(57)【要約】【課題】  パワー素子及び絶縁基板がヒートシンクに高い位置精度で接合されたパワーモジュールとその製造方法を提供する。【解決手段】  冷却器４０として，応力緩和材３０側に凸部４５が形成されたものを用いる。また，応力緩和材３０として，冷却器４０側に凹部３６が，絶縁基板２０側に凸部３５が形成されたものを用いる。また，絶縁基板２０として，応力緩和材３０側に凹部２６が形成されたものを用いる。まず，冷却器４０の凸部４５に応力緩和材３０の凹部３６を係合して嵌め合わせて位置決めを行う。応力緩和材３０の凸部３５に絶縁基板２０の凹部２６を係合して嵌め合わせて位置決めを行う。この位置決めされた状態で，冷却器４０と，応力緩和材３０と，絶縁基板２０とをろう付けにより接合する。この後，絶縁基板２０にパワー素子１０を半田付けする。【選択図】図１
2009188327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器と，前記冷却器に接合された絶縁基板と，前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールの製造方法であって，
前記冷却器として，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されたものを用い，
前記絶縁基板として，前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されたものを用い，
前記冷却器の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状との係合により前記冷却器と前記絶縁基板とを位置決めしつつ，前記冷却器と前記絶縁基板とを接合することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項２】
冷却器と，前記冷却器に接合された応力緩和材と，前記応力緩和材に接合された絶縁基板と，前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールの製造方法であって，
前記冷却器として，前記応力緩和材側の面に前記応力緩和材に係合する係合形状が形成されたものを用い，
前記応力緩和材として，前記冷却器側の面における前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成され，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されたものを用い，
前記絶縁基板として，前記応力緩和材の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されたものを用い，
前記冷却器の係合形状と，前記応力緩和材の被係合形状との係合により前記冷却器と前記応力緩和材とを位置決めしつつ，前記冷却器と前記応力緩和材とを接合し，
前記応力緩和材の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状との係合により前記応力緩和材と前記絶縁基板とを位置決めしつつ，前記応力緩和材と前記絶縁基板とを接合することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のパワーモジュールの製造方法であって，
前記応力緩和材として前記冷却器側の面と前記絶縁基板側の面とを貫通する貫通孔が設けられたものを用い，
前記貫通孔を前記応力緩和材の係合形状または被係合形状として用いることを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載のパワーモジュールの製造方法であって，
前記応力緩和材の前記冷却器と係合する被係合形状と，前記絶縁基板と係合する係合形状とを，表裏面の対応する位置にプレスにより同時に形成することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項５】
冷却器と，
前記冷却器に接合された絶縁基板と，
前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールであって，
前記冷却器には，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されており，
前記絶縁基板には，前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されており，
前記冷却器の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状とが係合された状態で，前記冷却器と前記絶縁基板とが接合されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
冷却器と，
前記冷却器に接合された応力緩和材と，
前記応力緩和材に接合された絶縁基板と，
前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールであって，
前記冷却器には，前記応力緩和材側の面に前記応力緩和材に係合する係合形状が形成されており，
前記応力緩和材には，前記冷却器側の面における前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成され，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されており，
