(57)【要約】【課題】  熱抵抗が低くても信頼性が高い構造の電力用半導体装置を提供すること。【解決手段】  第１の絶縁樹脂シート１０１を最低溶融粘度近傍で被接着面に接着する。次に、この第１の絶縁樹脂シート１０１上に、第２の絶縁樹脂シート１０２を載せ、さらに第２の絶縁樹脂シート１０２上に組み立てた構造物を載せ、加圧して接着する。この際、第２の絶縁樹脂シート１０２の大きさは、組立構造物の外形とほぼ同じか、多少はみ出る程度の大きさにしておく。次に、ポッティング樹脂を露出した絶縁樹脂シートを含んで第１乃至第４の導体が埋没するまで注入し、加温することで、ポッティング樹脂、第１の樹脂シート及び第２の樹脂シートを熱硬化させる。【選択図】  図３
2013233042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
この半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて、前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体と、
一方の主面が前記一対の導電性熱伝導体と前記一対の導電性熱伝導体の間の半導体装置を覆うように、前記一対の導電性熱伝導体に接着されている、絶縁性のフィラーが内部に分散された絶縁性の熱硬化性樹脂シートと、
前記熱硬化性樹脂シートの前記一方の主面との接合界面が前記一対の導電性熱伝導体を囲ように形成され、前記半導体チップを封止している絶縁性の硬化樹脂による外囲器と、を具備しており、
前記熱硬化性樹脂シートのうち、前記導電ブロックと接合されている領域について、表面側のフィラーの密度よりも、厚み方向に内部側のフィラーの密度の方が高いことを特徴とする電力半導体モジュール。
【請求項２】
前記導電ブロックと接合されていない領域について、前記導電ブロックが接合されている側の面のフィラーの密度よりも、裏面側のフィラーの密度のほうが低いことを特徴とする請求項１記載の電力半導体モジュール。
【請求項３】
被接合面上に配置された、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第１の熱硬化性シートを、前記熱硬化性樹脂の最低溶融温度近傍において加圧して、前記被接合面と前記第１の熱硬化性シートとを接着する工程と、
接着された前記第１の熱硬化性シート上に、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第２の熱硬化性シートを配置し、この第２の熱硬化性シート上に、半導体チップとこの半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体とを配置し、前記導電ブロック越しに加圧して、前記第１の熱硬化性シートと前記第２の熱硬化性シートと前記導電ブロックとを積層状態で接着する工程と、
前記一対の導電性熱伝導体を含むように熱硬化性樹脂を載せ、加熱硬化させることにより外囲器を形成して前記半導体チップおよび前記導電性熱伝導体を封止し、前記外囲器と前記絶縁シートとを接着する工程と、
を具備することを特徴とする電力半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の電力半導体モジュールと、
前記半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記半導体装置を制御する制御回路と
を具備する半導体電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大電流をスイッチングする半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電気自動車、ハイブリッド自動車は、直流を交流に変換してモータに供給する電力用半導体装置として、インバータ装置を備えている。例えば、３相のインバータ装置の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの独立したモジュールが組み合わされて構成されている。このような車載用の半導体電力変換装置は、千アンペア前後の大電流をスイッチングするため、小型・軽量で、かつ冷却効率の高い構造が必須である。
このため従来構造においては、IGBTやGTOなどのチップ状の半導体スイッチング素子の両面の冷却を、ひとつの冷却器によって行う構造が提案されている。
【０００３】
