JP2018181959A - 電力用半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置 - Google Patents

電力用半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置 Download PDF

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Abstract

【課題】２つの絶縁回路基板の間の間隔が狭い部分に絶縁性の封止材が隙間なく充填された電力用半導体装置およびその製造方法、ならびに電力変換装置を提供する。【解決手段】電力用半導体装置１０１は、筺体１と、第１の絶縁回路基板２と、第２の絶縁回路基板３と、封止材５とを備える。第１の絶縁回路基板２は筺体１に囲まれるように配置される。第２の絶縁回路基板３は、筺体１に囲まれ、第１の絶縁回路基板２との間に半導体素子４を挟むように第１の絶縁回路基板２と互いに間隔をあけて配置される。封止材５は筺体１に囲まれる領域を充填する。第１または第２の絶縁回路基板２，３には、一方の主表面から一方の主表面と反対側の他方の主表面に達する孔部７が形成される。筺体１の内壁面１Ｃの少なくとも一部からは、第１または第２の絶縁回路基板２，３と平面視において重なる領域まで延びる突起部１Ｅが、筺体１が囲む領域の側に延びている。【選択図】図２

Description

本発明は電力用半導体装置およびその製造方法に関し、特に２種類の絶縁回路基板とこれらの間に挟まれた半導体素子とを有する電力用半導体装置およびその製造方法に関するものである。また本発明は当該電力用半導体装置を適用した電力変換装置に関するものである。
金型内に半導体素子などが載置された状態でその内部に封止材を充填する際の、金型内に供給される封止材の流れ方を制御するために、突起部などの構造体をその内部に配置した半導体装置が、たとえば特開２０１６−２５１５４号公報（特許文献１）、特開２０１３−７４０３５号公報（特許文献２）および特開２０１５−１５９２５８号公報（特許文献３）などに開示されている。
特開２０１６−２５１５４号公報 特開２０１３−７４０３５号公報 特開２０１５−１５９２５８号公報
一般的な電力用半導体装置は、上記各特許文献のように、半導体素子および回路パターン同士が金属のワイヤまたは金属部材などを介して電気的に接続された構成を有している。しかし、さらなる高密度化および高信頼性化に向けて、半導体素子の上に大電流を通電可能な絶縁回路基板が重畳するように搭載された構成を有する電力用半導体装置の開発が進められている。
つまりこのような電力用半導体装置においては、第１の絶縁回路基板の上に半導体素子が載置され、さらにその上に第２の絶縁回路基板が配置接続された構成を有している。しかしながら、上記構成の電力用半導体措置は、第１の絶縁回路基板と第２の絶縁回路基板との間に両者の間隔が狭い部分が存在している。そのような間隔の狭い部分には封止材は流入しにくいため、そのような部分に絶縁性の封止材を隙間なく充填することが困難であるという課題がある。しかるに上記の各特許文献は、このような半導体素子上に絶縁回路基板が重畳するように搭載された構成を有さないため、２つの絶縁回路基板の間の狭い間隔部分の封止材の充填を改善する技術について開示されていない。
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、２つの絶縁回路基板の間の間隔が狭い部分に絶縁性の封止材が隙間なく充填された電力用半導体装置およびその製造方法、ならびにそのような電力用半導体装置を有する電力変換装置を提供することである。
本発明に係る電力用半導体装置は、筺体と、第１の絶縁回路基板と、第２の絶縁回路基板と、封止材とを備える。第１の絶縁回路基板は筺体に囲まれるように配置される。第２の絶縁回路基板は、筺体に囲まれ、第１の絶縁回路基板との間に半導体素子を挟むように第１の絶縁回路基板と互いに間隔をあけて配置される。封止材は筺体に囲まれる領域を充填する。第１または第２の絶縁回路基板には、一方の主表面から一方の主表面と反対側の他方の主表面に達する孔部が形成される。筺体の内壁面の少なくとも一部からは、第１または第２の絶縁回路基板と平面視において重なる領域まで延びる突起部が、筺体が囲む領域の側に延びている。
本発明に係る電力用半導体装置は、筺体と、第１の絶縁回路基板と、第２の絶縁回路基板と、封止材とを備える。第１の絶縁回路基板は筺体に囲まれるように配置される。第２の絶縁回路基板は、筺体に囲まれ、第１の絶縁回路基板との間に半導体素子を挟むように第１の絶縁回路基板と互いに間隔をあけて配置される。封止材は筺体に囲まれる領域を充填する。筺体の少なくとも一部には、筺体の最外面から当該最外面と反対側の内壁面に達する孔部が形成される。筺体の内壁面の少なくとも一部からは、第１または第２の絶縁回路基板と平面視において重なる領域まで延びる突起部が、筺体が囲む領域の側に延びている。
本発明に係る電力用半導体装置の製造方法においては、まず第１の絶縁回路基板の一方の主表面上に、半導体素子を挟むように、第２の絶縁回路基板が接合される。第１の絶縁回路基板、半導体素子、および第２の絶縁回路基板が、筺体に囲まれるように設置される。筺体に囲まれた領域に封止材を供給することにより、半導体素子が封止される。第１または第２の絶縁回路基板には、一方の主表面から他方の主表面に達する孔部が形成される。筺体の内壁面の少なくとも一部からは、第１または第２の絶縁回路基板と平面視において重なる領域まで延びる突起部が、筺体が囲む領域の側に延びるように形成される。
本発明によれば、半導体素子を挟む２つの絶縁回路基板のいずれか、または筺体に流通用の孔部が形成され、さらに上記突起部の部分への封止材の流通が妨げられる。このため、第１および第２の絶縁回路基板に挟まれた狭い領域に優先的に封止材が流入する。したがって上記狭い領域に隙間なく封止材が流れ充填された電力用半導体装置が供給される。
実施の形態１のパワーモジュールの構成を示す概略平面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う部分すなわち実施の形態１のパワーモジュールのケースの長辺の部分を含む構成を示す概略断面図（Ａ）と、図１のＢ−Ｂ線に沿う部分すなわち実施の形態１のパワーモジュールのケースの長辺であり外部出力端子を含む部分を含む構成を示す概略断面図（Ｂ）とである。 図１のＣ−Ｃ線に沿う部分すなわち実施の形態１のパワーモジュールのケースの短辺の部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態１のパワーモジュールの各部の隙間の寸法を定義する概略断面図である。 実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 実施の形態１のパワーモジュールの製造方法の第３工程を、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面で見た概略断面図（Ａ）と、図１のＡ−Ａ線に沿う断面で見た概略断面図（Ｂ）とである。 比較例のパワーモジュールの構成を示す概略平面図である。 