前記絶縁基板には，前記応力緩和材の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されており，
前記冷却器の係合形状と，前記応力緩和材の被係合形状とが係合された状態で，前記冷却器と前記応力緩和材とが接合されており，
前記応力緩和材の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状とが係合された状態で，前記応力緩和材と前記絶縁基板とが接合されていることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，冷却器に絶縁基板及びパワー素子を接合したパワーモジュールとその製造方法に関する。さらに詳細には，冷却器に対して絶縁基板及びパワー素子が高い位置精度で接合されたパワーモジュールとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パワー素子等の半導体素子を基板に搭載した半導体ユニットは，半導体素子の発熱量が大きいため，ヒートシンク等の冷却部材に固定されて使用される。このようなパワーモジュールとして，半導体ユニットの周辺部に設けられた穴部にねじが通され，ねじがヒートシンクの上面に設けられたねじ穴にねじ込まれて固定されたものがある。
【０００３】
しかし，ねじにより半導体部品をヒートシンクに固定する場合，ねじを締める作業が別途必要である。さらに，締め付けが不均一であった場合，その箇所に応力が集中するおそれがある。このため，突起部を孔部に挿入することにより半導体モジュールを固定する方法が，特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４１４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで，絶縁基板等をヒートシンクに固定する場合，半田付けまたはろう付けを行うことがある。これにより，絶縁基板からヒートシンクへの熱伝導率が上昇する。つまり，絶縁基板及びパワー素子の冷却効果が向上するのである。このように半田付けまたはろう付けを行う場合，絶縁基板等が溶融した半田又はろう材の上を滑り，絶縁基板等の位置精度が悪くなる場合がある。このため，ヒートシンクを基準にしたパワー素子の位置精度が悪くなり，この後に行われるワイヤボンディングを確実に行うことができないおそれがある。一方，特許文献１の方法では，そもそも熱伝導性が悪い。絶縁基板とヒートシンクとの間にわずかではあるが空気の層があるためである。また，突起や孔を余分に成形する必要がある。他方，ろう付け工程に治具を用いた場合，治具と絶縁基板とが接触することがある。この場合，絶縁基板に応力がかかり破損するおそれがある。
【０００６】
本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，パワー素子及び絶縁基板がヒートシンクに高い位置精度で接合されたパワーモジュールとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされた本発明のパワーモジュールの製造方法は，冷却器と，前記冷却器に接合された絶縁基板と，前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールの製造方法であって，前記冷却器として，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されたものを用い，前記絶縁基板として，前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されたものを用い，前記冷却器の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状との係合により前記冷却器と前記絶縁基板とを位置決めしつつ，前記冷却器と前記絶縁基板とを接合することを特徴とするものである。かかるパワーモジュールの製造方法においては，各部品の位置決めが容易になされる。また，接合工程においても，絶縁基板等が位置決めされた位置からずれることがない。
【０００８】
また，本発明のパワーモジュールの製造方法は，冷却器と，前記冷却器に接合された応力緩和材と，前記応力緩和材に接合された絶縁基板と，前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールの製造方法であって，前記冷却器として，前記応力緩和材側の面に前記応力緩和材に係合する係合形状が形成されたものを用い，前記応力緩和材として，前記冷却器側の面における前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成され，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されたものを用い，前記絶縁基板として，前記応力緩和材の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されたものを用い，前記冷却器の係合形状と，前記応力緩和材の被係合形状との係合により前記冷却器と前記応力緩和材とを位置決めしつつ，前記冷却器と前記応力緩和材とを接合し，前記応力緩和材の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状との係合により前記応力緩和材と前記絶縁基板とを位置決めしつつ，前記応力緩和材と前記絶縁基板とを接合することを特徴とするものである。かかるパワーモジュールの製造方法においても，各部品の位置決めが容易になされる。また，接合工程においても，絶縁基板等が位置決めされた位置からずれることがない。