特許文献１に示す従来構造は、冷却器の主平面に対して垂直方向に半導体スイッチング素子をレイアウトし、この半導体スイッチング素子を熱伝導性の高い導体のバスバーによって挟む。半導体スイッチング素子とバスバーとをはんだ接合することで電気的熱的機械的に接続する。半導体スイッチング素子の周囲は、樹脂により封止されている。
バスバーの半導体スイッチング素子の実装面とは異なる主平面を、絶縁シートを介して冷却器に熱的に接続している。電気的な接続は、この絶縁シートと接続される主平面は別の部位から取り出される。
絶縁シートは、絶縁性を有しているが熱伝導性は高いものが必要となる。このため樹脂シートは、窒素ホウ素などのセラミックスフィラーが拡散されたエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が、シート状に成形された構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１６９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミックスフィラーを含む樹脂シートを介して金属のバスバーを設置するが、熱抵抗を下げるためにフィラーの充填率を上げると樹脂シートの接着力が弱くなる傾向がある。
バスバーは熱による温度の上下動により膨張や収縮が起きている。樹脂シートの接着力が弱過ぎる場合には、このような変形が繰り返されることによって樹脂シートとバスバーとの接着面が剥離していき、熱抵抗が増大するおそれがある。
逆に接着力を確保しようとしてフィラーの充填率を下げると、接着性は改善するものの、樹脂シートの熱伝導性が悪化して放熱能力が上げられず、半導体スイッチング素子に流すことができる電流値を上げることができなくなってしまう。
他方、樹脂シートとバスバーとの接着界面が剥離しないように、バスバーを樹脂シートに押し付けて固定する構造物を配置することもできるが、そのようなインバータの機能とは直接関係がない構造物を設置することによって、重量・体積の増加を招く。
本発明は、簡素な構成で大電流を取り扱う際にも信頼性が高い半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために本発明は、半導体チップと、この半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて、前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体と、一方の主面が前記一対の導電性熱伝導体と前記一対の導電性熱伝導体の間の半導体装置を覆うように、前記一対の導電性熱伝導体に接着されている、絶縁性のフィラーが内部に分散された絶縁性の熱硬化性樹脂シートと、前記熱硬化性樹脂シートの前記一方の主面との接合界面が前記一対の導電性熱伝導体を囲ように形成され、前記半導体チップを封止している絶縁性の硬化樹脂による外囲器と、を具備しており、前記熱硬化性樹脂シートのうち、前記導電ブロックと接合されている領域について、表面側のフィラーの密度よりも、厚み方向に内部側のフィラーの密度の方が高い電力半導体モジュールを提供する。
このとき、前記導電ブロックと接合されていない領域について、前記導電ブロックが接合されている側の面のフィラーの密度よりも、裏面側のフィラーの密度のほうが低いことが好ましい。
【０００７】
また本発明は、被接合面上に配置された、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第１の熱硬化性シートを、前記熱硬化性樹脂の最低溶融温度近傍において加圧して、前記被接合面と前記第１の熱硬化性シートとを接着する工程と、接着された前記第１の熱硬化性シート上に、絶縁性材料によるフィラーが分散された熱硬化性樹脂によりシート状に形成された第２の熱硬化性シートを配置し、この第２の熱硬化性シート上に、半導体チップとこの半導体チップの主面のそれぞれに対向配置されて前記半導体チップと電気的かつ機械的に接続されている一対の導電性熱伝導体とを配置し、前記導電ブロック越しに加圧して、前記第１の熱硬化性シートと前記第２の熱硬化性シートと前記導電ブロックとを積層状態で接着する工程と、前記一対の導電性熱伝導体を含むように熱硬化性樹脂を載せ、加熱硬化させることにより外囲器を形成して前記半導体チップおよび前記導電性熱伝導体を封止し、前記外囲器と前記絶縁シートとを接着する工程と、を具備する電力半導体モジュールの製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明よれば、簡素な構成で、大電流を取り扱う際にも信頼性が高い電力半導体モジュールを提供することに寄与する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態の電力変換装置を示す模式図
