と裏面２４１と一対の側面２３３、２３４とを有する。前面２３１と裏面２３２の少なくとも一方に開口部２６１が形成され、枠状ケース２４０の開口部２６１に金属ベース２１０が嵌入され、その周縁部と枠状ケース２４０の開口部２６１の周縁部とが接合された接合部ＦＷを有する。枠状ケース２４０の一対の側面２３３、２３４のそれぞれに、側面２３３、２３４から枠状ケース２４０の内側に延在され、側面２３３、２３４の厚さの中間位置に、接合部ＦＷ側に面して形成された底面１１を有する第１、第２凹部２５１、２５２が形成されている。
2015198720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号用の第１電極と出力信号用の第２電極と制御信号用の第３電極とを有し、前記第３電極に印加される制御信号に基づいて前記第１電極の入力信号を変換し、前記第２電極から出力信号を出力する電力変換回路を有する回路体と、
金属製の枠状ケースおよび金属ベースを有し、前記回路体を収納するケース部材とを備え、
前記枠状ケースは、前面と裏面と一対の側面とを有し、前記前面と前記裏面との少なくとも一方に開口部が形成され、
前記ケース部材は、前記枠状ケースの前記開口部に嵌入された前記金属ベースの周縁部と前記枠状ケースの前記開口部の周縁部とが接合された接合部を有し、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに、前記側面から前記ケース部材の内側に延在され、前記側面の厚さの中間位置に、前記接合部側に面して形成された底面を有する凹部が形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記枠状ケースの厚さ方向から投影した場合、
前記凹部の射影部は、前記接合部の射影部よりも外側に位置する、パワー半導体モジュール。
【請求項３】
請求項２に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部の前記底面は、前記前面に開放して形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記枠状ケースは、前記前面と前記裏面それぞれに形成された前記開口部を有し、
前記金属ベースは、前記前面の前記開口部に嵌入される第１の金属ベースと、前記裏面の前記開口部に嵌入される第２の金属ベースとを含み、
前記ケース部材は、前記枠状ケースの前記前面の前記開口部に嵌入された前記第１の金属ベースの周縁部と前記前面の前記開口部の周縁部とが接合された第１接合部と、前記枠状ケースの前記裏面の前記開口部に嵌入された前記第２の金属ベースの周縁部と前記裏面の前記開口部の周縁部とが接合された第２接合部とを有し、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに、前記側面から前記ケース部材の内側に延在し、前記側面の厚さの中間位置に、前記第１接合部側に面して形成された底面を有する第１凹部と、前記側面の厚さの中間位置に、前記第２接合部側に面して形成された底面を有する第２凹部とが形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記第１接合部と前記第１凹部の前記底面間の距離は、前記第１接合部と前記第２凹部の前記底面間の距離よりも小さく、前記第２接合部と前記第２凹部の前記底面間の距離は、前記第２接合部と前記第１凹部の前記底面間の距離よりも小さくされ、前記第１凹部の前記底面と前記第２凹部の底面との間に隔壁部が介在されている、パワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項５に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記第１凹部と前記第２凹部とは、前記枠状ケースの前記側面に沿う方向においてずれた位置に形成されており、前記側面は、前記前面と前記第２凹部の前記底面との間に前記第１凹部が形成されていない領域と、前記裏面と前記第１凹部の前記底面との間に前記第２凹部が形成されていない領域とを有する、パワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記枠状ケースの前記側面のそれぞれに形成された前記第１凹部と前記第２凹部は、前記ケース部材を、前記枠状ケースの前記一対の側面の中心軸と平行な方向を回転軸として表裏反転したとき、反転する前の他の凹部の位置と同一位置になるような形状および個数に形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法であって、
前記枠状ケースの前記開口部に前記金属ベースを嵌入する、
前記枠状ケースの前記一対の側面のそれぞれに形成された前記凹部の前記底面を固定治具により少なくとも前記側面の厚さ方向に固定する、
前記枠状ケースの前記開口部の周縁部と前記金属ベースの周縁部とを接合し、前記ケース部材を形成する、
前記ケース部材に前記回路体を収納する、
の各工程を備える、パワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項９】
請求項４乃至７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法であって、
前記枠状ケースの前記前面の前記開口部に前記第１の金属ベースを嵌入する、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに形成された前記第１凹部の前記底面を固定治具により少なくとも前記側面の厚さ方向に固定する、
前記枠状ケースの前記前面の前記開口部の周縁部と前記第１の金属ベースの周縁部とを接合する、
前記第１の金属ベースが接合された前記枠状ケースを、前記枠状ケースの前記一対の側面の中心軸と平行な方向を回転軸として表裏反転する、
前記枠状ケースの前記裏面の前記開口部に前記第２の金属ベースを嵌入する、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに形成された前記第２凹部の前記底面を固定治具により少なくとも前記側面の厚さ方向に固定する、
前記枠状ケースの前記裏面の前記開口部の周縁部と前記第２の金属ベースの周縁部とを接合し、前記ケース部材を形成する、
前記ケース部材に前記回路体を収納する、
の各工程を備える、パワー半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールおよびパワー半導体モジュールの製造方法に関し、より詳細には、電力変換回路を有するパワー半導体モジュールおよびパワー半導体モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両用に適用されるパワー半導体モジュールは、直流電力を交流電力に、または交流電力を直流電力に変換する電力変換回路を有する。電力変換回路は、発熱量が大きいパワー半導体素子を備えている。
このため、パワー半導体モジュールのケースは、通常、金属により形成される。ケースは、パワー半導体素子等の電子部品を有する回路体が収納される収納空間を備えている。【０００３】
このような、パワー半導体モジュールのケースの一例として、多数の放熱フィンが形成された放熱板を金属枠体に形成された開口部に嵌合し、放熱板の突合せ部と金属枠体の開口部周縁部とを摩擦攪拌接合により接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２５７３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
パワー半導体モジュールのケースの収納空間は、回路体と放熱板とが均一に密着して良好な冷却を確保することができるように厳密な寸法に形成する必要がある。このためには、接合時においてケースの位置が変動しないよう、確実に固定する必要がある。
特許文献１に記載された構造では、金属枠体の開口部周縁部の幅が小さく、金属枠体を確実に固定することができない。金属枠体の開口部周縁部の幅を十分な大きさとすると、パワー半導体モジュールが大型化する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のパワー半導体モジュールは、入力信号用の第１電極と出力信号用の第２電極と制御信号用の第３電極とを有し、第３電極に印加される制御信号に基づいて第１電極の入力信号を変換し、第２電極から出力信号を出力する電力変換回路を有する回路体と、金属製の枠状ケースおよび金属ベースを有し、回路体を収納するケース部材とを備え、枠状ケースは、前面と裏面と一対の側面とを有し、前面と裏面との少なくとも一方に開口部が形成され、ケース部材は、枠状ケースの開口部に嵌入された金属ベースの周縁部と枠状ケースの開口部の周縁部とが接合された接合部を有し、枠状ケースの一対の側面のそれぞれに、側面からケース部材の内側に延在され、側面の厚さの中間位置に、接合部側に面して形成された底面を有する凹部が形成されている。
