(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力半導体素子と、複数の溝が配置される第１面および前記第１面に垂直なＺ方向において前記第１面とは反対側の第２面を有するベース板と、がモールド樹脂によってモールドされるモールド部と、
前記ベース板の前記第１面が挿通される開口が形成されているとともに、第３面と前記第３面とは反対側の第４面とを有する平板状の導電性のパネルと、
前記ベース板の前記溝に固着される複数のフィンと、
を備え、
前記パネルは、前記開口を形成する側面に、対向する前記側面に向かって突出する複数の突起部を有し、
前記突起部は、Ｚ方向および前記突起部の突出方向で形成される面と平行な前記突起部の断面で、前記突起部の先端に向けて先細りを形成する第５面を有し、
前記ベース板は、前記先端を含む前記複数の突起部の前記第５面上を覆う覆い部を有するとともに、前記複数の突起部の側面との隙間を埋めるように塑性変形して前記パネルと嵌合しており、
前記覆い部の上面の位置は、Ｚ方向において前記突起部の前記第５面の最も高い位置以下にあることを特徴とする電力半導体装置。
【請求項２】
電力半導体素子と、複数の溝が配置される第１面および前記第１面に垂直なＺ方向において前記第１面とは反対側の第２面を有するベース板と、がモールド樹脂によってモールドされるモールド部と、
前記ベース板の前記第１面が挿通される開口が形成されているとともに、第３面と前記第３面とは反対側の第４面とを有する平板状の導電性のパネルと、
前記ベース板の前記溝に固着される複数のフィンと、
を備え、
前記パネルは、前記開口を形成する側面に、対向する前記側面に向かって突出する複数の突起部を有し、
前記突起部は、Ｚ方向および前記突起部の突出方向で形成される面と平行な前記突起部の断面で、前記突起部の先端に向けて先細りを形成する第５面を有し、
前記ベース板は、前記先端を含む前記複数の突起部の前記第５面上を覆う覆い部と、Ｚ方向において前記覆い部と前記第１面との間に設けられる凹み部と、を有するとともに、前記複数の突起部の側面との隙間を埋めるように塑性変形して前記パネルと嵌合し、
前記凹み部の側面は、テーパ形状を有していることを特徴とする電力半導体装置。
【請求項３】
前記複数の突起部の前記第５面では、先端部が曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力半導体装置。
【請求項４】
前記複数の突起部の少なくとも１つの突起部の前記第５面では、先端部が段差部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電力半導体装置。
【請求項５】
前記複数の突起部の少なくとも１つの突起部の前記第５面では、先端部が直線的な勾配を有する傾斜面であることを特徴とする請求項１または２に記載の電力半導体装置。
【請求項６】
前記ベース板は、前記パネルを固定する位置に、前記パネルを載置するパネル設置面を有し、
前記複数の突起部は、前記第５面とは反対側の第６面が前記パネル設置面と接触して載置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
【請求項７】
前記ベース板は、前記パネルを固定する位置に、前記パネルを載置するパネル設置面を有し、
前記複数の突起部は、前記第５面とは反対側の第６面のＺ方向における位置が前記パネルの前記第４面の位置と一致する第１突起部と、前記第６面の先端が前記パネルの前記第４面の位置よりも前記第３面とは反対側に存在する第２突起部と、を含み、
前記第１突起部は、前記第６面が前記パネル設置面と接触して載置され、
前記第２突起部の少なくとも一部は、前記パネル設置面に食い込んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
【請求項８】
前記ベース板は、Ｚ方向において前記覆い部と前記第１面との間に凹み部を有し、
前記凹み部の側面は、テーパ形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の電力半導体装置。
【請求項９】
前記ベース板は、Ｚ方向において前記パネル設置面と前記第２面との間に溝を有することを特徴とする請求項６または７に記載の電力半導体装置。
【請求項１０】
前記ベース板を構成する材料は、前記パネルを構成する材料よりも柔らかいことを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の電力半導体装置。
【請求項１１】
電力半導体素子と、複数のフィンが固着される第１面および前記第１面に垂直なＺ方向において前記第１面とは反対側の第２面を有するベース板と、をモールド樹脂によってモールドしたモールド部を形成する工程と、
開口と、前記開口を形成する側面に、対向する前記側面に向かって突出する複数の突起部と、を備えるとともに、第３面と前記第３面とは反対側の第４面とを有する平板状の導電性のパネルの前記複数の突起部が前記ベース板に載置されるように、前記パネルの前記開口に前記ベース板の前記第１面を挿通する工程と、
Ｚ方向から最初に治具で前記複数の突起部を押圧し、前記治具が前記突起部および前記ベース板と接触した後に前記複数の突起部と前記ベース板の前記第１面とをＺ方向から押圧する工程と、
を含み、
前記突起部は、Ｚ方向および前記突起部の突出方向で形成される面と平行な前記突起部の断面で、前記突起部の先端に向けて先細りを形成する第５面を有することを特徴とする電力半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記治具は、前記突起部および前記ベース板と接触し、前記ベース板の第１面と平行な押圧面と、前記押圧面に隣接する側面と、を有し、
