CN111033736A - 功率模块及其制造方法及电力变换装置 - Google Patents

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CN111033736A
CN111033736A CN201880053516.9A CN201880053516A CN111033736A CN 111033736 A CN111033736 A CN 111033736A CN 201880053516 A CN201880053516 A CN 201880053516A CN 111033736 A CN111033736 A CN 111033736A
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power module
adhesive
inclined surface
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CN201880053516.9A
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人见晴子
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

得到抑制密封树脂与粘接剂的剥离的发生的功率模块。一种功率模块，具备：绝缘基板(5)，在其正面搭载有半导体元件(1)；底板(10)，接合于绝缘基板(5)的背面；壳体构件(7)，与底板(10)一起包围绝缘基板(5)，底面的内周部侧与底板(10)的正面相接，在底面设置有越接近底板(10)的外周侧越远离底板(10)的正面的倾斜面(71)；粘接构件(9)，填充于底板(10)与倾斜面(71)之间，将底板(10)与壳体构件(7)粘接；以及填充构件(12)，填充于由底板(10)和壳体构件(7)包围的区域。

Description

功率模块及其制造方法及电力变换装置
技术领域
本发明涉及功率模块及其制造方法及具备该功率模块的电力变换装置。
背景技术
一般而言，功率模块根据使用的用途在各种环境下被使用。构成功率模块的各种材料具有不同的线膨胀系数，所以有时由于该线膨胀系数差所引起的热应力而在各种材料间发生剥离。一般认为在发生剥离的情况下，功率模块的绝缘耐性发生劣化。
另外，为了满足今后针对功率模块的要求规格，需要改善热循环试验中的循环数的增大化、与使用温度区域的扩大(高温化)对应的可靠性。
关于以往的功率模块，公开了如下功率模块：使用粘接剂将壳体与底板进行粘接，使用填充构件将壳体内密封(例如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/152373号(第4页，第1图)
发明内容
然而，在以往的功率模块中，在使用环氧树脂作为填充构件的情况下，存在用于壳体与底板的粘接的硅酮(silicone)粘接剂与填充构件之间的线膨胀系数差大、另外硅酮与环氧树脂难以融合等情况，有时由于温度循环等的热应力而粘接剂与填充构件的界面成为剥离的起点。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于得到抑制发生填充构件与粘接剂的剥离的功率模块。
本发明提供一种功率模块，具备：绝缘基板，在该绝缘基板的正面接合有半导体元件；底板，接合于绝缘基板的背面；壳体构件，与底板一起包围绝缘基板，该壳体构件的底面的内周部侧与底板的正面相接，在底面设置有倾斜面，该倾斜面越接近底板的外周侧越远离底板的正面；粘接构件，填充于底板与倾斜面之间，将底板与壳体构件粘接；以及填充构件，填充于由底板和壳体构件包围的区域。
根据本发明，在壳体构件的底面设置了倾斜面，以使壳体构件的底面的内周部侧与底板相接的方式配置有壳体构件，所以能够抑制填充构件与粘接剂的剥离。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1中的功率模块的平面构造示意图。
图2是示出本发明的实施方式1中的功率模块的剖面构造示意图。
图3是示出本发明的实施方式1中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。
图4是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图5是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图6是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图7是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图8是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图9是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图10是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图11是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。
图12是示出本发明的实施方式1中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意图。
图13是示出本发明的实施方式2中的功率模块的平面构造示意图。
图14是示出本发明的实施方式2中的功率模块的剖面构造示意图。
图15是示出本发明的实施方式2中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。
图16是示出本发明的实施方式3中的功率模块的剖面构造示意图。
图17是示出本发明的实施方式3中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。
图18是示出本发明的实施方式4中的功率模块的平面构造示意图。
图19是示出本发明的实施方式4中的功率模块的剖面构造示意图。
图20是示出本发明的实施方式4中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。
图21是示出本发明的实施方式4中的其它功率模块的平面构造示意图。
图22是示出本发明的实施方式5中的功率模块的平面构造示意图。
图23是示出本发明的实施方式5中的功率模块的剖面构造示意图。
图24是示出本发明的实施方式5中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。
图25是示出本发明的实施方式5中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意图。
图26是示出应用了本发明的实施方式6中的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
图27是示出本发明的比较例的功率模块的剖面构造示意图。
(附图标记说明)
1：半导体元件；2：陶瓷板；3、4：金属层；5：绝缘基板；6：接合材料；7；700：壳体构件；8：电极端子；9：粘接剂；10：底板；11：键合线；12：填充构件；13：点胶机；71：倾斜面；72、720：突出部；73：平坦部；74：第二倾斜面；75：嵌入部；76：凹部；100、200、300、400、410、500、600、2002：功率模块；1000：电源；2000：电力变换装置；2001：主变换电路；2003：控制电路；3000：负载。
具体实施方式
首先，参照附图说明本发明的功率模块的整体结构。此外，图是示意性的，并不反映示出的构成要素的准确的大小等。另外，附加有相同的附图标记的结构相同或者与其相当，这在说明书的全文中是共同的。