【図２】本発明の実施形態の電力変換装置の回路図
【図３】本発明の実施形態の電力半導体モジュールの分解図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、インバータ装置を示す斜視図であり、図２は、図１のインバータ装置の等価回路を示している。
インバータ装置１０は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相インバータとして構成されているとともに、負荷対象として、例えば、第１モータ１２および第２モータ１４に電力を供給するように構成されている。インバータ装置１０は、第１モータ１２に電力を供給する第１系統のインバータ回路と、第２モータ１４に電力を供給する第２系統のインバータ回路とを一体に備えている。
【００１１】
インバータ装置１０は、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する３つの電力半導体モジュール１６、１８、２０と、直流電源、例えば、バッテリ２２から電力半導体モジュールに供給される直流電圧を平滑する平滑コンデンサ２４と、３相出力用接続導体２６、２７を介して第１モータ１２および第２モータへ流れる電流を検出する電流検出器２８、３０と、電流検出器により検出された電流情報や平滑コンデンサ２４に印加される電圧等に基づき、電力半導体モジュール１６、１８、２０を制御する制御ユニット３２と、制御ユニット３２の制御信号に基づき、後述する電力半導体モジュールの半導体素子のゲートを駆動するための駆動回路を有した駆動基板３４と、を備えている。
【００１２】
駆動基板３４には、半導体素子を駆動する駆動用ＩＣ３６が半導体素子に対して１対１の対応で設けられている。即ち、この回路では、駆動用ＩＣ３６が１２個設けられている。また、電力半導体モジュール１６、１８、２０、および平滑コンデンサ２４の下方には、これらを冷却するヒートシンク等の図示しない冷却器が設けられている。
【００１３】
以下、電力半導体モジュール１６、１８、２０について詳細に説明する。電力半導体モジュール１６、１８、２０は、それぞれ同一の構成を有していることから、電力半導体モジュール１６を代表して説明する。
図３は、カバーを取外した状態における電力半導体モジュール１６の分解斜視図である。
【００１４】
図３の電力半導体モジュールは、半導体チップ４１ａ〜４１ｄと、これら半導体チップの各々に組み合わされて逆並列に接続されるダイオードチップ５１ａ〜５１ｄと、半導体チップ４１ａ〜４１ｄやダイオードチップ５１ａ〜５１ｄの電極面に電気的機械的に接合されて直方体のバスバーとなる導電性熱伝導体６１〜６４と、直方体の導電性熱伝導体６１〜６４の半導体チップ４１ａ〜４１ｄやダイオードチップ５１ａ〜５１ｄが接合されている面とは異なる面で、各々の導体６１〜６４がなす面が同一仮想平面内に含まれる主面において、これら導電性熱伝導体６１〜６４を冷却器がなす冷却平面６７に接合する絶縁樹脂シート６６と、半導体チップ４１ａ〜４１ｄ・ダイオードチップ５１ａ〜５１ｄ・導電性熱伝導体６１〜６４に密着して覆うように形成されこれらを封止するとともに変形を拘束するする図示しない外囲器とを具えている。
以下にその詳細について説明する。
【００１５】
第１導体６１の一側面は第１接合面６１ａを形成し、この一側面と直交する他の一側面は第２接合面６１ｂを形成している。第１導体６１の第１接合面６１ａは、第１系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に電気的かつ機械的に接合されている。また、第１導体６１の第１接合面６１ａは、第２系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に電気的かつ機械的に接合されている。これにより、第１導体６１は、第１系統および第２系統の半導体素子に共通の直流正極導体を構成している。
【００１６】
第１接合面６１ａ上において、ＩＧＢＴ４１ａ、ダイオード５１ａ、ＩＧＢＴ４１ｃ、ダイオード５１ｃは、第１導体６１の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。
【００１７】
