JP6602464B2 - パワーモジュール及びその製造方法並びにパワーエレクトロニクス機器及びその製造方法 - Google Patents

パワーモジュール及びその製造方法並びにパワーエレクトロニクス機器及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、パワーモジュール及びその製造方法並びにパワーエレクトロニクス機器及びその製造方法に関する。
パワーモジュールは、例えば、電気自動車、ハイブリッド車または鉄道車両等のモータを制御するインバータ、もしくは、発電・回生用コンバータに使用されている(特許文献1を参照)。特許文献1に記載のパワーモジュールでは、リードフレームは、金属製リボン及び金属製ワイヤを介して、パワー半導体素子に電気的に接続されている。
特開2015−76562号公報
特許文献1に記載のパワーモジュールは、金属製リボン及び金属製ワイヤを備えている。そのため、特許文献1に記載のパワーモジュールは、例えば、熱サイクル試験において、十分に高い信頼性を有していない。また、特許文献1に記載のパワーモジュールでは、金属製リボンを正確な位置に配線するためにリボンボンダを用いる必要があり、金属製ワイヤを正確な位置に配線するためにワイヤボンダを用いる必要がある。特許文献1に記載のパワーモジュールでは、リボンボンダ及びワイヤボンダのような治具を受け入れるための空間が必要となる。特許文献1に記載のパワーモジュールを小型化することが困難である。
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、十分に高い信頼性を有するとともに、小型化され得るパワーモジュール及びパワーエレクトロニクス機器を提供することである。
本発明のパワーモジュールは、第1の基板と、第1のパワー半導体素子と、樹脂フレームと、第1のリードフレームと、第2のリードフレームとを備える。第1の基板は、第1の導電部を有する。第1のパワー半導体素子は、第1の電極と、第1の導電部に電気的及び機械的に接続される第2の電極とを含む。樹脂フレームは、第1のパワー半導体素子を囲むように第1の基板上に配置される。第1のリードフレームは、第1の電極に電気的及び機械的に接続される。第1のリードフレームは、第1のパワー半導体素子の第1の電極に対向する第1の主面と、第1の主面に交差しかつ第1のリードフレームの長手方向に延在する第1の側面とを有する。第2のリードフレームは、第1の導電部に電気的及び機械的に接続される。樹脂フレームは、第1のリードフレームの第1の主面に対向する1つ以上の第1の受容部を含む。第1の受容部は、第1のリードフレームの一部を受け入れる。
本発明のパワーモジュールの製造方法は、第1の導電部を有する第1の基板上に、第1の電極と第2の電極とを含む第1のパワー半導体素子と、第1のパワー半導体素子を囲みかつ1つ以上の第1の受容部を含む樹脂フレームとを配置することを備える。第1の基板上に第1のパワー半導体素子を配置することは、第1のパワー半導体素子の第2の電極を第1の導電部に電気的及び機械的に接続することを含む。本発明のパワーモジュールの製造方法は、第1の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れ、第1の受容部が第1のリードフレームの第1の主面に対向し、かつ、第1の主面が第1の電極に対向するように、第1の受容部に対して第1のリードフレームを位置決めすることを備える。本発明のパワーモジュールの製造方法は、第1のリードフレームを第1の電極に電気的及び機械的に接続することを備える。本発明のパワーモジュールの製造方法は、第2のリードフレームを第1の導電部に電気的及び機械的に接続することを備える。
本発明のパワーエレクトロニクス機器は、上記のパワーモジュールと、パワーモジュールを収容するケースとを備える。ケースは第1のバスバー及び第2のバスバーを含む。第1のバスバー及び第2のバスバーは、それぞれ、第1のリードフレーム及び第2のリードフレームに電気的及び機械的に接続される。
本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1の導電部を有する第1の基板上に、第1の電極と第2の電極とを含む第1のパワー半導体素子と、第1のパワー半導体素子を囲みかつ1つ以上の第1の受容部を含む樹脂フレームとを配置することを備える。第1の基板上に第1のパワー半導体素子を配置することは、第1のパワー半導体素子の第2の電極を第1の導電部に電気的及び機械的に接続することを含む。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第2のリードフレームを第1の導電部に電気的及び機械的に接続することを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1のバスバー、第2のバスバー及び第3の受容部を含むケース内に、第1の基板を収容することを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1の受容部及び第3の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れ、第1の受容部及び第3の受容部が第1のリードフレームの第1の主面に対向し、かつ、第1の主面が第1の電極に対向するように、第1の受容部及び第3の受容部に対して第1のリードフレームを位置決めすることを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1のリードフレームを第1の電極に電気的及び機械的に接続することを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1のリードフレームを第1のバスバーに電気的及び機械的に接続することを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第2のリードフレームを第2のバスバーに電気的及び機械的に接続することを備える。
本発明のパワーモジュールは、金属製リボン及び金属製ワイヤではなく、第1のリードフレーム及び第2のリードフレームを備える。そのため、本発明のパワーモジュールは、十分に高い信頼性を有する。さらに、本発明のパワーモジュールでは、第1の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れることによって、第1のリードフレームは樹脂フレーム及び第1のパワー半導体素子に対して位置合わせされる。本発明のパワーモジュールにおいて、第1のリードフレームをアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本発明のパワーモジュールは、小型化され得る。
本発明のパワーモジュールの製造方法は、第1のリードフレームを第1の電極に電気的及び機械的に接続することと、第2のリードフレームを第1の導電部に電気的及び機械的に接続することとを備える。そのため、本発明のパワーモジュールの製造方法によれば、十分に高い信頼性を有するパワーモジュールが製造され得る。さらに、本発明のパワーモジュールの製造方法は、第1の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れ、第1の受容部が第1のリードフレームの第1の主面に対向し、かつ、第1の主面が第1の電極に対向するように、第1の受容部に対して第1のリードフレームを位置決めすることを備える。本発明のパワーモジュールの製造方法において、第1のリードフレームをアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本発明のパワーモジュールの製造方法によれば、小型化され得るパワーモジュールが製造され得る。
本発明のパワーエレクトロニクス機器は、上記のパワーモジュールを備える。そのため、本発明のパワーエレクトロニクス機器は、十分に高い信頼性を有し、かつ、小型化され得る。
本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1のリードフレームを第1のバスバーに電気的及び機械的に接続することと、第2のリードフレームを第2のバスバーに電気的及び機械的に接続することとを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法によれば、十分に高い信頼性を有するパワーエレクトロニクス機器が製造され得る。さらに、本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法は、第1の受容部及び第3の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れ、第1の受容部及び第3の受容部が第1のリードフレームの第1の主面に対向し、かつ、第1の主面が第1の電極に対向するように、第1の受容部及び第3の受容部に対して第1のリードフレームを位置決めすることを備える。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法において、第1のリードフレームをアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本発明のパワーエレクトロニクス機器の製造方法によれば、小型化され得るパワーエレクトロニクス機器が製造され得る。
本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの、図1に示す断面線II−IIにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法の一工程を示す概略平面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法の一工程の、図3に示す断面線IV−IVにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法における、図3に示す工程の次工程を示す概略平面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法の一工程の、図5に示す断面線VI−VIにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法における、図5に示す工程の次工程を示す概略平面図である。 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュールの製造方法の一工程の、図7に示す断面線VIII−VIIIにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態2に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態3に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態3に係るパワーモジュールの、図10に示す断面線XI−XIにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態4にパワーモジュールの概略断面図である。 本発明の実施の形態5に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態5に係るパワーモジュールの、図13に示す断面線XIV−XIVにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態6に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態6にパワーモジュールの、図15に示す断面線XVI−XVIにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態7に係るパワーモジュールの概略断面図である。 本発明の実施の形態8に係るパワーモジュールの概略断面図である。 本発明の実施の形態9に係るパワーエレクトロニクス機器の概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の製造方法の一工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の製造方法における、図21に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の製造方法における、図22に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の製造方法における、図23に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の製造方法における、図24に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器の製造方法における、図25に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態11に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態11に係るパワーモジュールの、図27に示す断面線XXVIII−XXVIIIにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態11に係るパワーモジュールの、図27に示す断面線XXIX−XXIXにおける概略断面図である。 本発明の実施の形態11の第1の変形例に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態11の第2の変形例に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態11の第3の変形例に係るパワーモジュールの概略平面図である。 本発明の実施の形態11の第4の変形例に係るパワーモジュールの概略平面図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
実施の形態1.
図1及び図2を参照して、実施の形態1に係るパワーモジュール1を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1は、第1の基板10と、樹脂フレーム20と、第1のパワー半導体素子40と、第1のリードフレーム50と、第2のリードフレーム60とを主に備える。本実施の形態のパワーモジュール1は、封止樹脂体70をさらに備えてもよい。
第1の基板10は、第1の絶縁板11と、第1の絶縁板11の表面上の第1の導電部12と、第1の絶縁板11の裏面上の導電部13とを有する。第1の基板10は、第1の方向(x方向)と第1の方向(x方向)に直交する第2の方向(y方向)とに延在してもよい。第1の絶縁板11は、例えば、アルミナ、窒化アルミもしくは窒化ケイ素等のセラミック、または高い熱伝導性を有する樹脂で構成されてもよい。第1の導電部12及び導電部13は、銅またはアルミニウムのような金属で構成されてもよい。第1の基板10が反ることを防止するために、第1の導電部12及び導電部13は、第1の絶縁板11を基準として、実質的に対称な形状を有してもよい。第1の導電部12がはんだ46によって食われることと、第1の導電部12及び導電部13が酸化されることとを防ぐために、第1の導電部12及び導電部13の表面に、ニッケル層が施されてもよい。
第1のパワー半導体素子40は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)のような半導体スイッチング素子であってもよいし、還流ダイオード(FWD)であってもよい。第1のパワー半導体素子40は、シリコン、シリコンカーバイドまたは窒化ガリウムのような半導体材料から構成されてもよい。第1のパワー半導体素子40は、第1の電極44と、第2の電極43とを含む。第2の電極43は、はんだ46によって、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続される。はんだ46は、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだであってもよい。第2の電極43は、低融点金属を含む液相拡散接合層または銀ペーストのような他の導電性接合部材を用いて、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続されてもよい。
第1のリードフレーム50は、第1のパワー半導体素子40に向けて流れる大電流の主経路である。第1のリードフレーム50は、銅またはアルミニウムのような、高い電気伝導度と高い熱伝導度とを有する材料で構成されてもよい。第1のリードフレーム50がはんだのような導電性接合部材47によって食われることと、第1のリードフレーム50が酸化されることとを防ぐために、第1のリードフレーム50の表面に、ニッケル層が施されてもよい。
第1のリードフレーム50は、第1の基板10に面する第1のリードフレーム部51と、第1のリードフレーム部51に交差するように延在する第2のリードフレーム部52とを含んでもよい。第1のリードフレーム部51は、第1の方向(x方向)と第1の方向(x方向)に直交する第2の方向(y方向)とに延在してもよい。第2のリードフレーム部52は、第2の方向(y方向)と第1の方向(x方向)及び第2の方向(y方向)に直交する第3の方向(z方向)とに延在してもよい。第1のリードフレーム50は、第1の電極44に対向する第1の主面53を有する。特定的には、第1のリードフレーム部51は、第1の電極44に対向する第1の主面53を有する。第1の主面53は、第1の方向(x方向)と第1の方向(x方向)に直交する第2の方向(y方向)とに延在してもよい。
第1のリードフレーム部51は、第1の端部55と、第1の端部55と反対側の第2の端部56とを有する。第1の端部55及び第2の端部56は、第1の方向(x方向)における第1のリードフレーム部51の両端部であってもよい。第2のリードフレーム部52は、第2の端部56において、第1のリードフレーム部51に接続されてもよい。第1のリードフレーム部51は、第1の側面57と、第1の側面57と反対側の第1の側面58とを有する。第1の側面57,58の各々は、第1の端部55と第2の端部56とを接続する。第1の側面57,58は、第1の主面53に交差する。特定的には、第1の側面57,58は、第1の主面53に直交してもよい。第1の側面57,58は、第1のリードフレーム50(第1のリードフレーム部51)の長手方向に延在している。