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1中的功率模块的平面构造示意图。图2是示出本发明的实施方式1中的功率模块的剖面构造示意图。图1中的单点划线AA处的剖面构造示意图为图2。在图中，功率模块100具备半导体元件1、绝缘基板5、接合材料6、壳体构件7、电极端子8、作为粘接构件的粘接剂9、底板10、作为布线构件的键合线11、填充构件12。另外，壳体构件7具备倾斜面71、突出部72。
以下，将有绝缘基板5的一侧作为底板10的正面，将成为功率模块100的底面的一侧作为背面，将外周作为侧面。另外，关于其它构件，只要没有特别的禁止，背面是指与功率模块100的底面靠近的一侧，正面是指背面的相反侧、即有半导体元件1的一侧，侧面是指外周。同样地，在说明书中，外周、外周侧、外周部侧是指功率模块100的外周、外周侧、外周部侧，内周、内周侧、内周部侧是指填充构件12被填充的内周、内周侧、内周部侧。
在图1中，壳体构件7的内周与双点划线之间为壳体构件7的倾斜面71。另外，虚线为底板10的外周。进而，双点划线与壳体构件7的外周之间为壳体构件7的突出部72。在此，倾斜面71遍及壳体构件7的底面的内周部侧的全周的全部而形成。而且，壳体构件7的底面的倾斜面71的前端部与底板10的正面相接。但是，也可以在能够确保功率模块100的可靠性的范围内设置壳体构件71的底面的倾斜面71的前端部与底板10的正面不相接的区域。
在图2中，绝缘基板5具备作为绝缘构件的陶瓷板2和形成于陶瓷板2的正面以及背面的金属层3、4。作为陶瓷板2，能够使用氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)、氧化铝(AlO：氧化铝)、含Zr的氧化铝。特别是，根据导热性这点优选AlN、Si3N4，根据材料强度这点更优选Si3N4。另外，也可以使用环氧树脂等作为绝缘基板。
形成于陶瓷板2的两面(正面、背面)的金属层3、4使用尺寸(大小)、厚度都相同的金属。但是，在金属层3、4分别形成有电路，所以有时图案形状不同。另外，金属层3、4的大小比陶瓷板2小。通过使金属层3、4的大小比陶瓷板2小，能够扩大金属层3、4间的沿面距离，确保绝缘性。进而，通过使金属层4的大小比陶瓷板2小，能够使填充构件12绕入到陶瓷板2的下侧。作为金属层3、4，能够使用导电、导热性优良的金属，例如铝以及铝合金、铜以及铜合金。特别是根据导热、导电的观点，优选使用铜。
在陶瓷板2的正面侧的金属层3上搭载有半导体元件1。半导体元件1例如经由作为焊料的接合材料6电接合于陶瓷板2的正面侧的金属层3上。另外，例如，作为半导体元件1，使用控制大电流的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等电力控制用半导体元件(开关元件)、续流用的二极管等。
作为构成半导体元件1的材料，例如，除了硅(Si)以外，还能够应用作为宽带隙半导体的碳化硅(SiC)。应用将它们用作基板材料的Si半导体元件或者SiC半导体元件。另外，作为宽带隙半导体，有氮化镓(GaN)系材料或者金刚石等。在使用了宽带隙半导体的情况下，容许电流密度高，电力损耗也低，所以能够实现使用了电力半导体元件的装置的小型化。
SiC半导体元件与Si半导体元件相比非常硬，所以SiC半导体元件厚优选为0.08～0.2mm。这是因为为了使SiC半导体元件的厚度比0.08mm薄而研磨非常硬的SiC晶片，所以花费时间和费用。另外，在SiC半导体元件的厚度比0.2mm厚的情况下，SiC半导体元件的散热性下降，与填充构件的界面的热应力变大。因而，SiC半导体元件的厚度优选设为0.08～0.2mm的范围。
对于绝缘基板5的正面侧的金属层3与半导体元件1的接合，通常使用焊料作为接合材料6。只不过，接合材料6并不限定于焊料，除了焊料以外，例如还能够应用烧结银、导电性粘接剂、液相扩散材料。烧结银或者液相扩散材料的熔融温度比焊料材料高，不会在绝缘基板5的背面侧的金属层4与底板10的接合时再次熔融，半导体元件1与绝缘基板5的接合可靠性提高。
进而，烧结银或者液相扩散材料的熔融温度比焊料高，所以能够实现功率模块100的动作温度的提高。烧结银的导热性比焊料良好，所以半导体元件1的散热性提高，可靠性提高。液相扩散材料能够以比烧结银低的载荷(load)接合，所以工艺性良好，能够防止接合载荷对半导体元件1的损伤的影响。
底板10经由焊料等接合材料6接合于绝缘基板5的背面侧的金属层4。底板10为功率模块100的底板，形成由配置于底板10的周围的壳体构件7和底板10包围的区域。作为底板10的材料，使用铜或者铝等。
用于绝缘基板5的背面侧的金属层4与底板10的接合的接合材料6例如能够使用焊料。作为焊料，根据接合可靠性的观点，优选Sn－Sb组成系的焊料材料。绝缘基板5的背面侧的金属层4与底板10的接合与绝缘基板5的正面侧的金属层3与半导体元件1的接合的情况同样地，除了焊料以外，还能够应用烧结银以及液相扩散材料。
在此，还能够不用绝缘基板5而用绝缘片材来承担绝缘。在该情况下，例如，绝缘片材直接紧贴于底板10，在绝缘片材之上按照形成了布线图案的金属层3、半导体元件1的顺序利用焊料等接合并层叠。
图3是示出本发明的实施方式1中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。在图中，壳体构件7具备倾斜面71、突出部72。如图2那样，壳体构件7包围绝缘基板5，壳体构件7的底面(与功率模块100的底面相同的一侧的面)的内周部侧与底板10的正面相接。即，壳体构件7的底面的倾斜面71的前端部与底板10的正面相接。
底板10为至少成为陶瓷板2一侧的正面侧为平坦的面、通常正背面都平坦的板。另外，在壳体构件7的底面设置有倾斜面71，该倾斜面71越接近底板10的外周侧越远离底板10的正面。进而，在壳体构件7的底面的外周部侧设置有相对倾斜面71突出的突出部72。
壳体构件7需要在功率模块100的使用温度区域内不发生热变形，而且维持绝缘性。因此，作为壳体构件7，使用PPS(Poly Phenylene Sulfide，聚苯硫醚)树脂、PBT(Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂等软化点高的树脂。
壳体构件7与底板10使用粘接剂9来粘接。粘接剂9填充于壳体构件7的底面的倾斜面71与底板10之间。作为粘接剂9的材料，一般使用硅酮树脂、环氧树脂等，将粘接剂9涂敷于壳体构件7以及底板10中的至少一方，在固定壳体构件7和底板10之后，通过热硬化粘接。
粘接剂9的粘度优选处于60～200Pa·s的范围。如果为比60Pa·s低的值，则作业性恶化，如果为比200Pa·s高的值，则有可能气泡容易混入而机械强度下降。
在本实施方式中，如图2所示，壳体构件7的底面与底板10的正面相接的部位为前端向内周侧变细的倾斜形状(锥形形状)。因此，能够防止当在将粘接剂9涂敷于壳体构件7或者底板10之后固定壳体构件7和底板10时，粘接剂9向与填充构件12相接的方向流出(流动)。
另外，在壳体构件7的底面设置有倾斜面71，从而为朝向壳体构件7的外周侧扩大的形状，所以粘接剂9易于向壳体构件7的外周侧流动。其结果，作为填充构件12的剥离的起点的粘接剂9与填充构件12不再接触。由此，以粘接剂9与填充构件12的接触部位为起点的填充构件12的剥离被抑制。另外，在壳体构件7的底部设置有倾斜面71，从而即使在气泡混入到粘接剂9的情况下，也易于将气泡排出到外部。
作为壳体构件7的底面的倾斜面71的倾斜角度，优选例如5度至60度。壳体构件7的材质硬，所以即使以比较陡峭的角度形成倾斜面71，也能够确保刚性。关于倾斜面71的角度，只要与壳体构件7的高度、厚度以及强度相匹配地适当选择即可。此外，倾斜面71的倾斜的角度无需为恒定。例如，即使为具有多个角度的倾斜面的组合，只要能够使粘接剂9与填充构件12分离来消除接触即可。