前記側面のうち押圧時に前記ベース板と接触する部分には、前記押圧面に向かって前記押圧面と平行な前記治具の面積が小さくなるようにテーパが設けられることを特徴とする請求項１１に記載の電力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、ヒートシンクを備える電力半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱の激しい電力半導体素子を冷却するために、熱伝導性の良好なベース板にフィンを固定した構造の電力半導体装置が提案されている。このような電力半導体装置は、板状の導電性材料であるパネルの開口にベース板を挿通させ、ベース板とフィンとの間でパネルを挟み込んで固定した構造を有する。【０００３】
特許文献１には、開口を形成するパネルの側面に突起部が設けられた電力半導体装置が開示されている。特許文献１に開示される電力半導体装置は、パネルの開口にベース板を挿通させるときに、突起部をベース板に圧入させる。つまり、特許文献１に開示される電力半導体装置は、ベース板を塑性変形させて突起部をベース板に食い込ませている。これによって、特許文献１に開示される電力半導体装置では、突起部の側面とベース板との接触面の摩擦力によって、パネルがベース板から抜けないように保持される。【０００４】
特許文献２には、パネルの位置決めに用いられる凹形状である位置決め部がベース板の外周面に設けられた電力半導体装置が開示されている。特許文献２に開示される電力半導体装置では、位置決め部の内側のベース板には、上面の位置がベース板の上面よりも低い突起が設けられる。また、特許文献２に開示される電力半導体装置では、開口を形成するパネルの面の位置決め部に対応する位置には、突起部からなる位置決め部が設けられる。特許文献２に開示される電力半導体装置では、ベース板の位置決め部とパネルの位置決め部との位置を合わせた状態で、ベース板をパネルの開口に挿入し、パネルに垂直な荷重を突起のみにかけて、突起を塑性変形させる。これによって、特許文献２に開示される電力半導体装置では、塑性変形した突起を構成する材料が、ベース板の位置決め部とパネルの位置決め部との間に広がり、パネルに密着し、ベース板とパネルとが固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０４６０４０号
【特許文献２】国際公開第２０１５／０８３２０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、パネルの突起部の側面に凹凸があると、突起部をベース板に圧入したときに、突起部の側面とベース板との間に隙間が生じるため、ベース板と突起部の側面との接触面積が小さくなり、パネルがベース板から抜けやすくなるという問題があった。また、上記特許文献２の技術によれば、ベース板を加工して突起を作製しているため、加工工程が複雑になり加工コストが高くなってしまう。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パネルがベース板から抜けにくくするとともに、加工工程を簡略化することができる電力半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力半導体装置は、モールド部と、平板状の導電性のパネルと、複数のフィンと、を備える。モールド部は、電力半導体素子と、複数の溝が配置される第１面および第１面に垂直なＺ方向において第１面とは反対側の第２面を有するベース板と、がモールド樹脂によってモールドされる。パネルは、ベース板の第１面が挿通される開口が形成されているとともに、第３面と第３面とは反対側の第４面とを有する。複数のフィンは、ベース板の溝に固着される。パネルは、開口を形成する側面に、対向する側面に向かって突出する複数の突起部を有する。突起部は、Ｚ方向および突起部の突出方向で形成される面と平行な突起部の断面で、突起部の先端に向けて先細りを形成する第５面を有する。ベース板は、先端を含む複数の突起部の第５面上を覆う覆い部を有するとともに、複数の突起部の側面との隙間を埋めるように塑性変形してパネルと嵌合しており、覆い部の上面の位置は、Ｚ方向において突起部の第５面の最も高い位置以下にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる電力半導体装置は、パネルがベース板から抜けにくくするとともに、加工工程を簡略化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による電力半導体装置の構成の一例を示す分解斜視図
【図２】実施の形態１による電力半導体装置の構成の一例を模式的に示す断面図
【図３】実施の形態１による電力半導体装置の構成の一例を模式的に示す上面図
【図４】実施の形態１によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す図であり、図３のＩＶ−ＩＶ断面図
【図５】実施の形態１による電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図
【図６】実施の形態１による電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図
【図７】実施の形態１による電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図
【図８】実施の形態１による電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図
【図９】実施の形態１による電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図
【図１０】実施の形態１による電力半導体装置の製造方法で製造された後の突起部とベース板との固着部分の一例を模式的に示す上面図
