JP2017199829A - パワーモジュール構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーモジュールと冷却器を接合するときの位置決め管理機能により、冷却器付きパワーモジュールの生産性向上を達成すること。【解決手段】パワーモジュール１と冷却器１０が接合材９を介して一体に接合される。このパワーモジュール構造PM1において、冷却器１０のうち、パワーモジュール１が接合される面に、冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げた第１段差溝１１を設ける。パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄが第１段差溝１１の溝側面１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄと重なる重合部分１５を設ける。【選択図】図４

Description

本発明は、パワーモジュールと冷却器が接合材を介して一体に接合されるパワーモジュール構造に関する。

近年の電力機器の小型化・高出力化に伴い、パワーモジュールの冷却対策が重要になってきている。そのパワーモジュールの冷却方式として、半導体素子実装面と反対側に冷却器を設置して接合材を介して接合する直接冷却方式が一般的である。

その際、パワーモジュールと冷却器を接合する際に接合材の厚みを均一に制御することが課題の１つになる。これに対し、冷却部材６に絶縁配線基板１を接合する際、第二の金属板４（裏面電極）が折り曲げられた構造（折曲脚部２１）を用いて、接合材の厚みを均一にする工夫がなされた絶縁配線基板およびその取付方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−１１９０２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された従来技術にあっては、絶縁配線基板１を、冷却部材６の平面による接合面に対して接合するようにしている。従って、絶縁配線基板１と冷却部材６の接合は、位置決め治具を用いて冷却部材６に対する絶縁配線基板１の接合位置を所定位置に決め、接合作業中は位置決め状態を維持し、接合完了後に位置決め治具を外すことで行われる。このため、絶縁配線基板１と冷却部材６の接合作業に工数を要し、冷却器付きパワーモジュールの生産性が低下する、という問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、パワーモジュールと冷却器を接合するときの位置決め管理機能により、冷却器付きパワーモジュールの生産性向上を達成するパワーモジュール構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、冷却器が一体に接合されるパワーモジュール構造である。
冷却器のうち、パワーモジュールが接合される面に、冷却器表面の位置から掘り下げた段差溝を設ける。
パワーモジュールと冷却器を接合するとき、パワーモジュールの側面が段差溝の溝側面と重なる重合部分を設ける。

この結果、パワーモジュールと冷却器を接合するときの位置決め管理機能により、冷却器付きパワーモジュールの生産性向上を達成することができる。

実施例１のパワーモジュール構造を示す接合前の分解斜視図である。 実施例１のパワーモジュール構造を示す接合後の斜視図である。 実施例１のパワーモジュール構造を示す図１のＡ−Ａ線による分解断面図である。 実施例１のパワーモジュール構造を示す図２のＢ−Ｂ線による断面図である。 実施例２のパワーモジュール構造を示す断面図である。 比較例のパワーモジュール構造において品質不良となる場合の一例を示す断面図である。 実施例３のパワーモジュール構造を示す断面図である。 実施例４のパワーモジュール構造を示す断面図である。 実施例５のパワーモジュール構造を示す断面図である。 実施例６のパワーモジュール構造を示す接合前の分解斜視図である。 実施例６のパワーモジュール構造を示す接合後斜視図である。 実施例６のパワーモジュール構造を示す平面図である。 実施例６のパワーモジュール構造を示す図１２のＣ−Ｃ線による断面図である。 実施例６のパワーモジュール構造を示す図１２のＤ−Ｄ線による断面図である。

以下、本発明のパワーモジュール構造を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例６に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
実施例１におけるパワーモジュール構造は、電動車両において走行用駆動源として搭載されるモータジェネレータのインバータユニットに適用したものである。以下、実施例１のパワーモジュール構造の構成を、図１〜図４に基づいて説明する。