比較例のパワーモジュールの製造方法における図７と同様の封止工程による封止材の流れを、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分を含む断面で見た概略断面図（Ａ）と、図１のＢ−Ｂ線に沿うケースの長辺の部分を含む断面で見た概略断面図（Ｂ）とである。 実施の形態１のパワーモジュールの製造方法における図７と同様の封止工程による封止材の流れを、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分を含む断面で見た概略断面図（Ａ）と、図１のＣ−Ｃ線に沿うケースの長辺の部分を含む断面で見た概略断面図（Ｂ）とである。 実施の形態２のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態３のパワーモジュールの構成を示す概略平面図である。 実施の形態３の第１例のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態３の第２例のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態４のパワーモジュールの構成を示す概略平面図である。 実施の形態４の第１例のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態４の第２例のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態４の第３例のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態５のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態６のパワーモジュールの、図１のＡ−Ａ線に沿うケースの長辺の部分に相当する部分を含む構成を示す概略断面図である。 実施の形態７に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず本実施の形態の電力用半導体装置としてのパワーモジュールの構成について、図１〜図４を用いて説明する。図１〜図４を参照して、本実施の形態のパワーモジュール１０１は、筺体としてのケース１と、第１の絶縁回路基板としての下側絶縁回路基板２と、第２の絶縁回路基板としての上側絶縁回路基板３と、半導体素子４と、ケース１内に充填される封止材５とを主に備えている。なお図２は図１のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う部分を示しており、図３は図１のＣ−Ｃ線に沿う部分を示している。このため図２（Ａ），（Ｂ）においては左右方向が図１の矩形状の短辺方向（上下方向）、図３においては左右方向が図１の矩形状の長辺方向（左右方向）に対応する。
ケース１は、下側絶縁回路基板２、上側絶縁回路基板３、半導体素子４、封止材５を平面視において取り囲むように配置された部材である。逆に言えば、下側絶縁回路基板２および上側絶縁回路基板３などは、ケース１に囲まれるように配置される。
図１に示すように、ケース１はたとえば矩形の枠状となっている。ケース１は、パワーモジュール１０１の最外部に配置されることによりその全体を取り囲む箱のような態様を有している。ケース１は、機械的強度および絶縁性の高い絶縁材料により形成されており、一般公知のＰＰＳ（PolyPhenylene Sulfide Resin）または液晶ポリマーなどにより形成されている。ＰＰＳの熱伝導率は約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
ケース１は、図２などにおける最下部を構成する一方の主表面１Ａと、図２などにおける最上部を構成する他方の主表面１Ｂとを有しており、これらの間において上記材質の部材が図２の上下方向に延びることにより、ケース１の本体部分を構成している。またケース１は、これが枠状を有することによりこれに囲まれる領域に対向する表面としての内壁面１Ｃを有している。さらにケース１は、特に一方の主表面１Ａ側の比較的下方の領域において内底面１Ｄを有している。内底面１Ｄは、ケース１の下部において本体部分が図２の左右方向に、すなわち一方の主表面１Ａに沿うように延びる領域の最上部であり、上記囲まれる領域内の底面を構成する他の主表面として形成される。ケース１の一方の主表面１Ａは、その平面視における最も外側の部分は他方の主表面１Ｂに対向し、それよりも内側の部分は内底面１Ｄに対向している。
さらに本実施の形態のケース１は、後述するように、その内壁面の少なくとも一部から突起部１Ｅが延びるように形成されている。
下側絶縁回路基板２は、パワーモジュール１０１全体の土台をなす平板状の部材である。下側絶縁回路基板２は、図２〜図４の下側の主表面としての一方の主表面２Ａと、一方の主表面２Ａと反対側すなわち図２〜図４の上側の主表面としての他方の主表面２Ｂとを有し、図１に示すようにたとえば矩形の平面形状を有する部材である。言い換えれば、下側絶縁回路基板２の一方の主表面２Ａおよび他方の主表面２Ｂは図１に示すような矩形状を有している。
下側絶縁回路基板２は、半導体素子４の発する熱を図２〜図４の下側絶縁回路基板２の下方へ放熱するための部材でもある。下側絶縁回路基板２は、金属ベース板２Ｃの上に絶縁シート２Ｄが積層され、さらに絶縁シート２Ｄ上の一部に上面パターン２Ｐが形成された構成を有している。ここでは、たとえば図２の下側絶縁回路基板２の最下部を繋いでできる面を一方の主表面２Ａとし、最上部を繋いでできる面を他方の主表面２Ｂとしている。したがって他方の主表面２Ｂは、上面パターン２Ｐが形成された領域においては上面パターン２Ｐの最上面となり、上面パターン２Ｐが形成されない領域においては絶縁シート２Ｄの最上面となる。
金属ベース板２Ｃは、半導体素子４の駆動時に発する熱をパワーモジュール１０１の外側すなわち一方の主表面２Ａからその下側に放出するための部材である。金属ベース板２Ｃは、たとえば銅またはアルミニウムなどからなるものであることが好ましいが、放熱性のよい金属材料であればこれらに限られたものではない。ただし軽量化および加工性の観点から、金属ベース板２Ｃはアルミニウムからなるものであることが好ましい。
絶縁シート２Ｄは、この上に載置される半導体素子４などと下側絶縁回路基板２とを互いに電気的に絶縁させるために、すなわち下側絶縁回路基板２全体を絶縁材料として機能させるために設けられた平板状の部材である。絶縁シート２Ｄは、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により構成されることが好ましい。絶縁シート２Ｄは、金属ベース板２Ｃ上の全面に配置されることにより、上面パターン２Ｐと金属ベース板２Ｃとを電気的に絶縁している。
上面パターン２Ｐは、図示されるように樹脂製の絶縁シート２Ｄ上に形成される、たとえば銅などの金属の薄膜である。上面パターン２Ｐは、その上方に配置される図示されない外部への接続端子などと電気的に接続されているとともに、半導体素子４とも電気的に接続されている。
なお以上においては下側絶縁回路基板２は、絶縁シート２Ｄにより上面パターン２Ｐを下方領域と電気的に絶縁可能な構成としている。しかし下側絶縁回路基板２はこれに限らず、たとえばセラミック基板であってもよい。あるいは下側絶縁回路基板２は、たとえばセラミックからなる絶縁基板の一方の主表面上に金属製の上面パターンまたはパターニングされたリードフレームが形成された構成であってもよい。