通过在壳体构件7的底面的内周部侧设置与底板10相接的凸状部，能够使填充构件12与粘接剂9分离地配置，但这样的话有时无法得到足够的粘接强度。这是因为在壳体构件7的厚度被固定的情况(无法变更模块尺寸等情况)下，通过设置该凸状部，与底板10的接触面积减少，底板10与壳体构件7的粘接强度也减少。因此，在仅有凸状部的结构中虽然能够消除填充构件12与粘接剂9的接触，但难以构成为模块。
相对于此，通过在壳体构件7的底面设置倾斜面71，能够增加与底板10的接触面积，不会增加壳体构件7的厚度就能够提高粘接强度。因此，即使在壳体构件7的厚度薄的情况下，也能够确保壳体构件7与底板10的粘接强度。
另外，消除了粘接剂9与填充构件12的接触，所以不论线膨胀系数如何都能够自由地选择受线膨胀系数限制的粘接剂9和填充构件12的材料。
与壳体构件7的底面的倾斜面71相比设置于外侧的突出部72从底板10的正面侧朝向背面侧突出。另外，壳体构件7的突出部72也可以具有与底板10的侧面对置的内壁。这是因为通过具有这样对置的内壁，能够充分地确保粘接剂9，能够确保壳体构件7与底板10的粘接强度。
电极端子8内嵌成型(insert molded)或者外嵌成型(outsert molded)于壳体构件7，用于与外部的电流以及电压的输入输出。电极端子8为从壳体构件7的上表面侧向外部突出的构造。电极端子8例如能够使用通过蚀刻、金属模冲裁等将厚度为0.5mm的铜板加工成预定的形状而成的电极端子。
键合线11电连接金属层3间或者半导体元件1和电极端子8。键合线11例如为导线直径为0.1～0.5mm的铝合金制或者铜合金制的线材。此外，在此使用键合线11连接，但也可以使用金属带(板状构件)连接。
为了确保功率模块100的内部的绝缘性，填充构件12被填充于由壳体构件7和底板10包围的区域内。填充构件12将绝缘基板5、金属层3、4、半导体元件1以及键合线11密封。填充构件12为添加有氧化铝、二氧化硅等导热性优良的无机填料的树脂。作为树脂，包括环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等兼具所期望的绝缘性、耐热性、粘接性的材料。此外，即使在由相同系的材料构成粘接剂9和填充构件12的情况下，由于添加剂因应用用途而不同，所以也不会具有相同的线膨胀系数。因此，有时由于热循环而发生由线膨胀系数差所致的热应力。
接下来，说明如上所述构成的本实施方式1的功率模块100的制造方法。
图4至图11是示出本发明的实施方式1中的功率模块的各制造工序的剖面构造示意图。图4至图11是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。通过经由图4至图11的工序，能够制造功率模块100。
首先，如图4所示，在陶瓷板2的正面形成金属层3，在背面形成金属层4(绝缘基板形成工序)。陶瓷板2与金属层3、4的接合通过焊接等来进行。金属层3、4分别形成有电路，所以经常存在图案形状不同的情况。在这样的情况下，也可以通过调整金属层3、4的大小、厚度来抑制陶瓷板2的上下产生热应力。另外，根据功率模块100的不同，还有时不设置金属层4，将陶瓷板2置换为绝缘片材，使绝缘片材直接接合于底板10。即使在该情况下，通过调整金属层3的大小、厚度(例如，在图4的情况下，使左右的金属层3平衡。)，也能够抑制功率模块100的热应力的产生。
接下来，如图5所示，使用作为接合材料6的焊料将半导体元件1电接合于绝缘基板5的正面的金属层3上的预定的位置(半导体元件1配置区域)(半导体元件接合工序)。这样，将半导体元件1接合于绝缘基板5上，从而形成电路。作为接合材料6，并不限定于焊料，还能够应用其它接合材料。
接下来，如图6所示，经由作为接合材料6的焊料将接合了半导体元件1的绝缘基板5的背面与底板10的正面接合(绝缘基板接合工序)。与上述半导体元件接合工序同样地，能够使用焊料作为接合材料6来接合。作为接合材料6，并不限定于焊料，还能够应用其它接合材料。
接下来，如图7、8所示，以由底板10和壳体构件7包围绝缘基板5的方式，将壳体构件7的设置有倾斜面71的底面的内周部侧与底板10的正面相接，利用粘接剂9将壳体构件7粘接于底板10的外周部(侧面以及正面的一部分)(壳体构件粘接工序)。在此，在底面设置有倾斜面71，该倾斜面71越接近底板10的外周侧越远离底板10的正面。另外，粘接剂9填充于壳体构件7的倾斜面71与底板10之间。
例如，粘接剂9配置于底板10的外周部的预定的位置。在配置粘接剂9之后，壳体构件7从底板10的上方朝向底板10的正面压接。此时，粘接剂9被壳体构件7的设置于底部的倾斜面71从壳体构件7的内周侧朝向外周侧推出，还沿着壳体构件7的突出部72向底板10的侧面侧流动。粘接剂9固化，从而如图8所示壳体构件7粘着于底板10的外周(侧面)。由此，在由壳体构件7和底板10包围的区域内配置绝缘基板5。在此，粘接剂9被调整成如成为如图8所示的形状那样的粘度。另外，作为粘接剂9的硬化处理条件，例如能够设为120℃、2小时而实现。此外，粘接剂9的硬化处理条件只要与粘接剂9的材料等相匹配地适当选择即可。
接下来，如图9所示，经由键合线11电连接与绝缘基板5的正面的金属层3接合的半导体元件1和设置于壳体构件7的电极端子8(布线构件形成工序)。同样地，经由键合线11电连接金属层3和金属层3(布线构件形成工序)。进而，键合线11将形成于半导体元件1的预定的区域的电极(未图示)与电极端子8的预定的区域(未图示)连接。
接下来，如图10所示，将填充构件12填充于由底板10和壳体构件7包围的区域(填充构件填充工序)。关于填充构件12，例如使用点胶机(dispenser)13填充到由壳体构件7和底板10包围的区域内。图10示意地表示填充构件12的填充中途。作为填充构件12的填充位置(填充量)，填充至覆盖(密封)键合线11的位置。在填充了填充构件12之后，实施硬化处理。例如，作为填充构件12的硬化处理条件，按照150℃、2小时的条件进行(填充构件硬化工序)。这样，通过进行硬化处理而填充后的填充构件12被硬化。另外，填充构件12的硬化处理条件只要与填充构件12的材料等相匹配地适当选择即可。
通过经由以上的主要的制造工序，能够制造图11所示的功率模块100。
图12是示出本发明的实施方式1中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意图。在上述功率模块100的制造工序中，在使用粘接剂9将图7所示的壳体构件7与底板10粘接的情况下，如图12所示，使壳体构件7的底面朝上地配置，使壳体构件7的底面与底板10的正面接触(对置)地配置，从而还能够将壳体构件7与底板10粘接。
更具体而言，如图12所示，使壳体构件7的底面朝上地配置。在配置壳体构件7之后，以使壳体构件7的底面的倾斜面71的内周侧的顶点部与底板10的正面相接的方式将底板10配置于壳体构件7之上。在将底板10配置于壳体构件7之上之后，使用点胶机13将粘接剂9填充于由壳体构件7的倾斜面71、突出部72以及底板10包围的区域(粘接构件填充工序)。在填充粘接剂9之后，使粘接剂9硬化，从而壳体构件7与底板10被粘接(壳体构件粘接工序)。
之后，经由图9至图11所示的工序，从而能够制造功率模块100。
在如上那样构成的功率模块100中，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够改善绝缘特性，能够提高功率模块的可靠性。
进而，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以易于在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下，使粘接剂9向壳体构件7的外周侧流动，能够将壳体构件7与底板10均匀地粘接。
另外，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以与底板10的接触面积增加，能够提高壳体构件7与底板10的粘接强度。
进而，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够独立地选择粘接剂9的材料和填充构件12的材料，材料选择的自由度扩大。
实施方式2.
