(57)【要約】  パワーモジュール（１）は、絶縁回路基板（１０ａ，１０ｂ）と、パワー半導体素子（２０，２１）と、ベース（３１）と、封止部材（４０）とを備える。ベース（３１）は、第２接合部材（３９）を用いて、絶縁回路基板（１０ａ，１０ｂ）に接合されている。ベース（３１）は、第１部分（３２）と、第２部分（３３）とを含む。ベース（３１）の第１部分（３２）は、第２接合部材（３９）に接触している。ベース（３１）の第２部分（３３）は、第２接合部材（３９）から露出しており、かつ、第１部分（３２）を囲んでいる。第２部分（３３）に、少なくとも一つの第１湾曲部（３３ａ）が設けられている。
2020245890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
おもて面と、前記おもて面とは反対側の裏面とを有する絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の前記おもて面に接合されているパワー半導体素子と、
前記絶縁回路基板の前記裏面に接合部材を用いて接合されているベースと、
前記パワー半導体素子及び前記絶縁回路基板を封止する封止部材とを備え、
前記ベースは、前記接合部材に接触している第１部分と、前記接合部材から露出しておりかつ前記第１部分を囲んでいる第２部分とを含み、
前記第２部分の少なくとも一部に選択的に、前記第１部分に対して前記パワー半導体素子に近位する側に凸となるように湾曲されている少なくとも一つの第１湾曲部が設けられている、パワーモジュール。
【請求項２】
前記ベースは、箔ベースである、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、前記第１部分の外縁の少なくとも一部に沿って延在している、請求項１または請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、前記第１部分の外縁全体に沿って延在している、請求項１または請求項２に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、前記第２部分の全体に設けられている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記封止部材は、熱硬化性樹脂材料で形成されており、
前記ベースは、前記封止部材よりも大きな線膨張係数を有している、請求項５に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記少なくとも一つの第１湾曲部上に選択的に設けられている膜をさらに備え、
前記膜は、前記ベースよりも小さな線膨張係数を有している、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記第１部分に、前記パワー半導体素子から遠位する側に凸となるように湾曲されている第２湾曲部が設けられている、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記ベースは、前記絶縁回路基板よりも小さな線膨張係数を有している、請求項８に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、複数の第１湾曲部である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
前記ベースの両端部に、前記ベースの折り畳み部、または、前記ベースの巻回部が設けられている、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
ヒートシンクをさらに備え、
前記絶縁回路基板は、前記ベースの第１主面に接合されており、
前記ヒートシンクは、前記第１主面と反対側の前記ベースの第２主面に取り付けられている、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
前記ヒートシンクは、締結部材を用いて、前記ベースに取り付けられている、請求項１２に記載のパワーモジュール。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の前記パワーモジュールを有し、かつ、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る、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュール及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−２５９７５８号公報（特許文献１）は、パワー半導体素子と、ドレインリードと、ゲートリードと、封止体とを備える半導体装置を開示している。パワー半導体素子は、ドレインリードのドレイン電極上に搭載されている。パワー半導体素子は、ドレインリード及びゲートリードに電気的に接続されている。封止体は、パワー半導体素子と、ドレインリードの一部と、ゲートリードの一部とを封止している。ドレインリードの一部に、窪みと、この窪みに対応する突出部とが形成されている。封止体の一部は、ドレインリードの窪みに充填されている。ドレインリードの突出部が、封止体に食い込んでいる。そのため、封止体とドレインリードとの間の密着強度が高くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５９７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、突出部は、尖った角を有している。そのため、特許文献１の半導体装置に冷熱サイクルが印加されると、ドレインリードの線膨張係数と封止体の線膨張係数との間の差に起因する応力が、突出部の尖った角と封止体との間の界面に集中的に印加される。突出部と封止体との間の界面において、封止体がドレインリードから剥離する。特許文献１の半導体装置は、低い信頼性を有している。本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された信頼性を有するパワーモジュール及び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】
【０００５】
本発明のパワーモジュールは、絶縁回路基板と、パワー半導体素子と、ベースと、封止部材とを備える。絶縁回路基板は、おもて面と、おもて面とは反対側の裏面とを有する。パワー半導体素子は、絶縁回路基板のおもて面に接合されている。ベースは、接合部材を用いて、絶縁回路基板の裏面に接合されている。封止部材は、パワー半導体素子及び絶縁回路基板を封止している。ベースは、第１部分と、第２部分とを含む。ベースの第１部分は、接合部材に接触している。ベースの第２部分は、接合部材から露出しており、かつ、第１部分を囲んでいる。第２部分の少なくとも一部に選択的に、第１部分に対してパワー半導体素子に近位する側に凸となるように湾曲されている少なくとも一つの第１湾曲部が設けられている。【０００６】
本発明の電力変換装置は、主変換回路と、制御回路とを備える。主変換回路は、本発明のパワーモジュールを有し、かつ、入力される電力を変換して出力するように構成されている。制御回路は、主変換回路を制御する制御信号を主変換回路に出力するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のパワーモジュール及び電力変換装置では、ベースに、少なくとも一つの第１湾曲部が設けられている。そのため、パワーモジュールに冷熱サイクルが印加されても、ベースの線膨張係数と封止部材の線膨張係数との間の差に起因する応力が、少なくとも一つの第１湾曲部と封止部材との間の界面の一部に集中的に印加されることが抑制される。さらに、少なくとも一つの第１湾曲部は、ベースと封止部材との間の接触面積を増加させて、ベースと封止部材との間の密着強度を増加させる。こうして、ベースから封止部材が剥離することが防止される。本発明のパワーモジュール及び電力変換装置は、向上された信頼性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のパワーモジュールの概略平面図である。
