JP7452483B2 - 電子装置およびパワーモジュール - Google Patents

Description

この明細書における開示は、電子装置およびパワーモジュールに関する。

特許文献１には、検査対象物に向けて照射した超音波の反射を用いて得られる映像によって、対象物内部の探傷を検出する超音波探傷映像装置が開示されている。

特開２０１２－２１１８２６号公報

超音波探傷映像装置は、電子装置などの検査対象物への超音波照射を樹脂層を介して行う場合、樹脂と接する導体層内部などにおいて超音波の多重反射が生じやすくなる。この場合、検査ゲートに多重反射波が入り込むことに起因して超音波探傷映像の検査性が悪化しやすい。電子装置に係る超音波探傷映像の検査性（ＳＡＴ検査性ともいう）に関しては、改良の余地がある。

この明細書に開示する目的の一つは、樹脂層越しの良好なＳＡＴ検査性が得られる電子装置およびパワーモジュールを提供することである。

この明細書に開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。また、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、技術的範囲を限定するものではない。

開示する電子装置の一つは、素子（３）と、導体を含んで形成されている第１導体層（２１）、素子と第１導体層との間に介在して通電する接合層（２０）、導体を含んで形成されている第２導体層（２３）、および、樹脂を含んで形成されて第１導体層と第２導体層との間に介在する樹脂層（２２）を含んで形成されている積層部（２；１０２；２０２）と、を備え、
積層部は、第２導体層の外から素子に向けて発せられる超音波パルスが第２導体層を二往復する時間が、超音波パルスが第２導体層から素子にわたる範囲を一往復する時間よりも長くなるように、構成されている。

また、開示する電子装置の一つは、素子（３）と、導体を含んで形成されている第１導体層（２１）、素子と第１導体層との間に介在して通電する接合層（２０）、導体を含んで形成されている第２導体層（２３）、および、樹脂を含んで形成されて第１導体層と第２導体層との間に介在する樹脂層（２２）を含んで形成されている積層部（２；１０２；２０２）と、を備え、
積層部は、第２導体層の外から素子に向けて発せられる超音波パルスが第２導体層を三往復する時間が、超音波パルスが第２導体層から素子にわたる範囲を一往復する時間よりも長く、かつ、超音波パルスが第２導体層、樹脂層および第１導体層を一往復する時間が、超音波パルスが第２導体層を二往復する時間よりも長くなるように、構成されている。

この開示によれば、樹脂層を有する積層部の超音波探傷映像において、検査ゲートに多重反射波が入り込むことを抑制でき、超音波探傷映像の検査性を改善できる。このような超音波パルスの検出条件を満たす積層部について、材質、厚さなどの様々な構成の積層部に係る超音波探傷映像を用いて、ＳＡＴ検査性の改善を確認できている。したがって、樹脂層越しの良好なＳＡＴ検査性が得られる電子装置を提供できる。

電子装置の一例であるパワーモジュールの外観図である。 絶縁回路基板を含む積層部を示した断面図である。 超音波探傷映像装置の概要構成図である。 積層部の片側構造について第１例を示した断面図である。 積層部の片側構造について第２例を示した断面図である。 第１例の積層部を示した断面図である。 第１例の積層部から得られた検出信号波形図である。 第１例の積層部から得られたＳＡＴ画像である。 第２例の積層部を示した断面図である。 第２例の積層部から得られた検出信号波形図である。 第２例の積層部から得られたＳＡＴ画像である。 第３例の積層部を示した断面図である。 第３例の積層部から得られた検出信号波形図である。 第３例の積層部から得られたＳＡＴ画像である。 樹脂層厚さ０．１５ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 樹脂層厚さ０．１０ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 樹脂層厚さ０．２０ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 片側一方の接合層厚さ０．１０ｍｍおよび片側他方の接合層厚さ０．１５ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 片側一方の接合層厚さ０．３０ｍｍおよび片側他方の接合層厚さ０．１５ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 片側一方の接合層厚さ０．１５ｍｍおよび片側他方の接合層厚さ０．１０ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 片側一方の接合層厚さ０．１５ｍｍおよび片側他方の接合層厚さ０．３０ｍｍの構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 アルミニウムである導体層とエポキシ系樹脂である樹脂層とを含む構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。 その他の絶縁回路基板を示した断面図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について図１～図２２を参照しながら説明する。電子装置は、半導体等の素子と絶縁回路基板とを含む装置である。この電子装置は、例えば、スイッチング素子を含むパワーモジュールに適用することができる。この電子装置は、例えば電気自動車、燃料電池車等の車両に搭載された車載用の電力変換装置に適用することができる。車両には、乗用車、バス、建設作業車、農業機械車両等が含まれる。明細書に明示の目的を達成可能な電力変換装置は、例えば、インバータ装置、コンバータ装置等に適用することができる。このコンバータ装置は、交流入力直流出力の電源装置、直流入力直流出力の電源装置、交流入力交流出力の電源装置を含む。