【０００９】
上記に記載のパワーモジュールの製造方法であって，前記応力緩和材として前記冷却器側の面と前記絶縁基板側の面とを貫通する貫通孔が設けられたものを用い，前記貫通孔を前記応力緩和材の係合形状または被係合形状として用いてもよい。各部品の位置決めが容易になされることに変わりはないからである。また，接合工程においても，絶縁基板等が位置決めされた位置からずれることがない。また，係合形状を新たに設ける必要がない。
【００１０】
上記に記載のパワーモジュールの製造方法であって，前記応力緩和材の前記冷却器と係合する被係合形状と，前記絶縁基板と係合する係合形状とを，表裏面の対応する位置にプレスにより同時に形成するとよい。各部品の位置決めが容易になされることに変わりはないからである。また，接合工程においても，絶縁基板等が位置決めされた位置からずれることがない。また，係合形状を設けるための工程を追加する必要がない。
【００１１】
本発明のパワーモジュールは，冷却器と，前記冷却器に接合された絶縁基板と，前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールであって，前記冷却器には，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されており，前記絶縁基板には，前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されており，前記冷却器の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状とが係合された状態で，前記冷却器と前記絶縁基板とが接合されていることを特徴とするものである。かかるパワーモジュールは，冷却器と，絶縁基板と，パワー素子とが互いに高い位置精度を保持している。
【００１２】
また，本発明のパワーモジュールは，冷却器と，前記冷却器に接合された応力緩和材と，前記応力緩和材に接合された絶縁基板と，前記絶縁基板に接合されたパワー素子とを有するパワーモジュールであって，前記冷却器には，前記応力緩和材側の面に前記応力緩和材に係合する係合形状が形成されており，前記応力緩和材には，前記冷却器側の面における前記冷却器の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成され，前記絶縁基板側の面に前記絶縁基板に係合する係合形状が形成されており，前記絶縁基板には，前記応力緩和材の係合形状と対応する位置に被係合形状が形成されており，前記冷却器の係合形状と，前記応力緩和材の被係合形状とが係合された状態で，前記冷却器と前記応力緩和材とが接合されており，前記応力緩和材の係合形状と，前記絶縁基板の被係合形状とが係合された状態で，前記応力緩和材と前記絶縁基板とが接合されていることを特徴とするものである。かかるパワーモジュールも，冷却器と，絶縁基板と，パワー素子とが互いに高い位置精度を保持している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば，パワー素子及び絶縁基板がヒートシンクに高い位置精度で接合されたパワーモジュールとその製造方法が提供されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
［第１の形態］
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，パワーモジュールとその製造方法について，本発明を具体化したものである。
【００１５】
［パワーモジュール］
図１は，本形態におけるパワーモジュール１００を説明する断面図である。図２は，パワーモジュール１００を説明する平面図である。本形態に係るパワーモジュール１００は，パワー素子１０と，絶縁基板２０と，応力緩和材３０と，冷却器４０とを有している。パワー素子１０と絶縁基板２０とは半田付けされている。絶縁基板２０と応力緩和材３０とはろう付けされている。また，応力緩和材３０と冷却器４０とはろう付けされている。よって，パワーモジュール１００は，冷却器４０と応力緩和材３０と絶縁基板２０とパワー素子１０とが互いに接合されて一体となったものである。また，冷却器４０には４個の応力緩和材３０と，４個の絶縁基板２０と，８個のパワー素子１０とが搭載されている。
【００１６】
パワー素子１０は電力の供給及び制御を行う半導体素子である。絶縁基板２０は窒化アルミニウム２１の両側をアルミニウム２２によりはさんだものである。応力緩和材３０は，パワーモジュール１００をろう付けあるいは半田付けにより製造する際に，熱応力により絶縁基板２０またはパワー素子１０が破損しないために応力を緩和するためのものである。
【００１７】
パワー素子１０は使用時に発熱するため，接合された絶縁基板２０及び応力緩和材３０を介して冷却器４０に熱を伝えるようになっている。冷却器４０はその熱を放熱するためのものである。冷却器４０は，天板４１と底板４２とを有しており，これらは接合されている。また，天板４１と底板４２との間の空間は，パワー素子１０等を冷却する冷媒を流すためのものである。
【００１８】