上側絶縁回路基板３は、下側絶縁回路基板２と互いに間隔をあけてその真上に、平面的に重なるように配置されている。上側絶縁回路基板３は、図２〜図４の下側の主表面としての一方の主表面３Ａと、一方の主表面３Ａと反対側すなわち図２〜図４の上側の主表面としての他方の主表面３Ｂとを有し、図１に示すようにたとえば矩形の平面形状を有する部材である。言い換えれば、上側絶縁回路基板３の一方の主表面３Ａおよび他方の主表面３Ｂは図１に示すような矩形状を有している。
上側絶縁回路基板３は、絶縁基板３Ｃと、絶縁基板３Ｃの図２における下側の主表面上に形成された下面パターン３Ｐ１と、絶縁基板３Ｃの図２における上側の主表面上に形成された上面パターン３Ｐ２とを有している。ここでは図２の上側絶縁回路基板３の最下部を繋いでできる面を一方の主表面３Ａとし、最上部を繋いでできる面を他方の主表面３Ｂとしている。したがって他方の主表面３Ｂは、上面パターン３Ｐ２が形成された領域においては上面パターン３Ｐ２の最上面となり、上面パターン３Ｐ２が形成されない領域においては絶縁基板３Ｃの最上面となる。なお図１における上面パターン３Ｐ２の形状および数などの配置態様については簡略化して示されており、実際には図１が示す態様とは異なっていてもよい。
より具体的には、図４に示すように、下側絶縁回路基板２の他方の主表面２Ｂ（ここでは絶縁シート２Ｄ上とするが上面パターン２Ｐ上であってもよい）から上側絶縁回路基板３の一方の主表面３Ａ（ここでは下面パターン３Ｐ１上とするが絶縁基板３Ｃ上であってもよい）までの間隔Ｇ１は、たとえば１．０ｍｍ程度（０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下）であることが好ましい。なお当該間隔Ｇ１としては、実際には１．２８ｍｍとされることが多い。また下面パターン３Ｐ１および上面パターン３Ｐ２は、絶縁基板３Ｃの主表面に沿って互いに間隔をあけて形成されてもよい。また半導体素子４の他方の主表面４Ｂとその上の上側絶縁回路基板３の一方の主表面３Ａとの間の狭い間隔Ｇ２は、たとえば０．５ｍｍ程度（０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下）であることが好ましい。
絶縁基板３Ｃは、たとえばセラミックまたは樹脂材料などの絶縁材料からなる平板形状の部材である。また下面パターン３Ｐ１および上面パターン３Ｐ２は、絶縁基板３Ｃ上に形成される、たとえば銅などの金属の薄膜である。
半導体素子４は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）およびＦＷＤｉ（Free Wheel Diode）などの電力用の素子が搭載された部材である。半導体素子４はたとえばシリコン（Ｓｉ）または炭化珪素（ＳｉＣ）の単結晶などにより形成されたチップ形状の部材である。しかしこれらに限らず半導体素子４は、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）またはダイヤモンドのような珪素よりもバンドギャップの大きい、いわゆるワイドバンドギャップ半導体により形成されてもよい。
半導体素子４は、図２〜図４の下側の主表面としての一方の主表面４Ａと、一方の主表面４Ａと反対側すなわち図２〜図４の上側の主表面としての他方の主表面４Ｂとを有している。半導体素子４は、図２の上下方向に関して互いに間隔をあけて重なるように配置される下側絶縁回路基板２と上側絶縁回路基板３とに挟まれるように、両者の間に配置されている。そして半導体素子４の一方の主表面４Ａは下側絶縁回路基板２と、他方の主表面４Ｂは上側絶縁回路基板３と、電気的に接続されている。具体的には、半導体素子４の一方の主表面４Ａと下側絶縁回路基板２の上面パターン２Ｐとは、第１接合材６Ａを介して互いに電気的に接合されている。また同様に、半導体素子４の他方の主表面４Ｂと上側絶縁回路基板３の下面パターン３Ｐ１とは、第２接合材６Ｂを介して互いに電気的に接合されている。第１接合材６Ａ、第２接合材６Ｂはたとえばダイボンディング用のはんだ材料により構成されていることが好ましいが、これに限らず、焼結性の銀粒子または銅粒子を含む接合材であってもよい。第１接合材６Ａおよび第２接合材６Ｂとして焼結性の接合材を用いることにより、はんだ材料を用いる場合に比べて寿命を向上させることができる。高温での動作が可能となる炭化珪素の半導体素子４が用いられる場合、その特性を生かす観点から、焼結材の第１接合材６Ａ，第２接合材６Ｂを用いることによるその寿命向上の効果をより高めることができる。
下側絶縁回路基板２は、ケース１に囲まれる領域の最下部に配置され互いに接合されることで、ケース１と下側絶縁回路基板２とにより容器状の部材が構成されている。したがって下側絶縁回路基板２の表面の少なくとも一部は、ケース１の表面と接着されており、これにより上記のように容器状の部材が構成される。この容器状の部材の内部、すなわち上側絶縁回路基板３および半導体素子４などが配置される領域を埋めるように、ケース１に囲まれる領域が、封止材５により充填されている。封止材５は一般公知のゲルなどが固化されたものであるが、液状のエポキシ樹脂であってもよい。
パワーモジュール１０１においては、上側絶縁回路基板３には、一方の主表面３Ａからその反対側の他方の主表面３Ｂに達する孔部としての注入口７が形成されている。注入口７は、図１および図２においては、上側絶縁回路基板３の平面視における中央部に１つ、下面パターン３Ｐ１の一方の主表面３Ａから上面パターン３Ｐ２の他方の主表面３Ｂまで延びており、上側絶縁回路基板３の厚み方向の全体を貫通している。
図１に示すように、注入口７はたとえば円形の平面形状を有していることが好ましい。これは後述するように、封止材５をケース１内に供給する際に、注入口７内に封止材５を噴出するノズルを差し込むためであり、注入口７が円形の平面形状を有することにより、当該ノズルの差し込みが容易となる。また上記のようにノズルを差し込むため、注入口７は平面視においてノズルの径よりも大きいサイズを有することが好ましい。また上記のように注入口７は基本的には上側絶縁回路基板３の平面視における中央に１つのみ形成されることが好ましいが、互いに間隔をあけて複数の注入口７が形成されてもよい。また後述するように、注入口７は上側絶縁回路基板３の平面視における中央以外の箇所に形成されてもよい。
ケース１の突起部１Ｅは、ケース１の内壁面１Ｃのうち、特に上側絶縁回路基板３の最上面である他方の主表面３Ｂのやや上方に、形成されている。より具体的には、図４に示すように、上側絶縁回路基板３の他方の主表面３Ｂ（ここでは上面パターン３Ｐ２上とするが絶縁基板３Ｃ上であってもよい）から突起部１Ｅの最下部までの間隔Ｇ３は、たとえばＧ２以下であることが好ましい。なお間隔Ｇ３は存在しなければならないものではなく、まったく存在しなくてもよい。すなわち突起部１Ｅの最下面と上側絶縁回路基板３の表面の一部とが互いに接触していてもよい。