在本实施方式2中，不同点在于在设置于实施方式1中使用的管壳构件7的底面的倾斜面71的内周侧即与底板10的正面相接的一侧设置有平坦部73。这样，与壳体构件7的底面的倾斜面71相比在内侧形成了平坦部73，所以能够得到从粘接剂9至填充构件12为止的距离，能够有效地抑制粘接剂9向填充构件12侧的流动。另外，设置了平坦部73，所以能够使作用于壳体构件7的力分散。其结果，能够抑制填充构件12与粘接剂9的接触，能够抑制填充构件12的剥离。进而，能够提高功率模块的可靠性。此外，关于其它点，与实施方式1相同，所以省略详细的说明。
即使在设为这样的构造的情况下，通过使壳体构件7与底板10接触，也能够消除填充构件12与粘接剂9的接触，能够抑制填充构件12的剥离。
图13是示出本发明的实施方式2中的功率模块的平面构造示意图。图14是示出本发明的实施方式2中的功率模块的剖面构造示意图。图15是示出本发明的实施方式2中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。图13中的单点划线BB处的剖面构造示意图为图14。在图中，功率模块200具备半导体元件1、绝缘基板5、接合材料6、壳体构件7、电极端子8、粘接剂9、底板10、作为布线构件的键合线11、填充构件12。另外，壳体构件7具备倾斜面71、突出部72、平坦部73。
在图13中，壳体构件7的内周与虚线之间为与底板10接触的壳体构件7的平坦部73。另外，虚线与双点划线之间为壳体构件7的倾斜面71。进而，双点划线与壳体构件7的外周之间为壳体构件7的突出部72。
在图15中，壳体构件7的平坦部73设置于壳体构件7的底面的内周部侧，与底板10的正面接触。将壳体构件7的平坦部73的宽度(厚度)设为La。壳体构件7的平坦部73的宽度La最好为1mm以下。通过壳体构件7设置平坦部73，作为壳体构件7的与底板10的接触部位的壳体构件7的内周侧作为面而与底板10接触，所以能够抑制壳体构件7的底面端部处的缺损的产生。
另外，在壳体构件7的底面，作为面而与底板10接触，能够使壳体构件7与底板10粘接时的作用于接触部位的力分散，能够实现更稳定的构造。进而，在壳体构件7的底面设置了平坦部73，所以也可以使平坦部73的内周部侧的角部具有曲率。通过使平坦部73的内周部侧的角部具有曲率，能够在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下，在与底板10粘接时降低平坦部73的角部处的应力，能够有效地抑制角部的缺损。
在如上那样构成的功率模块200中，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够改善绝缘特性，能够提高功率模块的可靠性。
进而，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以易于在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下，使粘接剂9向壳体构件7的外周侧流动，能够将壳体构件7与底板10均匀地粘接。
另外，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以与底板10的接触面积增加，能够提高壳体构件7与底板10的粘接强度。
进而，在壳体构件7的底面的内周部侧设置了平坦部73，所以填充构件12与粘接剂9被分离，填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面设倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够独立地选择粘接剂9的材料和填充构件12的材料，材料选择的自由度扩大。
实施方式3.
在本实施方式3中，不同点在于将设置于实施方式1中使用的壳体构件7的底面的突出部72的内周侧(与底板10的侧面对置的面侧)设为越接近底板10的背面侧越远离底板10的侧面(具有第二倾斜面74)的形状。这样，将壳体构件7的突出部72设为越接近底板10的背面侧越远离底板10的侧面的形状，所以能够高效地进行壳体构件7与底板10粘接时填充构件12向外部侧的流动，能够有效地抑制粘接剂9向填充构件12侧的流动。其结果，消除了填充构件12与粘接剂9的接触，所以能够抑制填充构件12的剥离。另外，能够提高功率模块的可靠性。此外，关于其它点，与实施方式1相同，所以省略详细的说明。
即使在设为这样的构造的情况下，通过使壳体构件7与底板10接触，也消除了填充构件12与粘接剂9的接触，所以能够抑制填充构件12的剥离。
图16是示出本发明的实施方式3中的功率模块的剖面构造示意图。图17是示出本发明的实施方式3中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。在图中，功率模块300具备半导体元件1、绝缘基板5、接合材料6、壳体构件7、电极端子8、粘接剂9、底板10、作为布线构件的键合线11、填充构件12。另外，壳体构件7具备第一倾斜面71、突出部72、第二倾斜面74。
在图17中，壳体构件7的第二倾斜面74设置于与底板10的侧面对置的壳体构件7的突出部72的内周侧。将设置了第二倾斜面74的突出部72的底面的宽度(厚度)设为Lb。壳体构件7的设置有第二倾斜面74的情况下的突出部72的底面的宽度Lb最好设为1mm以上。如果突出部72的底面的宽度Lb为1mm以下，则突出部72的底面的前端变细，一般认为会发生在壳体构件7与底板10粘接时发生缺损等的情况，但通过设为1mm以上，能够抑制缺损等的发生地制造功率模块300。
在如上那样构成的功率模块300中，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够改善绝缘特性，能够提高功率模块的可靠性。
进而，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以易于在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下，使粘接剂9向壳体构件7的外周侧流动，能够将壳体构件7与底板10均匀地粘接。
另外，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以与底板10的接触面积增加，能够提高壳体构件7与底板10的粘接强度。
进而，将壳体构件7的突出部72设为越接近底板10的背面侧越远离底板10的侧面的形状，所以能够高效地进行壳体构件7与底板10粘接时填充构件12向外部侧的流动。
另外，在壳体构件7的底面设置有倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置有壳体构件7，所以能够独立地选择粘接剂9的材料和填充构件12的材料，材料选择的自由度扩大。
实施方式4.