本形態の冷却器４０の天板４１には，凸部４５が８個形成されている。これらの凸部４５は冷却器４０の上面に位置している。また，応力緩和材３０の下面には凹部３６が，上面には凸部３５が２個ずつ形成されている。また，絶縁基板２０の下面には凹部２６が２個形成されている。ここで，応力緩和材３０の下面に形成された２個の凹部３６は，冷却器４０の上面に形成された２個の凸部４５と係合して嵌め合わされている。冷却器４０の凸部４５は係合形状である。応力緩和材３０の凹部３６は，凸部４５と係合する被係合形状である。これにより，冷却器４０と，応力緩和材３０とが位置決めされた状態で接合されている。また，絶縁基板２０の下面に形成された２個の凹部２６は，応力緩和材３０の上面に形成された２個の凸部３５と係合して嵌め合わされている。応力緩和材３０の凸部３５は係合形状である。絶縁基板２０の凹部２６は，凸部３５と係合する被係合形状である。これにより，応力緩和材３０と，絶縁基板２０とが位置決めされた状態で接合されている。
【００１９】
冷却器４０の凸部４５と応力緩和材３０の凹部３６とは係合するように形成されている係合形状であるため，冷却器４０と応力緩和材３０との位置精度は高い。また，応力緩和材３０の凸部３５と絶縁基板２０の凹部２６とは係合するように形成されている係合形状であるため，応力緩和材３０と絶縁基板２０との位置精度も高い。さらに，絶縁基板２０とパワー素子１０との位置精度も高い。このため，本形態のパワーモジュール１００は，冷却器４０と，応力緩和材３０と，絶縁基板２０と，パワー素子１０とが互いに高い位置精度を保持している。ゆえに，この後に行うワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００２０】
なお，凸部の径は，φ１〜２ｍｍ程度である。凸部の高さは０．３〜０．４ｍｍ程度である。これらの範囲内で，なるべく共通の大きさとなるものを用いる。ただし，凹部は凸部とほぼ同じ大きさかわずかに大きい。また，絶縁基板２０の平面サイズは３０ｍｍ四方で，アルミニウム２２の厚さは０．６ｍｍ程度である。応力緩和材３０の平面サイズは絶縁基板２０と同程度で，厚さは１ｍｍ程度である。また，天板の厚さは０．４ｍｍ程度である。
【００２１】
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係るパワーモジュール１００では，冷却器４０には凸部４５が，応力緩和材３０には凸部３５及び凹部３６が，絶縁基板２０には凹部２６が形成されている。これらの凸部と凹部とが係合して嵌め合わされることにより，パワー素子１０と，絶縁基板２０と，応力緩和材３０と，冷却器４０とが互いに高い位置精度を有しているパワーモジュール１００が実現されている。これにより，ワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００２２】
［パワーモジュールの製造方法］
ここで，本形態に係るパワーモジュール１００の製造方法について図３により説明する。ここで用いる冷却器４０として，上面に凸部４５が４箇所に２個ずつ計８個形成されたものを用いる。また，応力緩和材３０として，一方の面に２個の凸部３５が，他方の面に２個の凹部３６が形成されたものを用いる。また，絶縁基板２０として，一方の面に２個の凹部２６が形成されたものを用いる。なお，パワーモジュール１００のこれらの構成要素の製造方法については後述する。
【００２３】
まず，冷却器４０の上にろう材シート１を載せる。ここで，ろう材シート１として，天板４１の２個の凸部４５に係合する箇所に貫通孔を開けたものを用いる。このため，ろう材シート１の貫通孔がそれぞれ天板４１の凸部４５に入るように置くのである。次に，応力緩和材３０をろう材シート１の上に載せる。ここで，応力緩和材３０の凹部３６を冷却器４０の凸部４５に嵌め合わせる。なお，２個の凹部３６は，２個の凸部４５と係合するように形成されている。これにより，冷却器４０と応力緩和材３０との位置決めがなされる。
【００２４】
次に，ろう材シート２を応力緩和材３０の上に載せる。ここで，ろう材シート２として，応力緩和材３０の２個の凸部３５に係合する箇所に貫通孔を開けたものを用いる。このため，ろう材シート２の貫通孔がそれぞれ応力緩和材３０の凸部３５に入るように置くのである。次に，絶縁基板２０をろう材シート２の上に載せる。ここで，絶縁基板２０の凹部２６を応力緩和材３０の凸部３５に嵌め合わせる。また，２個の凹部２６は，２個の凸部３５と係合するように形成されている。これにより，応力緩和材３０と絶縁基板２０との位置決めがなされる。
【００２５】
この後，冷却器４０と，ろう材シート１と，応力緩和材３０と，ろう材シート２と，絶縁基板２０とを一緒に炉の中に入れる。次に，炉内をろう材の融点よりも高い温度まで加熱する。これにより，冷却器４０と，ろう材シート１と，応力緩和材３０と，ろう材シート２と，絶縁基板２０の温度が上昇する。そして，ろう材シート１及びろう材シート２が溶融する。このとき，冷却器４０の凸部４５が応力緩和材３０の凹部３６に嵌め合わされているため，冷却器４０と応力緩和材３０とがずれることはない。つまり，冷却器４０と，応力緩和材３０との位置精度は高いままである。同様に，応力緩和材３０の凸部３５が絶縁基板２０の凹部２６に嵌め合わされているため，応力緩和材３０と絶縁基板２０とがずれることはない。つまり，応力緩和材３０と，絶縁基板２０との位置精度は高いままである。ゆえに，冷却器４０と絶縁基板２０との位置精度は高いままである。
【００２６】
このろう付けの後，応力緩和材３０及び絶縁基板２０が接合している冷却器４０を炉から取り出す。これにより，応力緩和材３０は冷却器４０に接合される。また，絶縁基板２０は応力緩和材３０に接合される。なお，このときに至っても，冷却器４０と，応力緩和材３０と，絶縁基板２０とは，互いに高い位置精度を保持したままである。
【００２７】
