JP2019153740A - 電力半導体装置、電力半導体装置の製造方法、および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性能と放熱性能との両立を図った電力半導体装置を得る。【解決手段】電力半導体装置１は、電力半導体モジュール１０と、電力半導体モジュールを固定する金属製のベース板２０と、電力半導体モジュールをベース板に固定する接着剤３０とを備えている。電力半導体モジュール１０は、実装面および非実装面を有するリードフレーム１１と、リードフレーム１１の実装面に実装された電力半導体チップ１２と、リードフレーム１１の実装面側および非実装面側の両面に設けられたモールド樹脂１５とを有している。リードフレーム１１とベース板２０とは、モールド樹脂１５および接着剤３０により絶縁されている。【選択図】図１

Description

この発明は、リードフレームを樹脂で封止するモールド封止型の電力半導体モジュールを備える電力半導体装置、電力半導体装置の製造方法、および回転電機に関するものである。

近年、車載機器に用いられる電力半導体装置では、自動車の燃費向上、電動化および高機能化にともない、電力半導体装置に入力される電力が増加し、高速スイッチング動作が行われている。これらの電力増加および高速スイッチング動作のため、電力半導体装置内の電力半導体チップの発熱は、増加する。電力半導体装置を効率よく動作させるためには、電力半導体チップでの発熱を効率よく逃がす必要がある。

従来の電力半導体装置は、内部に配線パターンが成形されたリードフレームと、スイッチング可能な電力半導体チップと、リードフレームおよび電力半導体チップを接続する接続部材と、これらを搭載する金属製のベース板と、リードフレームおよびベース板の間を絶縁する絶縁樹脂層とを備えている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された従来の電力半導体装置では、リードフレーム、電力半導体チップ、接続部材、ベース板であるヒートシンク、および絶縁樹脂層が一体で樹脂封止されている。この従来の電力半導体装置では、電力半導体チップで生じた熱は、電力半導体チップからリードフレームおよび絶縁樹脂層を介して、ベース板に逃がされている。

特開平１１−２４３１６６号公報

しかしながら、この特許文献１に記載された電力半導体装置には、以下のような課題がある。絶縁樹脂層には、金属物が混入する可能性がある。また、ベース板には、金属ばりが生じる可能性がある。これらのような場合、絶縁樹脂層に混入した金属物またはベース板に生じた金属ばりによって、絶縁樹脂層の絶縁性能は、低下する。また、混入した金属物または金属ばりによって、モールド樹脂に応力が作用する。そのため、モールド樹脂に割れまたはひびが発生し、モールド樹脂の絶縁性能が低下する。したがって、リードフレームとベース板との間のモールド樹脂または絶縁樹脂層に、絶縁不良が生じる。電力半導体装置製品が完成した後にモールド樹脂または絶縁樹脂層に上述したような不良が存在する場合には、製品の廃棄または検査工程の強化が必要となる。この結果、電力半導体装置の製造コストが増加する要因となる。また、絶縁不良を防止するために、モールド樹脂を厚くした場合、絶縁性能は上がるものの、電力半導体チップで生じた熱は、ベース板に逃がしにくくなり、放熱性能の低下を招く。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、絶縁性能と放熱性能との両立を実現する電力半導体装置、電力半導体装置の製造方法、および回転電機を得ることを目的とする。

この発明の電力半導体装置は、電力半導体モジュールと、電力半導体モジュールを固定する金属製のベース板と、電力半導体モジュールをベース板に固定する接着剤とを備えている。電力半導体モジュールは、実装面および非実装面を有するリードフレームと、リードフレームの実装面に実装された電力半導体チップと、リードフレームの実装面側および非実装面側の両面に設けられたモールド樹脂とを有している。この発明の電力半導体装置は、電力半導体チップ、リードフレーム、モールド樹脂、接着剤、ベース板の順に配置され、リードフレームとベース板とは、モールド樹脂および接着剤により絶縁されている。

この発明による電力半導体装置では、リードフレームとベース板とが、モールド樹脂および接着剤の積層構造を介して絶縁される構造を備えている。これにより、絶縁性能と放熱性能との両立を実現する電力半導体装置、電力半導体装置の製造方法、および回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１による電力半導体装置を示す断面図である。 図１の電力半導体装置を製造するフローチャートである。 作製された電力半導体モジュール、およびベース板に接着剤が塗布された状態を示す断面図である。 電力半導体モジュールが、接着剤を介して、ベース板に搭載された状態を示す断面図である。 電力半導体モジュールが、接着剤によって、ベース板に固定された状態を示す断面図である。 図１の接着剤の詳細を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態２による電力半導体装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による電力半導体装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による電力半導体装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態５による電力半導体装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態６による回転電機を示す断面図である。 図９の回転電機の回路構成を模式的に示す図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一もしくは相当部分は、同一符号または同一名称で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による電力半導体装置を示す断面図である。本実施の形態１による電力半導体装置１は、電力半導体モジュール１０と、ベース板２０と、接着剤３０とを備えている。電力半導体モジュール１０は、リードフレーム１１と、電力半導体チップ１２と、配線部材１３と、接続部材１４と、モールド樹脂１５とを有している。