第２導体６２の一側面は第１接合面６２ａを形成し、この一側面と直交する他の一側面は第２接合面６２ｂを形成している。第２導体６２の第１接合面６２ａは、第１系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第２導体６２は、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。また、第２導体６２の第１接合面６２ａは、第２系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第２導体６２は、ＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第２導体６２は、第１系統および第２系統に共通の直流負極導体を構成している。
【００１８】
第１接合面６２ａ上において、ＩＧＢＴ４１ｂ、ダイオード５１ｂ、ＩＧＢＴ４１ｄ、ダイオード５１ｄは、第２導体６２の長手方向のほぼ全長に沿って一列に並んで配置され、更に、ＩＧＢＴとダイオードとが交互に並んで配置されている。
【００１９】
第２導体６２は、第１導体６１と互いに平行に並んで、かつ、隙間を置いて配置されている。そして、第１導体６１の第１接合面６１ａと第２導体６２の第１接合面６２ａとは、互いに平行に、かつ、隙間を置いて向かい合っている。第１導体６１の第２接合面６１ｂと第２導体６２の第２接合面６２ｂとは、同一平面上に並んで位置している。
【００２０】
第１導体６１に接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４１ｃは、第２導体６２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄに対して、第１導体の長手方向にずれた位置に配設され、ＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄと向かい合うことなく、それぞれ第２導体６２に接合されたダイオード５１ｂ、５１ｄと向かい合って配置されている。同様に、第２導体６２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄは、それぞれ第１導体６１に接合されたダイオード５１ａ、５１ｃと向かい合って配置されている。言い換えると、図３および図４から良く分かるように、第１導体６１に接合されたＩＧＢＴ４１ａ、４１ｃおよび第２導体６２に接合されたＩＧＢＴ４１ｂ、４１ｄは、第１および第２導体６１、６２に対して千鳥状に配設されている。
【００２１】
第３導体６３は、第１導体６１と第２導体６２との間に隙間を置いて配置されている。第３導体６３は、その軸方向一端部が、第１および第２導体６１、６２の軸方向一端部と整列して配置されている。第３導体６３の対向する２つの側面は２つの第１接合面６３ａを形成し、これらの第１接合面６３ａは、第１導体６１の第１接合面６１ａおよび第２導体６２の第１接合面６２ａとそれぞれ平行に対向している。また、第３導体６３の上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面６３ｂを形成している。第２接合面６３ｂは、第１および第２導体６１、６２の第２接合面６１ｂ、６２ｂと同一平面に位置している。
第３導体６３の一方の接合面６３ａは、第１系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第３導体６３は、ＩＧＢＴ４１ａおよびダイオード５１ａの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。第３導体６３の他方の第１接合面６３ａは、第１系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に接合され、第３導体６３は、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第３導体６３は、第１系統の交流電極（出力電極）導体を構成している。
【００２２】
第４導体６４は、第１導体６１と第２導体６２との間に隙間を置いて配置され、更に、第３導体６３と隙間をおいて一列に並んで配置されている。第４導体６４の軸方向一端部は、第３導体６３の一端部と隙間を置いて対向し、軸方向他端部は、第１および第２導体６１、６２の軸方向他端部と整列して配置されている。
第４導体６４の対向する２つの側面は２つの第１接合面６４ａを形成し、これらの第１接合面６４ａは、第１導体６１の第１接合面６１ａおよび第２導体６２の第１接合面６２ａとそれぞれ平行に対向している。また、第４導体６４の上記２つの側面と直交する他の側面は、第２接合面６４ｂを形成している。第２接合面６４ｂは、第１および第２導体６１、６２の第２接合面６１ｂ、６２ｂと同一平面に位置している。
