WO2013105332A1 - パワー半導体モジュール、パワーモジュールおよびパワーモジュールの製造方法 - Google Patents

パワー半導体モジュール、パワーモジュールおよびパワーモジュールの製造方法 Download PDF

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power
power semiconductor
resin
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映二 西岡
英一 井出
利昭 石井
中津　欣也
順平 楠川
佐藤　俊也
浅野　雅彦
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • H01L2924/35—Mechanical effects
    • H01L2924/351—Thermal stress

Definitions

  • the present invention relates to a power semiconductor module excellent in heat dissipation and reliability, a power module, and a method for manufacturing the power module.
  • a power semiconductor element and a conductor plate on which the power semiconductor element is mounted are sealed and integrated with a resin, and a ceramic insulating layer is formed by thermal spraying on the lower surface of the conductor part and the resin part.
  • a ceramic insulating layer is formed by thermal spraying on the lower surface of the conductor part and the resin part.
  • the ceramic insulating layer has good thermal conductivity, it is possible to manufacture a power semiconductor module with good heat dissipation at low cost by laminating a cooling heat sink on the ceramic insulating layer.
  • the insulating layer formed by thermal spraying since voids are generated between the thermal spray materials, the thermal conductivity and the heat dissipation performance are degraded.
  • a structure in which a hole in a thermal spray insulating film is impregnated with a resin is known (for example, see Patent Document 1).
  • the power semiconductor module of the present invention includes a semiconductor element, a conductor plate on which the semiconductor element is mounted on one surface, a resin sealing portion that covers a side surface portion of the conductor plate and exposes at least a part of the other surface facing the one surface.
  • a sprayed coating provided on one surface of the resin sealing portion and a part of the other surface exposed from the resin sealing portion of the conductor plate, and an insulating film provided on the sprayed coating.
  • the filler-containing resin is impregnated in at least a part of the pores existing between the thermal spray materials constituting the thermal spray film.
  • the method for manufacturing a power module of the present invention includes a conductor plate on which a semiconductor element is mounted on one surface and a resin seal that covers a side surface portion of the conductor plate and exposes at least a part of the other surface facing the one surface.
  • a second step of impregnating the filler-containing resin in the pores of the sprayed film is a conductor plate on which a semiconductor element is mounted on one surface and a resin seal that covers a side surface portion of the conductor plate and exposes at least a part of the other surface facing the one surface.
  • the thermal conductivity and the heat dissipation can be improved.
  • FIG. 4 is a bottom view of the cooling jacket 12 having a flow path 19.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a capacitor module 500.
  • FIG. (A) is the external appearance perspective view which assembled
  • (b) is an enlarged view of the rectangular enclosure part of Fig.36 (a).
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a power conversion device 200 in which a control circuit board 20 and a metal base plate 11 are separated. It is sectional drawing seen from the C direction of FIG. 40 at the time of cutting out the power converter device 200 shown by FIG. 40 by the surface B in FIG.
  • FIG. 15 is a view showing the power module with the case further removed from FIG. 14, wherein (a) is a perspective view and (b) is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIG. 15 (a).
  • FIG. 20 is a perspective view for explaining a process following the process in FIG. 19.
  • FIG. 22 is a perspective view for explaining a process following the process in FIG. 21.
  • FIG. 33 (b). It is a figure for demonstrating the process of temporarily attaching the insulating film in which the filler disperse
  • FIG. 6 is a diagram for explaining formation of a thermal spray film, which is a part of an insulating layer of a power module, on a metal base plate according to Embodiment 3 of the present invention, (a) is a cross-sectional view before thermal spraying; (B) is a cross-sectional view after thermal spraying, (c) shows a case of a base plate having a different shape, and (d) is a cross-sectional view of a state where a thermal spray film is formed on the base plate shown in 35 (c). It is.
  • FIG. 36 is a diagram for explaining a process of temporarily attaching an insulating film in which a filler is dispersed to a sprayed film formed on the metal base side of FIG.
  • FIG. 37 is a diagram for explaining a process of forming a metal base on which an insulating layer of a power module according to an embodiment of the present invention is formed
  • FIG. 37 (a) is a diagram of FIG. It is a figure corresponding to a thermal radiation part
  • FIG.37 (b) is a figure corresponding to the thermal radiation part of FIG.35 (c).
  • (a) is sectional drawing of an external appearance
  • (b) is an enlarged view of the insulating layer in Fig.38 (a).
  • FIG. 9 is a diagram showing a modification of the power module corresponding to the second embodiment according to the fourth embodiment of the present invention, (a) is a cross-sectional view of an adhesive structure in which stress relaxation by a resin layer is increased, and (b) is a case It is sectional drawing of the structure which provided the step part and the recessed part in the side.
  • FIG. 6 is a sectional view of XXXXI-XXXXI
  • (b) is a state diagram in which the terminal is bent
  • (c) is a state diagram before the terminal is bent.
  • Embodiment 1 In-vehicle electrical system
  • the power conversion device 200 according to the present embodiment can be applied to a hybrid vehicle or a pure electric vehicle.
  • a control configuration and a circuit configuration when applied to a hybrid vehicle are illustrated in FIGS. 1 and 2. Will be described.
  • FIG. 1 is a diagram showing a control block of a hybrid vehicle.
  • the power conversion device according to the present embodiment will be described by taking, as an example, an inverter device for driving a vehicle that is used in an electric vehicle driving system and that has a very severe mounting environment and operational environment.
  • the configuration of the present embodiment is optimal as a power conversion device for driving a vehicle such as an automobile or a truck.
  • other power conversion devices such as a power conversion device such as a train, a ship, and an aircraft, and a factory facility are also included.
  • a hybrid electric vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) 110 is one electric vehicle, and includes two vehicle driving systems.
  • One of them is an engine system that uses an engine 120 that is an internal combustion engine as a power source.
  • the engine system is mainly used as a drive source for HEV.
  • the other is an in-vehicle electric system using motor generators 192 and 194 as a power source.
  • the in-vehicle electric system is mainly used as an HEV drive source and an HEV power generation source.
  • the motor generators 192 and 194 are, for example, synchronous machines or induction machines, and operate as both a motor and a generator depending on the operation method.
  • a front wheel axle 114 is rotatably supported at the front portion of the vehicle body, and a pair of front wheels 112 are provided at both ends of the front wheel axle 114.
  • a rear wheel axle is rotatably supported at the rear portion of the vehicle body, and a pair of rear wheels are provided at both ends of the rear wheel axle (not shown).
  • a so-called front wheel drive system is employed, but the reverse, that is, a rear wheel drive system may be employed.
  • a front wheel side differential gear (hereinafter referred to as “front wheel side DEF”) 116 is provided at the center of the front wheel axle 114.
  • the output shaft of the transmission 118 is mechanically connected to the input side of the front wheel side DEF 116.
  • the output side of the motor generator 192 is mechanically connected to the input side of the transmission 118.
  • the output side of the engine 120 and the output side of the motor generator 194 are mechanically connected to the input side of the motor generator 192 via the power distribution mechanism 122.
  • the inverter circuits 140 and 142 are electrically connected to the battery 136 via the DC connector 138. Power can be exchanged between the battery 136 and the inverter units 140 and 142.
  • two motor generator units a first motor generator unit composed of a motor generator 192 and an inverter unit 140, and a second motor generator unit composed of a motor generator 194 and an inverter circuit 142 are provided.
  • the vehicle can be driven only by the power of the motor generator 192 by operating the first motor generator unit as an electric unit by the electric power of the battery 136.
  • the battery 136 can be charged by generating power by operating the first motor generator unit or the second motor generator unit as the power generation unit by the power of the engine 120 or the power from the wheels.
  • the battery 136 is also used as a power source for driving an auxiliary motor 195.
  • the auxiliary machine is, for example, a motor for driving a compressor of an air conditioner or a motor for driving a control hydraulic pump.
  • DC power is supplied from the battery 136 to the inverter unit 43, converted into AC power by the inverter unit 43, and supplied to the motor 195.
  • the inverter unit 43 has the same function as the inverter units 140 and 142, and controls the phase, frequency, and power of alternating current supplied to the motor 195.
  • the power conversion device 200 includes an inverter unit 140, an inverter unit 142, and a capacitor module 500 for smoothing a direct current supplied to the inverter unit 43.
  • the inverter circuit 144 corresponds to each phase winding of the armature winding of the motor generator 192 by using an upper and lower arm series circuit 150 including an IGBT 328 and a diode 156 that operate as an upper arm, and an IGBT 330 and a diode 166 that operate as a lower arm.
  • an upper and lower arm series circuit 150 including an IGBT 328 and a diode 156 that operate as an upper arm, and an IGBT 330 and a diode 166 that operate as a lower arm.
  • three phases U phase, V phase, W phase
  • Each of the upper and lower arm series circuits 150 is connected to an AC power line (AC bus bar) 186 from the middle point (intermediate electrode 329) to the motor generator 192 through the AC terminal 159 and the AC connector 188.
  • the collector electrode 153 of the upper arm IGBT 328 is connected to the capacitor electrode on the positive side of the capacitor module 500 via the positive terminal (P terminal) 157, and the emitter electrode of the lower arm IGBT 330 is connected to the capacitor via the negative terminal (N terminal) 168.
  • the negative electrode side of the module 500 is electrically connected to the capacitor electrode.
  • the control unit 170 includes a driver circuit 174 that drives and controls the inverter circuit 144 and a control circuit 172 that supplies a control signal to the driver circuit 174 via the signal line 176.
  • the IGBT 328 and the IGBT 330 operate in response to the drive signal output from the control unit 170, and convert DC power supplied from the battery 136 into three-phase AC power. The converted electric power is supplied to the armature winding of the motor generator 192.
  • the IGBT 328 includes a collector electrode 153, a signal emitter electrode 155, and a gate electrode 154.
  • the IGBT 330 includes a collector electrode 163, a signal emitter electrode 165, and a gate electrode 164.
  • a diode 156 is electrically connected in parallel with the IGBT 328.
  • a diode 166 is electrically connected to the IGBT 330 in parallel.
  • a MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the capacitor module 500 is electrically connected to the positive capacitor terminal 506, the negative capacitor terminal 504, and the DC connector 138.
  • the inverter unit 140 is connected to the positive-side capacitor terminal 506 via the DC positive electrode terminal 314 and is connected to the negative-side capacitor terminal 504 via the DC negative electrode terminal 320.
  • the control circuit 172 includes a microcomputer (hereinafter referred to as “microcomputer”) for performing arithmetic processing on the switching timing of the IGBT 328 and the IGBT 330.
  • the microcomputer receives as input information a target torque value required for the motor generator 192, a current value supplied to the armature winding of the motor generator 192 from the upper and lower arm series circuit 150, and a magnetic pole of the rotor of the motor generator 192. The position has been entered.
  • the target torque value is based on a command signal output from a host controller (not shown).
  • the current value is detected based on the detection signal output from the current sensor 180 via the signal line 182.
  • the magnetic pole position is detected based on a detection signal output from a rotating magnetic pole sensor (not shown) provided in the motor generator 192.
  • a rotating magnetic pole sensor not shown
  • the case where the current values of three phases are detected will be described as an example, but the current values for two phases may be detected.
  • the microcomputer in the control circuit 172 calculates the d and q axis current command values of the motor generator 192 based on the target torque value, and the calculated d and q axis current command values and the detected d and q
  • the d and q axis voltage command values are calculated based on the difference from the current value of the axis, and the calculated d and q axis voltage command values are calculated based on the detected magnetic pole position. Convert to W phase voltage command value.
  • the microcomputer generates a pulse-like modulated wave based on a comparison between the fundamental wave (sine wave) and the carrier wave (triangular wave) based on the voltage command values of the U phase, V phase, and W phase, and the generated modulation wave
  • the wave is output to the driver circuit 174 via the signal line 176 as a PWM (pulse width modulation) signal.
  • the driver circuit 174 When driving the lower arm, the driver circuit 174 outputs a drive signal obtained by amplifying the PWM signal to the gate electrode of the corresponding IGBT 330 of the lower arm. Further, when driving the upper arm, the driver circuit 174 amplifies the PWM signal after shifting the level of the reference potential of the PWM signal to the level of the reference potential of the upper arm, and uses this as a drive signal as a corresponding upper arm. Are output to the gate electrodes of the IGBTs 328 respectively.
  • control unit 170 performs abnormality detection (overcurrent, overvoltage, overtemperature, etc.) and protects the upper and lower arm series circuit 150. For this reason, sensing information is input to the control unit 170. For example, information on the current flowing through the emitter electrodes of the IGBTs 328 and IGBTs 330 is input from the signal emitter electrode 155 and the signal emitter electrode 165 of each arm to the corresponding drive unit (IC). Thereby, each drive part (IC) detects overcurrent, and when overcurrent is detected, it stops the switching operation of corresponding IGBT328 and IGBT330, and protects corresponding IGBT328 and IGBT330 from overcurrent.
  • IC drive part
  • Information on the temperature of the upper and lower arm series circuit 150 is input to the microcomputer from a temperature sensor (not shown) provided in the upper and lower arm series circuit 150.
  • voltage information on the DC positive side of the upper and lower arm series circuit 150 is input to the microcomputer.
  • the microcomputer performs overtemperature detection and overvoltage detection based on such information, and stops switching operations of all the IGBTs 328 and IGBTs 330 when an overtemperature or overvoltage is detected.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view for explaining an installation place of the power conversion device 200 according to the present embodiment.
  • the power conversion apparatus 200 according to the present embodiment is fixed to a casing 119 made of Al or Al alloy for housing the transmission 118. Since the power converter 200 has a substantially rectangular shape on the bottom and top surfaces, it can be easily attached to the vehicle and can be easily produced.
  • the cooling jacket 12 holds power modules 300a to 300f and a capacitor module 500, which will be described later, and is cooled by a cooling medium.
  • the cooling jacket 12 is fixed to the housing 119, and an inlet pipe 13 and an outlet pipe 14 are formed on a surface facing the housing 119. By connecting the inlet pipe 13 and the outlet pipe 14 with the pipe formed in the housing 119, a cooling medium for cooling the transmission 118 flows into and out of the cooling jacket 12.
  • the case 10 covers the power conversion device 200 and is fixed to the housing 119 side.
  • the bottom of the case 10 is configured to face the control circuit board 20 on which the control circuit 172 is mounted.
  • the case 10 also has a first opening 202 and a second opening 204 that are connected to the outside from the bottom of the case 10 on the bottom surface of the case 10.
  • the connector 21 is connected to the control circuit board 20 and transmits various signals from the outside to the control circuit board 20.
  • Battery negative electrode side connection terminal portion 510 and battery positive electrode side connection terminal portion 512 electrically connect battery 136 and capacitor module 500.
  • connection terminal portion 510 and battery positive electrode side connection terminal portion 512 are extended toward the bottom surface of case 10, connector 21 protrudes from first opening 202, and battery negative electrode side connection terminal portion 510 and The battery positive electrode side connection terminal portion 512 protrudes from the second opening 204.
  • the case 10 is provided with a seal member (not shown) around the first opening 202 and the second opening 204 on the inner wall thereof.
  • the direction of the mating surface of the terminal of the connector 21 and the like varies depending on the vehicle type. However, especially when trying to mount on a small vehicle, the mating surface is directed upward from the viewpoint of the size restriction in the engine room and the assembling property. It is preferable to take out.
  • the power conversion device 200 is disposed above the transmission 118 as in the present embodiment, the workability is improved by projecting toward the opposite side of the transmission 118.
  • the connector 21 needs to be sealed from the outside atmosphere, but the case 10 is assembled to the connector 21 from above so that when the case 10 is assembled to the housing 119, the case 10 The seal member in contact with 10 can press the connector 21 and the airtightness is improved.
  • FIG. 4 is a perspective view in which the entire configuration of the power conversion device according to the present embodiment is disassembled into components.
  • the cooling jacket 12 is provided with a flow path 19, and openings 400 a to 400 c are formed on the upper surface of the flow path 19 along the refrigerant flow direction 418, and the openings 402 a to 402 c are in the refrigerant flow direction. 422 is formed.
  • the openings 400a to 400c are closed by the power modules 300a to 300c, and the openings 402a to 402c are closed by the power modules 300d to 300f.
  • a storage space 405 for storing the capacitor module 500 is formed in the cooling jacket 12.
  • the capacitor module 500 is cooled by the refrigerant flowing in the flow path 19 by being stored in the storage space 405. Since the capacitor module 500 is sandwiched between the flow path 19 for forming the refrigerant flow direction 418 and the flow path 19 for forming the refrigerant flow direction 422, the capacitor module 500 can be efficiently cooled.
  • the cooling jacket 12 is formed with a protrusion 407 at a position facing the inlet pipe 13 and the outlet pipe 14.
  • the protrusion 407 is formed integrally with the cooling jacket 12.
  • the auxiliary power module 350 is fixed to the protruding portion 407 and is cooled by the refrigerant flowing in the flow path 19.
  • a bus bar module 800 is disposed on the side of the auxiliary power module 350.
  • the bus bar module 800 includes an AC bus bar 186, a current sensor 180, and the like.
  • the storage space 405 of the capacitor module 500 is provided in the center of the cooling jacket 12, and the flow paths 19 are provided so as to sandwich the storage space 405.
  • the power modules 300a to 300c for driving the vehicle By disposing the power modules 300d to 300f and further disposing the auxiliary power module 350 on the upper surface of the cooling jacket 12, it is possible to efficiently cool in a small space and to reduce the size of the entire power conversion device.
  • the main structure of the flow path 19 of the cooling jacket 12 integrally with the cooling jacket 12 by casting Al or an Al alloy material, the flow path 19 has an effect of increasing the mechanical strength in addition to the cooling effect.
  • the cooling jacket 12 and the flow path 19 become an integral structure, heat transfer is improved, and cooling efficiency is improved.
  • the power modules 300a to 300c and the power modules 300d to 300f are fixed to the flow path 19 to complete the flow path 19, and a water leak test is performed.
  • the work of attaching the capacitor module 500, the auxiliary power module 350, and the substrate can be performed next.
  • the cooling jacket 12 is arranged at the bottom of the power conversion device 200, and then the work of fixing necessary components such as the capacitor module 500, the auxiliary power module 350, the bus bar module 800, and the board can be sequentially performed from the top. As a result, productivity and reliability are improved.
  • the driver circuit board 22 is disposed above the auxiliary power module 350 and the bus bar module 800.
  • the metal base plate 11 is disposed between the driver circuit board 22 and the control circuit board 20.
  • the metal base plate 11 functions as an electromagnetic shield for a circuit group mounted on the driver circuit board 22 and the control circuit board 20, and also releases and cools heat generated by the driver circuit board 22 and the control circuit board 20. Have.
  • FIG. 5 is a bottom view of the cooling jacket 12 having the flow path 19.
  • the cooling jacket 12 and the flow path 19 provided inside the cooling jacket 12 are integrally cast.
  • An opening 404 connected to one is formed on the lower surface of the cooling jacket 12.
  • the opening 404 is closed by a lower cover 420 having an opening at the center.
  • a seal member 409a and a seal member 409b are provided between the lower cover 420 and the cooling jacket 12 to maintain airtightness.
  • an inlet hole 401 for inserting the inlet pipe 13 and an outlet hole 403 for inserting the outlet pipe 14 are formed in the vicinity of one end side and along the side edge.
  • the lower cover 420 is formed with a convex portion 406 that protrudes in the arrangement direction of the transmission 118.
  • the convex portion 406 is provided for each of the power modules 300a to 300c and the power modules 300d to 300f.
  • the refrigerant flows through the inlet hole 401 toward the first flow path portion 19a formed along the short side of the cooling jacket 12. Then, the refrigerant flows through the second flow path portion 19b formed along the longitudinal side of the cooling jacket 12 as in the flow direction 418. Further, the refrigerant flows through the third flow path portion 19 c formed along the short side of the cooling jacket 12 as in the flow direction 421. The third flow path portion 19c forms a folded flow path. Further, the refrigerant flows through the fourth flow path portion 19d formed along the longitudinal side of the cooling jacket 12 as in the flow direction 422. The fourth flow path portion 19d is provided at a position facing the second flow path portion 19b with the capacitor module 500 interposed therebetween. Further, the refrigerant flows out to the outlet pipe 14 through the fifth flow path portion 19 e and the outlet hole 403 formed along the short side of the cooling jacket 12 as in the flow direction 423.
  • the first flow path part 19a, the second flow path part 19b, the third flow path part 19c, the fourth flow path part 19d and the fifth flow path part 19e are all formed larger in the depth direction than in the width direction.
  • the power modules 300a to 300c are inserted from the openings 400a to 400c formed on the upper surface side of the cooling jacket 12 (see FIG. 4), and stored in the storage space in the second flow path portion 19b.
  • An intermediate member 408a for preventing the flow of the refrigerant is formed between the storage space of the power module 300a and the storage space of the power module 300b.
  • an intermediate member 408b is formed between the storage space of the power module 300b and the storage space of the power module 300c so as not to stagnate the refrigerant flow.
  • the intermediate member 408a and the intermediate member 408b are formed such that their main surfaces are along the flow direction of the refrigerant.
  • the fourth channel portion 19d also forms a storage space and an intermediate member for the power modules 300d to 300f.
  • the cooling jacket 12 is formed so that the opening 404 and the openings 400a to 400c and 402a to 402c face each other, the cooling jacket 12 is configured to be easily manufactured by Al casting.
  • the lower cover 420 is provided with a support portion 410a and a support portion 410b for contacting the casing 119 and supporting the power conversion device 200.