第1のリードフレーム50は、導電性接合部材47によって、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に電気的及び機械的に接続される。特定的には、第1のリードフレーム50の第1の主面53は、導電性接合部材47によって、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に電気的及び機械的に接続される。第1のリードフレーム部51は、導電性接合部材47によって、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に電気的及び機械的に接続される。導電性接合部材47は、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだ、銀ペースト、または低融点金属を含む液相拡散接合層であってもよい。接合強度、導電性及び接合厚みのばらつきの吸収の観点から、導電性接合部材47は、好ましくは、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだである。
図1を参照して、第2のリードフレーム60は、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続される。特定的には、第2のリードフレーム60は、導電性接合部材65によって、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続される。第2のリードフレーム60は、銅またはアルミニウムのような、高い電気伝導度と高い熱伝導度とを有する材料で構成されてもよい。第2のリードフレーム60がはんだのような導電性接合部材65によって食われることと、第2のリードフレーム60が酸化されることとを防ぐために、第2のリードフレーム60の表面に、ニッケル層が施されてもよい。導電性接合部材65は、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだ、銀ペースト、または低融点金属を含む液相拡散接合層であってもよい。接合強度、導電性及び接合厚みのばらつきの吸収の観点から、導電性接合部材65は、好ましくは、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだである。
樹脂フレーム20は、第1のパワー半導体素子40を囲むように、第1の基板10上に配置される。特定的には、樹脂フレーム20は、第1の基板10の第1の導電部12上に配置される。樹脂フレーム20は、例えば、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)のような、電気的絶縁性を有しかつ125℃以上の耐熱温度を有する材料で構成されてもよい。樹脂フレーム20は、シリコン接着剤またはエポキシ接着剤のような、250℃以上の耐熱温度を有する接着剤39を用いて、第1の基板10上に固着されてもよい。
樹脂フレーム20は、第1のリードフレーム50の第1の主面53に対向する1つ以上の第1の受容部(24,27)を有する。第1の受容部(24,27)は、樹脂フレーム20に形成された第1の窪み部24,27であってもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の一部を受け入れる。樹脂フレーム20自体の内部には、第1のリードフレーム50は存在しない。樹脂フレーム20自体は第1のリードフレーム50を含んでいない。第1のリードフレーム50は、樹脂フレーム20に直接固定されていない。第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の窪み部24,27に接触してもよい。特定的には、第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の窪み部24,27の底面、すなわち、第1の基板10に最も近い1つ以上の第1の窪み部24,27の面に接触してもよい。第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の窪み部24,27から離れてもよく、1つ以上の第1の窪み部24,27の上方(+z方向)に位置してもよい。特定的には、第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の窪み部24,27の底面から離れてもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の主面53に直交する第3の方向(z方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
特定的には、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の1つ以上の端部(第1の端部55、第2の端部56)を受け入れてもよい。第1の窪み部24は、第1のリードフレーム50の第1の端部55を受け入れてもよい。第1の窪み部27は、第1のリードフレーム50の第2の端部56を受け入れてもよい。第1のリードフレーム50を第1のパワー半導体素子40に電気的及び機械的に接続するために、第1のリードフレーム50が第1のパワー半導体素子40の上方(+z方向)から第1のパワー半導体素子40に向けて動かされる時に、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50が第1のパワー半導体素子40に衝突しないように構成されてもよい。例えば、1つ以上の第1の窪み部24,27の底面と第1の基板10の表面(第1の導電部12の表面)との間の距離は、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43の表面と第1の基板10の表面(第1の導電部12の表面)との間の距離よりも大きくてもよい。
図1を参照して、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58にさらに対向してもよい。本明細書において、1つ以上の第1の窪み部24,27が第1のリードフレーム50の第1の側面57,58に対向することは、1つ以上の第1の窪み部24,27が一対の第1の側面57,58の少なくとも1つに対向することを意味する。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の短手方向である第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)にさらに対向してもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の長手方向である第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の側面57,58と第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)との少なくとも1つに対向してもよい。
本実施の形態のパワーモジュール1は、封止樹脂体70によって封止されてもよい。封止樹脂体70は、電気的絶縁性を有する。封止樹脂体70は、例えば、エポキシ樹脂から構成されてもよい。封止樹脂体70は、トランスファーモールド法により形成されてもよい。第1のリードフレーム50の一部は、封止樹脂体70から突出している。第2のリードフレーム60の一部は、封止樹脂体70から突出している。
図1から図8を参照して、本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法を説明する。
図3から図6を参照して、本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1の基板10上に、第1のパワー半導体素子40と樹脂フレーム20とを配置することを備える。第1のパワー半導体素子40は、第1の電極44と第2の電極43とを含む。樹脂フレーム20は、第1のパワー半導体素子40を囲みかつ1つ以上の第1の窪み部24,27を含む。
特定的には、図3及び図4に示されるように、第1の基板10上に、第1の電極44と第2の電極43とを含む第1のパワー半導体素子40を配置する。はんだ46を用いて、第1の基板10の第1の導電部12に、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43を電気的及び機械的に接続することによって、第1の基板10上に、第1のパワー半導体素子40を接合してもよい。
図5及び図6に示されるように、はんだのような導電性接合部材65を用いて、第2のリードフレーム60(図示せず)が第1の導電部12に電気的及び機械的に接続されてもよい。接着剤39を用いて、樹脂フレーム20が第1の基板10上に固着されてもよい。第2のリードフレーム60の一部は樹脂フレーム20に一体化されてもよい。
図7及び図8を参照して、本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、1つ以上の第1の窪み部24,27が第1のリードフレーム50の一部を受け入れ、第1の窪み部24,27が第1のリードフレーム50の第1の主面53に対向し、かつ、第1の主面53が第1の電極44に対向するように、1つ以上の第1の窪み部24,27に対して第1のリードフレーム50を位置決めすることを備える。特定的には、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の1つ以上の端部(第1の端部55、第2の端部56)を受け入れてもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第3の方向(z方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。さらに特定的には、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58に対向してもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)にさらに対向してもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
図7及び図8を参照して、本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1のリードフレーム50を第1の電極44に電気的及び機械的に接続することをさらに備える。具体的には、はんだリフロー工程により、はんだのような導電性接合部材47を用いて、第1のリードフレーム50を第1の電極44に電気的及び機械的に接続する。
本実施の形態のパワーモジュール1及びその製造方法の効果を説明する。
本実施の形態のパワーモジュール1は、第1の基板10と、第1のパワー半導体素子40と、樹脂フレーム20と、第1のリードフレーム50と、第2のリードフレーム60とを備える。第1の基板10は、第1の導電部12を有する。第1のパワー半導体素子40は、第1の電極44と、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続される第2の電極43とを含む。樹脂フレーム20は、第1のパワー半導体素子40を囲むように第1の基板10上に配置される。第1のリードフレーム50は、第1の電極44に電気的及び機械的に接続される。第1のリードフレーム50は、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に対向する第1の主面53と、第1の主面53に交差しかつ第1のリードフレーム50の長手方向に延在する第1の側面57,58とを有する。第2のリードフレーム60は、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続される。樹脂フレーム20は、第1のリードフレーム50の第1の主面53に対向する1つ以上の第1の受容部(24,27)を含む。第1の受容部(24,27)は、第1のリードフレーム50の一部を受け入れる。第1の受容部(24,27)は、第1の主面53に対向する樹脂フレーム20に形成された第1の窪み部24,27であってもよい。
本実施の形態のパワーモジュール1は、第1のパワー半導体素子40に大電流を流すために、金属製リボン及び金属製ワイヤではなく、第1のリードフレーム50及び第2のリードフレーム60を備える。そのため、本実施の形態のパワーモジュール1は、例えば、熱サイクル試験において、十分に高い信頼性を有する。さらに、本実施の形態のパワーモジュール1では、第1の受容部(24,27)が第1のリードフレーム50の一部を受け入れることによって、第1のリードフレーム50は樹脂フレーム20及び第1のパワー半導体素子40に対して位置合わせされる。本実施の形態のパワーモジュール1において、第1のリードフレーム50をアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本実施の形態のパワーモジュール1は、小型化され得る。
本実施の形態のパワーモジュール1では、第1の受容部(24,27)は、第1のリードフレーム50の一部を受け入れる。第1のリードフレーム50は、樹脂フレーム20に直接固定されていない。そのため、本実施の形態のパワーモジュール1では、第1のリードフレーム50の設計の自由度が向上され得る。
本実施の形態のパワーモジュール1では、第1の受容部(24,27)は、第1のリードフレーム50の1つ以上の端部(第1の端部55、第2の端部56)を受け入れてもよい。そのため、本実施の形態のパワーモジュール1は、十分に高い信頼性を有するとともに、小型化され得る。
本実施の形態のパワーモジュール1では、第1の受容部(24,27)は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58にさらに対向してもよい。第1の受容部(24,27)は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58の法線方向、例えば、第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントし得る。本実施の形態のパワーモジュール1によれば、第1のリードフレーム50が樹脂フレーム20及び第1のパワー半導体素子40に対してさらに高い精度でアライメントされ得る。
本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1の導電部12を有する第1の基板10上に、第1の電極44と第2の電極43とを含む第1のパワー半導体素子40と、第1のパワー半導体素子40を囲みかつ1つ以上の第1の受容部(24,27)を含む樹脂フレーム20とを配置することを備える。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1の受容部(24,27)が第1のリードフレーム50の一部を受け入れ、第1の受容部(24,27)が第1のリードフレーム50の第1の主面53に対向し、かつ、第1の主面53が第1の電極44に対向するように、第1の受容部(24,27)に対して第1のリードフレーム50を位置決めすることを備える。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1のリードフレーム50を第1の電極44に電気的及び機械的に接続することを備える。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第2のリードフレーム60を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを備える。第1の基板10上に第1のパワー半導体素子40を配置することは、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを含む。
本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1のリードフレーム50を第1の電極44に電気的及び機械的に接続することと、第2のリードフレーム60を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することとを備える。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法によれば、例えば、熱サイクル試験において、十分に高い信頼性を有するパワーモジュール1が製造され得る。さらに、本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1の受容部(24,27)が第1のリードフレーム50の一部を受け入れ、第1の受容部(24,27)が第1のリードフレーム50の第1の主面53に対向し、かつ、第1の主面53が第1の電極44に対向するように、第1の受容部(24,27)に対して第1のリードフレーム50を位置決めすることを備える。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法において、第1のリードフレーム50をアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法によれば、小型化され得るパワーモジュール1が製造され得る。
本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法では、第1の受容部(24,27)によって、第1のリードフレーム50が、容易かつ確実に、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に接合され得る。本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、向上された生産性を有する。
本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法は、第1の受容部(24,27)が第1のリードフレーム50の一部を受け入れるように、第1の受容部(24,27)に対して第1のリードフレーム50を位置決めすることを備える。第1のリードフレーム50は、樹脂フレーム20に直接固定されていない。そのため、本実施の形態のパワーモジュール1の製造方法では、第1のリードフレーム50の設計の自由度が向上され得る。
本実施の形態の変形例を説明する。本実施の形態の変形例では、樹脂フレーム20は、第2のリードフレーム60を受け入れる第1の受容部をさらに含んでもよい。本実施の形態の変形例のパワーモジュールにおいて、第2のリードフレーム60をアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本実施の形態の変形例のパワーモジュールによれば、さらに小型化され得るパワーモジュールが製造され得る。
実施の形態2.