【図２】実施の形態１のパワーモジュールの、図１に示される断面線ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】実施の形態１の変形例のパワーモジュールの概略断面図である。
【図４】実施の形態１のパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す図である。
【図５】実施の形態２のパワーモジュールの概略平面図である。
【図６】実施の形態２のパワーモジュールの、図５に示される断面線ＶＩ−ＶＩにおける概略断面図である。
【図７】実施の形態２のパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す図である。
【図８】実施の形態３のパワーモジュールの概略断面図である。
【図９】実施の形態３の変形例のパワーモジュールの概略断面図である。
【図１０】実施の形態３のパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す図である。
【図１１】実施の形態４のパワーモジュールの概略断面図である。
【図１２】実施の形態４のパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す図である。
【図１３】実施の形態５のパワーモジュールの概略断面図である。
【図１４】実施の形態５の変形例のパワーモジュールの概略断面図である。
【図１５】実施の形態５及びその変形例のパワーモジュールの製造方法のフローチャートを示す図である。
【図１６】実施の形態６に係る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】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１０】
実施の形態１．
図１及び図２を参照して、実施の形態１のパワーモジュール１を説明する。パワーモジュール１は、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂと、パワー半導体素子２０，２１と、ベース３１と、封止部材４０とを主に備える。パワーモジュール１は、リード端子２６，２９と、配線２７，２８とをさらに備えてもよい。パワーモジュール１は、外囲体３８をさらに備えてもよい。パワーモジュール１は、ヒートシンク４５をさらに備えてもよい。パワーモジュール１は、伝熱層４６をさらに備えてもよい。
【００１１】
パワーモジュール１は、二つの絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを含んでいる。絶縁回路基板１０ａと絶縁回路基板１０ｂとは、互いに間隔を空けて、第１方向（ｘ方向）に配列されている。パワーモジュール１は、少なくとも一つの絶縁回路基板を含んでもよい。
【００１２】
絶縁回路基板１０ａ，１０ｂは、各々、絶縁基板１１を含む。絶縁基板１１は、第１方向（ｘ方向）と、第１方向に垂直な第２方向（ｙ方向）とに延在している。絶縁基板１１は、第１面と、第１面とは反対側の第２面とを含む。絶縁基板１１は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のような無機材料（セラミックス材料）で形成されてもよい。絶縁基板１１は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のような無機フィラー（セラミックスフィラー）が添加された、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂またはシアネート系樹脂のような樹脂材料で形成されてもよい。
【００１３】
絶縁回路基板１０ａは、導電回路パターン１２ａと、導電板１３とを含む。絶縁回路基板１０ｂは、導電回路パターン１２ｂと、導電板１３とを含む。導電回路パターン１２ａは、絶縁基板１１の第１面上に設けられている。導電回路パターン１２ｂは、絶縁基板１１の第１面上に設けられている。導電回路パターン１２ａは、導電回路パターン１２ｂとは異なるパターンを有してもよい。導電板１３は、絶縁基板１１の第２面上に設けられている。導電回路パターン１２ａ，１２ｂ及び導電板１３は、例えば、銅またはアルミニウムのような高い電気伝導率及び高い熱伝導率を有する金属材料で形成されてもよい。絶縁回路基板１０ａ，１０ｂは、例えば、ＤＣＢ（Direct  Copper  Bonded）基板、または、ＤＡＢ（Direct  Aluminum  Bonded）基板であってもよい。
【００１４】
絶縁回路基板１０ａ，１０ｂは、各々、おもて面１０ｐと、おもて面１０ｐとは反対側の裏面１０ｑとを有する。絶縁回路基板１０ａのおもて面１０ｐは、導電回路パターン１２ａの表面を含む。絶縁回路基板１０ａの裏面１０ｑは、導電板１３の表面を含む。絶縁回路基板１０ｂのおもて面１０ｐは、導電回路パターン１２ｂの表面を含む。絶縁回路基板１０ｂの裏面１０ｑは、導電板１３の表面を含む。
【００１５】
パワーモジュール１は、二つのパワー半導体素子２０，２１を含んでいる。パワーモジュール１は、少なくとも一つのパワー半導体素子を含んでもよい。パワー半導体素子２０，２１は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）またはフリーホイールダイオード（ＦＷＤ）である。パワー半導体素子２０，２１は、シリコン、または、炭化珪素、窒化ガリウムもしくはダイヤモンドのようなワイドバンドギャップ半導体材料で形成されてもよい。
【００１６】
パワー半導体素子２０は、絶縁回路基板１０ａのおもて面１０ｐに接合されている。パワー半導体素子２０は、第１接合部材２３を用いて、導電回路パターン１２ａに接合されている。パワー半導体素子２１は、絶縁回路基板１０ｂのおもて面１０ｐに接合されている。パワー半導体素子２１は、第１接合部材２３を用いて、導電回路パターン１２ｂに接合されている。第１接合部材２３は、特に限定されないが、鉛フリーはんだのようなはんだ、銀ナノ粒子焼結体のような金属ナノ粒子焼結体、または、導電性接着剤であってもよい。導電性接着剤は、例えば、銀粒子のような導電性粒子が分散された樹脂接着剤である。本実施の形態では、一つの絶縁回路基板あたり、一つパワー半導体素子が搭載されている。一つの絶縁回路基板あたり、複数のパワー半導体素子が搭載されてもよい。
【００１７】
絶縁回路基板１０ａ（導電回路パターン１２ａ）から、リード端子２６が引き出されている。パワー半導体素子２０と導電回路パターン１２ｂとは、配線２７により、互いに電気的に接続されている。パワー半導体素子２１と導電回路パターン１２ｂの一部とは、配線２８により、互いに電気的に接続されている。絶縁回路基板１０ｂ（導電回路パターン１２ｂの一部）から、リード端子２９が引き出されている。リード端子２６、２９は、例えば、銅またはアルミニウムのような高い電気伝導率を有する金属材料で形成されている。配線２７，２８は、例えば、銅、アルミニウム、銅合金またはアルミニウム合金のような金属材料で形成されてもよい。配線２７，２８は、例えば、導電ワイヤまたは導電リボンであってもよい。
【００１８】
ベース３１は、例えば、銅もしくはアルミニウムのような金属材料、ＡｌＳｉＣのような金属基複合材料（ＭＭＣ）、または、４００番台のステンレス、４２アロイもしくはインバーのような主成分が鉄である金属材料で形成されてもよい。ベース３１は、箔ベースであってもよい。箔ベースは、２００μｍ以下の厚さを有している。箔ベースは、１５０μｍ以下の厚さを有してもよく、１００μｍ以下の厚さを有してもよく、５０μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００１９】
ベース３１は、第２接合部材３９を用いて、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの裏面１０ｑに接合されている。第２接合部材３９は、例えば、鉛フリーはんだのようなはんだである。ベース３１は、第１部分３２と、第２部分３３とを含む。ベース３１の第１部分３２は、第２接合部材３９に接触している。ベース３１の第２部分３３は、第２接合部材３９から露出しており、かつ、ベース３１の第１部分３２を囲んでいる。
【００２０】