  • the support portion 410 a is provided close to one end side of the lower cover 420, and the support portion 410 b is provided close to the other end side of the lower cover 420.
  • power conversion device 200 can be firmly fixed to the side wall of casing 119 formed in accordance with the cylindrical shape of transmission 118 or motor generator 192.
  • the support portion 410b is configured to support the resistor 450.
  • the resistor 450 is for discharging electric charges charged in the capacitor cell in consideration of occupant protection and safety during maintenance.
  • the resistor 450 is configured to continuously discharge high-voltage electricity. However, in the unlikely event that there is any abnormality in the resistor or discharge mechanism, consideration was given to minimize damage to the vehicle. Must be configured. In other words, when the resistor 450 is arranged around the power module, the capacitor module, the driver circuit board, etc., there is a possibility that the resistor 450 spreads in the vicinity of the main component in the event that the resistor 450 has a problem such as heat generation or ignition. Conceivable.
  • the power modules 300a to 300c, the power modules 300d to 300f, and the capacitor module 500 are disposed on the opposite side of the casing 119 that houses the transmission 118 with the cooling jacket 12 interposed therebetween, and resistors 450 is arranged in a space between the cooling jacket 12 and the housing 119. Accordingly, the resistor 450 is disposed in a closed space surrounded by the cooling jacket 12 and the casing 119 formed of metal.
  • the electric charge stored in the capacitor cell in the capacitor module 500 is a resistor through a wiring passing through the side of the cooling jacket 12 by the switching operation of the switching means mounted on the driver circuit board 22 shown in FIG. The discharge is controlled to 450.
  • the switching is controlled so as to discharge at high speed. Since the cooling jacket 12 is provided between the driver circuit board 22 for controlling the discharge and the resistor 450, the driver circuit board 22 can be protected from the resistor 450. In addition, since the resistor 450 is fixed to the lower cover 420, the resistor 450 is provided at a position very close to the flow path 19 thermally, so that abnormal heat generation of the resistor 450 can be suppressed.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of the capacitor module 500 of the present embodiment. Since the laminated conductor plate 501 is composed of a negative electrode conductor plate 505 and a positive electrode conductor plate 507 formed of a thin plate-like wide conductor, and further an insulating sheet 517 sandwiched between the negative electrode conductor plate 505 and the positive electrode conductor plate 507. Inductance is achieved.
  • the laminated conductor plate 501 has a substantially rectangular shape.
  • the battery negative electrode side terminal 508 and the battery negative electrode side terminal 509 are formed in a state where they are raised from one side of the laminated conductor plate 501 in the short direction.
  • the capacitor terminals 503a to 503c are formed in a state where they are raised from one side of the laminated conductor plate 501 in the longitudinal direction.
  • the capacitor terminals 503d to 503f are formed in a state where they are raised from the other side in the longitudinal direction of the laminated conductor plate 501.
  • the capacitor terminals 503a to 503f are raised in a direction crossing the main surface of the laminated conductor plate 501.
  • Capacitor terminals 503a to 503c are connected to power modules 300a to 300c, respectively.
  • Capacitor terminals 503d to 503f are connected to power modules 300d to 300f, respectively.
  • a part of the insulating sheet 517 is provided between the negative electrode side capacitor terminal 504a and the positive electrode side capacitor terminal 506a constituting the capacitor terminal 503a to ensure insulation.
  • the negative electrode conductor plate 505, the positive electrode conductor plate 507, the battery negative electrode side terminal 508, the battery negative electrode side terminal 509, and the capacitor terminals 503a to 503f are configured by integrally formed metal plates to reduce inductance. And improve productivity.
  • a plurality of capacitor cells 514 are provided below the laminated conductor plate 501.
  • eight capacitor cells 514 are arranged in a line along one side in the longitudinal direction of the multilayer conductor plate 501, and another eight capacitor cells 514 are arranged on the other side in the longitudinal direction of the multilayer conductor plate 501.
  • a total of 16 capacitor cells are arranged in a line along the side.
  • the capacitor cells 514 arranged along the respective sides in the longitudinal direction of the multilayer conductor plate 501 are arranged symmetrically with respect to the broken line portion A-A ′ shown in FIG.
  • the direct current smoothed by the capacitor cell 514 is supplied to the power modules 300a to 300c and the power modules 300d to 300f, the current balance between the capacitor terminals 503a to 503c and the capacitor terminals 503d to 503f is uniform.
  • the inductance of the laminated conductor plate 501 can be reduced.
  • a heat balance can be equalized and heat resistance can also be improved.
  • the battery negative electrode side terminal 508 and the battery negative electrode side terminal 509 are also arranged symmetrically with respect to the dotted line A-A ′ shown in FIG. Similarly, the current balance between the capacitor terminals 503a to 503c and the capacitor terminals 503d to 503f can be made uniform to reduce the inductance of the multilayer conductor plate 501, and the heat balance is made uniform to improve heat resistance. Can be made.
  • the capacitor cell 514 of the present embodiment is a unit structure of the power storage unit of the capacitor module 500, and is formed by laminating and winding two films each having a metal such as Al deposited thereon and winding each of the two metals as a positive electrode, A film capacitor having a negative electrode is used.
  • the electrode of the capacitor cell 514 is manufactured by spraying a conductor such as Sn, with the wound shaft surfaces serving as a positive electrode and a negative electrode, respectively.
  • the cell terminal 516 and the cell terminal 518 are connected to the positive electrode and the negative electrode, and extend through the opening of the laminated conductor plate 501 to the side opposite to the capacitor cell 514 arrangement side.
  • the plate 505 is connected by soldering or welding.
  • the capacitor case 502 includes a storage portion 511 for storing the capacitor cell 514, and the storage portion 511 has a substantially rectangular upper surface and lower surface.
  • a flange 515a is provided on one side in the longitudinal direction of the storage portion 511, and a flange 515b is provided on the other side.
  • the flange 515a is provided with through holes 519a to 519c through which terminals extending from the insertion port 306 of the module case 304 are passed.
  • through holes 519d to 519f are provided in the flange 515b.
  • holes 520a to 520h for passing through fixing means for fixing the capacitor module 500 to the cooling jacket 12 are provided in the respective side portions of the through holes 519a to 519f.
  • the flange 515a and the flange 515b form a honeycomb structure in order to reduce the weight of the capacitor case 502 and improve the fixing strength to the cooling jacket 12.
  • the bottom surface portion 513 of the storage portion 511 has a smooth uneven shape or corrugated shape so as to match the surface shape of the cylindrical capacitor cell 514. Thereby, it becomes easy to position the module in which the laminated conductor plate 501 and the capacitor cell 514 are connected to the capacitor case 502. Further, after the laminated conductor plate 501 and the capacitor cell 514 are accommodated in the capacitor case 502, the laminated conductor plate 501 is covered except for the capacitor terminals 503a to 503f, the battery negative electrode side terminal 508 and the battery negative electrode side terminal 509.
  • the capacitor case 502 is filled with a filler (not shown). Since the bottom surface portion 513 has a corrugated shape in accordance with the shape of the capacitor cell 514, the capacitor cell 514 can be prevented from being displaced from a predetermined position when the filler is filled in the capacitor case 502.
  • the capacitor cell 514 generates heat due to a ripple current at the time of switching due to the electric resistance of the metal thin film and the internal conductor deposited on the internal film. Therefore, in order to easily release the heat of the capacitor cell 514 to the capacitor case 502, the capacitor cell 514 is molded with a filler. Furthermore, the moisture resistance of the capacitor cell 514 can be improved by using a resin filler.
  • the capacitor module 500 is arranged so that the side wall forming the side in the longitudinal direction of the storage portion 511 is sandwiched between the flow paths 19, so that the capacitor module 500 can be cooled efficiently.
  • the capacitor cell 514 is disposed so that one of the electrode surfaces of the capacitor cell 514 is opposed to the inner wall forming the side in the longitudinal direction of the storage portion 511. As a result, heat is easily transferred in the direction of the winding axis of the film, so that heat easily escapes to the capacitor case 502 via the electrode surface of the capacitor cell 514.
  • FIG. 7A is an external perspective view in which a power module, a capacitor module, and a bus bar module are assembled to the cooling jacket 12.
  • FIG.7 (b) is an enlarged view of the broken-line enclosure part of Fig.7 (a).
  • the DC negative terminal 315B, the DC positive terminal 319B, the AC terminal 321 and the second sealing portion 601B extend through the through hole 519 of the capacitor case 502 to above the flange 515a. ing.
  • the area of the current path of the DC negative terminal 315B and the DC positive terminal 319B is much smaller than the area of the current path of the laminated conductor plate 501. For this reason, when current flows from the laminated conductor plate 501 to the DC negative terminal 315B and the DC positive terminal 319B, the area of the current path changes greatly. That is, the current concentrates on the DC negative terminal 315B and the DC positive terminal 319B.
  • the negative electrode side capacitor terminal 504a includes a rising portion 540 rising from the laminated conductor plate 501, a folded portion 541 connected to the rising portion 540 and bent in a U shape, and the folded portion 541. And a connection portion 542 that is opposite to the rising portion 540 and faces the main surface of the DC negative electrode terminal 319B.
  • the positive capacitor terminal 506a has a rising portion 543 rising from the laminated conductor plate 501, a folded portion 544, a surface connected to the folded portion 544 and opposite to the rising portion 543 of the DC positive electrode terminal 315B. And a connecting portion 545 facing the main surface.
  • the folded portion 544 is configured to be connected to the rising portion 543 at a substantially right angle and straddle the side portions of the negative capacitor terminal 504a, the DC negative terminal 315B, and the DC positive terminal 319B. Further, the main surface of the rising portion 540 and the main surface of the rising portion 543 are opposed to each other with the insulating sheet 517 interposed therebetween. Similarly, the main surface of the folded portion 541 and the main surface of the folded portion 544 are opposed to each other with the insulating sheet 517 interposed therebetween.
  • the capacitor terminal 503a forms a laminated structure through the insulating sheet 517 until just before the connection portion 542, the wiring inductance of the capacitor terminal 503a where current concentrates can be reduced.
  • the folded portion 544 is configured to straddle the side portions of the negative electrode side capacitor terminal 504a, the DC negative electrode terminal 315B, and the DC positive electrode terminal 319B. Furthermore, the tip of the DC positive terminal 319B and the side of the connecting portion 542 are connected by welding, and similarly, the tip of the DC negative terminal 315B and the side of the connecting portion 545 are connected by welding.
  • the tip of the AC terminal 321 is connected to the tip of the AC bus bar 802a by welding.
  • the welding location of the AC terminal 321 and the welding location of the DC positive electrode terminal 319 ⁇ / b> B are arranged in a straight line along the longitudinal side of the cooling jacket 12.
  • the plurality of power modules 300a to 300c are arranged in a straight line along the longitudinal sides of the cooling jacket 12. As a result, productivity can be further improved when welding the plurality of power modules 300a to 300c.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the cooling jacket 12 and the bus bar module 800 in which the power module and the capacitor module are assembled.
  • FIG. 9 is an external perspective view of the bus bar module 800 with the holding member 803 removed.
  • the first AC bus bars 802a to 802f are stacked conductors of the capacitor module 500 up to the installation location of the current sensor 180a or the current sensor 180b. It is formed so as to be substantially perpendicular to the main surface of the plate 501. Further, the first AC bus bars 802a to 802f are bent substantially at right angles immediately before the through hole of the current sensor 180a or the through hole of the current sensor 180b. Thereby, the main surface of the portion of the first AC bus bars 802a to 802f that penetrates the current sensor 180a or the current sensor 180b is substantially parallel to the main surface of the multilayer conductor plate 501. Then, connection portions 805a to 805f for connecting to the second AC bus bars 804a to 804f are formed at the ends of the first AC bus bars 802a to 802f (connection portions 805d to 805f are not shown).
  • the second AC bus bars 804a to 804f are bent at substantially right angles toward the capacitor module 500 side in the vicinity of the connection portions 805a to 805f.
  • the main surfaces of the second AC bus bars 804a to 804f are formed so as to be substantially perpendicular to the main surface of the multilayer conductor plate 501 of the capacitor module 500.
  • the second AC bus bars 804a to 804f are extended from the vicinity of the current sensor 180a or the current sensor 180b toward one side 12a in the short direction of the cooling jacket 12 shown in FIG. It is formed to cross. That is, the second AC bus bars 804a to 804f are formed so as to cross the side 12a with the main surfaces of the plurality of second AC bus bars 804a to 804f facing each other.
  • the first AC bus bars 802a to 802f, the current sensors 180a to 180b, and the second AC bus bars 804a to 804f are held and insulated by a holding member 803 made of resin.
  • the second AC bus bars 804a to 804f improve the insulation between the metal cooling jacket 12 and the housing 119. Further, since the holding member 803 is in thermal contact with or directly in contact with the cooling jacket 12, heat transmitted from the transmission 118 side to the second AC bus bars 804a to 804f can be released to the cooling jacket 12, so that the current sensors 180a to The reliability of 180b can be improved.
  • the holding member 803 is provided with a support member 807a and a support member 807b for supporting the driver circuit board 22 shown in FIG.
  • a plurality of support members 807 a are provided and are arranged in a line along one side in the longitudinal direction of the cooling jacket 12. Further, a plurality of support members 807 b are provided, and are formed in a line along the other side in the longitudinal direction of the cooling jacket 12. Screw holes for fixing the driver circuit board 22 are formed at the distal ends of the support member 807a and the support member 807b.
  • the holding member 803 is provided with a protruding portion 806a and a protruding portion 806b that extend upward from locations where the current sensor 180a and the current sensor 180b are disposed.
  • the protrusion 806a and the protrusion 806b are configured to penetrate the current sensor 180a and the current sensor 180b, respectively.
  • the current sensor 180 a and the current sensor 180 b are provided with a signal line 182 a and a signal line 182 b extending in the arrangement direction of the driver circuit board 22.
  • the signal line 182a and the signal line 182b are joined to the wiring pattern of the driver circuit board 22 by solder.
  • the holding member 803, the support members 807a to 807b, and the protrusions 806a to 806b are integrally formed of resin.
  • the holding member 803 has a function of positioning the current sensor 180 and the driver circuit board 22, assembly and solder connection work between the signal line 182a and the driver circuit board 22 are facilitated. Further, by providing the holding member 803 with a mechanism for holding the current sensor 180 and the driver circuit board 22, the number of components as the whole power conversion device can be reduced.
  • the holding member 803 is provided with a support member 808 for indicating the vicinity of the central portion of the driver circuit board 22 to reduce the influence of vibration applied to the driver circuit board 22.
  • the holding member 803 is fixed to the cooling jacket 12 with screws.
  • the holding member 803 is provided with a bracket 809 for fixing one end of the auxiliary power module 350.
  • the auxiliary power module 350 is disposed in the protruding portion 407, whereby the other end of the auxiliary power module 350 is fixed to the protruding portion 407. Thereby, the influence of vibration applied to the auxiliary power module 350 can be reduced, and the number of parts for fixing can be reduced.
  • FIG. 10 is an external perspective view of the cooling jacket 12 in which the power module, the capacitor module, the bus bar module 800, and the auxiliary power module 350 are assembled.
  • the current sensor 180 may be destroyed when heated to a temperature higher than about 100 ° C ..
  • the temperature of the environment in which it is used becomes very high, so it is important to protect the current sensor 180 from heat.
  • the power conversion device 200 according to the present embodiment is mounted on the transmission 118, it is important to protect it from heat generated from the transmission 118.
  • the current sensor 180a and the current sensor 180b are disposed on the opposite side of the transmission 118 with the cooling jacket 12 interposed therebetween. Thereby, it becomes difficult for the heat generated by the transmission 118 to be transmitted to the current sensor, and the temperature increase of the current sensor can be suppressed.
  • the second AC bus bars 804a to 804f are formed so as to cross the flow direction 810 of the refrigerant flowing through the third flow path 19c shown in FIG.
  • the current sensor 180a and the current sensor 180b are arranged closer to the AC terminal 321 of the power module than the portions of the second AC bus bars 804a to 804f crossing the third flow path portion 19c.
  • the second AC bus bars 804a to 804f are indirectly cooled by the refrigerant, and heat transmitted from the AC bus bar to the current sensor and further to the semiconductor chip in the power module can be relieved, thereby improving the reliability.
  • the flow direction 811 shown in FIG. 10 indicates the flow direction of the refrigerant flowing through the fourth flow path 19d shown in FIG.
  • the flow direction 812 indicates the flow direction of the refrigerant flowing through the second flow path 19b shown in FIG.
  • the current sensor 180a and the current sensor 180b according to the present embodiment are arranged so that the projection portions of the current sensor 180a and the current sensor 180b are surrounded by the projection portion of the flow path 19 when projected from above the power conversion device 200. The This further protects the current sensor from heat from the transmission 118.
  • FIG. 11 is a divided perspective view of the power conversion device 200 in which the control circuit board 20 and the metal base plate 11 are separated.
  • the current sensor 180 is disposed above the capacitor module 500.
  • the driver circuit board 22 is disposed above the current sensor 180 and supported by support members 807a and 807b provided in the bus bar module 800 shown in FIG.
  • the metal base plate 11 is disposed above the driver circuit board 22 and supported by a plurality of support members 15 erected from the cooling jacket 12.
  • the control circuit board 20 is disposed above the metal base plate 11 and is fixed to the metal base plate 11.
  • the current sensor 180, the driver circuit board 22 and the control circuit board 20 are hierarchically arranged in a row in the height direction, and the control circuit board 20 is arranged at the farthest place from the high-power system power modules 300a to 300f, Mixing of switching noise or the like can be suppressed. Furthermore, the metal base plate 11 is electrically connected to a cooling jacket 12 that is electrically connected to the ground. The metal base plate 11 reduces noise mixed from the driver circuit board 22 into the control circuit board 20.
  • the cooling target of the refrigerant flowing through the flow path 19 is mainly the driving power modules 300a to 300f
  • the power modules 300a to 300f are housed in the flow path 19 and directly contact the refrigerant. And cooled.
  • the auxiliary power module 350 is also required to be cooled, although not as much as the driving power module.
  • the heat radiating surface formed of the metal base of the auxiliary power module 350 is formed so as to face the inlet pipe 13 and the outlet pipe 14 through the flow path 19.
  • the protruding portion 407 for fixing the auxiliary power module 350 is formed above the inlet pipe 13, the refrigerant flowing from below collides with the inner wall of the protruding portion 407, so that the auxiliary power module can be efficiently used. Heat can be taken from 350.
  • a space connected to the flow path 19 is formed inside the protruding portion 407.
  • the space inside the protrusion 407 increases the depth of the flow path 19 in the vicinity of the inlet pipe 13 and the outlet pipe 14, and a liquid pool is generated in the space inside the protrusion 407.
  • the auxiliary power module 350 can be efficiently cooled by this liquid pool.
  • the driver circuit board 22 of the present embodiment is formed with a first hole 24 and a second hole 26 that penetrate the driver circuit board 22. Further, the signal terminals 325U and the signal terminals 325L of the power modules 300a to 300f are inserted into the first hole 24, and the signal terminals 325U and the signal terminals 325L are joined to the wiring pattern of the driver circuit board 22 by soldering. Further, the signal line 182 of the current sensor 180 is inserted into the second hole 26, and the signal line 182 is joined to the wiring pattern of the driver circuit board 22 by solder. Note that solder bonding is performed from the surface of the driver circuit board 22 opposite to the surface facing the cooling jacket 12.
  • productivity can be further improved by joining each signal terminal 325 of the power modules 300a to 300f and the signal line 182 of the current sensor 180 by solder from the same direction. Further, by providing the driver circuit board 22 with the first hole 24 for penetrating the signal terminal 325 and the second hole 26 for penetrating the signal line 182, it is possible to reduce the risk of connection mistakes. .
  • the driver circuit board 22 of the present embodiment has a drive circuit (not shown) such as a driver IC chip mounted on the surface facing the cooling jacket 12.
  • a drive circuit such as a driver IC chip mounted on the surface facing the cooling jacket 12.
  • a high-profile component such as a transformer mounted on the driver circuit board 22 is disposed in the space between the capacitor module 500 and the driver circuit board 22, the entire power conversion device 200 can be reduced in height. Is possible.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the power conversion device 200 cut along the plane B of FIG. 11 as viewed from the C direction.
  • the flange 304B provided in the module case 304 is pressed against the cooling jacket 12 by the flange 515a or the flange 515b provided in the capacitor case 502. That is, the airtightness of the flow path 19 can be improved by pressing the module case 304 against the cooling jacket 12 using the dead weight of the capacitor case 502 in which the capacitor cell 514 is accommodated.
  • the fin 305 is not formed in the lower part of the module case 304 in order to secure the space of the thin portion 304A. Therefore, the lower cover 420 is formed so that the lower part of the module case 304 is fitted into the recess 430 formed in the lower cover 420. Thereby, it can prevent that a refrigerant
  • the arrangement direction of the power modules 300a to 300f and the capacitor module 500 is arranged side by side so as to cross the arrangement direction of the control circuit board 20, the driver circuit board 22, and the transmission 118.
  • the power modules 300 a to 300 f and the capacitor module 500 are arranged side by side in the lowest layer in the power conversion device 200. As a result, the power converter 200 as a whole can be reduced in height, and the influence of vibration from the transmission 118 can be reduced.
  • the power modules 300a to 300f have the same structure, and the structure of the power module 300 will be described as a representative. 13 to 27, the signal terminal 325U corresponds to the gate electrode 154 and the signal emitter electrode 155 disclosed in FIG. 2, and the signal terminal 325L corresponds to the gate electrode 164 and the emitter electrode 165 disclosed in FIG. To do.