実施例１のパワーモジュール構造PM1は、図１〜図４に示すように、パワーモジュール１と、接合材９と、冷却器１０と、を備え、パワーモジュール１と冷却器９が接合材９を介して一体に接合されることで構成される。
ここで、「パワーモジュール」とは、電力を制御するパワーMOSFETや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）などのパワーデバイスの駆動回路や自己保護機能を組み込んだ電力用半導体素子のことをいう。この「パワーモジュール」は、「インテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module、IPM）」とも呼ばれる。

前記パワーモジュール１は、図３に示すように、半導体素子２と、絶縁配線基板４と、ベース板７と、モールド樹脂８と、を有して構成されている。半導体素子２は、IGBT、MOSFETなどのパワー半導体から構成されている。絶縁配線基板４は、表面電極４-1と絶縁板４-2と裏面電極４-3を有して構成されている。表面電極４-1と裏面電極４-3は、銅・アルミ等の高熱伝導金属材料を素材とし、絶縁板４-2は、窒化アルミ、窒化ケイ素、アルミナといった絶縁材料を素材とする。ベース板７は、銅・アルミなどの高熱伝導金属材料で成形されている。

半導体２と絶縁配線基板４とは、はんだ材などの接合材３を介して接合されている。絶縁配線基板４とベース板７は、はんだ材やろう材といった接合材５を介して接合されている。ここで、接合材３としては、接合材５の融点以下の材料が用いられる。そして、半導体２と接合材３と絶縁配線基板４と接合材５とベース板７を重ねて実装した後に、エポキシ樹脂などによるモールド樹脂８によってトランスファーモールドされ、パワーモジュール１が成形されている。

成形後のパワーモジュール１は、図１及び図２に示すように、直方体形状であり、モジュール表面１ａの隅部からは、弱電信号端子６-1が突出している。モジュール裏面１ｂからは、図３及び図４に示すように、モジュール裏面１ｂと同一面によるベース板裏面７ｂが露出している。長辺方向（X方向）のモジュール側面１ｃ，１ｃは、モールド樹脂による壁面である。短辺方向（Y方向）のモジュール側面１ｄ，１ｄのそれぞれには、高さ方向（Z方向）の途中位置から板状の強電端子６-2がX方向に突出している。

前記接合材９は、パワーモジュール１を冷却器１０に接合するもので、例えば、シート状はんだ材が用いられる。パワーモジュール１と冷却器１０の接合に際しては、加圧状態で加熱して接合材９に含まれるはんだ粉末やはんだ粒子を溶融させることで行われる。なお、接合材９の融点は、接合材３や接合材９の融点よりも低い融点のはんだ仕様が望ましい。

前記冷却器１０は、銅やアルミなどの高熱伝導材料で成形されている。この冷却器１０は、図３に示すように、複数の冷媒通路１４と、第１段差溝１１と、を有する。複数の冷媒通路１４には、水や空気などの冷媒が、長辺方向（X方向）に循環して流れる。

第１段差溝１１は、冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げられた溝である。この第１段差溝１１は、パワーモジュール１のベース板裏面７ｂが、接合材９を介して接合される第１段差面１１ｂを有する。ここで、第１段差面１１ｂは、冷却器表面１０ａより低い位置であり、冷却器表面１０ａと平行な面である。

第１段差溝１１には、モジュール側面１ｃ，１ｃに対応するX方向の溝側面１１ｃ，１１ｃと、モジュール側面１ｄ，１ｄに対応するY方向の溝側面１１ｄ，１１ｄと、を有する。

第１段差溝１１の溝側面１１ｄ，１１ｄによるX方向溝幅は、パワーモジュール１のX方向長さに対する嵌め合い公差を考慮し、例えば、X方向長さに0.1〜0.3mm程度を加えた溝幅とされる。第１段差溝１１の溝側面１１ｃ，１１ｃによるY方向溝幅は、パワーモジュール１のY方向長さに対する嵌め合い公差を考慮し、例えば、Y方向長さに0.1〜0.3mm程度を加えた溝幅とされる。