【図１１】実施の形態２によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す断面図
【図１２】実施の形態３によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す断面図
【図１３】実施の形態４によるパネルの構成の一例を模式的に示す上面図
【図１４】実施の形態４によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す図であり、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態にかかる電力半導体装置およびその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電力半導体装置の構成の一例を示す分解斜視図である。なお、以下の説明では、電力半導体装置１および電力半導体装置１を構成する部材において、フィン４が配置される方向を上方向とし、上方向とは反対側の方向を下方向とする。この「上」および「下」の表現は、便宜上の記載であり、実際の「上」および「下」を意味するものではなく、上下逆でもよい。電力半導体装置１は、モールド部２と、複数のフィン４と、パネル６と、を備える。
【００１３】
モールド部２は、図示しない電力半導体素子と接合されたリードフレーム１２と、ベース板２０と、がモールド樹脂でモールドされたものである。ベース板２０は、第１面である上面にフィン４を挿入するフィン挿入溝２３３を有する。ベース板２０の上面において、フィン挿入溝２３３の延在方向をＹ方向とし、Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向とする。また、Ｘ方向およびＹ方向の両方に垂直な方向をＺ方向とする。フィン挿入溝２３３は、Ｘ方向に間隔を置いて配置される。
【００１４】
フィン４は、矩形の薄板状の部材である。フィン４は、後述する電力半導体素子での発熱を放熱することができるように、熱伝導性の高い金属材料によって構成される。一例では、フィン４は、アルミニウムまたは銅で構成される。フィン４は、ベース板２０のフィン挿入溝２３３に挿入され、かしめられることによって、ベース板２０に固定される。フィン４は、パネル６をベース板２０と挟み込むように配置される。Ｙ方向において、フィン４の長さは、ベース板２０の長さよりも長くされる。これによって、電力半導体装置１での放熱性が向上される。
【００１５】
パネル６は、第３面である上面と、上面とは反対側の第４面である下面とを有する平板状の部材である。パネル６は、ベース板２０の材料よりも硬い導電性の金属材料によって構成される。パネル６は、例えば、腐食しにくいステンレス鋼板または亜鉛メッキ鋼板によって構成される。特に、亜鉛メッキ鋼板は、ステンレス鋼板より安価であるので、材料として適している。パネル６は、ベース板２０の上部を挿通可能な開口６１を有する。ベース板２０の上部をパネル６の開口６１に挿通した状態で、フィン４がベース板２０に固定される。Ｙ方向において、パネル６の長さは、フィン４の長さ以上とされることが望ましい。このパネル６を設けることによって、Ｙ方向のフィン４の長さがベース板２０の長さよりも長い場合でも、Ｘ方向に隣接するフィン４間の領域で、直線状の風路を形成することができる。
【００１６】
図２は、実施の形態１による電力半導体装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。図３は、実施の形態１による電力半導体装置の構成の一例を模式的に示す上面図である。モールド部２は、電力半導体素子１１と、リードフレーム１２と、ベース板２０と、を有する。
【００１７】
電力半導体素子１１は、電力制御用の半導体素子である。整流ダイオード、パワートランジスタ、サイリスタ、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）は、電力半導体素子１１の一例である。電力半導体素子１１は、珪素（Ｓｉ）によって形成される素子、または珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成される素子である。ワイドバンドギャップ半導体の一例は、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドである。ワイドバンドギャップ半導体を用いた電力半導体素子１１は、許容電流密度が高く、電力損失が低いため、電力半導体装置１を小型化することができる。
【００１８】
リードフレーム１２は、素子が搭載される素子搭載部分１２１と、接続用の端子として引き出される端子部分１２２と、を有する。素子搭載部分１２１の下面には、導電部材１４によって電力半導体素子１１が配置される。導電部材１４の一例は、はんだまたは銀ペーストである。また、電力半導体素子１１同士、または電力半導体素子１１とリードフレーム１２との間は、接続部材１５によって電気的に接続される。接続部材１５の一例は、アルミニウムまたは銅である。
【００１９】
ベース板２０は、電力半導体素子１１の熱をフィン４へと伝える部材である。ベース板２０は、平面図で矩形状である。ベース板２０は、熱伝導性が高く、パネル６よりも柔らかい金属材料によって構成される。ベース板２０は、パネル６をかしめるときに、塑性変形しやすい金属材料によって構成される。ベース板２０は、例えばアルミニウムまたは銅によって構成される。ベース板２０の上方の側面には、段差構造が設けられる。つまり、ベース板２０は、第２面である下面側の第１台座部２１と、第１台座部２１上に配置される第２台座部２２と、第２台座部２２上に配置されるフィン固定部２３と、を有する。
【００２０】