図9を参照して、実施の形態2に係るパワーモジュール1aを説明する。本実施の形態のパワーモジュール1aは、基本的には、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール1aでは、第1のリードフレーム50aは、1つ以上の端部(第1の端部55)に、1つ以上の第1の突出部25a及び1つ以上の第1の凹部55aの一方を含む。樹脂フレーム20aは、第1の窪み部24に、1つ以上の第1の突出部25a及び1つ以上の第1の凹部55aの他方を含む、1つ以上の第1の突出部25aは1つ以上の第1の凹部55aに嵌まる。本明細書において、1つ以上の第1の突出部25aが1つ以上の第1の凹部55aに嵌まることは、1つ以上の第1の突出部25aが1つ以上の第1の凹部55aに遊嵌することを含む。
特定的には、第1のリードフレーム50aの第1の端部55は、第1の凹部55aを含んでもよい。第1の凹部55aは、第1のリードフレーム50aの第1の主面53に交差する方向、例えば、第3の方向(z方向)に、第1のリードフレーム50aを貫通してもよいし、貫通しなくてもよい。樹脂フレーム20aは、第1の窪み部24に、第1の突出部25aを含んでもよい。樹脂フレーム20aは、第1のリードフレーム50aの長手方向である第1の方向(x方向)に突出する第1の突出部25aを含んでもよい。
本実施の形態のパワーモジュール1aでは、第1のリードフレーム50aは、第1のリードフレーム50aの第1の側面57,58に、1つ以上の第2の突出部28a,29a及び1つ以上の第2の凹部57a,58aの一方を含む。樹脂フレーム20aは、第1の窪み部27に、1つ以上の第2の突出部28a,29a及び1つ以上の第2の凹部57a,58aの他方を含む。1つ以上の第2の突出部28a,29aは1つ以上の第2の凹部57a,58aに嵌まる。本明細書において、1つ以上の第2の突出部28a,29aが1つ以上の第2の凹部57a,58aに嵌まることは、1つ以上の第2の突出部28a,29aが1つ以上の第2の凹部57a,58aに遊嵌することを含む。
特定的には、第1のリードフレーム50aの第1の側面57,58は、第2の凹部57a,58aを含んでもよい。さらに特定的には、第1のリードフレーム50aの第2の端部56の第1の側面57は、第2の凹部57aを含んでもよい。第1のリードフレーム50aの第2の端部56の第1の側面58は、第2の凹部58aを含んでもよい。第2の凹部57a,58aは、第1のリードフレーム50aの第1の主面53に交差する方向、例えば、第3の方向(z方向)に、第1のリードフレーム50aを貫通してもよいし、貫通しなくてもよい。樹脂フレーム20aは、第1の窪み部27に、第2の突出部28a,29aを含んでもよい。樹脂フレーム20aは、第1のリードフレーム50aの短手方向である第2の方向(y方向)に突出する第2の突出部28a,29aを含んでもよい。
本実施の形態のパワーモジュール1aの効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1aは、実施の形態1のパワーモジュール1の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施の形態のパワーモジュール1aでは、第1のリードフレーム50aは、1つ以上の端部(第1の端部55)に、第1の突出部25a及び第1の凹部55aの一方を含む。樹脂フレーム20aは、第1の受容部(24)に、第1の突出部25a及び第1の凹部55aの他方を含む。第1の突出部25aは第1の凹部55aに嵌まる。第1の突出部25a及び第1の凹部55aは、例えば、第1のリードフレーム50aの短手方向である第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50aをアライメントし得る。本実施の形態のパワーモジュール1aによれば、第1のリードフレーム50aが樹脂フレーム20a及び第1のパワー半導体素子40に対してさらに高い精度でアライメントされ得る。
本実施の形態のパワーモジュール1aでは、第1のリードフレーム50aは、第1のリードフレーム50aの第1の側面57,58に、第2の突出部28a,29a及び第2の凹部57a,58aの一方を含む。樹脂フレーム20aは、第1の受容部(27)に、第2の突出部28a,29a及び第2の凹部57a,58aの他方を含む。第2の突出部28a,29aは第2の凹部57a,58aに嵌まる。第2の突出部28a,29a及び第2の凹部57a,58aは、例えば、第1のリードフレーム50aの長手方向である第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50aをアライメントし得る。本実施の形態のパワーモジュール1aによれば、第1のリードフレーム50aが樹脂フレーム20a及び第1のパワー半導体素子40に対してさらに高い精度でアライメントされ得る。
実施の形態3.
図10及び図11を参照して、実施の形態3に係るパワーモジュール1bを説明する。本実施の形態のパワーモジュール1bは、基本的には、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール1bでは、第1のリードフレーム50bは、第1のリードフレーム50bの第1の主面53に、1つ以上の第3の突出部25b,28b及び1つ以上の第1の孔55b,56bの一方を含む。樹脂フレーム20bは、第1の窪み部24,27に、1つ以上の第3の突出部25b,28b及び1つ以上の第1の孔55b,56bの他方を含む。1つ以上の第3の突出部25b,28bは1つ以上の第1の孔55b,56bに嵌まる。本明細書において、1つ以上の第3の突出部25b,28bが1つ以上の第1の孔55b,56bに嵌まることは、1つ以上の第3の突出部25b,28bが1つ以上の第1の孔55b,56bに遊嵌することを含む。
特定的には、第1のリードフレーム50bは、第1のリードフレーム50bの第1の主面53に、第1の孔55b,56bを含んでもよい。さらに特定的には、第1のリードフレーム50bの第1の端部55の第1の主面53に、第1の孔55bを含んでもよい。第1のリードフレーム50bの第2の端部56の第1の主面53に、第1の孔56bを含んでもよい。第1の孔55b,56bは、第1のリードフレーム50bの第1の主面53に交差する方向、例えば、第1のリードフレーム50bの第1の主面53に直交する方向である第3の方向(z方向)に、第1のリードフレーム50bを貫通してもよいし、貫通しなくてもよい。樹脂フレーム20bは、第1の窪み部24,27に、第3の突出部25b,28bを含んでもよい。
本実施の形態のパワーモジュール1bの効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1bは、実施の形態1のパワーモジュール1の効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施の形態のパワーモジュール1bでは、第1のリードフレーム50bは、第1のリードフレーム50bの第1の主面53に、第3の突出部25b,28b及び第1の孔55b,56bの一方を含む。樹脂フレーム20bは、第1の受容部(24,27)に、第3の突出部25b,28b及び第1の孔55b,56bの他方を含む。第3の突出部25b,28bは第1の孔55b,56bに嵌まる。第3の突出部25b,28b及び第1の孔55b,56bは、第1のリードフレーム50bの短手方向である第2の方向(y方向)と、第1のリードフレーム50bの長手方向である第1の方向(x方向)とにおいて、第1のリードフレーム50bをアライメントし得る。本実施の形態のパワーモジュール1bによれば、第1のリードフレーム50bが樹脂フレーム20b及び第1のパワー半導体素子40に対してさらに高い精度でアライメントされ得る。
実施の形態4.
図12を参照して、実施の形態4に係るパワーモジュール1cを説明する。本実施の形態のパワーモジュール1cは、基本的には、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール1cでは、樹脂フレーム20cは、第1の基板10に対向して配置される金属膜35をさらに含む。樹脂フレーム20cは、金属膜35に接合されるはんだ39cを介して、第1の基板10に固定される。特定的には、樹脂フレーム20cは、金属膜35に接合されるはんだ39cを介して、第1の導電部12に固定される。金属膜35は、銅、ニッケル、金または銀のような、はんだ接合が可能な金属から構成される。
本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法は、基本的には、実施の形態1のパワーモジュール1の製造方法と同様の工程を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法は、第1の基板10上に、はんだ46のプリフォーム及びはんだ39cのプリフォームを介して、第1のパワー半導体素子40及び樹脂フレーム20cを載置することを備える。本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法は、はんだリフロー工程により、はんだ39c,46を用いて、第1のパワー半導体素子40及び樹脂フレーム20cを、一括して、第1の基板10に固定することを備える。こうして、第1のパワー半導体素子40は、第2の電極43に接合されるはんだ46を介して、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続される。樹脂フレーム20cは、金属膜35に接合されるはんだ39cを介して、第1の基板10に機械的に接続される。
本実施の形態のパワーモジュール1cの効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1cは、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の効果を奏するが、以下の点で異なる。本実施の形態のパワーモジュール1cでは、樹脂フレーム20cは、第1の基板10に対向して配置される金属膜35をさらに含む。樹脂フレーム20cは、金属膜35に接合されるはんだ39cを介して、第1の基板10に固定される。本実施の形態のはんだ39cの軟化温度は、実施の形態1の接着剤39の軟化温度よりも高い。本実施の形態のパワーモジュール1cは、高い温度でも安定して動作し、さらに高い信頼性を有する。また、樹脂フレーム20c及び第1のパワー半導体素子40は、はんだ39c,46を用いて、一括して、第1の基板10に固定され得る。本実施の形態のパワーモジュール1cは、パワーモジュール1cを製造するためのコスト及び時間を減少させることが可能な構造を有する。
本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法の効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1cは、実施の形態1のパワーモジュール1の製造方法の効果に加えて、以下の効果を奏する。本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法では、第1のパワー半導体素子40及び樹脂フレーム20cは、はんだ39c,46を用いて、一括して、第1の基板10に固定され得る。本実施の形態のパワーモジュール1cの製造方法によれば、パワーモジュール1cを製造するためのコスト及び時間が減少され得る。
実施の形態5.
図13及び図14を参照して、実施の形態5に係るパワーモジュール1dを説明する。本実施の形態のパワーモジュール1dは、基本的には、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール1dでは、樹脂フレーム20dは、1つ以上の第4の突出部37及び1つ以上の第2の孔14の一方を含む。第1の基板10は、1つ以上の第4の突出部37及び1つ以上の第2の孔14の他方を含む。特定的には、第1の導電部12は、1つ以上の第4の突出部37及び1つ以上の第2の孔14の他方を含む。1つ以上の第4の突出部37は1つ以上の第2の孔14に嵌まる。
本実施の形態のパワーモジュール1dでは、樹脂フレーム20dは、1つ以上の係止部38を有する。1つ以上の係止部38は、ツメ部または突起部であってもよい。1つ以上の係止部38は、樹脂フレーム20dから第1の基板10の方向に突出してもよい。1つ以上の係止部38は、樹脂フレーム20dと同じ材料から構成されかつ樹脂フレーム20dに一体化されてもよい。1つ以上の係止部38は、第1の基板10に係止する。特定的には、1つ以上の係止部38は、第1の導電部12に係止してもよい。
本実施の形態のパワーモジュール1dの効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール1dは、実施の形態1のパワーモジュール1の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施の形態のパワーモジュール1dでは、第1の基板10は、第4の突出部37及び第2の孔14の一方を含む。樹脂フレームは、第4の突出部37及び第2の孔14の他方を含む。第4の突出部37は第2の孔14に嵌まる。本実施の形態のパワーモジュール1dによれば、第4の突出部37及び第2の孔14は、第1の基板10に対して樹脂フレーム20dが正確にアライメントされることを可能にする。
本実施の形態のパワーモジュール1dでは、樹脂フレーム20dは、1つ以上の係止部38を有する。1つ以上の係止部38は、第1の基板10に係止する。本実施の形態のパワーモジュール1dによれば、1つ以上の係止部38は、第1の基板10に対して樹脂フレーム20dが正確にアライメントされることを可能にする。さらに、樹脂フレーム20dは、接着剤39に加えて、1つ以上の係止部38によっても、第1の基板10に機械的に接続される。本実施の形態のパワーモジュール1dは、樹脂フレーム20dと第1の基板10との機械的接続強度が向上され得る。
実施の形態6.