第１段差溝１１の溝深さは、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄが第１段差溝１１の溝側面１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄと重なる重合部分１５の深さに、接合材９の厚さを考慮して決められる。例えば、第１段差溝１１の溝深さは、重合部分１５の深さを1.3mmとしたとき、接合材９の接合信頼性的に望ましい厚さ0.2mm程度を加え、1.5mm程度とされる。

次に、作用を説明する。
実施例１の作用を、「パワーモジュールと冷却器の接合作用」、「パワーモジュール構造の特徴作用」に分けて説明する。

［パワーモジュールと冷却器の接合作用］
パワーモジュール１と冷却器１０を接合する際は、まず、冷却器１０に設けた第１段差溝１１の第１段差面１１ｂに接合材９を配置する。そして、冷却器１０に設けた第１段差溝１１に対してパワーモジュール１を差し込み嵌合することにより、モジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄを溝側面１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄに重ね合わせる。

その後、パワーモジュール１と冷却器１０との間でZ方向に加圧し、加圧状態で加熱して接合材９に含まれるはんだ粉末やはんだ粒子を溶融させる。そして、所定の加圧/加熱時間が経過し、加圧/加熱を止めると、図４に示すように、パワーモジュール１と冷却器１０が、接合材９を介して接合される。

このように、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するときに、位置決め治具などを用いることなく、容易にパワーモジュール１のX-Y方向の位置決めが可能となる。

［パワーモジュール構造の特徴作用］
実施例１では、冷却器１０のうち、パワーモジュール１が接合される面に、冷却器表面１０ａの位置から掘り下げた段差溝（第１段差溝１１）を設ける。パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄが段差溝（第１段差溝１１）の溝側面１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄと重なる重合部分１５を設ける。

即ち、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄが第１段差溝１１の溝側面１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄと重なる重合部分１５が、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するときのX-Y方向の位置決め管理機能を発揮する。

従って、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、位置決め治具などを用いる場合に比べ、生産効率が高まる。加えて、冷媒通路１４を有する冷却器１０の基本形状を変更しないときは、第１段差溝１１を設けることで、パワーモジュール１のベース板裏面７ｂと冷媒通路１４との距離が重合部分１５の深さだけ近づき、パワーモジュール１の冷却効率が高まる。

実施例１では、段差溝を、冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げられ、パワーモジュール１のベース板裏面７ｂが接合材９を介して接合される第１段差面１１ｂを有する第１段差溝１１とする。従って、第１段差溝１１は、冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げるだけで形成される。この結果、冷却器１０の成形型などの僅かな形状変更などにより、容易に冷却器１０に第１段差溝１１が設けられる。

次に、効果を説明する。
実施例１のパワーモジュール構造PM1にあっては、下記の効果が得られる。

(1) パワーモジュール１と冷却器１０が接合材９を介して一体に接合されるパワーモジュール構造PM1である。
冷却器１０のうち、パワーモジュール１が接合される面に、冷却器表面１０ａの位置から掘り下げた段差溝（第１段差溝１１）を設ける。
パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、パワーモジュール１の側面（モジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄ）が段差溝（第１段差溝１１）の溝側面１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄと重なる重合部分１５を設ける（図４）。
このため、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するときの位置決め管理機能により、冷却器付きパワーモジュールの生産性向上を達成することができる。

実施例２は、実施例１のX-Y方向の位置決め管理機能に、接合材厚み管理機能を加えた例である。

図５は、実施例２のパワーモジュール構造を示す断面図である。以下、図５に基づき、実施例２の構成を説明する。

実施例２のパワーモジュール構造PM2は、図５に示すように、パワーモジュール１と、接合材９と、冷却器１０と、を備え、パワーモジュール１と冷却器９が接合材９を介して一体に接合されることで構成される。

冷却器１０は、第２段差溝１２を有する。第２段差溝１２は、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げられた溝である。この第２段差溝１２は、パワーモジュール１のベース板裏面７ｂが、接合材９を介して接合される第１段差面１２ｂと、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂが載置される第２段差面１２ｅを有する。ここで、モジュール裏面１ｂは、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄから内側に１〜２mm程度入り込んだ位置まで有する。