ベース板２０は、絶縁部材１６を介して、第１台座部２１の下面でリードフレーム１２の素子搭載部分１２１と接合される。絶縁部材１６は、熱伝導性の高い絶縁材料によって構成される。絶縁部材１６の一例は、絶縁シート、絶縁基板または絶縁膜である。絶縁部材１６として、熱伝導性の高いフィラーを含むエポキシ樹脂を用いることができる。
【００２１】
第２台座部２２は、第１台座部２１上に設けられた第１段差部５１の段差面を外周面とする。第１段差部５１の平坦部５１ａが第１台座部２１の上面となる。すなわち、第２台座部２２は、平面図で第１台座部２１よりも小さい矩形状であり、第１台座部２１の周縁部の上面が平坦部５１ａとして露出している。
【００２２】
フィン固定部２３は、第２台座部２２上に設けられた第２段差部５２の段差面を外周面とする。フィン固定部２３は、平面図で第２台座部２２よりも小さい矩形状である。第２段差部５２の平坦部、すなわち第２台座部２２の周縁部で露出した上面は、パネル６が載置されるパネル設置面５２ａとなる。
【００２３】
フィン固定部２３の上面には、Ｙ方向に延在する突壁部２３１と、Ｙ方向に延在するかしめ部２３２と、がＸ方向に交互に設けられる。突壁部２３１は、フィン４の下部の一方の面を支える機能を有する。突壁部２３１は、Ｘ方向に予め定められた間隔で設けられる。かしめ部２３２は、Ｘ方向に隣接する２つの突壁部２３１間に設けられる。かしめ部２３２の上端は、二股形状を有しており、Ｘ方向に隣接するフィン４の下部の一方の面を支えている。突壁部２３１とかしめ部２３２との間には、Ｙ方向に延在する溝によって区切られている。この溝がフィン挿入溝２３３となる。なお、Ｘ方向の両端部には、突壁部２３１が配置される。
【００２４】
図１および図３に示されるように、Ｘ方向の両端部に配置される突壁部２３１は、突壁部２３１の一部が抉られた凹部である突起載置部２３５を有する。一例では、Ｘ方向の両端部に配置される２つの突壁部２３１は、それぞれ４つの突起載置部２３５を有する。突起載置部２３５は、ベース板２０にパネル６をかしめる前に、パネル６の後述する突起部６５を支持する機能を有する。また、第２台座部２２は、Ｘ方向に垂直な段差面の突起載置部２３５に対応する位置に屑逃げ溝２２１を有する。屑逃げ溝２２１は、ベース板２０にパネル６をかしめる際に排出されるベース板２０の屑の逃げ場となる溝である。
【００２５】
図２に示されるように、ベース板２０と、ベース板２０の下面に絶縁部材１６を介して接合されるリードフレーム１２と、リードフレーム１２の素子搭載部分１２１に接合された電力半導体素子１１と、がモールド樹脂１８によって一体成形されることによって、モールド部２が形成される。なお、パネル設置面５２ａは、モールド樹脂１８の上面よりも高い位置に設けられる。これにより、モールド樹脂１８のバリが発生した場合でも、パネル６の下にモールド樹脂１８を噛みこむことがない。そのため、パネル６がベース板２０の上面に対して傾くことがなく、パネル６とベース板２０との間の平行度を確保することができる。
【００２６】
パネル６は、図３に示されるように、開口６１を有する矩形状の板状の部材であるが、１か所の角部に切り欠き部６２が設けられる。切り欠き部６２は、パネル６のセット方向を示す目印となる。開口６１は、平面図で矩形状である。開口６１は、ベース板２０のフィン固定部２３を挿通することができるサイズを有する。パネル６は、開口６１を形成する側面に、対向する側面に向かって突出する突起部６５を有する。Ｚ方向および突起部６５の突出方向で形成される面と平行な突起部６５の断面の形状は、突起部６５の先端に向けて先細りを形成する第５面である上面を有する。一例では、突起部６５は、平面図でパネル６との接続部６５ａから先端に向かうにつれて細くなる三角形状を有する。図３の例では、Ｙ方向と平行な２つの辺のそれぞれに、４つの突起部６５が設けられる。フィン固定部２３をパネル６の開口６１に挿通させたときに、突起部６５の位置とベース板２０のフィン固定部２３に設けられる突起載置部２３５の位置とは、対応している。つまり、ベース板２０の突起載置部２３５の位置にパネル６の突起部６５の位置を合わせて、パネル６の開口６１にベース板２０のフィン固定部２３を挿通する。また、パネル６の下面がベース板２０のパネル設置面５２ａ上に接触するように、パネル６の突起部６５と、突起部６５の周囲のベース板２０と、を上方から加圧することで、パネル６がベース板２０上に固定される。パネル６は、周縁部に４か所のネジ孔６３を有する。電力半導体装置１が設けられる装置の筐体にネジでパネル６を固定するために、ネジ孔６３が設けられる。
【００２７】
図４は、実施の形態１によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す図であり、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。エッチング加工または切削加工によってパネル６を製作することができるが、いずれも製作にかかる費用が高価となるため、パネル６は、一般的には安価な打ち抜き加工で製作される。打ち抜き加工は、パネル６の形状になる抜き型を使って、パンチで部材をせん断するように製作される。そのため、打ち抜き加工によって製作されたものは、パネル６の上面にダレ面と呼ばれる曲面が形成され、パネル６の下面にカエリ面が形成される。また、一般的に、パネル６の側面には、なだらかな面ではなく凹凸面が形成される。
【００２８】