図15及び図16を参照して、実施の形態6に係るパワーモジュール2を説明する。本実施の形態のパワーモジュール2は、基本的には、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール2は、第2の基板110をさらに備える。第2の基板110は、例えば第1の方向(x方向)に、第1の基板10から間隔を空けて配置される。第2の基板110は、第2の絶縁板111と、第2の絶縁板111の表面上の第2の導電部112と、第2の絶縁板111の裏面上の導電部113とを有する。第2の基板110は、第1の方向(x方向)と第1の方向(x方向)に直交する第2の方向(y方向)とに延在してもよい。第2の絶縁板111は、例えば、アルミナ、窒化アルミもしくは窒化ケイ素等のセラミック、または高い熱伝導性を有する樹脂で構成されてもよい。第2の導電部112は、第1の導電部12から電気的に分離されている。導電部113は、導電部13から電気的に分離されている。第2の導電部112及び導電部113は、銅またはアルミニウムのような金属で構成されてもよい。第2の基板110が反ることを防止するために、第2の導電部112及び導電部113は、第2の絶縁板111を基準として、実質的に対称な形状を有してもよい。第2の導電部112がはんだ146によって食われることと、第2の導電部112及び導電部113が酸化されることとを防ぐために、第2の導電部112及び導電部113の表面に、ニッケル層が施されてもよい。第2の基板110は、第1の基板10と同じ構成を有してもよい。
本実施の形態のパワーモジュール2は、第2のパワー半導体素子140をさらに備える。第2のパワー半導体素子140は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)または金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)のような半導体スイッチング素子であってもよいし、還流ダイオード(FWD)であってもよい。第2のパワー半導体素子140は、シリコン、シリコンカーバイドまたは窒化ガリウムのような半導体材料から構成されてもよい。第2のパワー半導体素子140は、第3の電極144と、第4の電極143とを含む。第4の電極143は、はんだ146によって、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される。はんだ146は、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだであってもよい。第4の電極143は、低融点金属を含む液相拡散接合層または銀ペーストのような他の導電性接合部材を用いて、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続されてもよい。第1のパワー半導体素子40と第2のパワー半導体素子140とは、互いに、電気的に逆並列で接続されてもよい。
本実施の形態の第1のリードフレーム50eは、第1の基板10に面する第1のリードフレーム部51eと、第1のリードフレーム部51eに交差するように延在する第2のリードフレーム部52とを含んでもよい。第1のリードフレーム50eは、第1のパワー半導体素子40の上方だけでなく、第2のパワー半導体素子140の上方にも延在してもよい。特定的には、第1のリードフレーム部51eは、第1のパワー半導体素子40の上方だけでなく、第2のパワー半導体素子140の上方にも延在してもよい。第1のリードフレーム50eは、第3のリードフレーム150と電気的に分離されている。第1のリードフレーム部51eは、第3のリードフレーム150と実質的に平行に延在してもよい。そのため、本実施の形態のパワーモジュール2は、低いインダクタンスを有し得る。第1のリードフレーム50eの第1の主面53の法線方向からの平面視において、第1のリードフレーム部51eは、第3のリードフレーム150に重なってもよい。
本実施の形態のパワーモジュール2は、第3のリードフレーム150をさらに備える。第3のリードフレーム150は、第2のパワー半導体素子140に向けて流れる大電流の主経路である。第3のリードフレーム150は、銅またはアルミニウムのような、高い電気伝導度と高い熱伝導度とを有する材料で構成されてもよい。第3のリードフレーム150がはんだのような導電性接合部材147によって食われることと、第3のリードフレーム150が酸化されることとを防ぐために、第3のリードフレーム150の表面に、ニッケル層が施されてもよい。
第3のリードフレーム150は、第1の方向(x方向)と第1の方向(x方向)に直交する第2の方向(y方向)とに延在してもよい。第3のリードフレーム150は、第3の電極144に対向する第2の主面153を有する。第2の主面153は、第1の方向(x方向)と第1の方向(x方向)に直交する第2の方向(y方向)とに延在してもよい。
第3のリードフレーム150は、第3の端部155と、第3の端部155と反対側の第4の端部156とを有する。第3の端部155及び第4の端部156は、第1の方向(x方向)における第3のリードフレーム150の両端部であってもよい。第3のリードフレーム150は、第3の側面157と、第3の側面157と反対側の第3の側面158とを有する。第3の側面157,158の各々は、第3の端部155と第4の端部156とを接続する。第3の側面157,158は、第2の主面153に交差する。特定的には、第3の側面157,158は、第2の主面153に直交してもよい。第3の側面157,158は、第3のリードフレーム150の長手方向に延在している。
第3のリードフレーム150は、導電性接合部材147によって、第2のパワー半導体素子140の第3の電極144に電気的及び機械的に接続される。特定的には、第3のリードフレーム150の第2の主面153は、導電性接合部材147によって、第2のパワー半導体素子140の第3の電極144に電気的及び機械的に接続される。第3のリードフレーム150は、はんだのような導電性接合部材162によって、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続されてもよい。特定的には、第3のリードフレーム150の第3の端部155は、導電性接合部材162によって、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続されてもよい。導電性接合部材162は、樹脂フレーム20eの第3の凹部30内に配置されてもよい。導電性接合部材147,162は、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだ、銀ペースト、または低融点金属を含む液相拡散接合層であってもよい。接合強度、導電性及び接合厚みのばらつきの吸収の観点から、導電性接合部材147,162は、好ましくは、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだである。
図15を参照して、本実施の形態のパワーモジュール2は、第4のリードフレーム160をさらに備えてもよい。第4のリードフレーム160は、導電性接合部材165によって、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される。第4のリードフレーム160は、銅またはアルミニウムのような、高い電気伝導度と高い熱伝導度とを有する材料で構成されてもよい。第4のリードフレーム160がはんだのような導電性接合部材165によって食われることと、第4のリードフレーム160が酸化されることとを防ぐために、第4のリードフレーム160の表面に、ニッケル層が施されてもよい。導電性接合部材165は、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだ、銀ペースト、または低融点金属を含む液相拡散接合層であってもよい。接合強度、導電性及び接合厚みのばらつきの吸収の観点から、導電性接合部材165は、好ましくは、Sn−Ag−Cu系はんだのような鉛フリーはんだである。
本実施の形態の樹脂フレーム20eは、第1の樹脂フレーム部20e1と第2の樹脂フレーム部20e2とを含む。樹脂フレーム20eは、第1のパワー半導体素子40を囲むように第1の基板10上に配置される。特定的には、第1の樹脂フレーム部20e1は、第1のパワー半導体素子40を囲むように第1の基板10上に配置される。樹脂フレーム20eは、第2のパワー半導体素子140を囲むように第2の基板110上に配置される。特定的には、第2の樹脂フレーム部20e2は、第2のパワー半導体素子140を囲むように第2の基板110上に配置される。第1の樹脂フレーム部20e1及び第2の樹脂フレーム部20e2は、例えば、エポキシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)のような、電気的絶縁性を有しかつ125℃以上の耐熱温度を有する材料で構成されてもよい。第1の樹脂フレーム部20e1は、シリコン接着剤またはエポキシ接着剤のような、250℃以上の耐熱温度を有する接着剤39を用いて、第1の基板10上に固着されてもよい。第2の樹脂フレーム部20e2は、シリコン接着剤またはエポキシ接着剤のような、250℃以上の耐熱温度を有する接着剤139を用いて、第2の基板110上に固着されてもよい。接着剤139は、接着剤39と同じ材料であってもよい。
樹脂フレーム20eは、第1のリードフレーム50eの第1の主面53に対向する1つ以上の第1の窪み部24,27を有する。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50eの一部を受け入れる。特定的には、第1の樹脂フレーム部20e1は、第1のリードフレーム50eの第1の主面53に対向する第1の窪み部24を有する。第2の樹脂フレーム部20e2は、第1のリードフレーム50eの第1の主面53に対向する第1の窪み部27を有する。樹脂フレーム20e自体の内部には、第1のリードフレーム50eは存在しない。樹脂フレーム20e自体は第1のリードフレーム50eを含んでいない。第1のリードフレーム50eは、樹脂フレーム20eに直接固定されていない。第1のリードフレーム50eは、1つ以上の第1の窪み部24,27に接触してもよい。第1のリードフレーム50eは、1つ以上の第1の窪み部24,27から離れてもよく、1つ以上の第1の窪み部24,27の上方(+z方向)に位置してもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の主面53に直交する第3の方向(z方向)において、第1のリードフレーム50eをアライメントすることができる。
特定的には、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50eの1つ以上の端部(第1の端部55、第2の端部56)を受け入れてもよい。第1の窪み部24は、第1のリードフレーム50eの第1の端部55を受け入れてもよい。第1の窪み部27は、第1のリードフレーム50eの第2の端部56を受け入れてもよい。第1のリードフレーム50eを第1のパワー半導体素子40に電気的及び機械的に接続するために、第1のリードフレーム50eが第1のパワー半導体素子40の上方(+z方向)から第1のパワー半導体素子40に向けて動かされる時に、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50eが第1のパワー半導体素子40に衝突しないように構成されてもよい。
図15を参照して、1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50eの第1の側面57,58にさらに対向してもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50eの短手方向である第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50eをアライメントすることができる。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50eの面(第2の側面59)にさらに対向してもよい。1つ以上の第1の窪み部24,27は、第1のリードフレーム50eの長手方向である第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50eをアライメントすることができる。
樹脂フレーム20eは、第3のリードフレーム150の第2の主面153に対向する1つ以上の第2の受容部(124,127)を有する。第2の受容部(124,127)は、樹脂フレーム20eに形成された第2の窪み部124,127であってもよい。1つ以上の第2の窪み部124,127は、第3のリードフレーム150の一部を受け入れる。特定的には、第2の樹脂フレーム部20e2は、第3のリードフレーム150の第2の主面153に対向する第2の窪み部124,127を有する。樹脂フレーム20e自体の内部には、第3のリードフレーム150は存在しない。樹脂フレーム20e自体は第3のリードフレーム150を含んでいない。第3のリードフレーム150は、樹脂フレーム20eに直接固定されていない。第3のリードフレーム150は、1つ以上の第2の窪み部124,127に接触してもよい。第3のリードフレーム150は、1つ以上の第2の窪み部124,127から離れてもよく、1つ以上の第2の窪み部124,127の上方(+z方向)に位置してもよい。1つ以上の第2の窪み部124,127は、第2の主面153に直交する第3の方向(z方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。
特定的には、1つ以上の第2の窪み部124,127は、第3のリードフレーム150の1つ以上の端部(第4の端部156)を受け入れてもよい。第2の窪み部127は、第3のリードフレーム150の第4の端部156を受け入れてもよい。第3のリードフレーム150を第2のパワー半導体素子140に電気的及び機械的に接続するために、第3のリードフレーム150が第2のパワー半導体素子140の上方(+z方向)から第2のパワー半導体素子140に向けて動かされる時に、1つ以上の第2の窪み部124,127は、第3のリードフレーム150が第2のパワー半導体素子140に衝突しないように構成されてもよい。
図15を参照して、1つ以上の第2の窪み部124,127は、第3のリードフレーム150の第3の側面157,158にさらに対向してもよい。本明細書において、1つ以上の第2の窪み部124,127が第3のリードフレーム150の第3の側面157,158に対向することは、1つ以上の第2の窪み部124,127が一対の第3の側面157,158の少なくとも1つに対向することを意味する。1つ以上の第2の窪み部124,127は、第3のリードフレーム150の短手方向である第2の方向(y方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。第2窪み部127は、第2の主面153及び第3の側面157,158に交差する第3のリードフレーム150の面にさらに対向してもよい。第2の窪み部127は、第3のリードフレーム150の長手方向である第1の方向(x方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。1つ以上の第2の窪み部124,127は、第3の側面157,158と第2の主面153及び第3の側面157,158に交差する第3のリードフレーム150の面との少なくとも1つに対向してもよい。
樹脂フレーム20eは、第3のリードフレーム150の一部を受け入れる1つ以上の第3の凹部30を含んでもよい。特定的には、第1の樹脂フレーム部20e1は、第3のリードフレーム150の一部を受け入れる1つ以上の第3の凹部30を含んでもよい。第1の導電部12は、1つ以上の第3の凹部30から露出してもよい。1つ以上の第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の1つ以上の端部(第3の端部155)を受け入れてもよい。1つ以上の第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の第3の側面157,158にさらに対向してもよい。本明細書において、1つ以上の第3の凹部30が第3のリードフレーム150の第3の側面157,158に対向することは、1つ以上の第3の凹部30が一対の第3の側面157,158の少なくとも1つに対向することを意味する。1つ以上の第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の短手方向である第2の方向(y方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。1つ以上の第3の凹部30は、第2の主面153及び第3の側面157,158に交差する第3のリードフレーム150の面(第4の側面159)にさらに対向してもよい。1つ以上の第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の長手方向である第1の方向(x方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。1つ以上の第3の凹部30は、第3の側面157,158と第2の主面153及び第3の側面157,158に交差する第3のリードフレーム150の面(第4の側面159)との少なくとも1つに対向してもよい。
本実施の形態のパワーモジュール2は、封止樹脂体70によって封止されてもよい。封止樹脂体70は、トランスファーモールド法により形成されてもよい。第1のリードフレーム50eの一部は、封止樹脂体70から突出している。第2のリードフレーム60の一部は、封止樹脂体70から突出している。第3のリードフレーム150の一部は、封止樹脂体70から突出している。第4のリードフレーム160の一部は、封止樹脂体70から突出している。
本実施の形態のパワーモジュール2の効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール2は、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の効果を奏するが、以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール2は、第2の基板110と、第2のパワー半導体素子140と、第3のリードフレーム150と、第4のリードフレーム160とをさらに備える。第2の基板110は、第2の導電部112を有する。第2のパワー半導体素子140は、第3の電極144と、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される第4の電極143とを含む。第3のリードフレーム150は、第3の電極144に対向する第2の主面153を有しかつ第3の電極144に電気的及び機械的に接続される。第4のリードフレーム160は、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される。第4の電極143は、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される。樹脂フレーム20eは、第2のパワー半導体素子140を囲むように第2の基板110上に配置される。樹脂フレーム20eは、第3のリードフレーム150の第2の主面153に対向する第2の受容部(124,127)をさらに含む。第2の受容部(124,127)は、第3のリードフレーム150の一部を受け入れる。
第2のパワー半導体素子140に大電流を流すために、本実施の形態のパワーモジュール2は、金属製リボン及び金属製ワイヤではなく、第3のリードフレーム150及び第4のリードフレーム160を備える。そのため、本実施の形態のパワーモジュール2は、例えば、熱サイクル試験において、十分に高い信頼性を有する。さらに、本実施の形態のパワーモジュール2では、第2の受容部(124,127)が第3のリードフレーム150の一部を受け入れることによって、第3のリードフレーム150は樹脂フレーム20e(第2の樹脂フレーム部20e2)及び第2のパワー半導体素子140に対して位置合わせされる。本実施の形態のパワーモジュール2において、第3のリードフレーム150をアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本実施の形態のパワーモジュール2は、小型化され得る。
本実施の形態のパワーモジュール2では、第2の受容部(124,127)は、第3のリードフレーム150の一部を受け入れる。第3のリードフレーム150は、樹脂フレーム20e(第2の樹脂フレーム部20e2)に直接固定されていない。そのため、本実施の形態のパワーモジュール2では、第3のリードフレーム150の設計の自由度が向上され得る。
本実施の形態のパワーモジュール2では、第2の受容部(124)は、第3のリードフレーム150の1つ以上の端部(第4の端部156)を受け入れてもよい。そのため、本実施の形態のパワーモジュール2は、十分に高い信頼性を有するとともに、小型化され得る。
本実施の形態のパワーモジュール2では、第3のリードフレーム150は第3の側面157,158をさらに有してもよい。第2の受容部(124,127)は、第3のリードフレーム150の第3の側面157,158にさらに対向してもよい。第2の受容部(124,127)は、第3のリードフレーム150の短手方向である第2の方向(y方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントし得る。本実施の形態のパワーモジュール2によれば、第3のリードフレーム150が樹脂フレーム20e及び第2のパワー半導体素子140に対してさらに高い精度でアライメントされ得る。
本実施の形態の変形例のパワーモジュールを説明する。本実施の形態の変形例のパワーモジュールでは、第2の受容部(124)が省略されてもよい。樹脂フレーム20e(第2の樹脂フレーム部20e2)の表面が、第3の方向(z方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントしてもよい。
実施の形態7.