次に，パワー素子１０を絶縁基板２０に接合する。例えば，治具を用いて絶縁基板の所望の位置に半田及びパワー素子１０を置いた後，リフロー炉等を用いることにより半田付けを行う。ここで，半田の融点はろう材の融点より低いため，ろう材が再び溶融することはない。ゆえに，応力緩和材３０及び絶縁基板２０が滑ることがない。以上により，本形態のパワーモジュール１００が製造された。
【００２８】
［絶縁基板の製造方法］
以下に，パワーモジュール１００に用いられる絶縁基板２０の製造方法について図４により説明する。まず，アルミニウム板を用意する（Ｓ２１）。一方，窒化アルミニウム板を用意する（Ｓ２２）。次に，窒化アルミニウム板の両面に金属板を挟むようにろう付けを行う（Ｓ２３）。次に，エッチングによりアルミニウム板にパターンを形成する（Ｓ２４）。この際，凹部２６に相当する部分を形成する。次に，絶縁基板２０の大きさにカットする（Ｓ２５）。以上により，絶縁基板２０が製造された。凹部２６は，従来の工程であるエッチングによるパターン形成（Ｓ２４）と同時に形成される。このため，凹部２６を形成するために工程を新たに設ける必要はない。なお，ここで用いたアルミニウム板は，金属板であれば他のものでもよい。同様に，窒化アルミニウム板も，セラミック等の絶縁体であって熱伝導性のよいものであれば他のものでもよい。さらに，その他の構成の絶縁基板においても，凹部２６を形成することができればよい。
【００２９】
［応力緩和材の製造方法］
以下に，パワーモジュール１００に用いられる応力緩和材３０とその製造方法について図５から図７により説明する。本発明の応力緩和材３０は，図５の平面図に示すように，その表面に貫通孔３１が形成されたものである。この貫通孔３１は，パワーモジュール１００を製造する際に発生する熱応力を緩和するためのものである。なお，応力緩和材３０の中心付近には貫通孔は形成されていない。また，図５にあるように凸部３５が２個形成されている。凸部３５は，貫通孔３１と重なることのないような位置に形成されている。貫通孔３１との区別のために，凸部３５はドット領域で示す。なお，図５に示された面の反対側の面には，凸部３５に相当する位置に凹部３６が形成されている。応力緩和材３０の断面の様子を図６に示す。
【００３０】
応力緩和材３０の製造方法について図７により説明する。まず，金属板を用意する（Ｓ３１）。次に，プレス加工により貫通孔３１を形成する（Ｓ３２）。この際，同時に凸部３５及び凹部３６を形成するのである。つまり，プレス加工の際，わずかに金属板を押し上げるようにすることにより凹部３６が形成されるのである。また，応力緩和材３０の厚さは１ｍｍ程度と薄いため，凹部３６の形成と同時にその裏側に凸部３５が形成される。次に，シャーリング等の外形成形により，一つの金属板から複数の応力緩和材３０を切り出す（Ｓ３３）。次に，応力緩和材３０の表面を洗浄する（Ｓ３４）。以上により応力緩和材３０が製造された。なお，プレス工程（Ｓ３２）において凸部３５及び凹部３６を同時に形成するため，凸部３５及び凹部３６を形成する工程を新たに設ける必要はない。
【００３１】
［冷却器の天板の製造方法］
以下に，パワーモジュール１００に用いられる冷却器４０の天板４１とその製造方法について図８及び図９により説明する。冷却器４０の天板４１には，図８に示すように凸部４５が形成されている。ここで，応力緩和材３０等を載せる位置を二点鎖線により示す。次に，製造方法について図９により説明する。まず，金属板を用意する（Ｓ４１）。次に，内側の形状をプレスにより成形する（Ｓ４２）。この際に，同時に凸部４５をプレスにより形成する。凸部４５の裏側には，凸部４５に対応する位置に凹部ができてしまうが，これはわずかな大きさであり，冷媒が流れる際に妨げとはならない。次に，プレス等の外形成形により，一つの金属板から複数の天板４１を切り出す（Ｓ４３）。次に，天板４１の表面を洗浄する（Ｓ４４）。以上により天板４１が製造された。なお，内側の形状をプレスする工程（Ｓ４２）において，凸部４５を形成するため，凸部４５を形成する工程を新たに設ける必要はない。
【００３２】
以上，詳細に説明したように，本形態のパワーモジュール１００の製造方法では，各部品に凹部またはそれと係合する凸部を形成したものを用いて位置決めを行った。これは，同一の金型でプレスすれば位置を揃えることができる。このため，製造工程において位置決めが容易である。また，製造工程においてろう材の溶融により応力緩和材３０または絶縁基板２０が滑り，位置精度が低下するおそれがない。また，凸部または凹部を形成する新たな工程を追加する必要がない。これにより，パワー素子１０と，絶縁基板２０と，応力緩和材３０と，冷却器４０とが互いに高い位置精度を保持しているパワーモジュール１００の製造方法が実現されている。
【００３３】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，冷却器４０上に，応力緩和材３０と絶縁基板２０とパワー素子１０とをそれぞれ設置する個数はいくつでもよい。各部品の凸部と凹部とは，対応する部品に各２個ずつ形成したが，３個以上形成しても構わない。
【００３４】
パワー素子１０と絶縁基板２０とを半田付けする代わりに，ろう付けを行ってもよい。ただし，パワー素子１０の耐熱温度を超えないことが望ましい。また，冷却器４０と応力緩和材３０とのろう付け，あるいは応力緩和材３０と絶縁基板２０とのろう付けの代わりに，半田付けを行ってもよい。また，他の接合方法を用いてもよい。
【００３５】