第４導体６４の一方の接合面６４ａは、第２系統の上側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの負極側（それぞれエミッタ、アノード）に接合され、第４導体６４は、ＩＧＢＴ４１ｃおよびダイオード５１ｃの負極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。第４導体６４の他方の第１接合面６４ａは、第２系統の下側アームを構成するＩＧＢＴ４１ｄおよびダイオード５１ｄの正極側（それぞれコレクタ、カソード）に接合され、第４導体６３は、ＩＧＢＴ４１ｂおよびダイオード５１ｂの正極側の電極と電気的かつ機械的に接続されている。これにより、第４導体６４は、第２系統の交流電極（出力電極）導体を構成している。
第４導体６４の上面、ここでは、第２接合面６４ｂと反対側に位置した側面には、溝状の切欠き６８が形成されている。この切欠き６８は、第４導体６４の軸方向に沿って、一端から他端まで延びている。
【００２３】
上述した各導体の接合面と、ＩＧＢＴおよびダイオードとの接合は、ハンダあるいは導電性接着剤により行うことができ、また、熱衝撃板を介して接合してもよい。第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４の材質は、熱伝達の観点からすると銅が望ましいが、加工性や重量などの観点から、アルミニウム等の他金属や、Ａｌ−ＳｉＣ等の金属複合材料を用いることも可能である。
【００２４】
冷却平面６７は、金属の剛体がなす一主面であり、電力半導体モジュールを構成する電気部品の据え付け面を提供する。冷却平面６７には、第１導体６１、第２導体６２、第３導体６３、第４導体６４の第２接合面６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、６４ｂがシート状絶縁体６６によって接着固定されている。
電気部品が発する熱の放熱経路として機能する冷却平面６７は、例えば、銅、アルミニウム等の伝熱性の高い金属により形成されることが好ましい。この放熱パスを通してＩＧＢＴ、ダイオード、および第１ないし第４導体の熱を電力半導体モジュールの外部に伝熱し、除熱を補助する。
冷却平面６７は、第１導体６１の第１接合面６１ａ、第２導体６２の第１接合面６２ａ、第３導体６３の第１接合面６３ａ、および第４導体６４の第１接合面６４ａに対して交差する方向、例えば、直交する方向に延びた被接合面であり、この被接合面において、第１、第２、第３、および第４導体と絶縁体を介して接合されている。このときＩＧＢＴおよびダイオードの各半導体素子は、正極側及び負極側の面が冷却平面６７の表面に対して非平行となるように配置されることとなる。
なお、冷却平面６７をなす放熱板の裏面側は、図示しない熱伝導グリースが塗布され、放熱板は、この熱伝導グリースを介してインバータ装置の図示しない冷却器にネジ止め等により固定される。熱伝導グリースによる組み立てを不要にしたい場合は、放熱板内部に冷却水路を設ける構成としてかまわない。
【００２５】
絶縁樹脂シート６６は、シート状に成形された接着性を有する絶縁体である。絶縁樹脂シート６６は、第１ないし第４導体に対して十分に剛性の低い材料であり、例えば、接着性を有するエポキシ樹脂に窒化ホウ素等のセラミックフィラーが分散されたもので構成されている。
絶縁樹脂シート６６は、第１乃至第４の導体が冷却平面に対して対向配置される主面をすべて含む領域からさらに拡大する方向に延設されている。すなわち、冷却平面のなす面の法線方向から電力半導体モジュールを見たとき、絶縁樹脂シート６６は第１乃至第４の導体を取り囲むように存在している。
【００２６】
図示しない外囲器は、この第１乃至第４の導体を取り囲むように存在している絶縁樹脂シート６６を含む領域に対し、第１乃至第４の導体および半導体チップが埋没するように形成される。すなわち、第１乃至第４の導体および半導体チップは外囲器および絶縁樹脂シートに取り囲まれており、露出するところがない。
【００２７】
ポッティング樹脂による外囲器の有無により、第１乃至第４の導体で構成される構造体のひずみ量が１／３程度小さくなり、このことにより寿命が温度履歴１０００サイクルから８０００サイクル程度にまで長くなる。ポッティング樹脂が剥がれると、ひずみ量が大きくなり、温度勾配による応力寿命が短くなるため、冷却器とポッティング樹脂が直接接着しない構造としている。