図17を参照して、実施の形態7に係るパワーモジュール2aを説明する。本実施の形態のパワーモジュール2aは、基本的には、実施の形態6のパワーモジュール2と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール2aは、実施の形態6のパワーモジュール2の第2の基板110を備えていない。本実施の形態のパワーモジュール2aでは、第1の基板10(第1の絶縁板11)は、第2のパワー半導体素子140の下方にも延在する。第1の基板10は、第2の導電部112をさらに有する。特定的には、第2の導電部112は、第1の絶縁板11の表面上に設けられる。第2の導電部112は、第1の導電部12から電気的に分離されている。第2のパワー半導体素子140の下方の第1の絶縁板11の裏面上にも導電部13が設けられる。第1のパワー半導体素子40の下方の導電部13と第2のパワー半導体素子140の下方の導電部13とは、一体化されてもよい。第1のパワー半導体素子40の下方の導電部13と第2のパワー半導体素子140の下方の導電部13とは、第1の導電部12及び第2の導電部112のように、互いに分離され、導電部13は、第1の絶縁板11を基準として、第1の導電部12及び第2の導電部112と実質的に対称な形状を有してもよい。
本実施の形態のパワーモジュール2aの製造方法を説明する。本実施の形態のパワーモジュール2aの製造方法は、実施の形態1のパワーモジュール1の製造方法に加えて、以下の工程をさらに備える。
本実施の形態のパワーモジュール2aの製造方法は、第1の基板10上に、第3の電極144と第4の電極143とを含む第2のパワー半導体素子140を配置することをさらに備える。第1の基板10は、第1の導電部12と電気的に分離される第2の導電部112をさらに有する。樹脂フレーム20eは、第2のパワー半導体素子140を囲み、かつ、第2の窪み部124,127を含む。第1の基板10上に第2のパワー半導体素子140を配置することは、第2のパワー半導体素子140の第4の電極143を第1の基板10の第2の導電部112に電気的及び機械的に接続することを含む。
本実施の形態のパワーモジュール2aの製造方法は、第2の窪み部124,127が第3のリードフレーム150の一部を受け入れ、第2の窪み部124,127が第3のリードフレーム150の第2の主面153に対向し、かつ、第2の主面153が第3の電極144に対向するように、第2の窪み部124,127に対して第3のリードフレーム150を位置決めすることをさらに備える。本実施の形態のパワーモジュール2aの製造方法は、第3のリードフレーム150を第3の電極144に電気的及び機械的に接続することをさらに備える。第4のリードフレーム160を第2の導電部112に電気的及び機械的に接続することとをさらに備える。
本実施の形態のパワーモジュール2aの効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール2aは、実施の形態6のパワーモジュール2の効果に加えて、以下の効果を奏する。
本実施の形態のパワーモジュール2aは、第2のパワー半導体素子140と、第3のリードフレーム150と、第4のリードフレーム160とを備える。第2のパワー半導体素子140は、第3の電極144と、第4の電極143とを含む。第3のリードフレーム150は、第3の電極144に対向する第2の主面153を有しかつ第3の電極144に電気的及び機械的に接続される。第1の基板10は、第2の導電部112をさらに有する。第4のリードフレーム160は、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される。第4の電極143は、第2の導電部112に電気的及び機械的に接続される。樹脂フレーム20eは、第2のパワー半導体素子140を囲むように第1の基板10上に配置される。樹脂フレーム20eは、第3のリードフレーム150の第2の主面153に対向する第2の受容部(124,127)をさらに含む。第2の受容部(124,127)は、第3のリードフレーム150の一部を受け入れる。
本実施の形態のパワーモジュール2aでは、第1のパワー半導体素子40だけでなく第2のパワー半導体素子140も、第1の基板10上に配置される。本実施の形態のパワーモジュール2aでは、実施の形態6のパワーモジュール2のように第1の基板10と第2の基板110との間に間隔を空ける必要はない。本実施の形態のパワーモジュール2aは小型化され得る。
本実施の形態のパワーモジュール2aの製造方法の効果は、本実施の形態のパワーモジュール2aの効果と同様である。
実施の形態8.
図18を参照して、実施の形態8に係るパワーモジュール2bを説明する。本実施の形態のパワーモジュール2bは、基本的には、実施の形態7のパワーモジュール2aと同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール2bは、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150との間に絶縁膜175をさらに備える。絶縁膜175は、例えば、ポリイミド、ノーメックス(登録商標)、エポキシ、ポリフェニレンサルファイド(PPS)または液晶ポリマー(LCP)から構成されてもよい。第1のリードフレーム50eの一部は、絶縁膜175から露出している。特定的には、第1のリードフレーム50eの第1の主面53の第1の端部55及び第3のリードフレーム150の第2の主面153の第3の端部155の少なくとも1つは、絶縁膜175から露出してもよく、第1のリードフレーム50eの第1の主面53の第2の端部56及び第3のリードフレーム150の第2の主面153の第4の端部156の少なくとも1つは、絶縁膜175から露出してもよい。
第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150との間の絶縁膜175によって、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とは一体化されてもよい。第1のリードフレーム50e及び第3のリードフレーム150を、ポリイミドまたはノーメックス(登録商標)のような絶縁膜175でラミネートすることにより、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とは絶縁膜175によって一体化されてもよい。第1のリードフレーム50e及び第3のリードフレーム150を、エポキシ、ポリフェニレンサルファイド(PPS)または液晶ポリマー(LCP)のような絶縁性樹脂でモールドすることによって、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とは絶縁膜175によって一体化されてもよい。
本実施の形態に係るパワーモジュール2bの製造方法を説明する。本実施の形態のパワーモジュール2bの製造方法は、実施の形態7のパワーモジュール2aの製造方法に加えて、以下の工程をさらに備える。
本実施の形態に係るパワーモジュール2bの製造方法は、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150との間の絶縁膜175によって、第1のリードフレーム50e及び第3のリードフレーム150を一体化することを備える。本実施の形態に係るパワーモジュール2bの製造方法は、第1の窪み部24,27が第1のリードフレーム50eの一部を受け入れるとともに、第2の窪み部124,127が第3のリードフレーム150の一部を受け入れるように、絶縁膜175によって一体化された第1のリードフレーム50e及び第3のリードフレーム150を、第1の窪み部24,27及び第2の窪み部124,127に対して位置決めすることを備える。
本実施の形態のパワーモジュール2bの効果を説明する。本実施の形態のパワーモジュール2bは、実施の形態7のパワーモジュール2aと同様の効果を奏するが、以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール2bは、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150との間に絶縁膜175をさらに備える。絶縁膜175は、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150との間の間隔が減少させ得る。本実施の形態のパワーモジュール2bは、小型化され得るとともに、低いインダクタンスを有し得る。
本実施の形態のパワーモジュール2bでは、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とは、絶縁膜175によって一体化されてもよい。第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とが一体化されているため、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とは、一括して、第1のパワー半導体素子40、第2のパワー半導体素子140及び樹脂フレーム20e(第1の樹脂フレーム部20e1、第2の樹脂フレーム部20e2)に対してアライメントされ得る。本実施の形態のパワーモジュール2bは、パワーモジュール2bを製造するためのコスト及び時間を減少させることが可能な構造を有する。
本実施の形態のパワーモジュール2bの製造方法の効果を説明する。本実施の形態に係るパワーモジュール2bの製造方法は、第1の受容部(24,27)及び第2の受容部(124,127)が、第1のリードフレーム50eの一部及び第2の受容部(124,127)が第3のリードフレーム150の一部をそれぞれ受け入れるように、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150との間の絶縁膜175によって一体化された第1のリードフレーム50e及び第3のリードフレーム150を、第1の受容部(24,27)及び第2の受容部(124,127)に対して位置決めすることを備える。第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150とは、一括して、第1のパワー半導体素子40、第2のパワー半導体素子140及び樹脂フレーム20e(第1の樹脂フレーム部20e1、第2の樹脂フレーム部20e2)に対してアライメントされ得る。本実施の形態のパワーモジュール2bの製造方法によれば、パワーモジュール2bを製造するためのコスト及び時間が減少され得る。
本実施の形態の変形例のパワーモジュール2bは、第1の受容部(24)及び第2の受容部(124)の一つと、第1の受容部(27)及び第2の受容部(124,127)の一つとを含む。本実施の形態の変形例のパワーモジュール2bでは、第1のリードフレーム50eと第3のリードフレーム150と絶縁膜175は一体化されているため、第1の受容部(24)及び第2の受容部(124,127)の他方と、第1の受容部(27)及び第2の受容部(124,127)の他方とが省略され得る。そのため、本実施の形態の変形例のパワーモジュール2bはさらに小型化され得る。
実施の形態9.