また，本形態の冷却器４０の天板４１の製造方法では，凸部４５の裏側に凹部が形成されてしまうが，凹部を形成することは必須ではない。肉盛り等により凸部を形成してもよい。また，冷却器４０の内部に波板が入っていても構わない。また，ろう材シートと応力緩和材３０等を順に置いたが，一度に嵌め合わせても構わない。例えば，応力緩和材３０の両面にろう材シートを最初から貼り付けたものを用いてもよい。なお，応力緩和材３０及び冷却器４０の天板４１の材質として，アルミニウムを用いるとよい。絶縁基板２０のアルミニウムの箇所と熱膨張率が同じであるためである。
【００３６】
また，本形態において，各部品には係合形状及び被係合形状として他の部品と接合する面に凸部のみを，もしくは凹部のみを設けたが，接合面に凸部と凹部の組み合わせを設けても構わない。また，係合形状及び被係合形状は，凸部または凹部に限定するものではない。異なる形状であっても，係合するものであれば位置決めできるからである。
【００３７】
［第２の形態］
以下に，第２の形態について図１０により説明する。本形態のパワーモジュール２００は，第１の形態のパワーモジュール１００から応力緩和材３０を取り除いたものである。本形態のパワーモジュール２００は，冷却器４０と，絶縁基板２０と，パワー素子１０とを有している。これらの機能は第１の形態のものと同様である。また，冷却器４０の天板４１に形成された凸部４５は，絶縁基板２０の凹部２６と係合して嵌め合わされている。冷却器４０の凸部４５は係合形状である。絶縁基板２０の凹部２６は，凸部４５と係合する被係合形状である。これにより，冷却器４０と，絶縁基板２０とが位置決めされた状態で接合されている。
【００３８】
このため，冷却器４０と絶縁基板２０との位置精度は高い。また，絶縁基板２０とパワー素子１０との位置精度も高い。ゆえに，本形態のパワーモジュール２００においては，冷却器４０とパワー素子１０との位置精度も高い。このため，この後に行うワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００３９】
また，本形態のパワーモジュール２００の製造方法は，第１の形態のパワーモジュール１００とほぼ同じである。本形態のパワーモジュール２００には，応力緩和材３０がないため，ろう材シートは１枚でよい。また，冷却器４０の天板４１及び絶縁基板２０の製造方法は，第１の形態と同様である。
【００４０】
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係るパワーモジュール２００とその製造方法では，冷却器４０に凸部４５を，絶縁基板２０に凹部２６を形成したものを用いた。このため，製造工程において位置決めが容易である。また，凸部または凹部を形成する新たな工程を追加する必要がない。また，ろう材の溶融により絶縁基板２０が滑り，位置精度が低下するおそれがない。これにより，冷却器４０と，絶縁基板２０と，パワー素子１０とが互いに高い位置精度を保持しているパワーモジュール２００とその製造方法が実現されている。
【００４１】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，冷却器４０上に，絶縁基板２０とパワー素子１０とをそれぞれ設置する個数はいくつでもよい。各部品の凸部と凹部とは，対応する部品に各２個ずつ形成したが，３個以上形成しても構わない。
【００４２】
パワー素子１０と絶縁基板２０とを半田付けする代わりに，ろう付けを行ってもよい。ただし，パワー素子１０の耐熱温度を超えないことが望ましい。また，冷却器４０と絶縁基板２０とのろう付けの代わりに，半田付けを行ってもよい。また，他の接合方法を用いてもよい。
【００４３】
また，本形態の冷却器４０の天板４１の製造方法では，凸部４５の裏側に凹部が形成されてしまうが，凹部を形成することは必須ではない。肉盛り等により凸部を形成してもよい。また，冷却器４０の内部に波板が入っていても構わない。また，ろう材シートと絶縁基板２０とを順に置いたが，一度に嵌め合わせても構わない。なお，冷却器４０の天板４１の材質として，アルミニウムを用いるとよい。絶縁基板２０のアルミニウムの箇所と熱膨張率が同じであるためである。
【００４４】
また，本形態において，各部品には係合形状及び被係合形状として他の部品と接合する面に凸部のみを，もしくは凹部のみを設けたが，接合面に凸部と凹部の組み合わせを設けても構わない。また，係合形状及び被係合形状は，凸部または凹部に限定するものではない。異なる形状であっても，係合するものであれば位置決めできるからである。
【００４５】
［第３の形態］
以下に，第３の形態について図１１及び図１２により説明する。まず，本形態のパワーモジュール３００を図１１に示す。パワーモジュール３００は，第１の形態のパワーモジュール１００と凹凸の向きが異なっているものである。パワーモジュール３００は，冷却器３４０と，応力緩和材３０と，絶縁基板３２０と，パワー素子１０とを有している。これらの機能は第１の形態のものと同様である。
【００４６】
ここで，冷却器３４０の凹部３４６に，それと係合する応力緩和材３０の凸部３５が嵌め合わされている。ここで，冷却器３４０の凹部３４６は係合形状である。また，応力緩和材３０の凸部３５は凹部３４６と係合する被係合形状である。これにより，冷却器３４０と応力緩和材３０とが位置決めされた状態で接合されている。また，応力緩和材３０の凹部３６に，それと係合する絶縁基板３２０の凸部３２５が嵌め合わされている。ここで，応力緩和材３０の凹部３６は係合形状である。また，絶縁基板３２０の凸部３２５は凹部３６と係合する被係合形状である。これにより，応力緩和材３０と絶縁基板３２０とが位置決めされた状態で接合されている。このため，冷却器３４０と応力緩和材３０との位置精度は高い。また，応力緩和材３０と絶縁基板３２０との位置精度も高い。また，絶縁基板３２０とパワー素子１０との位置精度も高い。ゆえに，冷却器３４０と絶縁基板３２０及びパワー素子１０との位置精度も依然として高い。このため，この後に行うワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００４７】