ベース３１の第２部分３３の少なくとも一部に選択的に、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられている。第１湾曲部３３ａは、ベース３１の第１部分３２には設けられていない。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、ベース３１の第１部分３２に対してパワー半導体素子２０，２１に近位する側（＋ｚ側）に凸となるように湾曲されている。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、１μｍ以上の曲率半径を有している。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、１０μｍ以上の曲率半径を有してもよく、１００μｍ以上の曲率半径を有してもよく、１ｍｍ以上の曲率半径を有してもよい。本実施の形態では、ベース３１の第２部分３３は、第１湾曲部３３ａに加えて、平坦部３３ｂをさらに含んでいる。
【００２１】
絶縁回路基板１０ａ，１０ｂのおもて面１０ｐの平面視において、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１部分３２の外縁の少なくとも一部に沿って延在してもよい。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１方向（ｘ方向）に沿って延在してもよい。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第２方向（ｙ方向）に沿って延在してもよい。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１方向（ｘ方向）及び第２方向（ｙ方向）に沿って延在してもよい。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１部分３２の外縁全体に沿って延在してもよい。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１部分３２を囲んでもよい。図３に示されるように、本実施の形態の変形例のパワーモジュール１ａでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、複数の第１湾曲部３３ａであってもよい。
【００２２】
図１に示されるように、絶縁回路基板１０ａのおもて面１０ｐの平面視において、パワー半導体素子２０は、第２接合部材３９の直上に配置されてもよい。絶縁回路基板１０ｂのおもて面１０ｐの平面視において、パワー半導体素子２１は、第２接合部材３９の直上に配置されてもよい。言い換えると、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂのおもて面１０ｐの平面視において、パワー半導体素子２０は、第２接合部材３９の外縁の内側に配置されてもよい。絶縁回路基板１０ｂのおもて面１０ｐの平面視において、パワー半導体素子２１は、第２接合部材３９の外縁の内側に配置されてもよい。そのため、パワー半導体素子２０，２１からベース３１に至る放熱経路の長さが短縮される。パワー半導体素子２０，２１で発生した熱がパワーモジュール１の外部へ効率的に放散される。
【００２３】
外囲体３８が、ベース３１の第１主面の周縁に取り付けられてもよい。ベース３１と外囲体３８とは、ケース３０を構成している。パワーモジュール１は、ケースタイプのモジュールである。パワーモジュール１は、外囲体３８を備えていないモールドタイプのモジュールであってもよい。外囲体３８は、例えば、高い耐熱性を有する絶縁材料で形成されてもよい。高い耐熱性を有する絶縁材料は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）またはポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような熱可塑性樹脂である。
【００２４】
封止部材４０は、パワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止している。封止部材４０は、例えば、エポキシ樹脂のような樹脂材料で形成されてもよい。封止部材４０は、ベース３１上に設けられている。ベース３１の第２部分３３は、封止部材４０に接触してもよい。封止部材４０は、ベース３１と外囲体３８とで構成されているケース３０の内部空間の少なくとも一部に充填されている。ベース３１は薄すぎて、パワーモジュール１に、十分な構造強度を提供することができない。封止部材４０は、ベース３１よりも厚く、パワーモジュール１に、十分な構造強度を提供することができる。
【００２５】
ヒートシンク４５は、ベース３１の第１主面とは反対側のベース３１の第２主面に取り付けられている。ヒートシンク４５は、アルミニウムのような、高い熱伝導率を有する材料で形成されてもよい。ヒートシンク４５は、伝熱層４６を介して、ベース３１の第２主面に取り付けられてもよい。伝熱層４６は、例えば、放熱グリス層、または、フェイズチェンジマテリアル（ＰＣＭ）のような材料で形成されている放熱シートであってもよい。ヒートシンク４５は、ベース３１の第２主面に直接取り付けられてもよい。ヒートシンク４５は、ねじのような締結部材４７を用いて、外囲体３８とベース３１とに固定されてもよい。ヒートシンク４５は、接着剤を用いて、ベース３１に固定されてもよい。
【００２６】
図４を参照して、本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法の一例を説明する。
【００２７】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法は、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ１）を備える。第一の例では、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ１）は、ベース３１を機械加工して、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａをベース３１に形成することを含んでもよい。機械加工は、例えば、プレス加工または曲げ加工である。第二の例では、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ１）は、鋳型を用いて、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を鋳造することを含んでもよい。ベース３１が箔ベースである場合には、ベース３１に少なくとも一つの第１湾曲部３３ａを形成することが容易になる。
【００２８】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法は、パワー半導体素子２０，２１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合すること（Ｓ２）を備える。具体的には、パワー半導体素子２０，２１は、第１接合部材２３を用いて、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂのおもて面１０ｐ（導電回路パターン１２ａ，１２ｂ）に接合される。
【００２９】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法は、ベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合すること（Ｓ３）を備える。具体的には、ベース３１の第１主面が、第２接合部材３９を用いて、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの裏面１０ｑに接合される。ベース３１は、ベース３１の第１部分３２で、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合されている。