リードフレーム１１は、金属製の板状部品である。リードフレーム１１には、例えば、銅またはアルミニウムを基材とした合金が用いられる。リードフレーム１１は、基材の金属が露出しているものが用いられる。しかし、リードフレーム１１の一部にめっき処理が施されているものが用いられてもよい。リードフレーム１１には、板状の材料にエッチング加工またはプレス加工を施すことによって、電力半導体チップ１２の各電極に対応する電極を含む配線パターンが成型されている。リードフレーム１１は、一方の面に実装面１１ａを有し、他方の面に非実装面１１ｂを有している。

電力半導体チップ１２は、リードフレーム１１の実装面１１ａに実装されている。電力半導体チップ１２は、スイッチング可能な半導体素子である。電力半導体チップ１２は、チップ下面電極１２ａとチップ上面電極１２ｂとを有している。チップ下面電極１２ａは、実装面１１ａに実装される側に設けられている。チップ上面電極１２ｂは、電力半導体チップ１２において、実装面１１ａに実装される側と反対側に設けられている。電力半導体チップ１２の動作時には、主電流は、電力半導体チップ１２の厚さ方向に流れる。また、チップ上面電極１２ｂには、はんだ付けができるように、例えば、Ｎｉめっき層が設けられている。

電力半導体チップ１２は、例えば、Ｓｉを材料として用いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、金属−酸化物−半導体型電界効果トランジスタ）を用いることができる。電力半導体チップ１２がＭＯＳＦＥＴである場合、チップ下面電極１２ａは、ドレイン電極であり、チップ上面電極１２ｂは、ソース電極である。この場合、電力半導体チップ１２は、チップ上面電極１２ｂと同じ側に、図示しないゲート電極を有している。

なお、電力半導体チップ１２の材料は、ＳｉＣ、ＧａＮ系、ＧａＡｓ系、またはダイヤモンドであってもよい。また、電力半導体チップ１２は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であってもよい。電力半導体チップ１２がＩＧＢＴである場合にも、電力半導体チップ１２は、チップ上面電極１２ｂと同じ側にゲート電極を有している。

配線部材１３は、チップ上面電極１２ｂとリードフレーム１１に形成されている電極とを接続する。配線部材１３は、金属製の板状部材である。配線部材１３の断面積は、通電する電流の量によって決められている。配線部材１３は、チップ上面電極１２ｂに接続される部分より、電力半導体チップ１２から離れる方向に変形されている。また、配線部材１３は、リードフレーム１１に接続される部分より、リードフレーム１１から離れる方向に変形されている。なお、配線部材１３は、金属製のボンディングワイヤを用いてもよい。電力半導体チップ１２にゲート電極が設けられている場合には、ゲート電極は、ワイヤーボンディングによって、リードフレーム１１の電極に接続されている。ゲート電極とリードフレーム１１の電極との間は、配線部材１３とは別の配線部材によって接続されてもよい。

接続部材１４は、３つの接合箇所にそれぞれ設けられている。接続部材１４の第１のものは、チップ下面電極１２ａとリードフレーム１１との間に配置され、チップ下面電極１２ａとリードフレーム１１に設けられた電極とを接続している。接続部材１４の第２のものは、チップ上面電極１２ｂと配線部材１３との間に配置され、チップ上面電極１２ｂと配線部材１３とを接続している。また、接続部材１４の第３のものは、配線部材１３とリードフレーム１１との間に配置され、配線部材１３とリードフレーム１１に設けられた電極とを接続している。接続部材１４には、はんだを用いている。接続部材１４には、微細な金属フィラーを含む導電性ペーストと樹脂との複合材を用いてもよい。

モールド樹脂１５は、リードフレーム１１、電力半導体チップ１２、配線部材１３、および接続部材１４を包み込むように配置されている。すなわち、モールド樹脂１５は、リードフレーム１１の実装面１１ａ側および非実装面１１ｂ側に設けられている。リードフレーム１１は、両端に外部接続端子１１ｃを有している。外部接続端子１１ｃは、モールド樹脂１５から延出している。モールド樹脂１５は、絶縁性のフィラーを含んでいる。外部接続端子１１ｃは、電力半導体モジュール１０の外部と、リードフレーム１１に接続された電力半導体チップ１２を含む電子部品とを接続するための端子である。