図19を参照して、実施の形態9に係るパワーエレクトロニクス機器3を説明する。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、実施の形態7のパワーモジュール2aと、パワーモジュール2aを収容するケース200とを備える。実施の形態7のパワーモジュール2aに代えて、実施の形態1から実施の形態6及び実施の形態8のパワーモジュール1,1a,1b,1c,1d,2,2bが、ケース200内に収容されてもよい。
ケース200は、放熱部材201と、筒状体203とを含む。放熱部材201は、銅板またはアルミニウム板のような高い熱伝導性を有する材料から構成される板であってもよい。放熱部材201は、パワーモジュール2aにおいて発生する熱を放散する。放熱部材201は、放熱フィン202をさらに含んでもよい。放熱フィン202を含む放熱部材201は、パワーモジュール2aにおいて発生する熱をさらに効率的に放散させることができる。筒状体203は、絶縁性樹脂で構成されてもよい。筒状体203は、シリコン接着剤のような接合材205aを用いて、放熱部材201上に固定されてもよい。パワーモジュール2aは、放熱部材201上に載置される。特定的には、パワーモジュール2aは、はんだまたは熱伝導性グリースのような接合材205bを用いて、放熱部材201上に固定される。
ケース200は、第1のバスバー206と第2のバスバー207とをさらに含む。第1のバスバー206及び第2のバスバー207は、ケース200に一体的に設けられてもよい。特定的には、第1のバスバー206及び第2のバスバー207は、筒状体203に一体的に設けられてもよい。ケース200は、第3のバスバー(図示せず)をさらに含んでもよい。第3のバスバーは、ケース200に一体的に設けられてもよい。特定的には、第3のバスバーは、筒状体203に一体的に設けられてもよい。
第1のバスバー206は、第1の接続部208において、第1のリードフレーム50eに電気的及び機械的に接続される。第2のバスバー207は、第2の接続部209において、第2のリードフレーム60に電気的及び機械的に接続される。第3のバスバーは、第3の接続部(図示せず)において、第4のリードフレーム160(図15を参照)に電気的及び機械的に接続される。第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3のバスバーは、例えば、TIG溶接またはレーザ溶接のような溶接によって、それぞれ、第1のリードフレーム50e、第2のリードフレーム60及び第4のリードフレーム160に電気的及び機械的に接続されてもよい。第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3のバスバーは、それぞれ、第1のリードフレーム50e、第2のリードフレーム60及び第4のリードフレーム160にねじ止めされてもよい。
封止樹脂体70は、ケース200の内側を封止する。封止樹脂体70は、例えば、エポキシ樹脂またはゲルのような絶縁性樹脂材料から構成されてもよい。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3の効果を説明する。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、実施の形態7のパワーモジュール2aを備える。そのため、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、実施の形態7のパワーモジュール2aと同様の効果を有する。例えば、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、十分に高い信頼性を有し、かつ、小型化され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、パワーモジュール2aと、パワーモジュール2aを収容するケース200とを備える。ケース200は第1のバスバー206及び第2のバスバー207を含む。第1のバスバー206及び第2のバスバー207は、それぞれ、第1のリードフレーム50e及び第2のリードフレーム60に電気的及び機械的に接続される。そのため、第1のリードフレーム50eと第1のバスバー206との第1の接続部208及び第2のリードフレーム60と第2のバスバー207との第2の接続部209は、パワーモジュール2aの上方(+z方向)に位置する。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、第1の基板10の主面が延在する方向、すなわち第1の方向(x方向)及び第2の方向(y方向)において、小型化され得る。さらに、パワーモジュール2aから第1のバスバー206及び第2のバスバー207までの配線長さが減少され得るため、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、低いインダクタンスを有する。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3では、ケース200は、パワーモジュール2aを収容する。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3は、機械的な衝撃から、パワーモジュール2aを保護することができる。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3では、ケース200は、放熱部材201を含む。パワーモジュール2aは、放熱部材201上に載置される。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3によれば、パワーモジュール2aにおいて発生する熱が放熱部材201によって効率的に放散され得る。
実施の形態10.
図20を参照して、実施の形態10に係るパワーエレクトロニクス機器3aを説明する。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aは、基本的には、実施の形態9のパワーエレクトロニクス機器3と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aは、パワーモジュール2cと、パワーモジュール2cを収容するケース200jとを備える。本実施の形態のパワーモジュール2cは、実施の形態9のパワーモジュール2aと同様の構成を有するが以下の点で異なる。第一に、本実施の形態のパワーモジュール2cでは、第1のリードフレーム50jの第1のリードフレーム部51jは、ケース200jに含まれる第3の受容部(204)まで延在している。第二に、本実施の形態のパワーモジュール2cでは、樹脂フレーム20jは、第1の窪み部27(図19を参照)を有していない。特定的には、本実施の形態の第2の樹脂フレーム部20j2は、第1の窪み部27(図19を参照)を有していない。
ケース200jは、第1のリードフレーム50jの第1の主面53に対向する第3の受容部(204)を含む。第3の受容部(204)は、第3の窪み部204であってもよい。特定的には、筒状体203jは、第1のリードフレーム50jの第1の主面53に対向する第3の窪み部204を含む。第3の窪み部204は、第1のリードフレーム50jの一部を受け入れる。特定的には、第3の窪み部204は、第1のリードフレーム50jの第2の端部56を受け入れる。筒状体203j自体の内部に、第1のリードフレーム50jは存在しない。筒状体203j自体は第1のリードフレーム50jを含んでいない。第1のリードフレーム50jは、ケース200j(筒状体203j)に直接固定されていない。
図20から図24を参照して、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法を説明する。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、以下の工程を備える。
図21及び図22を参照して、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の導電部12を有する第1の基板10上に、第1のパワー半導体素子40と樹脂フレーム20jとを配置することを備える。第1のパワー半導体素子40は、第1の電極44と第2の電極43とを含む。樹脂フレーム20jは、第1のパワー半導体素子40を囲み、かつ、第1の窪み部24を含む。第1の基板10上に第1のパワー半導体素子40を配置することは、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを含む。
特定的には、図21に示されるように、第1の基板10上に、第1の電極44と第2の電極43とを含む第1のパワー半導体素子40と、第3の電極144と第4の電極143とを含む第2のパワー半導体素子140とを配置する。はんだ46を用いて、第1の基板10の第1の導電部12に、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43を電気的及び機械的に接続してもよい。はんだ146を用いて、第1の基板10の第2の導電部112に、第2のパワー半導体素子140の第4の電極143を電気的及び機械的に接続してもよい。
図22に示されるように、接着剤39を用いて、樹脂フレーム20jの第1の樹脂フレーム部20e1が第1の基板10上に固着されてもよい。第1の樹脂フレーム部20e1が第1のパワー半導体素子40を囲むように、第1の樹脂フレーム部20e1は第1の基板10上に配置されてもよい。第1の樹脂フレーム部20e1は、第1の窪み部24と第3の凹部30とを含んでもよい。接着剤139を用いて、樹脂フレーム20jの第2の樹脂フレーム部20j2が第1の基板10上に固着されてもよい。第2の樹脂フレーム部20j2が第2のパワー半導体素子140を囲むように、第1の基板10上に第2の樹脂フレーム部20j2は配置されてもよい。第2の樹脂フレーム部20j2は、第2の窪み部124,127を含んでもよい。
図22に示されるように、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第2のリードフレーム60を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを備える。はんだのような導電性接合部材65を用いて、第2のリードフレーム60が第1の導電部12に電気的及び機械的に接続されてもよい。第2のリードフレーム60の一部は第1の樹脂フレーム部20e1に一体化されてもよい。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第4のリードフレーム160(図15を参照)を第2の導電部112に電気的及び機械的に接続することを備える。はんだのような導電性接合部材165(図示せず)を用いて、第4のリードフレーム160が第2の導電部112に電気的及び機械的に接続されてもよい。第4のリードフレーム160の一部は第2の樹脂フレーム部20j2に一体化されてもよい。
図23を参照して、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3の窪み部204を含むケース200j内に、第1の基板10を収容することを備える。特定的には、第1のバスバー206、第2のバスバー207、第3のバスバー(図示せず)及び第3の窪み部204を含むケース200j内に、図22に示される、第1の基板10、第1のパワー半導体素子40、第2のパワー半導体素子140、樹脂フレーム20j、第2のリードフレーム60及び第4のリードフレーム160(図15を参照)は収容されてもよい。第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3のバスバーは、ケース200jに設けられてもよい。特定的には、第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3のバスバーは、筒状体203jに設けられてもよい。
図24を参照して、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第2の窪み部124,127及び第3の凹部30が第3のリードフレーム150の一部を受け入れ、第2の窪み部124,127が第3のリードフレーム150の第2の主面153に対向し、かつ、第2の主面153が第3の電極144に対向するように、第2の窪み部124,127及び第3の凹部30に対して第3のリードフレーム150を位置決めすることを含んでもよい。特定的には、第2の窪み部127及び第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の1つ以上の端部(第3の端部155、第4の端部156)を受け入れてもよい。第2の窪み部124,127は、第2の主面153に直交する第3の方向(z方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。
さらに特定的には、第2の窪み部124,127及び第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の第3の側面157,158に対向してもよい。本明細書において、第2の窪み部124,127及び第3の凹部30が第3のリードフレーム150の第3の側面157,158に対向することは、第2の窪み部124,127及び第3の凹部30が一対の第3の側面157,158の少なくとも1つに対向することを意味する。第2の窪み部124,127及び第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の短手方向である第2の方向(y方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。第2窪み部127及び第3の凹部30は、第2の主面153及び第3の側面157,158に交差する第3のリードフレーム150の面(例えば、第4の側面159)にさらに対向してもよい。第2の窪み部127及び第3の凹部30は、第3のリードフレーム150の長手方向である第1の方向(x方向)において、第3のリードフレーム150をアライメントすることができる。第2窪み部127及び第3の凹部30は、第3の側面157,158と第2の主面153及び第3の側面157,158に交差する第3のリードフレーム150の面(例えば、第4の側面159)との少なくとも1つに対向してもよい。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第3のリードフレーム150を、第2のパワー半導体素子140の第3の電極144に電気的及び機械的に接続することを備えてもよい。具体的には、はんだのような導電性接合部材147を用いて、第3のリードフレーム150は、第2のパワー半導体素子140の第3の電極144に電気的及び機械的に接続される。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第3のリードフレーム150第3の端部155を、はんだのような導電性接合部材162を用いて、第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを備えてもよい。
図25を参照して、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の窪み部24及び第3の窪み部204が第1のリードフレーム50jの一部を受け入れ、第1の窪み部24及び第3の窪み部204が第1のリードフレーム50jの第1の主面53に対向し、かつ、第1の主面53が第1の電極44に対向するように、第1の窪み部24及び第3の窪み部204に対して第1のリードフレーム50jを位置決めすることを備える。特定的には、第1の窪み部24及び第3の窪み部204は、第1のリードフレーム50jの1つ以上の端部(第1の端部55、第2の端部56)を受け入れてもよい。第1の窪み部24及び第3の窪み部204は、第1の主面53に直交する第3の方向(z方向)において、第1のリードフレーム50jをアライメントすることができる。
さらに特定的には、第1の窪み部24及び第3の窪み部204は、第1のリードフレーム50jの第1の側面57,58に対向してもよい。第1の窪み部24及び第3の窪み部204は、第1のリードフレーム50jの短手方向である第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50jをアライメントすることができる。第1の窪み部24及び第3の窪み部204は、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50jの面(例えば、第2の側面59)にさらに対向してもよい。第1の窪み部24及び第3の窪み部204は、第1のリードフレーム50jの長手方向である第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50jをアライメントすることができる。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のリードフレーム50jを第1の電極44に電気的及び機械的に接続することを備える。具体的には、はんだのような導電性接合部材47を用いて、第1のリードフレーム50jは、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に電気的及び機械的に接続される。こうして、パワーモジュール2cがケース200j内に収容される。
図26を参照して、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のリードフレーム50jを第1のバスバー206に電気的及び機械的に接続することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第2のリードフレーム60を第2のバスバー207に電気的及び機械的に接続することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第4のリードフレーム160(図15を参照)を第3のバスバー(図示せず)に電気的及び機械的に接続することを備えてもよい。