本発明のパワー半導体モジュールの製造方法は、上記パワー半導体モジュールの製造方法であって、枠状ケースの開口部に金属ベースを嵌入する、枠状ケースの一対の側面のそれぞれに形成された凹部の底面を固定治具により少なくとも側面の厚さ方向に固定する、枠状ケースの開口部の周縁部と金属ベースの周縁部とを接合し、ケース部材を形成する、ケース部材に回路体を収納する、の各工程を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ケース部材を大型化することなく、良好な冷却を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図。
【図２】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の正面図。
【図３】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の右側面図。
【図４】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の左側面図。
【図５】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の背面図。
【図６】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の平面図。
【図７】（ａ）は、図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の下面図、（ｂ）は、図１のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線拡大断面図。
【図８】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の分解斜視図。
【図９】本発明のパワー半導体モジュールの回路の一例を示す回路図。
【図１０】図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の製造方法を説明するための斜視図。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図。
【図１２】図１０、図１１に図示された製造方法で作製されたケース部材の完成状態を示す外観斜視図。
【図１３】本発明の実施形態２に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図。
【図１４】図１３に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の正面図。
【図１５】図１３に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の右側面図。
【図１６】図１３に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の左側面図。
【図１７】図１３に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の背面図。
【図１８】本発明の実施形態３に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図。
【図１９】図１８に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の正面図。
【図２０】図１８に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の右側面図。
【図２１】図１８に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の左側面図。
【図２２】図１８に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の背面図。
【図２３】図１８に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の分解斜視図。
【図２４】図１８に図示されたケース部材の製造方法を説明するための斜視図。
【図２５】図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線断面図。
【図２６】図２４に続く工程を説明するための斜視図。
【図２７】図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面図。
【図２８】図２４〜図２７に図示された製造方法で作製されたケース部材の完成状態を示す外観斜視図。
【図２９】本発明の実施形態４に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図。
【図３０】図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
−実施形態１−
［パワー半導体モジュールの構造］
以下、図面を参照して本発明によるパワー半導体モジュールおよびパワー半導体モジュールの一実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図であり、図２〜図７は、それぞれ、図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の正面図、右側面図、左側面図、背面図、平面図および下面図である。また、図８は、図１に図示されたケース部材の分解斜視図である。
パワー半導体モジュール１００は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される。パワー半導体モジュール１００は、ケース部材２００と回路体３００とを備える。
回路体３００は、複数のパワー半導体素子を有し、直流電力を交流電力に変換する電力変換回路を備えている。不図示のバッテリやエンジンにより駆動されるオルタネータから供給される直流電力は、パワー半導体モジュール１００の回路体３００に内蔵された電力変換回路により交流電力に変換されてモータに供給される。パワー半導体モジュール１００を３個用い、各パワー半導体モジュール１００の回路体３００を接続して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相ブリッジ回路を構成することができる。
【００１０】
ケース部材２００は、図８に図示されるように、枠状ケース２４０と、金属ベース２１０とを接合して構成されている。枠状ケース２４０と金属ベース２１０とは、ともに、アルミ合金材料、例えば、Ａｌ、ＡｌＳｉ、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃ等の金属材料により形成されている。
枠状ケース２４０は、フランジ部２２０と、フランジ部２２０の下方に形成された枠状部２３０とを有する。フランジ部２２０と枠状部２３０は、アルミダイキャスト等により一体成形される。
【００１１】
図７（ａ）、（ｂ）および図８を参照して説明する。
図７（ａ）は、図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の下面図であり、図７（ｂ）は、図１のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線拡大断面図である。
枠状部２３０は、前面２３１と、裏面２３２と、一対の側面２３３、２３４と、下面２３５とを有し、ほぼ直方体形状を有する。枠状部２３０の前面２３１には、平面視でほぼ矩形形状の開口部２６１が形成されている。開口部２６１は、枠状部２３０の前面２３１の外周側辺の僅かに内側に開口縁部を有し、４つの角部は、円弧状に縁取りされている。開口部２６１の開口縁部の内側には、段部２６２が形成されている。段部２６２は、前面２３１の外面側を厚さ方向に凹ませ、この部分の板厚を薄くして（図１１参照）形成されたものである。枠状部２３０の裏面２３２には、放熱フィン２１３が形成されている（図５、図１１参照）。
【００１２】
フランジ部２２０は、両端が半円弧形状とされた横長の上部２２１を有し、枠状部２３０の前面２３１と、裏面２３２と一対の側面２３３、２３４とを連結する。上部２２１の中央部には、横長の貫通孔２２２が形成されている。
枠状部２３０の前面２３１と、裏面２３２と、一対の側面２３３、２３４と、下面２３５とにより回路体３００を収納する収納空間が形成され、フランジ部２２０の貫通孔２２２は、収納空間に連通する。回路体３００は、フランジ部２２０の貫通孔２２２から挿入され、後述する各端子をフランジ部２２０の上方に突き出した状態で、枠状ケース２４０の収納空間に収納される。