下側絶縁回路基板２および上側絶縁回路基板３は、通常はケース１の内壁面１Ｃとは接することなく、ケース１の内壁面１Ｃとの間に間隔を有するように、ケース１に囲まれる領域に配置される。しかし突起部１Ｅは、内壁面１Ｃから、ケース１が囲む領域の側、すなわち上側絶縁回路基板３などが配置される側に向けて延びている。このため突起部１Ｅは、部分的に、下側絶縁回路基板２または上側絶縁回路基板３と平面視において重なる領域まで延びている。このため図１に示すように、ケース１の平面視における長辺に対向する上側絶縁回路基板３の領域は、上方から見たときに突起部１Ｅに覆われ視認できなくなっている。
図１および図２に示すように、突起部１Ｅは、矩形、すなわち長辺および短辺を有する平面形状を有するケース１の、長辺の内壁面１Ｃの少なくとも一部からのみ延びていることが好ましい。図１および図３に示すように、突起部１Ｅは、ケース１の矩形の平面形状の短辺の内壁面１Ｃからは延びていないことが好ましい。したがって図１に示すように、ケース１の平面視における短辺に対向する上側絶縁回路基板３の領域は、上方から見たときに突起部１Ｅに覆われることなくその全体が視認可能となっている。図２（Ａ）に示すように、本実施の形態においては、突起部１Ｅは、ケース１と一体として形成されている。すなわち突起部１Ｅはケース１と同一の材料により形成されている。なお突起部１Ｅは、ケース１の矩形の長辺の内壁面１Ｃの一部のみから延びていてもよいし、その全体から延びていてもよい。
図３に示すように、ケース１の長辺の内壁面１Ｃ（内壁面の少なくとも一部）からは、ケース１が囲む領域の側に向けて、載置部１Ｆが延びている。載置部１Ｆは突起部１Ｅよりも図３の下方に形成されている。載置部１Ｆは、下側絶縁回路基板２の平面視における他方の主表面２Ｂの一部（たとえば最外部）に接触するよう、他方の主表面２Ｂ上に載置される部分である。なお載置部１Ｆは、下側絶縁回路基板２の他方の主表面２Ｂと接触する最外部において互いに平面視において重なりあうとともに、上側絶縁回路基板３と平面視において重なる領域まで延びている。載置部１Ｆは基本的にケース１と一体となるように形成されるが、これに限らずケース１と別体として形成されてもよい。
その他、パワーモジュール１０１は、外部出力端子８をさらに備えている。外部出力端子８は、パワーモジュール１０１の内部と外部との電気的接続を可能とするための部材である。すなわち外部出力端子８は、パワーモジュール１０１内に配置される半導体素子４との間の電気信号の入出力を可能としている。そのために外部出力端子８は、図２（Ｂ）に示すように、上側絶縁回路基板３の上面パターン３Ｐ２に、第１接合材６Ａ，第２接合材６Ｂと同様のはんだ材料などの第３接合材６Ｃにより接合されている。
図１および図２に示すように、外部出力端子８は、突起部１Ｅと隣り合うように配置されていることが好ましい。すなわち外部出力端子８は、突起部１Ｅと同様に、ケース１の平面視における長辺の部分において、当該長辺の部分に配置される突起部１Ｅと、その長辺方向に関して隣り合うように配置されている。外部出力端子８は、ケース１の長辺方向に関して互いに間隔をあけて複数配置されてもよい。図１においては２つまたは３つの外部出力端子８が、長辺方向に関して隣り合うように配置されている。
図２（Ｂ）に示すように、外部出力端子８は、ケース１の延びる図２（Ｂ）の上下方向に延びる鉛直延在部分８Ａと、上側絶縁回路基板３の一方の主表面３Ａなどに沿う図２（Ｂ）の左右方向に延びる水平延在部分８Ｂと、これらの間の部分にて外部出力端子８を屈曲させる屈曲部８Ｃとを有している。鉛直延在部分８Ａは、その大部分がケース１の本体部分の内部に埋め込まれており、その最上部の端部のみがケース１から露出している。このケース１から露出した鉛直延在部分８Ａが、パワーモジュール１０１の外部と電気的に接続可能となっている。また水平延在部分８Ｂは屈曲部８Ｃに比較的近い領域のみケース１の本体部分の内部に埋め込まれており、残りの大部分はそこから露出してケース１に囲まれる領域内に配置される。そして上記残りの大部分は突起部１Ｅと同じ方向に延びており、たとえば上側絶縁回路基板３の一部（上面パターン３Ｐ２）と電気的に接続されている。図２（Ｂ）に示すように、外部出力端子８の水平延在成分８Ｂと上側絶縁回路基板３の上面パターン３Ｐ２とは、たとえば第３接合材６Ｃにより接合されている。第３接合材６Ｃは第１接合材６Ａ、第２接合材６Ｂと同様に、たとえばダイボンディング用のはんだ材料により構成されていることが好ましいが、これに限らず、焼結性の銀粒子または銅粒子を含む接合材であってもよい。
次に、図５〜図７を用いて、本実施の形態のパワーモジュール１０１の製造方法について簡単に説明する。
図５を参照して、まず下側絶縁回路基板２、上側絶縁回路基板３および半導体素子４が準備される。なお下側絶縁回路基板２の上面パターン２Ｐ、および上側絶縁回路基板３の下面パターン３Ｐ１などは、たとえば絶縁シート２Ｄの他方の主表面２Ｂ上および絶縁基板３Ｃの一方の主表面３Ａ上に一般公知の印刷法などにより金属層がたとえばプレス加工により形成され、その後一般公知の写真製版技術などにより当該金属層が所望の平面形状にパターニングされることにより形成される。ただし上面パターン２Ｐおよび下面パターン３Ｐ１などは、先に所望の平面形状および厚みにパターニングされた金属製の部材がその後プレス加工により絶縁シート２Ｄの他方の主表面２Ｂ上および絶縁基板３Ｃの一方の主表面３Ａ上などに形成されてもよい。
また下側絶縁回路基板２または上側絶縁回路基板３には、一方の主表面からその反対側の他方の主表面に達する孔部としての注入口７が形成される。ここでは上側絶縁回路基板３の平面視における中央部に１つの注入口７が形成されている。
次に、下側絶縁回路基板２の一方の主表面２Ａ上に、半導体素子４を挟むように、上側絶縁回路基板３が接合される。具体的には、たとえば下側絶縁回路基板２の最上面である上面パターン２Ｐの上に、半導体素子４の一方の主表面４Ａが、第１接合材６Ａを介して接合される。また上側絶縁回路基板３の最下面である下面パターン３Ｐ１の上に、半導体素子４の他方の主表面４Ｂが、第２接合材６Ｂを介して接合される。
図６を参照して、図５の工程において互いに積層された下側絶縁回路基板２、上側絶縁回路基板３および半導体素子４の組が、ケース１に囲まれるように、ケース１の枠体内に収まるように設置される。具体的には、特にケース１の比較的下方の領域が下側絶縁回路基板２の表面の一部であるその端面およびそれに隣接する他方の主表面２Ｂの一部の領域などに接触し、ケース１に嵌合されるように設置されることが好ましい。これによりケース１の表面の一部と下側絶縁回路基板２の表面の一部とが隙間なく接触すれば、両者により容器状の部材が形成され、当該容器状の部材の内部に封止材５などを供給することが可能となる。
図７（Ａ），（Ｂ）を参照して、図６の工程においてケース１に囲まれた、容器状の部材内の領域に、封止材５が供給されることにより、ケース１内の下側絶縁回路基板２、上側絶縁回路基板３および半導体素子４の各部材が封止される。具体的には、図７を参照して、たとえば上側絶縁回路基板３に形成された注入口７に、封止材５の供給用のノズルＮＺが挿入され、そのノズルＮＺの先端部からたとえばゲル状の封止材５が噴出される。ノズルＮＺは先端部が下側を向くように挿入されるため、噴出された封止材５は、たとえばノズルＮＺの下方から下側絶縁回路基板２の他方の主表面２Ｂ上の領域を流れ、その後上側絶縁回路基板３の他方の主表面３Ｂ上の領域側へ、図中の矢印が示す流れＦのように流れる。以上に示す射出成形工程により、封止材５は、ケース１内の全領域を充填するように配置される。ケース１および下側絶縁回路基板２により形成される容器状の部材内を充填する封止材５は、その固化により固形部材として配置される。