特定的には、第1のバスバー206は、第1の接続部208において、第1のリードフレーム50jに電気的及び機械的に接続される。第2のバスバー207は、第2の接続部209において、第2のリードフレーム60に電気的及び機械的に接続される。第3のバスバー(図示せず)は、第3の接続部(図示せず)において、第4のリードフレーム160(図15を参照)に電気的及び機械的に接続される。第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3のバスバーは、それぞれ、例えば、TIG溶接またはレーザ溶接のような溶接によって、第1のリードフレーム50j、第2のリードフレーム60及び第4のリードフレーム160に電気的及び機械的に接続されてもよい。第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3のバスバーは、それぞれ、第1のリードフレーム50j、第2のリードフレーム60及び第4のリードフレーム160にねじ止めされてもよい。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、パワーモジュール2cを封止樹脂体70によって封止することを備えてもよい。特定的には、ケース200j内に封止樹脂体70を設けることによって、ケース200j内のパワーモジュール2cは封止されてもよい。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの効果を説明する。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aは、実施の形態9のパワーエレクトロニクス機器3と同様の効果を奏するが、以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aでは、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの一部を受け入れることによって、第1のリードフレーム50jは、樹脂フレーム20j、第1のパワー半導体素子40及び第2のパワー半導体素子140に対してだけでなく、ケース200j(筒状体203j)に対してもアライメントされ得る。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aにおいて、第1のリードフレーム50jをアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aは、小型化され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aでは、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)は、第1のリードフレーム50jの一部を受け入れる。第1のリードフレーム50jは、樹脂フレーム20j及びケース200jに直接固定されていない。そのため、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aでは、第1のリードフレーム50jの設計の自由度が向上され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aでは、ケース200jは、第1のリードフレーム50jの第1の主面53に対向する第3の受容部(204)を含む。第3の受容部(204)は、第1のリードフレーム50jの一部を受け入れる。ケース200jは、第1のリードフレーム50jの一部を受け入れる第3の受容部(204)を含むため、実施の形態9の1つ以上の第1の受容部(24,27)(図19を参照)の一部(第1の受容部(27))が省略され得る。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aはさらに小型化され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法の効果を説明する。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の導電部12を有する第1の基板10上に、第1の電極44と第2の電極43とを含む第1のパワー半導体素子40と、第1の受容部(24)を含む樹脂フレーム20jとを配置することを備える。第1の基板10上に第1のパワー半導体素子40を配置することは、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを含む。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第2のリードフレーム60を第1の導電部12に電気的及び機械的に接続することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3の受容部(204)を含むケース200j内に、第1の基板10を収容することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの一部を受け入れ、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの第1の主面53に対向し、かつ、第1の主面53が第1の電極44に対向するように、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)に対して第1のリードフレーム50jを位置決めすることを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のリードフレーム50jを第1の電極44に電気的及び機械的に接続することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のリードフレーム50jを第1のバスバー206に電気的及び機械的に接続することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第2のリードフレーム60を第2のバスバー207に電気的及び機械的に接続することを備える。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のリードフレーム50jを第1のバスバー206に電気的及び機械的に接続することと、第2のリードフレーム60を第2のバスバー207に電気的及び機械的に接続することとを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、例えば、熱サイクル試験において、十分に高い信頼性を有するパワーエレクトロニクス機器3aが製造され得る。さらに、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの一部を受け入れ、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの第1の主面53に対向し、かつ、第1の主面53が第1の電極44に対向するように、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)に対して第1のリードフレーム50jを位置決めすることを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法において、第1のリードフレーム50jをアライメントするための治具を受け入れる空間を確保する必要がない。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、小型化され得るパワーエレクトロニクス機器3aが製造され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法では、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)によって、第1のリードフレーム50jが、容易かつ確実に、第1のパワー半導体素子40の第1の電極44に接合され得る。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、向上された生産性を有する。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの一部を受け入れるように、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)に対して第1のリードフレーム50jを位置決めすることを備える。第1のリードフレーム50jは、樹脂フレーム20jに直接固定されていない。そのため、本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のリードフレーム50jの設計の自由度を向上させ得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)が第1のリードフレーム50jの一部を受け入れるように、第1の受容部(24)及び第3の受容部(204)に対して第1のリードフレーム50jを位置決めすることを備える。ケース200jは、第1のリードフレーム50jの一部を受け入れる第3の受容部(204)を含むため、実施の形態9の1つ以上の第1の受容部(24,27)(図19を参照)の一部(第1の受容部(27))が省略され得る。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、パワーエレクトロニクス機器3aはさらに小型化され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3の受容部(204)を含むケース200j内に、第1の基板10を収容することと、第1のリードフレーム50jを第1のバスバー206に電気的及び機械的に接続することと、第2のリードフレーム60を第2のバスバー207に電気的及び機械的に接続することを備える。そのため、第1のリードフレーム50jと第1のバスバー206との第1の接続部208及び第2のリードフレーム60と第2のバスバー207との第2の接続部209は、パワーモジュール2cの上方(+z方向)に位置する。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、第1の基板10の主面が延在する方向、すなわち第1の方向(x方向)及び第2の方向(y方向)において、パワーエレクトロニクス機器3aは小型化され得る。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、パワーモジュール2cから第1のバスバー206及び第2のバスバー207までの配線長さが減少され得る。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、低いインダクタンスを有するパワーエレクトロニクス機器3aが製造され得る。
本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法は、第1のバスバー206、第2のバスバー207及び第3の受容部(204)を含むケース200j内に、第1の基板10を収容することを備える。本実施の形態のパワーエレクトロニクス機器3aの製造方法によれば、機械的な衝撃から、パワーモジュール2cが保護され得る。
実施の形態11.
図27から図29を参照して、実施の形態11に係るパワーモジュール1eを説明する。本実施の形態のパワーモジュール1eは、実施の形態1のパワーモジュール1と同様の構成を備えるが、主に以下の点で異なる。
本実施の形態のパワーモジュール1eでは、樹脂フレーム20は、第1のリードフレーム50の第1の主面53に対向する1つ以上の第1の受容部(72,74,77)を含む。具体的には、樹脂フレーム20は、第1の受容部(72,74)と第1の受容部(72,77)とを含む。1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1の主面53に面する樹脂フレーム20の第3の主面72と、第3の主面72から突出する突起部74,77とを含む。突起部74,77は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58と第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)との少なくとも1つに対向している。樹脂フレーム20は、第3の主面72を有し、第3の主面72から突出する突起部74,77を含む。突起部74は、第1のリードフレーム50の第1の端部55に対向してもよい。突起部77は、第1のリードフレーム50の第2の端部56に対向してもよい。
1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1のリードフレーム50の一部を受け入れる。樹脂フレーム20自体の内部には、第1のリードフレーム50は存在しない。樹脂フレーム20自体は第1のリードフレーム50を含んでいない。第1のリードフレーム50は、樹脂フレーム20に直接固定されていない。第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の受容部(72,74,77)に接触してもよい。特定的には、第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の受容部(72,74,77)の底面、すなわち、第3の主面72に接触してもよい。第1のリードフレーム50は、1つ以上の第1の受容部(72,74,77)の底面、すなわち、第3の主面72の上方に位置してもよい。1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1の主面53に直交する第3の方向(z方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
特定的には、1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1のリードフレーム50の1つ以上の端部(第1の端部55、第2の端部56)を受け入れてもよい。第1の受容部(72,74)は、第1のリードフレーム50の第1の端部55を受け入れてもよい。第1の受容部(72,77)は、第1のリードフレーム50の第2の端部56を受け入れてもよい。第1のリードフレーム50を第1のパワー半導体素子40に電気的及び機械的に接続するために、第1のリードフレーム50が第1のパワー半導体素子40の上方(+z方向)から第1のパワー半導体素子40に向けて動かされる時に、1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1のリードフレーム50が第1のパワー半導体素子40に衝突しないように構成されてもよい。例えば、1つ以上の第1の受容部(72,74,77)の底面(第3の主面72)と第1の基板10の表面(第1の導電部12の表面)との間の距離は、第1のパワー半導体素子40の第2の電極43の表面と第1の基板10の表面(第1の導電部12の表面)との間の距離よりも大きくてもよい。
1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58にさらに対向してもよい。1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1のリードフレーム50の短手方向である第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。1つ以上の第1の第1の受容部(72,74,77)は、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)にさらに対向してもよい。1つ以上の第1の受容部(72,74,77)は、第1のリードフレーム50の長手方向である第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
特定的には、突起部74,77は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58に対向する第1の突起部分75,78と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)に対向する第2の突起部分76,79とを含む。突起部74は、一対の第1の突起部分75と第2の突起部分76とを含む。第2の突起部分76は、一対の第1の突起部分75から離れて配置されている。突起部77は、一対の第1の突起部分78と第2の突起部分79とを含む。第2の突起部分79は、一対の第1の突起部分78から離れて配置されている。突起部74,77は、壁であってもよいし、柱であってもよい。
具体的には、第1の突起部分75は、第1のリードフレーム50の第1の端部55における第1のリードフレーム50の第1の側面57,58に対向している。第1の突起部分78は、第1のリードフレーム50の第2の端部56における第1のリードフレーム50の第1の側面57,58に対向している。第1の突起部分75,78は、第1のリードフレーム50の短手方向である第2の方向(y方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
第2の突起部分76,79は、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)に対向している。具体的には、第2の突起部分76は、第1のリードフレーム50の第1の端部55における、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(第2の側面59)に対向している。第2の突起部分79は、第1のリードフレーム50の第2の端部56における、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面に対向している。第2の突起部分76,79は、第1のリードフレーム50の長手方向である第1の方向(x方向)において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
図30から図33を参照して、実施の形態11の第1の変形例から第4の変形例に係るパワーモジュール1f−1iを説明する。本実施の形態の第1の変形例から第4の変形例のパワーモジュール1f−1iは、本実施の形態のパワーモジュール1eと、突起部74,77の構造において異なる。
図30に示される本実施の形態の第1の変形例のパワーモジュール1fでは、1つの突起部74は、第1のリードフレーム50の第1の端部55において、第1の側面57,58と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(第2の側面59)とに対向している。突起部74は、第1のリードフレーム50の長手方向及び短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。本実施の形態の第1の変形例のパワーモジュール1fでは、1つの突起部77は、第1のリードフレーム50の第2の端部56において、第1の側面57,58と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面とに対向している。突起部77は、第1のリードフレーム50の長手方向及び短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
図31に示される本実施の形態の第2の変形例のパワーモジュール1gでは、突起部74は、第1の突起部分75と第3の突起部分76gとを含んでいる。第1の突起部分75は、第1のリードフレーム50の第1の端部55において、第1の側面58に対向している。第1の突起部分75は、第1のリードフレーム50の短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。第3の突起部分76gは、第1のリードフレーム50の第1の端部55において、第1の側面57と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(第2の側面59)とに対向している。第3の突起部分76gは、第1のリードフレーム50の長手方向及び短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。樹脂フレーム20の第3の主面72の平面視において、第3の突起部分76gは、L字の形状を有してもよい。第3の突起部分76gは、第1の突起部分75から離れて配置されている。