【００１３】
図７（ａ）、（ｂ）に図示されるように、枠状部２３０の側面２３３、２３４は、それ
ぞれ、枠状部２３０の厚さ方向（Ｚ方向）の中央部が外側に膨らむ円弧状に湾曲して形成されている。ここで、円弧状とは、真円の部分形状以外、長円形、楕円形、円板状、ドーム状などの部分形状を含む。
図７（ｂ）、図８に示すように、側面２３３、２３４のそれぞれには、枠状部２３０の内方に延在する第１凹部２５１、第２凹部２５２が形成されている。第１、第２凹部２５１、２５２は、それぞれ、枠状部２３０の高さ方向（Ｙ方向）のほぼ中央に形成されている。なお、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、各図に図示の通りとする。
【００１４】
第１、第２凹部２５１、２５２のＺ方向の各底面１１は、各側面２３３、２３４の厚さ方向（Ｚ方向）の中間位置よりも前面２３１側に近い側に設けられている。つまり、第１、第２凹部２５１、２５２の各底面１１は、厚さ方向（Ｚ方向）の中間位置に達しない深さに形成されている。また、第１、第２凹部２５１、２５２の枠状部２３０の長さ方向（Ｘ方向）の側端面１２は、それぞれ、円弧状に湾曲された側面２３３、２３４の領域内に形成されている。
【００１５】
このように、第１、第２凹部２５１、２５２は、円弧状に湾曲された側面２３３、２３４の領域内に設けられており、それぞれ、前面２３１および側面２３３、２３４に開放されている。
第１、第２凹部２５１、２５２それぞれは、高さ方向（Ｙ方向）において相対向する端面１３、１４を有する。
【００１６】
金属ベース２１０は、ほぼ平坦な板状部２１１と、板状部２１１から突出して形成された多数の柱状の放熱フィン２１２を有する。金属ベース２１０は、枠状部２３０の開口部２６１に嵌入される外周形状を有する。詳細は後述するが、金属ベース２１０は、枠状部２３０の開口部２６１に嵌合されると共に、段部２６２上に載置される。この状態で、板状部２１１の周縁部と枠状部２３０の開口部２６１の周縁部とが接合される。
図１に点線で図示されるように、ケース部材２００の前面２３１には、金属ベース２１０が、例えば、摩擦攪拌接合により接合された枠状の接合部ＦＷが形成されている。
【００１７】
［回路体が備える回路構成］
回路体３００は、直流電力を交流電力に、または交流電力を直流電力に変換する電力変換回路を構成するパワー半導体素子を内蔵している。
図９は、本発明のパワー半導体モジュールの回路の一例を示す回路図である。
回路体３００は、上アームＩＧＢＴ１５５、上アームダイオード１５６、下アームＩＧＢＴ１５７、下アームダイオード１５８等のパワー半導体素子を有する。
上アームＩＧＢＴ１５５のゲート電極と下アームＩＧＢＴ１５７のゲート電極には、それぞれ、上アームゲート端子３２５Ｕ、下アームゲート端子３２５Ｌが接続される。上アームＩＧＢＴ１５５のエミッタ電極と下アームＩＧＢＴ１５７のエミッタ電極には、それぞれ、上アームエミッタ端子３２６Ｕ、下アームエミッタ端子３２６Ｌが接続される。
【００１８】
上アームＩＧＢＴ１５５のコレクタ電極と上アームダイオード１５６のカソード電極は直流正極導体板３１５により接続され、直流正極導体板３１５は直流正極端子３１５Ａに接続される。上アームＩＧＢＴ１５５のエミッタ電極と上アームダイオード１５６のアノード電極は第二交流導体板３１８により接続される。
下アームＩＧＢＴ１５７のエミッタ電極と下アームダイオード１５８のアノード電極は直流負極導体板３１９により接続され、直流負極導体板３１９は直流負極端子３１９Ａに接続される。下アームＩＧＢＴ１５７のコレクタ電極と下アームダイオード１５８のカソード電極は第一交流導体板３１６により接続される。
第一交流導体板３１６と第二交流導体板３１８とは中間導体板１５９により接続される。
第一交流導体板３１６は、交流出力端子３２１に接続される。
図１に図示された回路体３００の各端子に付された参照番号は、図９に図示された上記各端子の参照番号と一致する。
【００１９】
［回路体の収納構造］
回路体３００の構造は図示されないが、その概要は以下の通りである。
図９に図示されるように、上アームＩＧＢＴ１５５と上アームダイオード１５６は、直流正極導体板３１５と第二交流導体板３１８との間に、各導体板３１５、３１８に熱結合した状態で挟持され、第１半導体ブロックとして形成される。下アームＩＧＢＴ１５７と下アームダイオード１５８は、交流出力端子３２１と直流負極導体板３１９との間に、各導体板３２１、３１９に熱結合した状態で挟持され第２半導体ブロックとして形成される。第一交流導体板３１６と第二交流導体板３１８とは中間導体板１５９により接続される。第１半導体ブロックと第２半導体ブロックとは、直流正極導体板３１５と第一交流導体板３１６とが同一平面となるように並べて金型内に配置され、モールド成形により、各端子３１５Ａ、３２５Ｕ、３２６Ｕ、３１９Ａ、３２１、３２５Ｌ、３２６Ｌを露出して封止される。このとき、直流正極導体板３１５と第一交流導体板３１６とは、一面側において樹脂の外表面と同一面とされ、樹脂から表出される。また、第二交流導体板３１８と直流負極導体板３１９とは、他面側において樹脂の外表面と同一面とされ、樹脂から表出される。
【００２０】
つまり、回路体３００は、パワー半導体素子に熱結合された導体板が、封止樹脂の表裏面のそれぞれと同一面とされた状態で、外部に表出されている。
回路体３００は、ケース部材２００の貫通孔２２２から挿入され、ケース部材２００の収納空間内に収納される。収納空間内に収納された状態で、回路体３００の表裏両面に形成された導体板が、金属ベース２１０の内面および枠状ケース２４０の裏面２３２の内面に熱伝導可能に接触する。図示はしないが、回路体３００と金属ベース２１０との間、および回路体３００と枠状ケース２４０の裏面２３２の内面との間に熱伝導シートを介在して熱結合する構造としてもよい。
【００２１】
このような構造では、金属ベース２１０の内面と枠状ケース２４０の裏面２３２の内面との間の厚さ方向（Ｚ方向）の間隔が不均一であると、回路体３００と金属ベース２１０、または回路体３００と枠状ケース２４０の裏面２３２のとの間に隙間ができたり、接触が不均一となったりするため、回路体３００を冷却する能力が低下する。特に、接合時における枠状ケース２４０の固定が不確実であると、接合ツール２５により枠状ケース２４０に金属ベース２１０を接合する際、枠状ケース２４０が変位し、金属ベース２１０の内面と枠状ケース２４０の裏面２３２の内面との間の厚さ方向（Ｚ方向）の間隔は不均一となる。
接合時における枠状ケース２４０の固定を確実にするために、枠状部２３０の開口部２６１の開口縁部から枠状部２３０の側面２３３、２３４の外周側辺までの長さを大きくすることが考えられるが、これでは、枠状ケース２４０、すなわち、ケース部材２００が大型化することになる。
以下、ケース部材２００を大型化することなく、枠状ケース２４０を確実に固定して、枠状ケース２４０と金属ベース２１０とを精度よく接合する、本発明によるパワー半導体モジュールの製造方法の一実施の形態を説明する。
【００２２】
［パワー半導体モジュールの製造方法］
図１０は、図１に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の製造方法を説明するための斜視図であり、図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。また、図１２は、図１０、図１１に図示された製造方法で作製されたケース部材２００の完成状態を示す外観斜視図である。
上述した通り、回路体３００の冷却が均一且つ能力が大きいパワー半導体モジュール１００を作製するには、枠状ケース２４０を変位させることなく金属ベース２１０を枠状ケース２４０に接合し、ケース部材２００を作製することが重要である。
ケース部材２００を作製するには、先ず、枠状ケース２４０を受け治具２４にて保持する。受け治具２４は、ほぼ矩形状に形成され、支持面２４ａと溝部２４ｂとを有する。支持面２４ａには、枠状ケース２４０の裏面２３２に設けられた放熱フィン２１３に対応する領域に凹部２４ｃ（図１１参照）が形成されている。この凹部２４ｃ内に放熱フィン２１３を配置して、枠状ケース２４０の背面２３２を支持面２４ａ上に載置し、また、受け治具２４の溝部２４ｂ内にフランジ部２２０の裏面２３２から突出する部分を収容する。
【００２３】
