(57)【要約】  パワーモジュールの製造時間を短縮することができるパワーモジュールの製造方法を得る。このパワーモジュールの製造方法は、第１電極、半導体素子および第２電極を有するサブアセンブリが接合材を介してヒートシンクに載せられるサブアセンブリ配置工程と、サブアセンブリ配置工程の後、ヒートシンクと成形金型とによって囲まれる領域に第１電極、半導体素子および第２電極内側部分が配置された状態で、領域に熱可塑性の樹脂が注入されるトランスファーモールド工程とを備え、トランスファーモールド工程では、樹脂によってサブアセンブリが接合材を介してヒートシンクに対して接合される。
2021001924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極、前記第１電極に接合された半導体素子および前記半導体素子に接合された第２電極を有するサブアセンブリと、
前記サブアセンブリが接合材を介して接合されたヒートシンクと、
前記第１電極、前記半導体素子、前記半導体素子に接合された前記第２電極の部分である第２電極内側部分および前記ヒートシンクに一体成形された樹脂部と
を備えたパワーモジュール。
【請求項２】
前記ヒートシンクは、前記サブアセンブリが前記接合材を介して載せられる第１面が形成された平板部を有し、
前記樹脂部は、前記ヒートシンクにおける前記第１面に一体成形されている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、前記サブアセンブリが前記接合材を介して載せられる第１面が形成された平板部を有し、
前記樹脂部は、前記ヒートシンクにおける前記第１面および側面に一体成形されている請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記接合材は、半硬化した熱硬化性の樹脂である請求項１から請求項３までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記接合材の形状は、膜形状またはシート形状である請求項１から請求項４までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記第２電極および前記半導体素子は、ワイヤーボンディングによって互いに接合されている請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
前記第２電極および前記半導体素子は、半田によって互いに接合されている請求項１から請求項５までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項８】
前記接合材は、焼結材から構成されている請求項１から請求項７までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項９】
前記ヒートシンクに接合されたウォータージャケットをさらに備えた請求項１から請求項８までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１０】
前記ウォータージャケットは、
複数の貫通孔が形成されたフレームと、
前記フレームに接合された桶部と
を有し、
前記複数の貫通孔のそれぞれに対して複数の前記ヒートシンクが１つずつ挿入された状態で、複数の前記ヒートシンクのそれぞれと前記ウォータージャケットとが互いに接合されている請求項９に記載のパワーモジュール。
【請求項１１】
複数の前記サブアセンブリが前記接合材を介して前記ヒートシンクに別々に接合されており、
複数の前記サブアセンブリに対応した複数の前記樹脂部が前記ヒートシンクに別々に一体成形されている請求項１から請求項１０までの何れか一項に記載のパワーモジュール。
【請求項１２】
第１電極、前記第１電極に接合された半導体素子および前記半導体素子に接合された第２電極を有するサブアセンブリが接合材を介してヒートシンクに載せられるサブアセンブリ配置工程と、
前記サブアセンブリ配置工程の後、前記ヒートシンクと成形金型とによって囲まれる領域に前記第１電極、前記半導体素子および前記半導体素子に接合された前記第２電極の部分である第２電極内側部分が配置された状態で、前記領域に熱可塑性の樹脂が注入されるトランスファーモールド工程と
を備え、
前記トランスファーモールド工程では、前記樹脂によって前記サブアセンブリが前記接合材を介して前記ヒートシンクに対して接合されるパワーモジュールの製造方法。
【請求項１３】