  • the DC positive terminal 315B is the same as the positive terminal 157 disclosed in FIG. 2, and the DC negative terminal 319B is the same as the negative terminal 158 disclosed in FIG.
  • the AC terminal 320B is the same as the AC terminal 159 disclosed in FIG.
  • FIG. 13A is a perspective view of the power module 300 of this embodiment
  • FIG. 13B is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 14 is a view showing the power module 300 in which the screw 309 and the secondary sealing resin 351 are removed from the state shown in FIG. 13
  • FIG. 14 (a) is a perspective view
  • FIG. 14 (b) is a diagram of FIG. 14 (a) is a sectional view taken along the line XIV-XIV
  • FIG. 14 (c) is a sectional view before the thin portion of the case is deformed in FIG. 14 (b).
  • 15 is a view showing the power module 300 from which the module case 304 is further removed from the state shown in FIG. 14, FIG.
  • FIG. 15 (a) is a perspective view
  • FIG. 15 (b) is an XV in FIG. 15 (a).
  • FIG. 16 is a perspective view of the power module 300 in which the primary sealing resin 348 and the wiring insulating portion 608 are further removed from the state shown in FIG. 17 is a diagram showing an auxiliary power module 600 of the power module 300
  • FIG. 17 (a) is a perspective view
  • FIG. 17 (b) is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 17 (a). is there.
  • power semiconductor elements constituting the series circuit 150 of the upper and lower arms are constituted by the conductor plate 315 and the conductor plate 318, and the conductor plate 320 and the conductor plate. By 319, it is fixed by being sandwiched from both sides.
  • the conductive plate 315 and the like are sealed with a first sealing resin (sealing resin portion 348 with the heat dissipation surface exposed.
  • An insulating layer 700 is provided to constitute a power semiconductor module 302.
  • the power semiconductor module 302 has a polyhedral shape (here, a substantially rectangular parallelepiped shape) as shown in Fig. 15. Note that Fig. 15 (b). In FIG. 2, the insulating layer 700 is not shown.
  • the power semiconductor module 302 sealed with the primary sealing resin 348 is inserted into the module case 304 and bonded to the inner surface of the module case 304 which is a CAN type cooler through the insulating layer 700.
  • the CAN-type cooler is a cylindrical cooler having an insertion port 306 on one surface and a bottom on the other surface.
  • a secondary sealing resin 351 is filled in the gap remaining inside the module case 304.
  • the module case 304 is a member having electrical conductivity.
  • the module case 304 is a composite material such as Cu, Cu alloy, Cu—C, or Cu—CuO, or a composite material such as Al, Al alloy, AlSiC, or Al—C. Etc. Further, it is integrally formed in a case shape with no joint by a highly waterproof joining method such as welding or by forging or casting.
  • the module case 304 has a structure in which no opening other than the insertion port 306 is provided, and the outer periphery of the insertion port 306 is surrounded by a flange 304B. Further, as shown in FIG. 13 (a), the first heat radiating surface 307A and the second heat radiating surface 307B, which are wider than the other surfaces, are arranged facing each other so as to face these heat radiating surfaces.
  • Each power semiconductor element (IGBT 328, IGBT 330, diode 156, diode 166) is arranged.
  • the three surfaces that connect the first heat radiation surface 307A and the second heat radiation surface 307B that face each other constitute a surface that is sealed with a narrower width than the first heat radiation surface 307A and the second heat radiation surface 307B, and the other one side surface
  • An insertion port 306 is formed at the bottom.
  • the shape of the module case 304 does not have to be an accurate rectangular parallelepiped, and the corners may form a curved surface as shown in FIG.
  • the metal case having such a shape By using the metal case having such a shape, even when the module case 304 is inserted into the flow path 19 through which a coolant such as water or oil flows, a seal against the coolant can be secured by the flange 304B. Can be prevented from entering the inside of the module case 304 with a simple configuration.
  • the fins 305 are uniformly formed on the first heat radiation surface 307A and the second heat radiation surface 307B facing each other.
  • a thin portion 304A having an extremely thin thickness is formed on the outer periphery of the first heat radiating surface 307A and the second heat radiating surface 307B. Since the thin portion 304A is extremely thin to such an extent that it can be easily deformed by pressurizing the fin 305, the productivity after the power semiconductor module 302 is inserted is improved.
  • the thickness variation of the insulating layer 700 between the conductor plate 315 or the like and the inner wall of the module case 304 can be controlled.
  • the heat generated by the power semiconductor element can be efficiently transmitted to the fins 305.
  • the generated thermal stress can be reduced, which is favorable for use in a power converter for a vehicle having a large temperature change.
  • a metallic DC positive wiring 315A and a DC negative wiring 319A for electrical connection with the capacitor module 500 are provided, and a DC positive terminal 315B (157) and a DC are connected to the tip thereof. Negative terminals 319B (158) are formed respectively.
  • a metallic AC wiring 320A for supplying AC power to motor generator MG1 or MG2 is provided, and an AC terminal 320B (159) is formed at the tip thereof.
  • the DC positive electrode wiring 315A is connected to the conductor plate 315
  • the DC negative electrode wiring 319A is connected to the conductor plate 319
  • the AC wiring 320A is connected to the conductor plate 320.
  • metal signal wirings 324U and 324L for electrical connection with the driver circuit 174 are further provided, and signal terminals 325U (154, 155) and a signal terminal 325L are provided at the front ends thereof. (164, 165) are formed.
  • the signal wiring 324U is connected to the IGBT 328, and the signal wiring 324L is connected to the IGBT 328.
  • the DC positive wiring 315A, the DC negative wiring 319A, the AC wiring 320A, the signal wiring 324U, and the signal wiring 324L are integrally molded as the auxiliary power module 600 while being insulated from each other by the wiring insulating portion 608 formed of a resin material. Is done.
  • the wiring insulating portion 608 also acts as a support member for supporting each wiring, and a thermosetting resin or a thermoplastic resin having an insulating property is suitable for the resin material used therefor. Thereby, it is possible to secure insulation between the DC positive electrode wiring 315A, the DC negative electrode wiring 319A, the AC wiring 320A, the signal wiring 324U, and the signal wiring 324L, and high-density wiring is possible.
  • the auxiliary power module 600 is metal-bonded to the power semiconductor module 302 at the connection portion 370 and then fixed to the module case 304 with a screw 309 that passes through a screw hole provided in the wiring insulating portion 608.
  • TIG welding can be used for metal bonding between the power semiconductor module 302 and the auxiliary power module 600 in the connecting portion 370.
  • the direct current positive electrode wiring 315A and the direct current negative electrode wiring 319A are stacked on each other in a state of facing each other with the wiring insulating portion 608 interposed therebetween, and have a shape extending substantially in parallel. With such an arrangement and shape, the current that instantaneously flows during the switching operation of the power semiconductor element flows oppositely and in the opposite direction. As a result, the magnetic fields produced by the currents cancel each other out, and this action can reduce the inductance.
  • the AC wiring 320A and the signal terminals 325U and 325L also extend in the same direction as the DC positive electrode wiring 315A and the DC negative electrode wiring 319A.
  • connection portion 370 where the power semiconductor module 302 and the auxiliary power module 600 are connected by metal bonding is sealed in the module case 304 with a secondary sealing resin 351.
  • the sealing resin 35 for example, a resin based on a novolak-based, polyfunctional, or biphenyl-based epoxy resin can be used.
  • the epoxy resin contains ceramics such as SiO 2, Al 2 O 3, AlN, and BN, rubber, and the like, and the thermal expansion coefficient is brought close to the module case 304 and the conductor plates 315, 320, 318, and 319. Thereby, the difference in thermal expansion coefficient between the members can be reduced, and the thermal stress generated as the temperature rises in the use environment is greatly reduced, so that the life of the power module can be extended.
  • connection terminal 320D, the element side signal connection terminal 327U, and the element side signal connection terminal 327L are arranged in a line.
  • the structure in which the terminals are arranged in a line in the connection portion 370 facilitates the manufacture of the power semiconductor module 302 by transfer molding.
  • a terminal constituted by the DC positive electrode wiring 315A (including the DC positive electrode terminal 315B and the auxiliary power module side DC positive electrode connection terminal 315C) and the element side DC positive electrode connection terminal 315D is referred to as a positive electrode side terminal.
  • a terminal constituted by 319A (including DC negative terminal 319B and auxiliary power module side DC negative connection terminal 319C) and element side DC positive connection terminal 315D is referred to as a negative side terminal
  • AC wiring 320A (AC terminal 320B and auxiliary power module) Terminals including the side AC connection terminal 320C) and the element side AC connection terminal 320D are referred to as output terminals, and include the signal wiring 324U (including the signal terminal 325U and the auxiliary power module side signal connection terminal 326U) and the element side signal connection.
  • the terminal constituted by the terminal 327U is the upper Called use signal terminal, referred to as a signal line 324L (signal terminal 325L and the auxiliary power module side signal connecting terminals including 326L) and the element-side signal connecting terminals 327L signal for the lower arm composed of the terminal by terminal.
  • a signal line 324L signal terminal 325L and the auxiliary power module side signal connecting terminals including 326L
  • element-side signal connecting terminals 327L signal for the lower arm composed of the terminal by terminal.
  • Each of the above terminals protrudes from the primary sealing resin 348 and the secondary sealing resin 351 through the connection portion 370, and each protruding portion from the primary sealing resin 348 (element side DC positive electrode connection terminal 315D, element Side DC negative electrode connection terminal 319D, element side AC connection terminal 320D, element side signal connection terminal 327U and element side signal connection terminal 327L) along one surface of the primary sealing resin 348 having a polyhedral shape as described above. They are arranged in a line. Further, the positive electrode side terminal and the negative electrode side terminal protrude from the secondary sealing resin 351 in a laminated state and extend outside the module case 304.
  • the auxiliary power module side DC positive electrode connection terminal 315C and the auxiliary power module side DC negative electrode connection terminal 319C are a DC positive electrode terminal 315B, a DC positive electrode wiring 315A opposite to the DC negative electrode terminal 319B, and a DC negative electrode wiring. It is formed at the tip of 319A.
  • the auxiliary power module side AC connection terminal 320C is formed at the tip of the AC wiring 320A opposite to the AC terminal 320B.
  • the auxiliary power module side signal connection terminals 326U and 326L are respectively formed at the distal ends of the signal wirings 324U and 324L opposite to the signal terminals 325U and 325L.
  • the element side DC positive connection terminal 315D, the element side DC negative connection terminal 319D, and the element side AC connection terminal 320D are formed on the conductor plates 315, 319, and 320, respectively.
  • the element side signal connection terminals 327U and 327L are electrically connected to the IGBTs 328 and 330, respectively, by bonding wires 371.
  • the conductor plate 315 is electrically connected to the collector electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and the cathode electrode of the diode 156 on the upper arm side through the metal junction 160.
  • the conductor plate 320 is electrically connected to the collector electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and the cathode electrode of the diode 166 on the lower arm side through a metal junction 160.
  • a conductor plate 318 and a conductor plate 319 are arranged in substantially the same plane.
  • An emitter electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and an anode electrode of the diode 156 on the upper arm side are electrically connected to the conductor plate 318 through a metal junction 160.
  • the conductor plate 319 is electrically connected to the emitter electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and the anode electrode of the diode 166 on the lower arm side by a metal junction 160.
  • the conductor plate 320 and the conductor plate 318 are electrically connected via the metal joint 160 (intermediate electrode 329).
  • the upper arm 303a circuit and the lower arm 303b circuit are electrically connected to form an upper and lower arm series circuit.
  • the bonding material forming the metal bonding portion 160 is, for example, a solder material, a low-temperature sintered bonding material containing fine metal particles, a conductive adhesive containing fine metal particles, or the like.
  • the conductor plates 318 and 319 are provided with protrusions 322 so that insulation between the IGBT control electrode and the wire 371 and the emitter electrode can be ensured when sealed with resin in a subsequent process. .
  • the protrusion 322 is manufactured by being integrated with the conductor plate by using forging, pressing, etching, or the like, it can be aligned at low cost and with high accuracy. Further, the metal joint 160 may be separately provided and provided separately. Further, when the thermal expansion coefficient of the protrusion 322 is set to a numerical value intermediate between the semiconductor element and the conductor plate, the thermal stress applied to the semiconductor element can be relaxed. When the conductor plate is Cu or Cu alloy, CuO or Mo has a small thermal expansion coefficient with respect to Cu, and when the conductor plate is Al or Al alloy, the thermal expansion coefficient is small with respect to Cu, Cu or Al. What is necessary is just to install CuO and Mo by making composite, such as lamination and dispersion.
  • the IGBT 328 and the diode 156 are sandwiched between the conductor plate 315 and the conductor plate 318, and the IGBT 330 and the diode 166 are sandwiched between the conductor plate 320 and the conductor plate 319.
  • the electrode 329 By connecting through the electrode 329, the state shown in FIG. 19 is obtained.
  • control electrode 328A of the IGBT 328 and the element side signal connection terminal 327U are connected by the bonding wire 371
  • control electrode 330A of the IGBT 330 and the element side signal connection terminal 327L are connected by the bonding wire 371.
  • the portion including the power semiconductor element and the bonding wire 371 is sealed with the primary sealing resin 348 as shown in FIG.
  • the mold pressing surface 373 is pressed from above and below by the mold, and the mold is filled with the primary sealing resin 348 by transfer molding. Details of this will be described later.
  • the tie bar 372 is cut out to separate the element side DC positive connection terminal 315D, the element side AC connection terminal 320D, and the element side signal connection terminals 327U and 327L. And each end of the element side DC positive electrode connection terminal 315D, the element side DC negative electrode connection terminal 319D, the element side AC connection terminal 320D, and the element side signal connection terminals 327U and 327L arranged in a line on one side of the power semiconductor module 302 Each part is bent in the same direction as shown in FIG. Thereby, the work at the time of metal bonding between the power semiconductor module 302 and the auxiliary power module 600 at the connecting portion 370 can be facilitated to improve productivity, and the reliability of metal bonding can be improved.
  • FIG. 23 is a diagram for explaining a manufacturing process for changing the state before sealing with the primary sealing resin 348 shown in FIG. 20 to the sealing state with the primary sealing resin 348 shown in FIG. 348 is exemplified by a method of forming by transfer molding.
  • FIG. 23A shows a longitudinal sectional view before clamping
  • FIG. 23B shows a longitudinal sectional view after clamping.
  • the power semiconductor module 302 before sealing shown in FIG. 20 is installed between the upper mold 374A and the lower mold 374B.
  • the upper mold 374A and the lower mold 374B sandwich and clamp the power semiconductor module 302 from above and below the mold pressing surface 373, so that the mold space 375 is placed in the mold as shown in FIG. It is formed.
  • the power semiconductor elements IGBTs 328 and 330 and the diodes 155 and 166) in the power semiconductor module 302 are sealed with the primary sealing resin 348.
  • the primary sealing resin 348 for example, a resin based on a novolac, polyfunctional, or biphenyl epoxy resin can be used, and includes ceramics such as SiO2, Al2O3, AlN, BN, gel, rubber, and the like.
  • the thermal expansion coefficient is made closer to the conductor plates 315, 320, 318, 319. Thereby, the difference in thermal expansion coefficient between the members can be reduced, and the thermal stress generated as the temperature rises in the use environment is greatly reduced, so that the life of the power module can be extended.
  • connection terminals 327L are arranged in a line.
  • the upper mold 374A and the lower mold 374B are used, and the mold is clamped without generating any excessive stress at the connection portion between each terminal and the power semiconductor element. Can do. Therefore, the power semiconductor element can be sealed without causing damage to the power semiconductor element or leaking the primary sealing resin 348 from the gap.
  • FIG. 24 shows a state in which the conductor plates 318 and 319 and the intermediate electrode 329 are removed from the state of FIG. 19 for easy understanding.
  • control electrodes 328A and 330A are arranged on one side of IGBTs 328 and 330 (upper side in the figure) at positions that are biased to the left in the figure with respect to center lines 376 and 377, respectively.
  • Center lines 376 and 377 are orthogonal to the arrangement direction of element side DC positive connection terminal 315D, element side DC negative connection terminal 319D, element side AC connection terminal 320D, element side signal connection terminal 327U and element side signal connection terminal 327L. Yes.
  • the element side signal connection terminal 327U is disposed on one side where the control electrode 328A is disposed, and the element side DC positive connection terminal 315D is disposed on the other side.
  • the element-side signal connection terminal 327L is disposed on one side where the control electrode 330A is disposed, and the element-side AC connection terminal 320D is disposed on the other side.
  • an element side DC negative electrode connection terminal 319D is arranged between the element side DC positive electrode connection terminal 315D and the element side signal connection terminal 327L.
  • the terminals can be integrated to reduce the size of the power semiconductor module 302, and thus the power module 300.
  • the element side DC positive connection terminal 315D, the element side AC connection terminal 320D, the element side signal connection terminal 327U, and the element side signal connection terminal 327L are integrated in a state where they are connected to a common tie bar 372. Processed. As a result, variations in flatness and thickness between these terminals can be minimized. On the other hand, since the element side DC negative electrode connection terminal 319D is combined with those processed separately from the above terminals, the variation in flatness and thickness is larger than that of the other terminals. At the time of fastening, there is a possibility that extra stress is generated at the connection portion between the terminal and the power semiconductor element.
  • FIG. 25 is a diagram showing a modification for avoiding the above-described inconvenience.
  • the conductor plate 319 provided with the element side DC negative electrode connection terminal 319D is provided with a stress relaxation portion 319E for absorbing and relaxing the stress at the time of clamping.
  • the position of the stress relaxation portion 319E is preferably between the portion 160 where the power semiconductor element is mounted and the mold pressing surface 373. Note that it is conceivable that the thickness of a part of the conductor plate 319 is simply made thinner than the other part as the stress relaxation part 319E, but in this case, the current density is increased in the part, so that the electrical performance is lowered. There is a risk. Therefore, as shown in FIG.
  • a part of the conductor plate 319 is bent to form the stress relaxation portion 319E. In this way, the current density does not increase in the stress relaxation portion 319E, and the current direction is opposed to the folded portion due to the bending, which can contribute to suppression of inductance.
  • FIG. 26 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the power module 300.
  • the collector electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and the cathode electrode of the diode 156 on the upper arm side are connected via a conductor plate 315.
  • the collector electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and the cathode electrode of the diode 166 on the lower arm side are connected via the conductor plate 320.
  • the emitter electrode of the IGBT 328 on the upper arm side and the anode electrode of the diode 156 on the upper arm side are connected via a conductor plate 318.
  • the emitter electrode of the IGBT 330 on the lower arm side and the anode electrode of the diode 166 on the lower arm side are connected via a conductor plate 319.
  • Conductor plates 318 and 320 are connected by an intermediate electrode 329.
  • FIG. 27A is a diagram showing an equivalent circuit when a recovery current flows
  • FIG. 27B is a diagram showing a path of the recovery current.
  • the diode 166 on the lower arm side is conducting in the forward bias state.
  • the IGBT 328 on the upper arm side is turned on
  • the diode 166 on the lower arm side becomes a reverse bias, and a recovery current caused by carrier movement passes through the upper and lower arms.
  • a recovery current 360 shown in FIG. 27B flows through each of the conductor plates 315, 318, 319, and 320.
  • the recovery current 360 passes through the DC positive terminal 315B (157) disposed opposite to the DC negative terminal 319B (158) as shown by the dotted line, and is subsequently formed by the conductor plates 315, 318, 319, and 320. It flows through the loop-shaped path, and again flows as shown by the solid line through the DC negative terminal 319B (158) arranged opposite to the DC positive terminal 315B (157).
  • the eddy current 361 flows through the first heat radiating surface 307A and the second heat radiating surface 307B of the module case 304 by the current flowing through the loop-shaped path. Due to the magnetic field canceling effect generated by the equivalent circuit 362 in the current path of the eddy current 361, the wiring inductance 363 in the loop-shaped path is reduced.
  • the loop-shaped current path flows through a path close to the DC positive terminal 315B (157) side of the conductor plate 315 and passes through the IGBT 328 and the diode 156 as indicated by a dotted line.
  • the loop-shaped current path flows through a path farther from the DC positive electrode terminal 315B (157) side of the conductor plate 318, as indicated by the solid line, and then farther from the DC positive electrode terminal 315B (157) side of the conductor plate 320, as indicated by the dotted line.
  • the path flows through the IGBT 330 and the diode 166.
  • the loop-shaped current path flows along a path close to the DC negative electrode wiring 319A side of the conductor plate 319.
  • the loop-shaped current path passes through a path closer to or farther from the DC positive terminal 315B (157) or the DC negative terminal 319B (158), thereby forming a current path closer to the loop shape. Is done.
  • FIG. 28 is a view for explaining the formation of a thermal spray film that is a part of the insulating layer of the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention on a conductor plate, (a) a cross-sectional view before thermal spraying, (B) is sectional drawing after thermal spraying, (c) is an enlarged view of the thermal spray film
  • FIG. 29 is a diagram for explaining a process of temporarily attaching a resin layer in which a filler is dispersed to a sprayed film formed on the conductor plate side of FIG.
  • FIG. 28 is a view for explaining a step of temporarily impregnating a hole in a sprayed film with a resin layer in which a filler is dispersed on the sprayed film formed on the conductor plate side of FIG. (B) is an enlarged view before impregnation, (c) is an enlarged view after impregnation.