この状態では、枠状ケース２４０の開口部２６１が、受け治具２４とは反対側である上部側に配置されている。金属ベース２１０の板状部２１１を、枠状ケース２４０の開口部２６１に嵌入し、開口部２６１の周縁部に形成された段部２６２上に載置する。段部２６２の金属ベース２１０の載置面は、鋳肌面であってもよいし、必要に応じて、切削加工を施してもよい。段部２６２上に金属ベース２１０を載置した状態で、金属ベース２１０の上面と、枠状部２３０の前面２３１の上面とが、ほぼ同一面となるように、段部２６２の深さおよび板状部２１１の厚さを設定することが好ましい。
【００２４】
枠状ケース２４０の側面２３３に形成された第１凹部２５１および側面２３４に形成された第２凹部２５２それぞれの底面１１を固定治具２３により押し付けて、枠状ケース２４０を固定する。枠状ケース２４０は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向に固定する必要がある。固定治具２３により、第１、第２凹部２５１、２５２の底面１１を受け治具２４に押し付けることによりＺ方向に固定する。すなわち、各固定治具２３の先端面を第１、第２凹部２５１、２５２の側端面１２に当接することにより、枠状ケース２４０をＸ方向に固定する。また、各固定治具２３の側面を第１、第２凹部２５１、２５２の端面１３、１４に押し当てることにより、枠状ケース２４０をＹ方向に固定する。この場合、一方の固定治具２３を第１凹部２５１の端面１３、１４のうちの一方の端面に、他方の固定治具２３を第２凹部２５２の端面１３、１４のうちの他方の端面に押し付けるようにするとよい。
【００２５】
なお、枠状ケース２４０をＸ方向およびＹ方向に固定するには、枠状ケース２４０の外周側面を押さえることによっても行うことができる。すなわち、枠状ケース２４０をＸ方向に固定するには固定治具２３とは別の固定治具により枠状ケース２４０の側面２３３、２３４を保持してもよい。また、枠状ケース２４０をＹ方向に固定するには、固定治具２３とは別の固定治具により枠状ケース２４０の下面２３５およびフランジ部２２０の上部２２１の上面を保持してもよい。
固定治具２３により、枠状ケース２４０をＺ方向に固定する場合、第１、第２凹部２５１、２５２は、枠状部２３０の前面２３１側に開放されているので、固定治具２３をＺ方向に移動して第１、第２凹部２５１、２５２の底面１１を押圧すればよい。従って、枠状ケース２４０の固定を能率的に行うことができる。
【００２６】
図１１は、枠状ケース２４０の側面２３３側における、枠状ケース２４０と金属ベース２１０との接合方法を説明するための図であるが、以下の説明は、枠状ケース２４０の側面２３４側においても同様である。
枠状ケース２４０の第１凹部２５１の底面１１上に搭載された固定治具２３は、その上面が、枠状部２３０の前面２３１よりも低くなるように、第１凹部２５１の底面１１の深さ、および固定治具２３の厚さが設定されている。
【００２７】
この状態で、接合ツール２５を用いて、金属ベース２１０の外周縁と枠状ケース２４０の開口部２６１の周縁部とを、例えば、摩擦攪拌接合により接合する。摩擦攪拌接合は、接合ツール２５の端面を、金属ベース２１０の外周側面と枠状ケース２４０の開口部２６１の突合せ面に対応させて配置し、突合せ面に沿って開口部２６１の全周に亘って接合ツール２５を移動させて行う。これにより、金属ベース２１０と枠状ケース２４０とは接合部ＦＷで接合される。
【００２８】
図１１に図示されるように、枠状ケース２４０の厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１凹部２５１は、その射影部Ｐ1が、接合部ＦＷの射影部Ｐ2の外側に配置されている。つまり、第１凹部２５１の長さ方向（Ｘ方向）の側端面１２は、接合部ＦＷよりも外側に位置している。このため、接合ツール２５による接合時の負荷を、枠状ケース２４０の枠状部２３０における内面２３０ａと側端面１２との間の部分により支持することができ、接合時の負荷による枠状ケース２４０の変形を防止することができる。
【００２９】
また、枠状ケース２４０の厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１凹部２５１は、その射影部Ｐ1が、側面２３３の側辺２３３ａと重なって配置されている。換言すれば、第１凹部２５１の底面１１は、円弧状に湾曲された側面２３３の領域内に設けられており、第１凹部２５１の底面１１は側面２３３から、直接、外方に開放されている。このように、第１凹部２５１は、円弧状に湾曲された側面２３３の領域内に設けられており、かつ、第１凹部２５１の底面１１が、側面２３３から、直接、外方に開放されている。このため、第１凹部２５１を、側面２３３の最も外側の側辺２３３ａの内側に形成する構造、つまり、第１凹部２５１と側面２３３の最も外側の側辺２３３ａとの間に側壁等の隔離部を設ける構造に比し、枠状ケース２４０を小さくすることができる。
【００３０】
図１２は、上述の方法で作製されたケース部材２００の完成状態を示す外観斜視図である。
ケース部材２００を作製した後、回路体３００を、フランジ部２２０の貫通孔２２２からケース部材２４０内に挿入し、各端子をフランジ部２２０の上方に突き出した状態で、ケース部材２００の収納空間内に収納することにより、図１に図示されたパワー半導体モジュール１００が形成される。回路体３００をケース部材２００に収納した後、回路体３００とケース部材２００との隙間に、樹脂を注入して、硬化してもよい。
【００３１】
上記一実施の形態によれば下記の効果を奏する。
（１）枠状ケース２４０の側面２３３、２３４に第１、第２凹部２５１、２５２を設け、固定治具２３により、第１、第２凹部２５１、２５２の底面１１をＺ方向に押圧して治具２４の上面２４ａ上に固定し、この固定状態で、金属ベース２１０と枠状ケース２４０とを接合するようにした。これにより、枠状ケース２４０の前面２３１における、開口部２６１と側面２３３、２３４との間に固定治具２３により枠状ケース２４０を押圧するスペースが無くても、枠状ケース２４０を確実に固定することができる。このため、接合時における枠状ケース２４０の位置の変動を抑えることが可能となり、接合によりケース部材２００に形成される回路体３００の収納空間の精度を高めることができる。従って、ケース部材２００を大型化することなく、ケース部材２００による回路体３００の冷却を良好に行うことができる。
【００３２】
（２）枠状ケース２４０の厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１凹部２５１は、その射影部Ｐ1が、接合部ＦＷの射影部Ｐ2の外側に配置される構造とした（図１１参照）。つまり、第１凹部２５１の長さ方向（Ｘ方向）の側端面１２は、接合部ＦＷよりも外側に位置しており、第１凹部２５１のＸ方向の側端面１２が接合部ＦＷよりも内側に位置していない。このため、接合ツール２５による負荷は、枠状部２３０の内面２３０ａと第１、第２凹部２５１、２５２の側端面１２との間における枠状部２３０の部分により支持することができ、枠状ケース２４０の変形を防止することができる。
【００３３】
（３）枠状ケース２４０の厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１凹部２５１は、その射影部Ｐ1が、側面２３３の側辺２３３ａと重なって配置されている（図１１参照）。第１凹部２５１の底面１１は、円弧状に湾曲された側面２３３の領域内に設けられているので、枠状ケース２４０を小さくすることができる。また、第１凹部２５１の底面１１が、側面２３３から、直接、外方に開放される構造なので、この構造によっても、枠状ケース２４０を小さくすることができる。
【００３４】
（４）第１、第２凹部２５１、２５２は、枠状ケース２４０の前面２３１に向けて開放されている。このため、固定治具２３をＺ方向に移動して第１、第２凹部２５１、２５２の底面１１を押圧することにより、枠状ケース２４０を固定することができ、枠状ケース２４０の固定を能率的に行うことができる。
【００３５】
−実施形態２−
図１３〜図１７を参照して、本発明によるパワー半導体モジュールの実施形態２を説明する。
図１３は、本発明の実施形態２に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図である。図１４〜１７は、それぞれ、図１３に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の正面図、右側面図、左側面図および背面図である。
実施形態２のパワー半導体モジュール１００Ａが、実施形態１のパワー半導体モジュール１００と相違する点は、ケース部材２００Ａが、表裏両面において金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂに接合される構造を有する点である。つまり、枠状ケース２４０Ａの前面２３１において金属ベース２１０Ａに接合され、枠状ケース２４０Ａの裏面２３２において、金属ベース２１０Ｂが接合されている。