本形態のパワーモジュール３００の製造方法は，第１の形態とほぼ同様のものである。凸部と凹部とがそれぞれ逆向きであるが，凸部と凹部とが互いに係合して嵌め合わされるようにすることに変わりはない。また，応力緩和材３０は，第１の形態のものと同じものである。冷却器３４０の天板３４１は，プレスの際に凹部と凸部とを逆に設けるだけである。絶縁基板３２０の凸部３２５は，アルミニウム３２２に肉盛りすることにより形成する。肉盛りに関しては，公知の方法を用いればよい。これにより，ろう付けにおいてろう材が溶融している間に，冷却器３４０と，応力緩和材３０と，絶縁基板３２０とが互いにずれることがない。
【００４８】
応力緩和材３０がない場合のパワーモジュール４００を図１２に示す。パワーモジュール４００は，冷却器３４０と，絶縁基板３２０と，パワー素子１０とを有している。絶縁基板３２０の凸部３２５は，冷却器３４０の凹部３４６と係合して嵌め合わされている。このため，冷却器３４０と絶縁基板３２０との位置精度は高い。また，絶縁基板３２０とパワー素子１０との位置精度も高い。ゆえに，冷却器３４０とパワー素子１０との位置精度も高い。このため，この後に行うワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００４９】
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係るパワーモジュール３００及びパワーモジュール４００は，冷却器３４０に凹部３４６が，絶縁基板３２０に凸部３２５が形成されたものを用いた。このため，製造工程において位置決めが容易である。また，凸部または凹部を形成する新たな工程を追加する必要がない。また，ろう材の溶融により絶縁基板３２０等が滑り，位置精度が低下するおそれがない。これにより，冷却器３４０と，絶縁基板３２０と，パワー素子１０とが互いに高い位置精度を有しているパワーモジュール３００及びパワーモジュール４００が実現されている。
【００５０】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，冷却器３４０上に，応力緩和材３０と絶縁基板３２０とパワー素子１０とをそれぞれ設置する個数はいくつでもよい。各部品の凸部と凹部とは，対応する部品に各２個ずつ形成したが，３個以上形成しても構わない。
【００５１】
パワー素子１０と絶縁基板３２０とを半田付けする代わりに，ろう付けを行ってもよい。ただし，パワー素子１０の耐熱温度を超えないことが望ましい。また，冷却器３４０と応力緩和材３０とのろう付け，あるいは応力緩和材３０と絶縁基板３２０とのろう付けの代わりに，半田付けを行ってもよい。また，他の接合方法を用いてもよい。
【００５２】
また，本形態の冷却器３４０の天板３４１の製造方法では，凹部３４６の裏側に凸部が形成されてしまうが，凸部を形成することは必須ではない。また，冷却器３４０の内部に波板が入っていても構わない。また，ろう材シートと応力緩和材３０等を順に置いたが，一度に嵌め合わせても構わない。例えば，応力緩和材３０の両面にろう材シートを最初から貼り付けたものを用いてもよい。なお，応力緩和材３０及び冷却器３４０の天板３４１の材質として，アルミニウムを用いるとよい。絶縁基板３２０のアルミニウムの箇所と熱膨張率が同じであるためである。
【００５３】
また，本形態において，各部品には係合形状及び被係合形状として他の部品と接合する面に凸部のみを，もしくは凹部のみを設けたが，接合面に凸部と凹部の組み合わせを設けても構わない。また，係合形状及び被係合形状は，凸部または凹部に限定するものではない。異なる形状であっても，係合するものであれば位置決めできるからである。
【００５４】
［第４の形態］
以下に，第４の形態について図１３及び図１４により説明する。本形態のパワーモジュール５００及びパワーモジュール６００は，凹部の代わりに応力緩和材３０の貫通孔３１を用いるものである。ここで，本形態のパワーモジュール５００を図１３に示す。パワーモジュール５００は，冷却器４０と，応力緩和材３３０と，絶縁基板３２０と，パワー素子１０とを有している。これらの機能は第１の形態のものと同様である。なお，応力緩和材３３０には，凸部及び凹部が形成されていない。
【００５５】
冷却器４０の凸部４５は，応力緩和材３３０の貫通孔３１に下側から嵌め合わされている。ここで，冷却器４０の凸部４５は係合形状である。また，応力緩和材３３０の貫通孔３１は凸部４５と係合する被係合形状である。これにより，冷却器４０と応力緩和材３３０とが位置決めされた状態で接合されている。絶縁基板３２０の凸部３２５は，応力緩和材３３０の貫通孔３１に上側から嵌め合わされている。ここで，応力緩和材３３０の貫通孔３１は係合形状である。また，絶縁基板３２０の凸部３２５は貫通孔３１と係合する被係合形状である。これにより，応力緩和材３３０と絶縁基板３２０とが位置決めされた状態で接合されている。
【００５６】
このため，冷却器４０と応力緩和材３３０との位置精度は高い。また，応力緩和材３３０と絶縁基板３２０との位置精度も高い。また，絶縁基板３２０とパワー素子１０との位置精度も高い。ゆえに，冷却器４０と絶縁基板３２０及びパワー素子１０との位置精度も依然として高い。このため，この後に行うワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００５７】