【００３０】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法は、封止部材４０で、パワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止すること（Ｓ４）を備える。具体的には、ベース３１の第１主面上に封止樹脂材料を供給する。例えば、ケース３０の内部空間の少なくとも一部に封止樹脂材料を供給する。封止樹脂材料に熱を印加または光を照射することによって、封止樹脂材料を硬化させて、パワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止する封止部材４０を形成する。こうして、ベース３１と絶縁回路基板１０ａ，１０ｂとパワー半導体素子２０，２１と封止部材４０とを含む組立体が形成される。組立体は、外囲体３８をさらに含んでもよい。
【００３１】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法は、ベース３１と絶縁回路基板１０ａ，１０ｂとパワー半導体素子２０，２１と封止部材４０とを含む組立体をヒートシンク４５に取り付けること（Ｓ５）を備える。ヒートシンク４５は、伝熱層４６を介して、ベース３１に取り付けられてもよい。こうして、パワーモジュール１，１ａが得られる。
【００３２】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの製造方法の別の例では、ベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合（Ｓ３）した後に、パワー半導体素子２０，２１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合（Ｓ２）してもよい。
【００３３】
本実施の形態の別の変形例では、パワーモジュール１，１ａは、ヒートシンク４５を含んでいなくてもよく、ベース３１と絶縁回路基板１０ａ，１０ｂとパワー半導体素子２０，２１と封止部材４０とを含む上記組立体がパワーモジュール１，１ａであってもよい。
【００３４】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａの効果を説明する。
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａは、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂと、パワー半導体素子２０，２１と、ベース３１と、封止部材４０とを備える。絶縁回路基板１０ａ，１０ｂは、おもて面１０ｐと、おもて面１０ｐとは反対側の裏面１０ｑとを有する。パワー半導体素子２０，２１は、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂのおもて面１０ｐに接合されている。ベース３１は、接合部材（第２接合部材３９）を用いて、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの裏面１０ｑに接合されている。封止部材４０は、パワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止している。ベース３１は、第１部分３２と、第２部分３３とを含む。ベース３１の第１部分３２は、接合部材（第２接合部材３９）に接触している。ベース３１の第２部分３３は、接合部材（第２接合部材３９）から露出しており、かつ、第１部分３２を囲んでいる。第２部分３３の少なくとも一部に選択的に、第１部分３２に対してパワー半導体素子２０，２１に近位する側（＋ｚ側）に凸となるように湾曲されている少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられている。
【００３５】
ベース３１に、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられている。そのため、パワーモジュール１，１ａに冷熱サイクルが印加されても、ベース３１の線膨張係数と封止部材４０の線膨張係数との間の差に起因する応力が、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａと封止部材４０との間の界面の一部に集中的に印加されることが抑制される。さらに、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、ベース３１と封止部材４０との間の接触面積を増加させて、ベース３１と封止部材４０との間の密着強度を増加させる。こうして、ベース３１から封止部材４０が剥離することが防止される。パワーモジュール１，１ａは、向上された信頼性を有する。
【００３６】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａでは、ベース３１は、箔ベースであってもよい。そのため、パワー半導体素子２０，２１で発生した熱がベース３１を伝導する距離が減少する。パワー半導体素子２０，２１で発生した熱が効率的に放散される。パワーモジュール１，１ａの放熱性能は向上する。
【００３７】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１部分３２の外縁の少なくとも一部に沿って延在している。そのため、ベース３１の線膨張係数と封止部材４０の線膨張係数との間の差に起因する応力が、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａと封止部材４０との間の界面の一部に集中的に印加されることが抑制される。さらに、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、ベース３１と封止部材４０との間の接触面積を増加させて、ベース３１と封止部材４０との間の密着強度を増加させる。ベース３１から封止部材４０が剥離することが防止される。パワーモジュール１，１ａは、向上された信頼性を有する。
【００３８】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第１部分３２の外縁全体に沿って延在している。そのため、ベース３１の線膨張係数と封止部材４０の線膨張係数との間の差に起因する応力が、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａと封止部材４０との間の界面の一部に集中的に印加されることが抑制される。さらに、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、ベース３１と封止部材４０との間の接触面積を増加させて、ベース３１と封止部材４０との間の密着強度を増加させる。ベース３１から封止部材４０が剥離することが防止される。パワーモジュール１，１ａは、向上された信頼性を有する。
【００３９】
本実施の形態のパワーモジュール１ａでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、複数の第１湾曲部３３ａである。そのため、ベース３１と封止部材４０との間の接触面積が増加して、ベース３１と封止部材４０との間の密着強度が増加する。ベース３１から封止部材４０が剥離することが防止される。パワーモジュール１ａは、向上された信頼性を有する。
【００４０】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａは、ヒートシンク４５をさらに備える。絶縁回路基板１０ａ，１０ｂは、ベース３１の第１主面に接合されている。ヒートシンク４５は、ベース３１の第１主面と反対側のベース３１の第２主面に取り付けられている。
【００４１】
少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、ベース３１の第１部分３２に対してパワー半導体素子２０，２１に近位する側（＋ｚ側）に凸となるように湾曲されている。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、ベース３１がパワー半導体素子２０，２１から遠位する側（−ｚ側）に折れ曲がることを防止する。そのため、ヒートシンク４５は、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａに機械的に干渉することなく、ベース３１の第１部分３２で、ベース３１の第２主面に取り付けられ得る。パワーモジュール１，１ａの放熱性能は向上する。
【００４２】