以下、明細書に開示する目的を達成可能な電子装置の一例であるパワーモジュール１について図１、図２を参照して説明する。パワーモジュール１は、絶縁回路基板２、封止樹脂部１０、半導体チップ、主端子１１、および信号端子１２を備えている。パワーモジュール１は、絶縁回路基板２と主端子１１とを中継する導電部材を備える構成でもよい。導電部材は、主電極の配線として機能する。導電部材は、ドレイン電極と主端子１１とを中継し、ソース電極と主端子１１とを中継する。導電部材は、素子３の熱をパワーモジュール１の外部に放熱する機能も果たすことができる。導電部材は、電気伝導性及び熱伝導性を確保すべく、Ｃｕなどの金属材料を含んで形成することができる。

封止樹脂部１０は、絶縁回路基板２および半導体チップを内蔵し、主端子１１および信号端子１２を支持し、これらを絶縁している。封止樹脂部１０は、絶縁性を有する樹脂材料、例えば、エポキシ系の樹脂によって形成されている。封止樹脂部１０は、扁平の直方体状をなしている。封止樹脂部１０は、ゲルによって封止されている構造としてもよい。

半導体チップは、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮなどの半導体基板に形成された素子３を含んでいる。半導体チップには、１つのアームを構成する素子３であるスイッチング素子およびダイオードが形成されている。半導体チップには、素子３としてＲＣ（Reverse Conducting）－ＩＧＢＴが形成されている。素子３はゲート電極を有している。半導体チップは、両面に主電極を有している。半導体チップは、一面側に主電極としてドレイン電極を有し、一面と反対の裏面側に主電極としてソース電極を有している。ドレイン電極はダイオードのカソード電極も兼ねており、ソース電極はダイオードのアノード電極も兼ねている。

絶縁回路基板２は複数層を含む積層部をなしている。複数層は、第１導体層である第１金属層２１と絶縁性を有する樹脂層２２と第２導体層である第２金属層２３と接合層２０とが積層されて形成されている。絶縁回路基板２は、素子３を挟むように素子３の両側に設けられた一対の積層部を備える。絶縁回路基板２は、素子３に対して対称な一対の積層部を備える。絶縁回路基板２は、素子３の発熱などを、素子３の両面の外側に位置する一対の第２金属層２３から放熱する両面放熱を可能にしている。

第１金属層２１は、主として導体を含んで形成されている導体層の一例である。導体には、金属、グラファイトなどが含まれている。第２金属層２３は、主として導体層を含んで形成されている導体層の一例である。樹脂層２２は、両面において第１金属層２１と第２金属層２３とによって挟まれている。樹脂層２２は、所定の樹脂を含んで形成されており、第１金属層２１と第２金属層２３とを絶縁している。

第１金属層２１は、接合層２０を介して素子３に電気的に結合されており、素子３の実装面を形成する。接合層２０は、第１金属層２１と素子３との間に介在する層であって、第１金属層２１と素子３とを電気的に結合している。接合層２０は、例えば、はんだ、焼結銀によって形成されている。

第２金属層２３は、素子３に対して樹脂層２２や第１金属層２１よりも離れた位置に設けられて、素子３の発熱を外部に対して放熱しやすい放熱面を形成する。パワーモジュール１は、素子３と、素子３に近い順に、接合層２０、第１金属層２１、樹脂層２２、第２金属層２３の並びで厚さ方向に積層された積層部とを備えている。各層の厚さ方向は、積層部における積層方向（ＬＤ）に相当する。

樹脂層２２は、有機物と無機物とを含んで形成されている構成でもよい。有機物は、例えばエポキシ系の樹脂である。無機物には、例えばガラス、セラミックなどのフィラーが含まれる。