なお上記のように、ケース１の内壁面１Ｃの少なくとも一部からは、上側絶縁回路基板３と平面視において重なる領域までケースが囲む領域の側に延びる突起部１Ｅが形成される。ここでは突起部１Ｅは、ケース１と一体として形成される。
次に、図８〜図９の比較例、および図１０を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。
図８および図９（Ａ），（Ｂ）を参照して、比較例のパワーモジュール９０１についても基本的に本実施の形態のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしパワーモジュール９０１においては、本実施の形態のパワーモジュール１０１のような上側絶縁回路基板３の注入口７、およびケース１の内壁面１Ｃから延びる突起部１Ｅが、形成されていない。この点においてパワーモジュール９０１はパワーモジュール１０１と構成上異なっている。
図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、パワーモジュール９０１の形成工程における封止材５の供給時には、図中の矢印Ｆが示すように、上側絶縁回路基板３の上方から封止材５が、ケース１と下側絶縁回路基板２とによりなる容器状の部材内に、供給される。しかし上側絶縁回路基板３が、上側絶縁回路基板３より下方の領域、特に上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれた領域への封止材５の流入を遮る。また上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれた領域に流入した封止材５についても、上側絶縁回路基板３とケース１の内壁面１Ｃとの間の隙間から、上側絶縁回路基板３の上方の領域へ流出しやすい。上側絶縁回路基板３の上方に、上記流出を遮る突起部１Ｅが形成されていないためである。
したがって上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれた領域は封止材５で完全に充填された態様となりにくく、部分的に封止材５が存在しない隙間が形成されやすい。部分的に封止材５で充填されない領域が形成されれば、そこからパワーモジュール１０１への供給電力の放電が生じるなどの動作上の不具合が生じ得る。このため部分的に封止材５が充填されない状態となることを回避することが好ましい。
そこで本実施の形態のパワーモジュール１０１においては、上記のように上側絶縁回路基板３に孔部としての注入口７が形成されており、そこから封止材５が供給される。このため図１０に示すように、上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれた狭い領域にも容易に十分な量の封止材５を供給することができ、当該領域において封止材５を高密度に充填することができる。
またパワーモジュール１０１においてはケース１の内壁面１Ｃの一部に形成される突起部１Ｅが、上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれた狭い領域から、上側絶縁回路基板３の上方の領域への封止材５の流出を起こりにくくすることができる。このため上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれた狭い領域における充分な量の封止材５を維持することができる。
ただし、突起部１Ｅと上側絶縁回路基板３とは互いに接触していてもよいが、通常は図４の間隔Ｇ３が示す、０．４ｍｍ以下程度の狭い隙間を有する。これは突起部１Ｅから上方への封止材５の流出を抑制する必要があるとはいえ、上側絶縁回路基板３の上側の領域にも最終的には封止材５が供給される必要があるためである。当該隙間を有することにより、上側絶縁回路基板３の上側の領域にも最終的には封止材５を供給することができる。なお突起部１Ｅは図２などに示すように、上方の先端部において切欠きを有するような、台形状に近い平面形状を有している。このような形状を有することにより、最終的に上側絶縁回路基板３の上側の領域に封止材５を供給するための封止材５の流通をよりスムーズにし、当該部分に封止材５が流通することにより加えられる応力を緩和させることができる。
以上をまとめると、突起部１Ｅは、上側絶縁回路基板３の上方への過剰な封止材５の流出を防ぎ、必要最小限量だけ封止材５を上方へ流出させるよう制御可能な効果を有することが好ましい。この効果を奏する観点から、突起部１Ｅと上側絶縁回路基板３との間隔Ｇ３は、たとえば図４の間隔Ｇ１、および間隔Ｇ２よりも小さいことが好ましい。たとえば間隔Ｇ３が間隔Ｇ２（半導体素子４と上側絶縁回路基板３との隙間）よりも大きくなれば、突起部１Ｅから上方へ過剰に封止材５が流出しやすくなる。しかし間隔Ｇ３を間隔Ｇ２より小さくしておけば、間隔Ｇ３を介した封止材５の流通を抑制する効果がある程度高められる。
また突起部１Ｅは、ケース１の、長辺の内壁面１Ｃの少なくとも一部からのみ延びており、ケース１の短辺の内壁面１Ｃからは延びていない。つまり短辺側においてはケース１の内壁面１Ｃと上側絶縁回路基板３との間に広い隙間が形成されている。このため短辺側からは、下側絶縁回路基板２と上側絶縁回路基板３との間の領域から上側絶縁回路基板３の上方へ、封止材５が流出しやすくなる。このことによっても、上側絶縁回路基板３の上方への適度な封止材５の流出が可能となっている。
なおケース１の短辺の内壁面１Ｃのみから突起部１Ｅが延び、ケース１の長辺の内壁面１Ｃからは延びないよりも、ケース１の長辺の内壁面１Ｃのみから突起部１Ｅが延び、ケース１の短辺の内壁面１Ｃからは延びない方が好ましい理由は以下のとおりである。図７のように、平面視における上側絶縁回路基板３（ケース１）の中央に形成された注入口７から、ノズルＮＺにより波紋状に広がるように封止材５が供給される。このため供給された封止材５は、ケース１の短辺の内壁面１Ｃよりも、長辺の内壁面１Ｃに先に到達する。注入口７からの距離は、ケース１の短辺の内壁面１Ｃよりも長辺の内壁面１Ｃの方が短いためである。したがって封止材５は、ケース１の短辺の内壁面１Ｃよりも、ケース１の長辺の内壁面１Ｃを上方へ這い上がりやすくなる。なお注入口７が上側絶縁回路基板３の中央に形成されることにより、そこから１対の長辺の内壁面１Ｃのそれぞれに、ほぼ対称に、ほぼ同時に到達するように封止材５を波紋状に拡散させることができる。
このためケース１の長辺の内壁面１Ｃに突起部１Ｅが設けられることが好ましい。このようにしておけば、図７（Ｂ）のようにケース１の長辺の内壁面１Ｃを這い上がろうとするも突起部１Ｅに遮られた封止材５は、図７（Ａ）に示すように上側絶縁回路基板３の下側の領域をケース１の短辺の内壁面１Ｃ側へ流れる。したがって上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２との間の領域に隙間なく封止材５を供給可能となる。
その他、パワーモジュール１０１は、部分的にケース１内に埋め込まれる外部出力端子８を有することにより、これをケース１から剥がれたりすることなくパワーモジュール１０１に対して強固に固定することができる。またケース１が突起部１Ｅと隣り合うように配置されることにより、そのレイアウト効率を高めることができる。