第１段差面１２ｂと第２段差面１２ｅは、共に冷却器表面１０ａより低い位置であり、冷却器表面１０ａとは互いに平行な平行面である。そして、第２段差面１２ｅが、第１段差面１２ｂより冷却器表面１０ａに近い位置にある。例えば、冷却器表面１０ａからの第１段差面１２ｂまでの溝深さを1.5mmとしたとき、冷却器表面１０ａから第２段差面１２ｅまでの深さ（＝重合部分１５の深さ）は、1.3mm程度とされる。そして、第２段差面１２ｅから第１段差面１２ｂまでの深さ（＝接合材９による接合厚さ）は、0.2mm程度とされる。

第２段差溝１２には、実施例１の第１段差溝１１と同様に、モジュール側面１ｃ，１ｃに対応するX方向の溝側面１２ｃ，１２ｃと、モジュール側面１ｄ，１ｄに対応するY方向の溝側面１２ｄ，１２ｄ（図示していない）と、を有する。そして、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄが第２段差溝１２の溝側面１２ｃ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｄと重なる重合部分１５が設けられる。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので図示並びに説明を省略する。

次に、接合材厚み管理作用を説明する。
例えば、パワーモジュールと冷却器を接合するとき、冷却器のフラットな表面に接合材を介してパワーモジュールを接合すると、図６に示すように、接合材の厚みの均一性が損なわれ、パワーモジュールが傾いてしまうことがある。このとき、パワーモジュールの傾き角度が、許容角度を超えてしまうと、接合不良品として扱われることになる。

これに対し、実施例２では、段差溝を、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げられた第２段差溝１２としている。このため、パワーモジュール１と冷却器１０を接合する際、モジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄを溝側面１２ｃ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｄに重ね合わせる。その後、パワーモジュール１と冷却器１０との間でZ方向に加圧すると、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂが第２段差面１２ｅに載置される。

よって、モジュール裏面１ｂが第２段差面１２ｅに載置された状態では、パワーモジュール１のベース板裏面７ｂと第１段差面１２ｂとの間に形成される均一な隙間が、接合材９による接合厚みになる。言い換えると、第２段差面１２ｅから第１段差面１２ｂまでの溝深さを管理すると、そのまま接合材９の厚みが管理されることになる。この結果、接合材９の厚み管理が容易となり、接合状態でパワーモジュール１が傾いてしまう接合不良を防止することが可能となる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２のパワーモジュール構造PM2にあっては、下記の効果が得られる。

(2) 段差溝を、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げられた第２段差溝１２とする。
第２段差溝１２は、パワーモジュール１の裏面内周部（ベース板裏面７ｂ）が接合材９を介して接合される第１段差面１２ｂと、パワーモジュール１の裏面外周部（モジュール裏面１ｂ）が載置される第２段差面１２ｅとを有する（図５）。
このため、上記(1)の効果に加え、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するときの接合材厚み管理機能により、接合状態でパワーモジュール１が傾いてしまう接合不良を防止することができる。

実施例３は、実施例２に対し、接合材９によるパワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性を向上させるようにした例である。

図７は、実施例３のパワーモジュール構造を示す断面図である。以下、図７に基づき、実施例３の構成を説明する。

実施例３のパワーモジュール構造PM3は、図７に示すように、パワーモジュール１と、接合材９と、冷却器１０と、を備えている。パワーモジュール１は、モジュール裏面１ｂからモジュール裏面１ｂと同一面によるベース板裏面７ｂが露出しているだけであり、実施例１及び実施例２の構成と同じである。冷却器１０は、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げられた第２段差溝１２を有する。