樹脂層２２は、音響インピーダンスが１０（Ｐａ・ｓ／ｍ^３）以下となるように構成されていることが好ましい。第１金属層２１および第２金属層２３は、銅を含んで形成されている構成でもよい。導体層と樹脂層の音響インピーダンスの差が大きいと多重反射の影響が顕著になるため、本構成の技術的意義がより強調される。この場合、金属層と樹脂層２２とは、音響インピーダンスの差が大きくなり、多重反射波が生じた場合の音圧が大きな値になる。第１金属層２１および第２金属層２３は、銅またはアルミニウムを含んで形成されている構成でもよい。第１金属層２１および第２金属層２３は、導電性が高レベルである無酸素銅を含んで形成されている構成でもよい。無酸素銅は、純度９９．９６％以上の純銅である。

主端子１１は、パワーモジュール１と外部機器とを電気的に接続するための外部接続端子のうち、主電流が流れる端子である。パワーモジュール１は、複数の主端子１１を備えている。主端子１１は、対応する導電部材に対して導電可能に設けられている。主端子１１と導電部材は、一つの部品として構成してもよいし、別個の部品として構成してもよい。別個の部品である場合、主端子１１は、封止樹脂部１０の内部で、対応する導電部材に接続されており、封止樹脂部１０の側面から外部に突出している。パワーモジュール１は、ドレイン電極と電気的に接続された主端子１１と、ソース電極と電気的に接続された主端子１１とを備えている。

信号端子１２は、封止樹脂部１０の内部で、対応する半導体チップの信号用の電極に接続されている。信号端子１２は、封止樹脂部１０の側面から外部に突出している。信号端子１２は、例えば、回路基板等の導電パターン部に電気的に接続されることになる。

電子装置が車載用の電力変換装置に適用される例について説明する。この場合、電子装置は車両の駆動システムの一つの部品として用いられる。以下、車両の駆動システムについて説明する。車両の駆動システムは、車両に搭載されており、車両の駆動輪を駆動するための駆動力を提供する。駆動システムは、直流電源、モータジェネレータ、電力変換装置等を備えている。直流電源は、直流電力を電力変換装置に供給する電源であり、例えば複数の二次電池である。

モータジェネレータは、三相交流方式の回転電機、つまり三相交流モータを含む。モータジェネレータは、車両の走行駆動源である電動機として機能する。モータジェネレータは回生時に発電機として機能する。電力変換装置は、直流電源とモータジェネレータとの間において電力変換を行う。

電力変換装置は、制御回路によるスイッチング制御にしたがって、直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータへ出力する。これにより、車両は、電力変換装置によって直流電力から電力変換された交流電力を用いてモータジェネレータを駆動して走行する。電力変換装置は、モータジェネレータの発電によって生成された交流電力を直流電力に変換し、回路における高電位側の電力ラインに出力する。電力変換装置は、直流電源とモータジェネレータとの間で双方向の電力変換を行う。

電力変換装置は、例えば、昇圧回路、インバータ回路を備えている。昇圧回路は、入力側が直流電源に接続されており、出力側がインバータ回路に接続されている。昇圧回路は、電力変換部、リアクトル、ノイズ抑制用のコンデンサを備えている。昇圧回路は、昇圧モード時に直流電源の電圧を昇圧してインバータ回路へ出力する。昇圧回路は、降圧モード時にインバータ回路から出力された直流電圧を降圧して直流電源に供給する。

昇圧回路は、複数のパワーモジュール１を備えて電力変換部を構成する。昇圧回路の電力変換部は、パワーモジュール１が備える半導体素子をオンオフさせることにより、直流電源の直流電圧を昇圧した電圧に変換する。

インバータ回路は、複数のパワーモジュール１を備えて電力変換部を構成する。電力変換部は、パワーモジュール１が備える半導体素子をオンオフさせることにより、昇圧回路によって昇圧された直流電力を交流電力に変換する。

モータジェネレータは、電気自動車の車軸に連結されている。モータジェネレータの回転エネルギは、車軸を介して電気自動車の駆動輪に伝達される。駆動輪の回転エネルギは、車軸を介してモータジェネレータに伝達される。モータジェネレータは電力変換装置から供給される交流電力によって力行する。これにより推進力が駆動輪に付与される。モータジェネレータは駆動輪から伝達される回転エネルギによって回生する。この回生で発生した交流電力は、前述したように電力変換装置によって直流電力に変換される。この直流電力が直流電源に供給される。この直流電力は、車両に搭載された各種の電気負荷にも供給される。