本実施の形態のパワーモジュール１，１ａでは、ヒートシンク４５は、締結部材４７を用いて、ベース３１に取り付けられている。ヒートシンク４５は、ベース３１とヒートシンク４５との間の熱伝導を確保し得る圧力で、ベース３１を押圧する必要がある。この圧力は、ヒートシンク４５がベース３１を押圧する力を、ヒートシンク４５によって押圧されているベース３１の面積で割った値として定義される。
【００４３】
少なくとも一つの第１湾曲部３３ａのため、ヒートシンク４５によって押圧されるベース３１の部分の面積は減少する。締結部材４７の締結力で、ヒートシンク４５は、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａを除くベース３１の部分を押圧する。そのため、より少ない締結部材４７の締結力（ベース３１へのヒートシンク４５の押圧力）で、ベース３１とヒートシンク４５との間の熱伝導を確保し得るベース３１へのヒートシンク４５の圧力を実現することができる。パワーモジュール１，１ａに発生する内部応力が低減されて、パワーモジュール１，１ａは向上された信頼性を有する。また、締結部材４７の数または締結部材４７のサイズを減少させることができるため、パワーモジュール１，１ａは小型化され得る。
【００４４】
実施の形態２．
図５及び図６を参照して、実施の形態２のパワーモジュール１ｂを説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｂは、実施の形態１のパワーモジュール１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。パワーモジュール１ｂでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第２部分３３の全体に設けられている。ベース３１の第２部分３３は、平坦部３３ｂ（図２を参照）を含んでいない。封止部材４０は、熱硬化性樹脂材料で形成されてもよい。ベース３１は、封止部材４０よりも大きな線膨張係数を有してもよい。
【００４５】
図７を参照して、本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法の一例を説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法の一例は、実施の形態１の工程Ｓ１，Ｓ４に代えて、以下の工程Ｓ１１，Ｓ１４を備えている。
【００４６】
本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法は、ベース３１を準備すること（Ｓ１１）を備える。工程Ｓ１では、ベース３１には、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは形成されていない。
【００４７】
本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法は、封止部材４０で、パワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止すること（Ｓ１４）を備える。封止部材４０でパワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止すること（Ｓ１４）は、ベース３１の第２部分３３に、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａを設けること（Ｓ１５）を含んでいる。具体的には、ベース３１の第１主面上に封止樹脂材料を供給する。例えば、ケース３０の内部空間の少なくとも一部に封止樹脂材料を供給する。封止樹脂材料は、熱硬化性樹脂材料である。封止樹脂材料に熱を印加することによって、封止樹脂材料を硬化させて、パワー半導体素子２０，２１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂを封止する封止部材４０を形成する。
【００４８】
ベース３１は、封止部材４０よりも大きな線膨張係数を有している。そのため、封止部材４０の温度を、封止部材４０を硬化させる高温から室温まで下げると、ベース３１の線膨張係数と封止部材４０の線膨張係数との間の差のため、ベース３１の第２部分３３全体に、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが形成される。本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法では、ベース３１を機械加工する工程を省くことができる。
【００４９】
本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法の別の例は、実施の形態１のパワーモジュール１の製造方法と同様の工程を備えてもよい。すなわち、本実施の形態のパワーモジュール１ｂの製造方法の別の例では、工程Ｓ１において、ベース３１の第２部分３３全体に、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが形成されてもよい。パワーモジュール１ｂでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、複数の第１湾曲部３３ａであってもよい。
【００５０】
本実施の形態のパワーモジュール１ｂは、実施の形態１のパワーモジュール１，１ａの効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００５１】
パワーモジュール１ｂでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第２部分３３の全体に設けられている。そのため、パワーモジュール１ｂに冷熱サイクルが印加されても、ベース３１の線膨張係数と封止部材４０の線膨張係数との間の差に起因する応力が、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａと封止部材４０との間の界面の一部に集中的に印加されることが抑制される。また、ベース３１と封止部材４０との間の接触面積がさらに増加して、ベース３１と封止部材４０との間の密着強度がさらに増加する。ベース３１から封止部材４０が剥離することが防止される。パワーモジュール１ｂは、向上された信頼性を有する。
【００５２】
少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第２部分３３の全体に設けられているため、ヒートシンク４５によって押圧されるベース３１の部分の面積がさらに減少する。より少ない締結部材４７の締結力（ベース３１へのヒートシンク４５の押圧力）で、ベース３１とヒートシンク４５との間の熱伝導を確保し得るベース３１へのヒートシンク４５の圧力を実現することができる。パワーモジュール１ｂに発生する内部応力がさらに低減されて、パワーモジュール１ｂは向上された信頼性を有する。また、締結部材４７の数または締結部材４７のサイズをさらに減少させることができるため、パワーモジュール１ｂは小型化され得る。
【００５３】
本実施の形態のパワーモジュール１ｂでは、封止部材４０は、熱硬化性樹脂材料で形成されている。ベース３１は、封止部材４０よりも大きな線膨張係数を有している。そのため、ベース３１を機械加工する工程無しに、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは形成され得る。パワーモジュール１ｂは、簡素な工程で容易に製造され得る。
【００５４】
実施の形態３．
図８を参照して、実施の形態３のパワーモジュール１ｃを説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｃは、実施の形態１のパワーモジュール１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【００５５】
パワーモジュール１ｃは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａ上に選択的に設けられている膜５０をさらに備える。膜５０は、第１湾曲部３３ａを除くベース３１の部分上に設けられていない。膜５０は、ベース３１よりも小さな線膨張係数を有している。膜５０は、例えば、フィラーを含有する熱硬化性樹脂で形成されてもよい。フィラーは、例えば、アルミナ、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のような無機フィラー（セラミックスフィラー）である。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂である。膜５０は、例えば、４００番台のステンレス、４２アロイもしくはインバーのような鉄を主成分として有する金属材料で形成されてもよい。