第２段差溝１２のうち、第１段差面１２ｂの外周部に、第１段差面１２ｂからさらに掘り下げられた第１凹部１２ｆ（例えば、掘り下げ深さ0.5mm）が設けられる。この第１凹部１２ｆは、パワーモジュール１の裏面に設けられるベース板７の端部より内側位置まで入り込んだ幅（例えば、2mm程度）を有する。
なお、他の構成は、実施例１，２と同様であるので図示並びに説明を省略する。

次に、接合信頼性の向上作用を説明する。
第１段差面１２ｂからさらに掘り下げられた第１凹部１２ｆを設けたことで、実施例２に比べて接合材９によるトータル接合面積を増加させることができる。加えて、接合材９への応力が集中する接合材９の端部の厚さを、例えば、0.7mm（＝0.2mm＋0.5mm）まで増やすこともできる。この結果、実施例２に比べてパワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性を向上させることが可能になる。
なお、他の作用は、実施例１，２と同様であるので、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例３のパワーモジュール構造PM3にあっては、下記の効果が得られる。

(3) 第２段差溝１２のうち、第１段差面１２ｂの外周部に、第１段差面１２ｂからさらに掘り下げられた凹部（第１凹部１２ｆ）を設ける（図７）。
このため、上記(2)の効果に加え、パワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性を向上させることができる。

実施例４は、実施例３に対し、接合材９によるパワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性をさらに向上させるようにした例である。

図８は、実施例４のパワーモジュール構造を示す断面図である。以下、図８に基づき、実施例４の構成を説明する。

実施例４のパワーモジュール構造PM4は、図８に示すように、パワーモジュール１と、接合材９と、冷却器１０と、を備えている。冷却器１０は、実施例３と同様に、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げられた第２段差溝１２を有する構成である。

パワーモジュール１のベース板７は、第１凹部１２ｆに対向する面よりも第１段差面１２ｂに対向する面が高い凸部７ａを有する構成としている。そして、ベース板７を、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂから凸部７ａの分だけ第１段差面１２ｂに向かって突出して設けている。ここで、凸部７ａの高さは、例えば、0.5mm程度とされる。
なお、他の構成は、実施例１〜３と同様であるので図示並びに説明を省略する。

次に、接合信頼性の向上作用を説明する。
第１段差面１２ｂからさらに掘り下げられた第１凹部１２ｆを設けるのに加えて、ベース板７に凸部７ａを有することで、実施例３に比べて接合材９によるトータル接合面積を増加させることができる。加えて、接合材９への応力が集中する接合材９の端部の厚さを、例えば、1.2mm（＝0.2mm＋0.5mm＋0.5mm）まで増やすこともできる。この結果、実施例３に比べてパワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性をさらに向上させることが可能になる。
なお、他の作用は、実施例１〜３と同様であるので、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例４のパワーモジュール構造PM4にあっては、下記の効果が得られる。

(4) ベース板７は、第１凹部１２ｆに対向する面よりも第１段差面１２ｂに対向する面が高い凸部７ａを有する。
ベース板７を、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂから凸部７ａの分だけ第１段差面１２ｂに向かって突出して設ける（図８）。
このため、上記(3)の効果に加え、パワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性をさらに向上させることができる。

実施例５は、実施例３に対し、ベース板７の加工を要することなく、接合材９によるパワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性をさらに向上させるようにした例である。

図９は、実施例５のパワーモジュール構造を示す断面図である。以下、図９に基づき、実施例５の構成を説明する。

実施例５のパワーモジュール構造PM5は、図９に示すように、パワーモジュール１と、接合材９と、冷却器１０と、を備えている。冷却器１０は、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げられた第２段差溝１２を有する。

第２段差溝１２のうち、第１段差面１２ｂの外周部に、第１段差面１２ｂからさらに掘り下げられた第２凹部１２ｇ（例えば、掘り下げ深さ0.5mm）が設けられる。この第２凹部１２ｇは、パワーモジュール１の裏面に設けられるベース板７の端部位置まで入り込んだ幅を有する。