ベース板２０は、電力半導体モジュール１０を固定する。ベース板２０は、アルミニウムまたは銅を基材とした合金によって作られている。すなわち、ベース板２０は、金属製である。ベース板２０は、図示しない取り付け部を有し、電力半導体装置１が組み込まれる装置に取り付けられる。

接着剤３０は、電力半導体モジュール１０とベース板２０との間に配置されている。この時、接着剤３０は、リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側のモールド樹脂１５とベース板２０との間に配置されている。接着剤３０は、電力半導体モジュール１０をベース板２０に固定している。

次に、電力半導体装置１の作用について、図１を用いて説明する。電力半導体装置１では、電力半導体チップ１２、リードフレーム１１、モールド樹脂１５、接着剤３０、ベース板２０の順に配置されている。リードフレーム１１とベース板２０とは、モールド樹脂１５および接着剤３０により絶縁されている。これにより、電力半導体装置１は、絶縁性能を得ることができる。

モールド樹脂１５および接着剤３０は、電力半導体チップ１２で生じた熱を、ベース板２０に伝える伝熱経路となる。そのため、電力半導体チップ１２で生じた熱は、モールド樹脂１５および接着剤３０を介して、ベース板２０に逃がされる。これにより、電力半導体装置１は、放熱性能を得ることができる。

この場合、モールド樹脂１５の厚さを薄くすることによって、電力半導体チップ１２とベース板２０との距離を短くすることができる。そのため、モールド樹脂１５による熱抵抗を小さくすることができる。同様に、接着剤３０の厚さを薄くすることによって、接着剤３０による熱抵抗を小さくすることができる。

また、電力半導体モジュール１０のリードフレーム１１は、モールド樹脂１５および接着剤３０によって、ベース板２０から絶縁されている。これにより、電力半導体モジュール１０を、正常に動作させることができる。

次に、電力半導体装置１の製造方法について、図２〜図３Ｃを用いて説明する。図２は、図１の電力半導体装置を製造するフローチャートである。図２に示すように、電力半導体装置１の製造方法には、電力半導体モジュールを作製する電力半導体モジュール作製工程、ベース板に接着剤を塗布する塗布工程、接着剤が塗布されたベース板に電力半導体モジュールを搭載する搭載工程、および電力半導体モジュールを接着剤によってベース板に固定する固定工程を含まれている。

（電力半導体モジュール作製工程）
図３Ａは、作製された電力半導体モジュール１０、およびベース板２０に接着剤３０が塗布された状態を示す断面図である。電力半導体装置１を製造する際には、まず、電力半導体モジュール作製工程において、電力半導体モジュール１０を作製する。電力半導体モジュール作製工程では、まず、実装面１１ａおよび非実装面１１ｂを有するリードフレーム１１を用意する。次に、リードフレーム１１の実装面１１ａに接続部材１４を介して、電力半導体チップ１２を実装する。次に、接続部材１４、配線部材１３、および接続部材１４を介して、チップ上面電極１２ｂをリードフレーム１１の電極に接続する。また、ワイヤーボンディングによって、図示しないゲート電極をリードフレーム１１の電極と接続する。

次に、外部接続端子１１ｃを除くリードフレーム１１、電力半導体チップ１２、配線部材１３、および接続部材１４を、トランスファー成形法により、モールド樹脂１５で封止する。すなわち、実装面１１ａ側および非実装面１１ｂ側の両面をモールド樹脂１５により封止する。これにより、電力半導体モジュール１０は、作製される。この場合、電力半導体モジュール１０の検査を単品で行うことができる。そのため、電力半導体装置１に組み込む前に、不良品である電力半導体モジュールを排除することができる。これにより、電力半導体装置１の製造コストを下げることができる。なお、リードフレーム１１の外部接続端子１１ｃは、ベース板２０がある側と反対側に折り曲げる。この場合、リードフレーム１１の外部接続端子１１ｃは、ベース板２０と接触させない。

（塗布工程）
次に、塗布工程において、電力半導体モジュール１０を固定するベース板２０に接着剤３０を塗布する。電力半導体モジュール１０は、ベース板２０の一方の面２０ａに固定される。そのため、ベース板２０の面２０ａに、接着剤３０を塗布する。この場合、接着剤３０が塗布されたベース板２０の表面状態を検査することができる。この検査によって、ベース板２０において、接着剤３０の厚さを超える大きさを有するばりの有無を調べることができる。また、接着剤３０への導電性異物の混入の有無を調べることができる。そのため、電力半導体装置１の製造方法の初期において不良品の発生を抑制することができる。これにより、電力半導体装置の製造コストを下げることができる。