【００５６】
図９に示されるように、本実施の形態の第１変形例のパワーモジュール１ｄでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、複数の第１湾曲部３３ａであってもよい。パワーモジュール１ｄは、複数の膜５０を備えており、複数の膜５０は、それぞれ、複数の第１湾曲部３３ａ上に選択的に設けられている。本実施の形態の第２変形例のパワーモジュールでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、第２部分３３の全体に設けられており、膜５０はベース３１の第２部分３３の全体に設けられてもよい。
【００５７】
図１０を参照して、本実施の形態のパワーモジュール１ｃ，１ｄの製造方法を説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｃ，１ｄの製造方法は、図４に示される実施の形態１のパワーモジュール１の製造方法の一例と同様の工程を備えているが、実施の形態１の工程Ｓ１に代えて、以下の工程Ｓ２１を備えている。
【００５８】
本実施の形態のパワーモジュール１ｃ，１ｄの製造方法は、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ２１）を備える。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ２１）は、室温よりも高い高温下で、ベース３１の一部に膜５０を形成すること（Ｓ２２）と、膜５０が形成されたベース３１の温度を、ベース３１に膜５０を形成する高温から室温まで下げること（Ｓ２３）とを含む。
【００５９】
膜５０は、ベース３１よりも小さな線膨張係数を有している。そのため、膜５０が形成されたベース３１の温度を、ベース３１に膜５０を形成する高温から室温まで下げると、ベース３１の線膨張係数と膜５０の線膨張係数との間の差のため、ベース３１の第２部分３３に、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが形成される。
【００６０】
本実施の形態のパワーモジュール１ｃ，１ｄは、実施の形態１のパワーモジュール１，１ａの効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６１】
本実施の形態のパワーモジュール１ｃ，１ｄは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａ上に選択的に設けられている膜５０をさらに備える。膜５０は、ベース３１よりも小さな線膨張係数を有している。そのため、ベース３１を機械加工する工程無しに、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは形成され得る。パワーモジュール１ｃ，１ｄは、簡素な工程で容易に製造され得る。少量多品種のパワーモジュール１ｃ，１ｄが容易に得られる。
【００６２】
実施の形態４．
図１１を参照して、実施の形態４のパワーモジュール１ｅを説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｅは、実施の形態１のパワーモジュール１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【００６３】
パワーモジュール１ｅでは、ベース３１の第１部分３２に、パワー半導体素子２０，２１から遠位する側（−ｚ側）に凸となるように湾曲されている第２湾曲部３５が設けられている。第２湾曲部３５は、１μｍ以上の曲率半径を有している。第２湾曲部３５は、１０μｍ以上の曲率半径を有してもよく、１００μｍ以上の曲率半径を有してもよく、１ｍｍ以上の曲率半径を有してもよい。第２湾曲部３５は、ベース３１の第１部分３２の少なくとも一部に設けられている。第２湾曲部３５は、ベース３１の第１部分３２の全体に設けられてもよい。ベース３１は、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂよりも小さな線膨張係数を有してもよい。
【００６４】
図１２を参照して、本実施の形態のパワーモジュール１ｅの製造方法の一例を説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｅの製造方法の一例は、実施の形態１のパワーモジュール１の製造方法と同様の工程を備えているが、主に以下の点で異なっている。本実施の形態のパワーモジュール１ｅの製造方法の一例は、実施の形態１の工程Ｓ３に代えて、以下の工程Ｓ３３を備えている。
【００６５】
本実施の形態のパワーモジュール１ｅの製造方法は、ベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合すること（Ｓ３３）を備える。具体的には、ベース３１の第１主面が、第２接合部材３９を用いて、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの裏面１０ｑに接合される。ベース３１は、ベース３１の第１部分３２で、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの裏面１０ｑに接合される。ベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合すること（Ｓ３３）は、室温よりも高温下で、第２接合部材３９を用いて、ベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合すること（Ｓ３４）と、第２接合部材３９を用いて互いに接合されているベース３１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの温度を、第２接合部材３９を用いてベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合する高温から室温まで下げること（Ｓ３５）とを含む。
【００６６】
ベース３１は、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂよりも小さな線膨張係数を有している。そのため、第２接合部材３９を用いて互いに接合されているベース３１及び絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの温度を、第２接合部材３９を用いてベース３１を絶縁回路基板１０ａ，１０ｂに接合する高温から室温まで下げると、ベース３１の線膨張係数と絶縁回路基板１０ａ，１０ｂの線膨張係数との間の差のため、ベース３１の第１部分３２に、パワー半導体素子２０，２１から遠位する側（−ｚ側）に凸となるように湾曲されている第２湾曲部３５が形成される。ベース３１が箔ベースである場合には、ベース３１に第２湾曲部３５を形成することが容易になる。
【００６７】
本実施の形態のパワーモジュール１ｅの製造方法の別の例は、実施の形態１のパワーモジュール１の製造方法と同様の工程を備えてもよい。本実施の形態のパワーモジュール１ｅの製造方法の別の例では、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ１）は、ベース３１を機械加工して、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａと第２湾曲部３５とをベース３１に形成することを含んでもよい。機械加工は、例えば、プレス加工または曲げ加工である。第二の例では、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが設けられたベース３１を準備すること（Ｓ１）は、鋳型を用いて、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａと第２湾曲部３５とが設けられたベース３１を鋳造することを含んでもよい。パワーモジュール１ｅでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、複数の第１湾曲部３３ａであってもよい。