以下、実施形態１との相違点を主に、実施形態２を説明することとし、実施形態１と共通な構成は、対応する部材に同一の符号を付して、適宜、説明を省略することとする。
【００３６】
枠状ケース２４０Ａは、前面２３１および裏面２３２の両面に図８に図示される開口部２６１を有しており、金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂのそれぞれは、枠状ケース２４０Ａの前面２３１および裏面２３２それぞれの開口部２６１に嵌入され、金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂそれぞれの周縁部と枠状ケース２４０Ａの開口部２６１の周縁部とが接合部ＦＷａ、ＦＷｂで接合されている。金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂは、実施形態１の金属ベース２１０と同一の部材であり、それぞれ、放熱フィン２１２を有している。
【００３７】
枠状ケース２４０Ａの前面２３１側における側面２３３、２３４には、それぞれ、実施形態１と同様、第１凹部２５１、第２凹部２５２が形成されている。第１凹部２５１と、第２凹部２５２とは、枠状ケース２４０Ａの長さ方向（Ｘ方向）の中心軸Ｃ−Ｃ（図１４参照）に対して左右対称に形成されている。また、枠状ケース２４０Ａの裏面２３２側における側面２３３、２３４には、それぞれ、第３凹部２５３、第４凹部２５４が形成されている。第３凹部２５３と、第４凹部２５４とは、枠状ケース２４０の長さ方向（Ｘ方向）の中心軸Ｃ−Ｃ（図１７参照）に対して左右対称に形成されている。第１凹部２５１〜第４凹部２５４は、すべて、高さ方向（Ｙ方向）および長さ方向（Ｘ方向）の長さが同一とされ、同一形状に形成されている。
【００３８】
第１、第２凹部２５１、２５２の底面１１は、枠状ケース２４０Ａの厚さ方向（Ｚ方向）の中央部より前面２３１側に配置されている。また、第３、第４凹部２５３、２５４の底面１１は、枠状ケース２４０Ａの厚さ方向（Ｚ方向）の中央部より裏面２３２側に配置されている。従って、図１５に図示されるように、第１凹部２５１の底面１１と第３凹部２５３の底面１１は、枠状ケース２４０Ａの側面２３３に高さ方向（Ｙ方向）における同一位置に対向して配置されているが、第１凹部２５１の底面１１と第３凹部２５３の底面１１とは離間している。換言すれば、第１凹部２５１と第３凹部２５３とは隔壁部２７１を存して配置されている。同様に、図１６に図示されるように、第２凹部２５２の底面１１と第４凹部２５４の底面１１とは離間している、換言すれば、第２凹部２５２と第４凹部２５４とは隔壁部２７１を存して配置されている。
【００３９】
実施形態２のパワー半導体モジュール１００Ａのケース部材２００Ａを作製するには、実施形態１に関して説明した方法で、枠状ケース２４０Ａの前面２３１の開口部２６１に金属ベース２１０Ａを嵌入し、接合ツール２５を用いて、摩擦攪拌接合等により接合する。これにより、枠状ケース２４０Ａの前面２３１の開口部２６１の周縁部と金属ベース２１０Ａの周縁部とに接合部ＦＷａが形成される。
次に、固定治具２３を厚さ方向（Ｚ方向）に上昇させ、枠状ケース２４０Ａを中心軸Ｃ−Ｃを回転軸として１８０度回転し、金属ベース２１０Ａが接合された枠状ケース２４０Ａを受け治具２４にて支持する。そして、固定治具２３を下降して、枠状ケース２４０Ａの側面２３３、２３４に形成された第３、第４凹部２５３、２５４の底面１１を受け治具２４側に押圧し、固定する。
上述した通り、第１、第２凹部２５１、２５２は、前面２３１側において中心軸Ｃ−Ｃに対して左右対称に形成され、第３、第４凹部２５３、２５４は裏面２３２側において中心軸Ｃ−Ｃに対して左右対称に形成されている。
【００４０】
このため、枠状ケース２４０Ａを中心軸Ｃ−Ｃを回転軸として反転すると、第３、第４凹部２５３、２５４が反転前の第１、第２凹部２５１、２５２と同一位置に配置される。従って、固定治具２３を、厚さ方向（Ｚ方向）に下降するだけで、第３、第４凹部の底面１１を押圧することができ、第３、第４凹部２５３、２５４との位置合せを行う必要が無い。これにより、枠状ケース２４０Ａの固定を能率的に行うことができる。
【００４１】
この後、枠状ケース２４０Ａの裏面２３２の開口部２６１に金属ベース２１０Ｂを嵌入する。そして、接合ツール２５を用いて、摩擦攪拌接合等により金属ベース２１０Ｂと枠状ケース２４０Ａとを接合する。これにより、枠状ケース２４０Ａの裏面２３２の開口部２６１の周縁部と金属ベース２１０Ｂの周縁部とに接合部ＦＷｂが形成される。
【００４２】
第３、第４凹部２５３、２５４の側端面１２と接合部ＦＷｂのＸ方向における位置関係は、第１、第２凹部２５１、２５２の側端面１２と接合部ＦＷａのＸ方向における位置関係と同一である。
すなわち、枠状ケース２４０Ａの厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１、第２凹部２５１、２５２は、その射影部Ｐ1が、接合部ＦＷａの射影部の外側に配置され、第１、第２凹部２５１、２５２は、その射影部Ｐ1が、側面２３３、２３４の側辺２３３ａ、２３４ａ（図示せず）の斜影部Ｐ3と重なって配置される。
同様に、枠状ケース２４０Ａの厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第３、第４凹部２５３、２５４は、その射影部が、接合部ＦＷｂの射影部の外側に配置され、第３、第４凹部２５３、２５４は、その射影部が、側面２３３、２３４の側辺２３３ａ、２３４ａ（図示せず）の斜影部と重なって配置される。
【００４３】
実施形態２においても、枠状ケース２４０Ａの前面２３１側、裏面２３２側それぞれの側面２３３、２３４に第１、第２凹部２５１、２５２または第３、第４凹部２５３、２５４を設け、固定治具２３により、第１凹部２５１〜第４凹部２５４の底面１１を厚さ方向（Ｚ方向）に押圧して固定する。この固定状態で、枠状ケース２４０Ａと金属ベース２１０Ａとを、または枠状ケース２４０Ａと金属ベース２１０Ｂとを、それぞれ、接合するようにした。このため、実施形態１の（１）〜（４）と同様な効果を奏する。
【００４４】
加えて、実施形態２では、下記の効果を奏する。
（５）枠状ケース２４０Ａの表裏両面に金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂを接合する構造であるので、換言すれば、枠状ケース２４０Ａの開口部２６１は、表裏面を貫通しており、裏面２３２に広い面積の薄板領域を形成する必要が無いので、鋳造による成形が容易となり生産性や歩留まりの向上を図ることができる。
（６）また、第１、第２凹部２５１、２５２および第３、第４凹部２５３、２５４を、それぞれ、枠状ケース２４０Ａの前面２３１側および裏面２３２において、長さ方向（Ｘ方向）における中心軸Ｃ−Ｃに対して左右対称に配置した。このため、枠状ケース２４０Ａを中心軸Ｃ−Ｃを回転軸として反転すると、第３、第４凹部２５３、２５４が、反転前の第１、第２凹部２５１、２５２の位置と同一位置に配置される。これにより、第３、第４凹部２５３、２５４との位置合せを行うこと無く、固定治具２３により枠状ケース２４０Ａを固定することが可能となり、枠状ケース２４０Ａの固定を能率的に行うことができる。
【００４５】
−実施形態３−
図１８〜図２８を参照して、本発明によるパワー半導体モジュールの実施形態３を説明する。
図１８は、本発明の実施形態３に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図である。図１９〜図２２は、それぞれ、図１８に図示されたパワー半導体モジュールのケース部材の正面図、右側面図、左側面図および背面図である。また、図２３は、図１８に図示されたケース部材の分解斜視図である。
実施形態３が実施形態２と異なる点は、第１凹部〜第４凹部が、それぞれ、複数形成されている点である。以下、実施形態２との相違点を主に、実施形態３の態様を説明することとし、実施形態２と共通な構成は、対応する部材に同一の符号を付して、適宜、説明を省略することとする。
【００４６】
実施形態３のパワー半導体モジュール１００Ｂは、実施形態２のパワー半導体モジュール１００Ａと同様、ケース部材２００Ｂが、表裏面両面において、金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂに接合される構造を有する。
枠状ケース２４０Ｂは、前面２３１および裏面２３２において、それぞれ、金属ベース２１０Ａ、２１０Ｂとの接合部ＦＷａ、ＦＷｂを有する。