本実施の形態の第2の変形例のパワーモジュール1gでは、突起部77は、第1の突起部分78と第3の突起部分79gとを含んでいる。第1の突起部分78は、第1のリードフレーム50の第2の端部56において、第1の側面57に対向している。第1の突起部分78は、第1のリードフレーム50の短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。第3の突起部分79gは、第1のリードフレーム50の第2の端部56において、第1の側面58と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面とに対向している。第3の突起部分79gは、第1のリードフレーム50の長手方向及び短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。樹脂フレーム20の第3の主面72の平面視において、第3の突起部分79gは、L字の形状を有してもよい。第3の突起部分79gは、第1の突起部分78から離れて配置されている。
図32に示される本実施の形態の第3の変形例のパワーモジュール1hでは、突起部74は、第1の突起部分75と第2の突起部分76とを含んでいる。第1の突起部分75は、第1のリードフレーム50の第1の端部55において、第1の側面57に対向している。第1の突起部分75は、第1のリードフレーム50の短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。第2の突起部分76は、第1のリードフレーム50の第1の端部55において、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(第2の側面59)に対向している。第2の突起部分76は、第1のリードフレーム50の長手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。
第2の突起部分76は、第1の突起部分75から離れて配置されている。本実施の形態の第3の変形例のパワーモジュール1hでは、突起部77は、第1の突起部分78と第2の突起部分79とを含んでいる。第1の突起部分78は、第1のリードフレーム50の第2の端部56において、第1の側面58に対向している。第1の突起部分78は、第1のリードフレーム50の短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。第2の突起部分79は、第1のリードフレーム50の第2の端部56において、第1の主面53と第1の側面57,58とに交差する第1のリードフレーム50の面に対向している。第2の突起部分79は、第1のリードフレーム50の長手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。第2の突起部分79は、第1の突起部分78から離れて配置されている。
図33に示される本実施の形態の第4の変形例のパワーモジュール1iでは、1つの突起部74は、第1のリードフレーム50の第1の端部55において、第1の側面57と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(第2の側面59)とに対向している。突起部74は、第1のリードフレーム50の長手方向及び短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。樹脂フレーム20の第3の主面72の平面視において、突起部74は、L字の形状を有してもよい。本実施の形態の第2の変形例のパワーモジュール1gでは、1つの突起部77は、第1のリードフレーム50の第2の端部56において、第1の側面58と、第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面とに対向している。突起部77は、第1のリードフレーム50の長手方向及び短手方向において、第1のリードフレーム50をアライメントすることができる。樹脂フレーム20の第3の主面72の平面視において、突起部77は、L字の形状を有してもよい。
本実施の形態及びその第1から第4の変形例のパワーモジュール1e−1iでは、第1の受容部(72,74,77)は、第1の主面53に面する樹脂フレーム20の第3の主面72と、第3の主面72から突出する突起部74,77とを含む。突起部74,77は、第1のリードフレーム50の第1の側面57,58と第1の主面53及び第1の側面57,58に交差する第1のリードフレーム50の面(例えば、第2の側面59)との少なくとも1つに対向している。本実施の形態及びその第1から第4の変形例のパワーモジュール1e−1iの効果は、実施の形態1のパワーモジュール1の効果と同様の効果を奏する。
今回開示された実施の形態及び変形例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。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態1から実施の形態11及びそれらの変形例の少なくとも2つを組み合わせてもよい。例えば、実施の形態6から実施の形態10では、第2の受容部(124,127)は、第2の窪み部124,127に代えて、実施の形態11に開示された突起部74,77を含んでもよい。実施の形態10では、第3の受容部(204)は、第3の窪み部204に代えて、実施の形態11に開示された突起部74,77を含んでもよい。本発明の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、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を意図される。
1,1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1h,1i,2,2a,2b,2c パワーモジュール、3,3a パワーエレクトロニクス機器、10 第1の基板、11 第1の絶縁板、12 第1の導電部、13,113 導電部、14 第2の孔、20,20a,20b,20c,20d,20e,20j 樹脂フレーム、20e1 第1の樹脂フレーム部、20e2,20j2 第2の樹脂フレーム部、24,27 第1の窪み部、25a 第1の突出部、25b,28b 第3の突出部、28a,29a 第2の突出部、30 第3の凹部、35 金属膜、37 第4の突出部、38 係止部、39,139 接着剤、39c,46,146 はんだ、40 第1のパワー半導体素子、43 第2の電極、44 第1の電極、47,65,147,162,165 導電性接合部材、50,50a,50b,50e,50j 第1のリードフレーム、51,51e,51j 第1のリードフレーム部、52 第2のリードフレーム部、53 第1の主面、55 第1の端部、55a 第1の凹部、55b,56b 第1の孔、56 第2の端部、57,58 第1の側面、57a,58a 第2の凹部、59 第2の側面、60 第2のリードフレーム、70 封止樹脂体、72 第3の主面、74,77 突起部、75,78 第1の突起部分、76,79 第2の突起部分、76g,79g 第3の突起部分、110 第2の基板、111 第2の絶縁板、112 第2の導電部、124,127 第2の窪み部、140 第2のパワー半導体素子、143 第4の電極、144 第3の電極、150 第3のリードフレーム、153 第2の主面、155 第3の端部、156 第4の端部、157,158 第3の側面、159 第4の側面、160 第4のリードフレーム、175 絶縁膜、200,200j ケース、201 放熱部材、202 放熱フィン、203,203j 筒状体、204 第3の窪み部、205a,205b 接合材、206 第1のバスバー、207 第2のバスバー、208 第1の接続部、209 第2の接続部。

Claims (20)

  1. 第1の導電部を有する第1の基板と、
    第1の電極と、前記第1の導電部に電気的及び機械的に接続される第2の電極とを含む第1のパワー半導体素子と、
    前記第1のパワー半導体素子を囲むように前記第1の基板上に配置される樹脂フレームと、
    前記第1の電極に電気的及び機械的に接続される第1のリードフレームとを備え、前記第1のリードフレームは、前記第1の電極に対向する第1の主面と、前記第1の主面に交差しかつ前記第1のリードフレームの長手方向に延在する第1の側面とを有し、さらに、
    前記第1の導電部に電気的及び機械的に接続される第2のリードフレームを備え、
    前記樹脂フレームは、前記第1のリードフレームの前記第1の主面に対向する1つ以上の第1の受容部を含み、
    前記第1の受容部は、前記第1のリードフレームの一部を受け入れる、パワーモジュール。
  2. 前記第1の受容部は、前記第1の主面に対向する前記樹脂フレームに形成された窪み部である、請求項1に記載のパワーモジュール。
  3. 前記第1の受容部は、前記第1の主面に面する前記樹脂フレームの第3の主面と、前記第3の主面から突出する突起部とを含み、
    前記突起部は、前記第1の側面と前記第1の主面及び前記第1の側面に交差する前記第1のリードフレームの面との少なくとも1つに対向している、請求項1に記載のパワーモジュール。
  4. 前記第1の受容部は、前記第1のリードフレームの1つ以上の端部を受け入れる、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  5. 前記第1のリードフレームは、前記1つ以上の端部に、第1の突出部及び第1の凹部の一方を含み、
    前記樹脂フレームは、前記第1の受容部に、前記第1の突出部及び前記第1の凹部の他方を含み、
    前記第1の突出部は前記第1の凹部に嵌まる、請求項4に記載のパワーモジュール。
  6. 前記第1の受容部は、前記第1のリードフレームの前記第1の側面にさらに対向する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  7. 前記第1のリードフレームは、前記第1のリードフレームの前記第1の側面に、第2の突出部及び第2の凹部の一方を含み、
    前記樹脂フレームは、前記第1の受容部に、前記第2の突出部及び前記第2の凹部の他方を含み、
    前記第2の突出部は前記第2の凹部に嵌まる、請求項6に記載のパワーモジュール。
  8. 前記第1のリードフレームは、前記第1のリードフレームの前記第1の主面に、第3の突出部及び第1の孔の一方を含み、
    前記樹脂フレームは、前記第1の受容部に、前記第3の突出部及び前記第1の孔の他方を含み、
    前記第3の突出部は前記第1の孔に嵌まる、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  9. 前記樹脂フレームは、前記第1の基板に対向して配置される金属膜をさらに含み、
    前記樹脂フレームは、前記金属膜に接合されるはんだを介して、前記第1の基板に固定される、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  10. 前記第1の基板は、第4の突出部及び第2の孔の一方を含み、
    前記樹脂フレームは、前記第4の突出部及び前記第2の孔の他方を含み、
    前記第4の突出部は前記第2の孔に嵌まる、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  11. 前記樹脂フレームは、1つ以上の係止部を有し、
    前記1つ以上の係止部は、前記第1の基板に係止する、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  12. 第2の導電部を有する第2の基板と、
    第3の電極と、前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続される第4の電極とを含む第2のパワー半導体素子と、
    前記第3の電極に対向する第2の主面を有しかつ前記第3の電極に電気的及び機械的に接続される第3のリードフレームと、
    前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続される第4のリードフレームとをさらに備え、
    前記第4の電極は、前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続され、
    前記樹脂フレームは、前記第2のパワー半導体素子を囲むように前記第2の基板上に配置され、
    前記樹脂フレームは、前記第3のリードフレームの前記第2の主面に対向する1つ以上の第2の受容部をさらに含み、
    前記第2の受容部は、前記第3のリードフレームの一部を受け入れる、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  13. 第3の電極と第4の電極とを含む第2のパワー半導体素子と、
    前記第3の電極に対向する第2の主面を有しかつ前記第3の電極に電気的及び機械的に接続される第3のリードフレームと、
    第4のリードフレームとをさらに備え、
    前記第1の基板は、第2の導電部をさらに有し、
    前記第4のリードフレームは、前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続され、
    前記第4の電極は、前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続され、
    前記樹脂フレームは、前記第2のパワー半導体素子を囲むように前記第1の基板上に配置され、
    前記樹脂フレームは、前記第3のリードフレームの前記第2の主面に対向する1つ以上の第2の受容部をさらに含み、
    前記第2の受容部は、前記第3のリードフレームの一部を受け入れる、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のパワーモジュール。
  14. 前記第1のリードフレームと前記第3のリードフレームとの間に絶縁膜をさらに備える、請求項12または請求項13に記載のパワーモジュール。
  15. 前記第1のリードフレームと前記第3のリードフレームとは、前記絶縁膜によって一体化されている、請求項14に記載のパワーモジュール。
  16. 請求項1から請求項15に記載のいずれか1項に記載のパワーモジュールと、
    前記パワーモジュールを収容するケースとを備え、
    前記ケースは第1のバスバー及び第2のバスバーを含み、
    前記第1のバスバー及び前記第2のバスバーは、それぞれ、前記第1のリードフレーム及び前記第2のリードフレームに電気的及び機械的に接続される、パワーエレクトロニクス機器。
  17. 前記ケースは、前記第1のリードフレームの前記第1の主面に対向する第3の受容部を含み、
    前記第3の受容部は、前記第1のリードフレームの一部を受け入れる、請求項16に記載のパワーエレクトロニクス機器。
  18. 第1の導電部を有する第1の基板上に、第1の電極と第2の電極とを含む第1のパワー半導体素子と、前記第1のパワー半導体素子を囲みかつ1つ以上の第1の受容部を含む樹脂フレームとを配置することと、
    前記第1の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れ、前記第1の受容部が前記第1のリードフレームの第1の主面に対向し、かつ、前記第1の主面が前記第1の電極に対向するように、前記第1の受容部に対して前記第1のリードフレームを位置決めすることと、
    前記第1のリードフレームを前記第1の電極に電気的及び機械的に接続することと、
    第2のリードフレームを前記第1の導電部に電気的及び機械的に接続することとを備え、
    前記第1の基板上に前記第1のパワー半導体素子を配置することは、前記第1のパワー半導体素子の前記第2の電極を前記第1の導電部に電気的及び機械的に接続することを含む、パワーモジュールの製造方法。
  19. 前記第1の基板上に、第3の電極と第4の電極とを含む第2のパワー半導体素子を配置することをさらに備え、前記第1の基板は、前記第1の導電部と電気的に分離される第2の導電部をさらに有し、前記樹脂フレームは、前記第2のパワー半導体素子を囲みかつ1つ以上の第2の受容部を含み、
    前記第2の受容部が第3のリードフレームの一部を受け入れ、前記第2の受容部が前記第3のリードフレームの第2の主面に対向し、かつ、前記第2の主面が前記第3の電極に対向するように、前記第2の受容部に対して前記第3のリードフレームを位置決めすることと、
    前記第3のリードフレームを前記第3の電極に電気的及び機械的に接続することと、
    第4のリードフレームを前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続することとをさらに備え、
    前記第1の基板上に前記第2のパワー半導体素子を配置することは、前記第2のパワー半導体素子の前記第4の電極を前記第2の導電部に電気的及び機械的に接続することを含み、
    前記第1の受容部に対して前記第1のリードフレームを位置決めすることと、前記第2の受容部に対して前記第3のリードフレームを位置決めすることとは、前記第1のリードフレームと前記第3のリードフレームの間の絶縁膜によって一体化された前記第1のリードフレーム及び前記第3のリードフレームを、前記第1の受容部及び前記第2の受容部に対して位置決めすることを含む、請求項18に記載のパワーモジュールの製造方法。
  20. 第1の導電部を有する第1の基板上に、第1の電極と第2の電極とを含む第1のパワー半導体素子と、前記第1のパワー半導体素子を囲みかつ1つ以上の第1の受容部を含む樹脂フレームとを配置することと、
    第2のリードフレームを前記第1の導電部に電気的及び機械的に接続することと、
    第1のバスバー、第2のバスバー及び第3の受容部を含むケース内に、前記第1の基板を収容することと、
    前記第1の受容部及び前記第3の受容部が第1のリードフレームの一部を受け入れ、前記第1の受容部及び前記第3の受容部が前記第1のリードフレームの第1の主面に対向し、かつ、前記第1の主面が前記第1の電極に対向するように、前記第1の受容部及び前記第3の受容部に対して前記第1のリードフレームを位置決めすることと、
    前記第1のリードフレームを前記第1の電極に電気的及び機械的に接続することと、
    前記第1のリードフレームを前記第1のバスバーに電気的及び機械的に接続することと、
    前記第2のリードフレームを前記第2のバスバーに電気的及び機械的に接続することと、を備え、
    前記第1の基板上に前記第1のパワー半導体素子を配置することは、前記第1のパワー半導体素子の前記第2の電極を前記第1の導電部に電気的及び機械的に接続することを含む、パワーエレクトロニクス機器の製造方法。
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