超音波探傷映像装置は、絶縁回路基板２に向けて照射した超音波の反射を用いて得られる映像によって、絶縁回路基板２の内部の探傷を検出することができる。以下、超音波探傷映像装置の一例について説明する。図３に示すように、超音波探傷映像装置は、超音波装置（ＵＤ）４、表示装置（ＤＰ）５、制御装置（ＥＣＵ）６を含んでいる。

制御装置６は、超音波装置４の動作について所定のソフト処理に従って制御するコントローラー６２を有している。超音波装置４は、パルス電圧の印加により超音波探触子内の圧電素子を振動させて、所定の周波数範囲の超音波パルスを発し、かつ反射した超音波パルスを検出する。超音波装置４は、絶縁回路基板２に対して超音波パルスを当てる位置を任意に移動させる機能を有している。超音波装置４は、例えば、５軸において圧着素子の位置を変位させることによって、絶縁回路基板２などの検査対象物の内部における所望箇所をスキャンし、断層画像を生成するためのデータを取得する。断層画像を生成するためのデータは、超音波装置４によって制御装置６に送られる。

超音波装置４は、発振回路、駆動回路、検出回路を備えている。発振回路は、所定の周波数範囲のパルス信号を生成する。駆動回路は、このパルス信号を電圧増幅等して、圧電素子に出力する。検出回路は、圧電素子からの検出信号を増幅するとともに、検出信号をディジタル信号に変換する。制御装置６は、ディジタル信号に変換された検出信号を取得する。

制御装置６は、超音波装置４からの検出信号の時間変化を表す検出信号波形を記憶する。制御装置６は、検出信号波形に基づき、絶縁回路基板２内の欠陥の有無を解析することができる。

制御装置６は、ＣＰＵ６０、記憶装置６１を備えている。ＣＰＵ６０は、検出信号波形や検出信号に基づき、絶縁回路基板２の内部画像を生成し、欠陥の有無等を自動的に解析することができる。記憶装置６１は、検出信号、内部画像、解析結果等を記憶する。

表示装置５は、ディスプレイ、印刷装置等により構成され、制御装置６による解析結果を視覚的に出力する。表示装置５は、絶縁回路基板２内の断層画像および解析結果を表示する。

図４や図５に示すように、接合層２０、第１金属層２１、樹脂層２２、第２金属層２３の各境界面において、各部の音響インピーダンスの相違により、超音波の反射が生じる。反射波は、２つの境界の間において複数回反射して、多重反射を生じ得る。このような反射波は、超音波装置４に検出信号として検出され、制御装置６は反射波を検出信号波形のピーク信号として取得する。

絶縁回路基板への超音波照射を行う場合、積層部の内部において超音波の多重反射が生じやすくなる。この多重反射波の発生は、ＳＡＴ検査性を悪化させるという課題がある。そこで積層部は、多重反射波による検査性悪化を抑えるために、積層部へ発せられた超音波パルスの検出時間が以下の条件となるような材質や厚さ寸法によって形成されている。

多重反射波による検査性悪化を抑えるために、図４に示す絶縁回路基板１０２は、以下の超音波パルス検出時間を満たす積層部を備えている。この積層部は、超音波パルスが第２金属層２３を二往復する時間が超音波パルスが第２金属層２３から素子３にわたる範囲を一往復する時間よりも長くなるように、構成されている。超音波パルスが第２金属層２３を二往復する時間は、超音波装置４が音波を発射してから第２金属層２３を二往復して検出するまでの時間でもある。超音波パルスが第２金属層２３から素子３にわたる範囲を一往復する時間は、超音波装置４が音波を発射してからこの範囲を一往復して検出するまでの時間でもある。

このような関係性を満たす超音波パルス検出時間について、各層における超音波パルスの通過時間を用いて説明する。第２導体層２３、樹脂層２２、第１導体層２１、接合層２０、素子３の厚さをそれぞれ、Ｌ_１（ｍ）、Ｌ_２（ｍ）、Ｌ_３（ｍ）、Ｌ_４（ｍ）、Ｌ_５（ｍ）とする。第２導体層２３、樹脂層２２、第１導体層２１、接合層２０、素子３を通過する音波の速度をそれぞれ、Ｃ_１（ｍ／ｓ）、Ｃ_２（ｍ／ｓ）、Ｃ_３（ｍ／ｓ）、Ｃ_４（ｍ／ｓ）、Ｃ_５（ｍ／ｓ）とする。