実施形態２とは異なり、枠状ケース２４０Ｂの前面２３１側における側面２３３には、複数の第１凹部２５１が形成され、前面２３１側における側面２３４には、複数の第２凹部２５２が形成されている。側面２３３に形成される第１凹部２５１の数と第２凹部２５２との数とは異なっており、側面２３３には偶数（実施例では２つ）の第１凹部２５１が形成され、側面２３４には、奇数（実施例では３つ）の第２凹部２５２が形成されている。
【００４７】
枠状ケース２４０Ｂの裏面２３２側における側面２３３には、複数の第３凹部２５３が形成され、側面２３４には、複数の第４凹部２５４が形成されている。前面２３１側における側面２３３に形成される第１凹部２５１の数は、裏面２３２側における側面２３４に形成される第４凹部２５４との数と等しい。前面２３１側における側面２３４に形成される第２凹部２５２の数は、裏面２３２側における側面２３４に形成される第３凹部２５３との数と等しい。
【００４８】
つまり、第１凹部２５１と第４凹部２５４とは、枠状ケース２４０の長さ方向（Ｘ方向）の中心軸Ｃ−Ｃに対して左右対称に形成されている。同様に、第２凹部２５２と第３凹部２５３とは、枠状ケース２４０の長さ方向（Ｘ方向）の中心軸Ｃ−Ｃに対して左右対称に形成されている。また、第１凹部２５１〜第４凹部２５４は、すべて、高さ方向（Ｙ方向）および長さ方向（Ｘ方向）の長さが同一とされ、同一形状に形成されている。このため、枠状ケース２４０Ｂを中心軸Ｃ−Ｃを回転軸として１８０度回転すると、各第４凹部２５４の位置および形状が回転前の各第１凹部２５１の位置および形状に重なり、各第３凹部２５３の位置および形状が回転前の各第２凹部２５２の位置および形状に重なる。
【００４９】
図２０に図示されるように、各第１凹部２５１と各第３凹部２５３は、側面２３３における高さ方向（Ｙ方向）にずれた位置に形成されている。各第１凹部２５１の高さ方向（Ｙ方向）の中心は、第３凹部２５３間のほぼ中心に位置しており、各第１凹部２５１の上下両端部は、上下の第３凹部２５３の一端および他端と重なる位置に配置されている。
図２１に図示されるように、各第２凹部２５２と各第４凹部２５４は、側面２３４における高さ方向（Ｙ方向）にずれた位置に形成されている。各第２凹部２５２の高さ方向（Ｙ方向）の中心は、第４凹部２５４間のほぼ中心に位置しており、各第２凹部２５２の上下両端部は、上下の第４凹部２５４の一端および他端と重なる位置に配置されている。
【００５０】
第１、第２凹部２５１、２５２の底面１１は、枠状ケース２４０Ｂの厚さ方向（Ｚ方向）の中央部より前面２３１側に配置され、第３、第４凹部２５３、２５４の底面１１は、枠状ケース２４０Ｂの厚さ方向（Ｚ方向）の中央部より裏面２３２側に配置されている。従って、図２０、図２１に図示されるように、各第１凹部２５１と第３凹部２５３の各底面１１、および第２凹部２５２と第４凹部２５４の底面１１は、隔壁部２７２の両側に対向して配置されている。隔壁部２７２の中央領域には、第１、第２凹部２５１、２５２の一方または第３、第４凹部２５３、２５４の一方が形成されていないので、第１、第２凹部２５１、２５２または第３、第４凹部２５３、２５４の全体が対向する領域に形成された実施形態２の隔壁部２７１よりも大きい剛性を有する。
【００５１】
実施形態３のパワー半導体モジュール１００Ｂの製造方法を説明する。
図２４は、図１８に図示されたケース部材の製造方法を説明するための斜視図であり、図２５は、図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線断面図である。図２６は、図２４に続く工程を説明するための斜視図であり、図２７は、図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面図である。また、図２８は、本発明の実施形態３に係るパワー半導体モジュールのケース部材の外観斜視図である。
実施形態２に関して説明したように、枠状ケース２４０Ｂを受け治具２４にて保持する。
先ず、枠状ケース２４０Ｂの前面２３１の開口部２６１に金属ベース２１０Ａを嵌入して、枠状ケース２４０Ｂの開口部２６１の周縁部に形成された段部２６２（図８参照）上に載置する。
図２４に図示されるように、各第１凹部２５１の底面１１および各第２凹部２５２の底面１１を固定治具２３で押し付け、枠状ケース２４０Ｂを固定する。固定治具２３は、前面２３１側に形成された第１凹部２５１の底面１１を押圧する２つ、および第２凹部２５２の底面１１を押圧する３つを用いる。そして、摩擦攪拌接合等により、金属ベース２１０Ａと枠状ケース２４０Ｂの前面２３１とを接合する。これにより、枠状ケース２４０Ｂの前面２３１の開口部２６１の周縁部と金属ベース２１０Ａの周縁部とに接合部ＦＷｂが形成される。
【００５２】
接合状態における図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線断面図を図２５に示す。
この状態は、枠状ケース２４０Ｂの裏面２３２に開口部２６３が形成されている点を除き、実施形態１の場合と同様である。すなわち、枠状ケース２４０Ｂの厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、各第１凹部２５１は、その射影部Ｐ1が、接合部ＦＷａの射影部Ｐ2の外側に配置されている。また、各第１凹部２５１の射影部Ｐ1は、側面２３３の側辺２
３３ａと重なって配置されている。
【００５３】
金属ベース２１０Ａと枠状ケース２４０Ｂの前面２３１との接合が完了したら、すべての固定治具２３を厚さ方向（Ｚ方向）に上昇する。そして、金属ベース２１０Ａが接合された枠状ケース２４０Ｂを中心軸Ｃ−Ｃを回転軸として反転し、枠状ケース２４０Ｂの前面２３１側を受け治具２４により支持する。
上述した通り、枠状ケース２４０Ｂを中心軸Ｃ−Ｃを回転軸として１８０度回転すると、各第４凹部２５４の位置および形状が、回転前の各第１凹部２５１の位置および形状に重なり、各第３凹部２５３の位置および形状が、回転前の第２凹部２５２の位置および形状に重なる。つまり、図２６において、裏面２３２側に設けられた２つの第４凹部２５４、および３つの第３凹部２５３は、枠状ケース２４０Ｂを反転する前の２つの第１凹部２５１、および３つの第２凹部２５２と、それぞれ、位置および形状が重なる。このため、上昇していた５つの固定治具２３を、そのまま、厚さ方向（Ｚ方向）に下降させるだけで、第４凹部２５４および第３凹部２５３の各底面１１を受け治具２４側に押圧して固定することができる。
【００５４】
枠状ケース２４０Ｂの裏面２３２の開口部２６３に金属ベース２１０Ｂを嵌入して、枠状ケース２４０Ｂの開口部２６３の周縁部に形成された段部２６４（図２７参照）上に載置する。そして、接合ツール２５を用いて、摩擦攪拌接合等により金属ベース２１０Ｂと枠状ケース２４０Ｂとを接合する。これにより、枠状ケース２４０Ｂの裏面２３２の開口部２６３の周縁部と金属ベース２１０Ｂの周縁部とに接合部ＦＷｂが形成される。
【００５５】
このように、実施形態３においても、実施形態２と同様、固定治具２３を、Ｚ方向に下降するだけで、第３、第４凹部２５３、２５４の底面１１を押圧することができ、第３、第４凹部２５３、２５４との位置合せを行う必要が無い。このため、枠状ケース２４０Ｂの固定を能率的に行うことができる。
【００５６】
接合状態における図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面図を図２７に示す。
この状態における、第４凹部２５４と接合部ＦＷｂとの位置関係は、第１凹部２５１と接合部ＦＷａの位置関係と同様である。すなわち、枠状ケース２４０Ｂの厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、各第４凹部２５４は、その射影部Ｐ4が、接合部ＦＷｂの射影部Ｐ5の外側に配置されている。また、各第４凹部２５４の射影部Ｐ4は、側面２３４の側辺２３４ａの射影部Ｐ6と重なって配置されている。第４凹部２５３、２５４の斜影部Ｐ4の長さは、第１凹部２５１の斜影部Ｐ1の長さと同一であってもよいし、異なっていてもよい。要は、各第４凹部２５４の射影部Ｐ4が、接合部ＦＷｂの射影部Ｐ5の外側に配置されるようにすればよい。
【００５７】
実施形態３は、実施形態２に対して、第１凹部２５１〜第４凹部２５４の数を、それぞれ、複数にした点のみが相違する。従って、実施形態３においても、実施形態２の効果１〜５を奏する。
また、実施形態３では、隔壁部２７２が第１凹部２５１と第３凹部２５３とが対向しない厚い領域または第２凹部２５２と第４凹部２５４とが対向しない厚い領域を有しているので、実施形態２の隔壁部２７１よりも大きい剛性を有する。従って、接合時における枠状ケース２４０Ｂの変形が、実施形態２の場合より小さくすることができるので、ケース部材２００Ｂ内に形成される収納空間の寸法精度を一層向上することができる。
【００５８】