本実施の形態においては突起部１Ｅはケース１と一体として形成されることにより、製造工程数が減少し、そのプロセスを単純化することができる。
実施の形態２．
図１１を参照して、本実施の形態のパワーモジュール２０１は、基本的に実施の形態１のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしパワーモジュール２０１においては、上側絶縁回路基板３ではなく下側絶縁回路基板２に、一方の主表面３Ａからその反対側の他方の主表面３Ｂに達する孔部としての注入口７が形成されている。なお図１１においては、下側絶縁回路基板２の平面視での中央部に上面パターン２Ｐが形成されるため、注入口７は下側絶縁回路基板２の平面視での中央部から離れた領域である図１１の中央部より右側に配置されている。しかし可能であれば、実施の形態１のパワーモジュール１０１において上側絶縁回路基板３の中央部に注入口７が形成されるのと同様に、本実施の形態においても下側絶縁回路基板２の中央部に注入口７が形成されることがより好ましい。このようにすれば、実施の形態１と同様に、そこから波紋状に広がる封止材５が先にケース１の長辺の内壁面１Ｃに到達することを可能とする。
本実施の形態においては、注入口７に封止材５の供給用のノズルが、その先端部が上側を向くように挿入され、その先端部から封止材５が噴出される。これにより、噴出された封止材５は、図７（Ａ）と同様に、たとえばノズルＮＺの下方から下側絶縁回路基板２の他方の主表面２Ｂ上の領域を流れ、その後上側絶縁回路基板３の他方の主表面３Ｂ上の領域側へ、図中の矢印が示す流れＦのように流れる。
以上のように、注入口７は、上側絶縁回路基板３に限らず、下側絶縁回路基板２に形成されてもよい。
その他については基本的に本実施の形態は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
実施の形態３．
図１２、図１３および図１４を参照して、本実施の形態のパワーモジュールは、基本的に実施の形態１のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては、実施の形態１の突起部１Ｅに相当する突起部１０が、ケース１の内壁面１Ｃに、ケース１とは別体として設置されている。
より具体的には、図１３の本実施の形態の第１例のパワーモジュール３０１においては、突起部１０はケース１の内壁面１Ｃの表面上に接合されている。また図１４を参照して、本実施の形態の第２例のパワーモジュール３０２においては、ケース１の内壁面１Ｃの一部に窪み部１Ｇが形成されており、突起部１０はその窪み部１Ｇに嵌合されている。ただし突起部１０が延びる方向、その他の形状については、実施の形態１の突起部１Ｅと同様であるため、詳細な説明を省略する。
本実施の形態においては、上記のように突起部１０がケース１の内壁面１Ｃに、ケース１とは別体として設置される。このため製造工程においては、突起部１０は、ケース１と下側絶縁回路基板２と上側絶縁回路基板３との積層された組とが互いに接着され容器状の部材が形成された後に、突起部１０を後付けすることができる。このため実施の形態１などよりも、上側絶縁回路基板３とその上方の突起部１０との間隔Ｇ３（図４参照）が所望の値となるようにより精密に制御することができる。なお突起部１０も突起部１Ｅと同様に、たとえば機械的強度および絶縁性の高い絶縁材料である、一般公知のＰＰＳまたは液晶ポリマーなどにより形成される。
その他については基本的に本実施の形態は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
実施の形態４．
図１５、図１６、図１７および図１８を参照して、本実施の形態のパワーモジュールは、基本的に実施の形態１のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態においては、上側絶縁回路基板３と、ケース１の一部分とが、接着剤により互いに固定されている。
より具体的には、図１６の本実施の形態の第１例のパワーモジュール４０１においては、上側絶縁回路基板３と、その上方の突起部１０とは、接着剤１１により互いが接合されるように固定されている。すなわち上側絶縁回路基板３の他方の主表面３Ｂの特に平面視における最外部の一部の領域と、その真上に重なるように配置される突起部１０の最下面の部分とが、接着剤１１により互いに固定されている。一方、図１７の本実施の形態の第２例のパワーモジュール４０２においては、上側絶縁回路基板３と、その下方の載置部１Ｆとは、接着剤１１により互いが接合されるように固定されている。さらに、図１８の本実施の形態の第３例のパワーモジュール４０３においては、図１６が示す位置と、図１７が示す位置との双方に接着剤１１が配置されており、上側絶縁回路基板３は、突起部１０および載置部１Ｆとの双方が、接着剤１１により互いが接合されるように固定されている。
なお図１５〜図１８においては、ケース１と別体として形成された突起部１０が図示されているが、これに限らず、本実施の形態の各例においてはケース１と一体として形成された突起部１Ｅが用いられてもよい。
本実施の形態においては、図１６および図１８のように接着剤１１により上側絶縁回路基板３と突起部１Ｅ，１０とが互いに固定される。このため、上側絶縁回路基板３とその上方の突起部１Ｅ，１０との間隔Ｇ３（図４参照）が所望の値となるようにより精密に制御することができる。同様に本実施の形態においては、図１７および図１８のように接着剤１１により上側絶縁回路基板３と載置部１Ｆとが互いに固定される。このため、上側絶縁回路基板３とその下方の載置部１Ｆとの間隔が所望の値となるようにより精密に制御することができる。基本的に、図１４のように突起部１０が窪み部１Ｇに嵌合される例においても、図１６のように突起部１０が内壁面１Ｃ上に接合される例においても、その接着位置を制御する効果は同等である。
接着剤１１を用いて上側絶縁回路基板３と突起部１０などとが接合固定されるため、たとえば上側絶縁回路基板３と外部出力端子８を接合する第３接合材６Ｃにより接合固定される場合に比べて、接合固定の強度を高くし、位置精度を安定させることができる。
なお仮にこの接着剤１１が突起部１Ｅ，１０と上側絶縁回路基板３とが重なる領域の全体に供給されるのであれば、上記の突起部１Ｅと上側絶縁回路基板３との隙間Ｇ３が０．４ｍｍ以下であることが好ましい（図４参照）との制約は実質的に意味をなさなくなる。突起部１Ｅ，１０と上側絶縁回路基板３との重なる部分の間には接着剤１１によりまったく隙間が存在しなくなり、その部分から封止材５が上方へ抜け出ることはなくなるためである。しかし図１５に示すように、突起部１Ｅ，１０と上側絶縁回路基板３とが重なる領域の全体に供給されるわけではなく、その一部の領域のみに供給され、部分的には接着剤１１の存在しない領域が残るのが通例である。このため上記のように間隔Ｇ３を制御することが好ましい。部分的に接着剤１１の存在しない領域を介して封止材５の流出が起こるためである。
その他については基本的に本実施の形態は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
実施の形態５．