そのため、図２および図４に示されるように、側面視で突起部６５の先端部の上面は、曲面６５ｃとなっており、接続部６５ａでの上面のＺ方向における位置に比して、突起部６５の先端の上面の位置が低くなっている。すなわち、第５面である突起部６５の上面の先端のＺ方向における位置は、パネル６の上面の位置に比してパネル６の下面側に存在する。また、突起部６５の第６面である下面の位置は、パネル６の下面の位置と一致している。パネル６がベース板２０に接合された状態では、突起部６５の開口６１側に位置する側面６５ｂとベース板２０との間になるべく隙間が生じないように接触するとともに、突起部６５の先端部の曲面６５ｃの一部をベース板２０の構成部材である覆い部２３７が覆う構成となっている。このように、覆い部２３７が突起部６５の先端部の曲面６５ｃの一部を覆うとともに、突起部６５の側面６５ｂとベース板２０との間に生じ得る隙間が小さくなるので、パネル６とベース板２０との間の固着力が向上し、パネル６はベース板２０から外れにくくなる。また、突起部６５の側面６５ｂが凹凸面であっても、パネル６の側面６５ｂを追加工しなくてもよい。その結果、安価なパネル６を使用することができる。
【００２９】
図３および図４に示されるように、パネル６が固定された状態では、突壁部２３１は、突起載置部２３５の底面２３５ａが一部除去された凹み部２３６を有する。凹み部２３６は、突起載置部２３５の底面２３５ａと覆い部２３７との間に設けられる。凹み部２３６は、後述する製造方法で説明するが、パネル６の突起部６５と突起載置部２３５とを治具で同時に加圧する際に、治具の外形によって形成される。凹み部２３６は、ベース板２０の周縁部に向かって傾斜するテーパ面２３６ａを有する。
【００３０】
ＸＹ平面上において凹み部２３６は突起部６５よりも大きい。ＸＹ平面上での凹み部２３６の形状は、矩形状でもよいし、真円形状または楕円形状でもよいし、突起部６５と同様に三角形状でもよい。
【００３１】
また、パネル６の厚みが１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である場合には、突起部６５のＸ方向のサイズである長さＬは、０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下である。このように、突起部６５の長さＬは、パネル６の厚さよりも小さいことが望ましい。突起部６５の長さＬを小さくすることで、ベース板２０にフィン４を固定する面積を拡大することができる。その結果、電力半導体装置１の放熱性能を向上させることができる。また、突起部６５の長さＬを小さくすることで、突起部６５を押圧する際のプレス荷重を小さくすることができ、電力半導体装置１の製造が容易になる。
【００３２】
図２および図４に示されるように、パネル６の下面は、パネル６のパネル設置面５２ａと接触する。突起部６５は、ベース板２０と接触することで導通し、電力半導体装置１のアースとして機能する。
【００３３】
なお、図２に示されるように、複数のフィン４、パネル６およびベース板２０によってかしめヒートシンク３０が構成される。
【００３４】
つぎに、このような構造の電力半導体装置１の製造方法について説明する。図５から図９は、実施の形態１による電力半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。なお、図５から図７は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図に対応し、図８および図９は、ベース板およびパネルの断面図に対応している。なお、以下の説明では、電力半導体装置１および電力半導体装置１を構成する部材において、フィン４が配置される方向を上方向とし、上方向とは反対側の方向を下方向とする。この「上」および「下」の表現は、便宜上の記載であり、実際の「上」および「下」を意味するものではなく、上下逆でもよい。
【００３５】
まず、リードフレーム１２の素子搭載部分１２１の下面に導電部材１４を介して電力半導体素子１１を接合する。そして、電力半導体素子１１が接合されたリードフレーム１２の素子搭載部分１２１の上面側に、絶縁部材１６を介してベース板２０を配置し、モールド樹脂１８でモールドしたモールド部２が作成される。
【００３６】
次いで、モールド部２から突出したリードフレーム１２を、適正な形状に成形するリード成型工程などの工程を経た後、パネル６をベース板２０にかしめるパネルかしめが行われる。ここでは、ベース板２０のフィン固定部２３をパネル６の開口６１に挿通する。このとき、図５に示されるように、パネル６の突起部６５の位置をベース板２０の突起載置部２３５の位置に合わせて、ベース板２０をパネル６に挿通する。これによって、第６面である突起部６５の下面が突起載置部２３５の底面２３５ａと接触し、パネル６がフィン固定部２３に突起部６５によって支持される状態となる。
【００３７】
その後、突起部６５の上面に、治具であるパネル突起加圧部９０を押し当てる。そして、パネル突起加圧部９０を用いてすべての突起部６５を同時に下方に押圧する。パネル突起加圧部９０の下面９１は、ベース板２０の上面または下面と平行である。ＸＹ平面上でパネル突起加圧部９０の下面９１の大きさは、突起部６５の大きさよりも大きくされる。これによって、突起部６５の上面が突起載置部２３５の底面２３５ａ以下の位置にあるときに、突起部６５の周囲のベース板２０も突起部６５と同時に押圧することができる。なお、ここで、周囲とは、突起部６５の上面が突起載置部２３５の底面２３５ａ以下の位置にあるときに、パネル突起加圧部９０が接触するベース板２０の範囲をいう。
【００３８】
パネル突起加圧部９０による押圧では、最初のうちは、突起部６５だけが押されていく。しかし、かしめ途中で、突起部６５の上面が突起載置部２３５の底面２３５ａ以下の位置にくると、パネル突起加圧部９０は突起部６５およびベース板２０を同時に押し付けながら下方に向かって移動する。このとき、パネル突起加圧部９０による押圧によって、突起載置部２３５を構成するベース板２０は塑性変形する。具体的には、パネル突起加圧部９０によって押圧される部分のベース板２０は、矢印Ｅの方向へ変形し、ベース板２０の側面と突起部６５の側面６５ｂとの間を埋めるように移動する。そのため、側面６５ｂが凹凸面である突起部６５を有するパネル６を使用した場合でも、突起部６５とベース板２０との間に生じうる隙間を減らし、ベース板２０とパネル６との固着力を向上させることができる。また、突起部６５の上面が突起載置部２３５の底面２３５ａ以下の位置となるかしめ途中では、パネル６の上面よりも低くなっている突起部６５の上面と、ベース板２０と、パネル突起加圧部９０の下面９１と、で囲まれた空間ができる。ベース板２０および突起部６５の両方を同時に押圧することによって、その空間を埋めるようにベース板２０が塑性変形し、その結果として覆い部２３７が形成される。