前記トランスファーモールド工程では、第１ピンが前記第１電極を前記ヒートシンクに向かって押すことによって、前記ヒートシンクに対して前記第１電極が位置決めされる請求項１２に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記トランスファーモールド工程では、前記接合材に形成された少なくとも２個以上のピン当て部に第２ピンが当たることによって、前記ヒートシンクに対して前記接合材が位置決めされる請求項１２または請求項１３に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記２個以上のピン当て部は、前記接合材に形成された２個以上の側面である請求項１４に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記２個以上のピン当て部は、前記接合材に形成された２個以上の孔である請求項１４に記載のパワーモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーモジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、第１基板、半導体基板および第２基板が順に重ねられたサブアセンブリの周囲に樹脂部が設けられ、第１基板が接合材を介してヒートシンクに接合されたパワーモジュールが知られている。パワーモジュールは、トランスファーモールド工程と、トランスファーモールド工程の後に行われるヒートシンク接合工程とを備えたパワーモジュールの製造方法によって製造される。トランスファーモールド工程では、成形金型の内側にサブアセンブリが配置された状態で、成形金型の内側に熱可塑性の樹脂が注入される。ヒートシンク工程では、第１基板が接合材を介してヒートシンクに接合される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３２８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トランスファーモールド工程の後およびヒートシンク接合工程の後のそれぞれにおいて、キュア工程が必要である。これにより、パワーモジュールの製造時間が長くなってしまうという課題があった。【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、パワーモジュールの製造時間を短縮することができるパワーモジュールおよびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るパワーモジュールは、第１電極、第１電極に接合された半導体素子および半導体素子に接合された第２電極を有するサブアセンブリと、サブアセンブリが接合材を介して接合されたヒートシンクと、第１電極、半導体素子、半導体素子に接合された第２電極の部分である第２電極内側部分およびヒートシンクに一体成形された樹脂部とを備えている。【０００７】
この発明に係るパワーモジュールの製造方法は、第１電極、第１電極に接合された半導体素子および半導体素子に接合された第２電極を有するサブアセンブリが接合材を介してヒートシンクに載せられるサブアセンブリ配置工程と、サブアセンブリ配置工程の後、ヒートシンクと成形金型とによって囲まれる領域に第１電極、半導体素子および半導体素子に接合された第２電極の部分である第２電極内側部分が配置された状態で、領域に熱可塑性の樹脂が注入されるトランスファーモールド工程とを備え、トランスファーモールド工程では、樹脂によってサブアセンブリが接合材を介してヒートシンクに対して接合される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るパワーモジュールおよびその製造方法によれば、パワーモジュールの製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るパワーモジュールを備えた電力変換装置の要部を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの要部を示す断面図である。
【図３】図２のサブアセンブリを示す断面図である。
【図４】図２のパワーモジュールを製造する手順を示すフローチャートである。
【図５】図２のサブアセンブリ、接合材およびヒートシンクが成形金型の内側に配置された状態を示す断面図である。
【図６】図２のヒートシンクにウォータージャケットが接合された状態を示す断面図である。
【図７】図６のパワーモジュールの変形例を示す断面図である。
【図８】図７のフレームの変形例を示す平面図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの製造方法によって製造されたパワーモジュールの要部を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの製造方法によって製造されたパワーモジュールの要部を示す断面図である。
【図１１】図１０のサブアセンブリ、接合材およびヒートシンクが成形金型の内側に配置された状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュールを備えた電力変換装置の要部を示す回路図である。電力変換装置は、電力を制御するスイッチング回路を有している。電力変換装置としては、例えば、電動車両に搭載されるモータ駆動用インバータ、高電圧から低電圧に電圧を変換する降圧コンバータ、および、外部電源設備に接続されて車載電池を充電する充電器が挙げられる。
【００１１】
図１には、モータ駆動用インバータが示されている。モータ駆動用インバータは、Ｕ相のスイッチング回路と、Ｖ相のスイッチング回路と、Ｗ相のスイッチング回路とを有している。Ｕ相のスイッチング回路は、Ｕ相上アーム１０１およびＵ相下アーム１０２を有している。Ｖ相のスイッチング回路は、Ｖ相上アーム１０３およびＶ相下アーム１０４を有している。Ｗ相のスイッチング回路は、Ｗ相上アーム１０５およびＷ相下アーム１０６を有している。