図１９を参照して、本実施の形態のパワーモジュール５０１は、基本的に実施の形態１のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただしパワーモジュール５０１においては、上側絶縁回路基板３および下側絶縁回路基板２のいずれでもなく、ケース１の少なくとも一部に、ケース１の最外面１Ｈから、最外面１Ｈと反対側の内壁面１Ｃに達する孔部としての注入口７が形成されている。最外面１Ｈとはケース１を平面視したときの最も外側に配置される側面に相当し、内壁面１Ｃとほぼ平行に対向している。
注入口７は、概ね上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれる領域と上下方向の位置が等しい位置に形成されることが好ましく、たとえば半導体素子４と上下方向の位置が等しい位置に形成されることが好ましい。また図１９においてはケース１の短辺の部分に注入口７が形成されるが、ケース１の長辺の部分に注入口７が形成されてもよい。
本実施の形態においては、注入口７にノズルＮＺが、先端部が平面視における内側（半導体素子４などの配置される側）を向くように挿入され、封止材５が噴出される。これにより他の実施の形態と同様に、上側絶縁回路基板３と下側絶縁回路基板２とに挟まれる領域に確実に封止材５が供給されるため、当該領域において封止材５を隙間なく高密度に充填可能となる。
その他については基本的に本実施の形態は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
実施の形態６．
図２０を参照して、本実施の形態のパワーモジュール６０１は、基本的に実施の形態１のパワーモジュール１０１と同様の構成を有するため、同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を繰り返さない。ただし本実施の形態のパワーモジュール６０１のように、外部出力端子８と、上側絶縁回路基板３の上面パターン３Ｐ２とが、ワイヤ１３を介して電気的に接続されていてもよい。ワイヤ１３はアルミニウム、銀または銅により形成される細線であり、たとえば一般公知のワイヤボンディング工程により接合されていることが好ましい。なお図示されないが、本実施の形態のケース１も、たとえば図２（Ａ）と同様に、突起部１Ｅ（または突起部１０）を有する構成となっている。
その他については基本的に本実施の形態は実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を繰り返さない。
実施の形態７．
本実施の形態は、上述した実施の形態１〜６にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態７として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
図２１は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。図２１に示す電力変換システムは、電源１０００、電力変換装置２０００、負荷３０００から構成される。電源１０００は、直流電源であり、電力変換装置２０００に直流電力を供給する。電源１０００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１０００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
電力変換装置２０００は、電源１０００と負荷３０００の間に接続された三相のインバータであり、電源１０００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に交流電力を供給する。電力変換装置２０００は、図６に示すように、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１０と、主変換回路２０１０を制御する制御信号を主変換回路２０１０に出力する制御回路２０３０とを備えている。
負荷３０００は、電力変換装置２０００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３０００は特定の用途に限られるものではなく、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や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
以下、電力変換装置２０００の詳細を説明する。主変換回路２０１０は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１０００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３０００に供給する。主変換回路２０１０の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１０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から構成することができる。主変換回路２０１０の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれかを、上述した実施の形態１〜６のいずれかのパワーモジュール１０１，２０１，２０２，３０１に相当する半導体モジュール２０２０によって構成する。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、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２０１０の３つの出力端子は、負荷３０００に接続される。
また、主変換回路２０１０は、上記の各スイッチング素子および各還流ダイオードの少なくともいずれか（以下「（各）スイッチング素子」と記載）を駆動する駆動回路（図示なし）を備えている。しかし駆動回路は半導体モジュール２０２０に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール２０２０とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１０のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１０のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３０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）となり、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。
制御回路２０３０は、負荷３０００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１０のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３０００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１０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ＰＷＭ制御によって主変換回路２０１０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、オフ状態と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２０１０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。