【００２８】
冷却平面を模擬する金属面を有するせん断試験片に対して、ポッティング樹脂のみ、絶縁樹脂シート＋ポッティング、絶縁樹脂シートのみの接着強度についての比較すると、絶縁樹脂シート＋ポッティング及び絶縁樹脂シートのみでは、約２．５倍強度が強くなることが分かる。ポッティング樹脂のみでは接着強度が低いため。外囲器が固定されていない状態となり、内部構造物の温度履歴による変形に起因するひずみが抑制できない状態となる。このため、ポッティング樹脂を直接冷却平面に接合しない構造とする必要がある。
本実施形態の電力半導体モジュールにおいては、絶縁樹脂シートの面積を十分広くし、絶縁樹脂シートとポッティング樹脂との接合界面で内部構造物を囲う構造とした。
【００２９】
ここでフィラー充填率と接着力の関係について説明する。冷却器６７と接着される第１の絶縁樹脂シート１０１のフィラー充填率を小さくすると、冷却器６７との界面接着力が上昇する。これはフィラー充填率を小さくすることで、接着の成分であるエポキシ樹脂量が増えることで界面接着力が上昇することを示す。しかし、フィラーの充填率を下げると熱抵抗が増大するため、フィラーの配合率を決定することが極めて難しい。
そこで本実施形態の絶縁樹脂シートは  前記熱硬化性樹脂シートの表面側のフィラーの密度よりも、内部側のフィラーの密度の方が高い密度構成の絶縁樹脂シートを用いている。
【００３０】
この密度構成の実現のため、表面と裏面で異なるフィラー充填率の絶縁樹脂シートを積層する構成とし、かつ、比較的フィラー充填率の低い面を金属面と対向させて配置するようにし、比較的フィラー充填率の高い表面同士を対向させて加圧融着する構成とした。
冷却平面６７と対向して接着される第１の絶縁樹脂シート１０１の表面となる第１層を比較的フィラー充填率の低いものとして接着性を高め、この第１の絶縁樹脂シート１０１の第２の絶縁樹脂シート１０２と接着される表面となる第２層を第１層よりもフィラー充填率を大きくする構成とした。
また同様に第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と接着される第２の絶縁樹脂シート１０２の表面となる第２層をフィラー充填率の低いものとし、第１の絶縁樹脂シート１０１と接着される表面となる第１の層を第２の層よりもフィラー充填率の大きいものとしている。
【００３１】
冷却表面６７と接着される第１の絶縁樹脂シート１０１のサイズを冷却表面を構成する冷却板と同一程度のサイズとしているので、冷却表面６７は第１の絶縁樹脂シート１０１で覆われている。よってポッティング樹脂は絶縁樹脂シートのみと接着される構造となっている。
これにより第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と接着力を向上させ、かつ接着強度が高まった表面で外囲器を強固に固定する構成となっているので、封止されている構造物のひずみを抑制し続けることが可能となっている。
【００３２】
第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と第１の絶縁樹脂シート１０１、第２の絶縁樹脂シート１０２と冷却器６７は、互いに加圧加熱のもとで接着されている。その工程について説明する。
【００３３】
まず第１の絶縁樹脂シート１０１を最低溶融粘度近傍で被接着面に接着する。
【００３４】
次に、この第１の絶縁樹脂シート１０１上に、第２の絶縁樹脂シート１０２を載せ、さらに第２の絶縁樹脂シート１０２上に第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と半導体チップとが接合されている組立構造物を載せ、加圧して接着する。この際、第２の絶縁樹脂シート１０２の大きさは、組立構造物の外形とほぼ同じか、多少はみ出る程度の大きさにしておく。組立構造物より小さくてもよいが、組立構造物からの放熱効率が低下するため、製品の仕様に応じて設定する。
また、第２の絶縁樹脂シート１０２の外周縁は、すべて第１の絶縁樹脂シート１０１の接着表面内に収まるように設定する。すなわち、第２の絶縁樹脂シートの外周縁が、第１の絶縁樹脂シートに取り囲まれるように、重ねあわされる。
【００３５】
次に、ポッティング樹脂を露出した絶縁樹脂シートを含んで第１乃至第４の導体が埋没するまで注入し、加温することで、ポッティング樹脂、第１の樹脂シート１０１及び第２の樹脂シート１０２を熱硬化させる。
【００３６】