ここで，本形態のパワーモジュール６００を図１４に示す。パワーモジュール６００は，冷却器４０と，応力緩和材３０と，絶縁基板２０と，パワー素子１０とを有している。冷却器４０の凸部４５は，応力緩和材３０の貫通孔３１に下側から嵌め合わされている。応力緩和材３０の凸部３５は，それと係合する絶縁基板２０の凹部２６に嵌め合わされている。
【００５８】
このため，冷却器４０と応力緩和材３０との位置精度は高い。また，応力緩和材３０と絶縁基板２０との位置精度も高い。また，絶縁基板２０とパワー素子１０との位置精度も高い。ゆえに，冷却器４０と絶縁基板２０及びパワー素子１０との位置精度も依然として高い。このため，この後に行うワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００５９】
パワーモジュール５００及びパワーモジュール６００の製造方法は，第１の形態とほぼ同様の工程により，製造することができる。
【００６０】
以上，詳細に説明したように，本実施の形態に係るパワーモジュール５００及びパワーモジュール６００では，凸部または凹部が形成された冷却器及び絶縁基板と，応力緩和材とを用いた。このため，製造工程において位置決めが容易である。また，凸部または凹部を形成する新たな工程を追加する必要がない。また，ろう材の溶融により応力緩和材及び絶縁基板が滑り，位置精度が低下するおそれがない。これにより，冷却器と，応力緩和材と，絶縁基板と，パワー素子とが互いに高い位置精度を保持しているパワーモジュールが実現されている。
【００６１】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，冷却器上に，応力緩和材と絶縁基板とパワー素子とをそれぞれ設置する個数はいくつでもよい。各部品の凸部と凹部とは，対応する部品に各２個ずつ形成したが，３個以上形成しても構わない。
【００６２】
パワー素子と絶縁基板とを半田付けする代わりに，ろう付けを行ってもよい。ただし，パワー素子の耐熱温度を超えないことが望ましい。また，冷却器と応力緩和材とのろう付け，あるいは応力緩和材と絶縁基板とのろう付けの代わりに，半田付けを行ってもよい。また，他の接合方法を用いてもよい。
【００６３】
また，冷却器の内部に波板が入っていても構わない。また，ろう材シートと応力緩和材等を順に置いたが，一度に嵌め合わせても構わない。例えば，応力緩和材の両面にろう材シートを最初から貼り付けたものを用いてもよい。なお，応力緩和材及び冷却器の天板の材質として，アルミニウムを用いるとよい。絶縁基板のアルミニウムの箇所と熱膨張率が同じであるためである。
【００６４】
また，本形態において，各部品には係合形状及び被係合形状として他の部品と接合する面に凸部のみを，もしくは凹部のみを設けたが，接合面に凸部と凹部の組み合わせを設けても構わない。また，係合形状及び被係合形状は，凸部または凹部に限定するものではない。異なる形状であっても，係合するものであれば位置決めできるからである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の形態に係るパワーモジュールを説明する断面図である。
【図２】第１の形態に係るパワーモジュールを説明する平面図である。
【図３】第１の形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明に係る絶縁基板の製造方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明に係る応力緩和材を説明する平面図である。
【図６】本発明に係る応力緩和材を説明する断面図である。
【図７】本発明に係る応力緩和材の製造方法を説明するフローチャートである。
【図８】本発明に係る冷却器の天板を説明する平面図である。
【図９】本発明に係る冷却器の天板の製造方法を説明するフローチャートである。
【図１０】第２の形態に係るパワーモジュールを説明する断面図である。
【図１１】第３の形態に係るパワーモジュールを説明する断面図（その１）である。
【図１２】第３の形態に係るパワーモジュールを説明する断面図（その２）である。
【図１３】第４の形態に係るパワーモジュールを説明する断面図（その１）である。
【図１４】第４の形態に係るパワーモジュールを説明する断面図（その２）である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…パワー素子
２０，３２０…絶縁基板
３０，３３０…応力緩和材
４０，３４０…冷却器
３５，４５，３２５…凸部
２６，３６，３４６…凹部
１００，２００，３００，４００，５００，６００…パワーモジュール
【図１】
2009188327.tif 000003
【図２】
2009188327.tif 000004
【図３】
2009188327.tif 000005
【図４】
2009188327.tif 000006
【図５】
2009188327.tif 000007
【図６】
2009188327.tif 000008
【図７】
2009188327.tif 000009
【図８】
2009188327.tif 000010
【図９】
2009188327.tif 000011
【図１０】
2009188327.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2009188327.tif 000014
【図１３】
2009188327.tif 000015
【図１４】
2009188327.tif 000016