【００１２】
Ｕ相上アーム１０１、Ｕ相下アーム１０２、Ｖ相上アーム１０３、Ｖ相下アーム１０４、Ｗ相上アーム１０５およびＷ相下アーム１０６のそれぞれは、半導体素子から構成されている。半導体素子としては、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ）、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）およびダイオードが挙げられる。半導体素子の基材には、シリコン、窒化ケイ素および窒化ガリウムが使用される。
【００１３】
電力変換装置の大容量化を図るために、電力変換装置では、複数の半導体素子が並列接続されている。また、半導体素子の基材の製造歩留まりの制限によって、電力変換装置では、外形サイズが小さい複数の半導体素子が使用されている。
【００１４】
図２は、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュールの要部を示す断面図である。パワーモジュール１は、サブアセンブリ１１と、ヒートシンク１２と、接合材１３と、樹脂部１４とを備えている。
【００１５】
図３は、図２のサブアセンブリ１１を示す断面図である。サブアセンブリ１１は、第１電極１１１と、半導体素子１１２と、第２電極１１３と、第３電極１１４とを有している。また、サブアセンブリ１１は、第１接合材１１５と、第２接合材１１６とを有している。
【００１６】
半導体素子１１２は、平板形状に形成されている。半導体素子１１２は、半導体素子１１２の一方の面が第１電極１１１に対向した状態で、第１接合材１１５を介して第１電極１１１に接合されている。第１接合材１１５としては、例えば、半田が挙げられる。半導体素子１１２は、第１電極１１１にダイボンドされている。
【００１７】
半導体素子１１２は、半導体素子１１２の他方の面が第２電極１１３に対向した状態で、第２接合材１１６を介して第２電極１１３に接合されている。第２接合材１１６としては、例えば、半田が挙げられる。なお、半導体素子１１２および第２電極１１３は、ワイヤーボンディングによって互いに接合されてもよい。第３電極１１４は、半田を用いて第１電極１１１に接合されている。
【００１８】
図２に示すように、樹脂部１４は、第１電極１１１、半導体素子１１２および半導体素子１１２に接合される第２電極１１３の部分を覆っている。第２電極１１３における半導体素子１１２に接合されている部分を第２電極内側部分１１３Ａとする。したがって、第２電極内側部分１１３Ａは、樹脂部１４に覆われている。第２電極１１３における樹脂部１４の外側に配置されている部分を第２電極外側部分１１３Ｂとする。第２電極外側部分１１３Ｂは、樹脂部１４の側面から半導体素子１１２に沿って延びている。第２電極外側部分１１３Ｂは、樹脂部１４の側面から樹脂部１４の側面に対して垂直方向に延びている。
【００１９】
樹脂部１４は、第３電極１１４の一端部を覆っている。第３電極１１４の他端部は、樹脂部１４の外側に配置されている。第３電極１１４の他端部は、樹脂部１４の側面から半導体素子１１２に沿って延びている。第３電極１１４の他端部は、樹脂部１４の側面から樹脂部１４の側面に対して垂直方向に延びている。
【００２０】
サブアセンブリ１１は、接合材を介してヒートシンク１２に接合されている。ヒートシンク１２は、サブアセンブリ１１が接合材１３を介して載せられる平板部１２１と、平板部１２１に設けられた複数の放熱フィン１２２とを有している。平板部１２１には、第１面１２３および第１面１２３に対して反対側を向く第２面１２４が形成されている。第１面１２３には、サブアセンブリ１１が接合材１３を介して載せられている。第２面１２４には、放熱フィン１２２が設けられている。
【００２１】
この例では、１つのヒートシンク１２に１つ半導体素子１１２を有するサブアセンブリ１１が載せられる構成について説明する。なお、１つのヒートシンク１２に複数の半導体素子１１２を有するサブアセンブリ１１が載せられる構成であってもよい。具体的には、１つのヒートシンク１２に２つの半導体素子１１２を有するサブアセンブリ１１が載せられる構成、または、１つのヒートシンク１２に６つの半導体素子１１２を有するサブアセンブリ１１が載せられる構成であってもよい。
【００２２】
第１電極１１１は、接合材１３を介してヒートシンク１２の平板部１２１に接合されている。接合材１３は、絶縁性を有している。接合材１３は、基材に熱硬化性の樹脂が含浸された樹脂組成物であって、乾燥によって半硬化した樹脂組成物である。接合材１３の基材としては、例えば、繊維状補強材、セラミック焼結体が挙げられる。接合材１３の基材に含浸される熱硬化性の樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。接合材１３の形状は、膜形状またはシート形状となっている。半硬化とは、熱硬化性の樹脂が完全硬化する前の状態になることである。この例では、接合材１３として、接着シートが用いられる構成について説明する。
【００２３】