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１０のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１〜６にかかるパワーモジュールを適用するため、下側絶縁回路基板２と上側絶縁回路基板３の間の領域の封止材５の充填性向上などの効果を実現することができる。
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、本発明は、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レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、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を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
以上に述べた各実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。
今回開示された実施の形態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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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が意図される。
１ ケース、１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａ 一方の主表面、１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ 他方の主表面、１Ｃ 内壁面、１Ｄ 内底面、１Ｅ，１０ 突起部、１Ｆ 載置部、１Ｇ 窪み部、１Ｈ 最外面、２ 下側絶縁回路基板、２Ｃ 金属ベース板、２Ｄ 絶縁シート、２Ｐ，３Ｐ２ 上面パターン、３ 上側絶縁回路基板、３Ｃ 絶縁基板、３Ｐ１ 下面パターン、４ 半導体素子、５ 封止材、６Ａ 第１接合材、６Ｂ 第２接合材、６Ｃ 第３接合材、７ 注入口、８ 外部出力端子、８Ａ 鉛直延在部分、８Ｂ 水平延在部分、８Ｃ 屈曲部、１１ 接着剤、１０１，２０１，３０１，３０２，４０１，４０２，４０３，５０１，６０１，９０１ パワーモジュール、１０００ 電源、２０００ 電力変換装置、２０１０ 主変換回路、２０３０ 制御回路、３０００ 負荷。

Claims (12)

  1. 筺体と、
    前記筺体に囲まれるように配置される第１の絶縁回路基板と、
    前記筺体に囲まれ、前記第１の絶縁回路基板との間に半導体素子を挟むように前記第１の絶縁回路基板と互いに間隔をあけて配置される第２の絶縁回路基板と、
    前記筺体に囲まれる領域を充填する封止材とを備え、
    前記第１または第２の絶縁回路基板には、一方の主表面から前記一方の主表面と反対側の他方の主表面に達する孔部が形成され、
    前記筺体の内壁面の少なくとも一部からは、前記第１または第２の絶縁回路基板と平面視において重なる領域まで延びる突起部が、前記筺体が囲む領域の側に延びている、電力用半導体装置。
  2. 前記半導体素子との間の電気信号の入出力を可能とする外部出力端子をさらに備え、
    前記外部出力端子は、前記筺体内に埋め込まれ、かつ前記突起部と隣り合うように配置される、請求項１に記載の電力用半導体装置。
  3. 前記突起部は前記筺体と一体として形成されている、請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
  4. 前記突起部は前記筺体の内壁面に、前記筺体とは別体として設置されている、請求項１または２に記載の電力用半導体装置。
  5. 前記第２の絶縁回路基板と、前記突起部とは、接着剤により互いに固定される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
  6. 前記筺体の内壁面の少なくとも一部からは、前記第１の絶縁回路基板の前記他方の主表面に接触するように載置する載置部が、前記筺体が囲む領域の側に延びており、
    前記第２の絶縁回路基板と、前記載置部とは、接着剤により互いに固定される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
  7. 前記筺体は長辺および短辺を有する矩形の平面形状を有し、
    前記突起部は、前記筺体の前記長辺の内壁面の少なくとも一部からのみ延びている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力用半導体装置。
  8. 筺体と、
    前記筺体に囲まれるように配置される第１の絶縁回路基板と、
    前記筺体に囲まれ、前記第１の絶縁回路基板との間に半導体素子を挟むように前記第１の絶縁回路基板と互いに間隔をあけて配置される第２の絶縁回路基板と、
    前記筺体に囲まれる領域を充填する封止材とを備え、
    前記筺体の少なくとも一部には、前記筺体の最外面から前記最外面と反対側の内壁面に達する孔部が形成され、
    前記筺体の前記内壁面の少なくとも一部からは、前記第１または第２の絶縁回路基板と平面視において重なる領域まで延びる突起部が、前記筺体が囲む領域の側に延びている、電力用半導体装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力用半導体装置を有し、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備えた電力変換装置。
  10. 第１の絶縁回路基板の一方の主表面上に、半導体素子を挟むように、第２の絶縁回路基板を接合する工程と、
    前記第１の絶縁回路基板、前記半導体素子、および前記第２の絶縁回路基板を、筺体に囲まれるように設置する工程と、
    前記筺体に囲まれた領域に封止材を供給することにより、前記半導体素子を封止する工程とを備え、
    前記第１または第２の絶縁回路基板には、一方の主表面から前記一方の主表面と反対側の他方の主表面に達する孔部が形成され、
    前記筺体の内壁面の少なくとも一部からは、前記第１または第２の絶縁回路基板と平面視において重なる領域まで延びる突起部が、前記筺体が囲む領域の側に延びるように形成される、電力用半導体装置の製造方法。
  11. 前記突起部は前記筺体と一体として形成される、請求項１０に記載の電力用半導体装置の製造方法。
  12. 前記突起部は前記筺体の内壁面に、前記筺体とは別体として設置される、請求項１０に記載の電力用半導体装置の製造方法。
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