これにより、第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と対向していない領域の樹脂シートにおいて、加圧加熱接着されない状態であっても耐圧性能を向上させることができる。
これは、まず第１の絶縁樹脂シートを最低溶融粘度近傍で加熱加圧圧着することで、第１の絶縁樹脂シート初期からあるボイドを潰して、シート外へ除去できるとともに、内部のフィラー充填材をより緻密に配向することができるためと考えられる。
【００３７】
第１の絶縁樹脂シートを先に加熱加圧圧着することで、冷却器６７全体に均等な貼り付けた状態にすることができ、この上に載置される導電性熱伝導体や外囲器の固定が安定するとともに、耐圧性能の向上が可能となる。
第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と組立構造物により加圧を受ける領域に限定された大きさの第２の絶縁樹脂シート１０２とを同時に加熱加圧圧着することで、加圧が受けられなかった樹脂シート内に発生した除去できないボイドも表れることがない。したがって、耐圧を低下させることなく、第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と冷却器６７を絶縁樹脂シートによって完全に接着することが可能となる。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の電力用半導体モジュールによれば、冷却器６７とポッティング樹脂を第１の絶縁樹脂シート１０１を介して接着することで、ポッティング樹脂の接着力を向上させ、剥がれによるひずみ量増加、温度勾配の寿命を下げることはない、また第１ないし第４導体６１、６２、６３、６４と冷却器６７に接着される層のフィラー充填率を小さくすることで、接着力を向上することが可能となり、接着力を保持し冷却効率を低下させることなく、長期信頼性が確保できる。
【００３９】
また、第１の絶縁樹脂シート１０１を先に最低溶融粘度で加圧加熱圧着して、その上から組立構造物の接着固定に必要な領域について他の絶縁樹脂シートを改めて積層させて圧着する構成としたので、重量物である組立構造体の接着固定性確保のために厚い樹脂シートを用いて圧着するときに問題となる樹脂シート内部から生じるシート端部のボイドの発生や、初めから樹脂シート内に含まれている初期ボイドによる耐圧低下などを回避しつつも、熱歪による接着界面近傍の疲労に対して信頼性の高い電力用半導体モジュールを提供することが可能となる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。構成要素を追加したり複数つなぎ合わせるなど、適宜組み合わせてもよい。
したがって、たとえば導電性熱伝導体については、実施形態では電流要領や放熱性、加工性などを考慮して直方体のブロックを使用しているが、設計の都合によっては板を段状に折り曲げて形成したような形状の部材であってもよいし、半導体チップの主面の向きは、非接合面に対して平行であっても非平行であってもかまわない。
【００４１】
上述した各実施形態において、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた構成としたが、他の種類のトランジスタやサイリスタなどを用いた構成としてもよい。各実施形態において、ＩＧＢＴ及びダイオードを実装する個数は、必要に応じて増減可能である。半導体素子は、半導体電力変換装置を適用する対象物（例えば、電気自動車）の目的や用途などにより適宜変更し、最適な電力容量等を選ぶことができる。半導体電力変換装置は、直流電力を三相交流電力に変換するインバータ装置に限定されることなく、直流電力を単相交流電力に変換するインバータ装置にも適用することできる。
【符号の説明】
【００４２】
１０…インバータ装置、１２、１４…モータ、
１６、１８、２０…電力半導体モジュール、２２…バッテリ、２４…コンデンサ、
３２…制御ユニット、３４…駆動基板、
４１ａ〜４１ｄ…ＩＧＢＴ、５１ａ〜５１ｄ…ダイオード、６１…第１導体、
６２…第２導体、６３…第３導体、６４…第４導体、
６７…放熱板、６８…切欠き、７１…正極直流出力端子、
７２…負極直流出力端子、７３…第１交流出力端子、７４…第２交流出力端子、
７８ａ、７８ｂ、７８ｃ、７８ｄ…エミッタセンス端子、
１０１…第１の絶縁樹脂シート、１０２…第２の絶縁樹脂シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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