樹脂部１４は、第１電極１１１、半導体素子１１２、第２電極内側部分１１３Ａおよびヒートシンク１２に一体成形されている。また、樹脂部１４は、ヒートシンク１２における第１面１２３および側面に一体成形されている。樹脂部１４は、ヒートシンク１２の一部を覆っている。
【００２４】
次に、パワーモジュール１の製造方法について説明する。図４は、図２のパワーモジュール１を製造する手順を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１において、サブアセンブリ製造工程が行われる。サブアセンブリ製造工程では、第１電極１１１に半導体素子１１２が接合され、半導体素子１１２に第２電極１１３が接合され、第１電極１１１に第３電極１１４が接合される。これにより、サブアセンブリ１１が製造される。
【００２５】
その後、ステップＳ２において、サブアセンブリ配置工程が行われる。図５は、図２のサブアセンブリ１１、接合材１３およびヒートシンク１２が成形金型の内側に配置された状態を示す断面図である。サブアセンブリ配置工程では、成形金型２の下金型２１にヒートシンク１２が配置され、放熱フィン１２２の周囲に樹脂が流れ込まないように、ヒートシンク１２の平板部１２１の第２面１２４の周縁部と下金型２１との間に第１シール部材２２が配置される。これにより、第２面１２４の周縁部と成形金型２との間がシールされる。また、サブアセンブリ配置工程では、サブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２の平板部１２１の第１面１２３に載せられる。このとき、第１電極１１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に重ねられる。
【００２６】
また、サブアセンブリ配置工程では、複数の第１ピン２３が第１電極１１１をヒートシンク１２に向かって押す。これにより、ヒートシンク１２に対して第１電極１１１が位置決めされ、かつ、ヒートシンク１２と下金型２１との間の第１シール部材２２による気密性が確保される。
【００２７】
また、サブアセンブリ配置工程では、接合材１３に形成された少なくとも２個以上のピン当て部に第２ピン２４が当たる。これにより、ヒートシンク１２に対して接合材１３が位置決めされる。このとき、接合材１３における２個以上のピン当て部は、接合材１３に形成された２個以上の側面となっている。ピン当て部となる接合材１３の側面としては、例えば、四角形状に形成された加工前の接合材１３における角部が面取り加工されることによって形成された接合材１３の側面であってもよい。四角形状に形成された加工前の接合材１３とは、接合材１３の上面に対して垂直な方向に接合材１３を視た場合に、形状が四角形状となる接合材１３である。なお、接合材１３における２個以上のピン当て部は、接合材１３に形成された２個以上の孔であってもよい。
【００２８】
また、サブアセンブリ配置工程では、下金型２１に対して上金型２５が載せられる。このとき、第２電極１１３の一部および第３電極１１４の一部は、下金型２１と上金型２５との間の隙間を通って、成形金型２の外側に配置される。これにより、ヒートシンク１２と成形金型２とによって囲まれる領域に、第１電極１１１、半導体素子１１２および第２電極内側部分１１３Ａが配置される。
【００２９】
その後、図４に示すように、ステップＳ３において、トランスファーモールド工程が行われる。トランスファーモールド工程では、成形金型２の温度が設定温度となるまで、成形金型２が加熱される。また、トランスファーモールド工程では、熱可塑性の樹脂が設定圧力となるまで、熱可塑性の樹脂が加圧される。成形金型２の温度が設定温度となり、熱可塑性の樹脂が設定圧力となった状態で、熱可塑性の樹脂が成形金型２のゲート２６を通って、成形金型２の内側に注入される。
【００３０】
トランスファーモールド工程では、成形金型２の内側に注入された樹脂の圧力によって、第１電極１１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に押される。これにより、接合材１３に含まれる気泡が接合材１３から除去される。また、トランスファーモールド工程では、成形金型２の内側に注入された樹脂の熱によって、第１電極１１１とヒートシンク１２とが接合材１３を介して接合される。接合材１３に含まれる気泡が接合材１３から除去されることによって、接合材１３の放熱性および絶縁性が向上する。樹脂部１４は、トランスファーモールド工程によって、第１電極１１１、半導体素子１１２、第２電極内側部分１１３Ａおよびヒートシンク１２に一体成形される。
【００３１】
その後、ステップＳ４において、ウォータージャケット接合工程が行われる。図６は、図２のヒートシンク１２にウォータージャケットが接合された状態を示す断面図である。ウォータージャケット接合工程では、ヒートシンク１２に対してウォータージャケット１５が接合される。ウォータージャケット１５は、パワーモジュール１に含まれる。
【００３２】