【００３９】
ベース板２０がアルミニウム材で構成される場合を例に挙げると、アルミニウム材の表面は酸化膜で覆われているが、アルミニウム材の表面の酸化膜が剥がれると、酸化膜がない新生面が現れる。アルミニウム材の新生面がパネル６と接触すれば、アース抵抗を低く抑えることができる。しかし、アルミニウム材の新生面は空気に触れると瞬時に酸化膜で覆われてしまう。
【００４０】
そこで、本実施の形態では、図６に示されるように、突起部６５と突起部６５の周囲のベース板２０とを同時に押圧することで、突起部６５の側面６５ｂとベース板２０とを密着させながら、ベース板２０を変形させている。そのため、ほとんど空気を巻き込まない状態で突起部６５の側面６５ｂとベース板２０の新生面との隙間を埋めることができる。このとき、突起部６５の側面６５ｂとベース板２０との間には、若干の隙間が存在してもよい。つまり、本実施の形態の製造方法によれば、ベース板２０に現れた新生面が、酸化される前に、パネル６の突起部６５と接触する。その結果、アース抵抗を低くすることができるとともに、安定なアースを確保することができる。
【００４１】
ついで、図７に示されるように、かしめ完了では、突起部６５を含むパネル６の下面は、パネル設置面５２ａに到達する。また、パネル突起加圧部９０で押圧され、変形によって移動したベース板２０の構成材料であるベース板屑２０ａは屑逃げ溝２２１に移動する。屑逃げ溝２２１の空間を大きく取ることで、ベース板屑２０ａが外側に排出できるようにしている。以上のようにして、パネルかしめが実行される。
【００４２】
図５から図７に示されるように、パネルかしめは、パネル突起加圧部９０を用いて、突起部６５および突起部６５の周囲のベース板２０を同時に押圧して、一回の工程で完了される。パネル突起加圧部９０は、突起部６５と接触する押圧面である下面９１と、側面９２，９２ａと、を有するが、押圧時にベース板２０と接触する側面９２ａの下部は、テーパ状に切り落とされている。つまり、下面９１に向かって下面９１と平行なパネル突起加圧部９０の面積が小さくなるように、側面９２ａの下部にはテーパが設けられており、テーパ面９２ｂとなっている。このように、テーパ面９２ｂをベース板２０側に設けたパネル突起加圧部９０を用いることで、パネル突起加圧部９０の下面９１で突起部６５を押圧しているときに、パネル突起加圧部９０の一部はベース板２０の突起載置部２３５の底面２３５ａに垂直ではない角度でベース板２０に侵入する。その結果、ベース板２０を構成する材料が、塑性変形で潰れた部分が突起部６５の側面６５ｂおよび上面に回り込みやすくなる。
【００４３】
パネル突起加圧部９０にテーパ面９２ｂが設けられない場合には、パネル突起加圧部９０をベース板２０から完全に引き抜くまで、パネル突起加圧部９０の側面９２ａとベース板２０とが接触したままの状態となる。そのため、両者の間に摩擦力がかかり続け、パネル突起加圧部９０とベース板２０との固着が起こりやすいという問題があった。しかし、図７に示されるように、実施の形態１では、パネル突起加圧部９０にテーパ面９２ｂを設けているので、パネルかしめ後のパネル突起加圧部９０のテーパ面９２ｂとベース板２０との接触面がテーパ面２３６ａとなる。そのため、パネル突起加圧部９０をわずかでも引き抜き方向、図７の例では上方向に引き上げた途端、パネル突起加圧部９０の側面９２ｂはベース板２０のテーパ面２３６ａと接触しない状態となる。その結果、パネル突起加圧部９０がベース板２０から離脱されやすくなり、パネル突起加圧部９０とベース板２０との固着が防止される。なお、パネル突起加圧部９０の底面の形状は、矩形状であってもよいし、真円形状または楕円形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、パネル突起加圧部９０の材質は、ステンレス鋼、工具鋼など、ベース板２０およびパネル６よりも固い部材であることが望ましい。
【００４４】
その後、図８に示されるように、複数のフィン４を、フィン固定部２３のフィン挿入溝２３３に挿入する。このとき、フィン４の下部は、突壁部２３１と接触した状態となっている。さらに、図９に示されるように、フィン４の間のかしめ部２３２に治具９５を挿入し、加圧する。このとき、かしめ部２３２の二股に分かれている部分に治具９５が挿入される。これによって、かしめ部２３２が塑性変形し、ベース板２０にフィン４がかしめられ、固定される。そして、治具９５を抜き去ることによって、電力半導体装置１が製造される。
【００４５】
図１０は、実施の形態１による電力半導体装置の製造方法で製造された後の突起部とベース板との固着部分の一例を模式的に示す上面図である。パネル突起加圧部９０による加圧によって、パネルかしめ後にベース板２０の突起載置部２３５には、凹み部２３６が形成される。突起載置部２３５の側面は、パネル６の上面に対して垂直であるが、凹み部２３６の側面は、パネル６の上面に対して直角ではない角度で傾斜するテーパ面２３６ａとなっている。
【００４６】
平面図で凹み部２３６を突起部６５よりも大きくすることで、パネルかしめ時に、突起部６５の周囲に存在するベース板２０の構成材料を突起部６５へ多く移動させることができる。これによって、ベース板２０の覆い部２３７が、突起部６５の先端部の上面を覆うことができる。また、突起載置部２３５の下方に設けられる屑逃げ溝２２１のＹ方向のサイズである幅は、突起部６５とパネル６との接続部６５ａのＹ方向のサイズである幅よりも大きくしている。これによって、パネルかしめ時にベース板２０の構成材料の移動によって生じるベース板屑２０ａが広がりやすくなり、ベース板屑２０ａがベース板２０の外へ排出されやすくなる。その結果、パネル突起加圧部９０で突起部６５とベース板２０とを同時に効率良く押圧することができる。