【００６８】
本実施の形態のパワーモジュール１ｅは、実施の形態１のパワーモジュール１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００６９】
本実施の形態のパワーモジュール１ｅでは、第１部分３２に、パワー半導体素子２０，２１から遠位する側（−ｚ側）に凸となるように湾曲されている第２湾曲部３５が設けられている。そのため、第２湾曲部３５は、ベース３１をヒートシンク４５に確実に熱的に接続させることができる。パワーモジュール１ｅの放熱性能は向上する。また、第２湾曲部３５とヒートシンク４５との間にある伝熱層４６の厚さが減少するため、ベース３１とヒートシンク４５との間の熱抵抗は減少する。パワーモジュール１ｅの放熱性能は向上する。
【００７０】
本実施の形態のパワーモジュール１ｅでは、ベース３１は、絶縁回路基板１０ａ，１０ｂよりも小さな線膨張係数を有している。そのため、ベース３１を機械加工する工程無しに、第２湾曲部３５は形成され得る。パワーモジュール１ｅは、簡素な工程で容易に製造され得る。
【００７１】
実施の形態５．
図１３を参照して、実施の形態５のパワーモジュール１ｆを説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｆは、実施の形態１のパワーモジュール１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態のパワーモジュール１ｆでは、ベース３１の両端部は折りたたまれている。ベース３１の両端部に、ベース３１の折り畳み部３６が設けられている。ベース３１を少なくとも一回折り畳むことによって、折り畳み部３６は形成される。
【００７２】
図１４に示されるように、本実施の形態の変形例のパワーモジュール１ｇでは、ベース３１の両端部は巻回されてもよい。ベース３１の両端部に、ベース３１の巻回部３７が設けられてもよい。ベース３１を少なくとも一巻き巻回することによって、巻回部３７は形成される。外囲体３８に凹部３８ｒが設けられてもよく、ベース３１の巻回部３７は外囲体３８の凹部３８ｒに収容されてもよい。そのため、外囲体３８は、ベース３１に対して、容易に位置決めされ得る。
【００７３】
図１５を参照して、本実施の形態のパワーモジュール１ｆ，１ｇの製造方法の一例を説明する。本実施の形態のパワーモジュール１ｆ，１ｇの製造方法は、実施の形態１のパワーモジュール１の製造方法と同様の工程を備えており、さらに以下の工程Ｓ４１を備えている。
【００７４】
本実施の形態のパワーモジュール１ｆ，１ｇの製造方法は、ベース３１の両端部に、折り畳み部３６または巻回部３７を形成すること（Ｓ４１）をさらに備えている。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが形成される前のベース３１は、平坦なフレキシブルシートである。そのため、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが形成される前のベース３１は、ハンドリングが困難である。少なくとも一つの第１湾曲部３３ａが形成される前のベース３１は、ベース３１の些細なハンドリングミスによって折れ曲がって、使い物にならなくなることがあった。
【００７５】
これに対し、ベース３１の折り畳み部３６または巻回部３７は、ベース３１の両端部を機械的に補強して、ベース３１のハンドリングを容易にする。ベース３１の折り畳み部３６または巻回部３７は、ベース３１のハンドリングミスによって、ベース３１が使い物にならなくなる可能性を低減することができる。パワーモジュール１ｆ，１ｇでは、少なくとも一つの第１湾曲部３３ａは、複数の第１湾曲部３３ａであってもよい。
【００７６】
本実施の形態のパワーモジュール１ｆ，１ｇは、実施の形態１のパワーモジュール１の効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００７７】
本実施の形態のパワーモジュール１ｆ，１ｇでは、ベース３１の両端部に、ベース３１の折り畳み部３６、または、ベース３１の巻回部３７が設けられている。ベース３１の折り畳み部３６またはベース３１の巻回部３７は、ベース３１の両端部を機械的に補強して、ベース３１のハンドリングを容易にする。パワーモジュール１ｆ，１ｇは、容易に製造され得る。
【００７８】
実施の形態６．
本実施の形態は、実施の形態１から実施の形態５のパワーモジュール１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇのいずれかを電力変換装置に適用したものである。本実施の形態の電力変換装置２００が、特に限定されるものではないが、三相のインバータである場合について以下説明する。
【００７９】
図１６に示される電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００及び負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は、特に限定されないが、例えば、直流系統、太陽電池または蓄電池で構成されてもよいし、交流系統に接続された整流回路またはＡＣ／ＤＣコンバータで構成されてもよい。電源１００は、直流系統から出力される直流電力を別の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成されてもよい。
【００８０】
電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図１６に示されるように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
【００８１】
負荷３００は、電力変換装置２００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３００は、特に限定されるものではないが、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、電気自動車、鉄道車両、エレベーター、または、空調機器向けの電動機として用いられる。
【００８２】
以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子（図示せず）と還流ダイオード（図示せず）を備えている。スイッチング素子が電源１００から供給される電圧をスイッチングすることによって、主変換回路２０１は、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換して、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路２０１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とから構成され得る。主変換回路２０１の各スイッチング素子及び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から実施の形態５のパワーモジュール１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇのいずれかを適用する。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相及び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２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
【００８３】
また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えている。駆動回路は、半導体モジュール２０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２とは別に設けられてもよい。駆動回路は、主変換回路２０１に含まれるスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に駆動信号を供給する。具体的には、制御回路２０３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。