なお、上記実施形態３では、第１、第３凹部２５１、２５３と第２、第４凹部２５２、２５４の数が異なる構造として例示した。しかし、第１凹部２５１と第３凹部２５３との数、または第２凹部２５２と第４凹部２５４の数を、それぞれ、同一としてもよい。但し、側面２３３側に形成する第１、第３凹部２５１、２５３の位置と側面２３４側に形成する第２、第４凹部２５２、２５４の位置をずらして、隔壁部の剛性を大きくすること、および長さ方向（Ｘ方向）における中心軸Ｃ−Ｃに対して左右対称とすることが好ましい。図示はしないが、例えば、第１凹部２５１〜第４凹部２５４の数を、それぞれ、２つとした場合、第１、第４凹部２５１、２５４を、高さ方向（Ｙ方向）における枠状部２３０Ｂの中心側に配置し、第２、第３凹部２５２、２５３を、高さ方向（Ｙ方向）における第１、第４凹部２５１、２５４の外側に配置する構成とすることができる。高さ方向（Ｙ方向）において、第１凹部２５１と第３凹部２５３とが重なる領域が無いように配置し、第２凹部２５２と第４凹部２５４とが重なる領域が無いように配置してもよい。第１凹部２５１〜第４凹部２５４の数は、２つに限られるものではない。
【００５９】
−実施形態４−
図２９は、本発明の実施形態４に係るパワー半導体モジュールの外観斜視図であり、図３０は、図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線断面図である。
実施形態４のパワー半導体モジュール１００Ｃでは、ケース部材２００Ｃに形成された第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａが、枠状ケース２４０Ｃの側面２３３または側面２３４のみに開放され、前面２３１および裏面２３２には開放されていない。第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａの高さ（Ｚ方向の長さ）は、固定治具２３の厚さより大きく形成されている。
【００６０】
枠状ケース２４０Ｃを固定するには、図３０に図示されるように、固定治具２３を側面２３３、２３４の外方から枠状ケース２４０Ｃ側に向けて長さ方向（Ｘ方向）に移動して、第１凹部２５１ａまたは第２凹部２５２ａ内に嵌入する。そして、固定治具２３を厚さ方向（Ｚ方向）に下降して、固定する。固定治具２３の先端面を第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａの側端面１２に当接して、枠状ケース２４０Ｃを長さ方向（Ｘ方向）に固定してもよい。また、固定治具２３の側面を第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａの端面１３、１４に当接して、枠状ケース２４０Ｃを高さ方向（Ｙ方向）に固定してもよい。枠状ケース２４０Ｃの長さ方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｙ方向）の一方、または両方を他の固定治具を用いて、枠状ケース２４０Ｃの側面、上面、下面から押圧して固定することもできる。
【００６１】
図３０に図示されるように、枠状ケース２４０Ｃの厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１凹部２５１ａは、その射影部Ｐ1ａが、接合部ＦＷの射影部Ｐ2の内側にまで延在されている。つまり、第１凹部２５１ａのＸ方向の側端面１２は、接合部ＦＷよりも内側に位置している。この構造は、第２凹部２５２ａについても同様である。第１凹部２５１ａ、２５２ａは、枠状ケース２４０Ｃの前面２３１に開放されておらず、前面２３１よりも下方に形成されているので、接合ツール２５による接合の支障になることは無い。
枠状ケース２４０の厚さ方向（Ｚ方向）から投影した場合、第１凹部２５１ａは、その射影部Ｐ1ａが、側面２３３の側辺２３３ａと重なって配置される点は、実施形態１〜３と同様である。
実施形態４における他の構成は、実施形態１と同様であるので、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
実施形態４においても、枠状ケース２４０Ｃの側面２３３、２３４に第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａを設け、固定治具２３により、第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａの底面１１を厚さ方向（Ｚ方向）に押圧して固定することができ、この固定状態で、金属ベース２１０と枠状ケース２４０Ｃとを接合することができる。従って、実施形態１の効果１を奏する。
また、実施形態４では、第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａの長さ方向（Ｘ方向）の側端面１２は、接合部ＦＷよりも内側に位置している。このため、枠状ケース２４０Ｃにおける、前面２３１の開口部と側面２３３、２３４との間の長さを、実施形態１〜３よりも小さくすることができ、一層、ケース部材２００の小型化を図ることができる。
【００６３】
上記実施形態４は、枠状ケース２４０Ｃの前面２３１側における側面２３３、２３４に、第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａが形成されたケース部材２００Ｃを備えたパワー半導体モジュールとして例示した。しかし、実施形態２または実施形態３における第１凹部２５１〜第４凹部２５４を実施形態４の第１、第２凹部２５１ａ、２５２ａと同一の構造とすることもできる。
【００６４】
なお、上記各実施形態では、側面２３３、２３４が円弧状に湾曲した形状を有する構造として例示したが、側面２３３、２３４は、平坦な形状であってもよい。
【００６５】
上記各実施形態では、ケース部材２００、２００Ａ〜２００Ｃが、放熱フィン２１２、２１３を有している構造として例示したが、ケース部材２００、２００Ａ〜２００Ｃは放熱フィン２１２、２１３を有していなくてもよい。
【００６６】
上記実施形態では、回路体３００は、半導体素子を一対の導体板により挟持して形成された半導体ブロックを２個備える構造として例示した。しかし、回路体３００が、半導体ブロックを、１個または３個以上備える場合にも適用することができる。また、導体板は半導体素子の一面側のみに配置されている構造であってもよく、半導体ブロックの構造は、上記実施形態に特定されるものではない。
【００６７】
本発明は、回路体３００が、インバータ回路、コンバータ回路等の電力変換回路を有するパワー半導体モジュールに適用することができる。
【００６８】
上記各実施形態では、第１凹部２５１〜第４凹部２５４を、側面２３３、２３４のみに形成した構造として例示した。しかし、ケース部材２００、２００Ａ〜２００Ｃの下面２３５に、第１凹部２５１〜第４凹部２５４以外の凹部を形成してもよい。
【００６９】
その他、本発明のパワー半導体モジュールは、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、枠状ケースの相対向する一対の側面のそれぞれに、側面からケース部材の内側に延在され、側面の厚さの中間位置に、接合部側に面して形成された底面を有する凹部が形成されたケース部材を備えるものであればよい。
【符号の説明】
【００７０】
１１      底面
１２      側端面
１３、１４      端面
２３      固定治具
２４      受け治具
２５      接合ツール
１００、１００Ａ〜１００Ｃ      パワー半導体モジュール
２００、２００Ａ〜２００Ｃ      ケース部材
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ      金属ベース
２１２、２１３      放熱フィン
２２０      フランジ部
２２２      貫通孔
２３０、２３０Ａ〜２３０Ｃ      枠状部
２３１      前面
２３２      裏面
２３３、２３４      側面
２３５      下面
２４０、２４０Ａ〜２４０Ｃ      枠状ケース
２６１、２６３      開口部
２６２      段部
２５１、２５１ａ      第１凹部
２５２、２５２ａ      第２凹部
２５３      第３凹部
２５４      第４凹部
３００      回路体
ＦＷ，ＦＷａ、ＦＷｂ      接合部
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月30日(2016.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の枠状ケースと、金属ベースと、を備え、
前記枠状ケースは、前記金属ベースの周縁部と接合される接合部と、前記接合部が形成された面と繋がる側面と、前記側面に形成された有底凹部と、を有するケース部材。