【００４７】
ところで、突起部６５でベース板２０を切削しながら押圧する場合、打ち抜きで製作された突起部６５の側面６５ｂは凹凸面であるため、突起部６５の側面６５ｂとベース板２０との接触が小さくなる可能性がある。また、突起部６５の側面６５ｂとベース板２０との接触が小さいため、パネル６が押圧方向と逆の方向へ抜けやすい。そのため、パネル６とベース板２０とが固定された後に、次の工程へハンドリングするときに、パネル６が外れる不具合が懸念される。
【００４８】
一方、実施の形態１では、パネル６の開口６１にベース板２０のフィン固定部２３を挿通し、パネル６の下面がベース板２０のパネル設置面５２ａに接するようにパネル６を固定した。パネル６の開口６１側の辺には、開口６１側に突出するとともに、パネル６との接続部６５ａよりも先端の上面の位置が低い突起部６５が設けられる。この突起部６５の先端部側の側面６５ｂとベース板２０との隙間を埋めるようにベース板２０が塑性変形してパネル６と嵌合した状態で、突起部６５の先端を含む上面をベース板２０の覆い部２３７が覆う。これによって、パネル６とベース板２０との間の固着力が向上し、パネル６がベース板２０から外れてしまうことを抑制することができる。
【００４９】
なお、実施の形態１によらない方法では、凹凸面である突起部６５の側面６５ｂを追加工する方法が考えられる。しかし、実施の形態１では、上記したように、１回の工程でパネル６の突起部６５とベース板２０とを同時に押圧し、ベース板２０を変形させて、ベース板２０の構成材料を突起部６５の先端部の側面６５ｂおよび上面に移動させる。これによって、突起部６５の先端部の上面の一部がベース板２０で覆われ、かつ突起部６５の側面６５ｂのほとんどの隙間が埋められる。このとき、突起部６５の側面６５ｂは空気に触れずにベース板２０の新生面と接触する。そのため、打ち抜き加工のみの安価なパネル６を使用することができるとともに、アース抵抗を低くでき、安定なアースを確保することができる。また、電力半導体素子１１からの放射ノイズが低減され、電力半導体素子１１の誤動作を大幅に抑制することができる。
【００５０】
さらに、ベース板２０の突起載置部２３５の下方に、側面がテーパ面２３６ａである凹み部２３６を設けた。これによって、パネルかしめ後の状態を上方向からだけでなく、斜め方向からも目視による確認をすることができ、外観検査を行いやすくすることができる。
【００５１】
実施の形態２．
図１１は、実施の形態２によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す断面図である。実施の形態２では、突起部６５は、パネル６との接続部６５ａから先端に向かって上面が段階的に低くなる段差部６５ｄを有する。すなわち、突起部６５の先端部は階段構造となっている。図１１の例では、３段の段差を有する段差部６５ｄを示したが、段差部６５ｄは、任意の段数の段差を有することができる。そして、段差部６５ｄの各平坦部６５１上がベース板２０の覆い部２３７で覆われている。段差部６５ｄは、突起部６５のうち、突起部６５とパネル６との接続部６５ａよりも先端側であればよい。また、複数ある突起部６５のうち、少なくとも１つ以上が図１１に示される突起部６５としてもよい。なお、実施の形態１と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００５２】
実施の形態２では、突起部６５は、側面視でパネル６との接続部６５ａから先端に向かって上面が段階的に低くなる段差部６５ｄを有する。また、段差部６５ｄの各平坦部６５１上をベース板２０の覆い部２３７が覆う。これによって、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、段差部６５ｄによって形成される仮想の上面の傾斜の角度を大きくすることで、突起部６５の先端部分を覆う覆い部２３７の量が実施の形態１の場合に比して増えるので、ベース板２０とパネル６との間の固着力を実施の形態１の場合に比して増大させることができる。また、突起部６５の先端部が段差部６５ｄとなることで、突起部６５とベース板２０との接触面積が増加する。その結果、実施の形態１の場合と同様に、安定なアースを確保することができる。
【００５３】
実施の形態３．
図１２は、実施の形態３によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す断面図である。実施の形態３では、断面図で突起部６５の先端部の上面が、先端に向かって直線的な勾配を有する傾斜面６５ｅとなっている。そして、傾斜面６５ｅの上がベース板２０の覆い部２３７で覆われている。図１２では、傾斜面６５ｅの始まりは、突起部６５の長さ方向の中央付近であるが、突起部６５とパネル６との接続部６５ａよりも先端側であればよい。また、複数ある突起部６５のうち、少なくとも１つ以上が図１２に示される突起部６５としてもよい。なお、実施の形態１と同一の構成要素には、同一の符号を付して、その説明を省略している。
【００５４】
実施の形態３では、突起部６５の先端部の上面が直線的な勾配を有する傾斜面６５ｅで構成される。そのため、パネルかしめ時に、ベース板２０の構成材料が傾斜面６５ｅを埋めながら移動する。また、突起部６５をベース板２０で覆う覆い部２３７の量が実施の形態１の場合に比して増えるので、ベース板２０とパネル６との間の固着力を増大させることができる。さらに、突起部６５とベース板２０との接触面積が増加するので、実施の形態１の場合と同様に、安定なアースを確保することができる。