在本实施方式4中，不同点在于在设置于实施方式1中使用的壳体构件7的底面的倾斜面71的内周部侧即与底板10的正面相接的一侧设置有嵌入部75，在底板10的正面设置有作为嵌入部75的容纳部的凹部76。这样，设为在壳体构件7的底面的内侧形成嵌入部75并嵌入到凹部76的结构，所以能够得到直至填充构件12为止的距离，能够有效地抑制粘接剂9向填充构件12侧的流动。其结果，消除了填充构件12与粘接剂9的接触，所以能够抑制填充构件12的剥离。另外，设为在壳体构件7设置嵌入部75而嵌入到凹部76的结构，所以壳体构件7与底板10的固定被增强，能够提高粘接强度。进而，能够提高功率模块的可靠性。此外，关于其它点，与实施方式1相同，所以省略详细的说明。
即使在设为这样的构造的情况下，通过使壳体构件7与底板10接触，也消除了填充构件12与粘接剂9的接触，所以能够抑制填充构件12的剥离。
图18是示出本发明的实施方式4中的功率模块的平面构造示意图。图19是示出本发明的实施方式4中的功率模块的剖面构造示意图。图20是示出本发明的实施方式4中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。图18中的单点划线CC处的剖面构造示意图为图19。在图中，功率模块400具备半导体元件1、绝缘基板5、接合材料6、壳体构件7、电极端子8、粘接剂9、底板10、作为布线构件的键合线11、填充构件12。另外，壳体构件7具备倾斜面71、突出部72、嵌入部75。进而，底板10具备凹部76。
在图18中，壳体构件7的内周与虚线之间为嵌入到底板10的凹部76的壳体构件7的嵌入部75。另外，虚线与双点划线之间为壳体构件7的倾斜面71。进而，双点划线与壳体构件7的外周之间为壳体构件7的突出部72。
在图19、20中，壳体构件7的嵌入部75设置于壳体构件7与底板10的正面相接的壳体构件7的底面的内周部侧。另外，在与壳体构件7的嵌入部75对置的位置处，用于将嵌入部75嵌入的凹部76设置于底板10的正面。设置于底板10的正面的凹部76的形状为与壳体构件7的嵌入部75的形状相应的形状。通过将壳体构件7的嵌入部75嵌入到底板10的凹部76，能够更可靠地防止粘接剂9与填充构件12的接触。
图21是示出本发明的实施方式4中的其它功率模块的平面构造示意图。在图中，功率模块410为如下例子：并非如图18那样将壳体构件7的嵌入部75设置于壳体构件7的底面的内周部侧的整个周部，而是设置于易于发生粘接剂9的流入的壳体构件7的底部的角部的4个部位。不限于此，壳体构件7的嵌入部75也可以根据壳体构件7的大小等散布于所需的部位。
在如上那样构成的功率模块400、410中，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够改善绝缘特性，能够提高功率模块的可靠性。
进而，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以易于在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下使粘接剂9向壳体构件7的外周侧流动，能够将壳体构件7与底板10均匀地粘接。
另外，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以与底板10的接触面积增加，能够提高壳体构件7与底板10的粘接强度。
进而，在壳体构件7的底面的内周部侧设置了嵌入部75，所以填充构件12与粘接剂9分离，填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面的内周部侧设置了嵌入部75，所以能够提高壳体构件7与底板10的粘接强度。
进而，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够独立地选择粘接剂9的材料和填充构件12的材料，材料选择的自由度扩大。
实施方式5.
在本实施方式5中，不同点在于在实施方式1中使用的壳体构件7的底面设置有从壳体构件7的内周部侧至外周部侧为止(整个面)形成的倾斜面71。这样，在壳体构件7的底面的整个面形成了倾斜面71，所以填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够有效地抑制粘接剂9向填充构件12侧的流动。其结果，消除了填充构件12与粘接剂9的接触，所以能够抑制填充构件12的剥离。另外，能够提高功率模块的可靠性。此外，关于其它点，与实施方式1相同，所以省略详细的说明。
即使在设为这样的构造的情况下，通过使壳体构件7与底板10接触，也消除了填充构件12与粘接剂9的接触，所以能够抑制填充构件12的剥离。
图22是示出本发明的实施方式5中的功率模块的平面构造示意图。图23是示出本发明的实施方式5中的功率模块的剖面构造示意图。图24是示出本发明的实施方式5中的功率模块的壳体构件的剖面构造示意图。图22中的单点划线DD处的剖面构造示意图为图23。在图中，功率模块300具备半导体元件1、绝缘基板5、接合材料6、壳体构件7、电极端子8、粘接剂9、底板10、作为布线构件的键合线11、填充构件12。另外，壳体构件7在底面的整个面具备倾斜面71。
在图22中，壳体构件7的内周与外周之间为壳体构件7的倾斜面71。另外，用虚线表示底板10的外周(边缘部)。
在图23、24中，壳体构件7的倾斜面71设置于从壳体构件7的底面的内周部侧至外周部侧为止(整个面)，壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面接触。
接下来，说明如上所述构成的本实施方式5的功率模块500的制造方法。
基本上，能够通过经由实施方式1所示的图4至图11的工序来制造功率模块500。只不过，在实施方式1中示出了也可以代替图7的工序而用图12的工序。在实施方式5中，不同点在于不是图12所示的从壳体构件7的底面侧填充粘接剂9的方法，而斜着填充粘接剂9。
图25是示出本发明的实施方式5中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意图。在上述功率模块100的制造工序中，如图12所示在使用粘接剂9粘接壳体构件7与底板10的情况下，如图25所示使壳体构件7的底面朝上地配置，在壳体构件7上配置底板10，从而能够将壳体构件7与底板10粘接。
更具体而言，如图25所示，使壳体构件7的底面朝上地配置。在配置壳体构件7之后，以使壳体构件7的倾斜面71的内周侧的顶点部与底板10相接的方式，将底板10配置于壳体构件7之上。在将底板10配置于壳体构件7之上之后，使用点胶机13将粘接剂9填充到由壳体构件7的倾斜面71和底板10包围的区域(粘接构件填充工序)。在填充粘接剂9之后，使粘接剂9硬化，从而壳体构件7与底板10粘接(壳体构件粘接工序)。在该情况下，使粘接剂9的粘度比通常提高，从而能够抑制粘接剂9从壳体构件7的倾斜面71下堆。
之后，经由图9至图11所示的工序，从而能够制造功率模块500。
在如上那样构成的功率模块500中，在壳体构件7的底面，从壳体构件7的内周部侧至外周部侧为止设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥离。
另外，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够改善绝缘特性，能够提高功率模块的可靠性。
进而，从壳体构件7的底面的内周部侧至外周部侧为止设置了倾斜面71，所以易于在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下使粘接剂9向壳体构件7的外周侧流动，能够将壳体构件7与底板10均匀地粘接。
另外，在壳体构件7的底面设置了倾斜面71，所以与底板10的接触面积增加，能够提高壳体构件7与底板10的粘接强度。
进而，在壳体构件7的底面设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的方式配置了壳体构件7，所以能够独立地选择粘接剂9的材料和填充构件12的材料，材料选择的自由度扩大。
实施方式6.