  • the power semiconductor module 302 is bonded to the module case 304 with an insulating layer 700. That is, the insulating layer 700 is provided between the conductor plates 318 and 319 in the power semiconductor module 302 and the heat radiating portion 307A of the module case 304 and between the conductor plates 315 and 320 and the heat radiating portion 307B of the module case 304, respectively. It is intervened.
  • the bonding structure between the conductive plates 318 and 319 and the heat dissipation part 307A and the bonding structure between the conductive plates 315 and 320 and the heat dissipation part 307B are the same.
  • the conductive plates 315 and 320 and the heat dissipation part 307B are representative of both. The joining structure of will be described.
  • the insulating layer 700 is provided by laminating the sprayed film 710 with a layer of a sprayed film 710 formed by spraying an insulating oxide or ceramic powder. And a resinous insulating film 720 and a stress relieving resin layer 730 (see FIG. 32A).
  • the thermal spray film 710 is formed on the surfaces 315a and 320a which are heat radiation surfaces of the conductor plates 315 and 320 of the power semiconductor module 302 and the surface of the primary sealing resin 348. Yes.
  • the thermal spray film 710 has pores 712 between the thermal spray materials 711, and the pores 712 are impregnated with an insulating film 720 containing a filler 722.
  • the insulating film 720 is made of a resin 721 in which a filler 722 is dispersed, and the filler 722 and the resin 721 constituting the resin film 720 are inside the pores 712 of the sprayed film 710. It is impregnated.
  • the sprayed film 710 is an insulator and is produced by spraying an oxide or ceramic powder.
  • the temperature rise of the conductor plate due to thermal spraying is small, and thermal deformation such as melting, thermal deterioration, warpage, etc. is also small.
  • the sprayed film 710 can be formed.
  • the sprayed film 710 is formed on the surface of the power semiconductor module 302 formed by the transfer mold shown in FIG.
  • the temperature rise of the power semiconductor module 302 is about 100 to 180 ° C. Therefore, the primary sealing resin 348, the metal joint 160, the IGBTs 328 and 330, the diode 156, 166 is not thermally degraded. Therefore, chip bonding performed in a temperature range of 220 to 300 ° C. can be performed first.
  • the bonding strength of the sprayed film solution 710 can be improved. If these are sealed with the primary sealing resin 348 during these processes, physical and chemical damage to the IGBTs 328 and 330 and the wires 371 can be prevented, so that complicated masking is unnecessary and productivity is improved. To do.
  • steps such as grinding and polishing can be performed.
  • a burr is formed at the boundary between the conductive plates 315 and 320 and the primary sealing resin 348, In some cases, the surface roughness of the surface becomes excessive and the electric field concentrates.
  • fine irregularities are formed on the surface of the power semiconductor module 302 by sandblasting or etching, and the sprayed film 710 is physically bited into and joined to the fine irregularities, so that the bonding force of the sprayed film 710 increases. Since the primary sealing resin 348 has a lower thermal conductivity than the conductor plates 315 and 320, the heat dissipation can be improved by removing it from the heat dissipation surface.
  • the powder for forming the thermal spray film 710 is selected from high thermal conductive ceramic powders such as oxides such as alumina, silica, magnesia and beryllia, nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride and boron nitride, and carbides such as silicon carbide. These simple compositions, composite compositions of oxides and nitrides or carbides, or mixed powders are used.
  • the thermal spray film formed on the conductor plate and the primary sealing resin 348 has a flat shape formed by solidifying these ceramics, and as shown in FIG. 28C, the thermal spray material 711 formed on the flat body is deposited. Layer.
  • the oxide layer on the surface serves as a binder, and the bonding force between the thermal spray materials 711 which are flat bodies is large.
  • the bonding force between the thermal spray materials 711 which are flat bodies is large.
  • the ceramic By causing the ceramic powder to collide with the base material in a partially or completely molten state by plasma spraying or the like, the ceramic is welded in a flat shape on the conductor surface, and is further welded to the thermally sprayed material 711 that has been welded and solidified. Go. Thereby, in three dimensions, the spraying materials 711 and the spraying materials 711 and the conductive plates 315 and 320 and the ceramic filler and the resin in the primary sealing resin 348 have a welding surface at the abutting interface and are strong. It is joined.
  • the conductor plates 315, 320, 318, and 319 metals such as Cu, Al, Ni, Au, Ag, Mo, Fe, and Co, alloys thereof, and composites are used.
  • This metal bonding step is preferably performed before thermal spraying so as to avoid physical and scientific damage when the thermal spray film 710 is formed. Since the region where the sprayed film 710 is formed is separated from the connection part 370, even if the metal bonding of the connection part 370 is performed after the sprayed film 710 is formed on the power semiconductor module 302, the sprayed film 710 is peeled off or chipped. Is unlikely to occur. However, if masking is performed, it is possible to prevent damage at the time of thermal spraying at the joint. After the power semiconductor module 302 and the auxiliary power module 600 are metal-bonded, masking is partially performed to form the thermal spray film 710. You may make it do.
  • the resin constituting the insulating film 720 is required to have a performance capable of adhering the heat radiation portions 307A and 307B on the base plate (module case 304) side on which the sprayed film is not formed later. Therefore, an adhesive resin based on phenol, acrylic, polyimide, polyamideimide, epoxy, silicon, bismaleimide triazine, or cyanate esthel is used.
  • the insulating filler 722 is dispersed in the resin 721 exemplified above.
  • the thermal conductivity of the insulating film 720 can be improved.
  • the viscosity of the insulating film 720 becomes high, and it becomes difficult to impregnate the pores 712 of the sprayed film 710.
  • the pore size of the pores 712 of the thermal spray film 710 is made larger than the particle size of the filler 722 to improve the impregnation property of the resin in which the filler 722 is dispersed.
  • the filler 722 to be mixed into the insulating film 720 is preferably insulative, and the filler 722 has a thermal conductivity equal to or higher than that of the sprayed film 710 so that the thermal conductivity of the insulating layer 700 can be increased. Can be improved.
  • the filler 722 is more preferably a highly thermally conductive ceramic filler such as oxides such as alumina, silica, magnesia, and beryllia, nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride, and boron nitride, and carbides such as silicon carbide.
  • a highly thermally conductive ceramic filler such as oxides such as alumina, silica, magnesia, and beryllia, nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride, and boron nitride, and carbides such as silicon carbide.
  • the thermal spray film 710 has a ceramic filling rate of about 97% at the maximum, and the filler filling rate is higher than that of the insulating film 720 made of the resin 721 containing the filler 722, but the three-dimensional pores 712 (FIG. 29 ( b)). Therefore, as it is, it is inferior in insulation characteristics and thermal conductivity. Furthermore, since the three-dimensional holes 712 are formed, the susceptibility to cracking due to the thermal stress accompanying the temperature rise and fall is high as it is.
  • the insulating film 720 composed of the resin 721 containing the filler 722 is formed in a sheet shape and disposed on the sprayed film 710 as illustrated in FIG. 30B, the insulating film 720 is temporarily attached by capillary action. It is possible to impregnate the pores of the thermal spray film 710 existing below. The impregnation of the insulating film 720 into the pores 712 prevents the generation of voids in the unfilled region or the gas encapsulated in the sprayed film 710 before impregnation when the pressure is reduced before or after the impregnation. be able to.
  • the insulating film 720 may be applied on the sprayed film 710 using a dispenser or the like.
  • the insulating film 720 When the insulating film 720 is applied, it flows to a portion other than the region where the insulating film 720 is applied, and also flows to the side portion around the sprayed film 710. For this reason, generation
  • the pore diameter (size) of the pores 712 of the thermal spray film 710 is formed larger than the particle diameter (size) of the filler 722 to be impregnated so that the filler 722 is easily mixed into the holes of the thermal spray film 710.
  • the hole diameter of the holes 712 of the sprayed film 710 can be controlled by the spraying conditions, that is, the preheating temperature of the base material, the interpass temperature of the base material, the arc current, the arc voltage, the spraying distance, and the powder particle size.
  • the hole diameter of the hole 712 of the sprayed film 710 is smaller than the particle diameter of the filler 722 to be mixed, the hole 712 of the sprayed film 710 has a structure in which only the resin is impregnated.
  • the preheating of the base material, the interpass temperature, the arc current, and the arc voltage are within a range where sufficient adhesion between the sprayed film 710 and the base material can be secured. , The spraying distance is increased, and the powder particle size of the sprayed material is decreased.
  • the sprayed material 711 is set to a temperature and time at which the degree of curing progresses less than the semi-cured state.
  • the insulating film 720 that lowers the thermal conductivity adheres to the surface of the insulating film 720 on the adhesion side of the module case 304. Not easy to produce.
  • the step of forming the sprayed film 710 is preferably completed at least before the step of impregnating the insulating film 720 in which the filler 722 is dispersed. Further, it is preferable to perform the impregnation work on the sprayed film 710 with the insulating film 720 a plurality of times. That is, the step of forming the sprayed film 710 and the step of impregnating the filler-dispersed resin are alternately repeated until the thickness of the sprayed film 710 reaches a predetermined value.
  • the insulating film 720 is formed on the sprayed film 710 and the pores 712 of the sprayed film 710 are impregnated with the resin containing the filler 722. This method is effective when the impregnation property of the insulating film 720 in which the filler 722 is dispersed is poor.
  • FIG. 31A shows a state before the thin portion 304A of the module case 304 is deformed and thermocompression bonded.
  • FIG. 32A shows a state in which the heat radiation portions 307A and 307B of the module case 304 are pressurized, the thin portion 304A is deformed and thermocompression bonded, and the remaining space is sealed with the secondary sealing resin 351.
  • an insulating film 720 is formed on the sprayed film 710 as shown in FIG. 29, and a resin is put inside the sprayed film 710. Impregnation is performed and a resin layer 730 is formed on the outer periphery.
  • the step of forming the insulating film 720 on the sprayed film 710, impregnating the resin inside the sprayed film 710 and forming the resin layer 730 on the outer peripheral portion can be performed in a single process. The method is shown below.
  • the thermal spray film 710 is formed on both surfaces of the power semiconductor module 302, and then an insulating sheet 720A is disposed on the thermal spray film 710 as shown in FIG.
  • the insulating sheet 720A is a sheet-like member in which a filler such as ceramics is mixed in a resin base material, and the amount of the insulating sheet 720A is set larger than the amount of the insulating film 720 to be formed. That is, the insulating sheet 720A is formed thicker than the insulating film 720.
  • the power semiconductor module 302 on which the insulating sheet 720A is formed is inserted into the module case 304 as shown in FIG.
  • the position where the wiring insulating portion 608 (see FIG. 15) of the auxiliary power module 600 to which the power semiconductor module 302 is joined by the connection portion 370 is fixed to the flange 304 ⁇ / b> B of the module case 304. Can be combined.
  • the heat radiating portions 307A and 307B are pressurized in the Z direction, the thin portion 304A is deformed inside the case, and the heat radiating portions 307A and 307B are brought into close contact with the power semiconductor module 302.
  • the insulating sheet 720A is pressure-bonded to the power semiconductor module 302 to form the insulating film 720.
  • the insulating sheet 720A is pressurized to the thickness of the insulating film 720, so that the resin component of the insulating sheet 720A is impregnated into the pores 712 of the sprayed film 710 and on the peripheral side portion of the sprayed film 710. Overflows.
  • a resin layer 730 (see FIG. 32A) is formed by the resin component of the insulating sheet 720A overflowing to the peripheral side portion of the sprayed film 710.
  • the amount of filler mixed is 20 vol. %.
  • the size of the filler 722 is set smaller than the size of the surface recess of the sprayed film 710 and smaller than the holes 712 in the sprayed film 710. It is assumed that the resin component of the insulating sheet 720A is impregnated in the pores 712 in the sprayed film 710 and the resin is pressurized so that the resin flows out to the surrounding side portions, and the resin component of the insulating sheet 720A is reduced to half.
  • the filler mixing rate of the insulating film 720 is about 40 vol. It will increase to about%.
  • the filler is also mixed into the resin layer 730.
  • the resin layer 730 can be formed not by a method using the insulating sheet 720A but by a method in which a resin mixed with a filler is deposited on the sprayed film 710 by a method such as coating or dipping.
  • the power semiconductor module 302 and the module case 304 are elastic with less filler on the peripheral side parts of the heat dissipating parts 307A and 307B. It becomes a structure reinforced with a flexible resin layer 730. Due to the difference in thermal expansion coefficient between the power semiconductor module 302 and the module case 304 member, the thermal stress generated in the insulating layer 700 as the temperature rises in the use environment increases at the peripheral side of the bonding surface. However, by providing the elastic resin layer 730 on the peripheral side portion, the thermal stress generated in the insulating layer 700 can be absorbed, so that the life of the power module can be extended. As described above, the resin layer 730 has a function for relaxing the stress of the laminated body including the conductive plate 315, the sprayed film 710, the insulating film 720, and the heat radiation portion 307B.
  • Adhesiveness with the module case 304 can be improved.
  • the thermal resistance decreases and the heat dissipation of the insulating layer improves.
  • the minimum thickness of the insulating film 720 that does not completely impregnate the sprayed film 710 and protrudes in the thickness direction is the warp of the inner surface of the module case 304. It is desirable to make the maximum surface roughness R max larger than the range that can be absorbed.
  • the thickness of the insulating film 720 can be easily adjusted by supplying it in a sheet form.
  • the maximum thickness of the insulating film 720 is adjusted, for example, in the range of 5 to 100 ⁇ m, and preferably in the range of 10 to 50 ⁇ m.
  • the volume ratio of the filler 722 mixed in the insulating film 720 after bonding is set in the range of 5 to 80%. However, the larger the volume ratio, the higher the thermal conductivity and the better the heat dissipation, but the adhesive strength deteriorates, so the range of 30 to 60% is preferable.
  • the adhesive strength can be relatively improved by providing by sputtering or coupling treatment, and the volume ratio of the filler 722 mixed in the insulating film 720 can be increased.
  • the sprayed film 710 impregnated with the insulating film 720 by pressure during bonding is overflowed in the outer periphery in the thin-walled portion 304A direction in the module case 304.
  • the amount of filler 722 after bonding can be increased. It is possible to discharge voids by increasing the pressing force at the time of bonding to the module case 304.
  • the sprayed film 710 not only the sprayed film 710 but also the insulating film 720 on the module case 304 side, or the sprayed film 710 and the insulating film 720 impregnated with the filler-containing resin in the pores 712 are provided. It may be formed.
  • the surface of the sprayed film 710 is provided with unevenness to enhance the adhesive force with the insulating film 720 by an anchor effect.
  • the surface roughness of the sprayed film 710 can be controlled by the spraying conditions, that is, the spraying temperature, the substrate preheating temperature, the spraying speed, the atmosphere, and the powder particle size. Further, if necessary, surface treatment such as grinding, polishing or laser irradiation may be performed after thermal spraying.
  • the resin has a remarkably smaller thermal conductivity than ceramics or metal, and even if a thickness of 10 ⁇ m is present in the heat radiation path, the heat radiation performance of the entire module is lowered, and therefore the resin exists in the concave portion of the sprayed film 710. It is important that the filler 722 exists in the insulating film 720 to be performed.
  • the insulating layer 700 formed in this manner can prevent deterioration of heat dissipation by impregnating the sprayed film 710 with the resin 721 containing the filler 722 having high thermal conductivity, and obtain high thermal conductivity. Can do.
  • a resin 721 having a thermal expansion coefficient larger than that of the conductive plate 315 or the heat dissipation part 307B inside the ceramic having a smaller thermal expansion coefficient than that of the conductive plate 315 or the heat dissipation part 307B the thermal expansion coefficient is reduced.
  • the thermal stress generated by the temperature change during use approaches the heat dissipating part 307B and becomes smaller. Therefore, the reliability of the module is increased.
  • a first insulating layer 700A is formed on the side of the conductor plates 315, 520, 318, 319 (hereinafter referred to as “315” representatively), and the heat radiating portions 307A, 307B of the module case 304 are formed. (Hereinafter, “307B” as a representative.)
  • a bonding structure in which the second insulating layer 700B is formed on the side can also be used.
  • the first insulating layer 700A and the second insulating layer 700B bond the insulating films 720A and 720B constituting the respective insulating layers 700A and 700B to each other.
  • the mixing rate of the filler 722 impregnated in the pores 712 of the respective sprayed films 710 constituting the first and second insulating layers 700A and 700B can be made different.
  • the thermal expansion coefficient of the insulating layer 700 is increased from the conductor plate 315 side to the module case. It increases toward 304.
  • the thermal expansion coefficient of the conductor plate 315 is made smaller than that of the module case 304, it is possible to relieve the thermal stress and further improve the reliability of the module.
  • a structure in which Cu or Cu alloy is used for the conductor plate 315 and Al or Al alloy is used for the module case 304 is preferable.
  • the resin impregnated in the sprayed film 710 may be different from the resin 721 constituting the insulating film 720 formed on the sprayed film 710. If the thermal expansion coefficient of the resin impregnated in the thermal spray film 710 is made larger than that of the resin 721 constituting the insulating film 720, the thermal expansion coefficient in the insulating layer 700 decreases from the conductor plate 315 toward the module case 304. At this time, it is desirable that Cu or Cu alloy is used for the conductor plate 315 and AlSiC or a composite material of AlC and Al is used for the module case 304.
  • the bonding temperature by the insulating layer 700 and the temperature rise by spraying are much lower than the bonding temperature of the ceramic plate using the brazing material. For this reason, the thermal stress at the time of production of the power semiconductor module 302 can be reduced, and the thickness of the sprayed film 710 can be made as thin as that of the sheet-like member. Thereby, the heat dissipation of a power module insulation part can be improved.
  • the sprayed film 710 is bonded to the conductor plate 315 or the heat radiating part 307B, or the filler 722 impregnated in the pores 712 is welded to a certain level. Since it has strength, it is possible to increase the pressure applied during bonding. By increasing the applied pressure, an adhesive layer with few voids can be obtained.
  • the insulating layer 700 may have a minimum thickness that can ensure a withstand voltage. Conventionally, the insulating layer 700 cannot have the minimum thickness.
  • the thickness of the insulating layer 700 can be made sufficiently thin, and the insulating performance and heat dissipation of the power semiconductor module 302 can be prevented from being deteriorated.
  • the power semiconductor module 302 according to the present invention may have a form other than the above-described embodiment, and the following other embodiments will be exemplified.
  • FIG. 33 is a diagram for explaining the formation of a thermal spray film, which is a part of the insulating layer of the power module, on the conductor plate according to the second embodiment of the present invention, and (a) is a cross-sectional view before thermal spraying. (B) is a cross-sectional view after spraying, and (c) is an enlarged view of the sprayed film in FIG. 33 (b).
  • FIG. 34 is a diagram for explaining a process of temporarily attaching an insulating film in which a filler is dispersed to a sprayed film formed on the conductor plate side of FIG. 33, (a) is a sectional view of the whole, (b) FIG. 34 is an enlarged view of the insulating film before temporary attachment in FIG. 34A, and FIG. 34C is an enlarged view of the insulating film after temporary attachment in FIG.
  • the insulating layer 700 includes a first sprayed film 710A impregnated with a filler-containing resin 740, and the first sprayed film. It has a feature in that it has a second sprayed film 710B formed on 710A. On the second sprayed film 710B, as in the first embodiment, an insulating film 720 bonded to the heat radiation portions 307A and 307B of the module case 304 is formed.
  • the first sprayed film 710A and the second sprayed film 710B are insulators, and are produced by spraying oxide or ceramic powder. Since the temperature rise of the conductor plates 315 and 320 and the heat radiating portions 307A and 307B due to thermal spraying is small, and the thermal deformation such as melting, thermal deterioration, and warping is also small, the conductor plates 315 and 320 are conductor plate shapes to which power semiconductor elements are joined, Furthermore, after forming in the state sealed with resin, the sprayed film 710 can be formed.
  • the manufacturing method of the power semiconductor module 302 shown as Embodiment 2 of this invention is demonstrated using FIG.
  • FIG. 33A shows a cross section of the power semiconductor module 302 after transfer molding
  • FIG. 33B shows conductor plates 315, 320, 318, and 319 (hereinafter referred to as “315” as representative).
  • FIG. 33C is a cross-sectional view after the first and second sprayed films 710A and 710B are formed on the side
  • FIG. 33C shows the conductor plates 315 and 320 in FIG. 33B and the first and second sprayed films 710A.
  • the schematic diagram which expanded the 2nd thermal spray film 710B is represented.
  • the temperature rise of the power semiconductor module 302 is about 100 to 180 ° C.
  • the primary sealing resin 348, the metal joint 160, The IGBTs 328 and 330 and the diodes 156 and 166 are not thermally deteriorated. Therefore, chip bonding performed in a temperature range of 220 to 300 ° C. can be performed first. Thereby, the thermal stress which generate
  • the first thermal spray film 710A is formed on the conductor plate 315, and then the filler 742 is dispersed in the resin base material 741 in the pores 712a formed between the thermal spray materials 711a constituting the first thermal spray film 710A.
  • the filler-containing resin 740 thus made is impregnated.
  • the impregnation with the filler-containing resin 740 can be performed by the method shown in the first embodiment. That is, the filler-containing resin 740 is formed in a resin sheet shape and impregnated into the pores 712a of the first sprayed film 710A by thermocompression bonding. Alternatively, the filler-containing resin 740 may be impregnated into the pores 712a of the first sprayed film 710A by coating or dipping.
  • the bonding strength of the first sprayed film 710A can be improved.
  • the bonding strength of the second sprayed film 710B can be improved.