（搭載工程）
図３Ｂは、電力半導体モジュール１０が、接着剤３０を介して、ベース板２０に搭載された状態を示す断面図である。次に、搭載工程において、電力半導体モジュール１０をベース板２０に搭載する。搭載工程では、まず、リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側に設けられたモールド樹脂１５が、接着剤３０が塗布されたベース板２０の面２０ａと対向するように、電力半導体モジュール１０をベース板２０に配置する。次に、電力半導体モジュール１０によって接着剤３０を押し広げながら、電力半導体モジュール１０をベース板２０に搭載する。

（固定工程）
図３Ｃは、電力半導体モジュール１０が、接着剤３０によって、ベース板２０に固定された状態を示す断面図である。次に、固定工程によって、電力半導体モジュール１０をベース板２０に固定する。固定工程では、接着剤３０を硬化させる。接着剤３０の硬化は、例えば、接着剤３０を加熱することによって行うことができる、接着剤３０を硬化させることによって、電力半導体モジュール１０を、ベース板２０に固定する。

次に、接着剤３０の詳細について、図４を用いて説明する。図４は、図１の接着剤３０の詳細を模式的に示す断面図である。

接着剤３０は、接着剤本体３１と、複数の絶縁部材３２とを有している。複数の絶縁部材３２は、接着剤本体３１に内包されている。すなわち、接着剤３０は、複数の絶縁部材３２を内包している。各絶縁部材３２の表面形状は、丸みを帯びた形状である。各絶縁部材３２の硬度は、リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側に設けられたモールド樹脂１５の硬度より高い。

この時、リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側に設けられたモールド樹脂１５の厚さをＨ１、接着剤３０の厚さをＨ２とする。また、複数の絶縁部材３２の、接着剤３０の厚さ方向における幅は、個別に異なっている場合がある。接着剤３０の厚さ方向における複数の絶縁部材３２の幅のうちの最大幅をＤ１とする。実施の形態１では、Ｈ１＜Ｄ１≦Ｈ２を満たしている。

絶縁部材３２の硬度が非実装面１１ｂ側に設けられたモールド樹脂１５の硬度よりも高く、絶縁部材３２の表面形状が丸みを帯びた形状であるため、図３Ｂに示した搭載工程において、電力半導体モジュール１０をベース板２０に押し付けた際に、絶縁部材３２は、モールド樹脂１５に刺さることがない。そのため、モールド樹脂１５に割れまたはひびは発生しない。また、絶縁部材３２が破砕しないため、リードフレーム１１からベース板２０までの距離を、絶縁部材３２の最大幅Ｄ１以上に保つことができる。したがって、リードフレーム１１からベース板２０までの距離によって決められる絶縁耐量の最小値を規定することができる。

接着剤３０の厚さ方向における最大幅Ｄ１を有する絶縁部材３２を用いることにより、接着剤３０の厚さＨ２の最小値を決定することができる。また、Ｈ１＜Ｄ１を満たすことにより、リードフレーム１１とベース板２０との絶縁を確保しながら、電力半導体装置１の放熱性能を高めることができる。

また、電力半導体モジュール１０とベース板２０との距離が、接着剤３０の厚さ方向における絶縁部材３２の最大幅Ｄ１となるまで、電力半導体モジュール１０をベース板２０に押し付けることにより、絶縁耐量のばらつきを小さくすることができる。そのため、ばらつきを考慮して、モールド樹脂１５の厚さに必要以上のマージンを取る必要がない。これにより、電力半導体装置１のコストアップを防止できる。

また、ベース板２０の電力半導体モジュール１０が固定される面には、ばりが発生する可能性がある。また、接着剤３０には導電性異物が混入する可能性がある。さらに、電力半導体モジュール１０が固定されるベース板２０の面２０ａには、表面に粗さが生じている。ここで、ベース板２０のばりの大きさをＢ１とする。接着剤３０に含まれる導電性異物の、接着剤３０の厚さ方向の大きさをＢ２とする。ベース板２０の、電力半導体モジュール１０が固定される面２０ａにおける表面粗さをＢ３とする。ばりの大きさＢ１、異物の大きさＢ２、およびベース板２０の表面粗さＢ３のうちの最大値は、接着剤３０の厚さ方向における幅の絶縁部材３２の最大幅Ｄ１以下である。