ウォータージャケット接合工程によって、ヒートシンク１２の放熱フィン１２２の周囲には、強制水冷に用いられる冷媒が流れる水路が形成される。ヒートシンク１２とウォータージャケット１５との間の接合の方法としては、溶接および摩擦撹拌接合が挙げられる。また、ヒートシンク１２とウォータージャケット１５との間には、第２シール部材１６が配置される。これにより、ヒートシンク１２とウォータージャケット１５との間がシールされる。第２シール部材１６は、パワーモジュール１に含まれる。第２シール部材１６としては、Ｏリングまたは液体パッキンが挙げられる。以上により、パワーモジュール１を製造する手順が終了する。
【００３３】
図７は、図６のパワーモジュール１の変形例を示す断面図である。図６では、１つのヒートシンク１２に１つのウォータージャケット１５が接合された構成が示されているが、図７に示すように、２つのヒートシンク１２に１つのウォータージャケット１５が接合された構成であってもよい。この場合に、ウォータージャケット１５は、２つの貫通孔が形成されたフレーム１５１と、フレーム１５１に接合された桶部１５２と、フレーム１５１と桶部１５２との間に設けられた第３シール部材１５３とを有する。第３シール部材１５３によって、フレーム１５１と桶部１５２との間がシールされる。ウォータージャケット接合工程では、フレーム１５１の２つの貫通孔のそれぞれに対して２つのヒートシンク１２が１つずつ挿入された状態で、２つのヒートシンク１２のそれぞれとウォータージャケット１５とが互いに接合される。
【００３４】
なお、１つのウォータージャケットに接合されるヒートシンクの数は、２つに限らず、３つ以上であってもよい。図８は、図７のフレーム１５１の変形例を示す平面図である。６つのヒートシンク１２に１つのウォータージャケット１５が接合される場合には、フレーム１５１には、６つの貫通孔１５４が形成される。
【００３５】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法によれば、トランスファーモールド工程では、成形金型２の内側に注入される樹脂によってサブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に対して接合される。従来のパワーモジュールの製造方法では、サブアセンブリ１１とヒートシンク１２とが接合されるヒートシンク接合工程が、トランスファーモールド工程とは別の工程となっていた。したがって、従来のパワーモジュールの製造方法では、トランスファーモールド工程の後およびヒートシンク接合工程の後のそれぞれにおいて、キュア工程が必要であった。これにより、パワーモジュール１の製造時間が長くなっていた。一方、実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法では、トランスファーモールド工程によって、サブアセンブリ１１とヒートシンク１２とが互いに接合される。言い換えれば、トランスファーモールド工程とヒートシンク接合工程とが同時に行われる。したがって、キュア工程が１回となる。その結果、パワーモジュール１の製造時間を短縮することができる。また、ヒートシンク接合工程のための設備が不要となる。その結果、パワーモジュール１の製造設備の簡素化を図ることができる。また、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１によれば、樹脂部１４がヒートシンク１２に一体成形されている。これにより、樹脂部１４が形成されるときに、サブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に対して接合される。その結果、パワーモジュール１の製造時間を短縮することができる。
【００３６】
また、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法によれば、トランスファーモールド工程において、成形金型２の内側に注入される樹脂によってサブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に対して接合される。従来のパワーモジュールの製造方法では、トランスファーモールド工程の後にヒートシンク接合工程が行われていた。したがって、従来のパワーモジュールの製造方法では、ヒートシンク接合工程においてサブアセンブリ１１に加えられる圧力および熱によって、第１電極１１１と半導体素子１１２との間または第２電極１１３と半導体素子１１２との間に剥離が発生する可能性があった。これにより、従来のパワーモジュールの製造方法では、ヒートシンク接合工程において、接合材１３に含まれる気泡が接合材１３から除去されるように接合材１３に圧力を加えることができなかった。その結果、従来のパワーモジュールの製造方法では、接合材１３の放熱性および絶縁性が低下する。一方、実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法では、成形金型２の内側に注入される樹脂の圧力によって、接合材１３に圧力が加えられる。したがって、第１電極１１１と半導体素子１１２との間または第２電極１１３と半導体素子１１２との間の剥離の発生を抑制することができるとともに、接合材１３の放熱性および絶縁性を向上させることができる。その結果、パワーモジュール１の信頼性を向上させることができる。