  • the powder that forms the first spray film 710A and the second spray film 710B includes oxides such as alumina, silica, magnesia, and beryllia, nitrides such as aluminum nitride, silicon nitride, and boron nitride, and carbides such as silicon carbide. These are selected from high thermal conductive ceramic powders, and these simple substance compositions, composite compositions of oxides and nitrides or carbides, or mixed powders are used.
  • the first thermal spray film 710A formed on the conductor plate 315 and the primary sealing resin 348 has a flat shape formed by solidifying these ceramics, and as shown in FIG. 33C, the thermal spray material 711a which is a flat body. It becomes a layer like that deposited.
  • the average particle diameter and the average pore size of the particles constituting the first sprayed film 710A are made larger than those of the second sprayed film 710B, thereby improving the impregnation property of the filler-dispersed resin and reducing the surface roughness. be able to.
  • the circle equivalent diameter of the pore size in the first sprayed film 710A is desirably 0.4 to 6.0 ⁇ m. If it is smaller than this range, the wettability of the filler-dispersed resin will be remarkably deteriorated. On the other hand, if it is larger than this range, the thermal conductivity of the first sprayed film 710A itself is significantly lowered. Accordingly, the thermal conductivity of the first sprayed film 710A is higher than that of the second sprayed film 710B because the impregnation property of the filler-dispersed resin is increased. Further, since the surface roughness of the second sprayed film 710B is composed of particles having a small average particle diameter, it is smaller than that of the first sprayed film 710A.
  • the surface roughness (maximum height) of the second sprayed film 710B is desirably 15 ⁇ m or less. It is desirable to impregnate the first thermal spray film 710A with the filler-dispersed resin before forming the second thermal spray film 710B. This is because the second sprayed film 710B has a smaller pore size than the first sprayed film 710A, and therefore impregnated with the filler-dispersed resin. Therefore, the order of the steps is desirably performed in the order of the step of forming the first sprayed film 710A, the step of impregnating the filler dispersion resin, and the step of impregnating the second sprayed film 710B. Other steps may be incorporated between these steps, but the order of these three steps is not changed.
  • the step of forming the first sprayed film 710A and the step of impregnating the filler dispersion resin 740 may be alternately repeated until the thickness of the sprayed film 710A reaches a predetermined value.
  • the thickness of the second sprayed film 710B is desirably 15 to 50 ⁇ m. If it is smaller than this range, the surface irregularities of the first sprayed film 710A cannot be covered, resulting in an increase in the surface roughness of the second sprayed film 710B. Moreover, when larger than this range, possibility that the 2nd sprayed film 710B will peel by thermal stress becomes large.
  • the second sprayed film 710B has a surface roughness (maximum height) of 15 ⁇ m or less and is smaller than the surface roughness of the first sprayed film 710A. Accordingly, the gap between the insulating film 720 and the insulating film 720 can be reduced as compared with the first embodiment in which the sprayed film 710 is single. For this reason, adhesion defects such as voids are less likely to occur, and the bonding force between the second sprayed film 710B and the insulating film 720 is improved. As shown in FIG.
  • the insulating film 720 that lowers the thermal conductivity is formed on the adhesion side surface of the module case 304 of the insulating film 720. Easy to produce because it does not adhere.
  • the insulating film 720 contains a filler 722 as in the first embodiment.
  • the filler 722 contained in the insulating film 720 may be impregnated in the holes 712 of the second sprayed film 710B.
  • the filler 722 contained in the insulating film 720 is not impregnated in the holes 712 of the second sprayed film 710B, and only the resin 721 of the insulating film 720 is contained in the holes 712 of the second sprayed film 710B. May be impregnated.
  • the sprayed film is formed on the side of the conductor plate on which the power semiconductor element is mounted.
  • the sprayed film can also be formed on the heat radiating part side of the module case.
  • FIG. 35 relates to Embodiment 3 of the present invention, and is a view for explaining the formation of a sprayed film, which is a part of the insulating layer of the power module, on a metal base plate, and (a) is a cross section before spraying.
  • FIG. B is a cross-sectional view after thermal spraying
  • (c) shows the case of a base plate having a different shape
  • (d) is a cross-section in a state where a thermal spray film is formed on the base plate shown in (c).
  • FIG. FIG. 36 is a diagram for explaining a process of temporarily attaching an insulating film in which a filler is dispersed to the sprayed film formed on the metal base side of FIG. 35 and impregnating the resin in the sprayed film hole. Is a cross-sectional view before temporary attachment, and (b) is a cross-sectional view after temporary attachment.
  • FIG. 37 is a diagram for explaining a process of forming a metal base on which an insulating layer of a power module according to an embodiment of the present invention is formed
  • FIG. 37 (a) is a diagram of FIG. It is a figure corresponding to a thermal radiation part
  • FIG.37 (b) is a figure corresponding to the thermal radiation part of FIG.35 (c).
  • FIGS. 38A and 38B are views showing a power module according to the third embodiment of the present invention, in which FIG. 38A is a sectional view of the appearance, and FIG. 38B is an enlarged view of the insulating layer in FIG.
  • the 307 shown in FIG. 35A is a member corresponding to the heat radiating portions 307A and 307B of the module case (heat radiating member) 304 of the power module 300 shown in FIG. 38A. It is called a board.
  • the base plate 307 has a large number of heat radiation fins 305 as in the heat radiation plates 307A and 307B shown in the first embodiment, and the base plate 307 is heat radiation except that the inner surface protrudes to the inside of the module case 304. It is the same as the plates 307A and 307B.
  • the sprayed film 710 is formed on the upper surface of the base plate 307.
  • the sprayed film 710 is formed with the base plate 307 of the module case 304 in a state where the fins 305 and the thin-walled portion 304A are formed. It is possible.
  • the base plate 307 on which the fins 305 and the thin portion 304A are formed can be produced by casting, forging, or machining.
  • FIG. 35B shows a state in which the sprayed film 710 is formed on the base plate 307.
  • the sprayed film 710 is masked so as not to be formed on the thin portion 304A.
  • an insulating film 720 mixed with a filler 722 is temporarily attached onto the sprayed film 710 on a base plate 307 on which the sprayed film 710 is formed.
  • a protective film 352 is affixed to the temporarily attached insulating film 720, pressure is applied from above the protective film 720, and the insulating film 720 is pressed against the sprayed film 710.
  • the sprayed film 710 is impregnated with the insulating film, and the sprayed film 710 and the insulating film 720 are joined.
  • the base plate 307 is easy to work because the central region where the sprayed film 710 and the insulating film 720 are formed protrudes upward from the thin portion 704A.
  • the thermal spraying film 710 and the insulating film 720 are temporarily attached to the heat radiation portions 307A and 307B on both the front and back surfaces of the module case 304.
  • the heat radiating portions 307A and 307B are joined to the peripheral edge portion of the opening 304d of the case main body 304C.
  • the protective film 352 is peeled off before joining.
  • the peripheral portions of the heat dissipating portions 307A and 307B are thin wall portions 304A having flexibility at the peripheral portions, and the peripheral end portions of the thin wall portions 304A are integrated with the case main body 304C by metal bonding.
  • a module case 304 is produced.
  • the metal bonding is performed using a technique having a small heat-affected region such as laser welding or friction stir welding on the outside of the thin-walled portion 304A away from the insulating layer 700.
  • a technique having a small heat-affected zone such as laser welding or friction stir welding on the outside of the thin-walled portion 304A away from the insulating layer 700.
  • the power semiconductor module 302 and the heat radiation portions 307A and 307B of the module case 304 are bonded via the insulating layer 700 by the method shown in the first embodiment, and the secondary sealing resin 351 is sealed in the remaining space.
  • the power module 300 having the insulating layer 700 as an example of the present invention shown in FIG. 38 is completed.
  • Ceramics having a smaller thermal expansion coefficient than the conductive plate 315 and the base plate 307 are impregnated with a resin having a higher thermal expansion coefficient than that of the conductive plate 315 and the base plate 307 so that the thermal expansion coefficient is reduced to the conductive plate 315 and the base plate.
  • the thermal spray film 710 having a high ceramic filling rate exists on the module case 304 side, if the module case 304 is made of Cu or Cu alloy and the conductor plates 315, 320, 318, and 319 are made of Al or Al alloy, the insulating layer 700 is formed.
  • the module case 304 may be made of a material having a lower thermal expansion than Cu such as Al—C or Al—SiC.
  • the sprayed film impregnated with the filler-containing resin may be formed in three or more layers, and one of the sprayed films may have a different filler filling rate from that of the other sprayed film.
  • the thin portion 304A to be a welded portion may be combined so as to be easily weldable Al or Cu.
  • the thermal expansion coefficient of the resin 333 c to be impregnated is larger than that of the resin 333 B, the thermal expansion coefficient in the insulating layer 700 increases from the conductor plates 315, 318, 319, and 320 toward the module case 304.
  • the thermal stress is continuously inclined and relaxed.
  • the base plate 307 is not limited to a shape in which the central portion protrudes from the thin portion 304A.
  • the base plate 307 illustrated in FIG. 35C has a flat shape in which the upper surface of the central portion is flat with the thin portion 304A, as in the first embodiment.
  • FIG. 35D is a cross-sectional view of a state in which the sprayed film 710 is formed on the base plate 307 having the shape illustrated in FIG.
  • FIG. 37B shows a cross-sectional view of the module case 304 created using the base plate 307 having this structure.
  • a sprayed film 710 is formed on the upper surface of the heat dissipating part 307A.
  • the shape of the heat radiating portion 307A is merely an example, and the heat radiating portion 307A can adopt various other shapes.
  • the sprayed film 710 is exemplified as a single layer structure.
  • the first sprayed film 710A impregnated with the filler-containing resin layer 340 and the second sprayed film 710B formed on the first sprayed film 710A are formed. Also good.
  • FIG. 39 shows Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 39 (a) is a cross-sectional view of an adhesive structure in which stress relaxation by the resin layer is increased
  • FIG. 39 (b) is provided with a step and a recess on the case side. It is sectional drawing of a structure. 39A and 39B correspond to the structure shown in the first embodiment.
  • FIG. 40 shows Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 40 (a) is a cross-sectional view of an adhesive structure in which stress relaxation by the resin layer is increased.
  • FIG. 40 (b) is provided with a step and a recess on the case side.
  • FIG. 40 shows Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 40 (a) is a cross-sectional view of an adhesive structure in which stress relaxation by the resin layer is increased
  • FIG. 40 (b) is provided with a step and a recess on the case side.
  • FIG. 40 shows Embodiment 4 of the present invention
  • the power module 300 Since the power module 300 is composed of members necessary for required functions, it has a structure in which members having various thermal expansion coefficients are laminated. As described above, when members having various thermal expansion coefficients are joined or bonded, stress concentrates on the end portion, and peeling occurs and progresses from the end portion. On the other hand, if the area of the elastic resin layer 730 provided on the outer periphery of the sprayed film 710 is increased, it is possible to suppress the occurrence and progress of end peeling due to stress relaxation.
  • the primary sealing resin 348 that seals the outer periphery of the conductor plates 315, 320, 318, and 319 has a much lower thermal conductivity than the conductor plates 315, 320, 318, and 319. Even if the thermal conductivity of the power semiconductor module 302 is low, the heat dissipation of the power semiconductor module 302 does not change.
  • FIG. 39 (a) and 40 (a) are examples of structures in which stress relaxation is increased by increasing the supply amount of the insulating film 720 formed on the sprayed film 710.
  • FIG. The pressure applied at the time of bonding is increased, and an adhesive fillet is formed by the resin layer 730 overflowing from the insulating film 720.
  • the resin layer 730 wraps around the side surfaces of the peripheral side portions of the heat radiating portions 307A and 307B and the root portion of the thin portion 304A, increasing the adhesive force and increasing the stress relaxation function.
  • another resin layer may be formed on the insulating film 720 to increase the amount of resin.
  • FIG. 39A shows a structure in which the resin layer 730 wraps around to the middle portion of the thin portion 304A
  • FIG. 40A shows a structure in which the resin layer 730 does not reach the thin portion 304A.
  • FIG. 39 (b) shows a structure in which a step portion 348a and a recess portion 348b are provided on a part or all of the outer peripheral portions of the heat radiation portions 307A and 307B.
  • FIG. 40B shows a structure in which a recessed portion 304a and a stepped portion 304b are provided on the entire periphery or a part of the outer peripheral portion of the heat radiation portion 307A, 307B of the module case 304.
  • a stepped portion 348a is formed in the primary sealing resin 348 (see FIG. 39B), or a recess 304a or a stepped portion 304b is formed in the heat dissipation plates 307A and 307B.
  • the gap in the thickness direction between the surface of the power semiconductor module 302 and the heat radiation portions 307A and 307B increases.
  • the resin to enter from this gap it becomes easy to impregnate the thermal spray film 710 with the filler-containing resin while temporarily attaching or bonding the heat radiation portions 307A and 307B of the power semiconductor module 302 and the module case 304.
  • the remaining space is sealed with the secondary sealing resin 351.
  • FIG. 41 is a diagram showing a power module according to Embodiment 5 of the present invention, in which (a) is a plan view of a resin-sealed single-sided cooling power semiconductor module, and (b) and (c) are diagrams.
  • 41 (a) is a cross-sectional view of XXXXI-XXXI
  • FIG. 41 (b) is a state diagram in which the terminal is bent
  • FIG. 41 (c) is a state diagram before the terminal is bent.
  • the signal terminal 325U corresponds to the gate electrode 154 and the signal emitter electrode 155 disclosed in FIG. 2
  • the signal terminal 325L corresponds to the gate electrode 164 and the emitter electrode 165 disclosed in FIG.
  • the DC positive terminal 315B is the same as the positive terminal 157 disclosed in FIG. 2
  • the DC negative terminal 319B is the same as the negative terminal 158 disclosed in FIG.
  • the AC terminal 320B is the same as the AC terminal 159 disclosed in FIG.
  • FIG. 41 (a) shows the arrangement of power semiconductor elements and conductor plates that realize the circuit of FIG.
  • the conductor plates 318 and 320 have the same potential and can be formed by a single conductor plate (hereinafter referred to as a conductor plate 318).
  • the main surface electrodes of the IGBTs 328 and 330 and the diodes 156 and 166 are connected by a plurality of metal wires 372 or metal ribbons 372 and further connected to conductor plates 318 and 319.
  • the material of the wire or ribbon is a simple substance or a composite material of Al, Al alloy, Cu, Cu alloy.
  • the back electrodes of the IGBT 328 and the diode 156 are metal bonded to the conductor plate 315 by the metal bonding portion 160.
  • the conductor plates 315 and 318 and the base plate 307 are joined via the insulating layer 700.
  • the back electrodes of the IGBT 330 and the diode 166 are metal bonded to the conductor plate 318 by the metal bonding portion 160.
  • the conductor plates 315, 318, and 319 and the metal base 307 are joined via the insulating layer 700.
  • a thermal spray film 710 is formed on the metal base 307 side, and the heat generated from the power semiconductor element passes through the conductor plate 315, the insulating layer 700, and the metal base 307 efficiently. Heat is dissipated.
  • the thermal spray film 710 is provided on the metal base 307 side and the conductor plates 315, 318, 319 side are joined by the insulating film 720 is shown, but the thermal spray film 710 is provided on the conductor plates 315, 318, 319 side, An insulating film 720 may be provided on the metal base 307 side.
  • the back surface of the power semiconductor element of the power semiconductor module 302 is conductive as shown in FIG. Join the plate 315.
  • wire or tie bar 372 is wire-bonded to the surface electrode, it is sealed with a primary sealing resin 348.
  • the primary sealing resin 348 As described above, by sealing with the primary sealing resin 348, mechanical damage due to the applied pressure applied to the conductor plate 315 and the heat radiation portion 307B can be prevented when the insulating layer 700 is bonded.
  • the sprayed film 710 is formed on the base plate 307 side. However, when the sprayed film 710 is formed on the conductor plates 315, 318, and 319, the power semiconductor module 302 in the sprayed film forming step is mechanically used. Damage can be prevented.
  • FIG. 42 is a diagram illustrating the sixth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a power module 300 including a cooler.
  • the power semiconductor module 302 has the same structure as that shown in the fifth embodiment.
  • the insulating layer 700 includes a sprayed film 710 impregnated with a filler-containing resin and an insulating film 720 formed on the sprayed film 710, and a cooler 380 is disposed in close contact with the insulating film 720.
  • a coolant channel 381 is formed in the cooler 380, and the power semiconductor module 302 is cooled by the coolant flowing therethrough.
  • Other configurations are the same as those of the fifth embodiment, and the corresponding components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the cooler 380 illustrates the structure in which the cooler 380 is disposed only on one side of the power semiconductor module 302. However, the cooler 380 may be arranged on both surfaces of the power semiconductor module 302. In the power module 300 shown in the first to fifth embodiments, the cooler 380 shown in FIG. 42 can be used instead of the heat radiating units 307A and 307B for cooling the power semiconductor module 302.
  • the insulating performance of the insulating layer 700 used in the present invention will be described with reference to FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 43 is the film thickness of the sprayed film, and the vertical axis is the normalized breakdown voltage when the breakdown voltage of a single sprayed film having a thickness of 100 ⁇ m is 1.
  • the sprayed coating alone has pores in the film, so that the insulation performance is inferior.
  • the dielectric breakdown voltage is improved by impregnating the resin and further impregnating the filler dispersion resin.
  • the insulating layer 700 of the present invention is superior in insulation performance to the sprayed film alone, and can be reduced in thickness required for insulation when applied to a power module. By reducing the thickness of the insulating layer, the thermal resistance of the insulating layer can be reduced, and the heat dissipation of the power module can be improved.
  • shaft of FIG. 44 is a measurement result of surface roughness (maximum height Ry).
  • the surface roughness of the sprayed film increases with the thickness of the sprayed film, but the surface roughness of the sprayed film composed of particles having a small average particle size is larger than that of the case where the average particle size is large. Small.
  • the thermal spray film composed of particles having a small average particle size was peeled off due to thermal stress when the film thickness exceeded 50 ⁇ m.
  • the sprayed film necessary for the withstand voltage cannot be formed only by the sprayed film composed of particles having a small average particle size.
  • the surface roughness is reduced by a sprayed film composed of particles having a small average particle size.
  • the insulating layer 700 of the present invention is superior in insulation performance and surface roughness to the thermal spray film alone, and when applied to a power module, the thermal resistance of the insulating layer is reduced, and the heat dissipation of the power module is improved. Can be improved.
  • the density was measured with a density meter, the thermal diffusivity was measured with a laser flash method, and the specific heat capacity was measured with a differential scanning calorimetry, and the thermal conductivity was calculated.
  • the thermal conductivity is normalized (dimensionless) by dividing by a value of a sprayed film having a thickness of 60 ⁇ m as a representative value.
  • the normalized thermal conductivity of each test piece decreases with the thickness of the sprayed film.
  • the filler-dispersed resin is impregnated, the resin is impregnated, and the non-impregnated material is in this order. It was low.
  • the thermal conductivity can be improved by reducing the thickness of the sprayed coating with filler dispersed resin.
  • the insulating layer 700 of the present invention has better thermal conductivity than the sprayed coating alone, and when applied to a power module, the thermal resistance of the insulating layer is reduced and the heat dissipation of the power module is improved. Can do.
  • the following effects can be obtained. (1) Since the filler-containing resin 720 is impregnated in the pores 712 existing between the respective thermal spray materials 711b constituting the thermal spray film 710, the conductor plates 315, 320, 318, 319 (hereinafter, “ 315 ”) or the thermal conductivity of the base plate 307 can be improved and the heat dissipation can be prevented from deteriorating. (2) By impregnating the spray-coated film 710 with a filler-containing resin, generation of gas entrainment voids contained in the spray-coated film 710 can be prevented.
  • the thermal expansion coefficient of the insulating layer 710 is changed to the conductor plate 315. You can get closer. For this reason, the thermal stress generated by the temperature change of the power semiconductor module 302 can be reduced.
  • the average particle diameter of the thermal spray material 711b of the second thermal spray film 710B formed on the first thermal spray film 710A is larger than that of the thermal spray material 711a of the first thermal spray film 710A. did.
  • the surface roughness of the second sprayed film 710B is reduced, and the adhesive force with the conductor plate 315 or the base plate 307 can be increased.
  • the thermal spraying process of the thermal spray film 710 and the impregnation process are alternately repeated a plurality of times, so that the impregnation can be performed easily and reliably.
  • (6) By forming a plurality of sprayed films 710 impregnated with the filler-containing resin and making the filling rate of the fillers contained in the filler-containing resin impregnated in each of the sprayed films 710 different, A thermal expansion coefficient can be adjusted and the thermal stress generated between the conductor plate 315 or the base plate 307 can be reduced.
  • the bonding force between the sprayed film 710 and the conductor plate 315 can be increased.
  • the primary sealing resin 348 for sealing the power semiconductor element and the conductor plates 315, 320, 318, 319 is formed and then the blasting process is performed, the semiconductor element, the bonding wire 371, etc. are applied during the thermal spraying process.
  • the primary sealing resin 348 can prevent the physical and chemical effects of the above.
  • the power semiconductor module of the present invention is not limited to the above embodiments, and the above embodiments can be applied in appropriate combination.
  • various modifications can be applied within the scope of the gist of the invention.
  • the point is that the sprayed film formed on the conductor plate may be impregnated with the filler-containing resin in at least a part of the pores existing between the respective sprayed materials constituting the sprayed film.