【請求項２】
直流電力を交流電力に変換するパワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子を収納するケース部材とを、を備え、
前記ケース部材は、金属製の枠状ケース及び金属ベースを有し、
前記枠状ケースは、前記金属ベースの周縁部と接合される接合部と、前記接合部が形成された面と繋がる側面と、前記側面に形成された有底凹部と、を有するパワー半導体モジュール。
【請求項３】
入力信号用の第１電極と出力信号用の第２電極と制御信号用の第３電極とを有し、前記第３電極に印加される制御信号に基づいて前記第１電極の入力信号を変換し、前記第２電極から出力信号を出力する電力変換回路を有する回路体と、
金属製の枠状ケースおよび金属ベースを有し、前記回路体を収納するケース部材とを備え、
前記枠状ケースは、前面と裏面と一対の側面とを有し、前記前面と前記裏面との少なくとも一方に開口部が形成され、
前記ケース部材は、前記枠状ケースの前記開口部に嵌入された前記金属ベースの周縁部と前記枠状ケースの前記開口部の周縁部とが接合された接合部を有し、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに、前記側面から前記ケース部材の内側に延在され、前記側面の厚さの中間位置に、前記接合部側に面して形成された底面を有する凹部が形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項２または３に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記枠状ケースの厚さ方向から投影した場合、
前記凹部の射影部は、前記接合部の射影部よりも外側に位置する、パワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項４に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記凹部の前記底面は、前記前面に開放して形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項６】
請求項２または３に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記枠状ケースは、前記前面と前記裏面それぞれに形成された前記開口部を有し、
前記金属ベースは、前記前面の前記開口部に嵌入される第１の金属ベースと、前記裏面の前記開口部に嵌入される第２の金属ベースとを含み、
前記ケース部材は、前記枠状ケースの前記前面の前記開口部に嵌入された前記第１の金属ベースの周縁部と前記前面の前記開口部の周縁部とが接合された第１接合部と、前記枠状ケースの前記裏面の前記開口部に嵌入された前記第２の金属ベースの周縁部と前記裏面の前記開口部の周縁部とが接合された第２接合部とを有し、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに、前記側面から前記ケース部材の内側に延在し、前記側面の厚さの中間位置に、前記第１接合部側に面して形成された底面を有する第１凹部と、前記側面の厚さの中間位置に、前記第２接合部側に面して形成された底面を有する第２凹部とが形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記第１接合部と前記第１凹部の前記底面間の距離は、前記第１接合部と前記第２凹部の前記底面間の距離よりも小さく、前記第２接合部と前記第２凹部の前記底面間の距離は、前記第２接合部と前記第１凹部の前記底面間の距離よりも小さくされ、前記第１凹部の前記底面と前記第２凹部の底面との間に隔壁部が介在されている、パワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項７に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記第１凹部と前記第２凹部とは、前記枠状ケースの前記側面に沿う方向においてずれた位置に形成されており、前記側面は、前記前面と前記第２凹部の前記底面との間に前記第１凹部が形成されていない領域と、前記裏面と前記第１凹部の前記底面との間に前記第２凹部が形成されていない領域とを有する、パワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
前記枠状ケースの前記側面のそれぞれに形成された前記第１凹部と前記第２凹部は、前記ケース部材を、前記枠状ケースの前記一対の側面の中心軸と平行な方向を回転軸として表裏反転したとき、反転する前の他の凹部の位置と同一位置になるような形状および個数に形成されている、パワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項２乃至９のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法であって、
前記枠状ケースの前記開口部に前記金属ベースを嵌入する、
前記枠状ケースの前記一対の側面のそれぞれに形成された前記凹部の前記底面を固定治具により少なくとも前記側面の厚さ方向に固定する、
前記枠状ケースの前記開口部の周縁部と前記金属ベースの周縁部とを接合し、前記ケース部材を形成する、
前記ケース部材に前記回路体を収納する、
の各工程を備える、パワー半導体モジュールの製造方法。
【請求項１１】
請求項６乃至９のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールの製造方法であって、
前記枠状ケースの前記前面の前記開口部に前記第１の金属ベースを嵌入する、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに形成された前記第１凹部の前記底面を固定治具により少なくとも前記側面の厚さ方向に固定する、
前記枠状ケースの前記前面の前記開口部の周縁部と前記第１の金属ベースの周縁部とを接合する、
前記第１の金属ベースが接合された前記枠状ケースを、前記枠状ケースの前記一対の側面の中心軸と平行な方向を回転軸として表裏反転する、
前記枠状ケースの前記裏面の前記開口部に前記第２の金属ベースを嵌入する、
前記枠状ケースの一対の前記側面のそれぞれに形成された前記第２凹部の前記底面を固定治具により少なくとも前記側面の厚さ方向に固定する、
前記枠状ケースの前記裏面の前記開口部の周縁部と前記第２の金属ベースの周縁部とを接合し、前記ケース部材を形成する、
前記ケース部材に前記回路体を収納する、
の各工程を備える、パワー半導体モジュールの製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のケース部材は、金属製の枠状ケースと、金属ベースと、を備え、前記枠状ケースは、前記金属ベースの周縁部と接合される接合部と、前記接合部が形成された面と繋がる側面と、前記側面に形成された有底凹部と、を有する。
本発明のパワー半導体モジュールは、直流電力を交流電力に変換するパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子を収納するケース部材とを、を備え、前記ケース部材は、金属製の枠状ケース及び金属ベースを有し、前記枠状ケースは、前記金属ベースの周縁部と接合される接合部と、前記接合部が形成された面と繋がる側面と、前記側面に形成された有底凹部と、を有する。
本発明の別のパワー半導体モジュールは、入力信号用の第１電極と出力信号用の第２電極と制御信号用の第３電極とを有し、第３電極に印加される制御信号に基づいて第１電極の入力信号を変換し、第２電極から出力信号を出力する電力変換回路を有する回路体と、金属製の枠状ケースおよび金属ベースを有し、回路体を収納するケース部材とを備え、枠状ケースは、前面と裏面と一対の側面とを有し、前面と裏面との少なくとも一方に開口部が形成され、ケース部材は、枠状ケースの開口部に嵌入された金属ベースの周縁部と枠状ケースの開口部の周縁部とが接合された接合部を有し、枠状ケースの一対の側面のそれぞれに、側面からケース部材の内側に延在され、側面の厚さの中間位置に、接合部側に面して形成された底面を有する凹部が形成されている。
本発明のパワー半導体モジュールの製造方法は、上記パワー半導体モジュールの製造方法であって、枠状ケースの開口部に金属ベースを嵌入する、枠状ケースの一対の側面のそれぞれに形成された凹部の底面を固定治具により少なくとも側面の厚さ方向に固定する、枠状ケースの開口部の周縁部と金属ベースの周縁部とを接合し、ケース部材を形成する、ケース部材に回路体を収納する、の各工程を備える。
【国際調査報告】
2015198720.tif 000033
2015198720.tif 000034