【００８４】
制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１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パルス幅変調（ＰＷＭ）制御によって、主変換回路２０１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、オフ状態に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２０１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。
【００８５】
本実施の形態に係る電力変換装置２００では、主変換回路２０１に含まれる半導体モジュール２０２として、実施の形態１から実施の形態５のパワーモジュール１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇのいずれかが適用される。そのため、本実施の形態に係る電力変換装置２００は、向上された信頼性を有する。
【００８６】
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、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レベルの電力変換装置であってもよいし、マルチレベルの電力変換装置であってもよい。電力変換装置が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が適用されてもよい。電力変換装置が直流負荷等に電力を供給する場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータに本発明が適用されてもよい。
【００８７】
本発明が適用された電力変換装置は、負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機もしくはレーザー加工機の電源装置、または、誘導加熱調理器もしくは非接触器給電システムの電源装置に組み込まれ得る。本発明が適用された電力変換装置は、太陽光発電システムまたは蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いられ得る。
【００８８】
今回開示された実施の形態１−６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。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１−６の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、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を意図される。
【符号の説明】
【００８９】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ  パワーモジュール、１０ａ，１０ｂ  絶縁回路基板、１０ｐ  おもて面、１０ｑ  裏面、１１  絶縁基板、１２ａ，１２ｂ  導電回路パターン、１３  導電板、２０，２１  パワー半導体素子、２３  第１接合部材、２６，２９  リード端子、２７，２８  配線、３０  ケース、３１  ベース、３２  第１部分、３３  第２部分、３３ａ  第１湾曲部、３３ｂ  平坦部、３５  第２湾曲部、３６  折り畳み部、３７  巻回部、３８  外囲体、３８ｒ  凹部、３９  第２接合部材、４０  封止部材、４５  ヒートシンク、４６  伝熱層、４７  締結部材、５０  膜、１００  電源、２００  電力変換装置、２０１  主変換回路、２０２  半導体モジュール、２０３  制御回路、３００  負荷。
【図１】
2020245890.tif 000003
【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】
2020245890.tif 000013
【図１２】
2020245890.tif 000014
【図１３】
2020245890.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月12日(2021.5.12)
【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】
おもて面と、前記おもて面とは反対側の裏面とを有する絶縁回路基板と、
前記絶縁回路基板の前記おもて面に接合されているパワー半導体素子と、
前記絶縁回路基板の前記裏面に接合部材を用いて接合されているベースと、
前記パワー半導体素子及び前記絶縁回路基板を封止する封止部材とを備え、
前記ベースは、前記接合部材に接触している第１部分と、前記接合部材から露出しておりかつ前記第１部分を囲んでいる第２部分とを含み、
前記第２部分の少なくとも一部に選択的に、前記第１部分に対して前記パワー半導体素子に近位する側に凸となるように湾曲されている少なくとも一つの第１湾曲部が設けられており、
前記ベースは、箔ベースである、パワーモジュール。
【請求項２】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、前記第１部分の外縁の少なくとも一部に沿って延在している、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、前記第１部分の外縁全体に沿って延在している、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、前記第２部分の全体に設けられている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記封止部材は、熱硬化性樹脂材料で形成されており、
前記ベースは、前記封止部材よりも大きな線膨張係数を有している、請求項４に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記少なくとも一つの第１湾曲部上に選択的に設けられている膜をさらに備え、
前記膜は、前記ベースよりも小さな線膨張係数を有している、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記第１部分に、前記パワー半導体素子から遠位する側に凸となるように湾曲されている第２湾曲部が設けられている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記ベースは、前記絶縁回路基板よりも小さな線膨張係数を有している、請求項７に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記少なくとも一つの第１湾曲部は、複数の第１湾曲部である、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記ベースの両端部に、前記ベースの折り畳み部、または、前記ベースの巻回部が設けられている、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
ヒートシンクをさらに備え、
前記絶縁回路基板は、前記ベースの第１主面に接合されており、
前記ヒートシンクは、前記第１主面と反対側の前記ベースの第２主面に取り付けられている、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、締結部材を用いて、前記ベースに取り付けられている、請求項１１に記載のパワーモジュール。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の前記パワーモジュールを有し、かつ、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る、電力変換装置。
【国際調査報告】
2020245890.tif 000019
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