  • Power module 304 Module case (heat dissipation member) 304A Thin portion 304a Recessed portion 304b Stepped portion 305 Fin 307 Base plates 307A, 307B Heat radiation portions 315, 318, 319, 320 Conductor plate 348 Primary sealing resin (resin sealing portion) 348a Step 348b Recess 351 Secondary sealing resin 352 Protective film 380 Cooler 381 Refrigerant flow path 700 Insulating layer 710 Thermal spray film 710A First thermal spray film 710B Second thermal spray film 711, 711a, 711b Thermal spray material 712, 712a, 712b Hole 720 Insulating film 720A Insulating sheet 721 Resin 722 Filler 730 Resin layer 740 Filler-containing resin layer

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Abstract

　導体板状に形成する絶縁層の熱伝導率および放熱性を向上する。　導電板３１５とモジュールケース３０４とは絶縁層７００により接合される。絶縁層７００は、溶射膜７１０および溶射膜７１０上に設けられた絶縁膜７２０を含んで構成されている。絶縁膜７２０は、セラミックス等のフィラー７２２を含有する樹脂７２１により構成されており、このフィラー含有樹脂の一部が、溶射膜７１０を構成する溶射素材７１１の空孔７１２内に含浸されている。

Description

パワー半導体モジュール、パワーモジュールおよびパワーモジュールの製造方法
　本発明は、放熱性および信頼性に優れたパワー半導体モジュール、パワーモジュールおよびパワーモジュールの製造方法に関する。
　省エネルギーの観点から、自動車には高燃費化が求められ、モータで駆動する電気自動車や、モータ駆動とエンジン駆動を組み合わせたハイブリッドカーが注目されている。自動車に用いる大容量の車載用モータは、バッテリの直流電圧では駆動や制御が困難であり、昇圧し交流制御するためパワー半導体素子のスイッチングを利用した電力変換装置が不可欠である。また、パワー半導体素子は通電により発熱するため、パワー半導体素子を搭載するパワー半導体モジュールには、高い放熱能力を持つ絶縁層が求められる。
　例えば、このようなパワー半導体モジュールとしては、パワー半導体素子とパワー半導体素子が搭載された導体板とを樹脂により封止して一体化し、導体部および樹脂部の下面に溶射によりセラミックス絶縁層を形成した構造体としたものがある。セラミック絶縁層は熱伝導率が良好であるため、このセラミック絶縁層に冷却用のヒートシンクを積層することにより、放熱性の良いパワー半導体モジュールを安価に作製することが可能となる。しかしながら、溶射により形成する絶縁層には、溶射素材間に空孔が生じるため、熱伝導率および放熱性能が低下する。この対応として、溶射絶縁膜中の空孔に樹脂を含浸させる構造としたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５－７４２５１号公報
　特許文献１に記載された構造体では、溶射絶縁膜中に樹脂のみを含浸するので、熱伝導率および放熱性が小さい。
　本発明のパワー半導体モジュールは、半導体素子と、一面に前記半導体素子が搭載された導体板と、導体板の側面部を覆い、一面に対向する他面の少なくとも一部を露出する樹脂封止部と、樹脂封止部の一面および導体板の樹脂封止部から露出した他面の一部に設けられた溶射膜と、溶射膜上に設けられた絶縁膜と、を備え、溶射膜には、溶射膜を構成する各溶射素材の間に存在する空孔の少なくとも一部にフィラー含有樹脂が含浸されていることを特徴とする。また、本発明のパワーモジュールの製造方法は、半導体素子が一面に半導体素子が搭載された導体板と、導体板の側面部を覆い、一面に対向する他面の少なくとも一部を露出する樹脂封止部とを有するパワー半導体モジュールと、放熱用部材とを準備する工程と、パワー半導体モジュールまたは放熱用部材の一方の一面に、溶射素材間に空孔を有する溶射膜を形成する第１の工程と、溶射膜の空孔内にフィラー含有樹脂を含浸させる第２の工程と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、溶射膜を構成する各溶射素材の間に存在する空孔内にフィラー含有樹脂が含浸されているので、熱伝導率および放熱性を向上することができる。
ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。 インバータ部の電気回路構成を説明する図である。 電力変換装置の設置場所を説明するための分解斜視図である。 電力変換装置の分解斜視図である。 流路１９を有する冷却ジャケット１２の下面図である。 コンデンサモジュール５００の分解斜視図である。 （ａ）は、冷却ジャケット１２にパワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュールを組み付けた外観斜視図であり、（ｂ）は、図３６（ａ）の矩形囲み部の拡大図である。 パワーモジュールとコンデンサモジュールを組み付けた冷却ジャケット１２とバスバーモジュール８００の分解斜視図である。 保持部材８０３を除いたバスバーモジュール８００の外観斜視図である。 パワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュール８００と補機用パワー半導体モジュール３５０を組み付けた冷却ジャケット１２の外観斜視図である。 制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の分解斜視図である。 図４０に示された電力変換装置２００を、図４０における面Ｂで切り取った場合の、図４０のＣ方向から見た断面図である。 本発明の実施形態に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。 ネジおよび第二封止樹脂を取り除いたパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＸＩＶ－ＸＩＶ断面図、（ｃ）は、図１４（ｂ）においてケースの薄肉部が変形される前の断面図である。 図１４からさらにケースを取り除いたパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は、図１５（ａ）におけるＸＶ－ＸＶ断面図である。 図１５からさらに第一封止樹脂および配線絶縁部を取り除いたパワーモジュールの斜視図である。 補助パワーモジュールを示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は、図１７（ａ）におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図である。 本発明の一実施の形態のパワー半導体モジュールを製造する工程を説明するための斜視図である。 図１８に続く工程を説明するための斜視図である。 図１９に続く工程を説明するための斜視図である。 図２０に続く工程を説明するための斜視図である。 図２１に続く工程を説明するための斜視図である。 封止樹脂を形成するトランスファーモールド工程を説明する図であり、（ａ）は型締め前、（ｂ）は型締め後の断面図である。 パワー半導体素子の制御電極と各端子との配置関係を示す図である。 直流負極配線側の導体板に応力緩和部を設けた変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係るパワーモジュールの内蔵回路構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るパワーモジュールにおける低インダクタンス化について説明するための図である。 本発明の実施形態１に係るパワー半導体モジュールの絶縁層の一部である溶射膜の導体板への形成を説明するための図であり、（ａ）溶射前の断面図であり、（ｂ）は溶射後の断面図であり、（ｃ）は、図２８（ｂ）の溶射膜の拡大図である。 図２８の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した樹脂層を仮付けする工程を説明するための図であり、（ａ）は全体の断面図であり、（ｂ）は図２９（ａ）における絶縁層の拡大図である。 図２９の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した樹脂層を仮付けした後、溶射膜の孔を樹脂含浸する工程を説明するための図であり、（ａ）は全体の断面図であり、（ｂ）は含浸前の拡大図であり、（ｃ）は含浸後の拡大図である。 図３０の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した樹脂層を仮付けし、溶射膜の孔内を樹脂含浸した一次封止体と金属製ケースを圧着する工程を説明するための図であり、（ａ）は圧着前の全体の断面図であり、（ｂ）は図３１（ａ）における絶縁層の圧着後の拡大図である。 本発明の実施形態に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は外観の断面図であり、（ｂ）は図３２（ａ）における絶縁層の拡大図である。 本発明の実施形態２に係り、パワーモジュールの絶縁層の一部である溶射膜の導体板への形成を説明するための図であり、（ａ）は溶射前の断面図であり、（ｂ）は溶射後の断面図であり、（ｃ）は、図３３（ｂ）における溶射膜の拡大図である。 図３３の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した絶縁膜を仮付けする工程を説明するための図であり、（ａ）は全体の断面図であり、（ｂ）は図３４（ａ）における絶縁膜の仮付け前の拡大図であり、（ｃ）は図３４（ａ）における絶縁膜の仮付け後の拡大図である。 本発明の実施形態３に係り、パワーモジュールの絶縁層の一部である溶射膜の金属製ベース板への形成を説明するための図であり、（ａ）は溶射前の断面図であり、（ｂ）は溶射後の断面図であり、（ｃ）は異なる形状のベース板の場合を示し、（ｄ）は３５（ｃ）に図示されたベース板に溶射膜を形成した状態の断面図である。 図３５の金属ベース側に形成された溶射膜にフィラーが分散した絶縁膜を仮付けして、溶射膜孔内に樹脂含浸する工程を説明するための図であり、（ａ）は仮付け前の断面図であり、（ｂ）は仮付け後の断面図である。 図３７は、本発明の実施形態に係るパワーモジュールの絶縁層が形成された金属製ベースをケース化する工程を説明するための図であり、図３７（ａ）は、図３５（ａ）の放熱部に対応する図であり、図３７（ｂ）は、図３５（ｃ）の放熱部に対応する図である。 本発明の実施形態３に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は、外観の断面図、（ｂ）は、図３８（ａ）における絶縁層の拡大図である。 本発明の実施形態４を示し、実施形態１に対応するパワーモジュールの変形例を示す図であり、（ａ）は樹脂層による応力緩和を増大した接着構造の断面図であり、(ｂ)はケース側に段部と凹部を設けた構造の断面図である。 本発明の実施形態４を示し、実施形態２に対応するパワーモジュールの変形例を示す図であり、（ａ）は樹脂層による応力緩和を増大した接着構造の断面図あり、(ｂ)はケース側に段部と凹部を設けた構造の断面図である。 本発明の実施形態５に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は樹脂封止型の片面冷却パワー半導体モジュールの平面図であり、（ｂ）、（ｃ）は図４０（ａ）におけるＸＸＸＸＩ－ＸＸＸＸＩ断面図であり、（ｂ）は端子を折曲した状態図であり、（ｃ）は端子を折曲する前の状態図である。 本発明の実施形態６に係るパワーモジュールを示す断面図である。 本発明の実施形態に係る絶縁層の溶射膜の膜厚と規格化絶縁破壊電圧を表す図である。 本発明の実施形態に係る溶射膜の膜厚と表面粗さを表す図である。 本発明の実施形態に係る溶射膜の規格化熱伝導率を表す図である。
　以下、図を参照して、本発明に係るパワー半導体モジュールおよびパワーモジュールの適切な実施形態を説明する。
－実施形態１－
［車載電気システム］
　本実施形態に係る電力変換装置２００は、ハイブリッド用の自動車や純粋な電気自動車に適用可能であるが、代表例として、ハイブリッド自動車に適用した場合における制御構成と回路構成について、図１と図２を用いて説明する。
（制御ブロック）
　図１は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。本実施形態に係る電力変換装置では、車両駆動用電機システムに用いられ、搭載環境や動作的環境などが大変厳しい車両駆動用インバータ装置を例に挙げて説明する。なお、本実施形態の構成は、自動車やトラックなどの車両駆動用電力変換装置として最適であるが、これら以外の電力変換装置、例えば電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に対しても適用可能である。
　図１において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２、１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２、１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。
　車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支され、前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸が回転可能に軸支され、後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている（図示省略）。本実施形態のＨＥＶでは、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側にはトランスミッション１１８の出力軸が機械的に接続されている。トランスミッション１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。
　インバータ回路１４０、１４２は、直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６と電気的に接続される。バッテリ１３６とインバータ部１４０、１４２との相互において電力の授受が可能である。本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ部１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ回路１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
　バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６からインバータ部４３に直流電力が供給され、インバータ部４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。インバータ部４３は、インバータ部１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ部４３の最大変換電力がインバータ部１４０や１４２より小さいが、インバータ部４３の回路構成は基本的にインバータ部１４０や１４２の回路構成と同じである。なお、電力変換装置２００は、インバータ部１４０、インバータ部１４２、インバータ部４３に供給される直流電流を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
（電力変換装置の制御回路）
　図２を用いてインバータ部１４０やインバータ部１４２あるいはインバータ部４３の電気回路構成を説明する。なお、図２では、代表例としてインバータ部１４０の説明を行う。
　インバータ回路１４４は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分を設けている。それぞれの上下アーム直列回路１５０は、その中点部分（中間電極３２９）から交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する。
　上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１５７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサの電極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１６８を介してコンデンサモジュール５００の負極側にコンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
　制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
　ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５５と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、ＩＧＢＴ３２８と電気的に並列に接続されている。また、ダイオード１６６が、ＩＧＢＴ３３０と電気的に並列に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよいが、この場合はダイオード１５６やダイオード１６６は不要となる。コンデンサモジュール５００は、正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデンサ端子５０４と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。なお、インバータ部１４０は、直流正極端子３１４を介して正極側コンデンサ端子５０６と接続され、かつ直流負極端子３２０を介して負極側コンデンサ端子５０４と接続される。
　制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から信号線１８２を介して出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
　制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ、ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ、ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ、ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ、ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ、ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号として、信号線１７６を介してドライバ回路１７４に出力する。
　ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
　また、制御部１７０は、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極１５５及び信号用エミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
（電力変換回路の構造）
　図３は、本実施形態に係る電力変換装置２００の設置場所を説明するための分解斜視図を示す。本実施形態に係る電力変換装置２００は、トランスミッション１１８を収納するためのＡｌ、Ａｌ合金製の筐体１１９に固定される。電力変換装置２００は、底面及び上面の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易い効果がある。冷却ジャケット１２は、後述するパワーモジュール３００ａ～３００ｆ及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によって冷却する。また、冷却ジャケット１２は、筐体１１９に固定され、かつ筐体１１９との対向面に入口配管１３と出口配管１４が形成されている。入口配管１３と出口配管１４が筐体１１９に形成された配管と接続されることにより、トランスミッション１１８を冷却するための冷却媒体が、冷却ジャケット１２に流入及び流出する。
　ケース１０は、電力変換装置２００を覆って、かつ筐体１１９側に固定される。ケース１０の底は、制御回路１７２を実装した制御回路基板２０と対向するように構成される。またケース１０は、ケース１０の底から外部に繋がる第１開口２０２と第２開口２０４を、ケース１０の底面に形成する。コネクタ２１は、制御回路基板２０に接続されており、外部からの各種信号を当該制御回路基板２０に伝送する。バッテリ負極側接続端子部５１０とバッテリ正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。
　コネクタ２１とバッテリ負極側接続端子部５１０とバッテリ正極側接続端子部５１２は、ケース１０の底面に向かって延ばされ、コネクタ２１は第１開口２０２から突出し、かつバッテリ負極側接続端子部５１０及びバッテリ正極側接続端子部５１２は第２開口２０４から突出する。ケース１０には、その内壁の第１開口２０２及び第２開口２０４の周りにシール部材（不図示）が設けられる。
　コネクタ２１等の端子の勘合面の向きは、車種により種々の方向となるが、特に小型車両に搭載しようとした場合、エンジンルーム内の大きさの制約や組立性の観点から勘合面を上向きにして出すことが好ましい。特に、本実施形態のように、電力変換装置２００が、トランスミッション１１８の上方に配置される場合には、トランスミッション１１８の配置側とは反対側に向かって突出させることにより、作業性が向上する。また、コネクタ２１は外部の雰囲気からシールする必要があるが、コネクタ２１に対してケース１０を上方向から組付ける構成となることで、ケース１０が筐体１１９に組付けられたときに、ケース１０と接触するシール部材がコネクタ２１を押し付けることができ、気密性が向上する。
　図４は、本実施形態に係る電力変換装置の全体構成を各構成要素に分解した斜視図である。冷却ジャケット１２には、流路１９が設けられ、該流路１９の上面には、開口部４００a～４００ｃが冷媒の流れ方向４１８に沿って形成され、かつ開口部４０２a～４０２ｃが冷媒の流れ方向４２２に沿って形成される。開口部４００a～４００ｃがパワーモジュール３００a～３００ｃによって塞がれるように、かつ開口部４０２a～４０２ｃがパワーモジュール３００ｄ～３００ｆによって塞がれる。
　　また、冷却ジャケット１２には、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成される。コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納されることにより、流路１９内に流れる冷媒によって冷却されることになる。コンデンサモジュール５００は、冷媒の流れ方向４１８を形成するための流路１９と、冷媒の流れ方向４２２を形成するための流路１９に挟まれるため、効率良く冷却することができる。
　冷却ジャケット１２には、入口配管１３と出口配管１４と対向する位置に突出部４０７が形成される。突出部４０７は、冷却ジャケット１２と一体に形成される。補機用パワーモジュール３５０は、突出部４０７に固定され、流路１９内に流れる冷媒によって冷やされることになる。補機用パワーモジュール３５０の側部には、バスバーモジュール８００が配置される。バスバーモジュール８００は、交流バスバー１８６や電流センサ１８０等により構成される。
　このように冷却ジャケット１２の中央部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５を設け、その収納空間４０５を挟むように流路１９を設け、それぞれの流路１９に車両駆動用のパワーモジュール３００a～３００ｃ及びパワーモジュール３００ｄ～３００ｆを配置し、さらに冷却ジャケット１２の上面に補機用パワーモジュール３５０を配置することで、小さい空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また冷却ジャケット１２の流路１９の主構造を冷却ジャケット１２と一体にＡｌ、Ａｌ合金材の鋳造で作ることにより、流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またＡｌ鋳造で作ることで冷却ジャケット１２と流路１９とが一体構造となり、熱伝達が良くなり冷却効率が向上する。
　なお、パワーモジュール３００a～３００ｃとパワーモジュール３００ｄ～３００ｆを流路１９に固定することで流路１９を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次にコンデンサモジュール５００や補機用パワーモジュール３５０や基板を取り付ける作業を行うことができる。このように、電力変換装置２００の底部に冷却ジャケット１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００、補機用パワーモジュール３５０、バスバーモジュール８００、基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
　ドライバ回路基板２２は、補機用パワーモジュール３５０及びバスバーモジュール８００の上方に配置される。また、ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共にドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。
（冷却ジャケット）
　図５は、流路１９を有する冷却ジャケット１２の下面図である。冷却ジャケット１２と当該冷却ジャケット１２の内部に設けられた流路１９は、一体に鋳造されている。冷却ジャケット１２に下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成されている。開口部４０４は、中央部に開口を有する下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と冷却ジャケット１２の間には、シール部材４０９ａ及びシール部材４０９ｂが設けられ気密性を保っている。
　下カバー４２０には、一方の端辺の近傍であって当該端辺に沿って、入口配管１３を挿入するための入口孔４０１と、出口配管１４を挿入するための出口孔４０３が形成される。また下カバー４２０には、トランスミッション１１８の配置方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６は、パワーモジュール３００a～３００ｃ及びパワーモジュール３００ｄ～３００ｆ毎に設けられる。
　冷媒は、流れ方向４１７のように、入口孔４０１を通って、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９aに向かって流れる。そして冷媒は、流れ方向４１８のように、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは折り返し流路を形成する。また、冷媒は、流れ方向４２２のように、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って形成された第４流路部１９ｄを流れる。第４流路部１９ｄは、コンデンサモジュール５００を挟んで第２流路部１９ｂと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第５流路部１９ｅ及び出口孔４０３を通って出口配管１４に流出する。
　第１流路部１９a、第２流路部１９ｂ、第３流路部１９ｃ、第４流路部１９ｄ及び第５流路部１９ｅは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。パワーモジュール３００a～３００ｃが、冷却ジャケット１２の上面側に形成された開口部４００a～４００ｃから挿入され（図４参照）、第２流路部１９ｂ内の収納空間に収納される。なお、パワーモジュール３００aの収納空間とパワーモジュール３００ｂの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ａが形成される。同様に、パワーモジュール３００ｂの収納空間とパワーモジュール３００ｃの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ｂが形成される。中間部材４０８ａ及び中間部材４０８ｂは、その主面が冷媒の流れ方向に沿うように形成される。第４流路部１９ｄも第２流路部１９ｂと同様にパワーモジュール３００ｄ～３００ｆの収納空間及び中間部材を形成する。また、冷却ジャケット１２は、開口部４０４と開口部４００a～４００ｃ及び４０２a～４０２ｃとが対向するように形成されているので、Ａｌ鋳造により製造し易い構成になっている。
　下カバー４２０には、筐体１１９と当接し、電力変換装置２００を支持するための支持部４１０ａ及び支持部４１０ｂが設けられる。支持部４１０ａは下カバー４２０の一方の端辺に近づけて設けられ、支持部４１０ｂは下カバー４２０の他方の端辺に近づけて設けられる。これにより、電力変換装置２００を、トランスミッション１１８やモータジェネレータ１９２の円柱形状に合わせて形成された筐体１１９の側壁に強固に固定することができる。