超音波パルスが超音波装置４から素子３に向けて発せられて第１導体層２１と接合層２０との界面に到達する時間ｔ_Ａは、式（１）で求められる。ｔ_０は、超音波装置４から発信された音波が第２導体層２３に到達するまでの時間と、第２導体層２３を出た音波が超音波装置４に検出されるまでの時間とを足した時間である。

超音波パルスが超音波装置４から素子３に向けて発せられて素子３の反対側に位置する接合層２０と素子３との界面に到達する時間ｔ_Ｂは、式（２）で求められる。ｔ_Ｂは、超音波パルスが超音波装置４から素子３に向けて発せられて第２導体層２３から素子３にわたる範囲を通過する時間でもある。

超音波パルスが超音波装置４から素子３に向けて発せられて第２導体層２３を二往復する多重反射をして超音波装置４検出されるまでの時間ｔ_２は、式（３）で求められる。

超音波パルスが超音波装置４から素子３に向けて発せられて第２導体層２３を三往復する多重反射をして超音波装置４検出されるまでの時間ｔ_３は、式（４）で求められる。

超音波パルスが第２金属層２３を二往復する時間は超音波パルスが第２金属層２３から素子３にわたる範囲を一往復する時間よりも長くなるため、ｔ_２＞ｔ_Ｂである。したがって、この積層部は、式（２）と式（３）により、以下の式（５）を満たすように構成されている。

多重反射波による検査性悪化を抑えるために、図５に示す絶縁回路基板２０２は、以下の超音波パルス検出時間を満たす積層部を備えている。この積層部は、超音波パルスが第２金属層２３を三往復する時間が、超音波パルスが第２金属層２３から素子３にわたる範囲を一往復する時間よりも長くなり、かつ超音波パルスが第２金属層２３、樹脂層２２および第１金属層２１を一往復する時間が超音波パルスが第２金属層２３を二往復する時間よりも長くなるように、構成されている。超音波パルスが第２金属層２３を三往復する時間は、超音波装置４が音波を発射してから第２金属層２３を三往復して検出するまでの時間でもある。超音波パルスが第２金属層２３、樹脂層２２および第１金属層２１を一往復する時間は、超音波装置４が音波を発射してからこの範囲を一往復して検出するまでの時間でもある。

このような関係性を満たす積層部は、ｔ_３＞ｔ_Ｂかつｔ_２＜ｔ_Ａを満たす構成である。したがって、この積層部は、式（２）～式（４）により、以下の式（６）と式（７）との両方を満たすように構成されている。

発明者らは、様々な積層部の構成についてＳＡＴ検査性の調査を行った。第１例として、樹脂層７２の厚さを０．１５ｍｍ、接合層７０の厚さを０．１５ｍｍ、素子３の厚さを０．１４ｍｍに設定し、第１金属層７１の厚さと第２金属層７３の厚さを変化させた積層部７について調査した。

図６に示すように、第１例の積層部７は、接合層７０と第１金属層７１と樹脂層７２と第２金属層７３とが積層された複数の層である。第１金属層７１、第２金属層７３は、銅の層である。第１金属層７１は、一方端部から他方端部に向かうほど厚さ寸法が小さくなるように形成されている。樹脂層７２は、エポキシ系の樹脂によって形成されている。図７は、第１例の積層部７において得られた超音波の検出信号波形を示している。図７の横軸は時間（Ｔ）であり、縦軸は信号の強度（ＳＳ）または音圧を示している。

図７においてＲ２～Ｒ７で指した波は、多重反射波のピークを示している。Ｒ２で指したピークは二往復反射波形のピークであり、Ｒ３で指したピークは三往復反射波形のピークである。Ｒ４で指したピークは四往復反射波形のピークであり、Ｒ５で指したピークは五往復反射波形のピークである。Ｒ６で指したピークは六往復反射波形のピークであり、Ｒ７で指したピークは七往復反射波形のピークである。