ベース板２０のばりおよび接着剤３０に含まれる導電性異物は、絶縁部材３２よりも柔らかい接着剤本体３１に取り込まれる。そのため、非実装面１１ｂ側のモールド樹脂１５への侵入、モールド樹脂１５の割れまたはひびを防止することができる。また、ベース板２０のばりの大きさＢ１、接着剤３０に含まれる導電性異物の大きさＢ２、およびベース板２０の表面粗さＢ３は、接着剤３０の厚さＨ２以下となる。そのため、ベース板２０のばり、接着剤３０に含まれる導電性異物、およびベース板２０の表面の荒れは、モールド樹脂１５に到達しない。これにより、リードフレーム１１とベース板２０との絶縁を確保することができる。

この実施の形態１の電力半導体装置によれば、電力半導体モジュールは、リードフレームの非実装面側において、接着剤によって、ベース板に固定されている。すなわち、リードフレームとベース板とが、モールド樹脂および接着剤の積層構造を介して絶縁される構造を備えている。これにより、絶縁性能と放熱性能との両立を実現する電力半導体装置を供給することができる。

絶縁部材の硬度は、モールド樹脂の硬度よりも高いため、モールド樹脂に割れまたはひびは発生しない。これにより、リードフレームからベース板までの距離によって決められる絶縁耐量の最小値を規定することができる。

Ｈ１＜Ｄ１≦Ｈ２を満たすことにより、リードフレームとベース板との絶縁を確保しながら、電力半導体装置の放熱性能を高めることができる。

ベース板のばりの大きさ、接着剤に含まれる導電性異物の接着剤の厚さ方向の大きさ、およびベース板の電力半導体モジュールが固定される面の表面粗さのうちの最大値は、接着剤の厚さ方向における絶縁部材の最大幅以下である。これにより、リードフレームとベース板との絶縁を確保することができる。

この実施の形態１の電力半導体装置の製造方法によれば、電力半導体装置の製造方法の初期において不良品の発生を抑制することができる。これにより、電力半導体装置の製造コストを下げることができる。

また、この実施の形態１の電力半導体装置によれば、電力半導体モジュールの構造が変更される度に、モールド金型およびリードフレーム金型を作り直す必要がない。そのため、モールド金型およびリードフレーム金型の製造費用および製造期間が生じない。これにより、電力半導体装置を安価に製造することができる。

なお、電力半導体チップ１２に、電力半導体チップ１２の温度を検知する検温ダイオードを取り付けてもよい。リードフレーム１１には、検温ダイオードの電極に対応する電極が設けられる。この場合、検温ダイオードの電極と、リードフレーム１１に設けられた電極との間は、例えば、ワイヤーボンディングによって接続される。

実施の形態２．
次に、実施の形態２による電力半導体装置について、図５を用いて説明する。実施の形態２では、ベース板の、電力半導体モジュールが固定される側の面に凸部が設けられている。図５は、この発明の実施の形態２による電力半導体装置を示す断面図である。

この発明の実施の形態２による電力半導体装置２は、電力半導体モジュール１０と、ベース板２１と、接着剤３０とを備えている。ベース板２１は、平板部２１ａと凸部２１ｂとを有している。凸部２１ｂは、電力半導体モジュール１０が固定される側において、平板部２１ａから電力半導体モジュール１０に向けて突出している。接着剤３０は、電力半導体モジュール１０と凸部２１ｂとの間に配置されている。電力半導体モジュール１０は、接着剤３０によって、ベース板２１に固定されている。

リードフレーム１１の外部接続端子１１ｃとベース板２１との距離は、実施の形態１における外部接続端子１１ｃとベース板２０との距離より広がっている。そのため、外部接続端子１１ｃとベース板２１との絶縁性能を高めることができる。

また、電力半導体モジュール１０をベース板２１上に搭載する際に、接着剤３０が押し出され、凸部２１ｂの側面に流れることができる。そのため、接着剤３０の厚さが絶縁部材３２の最大幅Ｄ１となるまで、より容易に接着剤３０を押しつぶすことができる。これにより、より容易に、電力半導体モジュール１０の放熱性能を高めることができる。

この実施の形態２の電力半導体装置によれば、ベース板は、凸部を有している。その結果、外部接続端子とベース板との絶縁性能を高めることができる。また、電力半導体装置によれば、より容易に接着剤を押しつぶすことができる。その結果、より容易に、電力半導体モジュールの放熱性能を高めることができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３による電力半導体装置について、図６を用いて説明する。実施の形態３では、ベース板の凸部に嵌め合せることが可能な凹部がモールド樹脂に設けられている。図６は、この発明の実施の形態３による電力半導体装置を示す断面図である。