　また、支持部４１０ｂは、抵抗器４５０を支持するように構成されている。この抵抗器４５０は、乗員保護やメンテナンス時における安全面に配慮して、コンデンサセルに帯電した電荷を放電するためのものである。抵抗器４５０は、高電圧の電気を継続的に放電できるように構成されているが、万が一抵抗器もしくは放電機構に何らかの異常があった場合でも、車両に対するダメージを最小限にするように配慮した構成とする必要がある。つまり、抵抗器４５０がパワーモジュールやコンデンサモジュールやドライバ回路基板等の周辺に配置されている場合、万が一抵抗器４５０が発熱、発火等の不具合を発生した場合に主要部品近傍で延焼する可能性が考えられる。
　そこで、本実施形態では、パワーモジュール３００a～３００ｃやパワーモジュール３００ｄ～３００ｆやコンデンサモジュール５００は、冷却ジャケット１２を挟んで、トランスミッション１１８を収納した筐体１１９とは反対側に配置され、かつ抵抗器４５０は、冷却ジャケット１２と筐体１１９との間の空間に配置される。これにより、抵抗器４５０が金属で形成された冷却ジャケット１２及び筐体１１９で囲まれた閉空間に配置されることになる。なお、コンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに貯まった電荷は、図４に示されたドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング手段のスイッチング動作によって、冷却ジャケット１２の側部を通る配線を介して抵抗器４５０に放電制御される。本実施形態では、スイッチング手段によって高速に放電するように制御される。放電を制御するドライバ回路基板２２と抵抗器４５０の間に、冷却ジャケット１２が設けられているので、ドライバ回路基板２２を抵抗器４５０から保護することができる。また、抵抗器４５０は下カバー４２０に固定されているので、流路１９と熱的に非常に近い位置に設けられているので、抵抗器４５０の異常な発熱を抑制することができる。
（コンデンサモジュール）
　図６は、本実施形態のコンデンサモジュール５００の分解斜視図である。積層導体板５０１は、薄板状の幅広導体で形成された負極導体板５０５及び正極導体板５０７、さらに負極導体板５０５と正極導体板５０７に挟まれた絶縁シート５１７により構成されているので、低インダクタンス化が図られている。積層導体板５０１は、略長方形形状を成す。バッテリ負極側端子５０８及びバッテリ負極側端子５０９は、積層導体板５０１の短手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。
　コンデンサ端子５０３a～５０３ｃは、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ～５０３ｆは、積層導体板５０１の長手方向の他方の辺から立ち上げられた状態で形成される。なお、コンデンサ端子５０３a～５０３ｆは、積層導体板５０１の主面を横切る方向に立ち上げられている。コンデンサ端子５０３a～５０３ｃは、パワーモジュール３００a～３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ｄ～５０３ｆは、パワーモジュール３００ｄ～３００ｆとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３aを構成する負極側コンデンサ端子５０４aと正極側コンデンサ端子５０６aとの間には、絶縁シート５１７の一部が設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ～５０３ｆも同様である。なお、本実施形態では、負極導体板５０５、正極導体板５０７、バッテリ負極側端子５０８、バッテリ負極側端子５０９、コンデンサ端子５０３a～５０３ｆは、一体に成形された金属製板で構成され、インダクタンス低減及び生産性の向上を図っている。
　コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方に複数個設けられる。本実施形態では、８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べられ、かつさらに別の８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べられ、合計１６個のコンデンサセルが設けられる。積層導体板５０１の長手方向のそれぞれの辺に沿って並べられたコンデンサセル５１４は、図６に示される破線部Ａ－Ａ’を境に対称に並べられる。これにより、コンデンサセル５１４によって平滑化された直流電流をパワーモジュール３００a～３００ｃ及びパワーモジュール３００ｄ～３００ｆに供給する場合に、コンデンサ端子５０３a～５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ～５０３ｆとの間の電流バランスが均一化され、積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができる。また、電流が積層導体板５０１にて局所的に流れることを防止できるので、熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
　また、バッテリ負極側端子５０８とバッテリ負極側端子５０９も、図６に示される点線Ａ－Ａ’を境にて対称に並べられる。同様に、コンデンサ端子５０３a～５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ～５０３ｆとの間の電流バランスが均一化されて積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができ、かつ熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
　本実施形態のコンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にＡｌなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、Ｓｎなどの導電体を吹き付けて製造される。セル端子５１６及びセル端子５１８は、正極電極及び負極電極に接続され、かつ積層導体板５０１の開口部を通ってコンデンサセル５１４配置側とは反対側まで延ばされ、正極導体板５０７及び負極導体板５０５とはんだあるいは溶接により接続される。
　コンデンサケース５０２は、コンデンサセル５１４を収納するための収納部５１１を備え、当該収納部５１１は上面及び下面が略長方形状を成す。収納部５１１の長手方向の一方の辺にはフランジ５１５aが設けられ、他方の辺にはフランジ５１５ｂが設けられる。フランジ５１５aには、モジュールケース３０４の挿入口３０６から延びる各端子を貫通させるための貫通孔５１９ａ～５１９ｃが設けられる。同様に、フランジ５１５ｂには、貫通孔５１９ｄ～５１９ｆが設けられる。また、貫通孔５１９a～５１９ｆのそれぞれの側部には、コンデンサモジュール５００を冷却ジャケット１２に固定する固定手段を貫通させるための孔５２０ａ～５２０ｈが設けられる。パワーモジュールとの間に、孔５２０ｂ、孔５２０ｃ、孔５２０ｆ、孔５２０ｇが設けられることで、パワーモジュールと流路１９との気密性を向上させている。フランジ５１５a及びフランジ５１５ｂは、コンデンサケース５０２の軽量化と冷却ジャケット１２への固定強度を向上させるために、ハニカム構造を成している。
　収納部５１１の底面部５１３は、円筒形のコンデンサセル５１４の表面形状に合わせるように、なめらかな凹凸形状若しくは波形形状を成している。これにより、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４が接続されたモジュールをコンデンサケース５０２に位置決めさることが容易になる。また、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４がコンデンサケース５０２に収納された後に、コンデンサ端子５０３a～５０３ｆとバッテリ負極側端子５０８及びバッテリ負極側端子５０９を除いて、積層導体板５０１が覆われるようにコンデンサケース５０２内に充填材（図示せず）が充填される。底面部５１３がコンデンサセル５１４の形状に合わせて波形形状となっていることにより、充填材がコンデンサケース５０２内に充填される際に、コンデンサセル５１４が所定位置からずれることを防止できる。
　また、コンデンサセル５１４は、スイッチング時のリップル電流により、内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜、内部導体の電気抵抗により発熱する。そこで、コンデンサセル５１４の熱をコンデンサケース５０２に逃がし易くするために、コンデンサセル５１４を充填材でモールドする。さらに樹脂製の充填材を用いることにより、コンデンサセル５１４の耐湿も向上させることができる。
　さらに、本実施形態では、コンデンサモジュール５００は、収納部５１１の長手方向の辺を形成する側壁が流路１９に挟まれように配置されているので、コンデンサモジュール５００を効率良く冷やすことができる。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。
（パワーモジュールの取付け構造）
　図７（a）は、冷却ジャケット１２にパワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュールを組み付けた外観斜視図である。図７（ｂ）は、図７（a）の破線囲み部の拡大図である。
　図７（ｂ）に示されるように、直流負極端子３１５Ｂ、直流正極端子３１９Ｂ、交流端子３２１及び第２封止部６０１Ｂは、コンデンサケース５０２の貫通孔５１９を通って、フランジ５１５aの上方まで延びている。直流負極端子３１５Ｂ及び直流正極端子３１９Ｂの電流経路の面積は、積層導体板５０１の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板５０１から直流負極端子３１５Ｂ及び直流正極端子３１９Ｂに流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流負極端子３１５Ｂ及び直流正極端子３１９Ｂに集中することになる。また、直流負極端子３１５Ｂ及び直流正極端子３１９Ｂが積層導体板５０１を横切る方向に突出する場合、言い換えると、直流負極端子３１５Ｂ及び直流正極端子３１９Ｂが積層導体板５０１とねじれの関係にある場合、新たな接続用導体が必要になり生産性低下やコスト増大の問題が生じる。
　そこで、本実施形態では、負極側コンデンサ端子５０４aは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部５４０と、当該立ち上がり部５４０と接続されかつU字状に屈曲した折返し部５４１と、当該折返し部５４１と接続されかつ立ち上がり部５４０とは反対側の面が直流負極端子３１９Ｂの主面と対向する接続部５４２とにより構成される。また、正極側コンデンサ端子５０６aは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部５４３と、折返し部５４４と、当該折返し部５４４と接続されかつ立ち上がり部５４３とは反対側の面が直流正極端子３１５Ｂの主面と対向する接続部５４５と、により構成される。特に、折返し部５４４は、立ち上がり部５４３と略直角に接続されかつ負極側コンデンサ端子５０４aと直流負極端子３１５Ｂと直流正極端子３１９Ｂの側部を跨ぐように構成される。さらに、立ち上がり部５４０の主面と立ち上がり部５４３の主面は絶縁シート５１７を介して対向する。同様に、折返し部５４１の主面と折返し部５４４の主面は絶縁シート５１７を介して対向する。
　これにより、コンデンサ端子５０３ａが接続部５４２の直前まで絶縁シート５１７を介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子５０３ａの配線インダクタンスを低減することができる。また、折返し部５４４が負極側コンデンサ端子５０４aと直流負極端子３１５Ｂと直流正極端子３１９Ｂの側部を跨ぐように構成される。さらに、直流正極端子３１９Ｂの先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流負極端子３１５Ｂの先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。
　これにより、直流正極端子３１９Ｂ及び直流負極端子３１５Ｂの溶接接続するための作業方向と折返し部５４４とが干渉することがなくなるので、低インダクタンスを図りながら生産性を向上させることができる。
　また、交流端子３２１の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動出来るように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１の溶接箇所と直流正極端子３１９Ｂの溶接箇所は、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
　さらに、図４及び図７（ａ）に示されるように、複数のパワーモジュール３００ａ～３００ｃは、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワーモジュール３００ａ～３００ｃを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
（バスバーモジュールと冷却ジャケットの組付け）
　図８は、パワーモジュールとコンデンサモジュールを組み付けた冷却ジャケット１２とバスバーモジュール８００の分解斜視図である。図９は、保持部材８０３を除いたバスバーモジュール８００の外観斜視図である。
　図８及び図９に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ～８０２ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの設置箇所まで、当該第１交流バスバー８０２ａ～８０２ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。また、第１交流バスバー８０２ａ～８０２ｆは、電流センサ１８０ａの貫通孔又は電流センサ１８０ｂの貫通孔の直前で略直角に折り曲げられる。これにより、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂを貫通する第１交流バスバー８０２ａ～８０２ｆの部分は、その主面が積層導体板５０１の主面と略平行になる。そして、第１交流バスバー８０２ａ～８０２ｆの端部には、第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆと接続する為の接続部８０５ａ～８０５ｆが形成される（接続部８０５ｄ～８０５ｆは図示せず）。
　第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆは、接続部８０５ａ～８０５ｆの近傍で、コンデンサモジュール５００側に向かって略直角に折り曲げられる。これにより、第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。さらに第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの近傍から、図９に示された冷却ジャケット１２の短手方向の一方の辺１２ａに向かって延ばされ、当該辺１２ａを横切るように形成される。つまり、複数の第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆの主面が向かい合った状態で、当該第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆが辺１２ａを横切るように形成される。
　これにより、装置全体を大型化させることなく、冷却ジャケット１２の短い辺側から複数の板状交流バスバーを外部に突出させることができる。そして、冷却ジャケット１２の一面側から複数の交流バスバーを突出させることで、電力変換装置２００の外部での配線の取り回しが容易になり、生産性が向上する。
　図８に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ～８０２ｆ、電流センサ１８０ａ～１８０ｂ及び第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆは、樹脂で構成された保持部材８０３によって、保持及び絶縁されている。この保持部材８０３により、第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆが金属製の冷却ジャケット１２及び筐体１１９との間の絶縁性を向上させる。また保持部材８０３が冷却ジャケット１２に熱的に接触又は直接接触することにより、トランスミッション１１８側から第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆに伝わる熱を、冷却ジャケット１２に逃がすことができるので、電流センサ１８０ａ～１８０ｂの信頼性を向上させることができる。
　図８に示されるように、保持部材８０３は、図２に示されたドライバ回路基板２２を支持するための支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂを設ける。支持部材８０７ａは、複数設けられ、かつ冷却ジャケット１２の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べて形成される。また、支持部材８０７ｂは、複数設けられ、かつ冷却ジャケット１２の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べて形成される。支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂの先端部には、ドライバ回路基板２２を固定するための螺子穴が形成されている。
　さらに、保持部材８０３は、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂが配置された箇所から上方に向かって延びる突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂを設ける。突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂは、それぞれ電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂを貫通するように構成される。図８に示されるように、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、ドライバ回路基板２２の配置方向に向かって延びる信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂを設ける。信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂは、ドライバ回路基板２２の配線パターンとはんだによって接合される。本実施形態では、保持部材８０３、支持部材８０７ａ～８０７ｂ及び突起部８０６ａ～８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。
　これにより、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２ａとドライバ回路基板２２との間の組み付け及びはんだ接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。
　本実施形態の電力変換装置２００はトランスミッション１１８を収納した筐体１１９に固定されるので、トランスミッション１１８からの振動の影響を大きく受ける。そこで、保持部材８０３は、ドライバ回路基板２２の中央部の近傍を指示するための支持部材８０８を設けて、ドライバ回路基板２２に加わる振動の影響を低減している。なお、保持部材８０３は、冷却ジャケット１２に螺子により固定される。
　また、保持部材８０３は、補機用パワーモジュール３５０の一方の端部を固定するためのブラケット８０９を設ける。また図４に示されるように、補機用パワーモジュール３５０は突出部４０７に配置されることにより、当該補機用パワーモジュール３５０の他方の端部が当該突出部４０７に固定される。これにより、補機用パワーモジュール３５０に加わる振動の影響を低減するとともに、固定用の部品点数を削減することができる。
（電力変換装置の組付け構造）
　図１０は、パワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュール８００と補機用パワーモジュール３５０を組み付けた冷却ジャケット１２の外観斜視図である。電流センサ１８０は、約１００℃の耐熱温度以上に熱せられると破壊するおそれがある。特に車載用の電力変換装置では、使用される環境の温度が非常に高温になるため、電流センサ１８０を熱から保護することが重要になる。特に、本実施形態に係る電力変換装置２００はトランスミッション１１８に搭載されるので、当該トランスミッション１１８から発せられる熱から保護することが重要になる。
　そこで、本実施形態では、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、冷却ジャケット１２を挟んでトランスミッション１１８とは反対側に配置される。これにより、トランスミッション１１８が発する熱が電流センサに伝達し難くなり、電流センサの温度上昇を抑えられる。さらに、第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆは、図５に示された第３流路１９ｃを流れる冷媒の流れ方向８１０を横切るように形成される。そして、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、第３流路部１９ｃを横切る第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆの部分よりもパワーモジュールの交流端子３２１に近い側に配置される。これにより、第２交流バスバー８０４ａ～８０４ｆが冷媒によって間接的に冷却され、交流バスバーから電流センサ、更にはパワーモジュール内の半導体チップに伝わる熱を和らげることができるため、信頼性が向上する。
　図１０に示される流れ方向８１１は、図５にて示された第４流路１９ｄを流れる冷媒の流れ方向を示す。同様に、流れ方向８１２は、図５にて示された第２流路１９ｂを流れる冷媒の流れ方向を示す。本実施形態に係る電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、電力変換装置２００の上方から投影したときに、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂの投影部が流路１９の投影部に囲まれるように配置される。これにより電流センサをトランスミッション１１８からの熱から更に保護することができる。
　図１１は、制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の分割斜視図である。図１０にて示されたように、電流センサ１８０は、コンデンサモジュール５００の上方に配置される。ドライバ回路基板２２は、電流センサ１８０の上方に配置され、かつ図８に示されたバスバーモジュール８００に設けられる支持部材８０７ａ及び８０７ｂによって支持される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置され、かつ冷却ジャケット１２から立設された複数の支持部材１５によって支持される。制御回路基板２０は、金属ベース板１１の上方に配置され、かつ金属ベース板１１に固定される。
　電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に一列に階層的に配置され、かつ制御回路基板２０が強電系のパワーモジュール３００ａ～３００ｆから最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入することを抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された冷却ジャケット１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
　本実施形態においては、流路１９に流れる冷媒の冷却対象が主に駆動用のパワーモジュール３００ａ～３００ｆであるので、当該パワーモジュール３００ａ～３００ｆは流路１９内に収納されて直接と冷媒と接触して冷却される。一方、補機用パワーモジュール３５０も、駆動用パワーモジュールほどではないが冷却することが求められる。
　そこで、本実施形態では、補機用パワーモジュール３５０の金属ベースで形成された放熱面が、流路１９を介して、入口配管１３及び出口配管１４と対向するように形成される。特に、補機用パワーモジュール３５０を固定する突出部４０７が入口配管１３の上方に形成されているので、下方から流入する冷媒が突出部４０７の内壁に衝突して、効率良く補機用パワーモジュール３５０から熱を奪うことができる。さらに、突出部４０７の内部には、流路１９と繋がる空間を形成している。この突出部４０７内部の空間によって、入口配管１３及び出口配管１４近傍の流路１９の深さが大きくなっており、突出部４０７内部の空間に液溜りが生じることになる。この液溜りにより効率良く補機用パワーモジュール３５０を冷却することができる。
　電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を電気的に繋ぐ際に、配線コネクタを用いると接続工程の増大や、接続ミスの危険性を招くことになる。
　そこで、図１１に示されるように、本実施形態のドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する第１孔２４及び第２孔２６が形成される。また第１孔２４にはパワーモジュール３００ａ～３００ｆの各信号端子３２５Ｕ及び各信号端子３２５Ｌが挿入され、信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。さらに第２孔２６には電流センサ１８０の信号線１８２が挿入され、信号線１８２はドライバ回路基板２２の配線パターンとはんだにより接合される。なお、冷却ジャケット１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側からはんだ接合が行われる。
　これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワーモジュール３００ａ～３００ｆの各信号端子３２５と電流センサ１８０の信号線１８２を、同一方向からはんだにより接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。また、ドライバ回路基板２２に、信号端子３２５を貫通させるための第１孔２４や、信号線１８２を貫通させるための第２孔２６をそれぞれ設けることにより接続ミスの危険性を少なくすることができる。
　また、本実施形態のドライバ回路基板２２は、冷却ジャケット１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（図示せず）を実装している。これにより、はんだ接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、はんだ接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
　図１２は、図１１のＢ面で切り取った電力変換装置２００をＣ方向から見た断面図である。モジュールケース３０４に設けられたフランジ３０４Ｂは、コンデンサケース５０２に設けられたフランジ５１５ａ又はフランジ５１５ｂによって冷却ジャケット１２に押し付けられる。つまり、コンデンサセル５１４を収納したコンデンサケース５０２の自重を利用して、冷却ジャケット１２にモジュールケース３０４を押しつけることにより、流路１９の気密性を向上させることができる。
　パワーモジュール３００ａ～３００ｆの冷却効率を向上させるために、流路１９内の冷媒をフィン３０５が形成された領域に流すようにする必要がある。モジュールケース３０４は薄肉部３０４Ａのスペースを確保するために、モジュールケース３０４の下部にはフィン３０５が形成されていない。そこで下カバー４２０は、モジュールケース３０４の下部が、当該下カバー４２０に形成された凹部４３０に勘合されるように形成される。これにより、冷却フィンが形成されていない空間に冷媒が流れ込むことを防止することができる。
　図１２に示されるように、パワーモジュール３００ａ～３００ｆとコンデンサモジュール５００との配列方向は、制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とトランスミッション１１８の配列方向を横切るように並べて配置されている。特に、パワーモジュール３００ａ～３００ｆとコンデンサモジュール５００とは、電力変換装置２００の中では、最下層に並べて配置されている。これにより、電力変換装置２００全体の低背化が可能となるとともに、トランスミッション１１８からの振動の影響を低減することができる。
　図１３乃至図２７を用いてインバータ回路１４０およびインバータ回路１４２に使用されるパワーモジュール３００ａ～３００ｆの詳細構成を説明する。上記パワーモジュール３００ａ～３００ｆはいずれも同じ構造であり、代表してパワーモジュール３００の構造を説明する。尚、図１３乃至図２７において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
［パワーモジュール全体構造］