本实施方式6是将上述实施方式1至5的功率模块应用于电力变换装置的实施方式。本发明并不限定于特定的电力变换装置，以下，作为实施方式6，说明将本发明应用于三相的逆变器的情况。
图26是示出应用了本发明的实施方式6中的电力变换装置的电力变换系统的结构的框图。
图26所示的电力变换系统具备电源1000、电力变换装置2000、负载3000。电源1000为直流电源，对电力变换装置2000供给直流电力。电源1000能够由各种电源构成，例如，既能够由直流体系、太阳能电池、蓄电池构成，也可以由与交流体系连接的整流电路、AC/DC转换器等构成。另外，也可以由将从直流体系输出的直流电力变换为预定的电力的DC/DC转换器构成电源1000。
电力变换装置2000为连接于电源1000与负载3000之间的三相的逆变器，将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力，对负载3000供给交流电力。电力变换装置2000如图26所示具备：主变换电路2001，将从电源1000输入的直流电力变换为交流电力而输出；以及控制电路2003，将控制主变换电路2001的控制信号输出到主变换电路2001。
负载3000为利用从电力变换装置2000供给的交流电力来驱动的三相的电动机。此外，负载3000并不限于特定的用途，为搭载于各种电气设备的电动机，例如被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯、空调设备的电动机等。
以下，说明电力变换装置2000的详细内容。主变换电路2001具备内置于功率模块2002的开关元件和续流二极管(未图示)，开关元件进行开关，从而将从电源1000供给的直流电力变换为交流电力，供给到负载3000。主变换电路2001的具体的电路结构各种各样，但本实施方式的主变换电路2001为2电平的三相全桥电路，能够包括6个开关元件和与各个开关元件反并联地连接的6个续流二极管。主变换电路2001包括内置各开关元件、各续流二极管等的与上述实施方式1至5中的任意实施方式相当的功率模块2002。在6个开关元件中，每两个开关元件串联连接而构成上下支路，各上下支路构成全桥电路的各相(U相、V相、W相)。各上下支路的输出端子、即主变换电路2001的3个输出端子连接于负载3000。
另外，主变换电路2001具备驱动各开关元件的驱动电路(未图示)。驱动电路既可以内置于功率模块2002，也可以构成为与功率模块2002分开地具备驱动电路。驱动电路生成驱动主变换电路2001的开关元件的驱动信号，供给到主变换电路2001的开关元件的控制电极。具体而言，依照来自后述控制电路2003的控制信号，将使开关元件成为接通状态的驱动信号和使开关元件成为关断状态的驱动信号输出到各开关元件的控制电极。在将开关元件维持为接通状态的情况下，驱动信号为开关元件的阈值电压以上的电压信号(接通信号)，在将开关元件维持为关断状态的情况下，驱动信号为开关元件的阈值电压以下的电压信号(关断信号)。
控制电路2003控制主变换电路2001的开关元件，以便对负载3000供给所期望的电力。具体而言，根据应供给到负载3000的电力，计算主变换电路2001的各开关元件应成为接通状态的时间(接通时间)。例如，能够通过根据应输出的电压调制开关元件的接通时间的PWM控制来控制主变换电路2001。另外，将控制指令(控制信号)输出到主变换电路2001所具备的驱动电路，以便在各时间点将接通信号输出到应成为接通状态的开关元件，将关断信号输出到应成为关断状态的开关元件。驱动电路依照该控制信号，将接通信号或者关断信号作为驱动信号而输出到各开关元件的控制电极。
在如上那样构成的本实施方式6的电力变换装置中，应用实施方式1至5的功率模块作为主变换电路2001的功率模块2002，所以能够实现可靠性提高。
在本实施方式中，说明了将本发明应用于2电平的三相逆变器的例子，但本发明并不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中，设为2电平的电力变换装置，但也可以为3电平、多电平的电力变换装置，在对单相负载供给电力的情况下，也可以将本发明应用于单相的逆变器。另外，在对直流负载等供给电力的情况下，还能够将本发明应用于DC/DC转换器、AC/DC转换器等。
另外，应用了本发明的电力变换装置并不限定于上述负载为电动机的情况，例如，还能够用作放电机床、激光机床、感应加热烹调器、非接触器供电系统的电源装置等，进而，还能够用作太阳能发电系统、蓄电系统等功率调节器。
实施例
以下，通过实施例以及比较例来说明本发明的详细内容，但本发明并不被它们限定。
使用与实施方式1～5对应的构造以及比较构造的评价用样本(功率模块)，实施了使壳体构件7的形状变更时的故障模式以及寿命试验检查。
用于评价的功率模块的基本构造如下。
作为半导体元件1，使用Si半导体元件。Si半导体元件1经由焊料6接合于绝缘基板5的正面的预定的位置。
关于绝缘基板5的规格，在厚度为0.32mm的Si3N4的陶瓷板2的两面形成有作为厚度为0.7mm的金属层3、4的铜图案。在此，金属层3、4的大小比陶瓷板2的大小小，金属层3、4不会从陶瓷板2露出。
使用焊料6将底板10接合于接合了Si半导体元件1的绝缘基板5的背面。在底板10的外周部以包围绝缘基板5的方式利用粘接剂9粘接壳体构件7。作为粘接剂9的硬化处理条件，按照120℃、2小时进行。
通过内嵌成型而制作出壳体构件7。作为壳体构件的材料，使用PPS树脂。对于壳体构件7与底板10的粘接，使用硅酮粘接剂作为粘接剂9。电极端子8形成于壳体构件7的上侧。利用键合线11电连接电极端子8和半导体元件1。另外，形成有铜图案的金属层3间的预定的位置也利用键合线11接合。
在利用键合线11进行连接之后，在由壳体构件7和底板10包围的区域内，使用添加有50vol％的二氧化硅填料的线膨胀系数为20ppm/K的环氧树脂(液状密封树脂)作为填充构件12，以密封键合线11的方式填充到区域内。在填充环氧树脂之后，在150℃下加热2小时，由此制作出评价用样本。
图27是示出本发明的比较例的功率模块的剖面构造示意图。在图中，使用粘接剂9将具备突出部720的壳体构件700与底板10粘接。在壳体构件700与底板10的粘接部位处粘接剂9与填充构件12接触。在比较例中，除了壳体构件700的形状以外，是与上述所记载的结构同样的结构。此外，为了方便，在比较例的图27中也使用与实施方式相同的部件编号(除了壳体构件7之外。)。
表1示出试制出的功率模块的规格(壳体构件形状)和故障模式以及寿命试验检查结果。
[表1]
Figure BDA0002385907470000241
针对该评价用样本而执行各种热循环试验。
试制出多个与实施例1～5以及比较例对应的评价用样本。试制出的功率模块被放入到能够对功率模块整体进行温度控制的恒温槽，实施热循环试验。在热循环试验中，调整恒温槽的温度，分别评价多个评价用样本。
在热循环试验中，改变高温时的恒温槽的温度，在两种条件下实施。在热循环试验的第一条件中，将把评价用样本在－40℃下保持30分钟、之后在125℃下保持30分钟设为1个循环(－40℃～125℃)，实施500个循环。另外，在热循环试验的第二条件中，将把评价用样本在－40下保持30分钟，之后在150℃下保持30分钟设为1个循环(－40℃～150℃)，实施500个循环。
在热循环试验中，针对每50个循环实施导通试验。在导通试验中，在发现故障的情况下，通过基于超声波影像装置FineSAT(日立工程与服务公司制)的非损坏的剥离观察和基于扫描型电子显微镜的剖面观察来调查故障的情况的主要原因。另外，最终在500个循环后，也按照同样的方法，确认在构造上没有问题。
表1示出试制出的功率模块的规格(壳体构件形状)、故障模式以及寿命试验检查结果。在各种评价中，评价了3台功率模块。在表1中，在热循环试验的500个循环后的导通试验(寿命试验)中，将3台全部合格的项目记载为“○”，将1台或者两台合格的项目记载为“△”，将没有达到合格的功率模块的项目记载为“×”。在故障模式下，记载发生导通不良的评价样本的构造解析结果(“剥离”等)，在没发现故障的情况下，记载为“－”。