パワーモジュール１のベース板７は、実施例４のように凸部７ａを設けることなく、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂから第１段差面１２ｂに向かって突出して設けている。ここで、ベース板７のモジュール裏面１ｂからの突出量は、厚さ2mm程度のベース板７に対し、例えば、0.5mm程度とされる。
なお、他の構成は、実施例１〜４と同様であるので図示並びに説明を省略する。

次に、パワーモジュール１の成形作用を説明する。実施例５の場合、モールド樹脂８によりベース板７を組み込んで成形する際、予めベース板７が突出するように樹脂成形型を作り込んでおく。これにより、パワーモジュール１のベース板７は、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂから第１段差面１２ｂに向かって突出して設けられる。つまり、実施例４のように凸部７ａを設ける切削加工が必要なくなり、コスト削減が可能になる。
なお、他の作用は、実施例１〜４と同様であるので、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例５のパワーモジュール構造PM5にあっては、下記の効果が得られる。

(5) 凹部を、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂに設けられるベース板７の端部位置まで入り込んだ幅を有する第２凹部１２ｇとする。
ベース板７を、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂから第１段差面１２ｂに向かって突出して設ける（図９）。
このため、(3)の効果に加え、コスト削減を可能にしながら、パワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性をさらに向上させることができる。

実施例６は、実施例１〜５では第２段差溝１２に設けた第２段差面１２ｅを、接合材厚み管理機能を発揮する面とするのに対し、冷却器表面１０ａを、接合材厚み管理機能を発揮する面として利用する例である。

図１０〜図１４は、実施例３のパワーモジュール構造を示す図である。以下、図１０〜図１４に基づき、実施例６の構成を説明する。

実施例６のパワーモジュール構造PM6は、図１０〜図１４に示すように、パワーモジュール１と、接合材９と、冷却器１０と、を備え、パワーモジュール１と冷却器９が接合材９を介して一体に接合されることで構成される。

パワーモジュール１は、モジュール裏面１ｂから突出する突出部として、ベース板７を突出して設けている。ベース板７は、実施例５と同様に、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂから第１段差面１３ｂに向かって突出して設けている。ここで、ベース板７のモジュール裏面１ｂからの突出量は、厚さ2mm程度のベース板７に対し、例えば、0.5mm程度とされる。

冷却器１０は、パワーモジュール１が接合される冷却器表面１０ａのうち、突出部であるベース板７に対応する方形領域を冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げた第３段差溝１３を有する。第３段差溝１３は、ベース板７が接合材９を介して接合される第１段差面１３ｂと、第１段差面１３ｂを囲む溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄと、溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄの複数個所に、溝側面を外側に広げた拡大部分１３ｅを設けている。ここで、第３段差溝１３の溝深さは、0.7mm程度としている。拡大部分１３ｅは、図１０に示すように、各溝側面１３ｃに４箇所でトータル８箇所位置に設けられ、直径5mm程度の円弧形状としている。

パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、突出部であるベース板７の外周部を冷却器表面１０ａに載置した状態で、ベース板７の側面が第３段差溝１３の溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄと重なる重合部分１５を設けている。
なお、他の構成は、実施例１〜５と同様であるので図示並びに説明を省略する。

次に、実施例６の作用を説明する。
パワーモジュール１と冷却器１０を接合する際は、まず、冷却器１０に設けた第３段差溝１３の第１段差面１３ｂに接合材９を配置する。そして、冷却器１０に設けた第３段差溝１３に対してパワーモジュール１を差し込み嵌合することにより、ベース板７の側面を第３段差溝１３の溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄに重ね合わせる。このため、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するときに、位置決め治具などを用いることなく、容易にパワーモジュール１のX-Y方向の位置決めが可能となる。この結果、パワーモジュール１と冷却器１０を接合するときの位置決め管理機能により、冷却器付きパワーモジュールの生産性向上を達成することができる。