この発明の実施の形態３による電力半導体装置３は、電力半導体モジュール１６と、ベース板２２と、接着剤３０とを備えている。ベース板２２は、平板部２２ａと凸部２２ｂとを有している。凸部２２ｂは、電力半導体モジュール１６が固定される側において、平板部２２ａから電力半導体モジュール１６に向けて突出している。電力半導体モジュール１６では、リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側に設けられたモールド樹脂１５は、凸部２２ｂに対向する凹部１５ａを有している。凹部１５ａは、凸部２２ｂに嵌め合わされている。接着剤３０は、凹部１５ａと凸部２２ｂとの間に配置されている。電力半導体モジュール１０は、接着剤３０によって、ベース板２２に固定されている。

リードフレーム１１の非実装面１１ｂにおいて、凹部１５ａ以外の部分のモールド樹脂１５の厚さを厚くすることができるため、電力半導体モジュール１６の機械的強度は向上し、電力半導体モジュール１６の反りを低減することができる。

また、モールド樹脂は、モールド樹脂の流動性または電力半導体モジュールの形状によって、リードフレームを覆うことが困難になる場合がある。リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側のモールド樹脂１５に凹部１５ａを設けることにより、モールド樹脂が薄くなる部分の面積を小さくすることができる。これにより、モールド樹脂によりリードフレームの非実装面側を覆うことが、凹部を有しない場合と比べて容易に行える。

この実施の形態３の電力半導体装置は、電力半導体モジュールの非実装面側のモールド樹脂が有する凹部が、ベース板が有する凸部に嵌め合わされる構造を有している。その結果、電力半導体モジュールの強度を向上させ、電力半導体モジュールの反りを低減することができる。また、モールド樹脂によりリードフレームを覆うことが、モールド樹脂が凹部を有しない場合と比べて容易に行える。

実施の形態４．
次に、実施の形態４による電力半導体装置について、図７を用いて説明する。実施の形態４では、外部接続端子１１ｃとベース板との間に絶縁性部材が設けられている。図７は、この発明の実施の形態４による電力半導体装置を示す断面図である。

この発明の実施の形態４による電力半導体装置４は、電力半導体モジュール１０と、ベース板２０と、接着剤３０と、２つの絶縁性部材４０とを備えている。リードフレーム１１は、リードフレーム１１の両端のモールド樹脂１５から延出した部分に外部接続端子１１ｃを有している。２つの絶縁性部材４０のそれぞれは、リードフレーム１１の両端に設けられたそれぞれの外部接続端子１１ｃと、ベース板２０との間に設けられている。各外部接続端子１１ｃは、各絶縁性部材４０によって、ベース板２０にそれぞれ支持されている。各絶縁性部材４０のそれぞれの形状は、直方体形状である。各絶縁性部材４０は、絶縁性を有している。各絶縁性部材４０は、例えば、樹脂によって形成されている。

外部接続端子１１ｃとベース板２０との間に絶縁性部材４０を配置することによって、外部接続端子１１ｃとベース板２０との間の絶縁性を向上させることができる。また、ベース板２０に凸部を設けることなく、外部接続端子１１ｃとベース板２０との間の絶縁性を向上できるため、電力半導体装置を薄くすることができる。

この実施の形態４の電力半導体装置は、外部接続端子とベース板との間に絶縁性部材が配置される構成を有している。その結果、外部接続端子とベース板との間の絶縁性を向上させることができる。また、この実施の形態４の電力半導体装置によれば、電力半導体装置を薄くすることができる。

実施の形態５．
次に、実施の形態５による電力半導体装置について、図８を用いて説明する。実施の形態５は、実施の形態３および実施の形態４の組み合わせである。図８は、この発明の実施の形態５による電力半導体装置を示す断面図である。

この発明の実施の形態５による電力半導体装置５は、電力半導体モジュール１６と、ベース板２２と、接着剤３０と、２つの絶縁性部材４０とを備えている。電力半導体モジュール１６は、リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側のモールド樹脂１５に、凸部２２ｂに対向する凹部１５ａを有している。ベース板２２は、凸部２２ｂを有している。凹部１５ａは、凸部２２ｂに嵌め合わされている。各外部接続端子１１ｃは、各絶縁性部材４０によって、ベース板２２にそれぞれ支持されている。

リードフレーム１１の非実装面１１ｂ側のモールド樹脂１５に凹部１５ａとすることにより、モールド樹脂が薄くなる部分の面積が小さくすることができる。これにより、モールド樹脂によりリードフレームを覆うことが、凹部を有しない場合と比べて容易に行える。

また、外部接続端子１１ｃとベース板２２との間に絶縁性部材４０を配置することによって、外部接続端子１１ｃとベース板２２との間の絶縁性を向上させることができる。

この実施の形態５の電力半導体装置は、モールド樹脂の凹部がベース板の凸部に嵌め合わされている構造を有している。その結果、電力半導体モジュールの強度を向上させ、電力半導体モジュールの反りを低減することができる。また、モールド樹脂によりリードフレームを覆うことが、モールド樹脂が凹部を有しない場合と比べて容易に行える。