また、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１によれば、樹脂部１４がヒートシンク１２に一体成形されている。これにより、樹脂部１４が形成されるときに、サブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に対して接合される。これにより、樹脂部１４が形成されるときに接合材１３に圧力が加えられる。したがって、第１電極１１１と半導体素子１１２との間および第２電極１１３と半導体素子１１２との間の剥離の発生を抑制することができとともに、接合材１３の放熱性および絶縁性を向上させることができる。その結果、パワーモジュール１の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
また、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法によれば、トランスファーモールド工程において、ヒートシンク１２の一部が樹脂部１４に覆われる。従来のパワーモジュールの製造方法では、ヒートシンク１２が樹脂部１４に覆われない。言い換えれば、ヒートシンク１２が樹脂部１４に接合されない。したがって、従来のパワーモジュールの製造方法では、サブアセンブリ１１とヒートシンク１２との間の線膨張係数の差によって、環境温度の変動時に接合材１３に応力が加えられ、接合材１３とサブアセンブリ１１との間または接合材１３とヒートシンク１２との間に剥離が発生する可能性があった。その結果、従来のパワーモジュールの製造方法では、パワーモジュール１の放熱性および絶縁性が悪い。一方、実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法では、トランスファーモールド工程において、ヒートシンク１２の一部が樹脂部１４に覆われる。これにより、ヒートシンク１２が樹脂部１４に接合される。したがって、環境温度の変動時に接合材１３に加えられる応力が低減される。これにより、接合材１３とサブアセンブリ１１またはヒートシンク１２との間に剥離の発生を抑制することができる。その結果、パワーモジュール１の放熱性および絶縁性を向上させることができる。また、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１によれば、樹脂部１４がヒートシンク１２に一体成形されている。したがって、環境温度の変動時に接合材１３に加えられる応力が低減される。これにより、接合材１３とサブアセンブリ１１またはヒートシンク１２との間に剥離の発生を抑制することができる。その結果、パワーモジュール１の放熱性および絶縁性を向上させることができる。
【００３８】
また、実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法では、トランスファーモールド工程において、ヒートシンク１２の一部が樹脂部１４に覆われる。従来のパワーモジュール１の製造方法では、トランスファーモールド工程において、ヒートシンク１２が樹脂に覆われない。したがって、従来のパワーモジュールの製造方法では、ヒートシンク１２の剛性が高められるために、ヒートシンク１２の厚さを大きくする必要があった。一方、実施の形態１に係るパワーモジュール１の製造方法では、トランスファーモールド工程において、ヒートシンク１２の一部が樹脂部１４に覆われる。これにより、ヒートシンク１２の厚さを大きくすることなく、ヒートシンク１２の剛性を高めることができる。また、この発明の実施の形態１に係るパワーモジュール１によれば、樹脂部１４がヒートシンク１２に一体成形されている。ヒートシンク１２の厚さを大きくすることなく、ヒートシンク１２の剛性を高めることができる。
【００３９】
実施の形態２．
図９は、この発明の実施の形態２に係るパワーモジュールの製造方法によって製造されたパワーモジュールの要部を示す断面図である。図９には、ウォータージャケット１５が示されていない。サブアセンブリ１１は、絶縁部材１１７と、銅板１１８とをさらに備えている。絶縁部材１１７は、例えば、セラミックから構成されている。
【００４０】
第１電極１１１は、例えば、銅板から構成されている。第１電極１１１および絶縁部材１１７は、ろう付けによって互いに接合されている。絶縁部材１１７および銅板１１８は、ろう付けによって互いに接合されている。
【００４１】
銅板１１８は、ヒートシンク１２の平板部１２１の第１面１２３に対して接合材１３を介して接合されている。接合材１３は、高熱伝導率の材料から構成されている。また、接合材１３は、焼結材から構成されている。焼結材としては、例えば、Ａｇナノ粒子およびＣｕナノ粒子が挙げられる。Ａｇナノ粒子およびＣｕナノ粒子は、低温焼結が可能である。
【００４２】
成形金型２の内側への樹脂の注入時における樹脂の圧力および樹脂の熱によって、接合材１３が焼結する。接合材１３が焼結することによって、銅板１１８とヒートシンク１２の平板部１２１とが互いに接合される。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００４３】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係るパワーモジュール１およびその製造方法によれば、接合材１３は、焼結材から構成されている。これにより、接合材１３が接着シートから構成されている場合と比較して、サブアセンブリ１１とヒートシンク１２との接合の強度を向上させることができる。その結果、パワーモジュール１の高寿命化を図ることができる。