【００５５】
実施の形態４．
図１３は、実施の形態４によるパネルの構成の一例を模式的に示す上面図である。パネル６は、開口６１を形成する側面に、２種類の突起部６５，６５Ａを有する。突起部６５は、パネル６の開口６１を形成する側面のうちＹ方向に延在する２つの側面のＹ方向の外側に配置される。図１３の例では、４か所に配置される。突起部６５Ａは、パネル６の開口６１を形成する側面のうちＹ方向に延在する２つの側面に配置される２つの突起部６５の間に配置される。図１３の例では、４か所に配置される。
【００５６】
突起部６５は、実施の形態１の図４で説明したものと同じであるが、突起部６５Ａは、突起部６５とは異なる構造を有する。図１４は、実施の形態４によるベース板とパネルとの接合の様子を模式的に示す図であり、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ断面図である。突起部６５Ａは、突起部６５Ａのパネル６との接続部６５ａから下側に折れ曲がった構造を有する。そして、突起部６５Ａの第６面である下面６５ｆの位置は、パネル６の下面６ａの位置と一致しておらず、パネル６の下面６ａよりも下側に突出している。図１３に示されるようなパネル６では、打ち抜き加工で同時に突起部６５および突起部６５Ａを製作することができる。つまり、パネル６を安価に製造することができる。
【００５７】
実施の形態１で示した突起部６５の下面は平坦であり、パネル設置面５２ａと接触しやすくなっている。パネル突起加圧部９０で突起部６５を押圧した場合には、パネルかしめが完了するパネル設置面５２ａにパネル６の突起部６５が到達するため、図４に示されるように、パネル６は、傾きがない状態でベース板２０に保持されやすい。一方、突起部６５Ａの下面６５ｆは、パネル６の下面６ａに対して斜めに配置される。これによって、図１４に示されるように、パネルかしめが完了するパネル設置面５２ａよりも下側に突起部６５Ａが食い込む。
【００５８】
また、突起部６５では、図４に示されるように、先端部の曲面６５ｃがベース板２０の覆い部２３７で覆われる。しかし、突起部６５Ａでは、図１４に示されるように、先端部の曲面６５ｃよりも広い領域がベース板２０の覆い部２３７で覆われる。その結果、突起部６５Ａとベース板２０との間の接触面積が増加し、ベース板２０とパネル６間の固着力が増大する。なお、突起部６５と突起部６５Ａの数は、例示であり、任意の数とすることができる。
【００５９】
実施の形態４では、パネル６は、パネル６の下面６ａと一致する下面を有する突起部６５と、パネル６の下面６ａに対して下側に突出した下面６５ｆを有する突起部６５Ａと、を有する。突起部６５は、パネルかしめ後には、パネル６の平行度を保つ役割を有する。また、突起部６５Ａは、パネルかしめ時に、ベース板２０のパネル設置面５２ａに食い込むことで、パネル６の傾きを抑制し、ベース板２０とパネル６との間の固着力を増大させる役割を有する。
【００６０】
さらに、突起部６５Ａの上面では、突起部６５の上面に比してベース板２０の覆い部２３７で覆われる面積が大きくなる。これによっても、ベース板２０とパネル６との間の固着力が増大する。
【００６１】
また、パネル６の開口６１側に配置された突起部６５Ａは突起部６５Ａのパネル６との接続部６５ａから下側に折れ曲がった状態で、パネル６のパネル設置面５２ａに食い込む。その結果、ベース板２０との接触面積が増加し、安定なアースを確保することができる。
【００６２】
なお、パネル６に設けられる突起部６５，６５Ａの側面の形状は、図４、図１１、図１２および図１４に示される形状に限定されるものではない。
【００６３】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１  電力半導体装置、２  モールド部、４  フィン、６  パネル、６ａ，６５ｆ，９１  下面、１１  電力半導体素子、１２  リードフレーム、１４  導電部材、１５  接続部材、１６  絶縁部材、１８  モールド樹脂、２０  ベース板、２０ａ  ベース板屑、２１  第１台座部、２２  第２台座部、２３  フィン固定部、３０  かしめヒートシンク、５１  第１段差部、５１ａ，６５１  平坦部、５２  第２段差部、５２ａ  パネル設置面、６１  開口、６５，６５Ａ  突起部、６５ａ  接続部、６５ｂ，９２，９２ａ  側面、６５ｃ  曲面、６５ｄ  段差部、６５ｅ  傾斜面、９０  パネル突起加圧部、９２ｂ，２３６ａ  テーパ面、９５  治具、１２１  素子搭載部分、１２２  端子部分、２２１  屑逃げ溝、２３１  突壁部、２３２  かしめ部、２３３  フィン挿入溝、２３５  突起載置部、２３５ａ  底面、２３６  凹み部、２３７  覆い部。
【要約】
電力半導体装置は、モールド部と、平板状の導電性のパネル（６）と、複数のフィンと、を備える。モールド部は、電力半導体素子と、複数の溝が配置される第１面および第１面に垂直なＺ方向において第１面とは反対側の第２面を有するベース板（２０）と、がモールドされる。パネルは、ベース板の第１面が挿通される開口が形成されているとともに、第３面と第３面とは反対側の第４面とを有する。複数のフィンは、ベース板の溝に固着される。パネルは、開口を形成する側面に、対向する側面に向かって突出する複数の突起部（６５）を有する。突起部は、Ｚ方向および突起部の突出方向で形成される面と平行な突起部の断面で、突起部の先端に向けて先細りを形成する第５面を有する。ベース板は、先端を含む複数の突起部の第５面上を覆う覆い部を有するとともに、複数の突起部の側面との隙間を埋めるように塑性変形してパネルと嵌合する。【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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