[比较例]
首先，最初，说明本发明的比较例的评价用样本的评价结果。在第一条件(－40℃～125℃)的试验评价中，在1台样本中，在500个循环后发生导通不良。因此，在寿命试验中记载为“△”。另外，在第二条件(－40℃～150℃)的试验评价中，在3台样本中，在100个循环后发生导通不良。因此，在寿命试验中记载为“×”。通过寿命试验后的构造解析，在任意的导通不良样本中，故障模式都为“剥离”。即，可知在比较例的评价用样本中，功率模块600有时在第一条件下发现发生导通不良的情况，在第二条件下在当前状况的构造下难以避免功率模块的动作不良(参照表1)。
在与粘接剂9相当的部位使用了硅酮粘接剂，在与填充构件12相当的部位使用了环氧树脂。如图26所示，关于环氧树脂，将壳体构件7与底板10粘接的硅酮粘接剂与环氧树脂在粘接部位处接触。其结果，在如本次的评价条件那样的在承受极端的温度变化的环境下使用的情况下，由于在硅酮粘接剂与环氧树脂之间由于线膨胀系数差所引起的热应力、或者硅酮粘接剂与环氧树脂的极性的不同所致的融合难度，在环氧树脂中产生裂纹及剥离。所产生的裂纹及剥离在底板10与环氧树脂之间使剥离发展，进而到达半导体元件1，从而发生绝缘不良。因此，功率模块的可靠性劣化。
[实施例1]
接下来，说明实施方式1的评价用样本的评价结果。在实施方式1中，在俯视时壳体构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备在剖视时与填充构件12相接的壳体构件7的内周侧与底板10的正面相接的倾斜面71(前端变细的锥形形状)。因此，成为硅酮粘接剂与环氧树脂不接触的构造。
可知在第一条件(－40℃～125℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块100正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，可知在第二条件(－40℃～150℃)的试验评价中，在3台样本中在500个循环后也不发生导通不良，功率模块100正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，在任意的评价样本中，通过寿命试验后的构造解析都未发现故障，故障模式记载为“－”(参照表1)。
[实施例2]
接下来，说明实施方式2的评价用样本的评价结果。在实施方式2中，在俯视时壳体构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾斜面71处，在剖视时与填充构件12相接的壳体构件7的内周侧与底板10的正面相接。另外，在壳体构件7的内周侧具备与底板10的正面相接的平坦部73。因此，成为硅酮粘接剂(粘接剂9)与环氧树脂(填充构件12)不接触的构造。
可知在第一条件(－40℃～125℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块200正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，可知在第二条件(－40℃～150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块100正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，在任意的评价样本中，通过寿命试验后的构造解析都未发现故障，故障模式记载为“－”(参照表1)。
[实施例3]
接下来，说明实施方式3的评价用样本的评价结果。在实施方式3中，在俯视时壳体构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾斜面71处，在剖视时与填充构件12相接的壳体构件7的内周侧与底板10的正面相接。另外，壳体构件7的突出部72在内周侧具备越接近底板10的背面侧越远离底板10的侧面的第二倾斜面74。因此，成为硅酮粘接剂与环氧树脂不接触的构造。
可知在第一条件(－40℃～125℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块300正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，可知在第二条件(－40℃～150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块100正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，在任意的评价样本中，通过寿命试验后的构造解析都未发现故障，故障模式记载为“－”(参照表1)。
[实施例4]
接下来，说明实施方式4的评价用样本的评价结果。在实施方式4中，在俯视时壳体构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾斜面71处，在剖视时与填充构件12相接的壳体构件7的内周侧与底板10的正面相接。另外，在壳体构件7的内周侧具备嵌入到底板10的正面的凹部76的嵌入部75。因此，成为硅酮粘接剂与环氧树脂不接触的构造。
可知在第一条件(－40℃～125℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块400正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，可知在第二条件(－40℃～150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块100正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，在任意的评价样本中，通过寿命试验后的构造解析都未发现故障，故障模式记载为“－”(参照表1)。
[实施例5]
接下来，说明实施方式5的评价用样本的评价结果。在实施方式5中，在俯视时壳体构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾斜面71处，在剖视时与填充构件12相接的壳体构件7的内周侧与底板10的正面相接。在实施方式5中，从壳体构件7的底面的壳体构件的内周部侧至外周部侧为止(整个面)为倾斜面71。因此，成为硅酮粘接剂与环氧树脂不接触的构造。
可知在第一条件(－40℃～125℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块500正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，可知在第二条件(－40℃～150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不良，功率模块100正常地动作。因此，在寿命试验中记载为“○”。另外，在任意的评价样本中，通过寿命试验后的构造解析都未发现故障，故障模式记载为“－”(参照表1)。
根据这些评价结果，在壳体构件7的内周侧使壳体构件7的底面与底板10的正面接触，消除了硅酮粘接剂(粘接剂9)与环氧树脂(填充构件12)的接触部位，所以能够得到在热循环试验中不发生剥离的可靠性高的功率模块。
特别是在使用了SiC作为半导体元件1的情况下，为了发挥电力半导体元件的特征，在比为Si时更高的温度下使电力半导体元件动作。在搭载SiC器件的功率模块中，需要更高的可靠性，所以实现可靠性高的功率模块这样的本发明的优点更加有效。
上述实施方式应被理解为在所有的点上是例示，并非限制性的。本发明的范围不是通过上述实施方式的范围示出，而是通过专利权利要求书示出，包含与专利权利要求书等同的意义以及范围内的所有的变更。另外，也可以通过将在上述实施方式中公开的多个构成要素适当地组合而形成发明。