実施例６では、段差溝を、冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げられた第３段差溝１３としている。このため、パワーモジュール１と冷却器１０を接合する際、ベース板７の側面を溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄに重ね合わせる。その後、パワーモジュール１と冷却器１０との間でZ方向に加圧すると、パワーモジュール１のモジュール裏面１ｂのうち、ベース板７の外周部分が冷却器表面１０ａに載置される。このため、ベース板７の外周部分が冷却器表面１０ａに載置された状態では、パワーモジュール１のベース板裏面７ｂと第１段差面１３ｂとの間に形成される均一な隙間が、接合材９による接合厚みになる。言い換えると、冷却器表面１０ａから第１段差面１３ｂまでの溝深さを管理すると、そのまま接合材９の厚みが管理されることになる。この結果、接合材９の厚み管理が容易となり、接合状態でパワーモジュール１が傾いてしまう接合不良を防止することが可能となる。

実施例６では、第３段差溝１３のうち、溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄの複数個所に、溝側面を外側に広げた拡大部分１３ｅを設けている。従って、図１３の矢印Ｅで囲まれる枠内に示すように、拡大部分１３ｅによって接合材９とベース板７の接合面積が増加される。このため、パワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性を向上させることが可能になる。

実施例６では、冷却器表面１０ａを、接合材厚み管理機能を発揮する面として利用している。従って、段差溝として、２段掘り下げた段差溝を要さず、突出部であるベース板７に対応する方形領域を冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げた第３段差溝１３を形成するだけで良い。このため、実施例２〜実施例５に対して、段差溝の加工費を削減することができる。
なお、他の作用は、実施例１〜５と同様であるので、説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例６のパワーモジュール構造PM6にあっては、下記に列挙する効果が得られる。

(6) パワーモジュール１の裏面に、モジュール裏面１ｂから突出する突出部（ベース板７）を設ける。
冷却器１０のうち、パワーモジュール１が接合される面のうち、突出部（ベース板７）に対応する領域を冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げた段差溝（第３段差溝１３）を設ける。
パワーモジュール１と冷却器１０を接合するとき、突出部（ベース板７）の外周部を冷却器表面１０ａに載置した状態で、突出部（ベース板７）の側面が段差溝（第３段差溝１３）の溝側面１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄと重なる重合部分１５を設ける（図１４）。
このため、上記(1)の効果に加え、加工費を削減しながら、冷却器付きパワーモジュールの生産性向上と、パワーモジュール１の接合不良防止と、を併せて達成することができる。

(7) 段差溝（第３段差溝１３）の溝側面１３ｃ，１３ｃの複数個所に、溝側面１３ｃ，１３ｃを外側に広げた拡大部分１３ｅを設ける。
このため、(6)の効果に加え、パワーモジュール１と冷却器１０の接合信頼性を向上させることができる。

以上、本発明のパワーモジュール構造を実施例１〜実施例６に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１，６では、冷却器１０のうち、パワーモジュール１が接合される面に、冷却器表面１０ａの位置から１段掘り下げた段差溝を設ける例を示した。実施例２〜５では、冷却器表面１０ａの位置から２段掘り下げた段差溝を設ける例を示した。しかし、段差溝としては、少なくとも１段掘り下げた段差溝を有し、段差溝の側面位置に、パワーモジュールの裏面を引っ掛けることができる突起を設けるような構成としても良い。

実施例１〜５では、パワーモジュール１のモジュール側面１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄと、段差溝の溝側面が重なる重合部分１５を設ける例を示した。実施例６では、パワーモジュール１に有するベース板７の側面と、段差溝の溝側面が重なる重合部分１５を設ける例を示した。しかし、重合部分としては、パワーモジュールに有するベース板を実施例４に示すように凸部の側面と、段差溝の溝側面が重なる重合部分を設ける例としても良い。さらに、パワーモジュールのモジュール側面を段差構造とし、段差側面に段差溝の溝側面が重なる重合部分を設ける例としても良い。