【００４４】
実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係るパワーモジュールの製造方法によって製造されたパワーモジュールの要部を示す断面図である。図１０には、ウォータージャケット１５が示されていない。第２電極１１３の第２電極外側部分１１３Ｂは、ヒートシンク１２の平板部１２１に対して垂直方向に樹脂部１４から延びている。第３電極１１４は、ヒートシンク１２の平板部１２１に対して垂直方向に樹脂部１４から延びている。樹脂部１４は、ヒートシンク１２における第１面１２３に一体成形されている。樹脂部１４は、ヒートシンク１２にける側面には一体成形されてない。
【００４５】
図１１は、図１０のサブアセンブリ１１、接合材１３およびヒートシンク１２が成形金型２の内側に配置された状態を示す断面図である。サブアセンブリ配置工程では、成形金型２の下金型２１に１つのヒートシンク１２を配置し、複数のサブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２の平板部１２１の第１面１２３に載せられる。図１１では、２つのサブアセンブリ１１が示されているが、この例では、６つのサブアセンブリ１１が接合材１３を介して１つのヒートシンク１２の平板部１２１の第１面１２３に載せられる。
【００４６】
また、サブアセンブリ配置工程では、成形金型２の上金型２５とヒートシンク１２の平板部１２１の第１面１２３の周縁部との間に第４シール部材２７が配置される。これにより、第１面１２３の周縁部と成形金型２との間がシールされる。成形金型２の上金型２５には、６つのサブアセンブリ１１のそれぞれに対応する６つの部屋が形成されている。なお、サブアセンブリ１１の数は、６つに限らず、複数であればよい。その他の構成は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。
【００４７】
以上説明したように、この発明の実施の形態３に係るパワーモジュール１の製造方法によれば、トランスファーモールド工程において、複数のサブアセンブリ１１のそれぞれが接合材１３を介してヒートシンク１２に別々に接合される。成形金型２の上金型２５には、複数のサブアセンブリ１１のそれぞれに対応する複数の部屋が形成されている。複数のサブアセンブリ１１の全体が１つの樹脂部１４によって覆われる場合には、樹脂部１４が形成される際に使用される樹脂の量が多くなる。また、ヒートシンク１２と樹脂部１４との間の線膨張係数の差によって、樹脂部１４には、大きな反りが発生する。一方、実施の形態３に係るパワーモジュール１の製造方法では、複数のサブアセンブリ１１のそれぞれが別々の樹脂部１４によって覆われる。言い換えれば、複数のサブアセンブリ１１のそれぞれに対応した複数の樹脂部１４がヒートシンク１２に別々に一体成形される。これにより、樹脂部１４が形成される際に使用される樹脂の量を減少させることができる。また、樹脂部１４の大きさを小さくすることができるので、樹脂部１４の反りの発生を抑制することができる。また、この発明の実施の形態３に係るパワーモジュール１によれば、複数のサブアセンブリ１１が接合材１３を介してヒートシンク１２に別々に接合されており、複数の樹脂部１４がヒートシンク１２に別々に一体成形されている。これにより、樹脂部１４が形成される際に使用される樹脂の量を減少させることができ、また、樹脂部１４の反りの発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  パワーモジュール、２  成形金型、１１  サブアセンブリ、１２  ヒートシンク、１３  接合材、１４  樹脂部、１５  ウォータージャケット、１６  第２シール部材、２１  下金型、２２  第１シール部材、２３  第１ピン、２４  第２ピン、２５  上金型、２６  ゲート、２７  第４シール部材、１０１  Ｕ相上アーム、１０２  Ｕ相下アーム、１０３  Ｖ相上アーム、１０４  Ｖ相下アーム、１０５  Ｗ相上アーム、１０６  Ｗ相下アーム、１１１  第１電極、１１２  半導体素子、１１３  第２電極、１１３Ａ  第２電極内側部分、１１３Ｂ  第２電極外側部分、１１４  第３電極、１１５  第１接合材、１１６  第２接合材、１１７  絶縁部材、１１８  銅板、１２１  平板部、１２２  放熱フィン、１２３  第１面、１２４  第２面、１５１  フレーム、１５２  桶部、１５３  第３シール部材、１５４  貫通孔。
【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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【国際調査報告】
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