図７における３本の縦線は、検査ゲートの範囲を規定している。この検査ゲートの範囲は、第１金属層２１の厚さが２．０ｍｍ、第２金属層２３の厚さが０．３ｍｍである条件に相当する。図８は、第１例の積層部７において得られた超音波探傷映像（ＳＡＴ画像）である。図８は、図７の３本の縦線のうち両端の縦線間における波形に基づいたＳＡＴ画像を示している。図７において両端の縦線間には、七往復の多重反射波形が完全に入り込んでいる。このため、図８のＳＡＴ画像には縞模様が表示されてＳＡＴ検査性が悪化し、検査性ＮＧであることを確認している。

第２例として、樹脂層８２の厚さを０．１５ｍｍ、接合層８０の厚さを０．１５ｍｍ、素子３の厚さを０．１４ｍｍに設定し、第１金属層８１の厚さと第２金属層８３の厚さを変化させた積層部８について調査した。

図９に示すように、第２例の積層部８は、接合層８０と第１金属層８１と樹脂層８２と第２金属層８３とが積層された複数の層である。第１金属層８１、第２金属層８３は、銅の層である。第１金属層８１は、一方端部から他方端部に向かうほど厚さ寸法が小さくなるように形成されている。樹脂層８２は、エポキシ系の樹脂によって形成されている。図１０は、第２例の積層部８において得られた超音波の検出信号波形を示している。図１０の横軸は時間（Ｔ）であり、縦軸は信号の強度（ＳＳ）または音圧を示している。

図１０においてＲ２で指した波は、二往復の反射波のピークを示している。図１０における３本の縦線は、検査ゲートの範囲を規定している。この検査ゲートの範囲は、第１金属層２１の厚さが０．５ｍｍ、第２金属層２３の厚さが１．０ｍｍである条件に相当する。図１１は、第２例の積層部８において得られた超音波探傷映像（ＳＡＴ画像）である。図１１は、図１０の３本の縦線のうち両端の縦線間における波形に基づいたＳＡＴ画像を示している。図１０において両端の縦線間には、二往復の多重反射波形が近接している。このため、図１１のＳＡＴ画像には白い部分が表示されてＳＡＴ検査性が悪化し、検査性ＮＧであることを確認している。

第３例として、樹脂層７２の厚さを０．１５ｍｍ、接合層７０の厚さを０．１５ｍｍ、素子３の厚さを０．１４ｍｍに設定し、第１金属層７１の厚さと第２金属層７３の厚さを変化させた積層部９について調査した。

図１２に示すように、第３例の積層部９は、接合層２０と第１金属層２１と樹脂層２２と第２金属層２３とが積層された複数の層である。第１金属層２１、第２金属層２３は、銅の層である。樹脂層２２は、エポキシ系の樹脂によって形成されている。図１３は、第３例の積層部９において得られた超音波の検出信号波形を示している。図１３の横軸は時間（Ｔ）であり、縦軸は信号の強度（ＳＳ）または音圧を示している。

図１３においてＲ２で指した波は、二往復の反射波のピークを示している。図１３における３本の縦線は、検査ゲートの範囲を規定している。この検査ゲートの範囲は、放熱面側の金属層の厚さが十分に大きい場合、例えば第１金属層２１の厚さが０．５ｍｍ、第２金属層２３の厚さが２．５ｍｍである条件に相当する。図１４は、第３例の積層部９において得られた超音波探傷映像（ＳＡＴ画像）である。図１４は、図１３の３本の縦線のうち両端の縦線間における波形に基づいたＳＡＴ画像を示している。図１３において両端の縦線間は、二往復の多重反射波形から大きく離れている。このように検査ゲートには多重反射波の影響が小さいため、ＳＡＴ検査性ＯＫであり、探傷検出が可能であることを確認している。

図１５～図２２には、積層部における各層の厚さ寸法や各層の材質を変更して様々な構成について、ＳＡＴ検査性のＮＧ分布およびＯＫ分布を確認した結果を示している。各図は、横軸が第１金属層の厚さ（ｍｍ）であり、縦軸が第２金属層の厚さ（ｍｍ）である。図１５～図２１における樹脂層は、エポキシ系の樹脂によって形成されている。

図１５は、樹脂層厚さ０．１５ｍｍ、接合層厚さ０．１５ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図１５において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図１５における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図１５において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。

図１６は、樹脂層厚さ０．１０ｍｍ、接合層厚さ０．１５ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図１６において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図１６における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図１６において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。