また、この実施の形態５の電力半導体装置は、外部接続端子とベース板との間に絶縁性部材が配置される構成を有している。その結果、外部接続端子とベース板との間の絶縁性を向上させることができる。また、この実施の形態５の電力半導体装置によれば、電力半導体装置を薄くすることができる。

実施の形態６．
次に、実施の形態６による回転電機について図９および図１０を用いて説明する。実施の形態６では、複数の電力半導体モジュールをベース板に配置した回転電機である。図９は、この発明の実施の形態６による回転電機を示す断面図である。図１０は、図９の回転電機の回路構成を模式的に示す図である。この実施の形態６による回転電機１００は、モータ駆動および発電が可能なモータージェネレータである。

この実施の形態６による回転電機１００は、電力半導体装置６と、機械部５０とを備えている。機械部５０は、円柱形状のシャフト５１と、円筒形状のロータ５２と、円筒形状のステータ５３と、ブラケット５４と、２つのベアリング５５と、プーリ５６とを有している。シャフト５１は、回転軸である。ロータ５２は、シャフト５１の径方向外側に取り付けられている。ステータ５３は、ロータ５２に対向して、シャフト５１の径方向外側に設けられている。ブラケット５４は、ロータ５２およびステータ５３を収納するケースである。ブラケット５４の形状は、両側が塞がれた円筒形状である。ステータ５３は、ブラケット５４の内側に取り付けられている。ブラケット５４は、非出力側ブラケット５４ａおよび出力側ブラケット５４ｂを有している。シャフト５１は、２つのベアリング５５によって、非出力側ブラケット５４ａおよび出力側ブラケット５４ｂに、それぞれ回転可能に支持されている。シャフト５１の出力側ブラケット５４ｂ側の先端部には、機械部５０の出力を回転電機１００の外部に伝達するためのプーリ５６が設けられている。

電力半導体装置６は、非出力側ブラケット５４ａの外側に取り付けられている。電力半導体装置６は、複数の電力半導体モジュール１０と、共通のベース板２３と、複数の接着剤３０とを有している。各接着剤３０は、各電力半導体モジュール１０と共通のベース板２３の間にそれぞれ配置されている。各電力半導体モジュール１０は、各接着剤３０によって、共通のベース板２３に固定されている。すなわち、電力半導体装置６は、１つのベース板２３上に、複数の電力半導体モジュール１０を有している。ベース板２３は、非出力側ブラケット５４ａに固定されている。すなわち、ベース板２３は、プーリ５６が設けられている側と反対側のブラケット５４に固定されている。この例では、電力半導体装置６は、モータ駆動と発電が可能な３相または６相の電力変換回路を構成している。

複数の電力半導体モジュール１０、ベース板２３、および複数の接着剤３０は、それぞれ別々の部材となっている。そのため、ベース板の構造、ベース板に搭載する電力半導体モジュールの個数、および電力半導体モジュールの回路構成は任意とすることができる。そのため、電力半導体装置６では、電力半導体モジュールの構造が変更される度に、モールド金型およびリードフレーム金型を作り直す必要がない。したがって、モールド金型およびリードフレーム金型の製造費用および製造期間が生じない。これにより、電力半導体装置を安価に製造することができる。

また、電力半導体モジュール１０、ベース板２３、および機械部５０を別々に組み立てた後に、回転電機１００として組み合わせることができる。そのため、製造ラインの構成の自由度が向上する。また、電力半導体モジュール１０、ベース板２３、および機械部５０を、それぞれ別の製造ラインで生産し、それぞれの製造ラインで検査することができる。そのため、回転電機１００として組み上げる前に、各部品の不良を発見することができる。これにより、回転電機の製造コストを低減することができる。

電力半導体装置６は、プーリ５６と反対側のブラケット５４にベース板２３が固定されているため、回転電機１００が動作する際の振動を直接受けることがない。そのため、回転電機１００の振動により、電力半導体装置６が故障する可能性が抑制される。これにより、回転電機１００の動作寿命を延ばすことができる。

この実施の形態６の電力半導体装置は、１つの共通のベース板上に、複数の電力半導体モジュールを有する構造を備えている。その結果、電力半導体装置を安価に製造することができる。

また、この実施の形態６の回転電機は、プーリと反対側のブラケットに電力半導体装置のベース板が固定されている構造を有している。その結果、回転電機の動作寿命を延ばすことができる。