Claims (9)

1.一种功率模块，具备：
绝缘基板，在所述绝缘基板的正面接合有半导体元件；
底板，接合于所述绝缘基板的背面；
壳体构件，与所述底板一起包围所述绝缘基板，该壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的正面相接，在所述底面设置有倾斜面，该倾斜面越接近所述底板的外周侧越远离所述底板的正面；
粘接构件，填充于所述底板与所述倾斜面之间，将所述底板与所述壳体构件粘接；以及
填充构件，填充于由所述底板和所述壳体构件包围的区域。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其中，
所述底面在比所述倾斜面更外侧具备向所述底板侧突出的突出部。
3.根据权利要求2所述的功率模块，其中，
所述底面在比所述倾斜面更内侧具备与所述底板相接的平坦部。
4.根据权利要求2所述的功率模块，其中，
所述突出部的内周侧越接近所述底板的背面侧越远离所述底板的侧面。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的功率模块，其中，
所述底面在所述内周部侧具备嵌入到所述底板的嵌入部。
6.根据权利要求1所述的功率模块，其中，
所述倾斜面形成于从所述内周部侧至外周部侧为止。
7.一种功率模块的制造方法，具备：
半导体元件接合工序，将半导体元件接合于绝缘基板的正面；
绝缘基板接合工序，将所述绝缘基板的背面与底板接合；
壳体构件粘接工序，与所述底板一起包围所述绝缘基板，壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的正面相接，利用填充于倾斜面与所述底板之间的粘接构件将所述底板与所述壳体构件粘接，所述倾斜面设置于所述底面且越接近所述底板的外周侧越远离所述底板的正面；以及
填充构件填充工序，将填充构件填充于由所述底板和所述壳体构件包围的区域。
8.根据权利要求7所述的功率模块的制造方法，其中，
所述壳体构件粘接工序具备粘接构件填充工序，在该粘接构件填充工序中，使所述底面朝上，将所述底面与所述底板的正面相接地配置，将所述粘接构件填充于由所述倾斜面和所述底板包围的区域。
9.一种电力变换装置，具备：
主变换电路，具有权利要求1至6中的任意一项所述的功率模块，该主变换电路对所输入的电力进行变换而输出；以及
控制电路，将控制所述主变换电路的控制信号输出到所述主变换电路。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7365787B2 (ja) 2019-05-10 2023-10-20 三菱電機株式会社 半導体装置、電力変換装置、及び半導体装置の製造方法
JP7173375B2 (ja) * 2019-11-27 2022-11-16 三菱電機株式会社 半導体モジュール
JP7378333B2 (ja) * 2020-03-26 2023-11-13 三菱電機株式会社 パワー半導体モジュール

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606200A (en) * 1993-01-13 1997-02-25 Fuji Electric Co., Ltd. Resin sealed semiconductor device with improved structural integrity
JP2000340719A (ja) * 1999-05-26 2000-12-08 Hitachi Ltd パワー半導体装置
JP2007281233A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Denso Corp 半導体センサ装置およびその製造方法
CN101971719A (zh) * 2009-06-04 2011-02-09 揖斐电株式会社 多连片基板的制造方法以及多连片基板
CN103107100A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 富士电机株式会社 功率半导体器件的制造方法
CN103250242A (zh) * 2010-11-25 2013-08-14 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CN103958280A (zh) * 2011-11-29 2014-07-30 日立汽车系统株式会社 电子组件
JP2015041716A (ja) * 2013-08-23 2015-03-02 三菱電機株式会社 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法
CN107026129A (zh) * 2015-12-25 2017-08-08 富士电机株式会社 半导体装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59177979U (ja) * 1983-05-16 1984-11-28 富士通株式会社 電源供給構造
JPS6417455A (en) * 1987-07-10 1989-01-20 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
JPH09275155A (ja) * 1996-04-03 1997-10-21 Hitachi Ltd 半導体装置
JP2005146198A (ja) * 2003-11-19 2005-06-09 Shin Etsu Polymer Co Ltd 電子機器ケースの組立方法およびこれに用いるシリコーン接着剤
JP6045749B2 (ja) 2014-04-03 2016-12-14 三菱電機株式会社 半導体装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606200A (en) * 1993-01-13 1997-02-25 Fuji Electric Co., Ltd. Resin sealed semiconductor device with improved structural integrity
JP2000340719A (ja) * 1999-05-26 2000-12-08 Hitachi Ltd パワー半導体装置
JP2007281233A (ja) * 2006-04-07 2007-10-25 Denso Corp 半導体センサ装置およびその製造方法
CN101971719A (zh) * 2009-06-04 2011-02-09 揖斐电株式会社 多连片基板的制造方法以及多连片基板
CN103250242A (zh) * 2010-11-25 2013-08-14 三菱电机株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CN103107100A (zh) * 2011-11-10 2013-05-15 富士电机株式会社 功率半导体器件的制造方法
CN103958280A (zh) * 2011-11-29 2014-07-30 日立汽车系统株式会社 电子组件
JP2015041716A (ja) * 2013-08-23 2015-03-02 三菱電機株式会社 電力用半導体装置および電力用半導体装置の製造方法
CN107026129A (zh) * 2015-12-25 2017-08-08 富士电机株式会社 半导体装置

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