図１７は、樹脂層厚さ０．２０ｍｍ、接合層厚さ０．１５ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図１７において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図１７における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図１７において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。図１７におけるＮＡ１のエリアは、図１５や図１６のＮＡ１のエリアに対して分布図の左上側に移動したエリアである。

図１８は、樹脂層厚さ０．１５ｍｍ、一方の接合層厚さ０．１０ｍｍ、他方の接合層厚さ０．１５ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図１８において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図１８における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図１８において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。

図１９は、樹脂層厚さ０．１５ｍｍ、一方の接合層厚さ０．３０ｍｍ、他方の接合層厚さ０．１５ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図１９において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図１９における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図１９において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。図１９におけるＮＡ１のエリアは、図１５や図１６のＮＡ１のエリアに対して分布図の左上側へわずかに拡大したエリアである。

図２０は、樹脂層厚さ０．１５ｍｍ、一方の接合層厚さ０．１５ｍｍ、他方の接合層厚さ０．１０ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図２０において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図２０における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図２０において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。

図２１は、樹脂層厚さ０．１５ｍｍ、一方の接合層厚さ０．１５ｍｍ、他方の接合層厚さ０．３０ｍｍ、素子厚さ０．１４ｍｍである積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図２１において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１、ＯＡ２、およびＯＡ３に含まれるエリアである。図２１における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図２１において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。図２１におけるＯＡ３のエリアは、両側のＮＡ１のエリアに挟まれるように分布している。

図２２は、エポキシ系の樹脂層、アルミニウムによって形成された金属層である積層部構造について、検査性ＯＫエリアとＮＧエリアを示す分布図である。図２２において検査性ＯＫエリアは、ＯＡ１およびＯＡ２に含まれるエリアである。図２２における検査性ＯＫエリアは、後述する技術思想（１）または技術思想（２）を満たす積層部に含まれている。図２２において検査性ＮＧエリアは、ＮＡ１およびＮＡ２に含まれるエリアである。図２２におけるＮＡ１のエリアは、図１５や図１６のＮＡ１のエリアに対して分布図の左上側へわずかに拡大したエリアである。

図２３は、明細書に開示の目的を達成できる他の形態としての絶縁回路基板３０２を示している。絶縁回路基板３０２は、複数層を含む積層部をなしている。絶縁回路基板３０２は、素子３を挟むように素子３の両側に設けられた２つの積層部を備える。一方の積層部は、素子３から近い順に接合層２０、第１金属層２１、樹脂層２２、第２金属層２３が積層されて形成されている。他方の積層部は、素子３から近い順に接合層２０、スペーサ２４、接合層２０、第１金属層２１、樹脂層２２、第２金属層２３が積層されて形成されている。絶縁回路基板３０２は、素子３の発熱などを、素子３の両面の外側に位置する一対の第２金属層２３から放熱する両面放熱を可能にしている。

以下に第１実施形態の電子装置がもたらす作用効果について説明する。

技術思想（１）
電子装置は、素子３と積層部とを備えている。積層部は、第１導体層、素子３と第１導体層との間に介在して通電する接合層、第２導体層、および、第１導体層と第２導体層との間に介在する樹脂層２２を含む。積層部は、第２導体層の外から素子３に向けて発せられる超音波パルスが以下のような検出時間の関係になるように、構成されている。当該超音波パルスが第２導体層を二往復する時間は、超音波パルスが第２導体層から素子３にわたる範囲を一往復する時間よりも長い。

この装置によれば、超音波パルスが第２導体層を二往復する時間は第２導体層から素子３にわたる範囲を一往復する時間よりも長くなる構成の積層部を備える。このような構成の積層部により、前述したように積層部の超音波探傷映像において検査ゲートに多重反射波が入り込むことを抑制でき、ＳＡＴ検査性を改善できる。

技術思想（２）
また、電子装置が備える積層部は、第２導体層の外から素子３に向けて発せられる超音波パルスが以下のような検出時間の関係になるように、構成されている。当該超音波パルスが第２導体層を三往復する時間は、超音波パルスが第２導体層から素子３にわたる範囲を一往復する時間よりも長い。さらに当該超音波パルスが第２導体層、樹脂層２２および第１導体層を一往復する時間は、超音波パルスが第２導体層を二往復する時間よりも長い。

この電子装置は、技術思想（１）または（２）のような超音波パルスの検出条件を満たす積層部を備える。このような積層部により、前述したように積層部の超音波探傷映像において検査ゲートに多重反射波が入り込むことを抑制でき、ＳＡＴ検査性を改善できる。