１，２，３，４，５，６ 電力半導体装置、１０，１６ 電力半導体モジュール、１１ リードフレーム、１１ａ 実装面、１１ｂ 非実装面、１１ｃ 外部接続端子、１２ 電力半導体チップ、１５ モールド樹脂、１５ａ 凹部、２０，２１，２２，２３ ベース板、２１ａ，２２ａ 平板部、２１ｂ，２２ｂ 凸部、３０ 接着剤、３２ 絶縁部材、４０ 絶縁性部材、５２ ロータ、５３ ステータ、５４ ブラケット、５６ プーリ、１００ 回転電機。

この発明の電力半導体装置は、電力半導体モジュールと、電力半導体モジュールを固定する金属製のベース板と、電力半導体モジュールをベース板に固定する接着剤とを備えている。電力半導体モジュールは、実装面および非実装面を有するリードフレームと、リードフレームの実装面に実装された電力半導体チップと、リードフレームの実装面側および非実装面側の両面に設けられたモールド樹脂とを有している。この発明の電力半導体装置は、電力半導体チップ、リードフレーム、モールド樹脂、接着剤、ベース板の順に配置され、リードフレームとベース板とは、モールド樹脂および接着剤により絶縁されており、接着剤は、絶縁部材を内包し、絶縁部材の硬度は、モールド樹脂の硬度よりも高い。

Claims (10)

1. 電力半導体モジュールと、
   前記電力半導体モジュールを固定する金属製のベース板と、
   前記電力半導体モジュールを前記ベース板に固定する接着剤とを備え、
   前記電力半導体モジュールは、
   実装面および非実装面を有するリードフレームと、
   前記リードフレームの前記実装面に実装された電力半導体チップと、
   前記リードフレームの前記実装面側および前記非実装面側の両面に設けられたモールド樹脂とを有し、
   前記電力半導体チップ、前記リードフレーム、前記モールド樹脂、前記接着剤、前記ベース板の順に配置され、前記リードフレームと前記ベース板とは、前記モールド樹脂および前記接着剤により絶縁されている
   電力半導体装置。
2. 前記接着剤は、絶縁部材を内包し、
   前記絶縁部材の硬度は、前記モールド樹脂の硬度よりも高い
   請求項１に記載の電力半導体装置。
3. 前記リードフレームの前記非実装面側に設けられた前記モールド樹脂の厚さをＨ１、前記接着剤の厚さをＨ２、前記接着剤の厚さ方向における前記絶縁部材の最大幅をＤ１とした場合、
   Ｈ１＜Ｄ１≦Ｈ２
   の関係を満たす
   請求項２に記載の電力半導体装置。
4. 前記ベース板のばりの大きさ、前記接着剤に含まれる導電性異物の前記接着剤の厚さ方向の大きさ、および前記ベース板の前記電力半導体モジュールが固定される面の表面粗さのうちの最大値は、前記接着剤の厚さ方向における前記絶縁部材の最大幅以下である
   請求項２または３に記載の電力半導体装置。
5. 前記ベース板は、平板部と凸部とを有し、
   前記凸部は、前記電力半導体モジュールが固定される側において、前記平板部から前記電力半導体モジュールに向けて突出している
   請求項１から４のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
6. 前記リードフレームの前記非実装面側に設けられた前記モールド樹脂は、凹部を有し、
   前記凹部は、前記凸部に嵌め合わされている
   請求項５に記載の電力半導体装置。
7. 前記リードフレームは、前記モールド樹脂から延出した部分に外部接続端子を有し、
   前記外部接続端子は、絶縁性部材によって前記ベース板に支持されている
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
8. １つの前記ベース板上に、複数の前記電力半導体モジュールを有する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電力半導体装置。
9. 実装面および非実装面を有するリードフレームを有し、前記リードフレームの前記実装面に電力半導体チップを実装した後、前記実装面側および前記非実装面側の両面をモールド樹脂により封止することにより電力半導体モジュールを作製する電力半導体モジュール作製工程と、
   前記電力半導体モジュールを固定するベース板に接着剤を塗布する塗布工程と、
   前記非実装面側に設けられた前記モールド樹脂が前記ベース板と対向するように前記電力半導体モジュールを前記ベース板に配置し、前記電力半導体モジュールによって前記接着剤を押し広げながら、前記電力半導体モジュールを前記ベース板に搭載する搭載工程と、
   前記接着剤を硬化させることによって、前記電力半導体モジュールを、前記ベース板に固定する固定工程と
   を含む電力半導体装置の製造方法。
10. ロータと、ステータと、プーリと、前記ロータおよび前記ステータを収納するブラケットを有し、
    請求項１から８のいずれか１項に記載の電力半導体装置を備える回転電機であって、
    前記プーリが設けられている側と反対側の前記ブラケットに、前記ベース板が固定されている
    回転電機。

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