実施例１〜６では、本発明のパワーモジュール構造を、電動車両において走行用駆動源として搭載されるモータジェネレータのインバータユニットに適用する例を示した。しかし、本発明のパワーモジュール構造は、様々な産業分野で用いられる電力機器のパワーモジュール構造として適用することができる。さらに、パワーモジュール構成については、1in1、2in1、6in1等の種々の構成において適用可能である。

PM1,PM2,PM3,PM4,PM5,PM6 パワーモジュール構造
１ パワーモジュール
１ｂ モジュール裏面（パワーモジュール１の裏面外周部）
１ｃ，１ｃ，１ｄ，１ｄ モジュール側面
２ 半導体素子
４ 絶縁配線基板
７ ベース板（突出部）
７ａ 凸部
７ｂ ベース板裏面（パワーモジュール１の裏面内周部）
８ モールド樹脂
９ 接合材
１０ 冷却器
１０ａ 冷却器表面
１１ 第１段差溝（段差溝）
１１ｂ 第１段差面
１１ｃ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｄ 溝側面
１２ 第２段差溝（段差溝）
１２ｂ 第１段差面
１２ｃ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｄ 溝側面
１２ｅ 第２段差面
１２ｆ 第１凹部（凹部）
１２ｇ 第２凹部（凹部）
１３ 第３段差溝（段差溝）
１３ｃ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄ 溝側面
１４ 冷媒通路
１５ 重合部

Claims (7)

1. パワーモジュールと冷却器が接合材を介して一体に接合されるパワーモジュール構造において、
   前記冷却器のうち、前記パワーモジュールが接合される面に、冷却器表面の位置から掘り下げた段差溝を設け、
   前記パワーモジュールと前記冷却器を接合するとき、前記パワーモジュールの側面が前記段差溝の溝側面と重なる重合部分を設ける
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。
2. 請求項１に記載されたパワーモジュール構造において、
   前記段差溝を、前記冷却器表面の位置から２段掘り下げられた第２段差溝とし、
   前記第２段差溝は、前記パワーモジュールの裏面内周部が前記接合材を介して接合される第１段差面と、前記パワーモジュールの裏面外周部が載置される第２段差面を有する
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。
3. 請求項２に記載されたパワーモジュール構造において、
   前記第２段差溝のうち、前記第１段差面の外周部に、前記第１段差面からさらに掘り下げられた凹部を設ける
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。
4. 請求項３に記載されたパワーモジュール構造において、
   前記凹部を、前記パワーモジュールのモジュール裏面に設けられるベース板の端部より内側位置まで入り込んだ幅を有する第１凹部とし、
   前記ベース板は、前記第１凹部に対向する面よりも前記第１段差面に対向する面が高い凸部を有し、
   前記ベース板を、前記パワーモジュールのモジュール裏面から前記凸部の分だけ前記第１段差面に向かって突出して設ける
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。
5. 請求項３に記載されたパワーモジュール構造において、
   前記凹部を、前記パワーモジュールのモジュール裏面に設けられるベース板の端部位置まで入り込んだ幅を有する第２凹部とし、
   前記ベース板を、前記パワーモジュールのモジュール裏面から前記第１段差面に向かって突出して設ける
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。
6. 請求項１に記載されたパワーモジュール構造において、
   前記パワーモジュールの裏面に、モジュール裏面から突出する突出部を設け、
   前記冷却器のうち、前記パワーモジュールが接合される面のうち、前記突出部に対応する領域を冷却器表面の位置から１段掘り下げた段差溝を設け、
   前記パワーモジュールと前記冷却器を接合するとき、前記突出部の外周部を前記冷却器表面に載置した状態で、前記突出部の側面が前記段差溝の溝側面と重なる重合部分を設ける
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。
7. 請求項６に記載されたパワーモジュール構造において、
   前記段差溝の溝側面の複数個所に、溝側面を外側に広げた拡大部分を設ける
   ことを特徴とするパワーモジュール構造。