電子装置は、素子３を挟むように素子３の両側に設けられた一対の積層部を備える。これによれば、素子３の両面側において、樹脂層越しの良好なＳＡＴ検査性が得られる積層部を備える電子装置を提供することができる。

積層部は、樹脂層２２が有機物と無機物とを含んで形成されているように、構成されている。これによれば、例えばガラス、フィラーなどの無機物との複合体によって樹脂層２２を構成することにより、良好なＳＡＴ検査性と剛性とが得られる積層部を提供できる。

積層部は、樹脂層２２の音響インピーダンスが１０（Ｐａ・ｓ／ｍ^３）以下であり、かつ第１導体層および第２導体層が銅を含んで形成されているように構成されている。これによれば、樹脂層２２と第１導体層および第２導体層との音響インピーダンスの差を大きくなる。この音響インピーダンスの差が大きいほど多重反射波の音圧が大きくなるため、前述のような構成である積層部を備える電子装置の技術的意義は大きい。

積層部は、第１導体層および第２導体層がアルミニウムを含んで形成されているように構成されている。これによれば、アルミニウムを含んで形成された導体層と樹脂層２２とを備える積層部について、樹脂層越しの良好なＳＡＴ検査性を提供することができる。

電子装置は、素子を構成するスイッチング素子と、この実施形態に記載された積層部とを備えるパワーモジュールであることが好ましい。これによれば、前述したように積層部の超音波探傷映像において検査ゲートに多重反射波が入り込むことを抑制でき、ＳＡＴ検査性を改善できるパワーモジュールが得られる。

＜他の実施形態＞
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品、要素の組み合わせに限定されず、種々変形して実施することが可能である。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品、要素が省略されたものを包含する。開示は、一つの実施形態と他の実施形態との間における部品、要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示される技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

２，１０２，２０２，３０２…絶縁回路基板（積層部）、 ３…素子、 ２０…接合層
２１…第１金属層（第１導体層）、 ２２…樹脂層、 ２３…第２金属層（第２導体層）

Claims (7)

1. 素子（３）と、
   導体を含んで形成されている第１導体層（２１）、前記素子と前記第１導体層との間に介在して通電する接合層（２０）、導体を含んで形成されている第２導体層（２３）、および、樹脂を含んで形成されて前記第１導体層と前記第２導体層との間に介在する樹脂層（２２）を含んで形成されている積層部（２；１０２；２０２）と、
   を備え、
   前記積層部は、前記第２導体層の外から前記素子に向けて発せられる超音波パルスが前記第２導体層を二往復する時間が、前記超音波パルスが前記第２導体層から前記素子にわたる範囲を一往復する時間よりも長くなるように、構成されている電子装置。
2. 素子（３）と、
   導体を含んで形成されている第１導体層（２１）、前記素子と前記第１導体層との間に介在して通電する接合層（２０）、導体を含んで形成されている第２導体層（２３）、および、樹脂を含んで形成されて前記第１導体層と前記第２導体層との間に介在する樹脂層（２２）を含んで形成されている積層部（２；１０２；２０２）と、
   を備え、
   前記積層部は、
   前記第２導体層の外から前記素子に向けて発せられる超音波パルスが前記第２導体層を三往復する時間が、前記超音波パルスが前記第２導体層から前記素子にわたる範囲を一往復する時間よりも長く、
   かつ、前記超音波パルスが前記第２導体層、前記樹脂層および前記第１導体層を一往復する時間が、前記超音波パルスが前記第２導体層を二往復する時間よりも長くなるように、構成されている電子装置。
3. 前記素子を挟むように前記素子の両側に設けられた一対の前記積層部を備える請求項１または請求項２に記載の電子装置。
4. 前記積層部は、前記樹脂層が有機物と無機物とを含んで形成されているように、構成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子装置。
5. 前記積層部は、前記樹脂層の音響インピーダンスが１０（Ｐａ・ｓ／ｍ^３）以下であり、かつ前記第１導体層および前記第２導体層が銅を含んで形成されているように、構成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子装置。
6. 前記積層部は、前記第１導体層および前記第２導体層がアルミニウムを含んで形成されているように、構成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子装置。
7. 前記素子を構成するスイッチング素子と、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の積層部とを備えるパワーモジュール。

Images