　図１３（ａ）は、本実施形態のパワーモジュール３００の斜視図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。図１４は、図１３に示す状態からネジ３０９およびニ次封止樹脂３５１を取り除いたパワーモジュール３００を示す図であり、図１４（ａ）は斜視図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＸＩＶ－ＸＩＶ断面図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）においてケースの薄肉部が変形される前の断面図である。図１５は、図１４に示す状態からさらにモジュールケース３０４を取り除いたパワーモジュール３００を示す図であり、図１５（ａ）は斜視図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）におけるＸＶ－ＸＶ断面図である。図１６は、図１５に示す状態からさらに一次封止樹脂３４８および配線絶縁部６０８を取り除いたパワーモジュール３００の斜視図である。図１７は、パワーモジュール３００のうちの補助パワーモジュール６００を示す図であり、図１７（ａ）は斜視図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）におけるＸＶＩＩ－ＸＶＩＩ断面図である。
　上下アームの直列回路１５０を構成するパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が、図１５および１６に示す如く、導体板３１５や導体板３１８によって、また、導体板３２０や導体板３１９によって、両面から挟んで固着される。導体板３１５等は、その放熱面が露出した状態で第一封止樹脂（封止樹脂部３４８によって封止されている。導体板３１５、３２０、３１８、３１９および一次封止樹脂３４８の表面に絶縁層７００が設けられ、パワー半導体モジュール３０２が構成される。パワー半導体モジュール３０２は図１５に示すように、多面体形状（ここでは略直方体形状）を有している。なお、図１５（ｂ）においては、絶縁層７００は図示を省略されている。
　一次封止樹脂３４８により封止されたパワー半導体モジュール３０２は、モジュールケース３０４の中に挿入して絶縁層７００を介して、ＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内面に接着される。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４の内部に残存する空隙には、ニ次封止樹脂３５１が充填される。
　モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばモジュールケース３０４は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ－Ｃ、Ｃｕ－ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ－Ｃなどの複合材などから構成される。また、溶接など防水性の高い接合法で、あるいは鍛造、鋳造法などによりつなぎ目の無い状態でケース状に一体成形されている。
　モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない構造であり、挿入口３０６は、フランジ３０４Ｂよって、その外周を囲まれている。また、図１３（ａ）に示されるように、他の面より広い面を有する第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂがそれぞれ対向した状態で配置され、これらの放熱面に対向するようにして、各パワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、ＩＧＢＴ３３０、ダイオード１５６、ダイオード１６６）が配置されている。当該対向する第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂと繋ぐ３つの面は、当該第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂより狭い幅で密閉された面を構成し、残りの一辺の面に挿入口３０６が形成される。モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要が無く、角が図１３（ａ）に示す如く曲面を成していても良い。
　このような形状の金属製のケースを用いることで、モジュールケース３０４を水や油などの冷媒が流れる流路１９内に挿入しても、冷媒に対するシールをフランジ３０４Ｂにて確保できるため、冷却媒体がモジュールケース３０４の内部に侵入するのを簡易な構成で防ぐことができる。また、対向した第１放熱面３０７Ａと第２放熱面３０７Ｂに、フィン３０５がそれぞれ均一に形成される。さらに、第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂの外周には、厚みが極端に薄くなっている薄肉部３０４Ａが形成されている。薄肉部３０４Ａは、フィン３０５を加圧することで簡単に変形する程度まで厚みを極端に薄くしてあるため、パワー半導体モジュール３０２が挿入された後の生産性が向上する。
　上述のように導体板３１５等を、絶縁層７００を介してモジュールケース３０４の内壁に接着することにより、導体板３１５等とモジュールケース３０４の内壁の間の絶縁層７００の厚さばらつきを制御でき、パワー半導体素子の発生熱を効率良くフィン３０５へ伝達できる。さらに絶縁層７００の熱膨張係数を導体板やモジュールケースに近づけることで、発生する熱応力を小さくでき、温度変化の激しい車両用の電力変換装置に使用するのに良好となる。
　モジュールケース３０４の外には、コンデンサモジュール５００と電気的に接続するための金属製の直流正極配線３１５Ａおよび直流負極配線３１９Ａが設けられており、その先端部に直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と直流負極端子３１９Ｂ（１５８）がそれぞれ形成されている。また、モータジェネレータＭＧ１あるいはＭＧ２に交流電力を供給するための金属製の交流配線３２０Ａが設けられており、その先端に交流端子３２０Ｂ（１５９）が形成されている。本実施形態では、図１６に示す如く、直流正極配線３１５Ａは導体板３１５と接続され、直流負極配線３１９Ａは導体板３１９と接続され、交流配線３２０Ａは導体板３２０と接続される。
　モジュールケース３０４の外にはさらに、ドライバ回路１７４と電気的に接続するための金属製の信号配線３２４Ｕおよび３２４Ｌが設けられており、その先端部に信号端子３２５Ｕ（１５４、１５５）と信号端子３２５Ｌ（１６４、１６５）がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図１６に示す如く、信号配線３２４ＵはＩＧＢＴ３２８と接続され、信号配線３２４ＬはＩＧＢＴ３２８と接続される。
　直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって相互に絶縁された状態で、補助パワーモジュール６００として一体に成型される。配線絶縁部６０８は、各配線を支持するための支持部材としても作用し、これに用いる樹脂材料は、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。補助パワーモジュール６００は、パワー半導体モジュール３０２と接続部３７０において金属接合された後に、配線絶縁部６０８に設けられたネジ穴を貫通するネジ３０９によってモジュールケース３０４に固定される。接続部３７０におけるパワー半導体モジュール３０２と補助パワーモジュール６００との金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。
　直流正極配線３１５Ａと直流負極配線３１９Ａは、配線絶縁部６０８を間に挟んで対向した状態で互いに積層され、略平行に延びる形状を成している。こうした配置および形状とすることで、パワー半導体素子のスイッチング動作時に瞬間的に流れる電流が、対向してかつ逆方向に流れる。これにより、電流が作る磁界が互いに相殺する作用をなし、この作用により低インダクタンス化が可能となる。なお、交流配線３２０Ａや信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌも、直流正極配線３１５Ａ及び直流負極配線３１９Ａと同様の方向に向かって延びている。パワー半導体モジュール３０２と補助パワーモジュール６００が金属接合により接続されている接続部３７０は、ニ次封止樹脂３５１によりモジュールケース３０４内で封止される。これにより、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができるため、封止しない場合と比較してパワーモジュール３００の小型化が実現できる。
　封止樹脂３５１としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂に対してはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数をモジュールケース３０４や導体板３１５、３２０、３１８、３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。
［パワー半導体モジュール］
　図１６、図１７に示されるように、接続部３７０の補助パワーモジュール６００側には、補助パワーモジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ、補助パワーモジュール側直流負極接続端子３１９Ｃ、補助パワーモジュール側交流接続端子３２０Ｃ、補助パワーモジュール側信号接続端子３２６Ｕおよび補助パワーモジュール側信号接続端子３２６Ｌが一列に並べて配置される。一方、接続部３７０のパワー半導体モジュール３０２側には、多面体形状を有する一次封止樹脂３４８の一つの面に沿って、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置される。こうして接続部３７０において各端子が一列に並ぶような構造とすることで、トランスファーモールドによるパワー半導体モジュール３０２の製造が容易となる。
　ここで、パワー半導体モジュール３０２の一次封止樹脂３４８から外側に延出している部分をその種類ごとに一つの端子として見た時の各端子の位置関係について述べる。以下の説明では、直流正極配線３１５Ａ（直流正極端子３１５Ｂと補助パワーモジュール側直流正極接続端子３１５Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を正極側端子と称し、直流負極配線３１９Ａ（直流負極端子３１９Ｂと補助パワーモジュール側直流負極接続端子３１９Ｃを含む）および素子側直流正極接続端子３１５Ｄにより構成される端子を負極側端子と称し、交流配線３２０Ａ（交流端子３２０Ｂと補助パワーモジュール側交流接続端子３２０Ｃを含む）および素子側交流接続端子３２０Ｄにより構成される端子を出力端子と称し、信号配線３２４Ｕ（信号端子３２５Ｕと補助パワーモジュール側信号接続端子３２６Ｕを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｕにより構成される端子を上アーム用信号端子と称し、信号配線３２４Ｌ（信号端子３２５Ｌと補助パワーモジュール側信号接続端子３２６Ｌを含む）および素子側信号接続端子３２７Ｌにより構成される端子を下アーム用信号端子と称する。
　上記の各端子は、いずれも一次封止樹脂３４８およびニ次封止樹脂３５１から接続部３７０を通して突出しており、その一次封止樹脂３４８からの各突出部分（素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌ）は、上記のように多面体形状を有する一次封止樹脂３４８の一つの面に沿って一列に並べられている。また、正極側端子と負極側端子は、ニ次封止樹脂３５１から積層状態で突出しており、モジュールケース３０４の外に延出している。このような構成としたことで、一次封止樹脂３４８でパワー半導体素子を封止してパワー半導体モジュール３０２を製造する時の型締めの際に、パワー半導体素子と当該端子との接続部分への過大な応力や金型の隙間が生じるのを防ぐことができる。また、積層された正極側端子と負極側端子の各々を流れる反対方向の電流により、互いに打ち消しあう方向の磁束が発生されるため、低インダクタンス化を図ることができる。
　補助パワーモジュール６００側において、補助パワーモジュール側直流正極接続端子３１５Ｃ、補助パワーモジュール側直流負極接続端子３１９Ｃは、直流正極端子３１５Ｂ、直流負極端子３１９Ｂとは反対側の直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａの先端部にそれぞれ形成されている。また、補助パワーモジュール側交流接続端子３２０Ｃは、交流配線３２０Ａにおいて交流端子３２０Ｂとは反対側の先端部に形成されている。補助パワーモジュール側信号接続端子３２６Ｕ、３２６Ｌは、信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌにおいて信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌとは反対側の先端部にそれぞれ形成されている。
　一方、パワー半導体モジュール３０２側において、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄは、導体板３１５、３１９、３２０にそれぞれ形成されている。また、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌは、ボンディングワイヤ３７１によりＩＧＢＴ３２８、３３０とそれぞれ電気的に接続されている。
［パワー半導体モジュールの製造方法］
　次に、図１８乃至図２２を用いてパワー半導体モジュール３０２を製造する工程を説明する。図１８に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。
　導体板３１５には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極が金属接合部１６０で電気的に接続される。導体板３２０には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極が金属接合部１６０で電気的に接続される。ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５６、１６６の上には、導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置される。導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が金属接合部１６０で電気的に接続される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が金属接合部１６０で電気的に接続される。
　導体板３２０と導体板３１８は金属接合部１６０を介して電気的接続されている（中間電極３２９）。この接続により上アーム３０３ａ回路と下アーム３０３ｂ回路が電気的に接続され、上下アーム直列回路が形成される。金属接合部１６０を形成する接合材は、例えばはんだ材、微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材、微細金属粒子を含んだ導電性接着剤等である。導体板３１８、３１９には、突起部３２２が設けられており、その後の工程で樹脂により封止された際にＩＧＢＴの制御電極やワイヤ３７１とエミッタ電極間の絶縁性を確保できるようにされる。
　突起部３２２は、鍛造やプレスやエッチングなどを用いて導体板と一体化して作製させると安価で高精度な位置あわせが可能となる。また、金属接合部１６０を別途設け別体としてもよい。また、突起部３２２の熱膨張係数を半導体素子と導体板の中間の数値とすると、半導体素子に付与される熱応力を緩和できる。導体板がＣｕやＣｕ合金の場合には、Ｃｕに対し熱膨張係数が小さいＣｕＯやＭｏなどを、導体板がＡｌやＡｌ合金の場合には、ＣｕやＣｕおよびＡｌに対し熱膨張係数が小さいＣｕＯやＭｏを積層、分散などの複合化を行い設置すればよい。
　上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８を、中間電極３２９を介して接続することで、図１９の状態となる。
　この状態で、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続することで、図２０の状態となる。
　図２０に示す状態に組み立てた後、パワー半導体素子およびボンディングワイヤ３７１を含む部分を一次封止樹脂３４８により図２１に示すように封止する。このとき、金型押圧面３７３において上下から金型で押さえ、トランスファーモールドにより一次封止樹脂３４８を金型内に充填して成形する。この詳細については後述する。
　図２１に示す状態に組み立てた後、タイバー３７２を切除して、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌをそれぞれ分離する。そして、パワー半導体モジュール３０２の一辺側に一列に並べられている素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌの各端部を、図２２のようにそれぞれ同一方向に折り曲げる。これにより、接続部３７０においてパワー半導体モジュール３０２と補助パワーモジュール６００とを金属接合する際の作業を容易化して生産性を向上すると共に、金属接合の信頼性を向上することができる。
　図２３は、図２０に示す一次封止樹脂３４８による封止前の状態から図２１に示す一次封止樹脂３４８による封止状態にする製造工程を説明するための図であり、一次封止樹脂３４８をトランスファーモールドにより形成する方法で例示する。図２３（ａ）は型締め前の縦断面図を示しており、（ｂ）は型締め後の縦断面図を示している。図２３（ａ）に示すように、図２０に示した封止前のパワー半導体モジュール３０２は、上側金型３７４Ａと下側金型３７４Ｂの間に設置される。上側金型３７４Ａおよび下側金型３７４Ｂがパワー半導体モジュール３０２を上下から金型押圧面３７３において挟み込んで型締めすることで、図２３（ｂ）に示すように金型空間３７５が金型内に形成される。この金型空間３７５に一次封止樹脂３４８を充填して成形することで、パワー半導体モジュール３０２においてパワー半導体素子（ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５５、１６６）が一次封止樹脂３４８により封止される。
　一次封止樹脂３４８としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体板３１５、３２０、３１８、３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。
　なお、図２１に示したように、金型押圧面３７３では、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置されている。こうした端子配置とすることで、上側金型３７４Ａおよび下側金型３７４Ｂを用いて、各端子とパワー半導体素子との接続部において余分な応力を発生させずに、かつ隙間なく型締めを行うことができる。したがって、パワー半導体素子の破損を招いたり、あるいは一次封止樹脂３４８が隙間から漏出したりすることなく、パワー半導体素子の封止を行うことができる。
　次に、パワー半導体モジュール３０２におけるパワー半導体素子の制御電極と各端子との配置関係について、図２４を参照して説明する。図２４では、理解を容易にするため、図１９の状態から導体板３１８、３１９および中間電極３２９を除いた様子を示している。図２４において、ＩＧＢＴ３２８、３３０の一辺側（図中の上辺側）には、制御電極３２８Ａ、３３０Ａが中心線３７６、３７７に対して図中左側に偏った位置にそれぞれ配置されている。中心線３７６、３７７は、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側直流負極接続端子３１９Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌの配列方向に直交している。
　ＩＧＢＴ３２８を中心線３７６で二分して考えると、制御電極３２８Ａが配置されている一方側には素子側信号接続端子３２７Ｕが配置されており、他方側には素子側直流正極接続端子３１５Ｄが配置されている。同様に、ＩＧＢＴ３３０を中心線３７７で二分して考えると、制御電極３３０Ａが配置されている一方側には素子側信号接続端子３２７Ｌが配置されており、他方側には素子側交流接続端子３２０Ｄが配置されている。また図１８に示すように、素子側直流正極接続端子３１５Ｄと素子側信号接続端子３２７Ｌの間には、素子側直流負極接続端子３１９Ｄが配置される。こうした配置とすることで、制御電極３２８Ａ、３３０Ａと素子側信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌとをそれぞれ接続するボンディングワイヤ３７１の長さを最小化し、接続の信頼性を向上することができる。また、各端子を集約化してパワー半導体モジュール３０２、ひいてはパワーモジュール３００の小型化を図ることができる。
　なお、図２４に示すように、素子側直流正極接続端子３１５Ｄ、素子側交流接続端子３２０Ｄ、素子側信号接続端子３２７Ｕおよび素子側信号接続端子３２７Ｌは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で一体的に加工される。これにより、これら各端子の間では平面度や厚さのばらつきを非常に小さく抑えることができる。その一方で、素子側直流負極接続端子３１９Ｄは、上記の各端子とは別体に加工されたものが組み合わされるため、平面度や厚さのばらつきが他の各端子と比べて大きくなり、型締め時に当該端子とパワー半導体素子との接続部において余分な応力を生じてしまう可能性がある。
　図２５は、上述したような不都合を回避するための変形例を示す図である。この変形例では、素子側直流負極接続端子３１９Ｄが設けられている導体板３１９において、型締め時の応力を吸収して緩和するための応力緩和部３１９Ｅが設けられている。応力緩和部３１９Ｅの位置は、パワー半導体素子が実装される部分１６０から金型押圧面３７３の間とすることが好ましい。なお、応力緩和部３１９Ｅとして単に導体板３１９の一部の厚みを他の部分より薄くすることも考えられるが、その場合は当該部分において電流密度が増加することになるため、電気的性能が低下するおそれがある。したがって、図２５に示すように導体板３１９の一部を屈曲させて応力緩和部３１９Ｅとすることが好ましい。このようにすれば、応力緩和部３１９Ｅにおいて電流密度が増加することもなく、さらに屈曲による折り返し部分において電流の向きが対向することになるため、インダクタンスの抑制にも寄与することができる。
　図２６は、パワーモジュール３００の回路構成を示す回路図である。上アーム側のＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム側のダイオード１５６のカソード電極は、導体板３１５を介して接続される。同様に、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム側のダイオード１６６のカソード電極は、導体板３２０を介して接続される。また、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極は、導体板３１８を介して接続される。同様に、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極は、導体板３１９を介して接続される。導体板３１８と３２０は中間電極３２９によって接続される。こうした回路構成により上下アーム直列回路が形成される。
　次に、低インダクタンス化が生じる作用について、図２７を参照して説明する。図２７（ａ）はリカバリ電流が流れる際の等価回路を示す図であり、図２７（ｂ）はリカバリ電流の経路を示す図である。
　図２７（ａ）において、下アーム側のダイオード１６６が順方向バイアス状態で導通している状態とする。この状態で、上アーム側のＩＧＢＴ３２８がＯＮ状態になると、下アーム側のダイオード１６６が逆方向バイアスとなりキャリア移動に起因するリカバリ電流が上下アームを貫通する。このとき、各導体板３１５、３１８、３１９、３２０には、図２７（ｂ）に示されるリカバリ電流３６０が流れる。リカバリ電流３６０は、点線で示される通り、直流負極端子３１９Ｂ（１５８）と対向に配置された直流正極端子３１５Ｂ（１５７）を通り、続いて各導体板３１５、３１８、３１９、３２０により形成されるループ形状の経路を流れ、再び直流正極端子３１５Ｂ（１５７）と対向に配置された直流負極端子３１９Ｂ（１５８）を介して実線に示すように流れる。
　ループ形状経路を電流が流れることによって、モジュールケース３０４の第１放熱面３０７Ａ及び第２放熱面３０７Ｂに渦電流３６１が流れる。この渦電流３６１の電流経路に等価回路３６２が発生する磁界相殺効果によって、ループ形状経路における配線インダクタンス３６３が低減する。 
　なお、リカバリ電流３６０の電流経路がループ形状に近いほど、インダクタンス低減作用が増大する。本実施形態では、ループ形状の電流経路は点線で示す如く、導体板３１５の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側に近い経路を流れ、ＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６内を通る。そしてループ形状の電流経路は実線で示す如く、導体板３１８の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側より遠い経路を流れ、その後、点線で示す如く導体板３２０の直流正極端子３１５Ｂ（１５７）側より遠い経路を流れ、ＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６内を通る。さらにループ形状の電流経路は実線で示す如く、導体板３１９の直流負極配線３１９Ａ側に近い経路を流れる。このようにループ形状の電流経路が、直流正極端子３１５Ｂ（１５７）や直流負極端子３１９Ｂ（１５８）に対して、近い側や遠い側の経路を通ることで、よりループ形状に近い電流経路が形成される。
［絶縁層７００］
　図２８乃至図３２を用いて、パワー半導体モジュール３０２と、モジュールケース３０４とを接合する絶縁層７００の構成について説明する。図２８は、本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールの絶縁層の一部である溶射膜の導体板への形成を説明するための図であり、（ａ）溶射前の断面図であり、（ｂ）は溶射後の断面図であり、（ｃ）は、図２８（ｂ）の溶射膜の拡大図である。図２９は、図２８の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した樹脂層を仮付けする工程を説明するための図であり、（ａ）は全体の断面図であり、（ｂ）は図２９（ａ）における絶縁層の拡大図である。図３０は、図２９の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した樹脂層を仮付けした後、溶射膜の孔を樹脂含浸する工程を説明するための図であり、（ａ）は全体の断面図であり、（ｂ）は含浸前の拡大図であり、（ｃ）は含浸後の拡大図である。
　図１３（ｂ）および図１４（ｂ）２に図示されるように、パワーモジュール３００において、パワー半導体モジュール３０２は、絶縁層７００によりモジュールケース３０４に接着されている。すなわち、パワー半導体モジュール３０２における導体板３１８、３１９とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａとの間、および導体板３１５、３２０とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ｂとの間には、それぞれ、絶縁層７００が介装されている。導体板３１８、３１９と放熱部３０７Ａとの接着構造、および導体板３１５、３２０と放熱部３０７Ｂとの接着構造は同様であり、以下、両者を代表して導体板３１５、３２０と放熱部３０７Ｂとの接合構造について説明する。
　図３０（ｂ）に図示されるように、絶縁層７００は、絶縁性の酸化物やセラミックスの粉体を溶射して形成された溶射膜７１０の層と、溶射膜７１０に積層して設けられた樹脂性の絶縁膜７２０および応力緩和用の樹脂層７３０（図３２（ａ）参照）とを備えている。溶射膜７１０は、図２８（ｃ）に図示されるように、パワー半導体モジュール３０２の導体板３１５、３２０の放熱面である表面３１５ａ、３２０ａ上および一次封止樹脂３４８の表面上に形成されている。
　溶射膜７１０は、図２８（ｃ）に図示されるように、溶射素材７１１間に空孔７１２を有しており、この空孔７１２内にフィラー７２２が含有された絶縁膜７２０が含浸されている（図３０（ｃ）参照）。絶縁膜７２０は、図３０（ｂ）に図示されるように、フィラー７２２が分散された樹脂７２１により構成され、樹脂膜７２０を構成するフィラー７２２と樹脂７２１とが溶射膜７１０の空孔７１２内に含浸されているのである。
［絶縁層７００の形成方法］
　以下に絶縁層７００の形成方法について説明する。溶射膜７１０は絶縁体であり、酸化物やセラミックスの粉体を溶射することにより作製される。溶射による導体板の温度上昇は小さく、溶融、熱劣化、反りなどの熱変形も小さいため、導体板３１５、３２０パワーは半導体素子が接合された導体板形状、さらには樹脂で封止された状態で溶射膜７１０を形成することができる。
（溶射膜の形成）
　溶射膜７１０は、図２８に示す如く、図２３に図示したトランスファーモールドにより形成したパワー半導体モジュール３０２の表面に形成される。酸化物やセラミックス粉末をプラズマ溶射法により形成する場合は、パワー半導体モジュール３０２の温度上昇は１００～１８０℃程度であるため、一次封止樹脂３４８、金属接合部１６０、ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５６、１６６は熱劣化しない。よって、２２０～３００℃の温度範囲でなされるチップ接合を先に行うことができる。これにより、導体板３１５、３２０に溶射した後にチップ接合する場合に比較して、熱膨張係数の小さい溶射膜７１０と熱膨張係数の大きい導体板３１５、３２０の積層部に発生する熱応力を低減することができる。
　また、溶射膜７１０を形成する導体板３１５、３１８、３１９、３２０の処理面に対し、溶射前にサンドブラストやエッチングにより粗化すると、溶射膜溶７１０の接合強度を向上することができる。これらの処理時に、一次封止樹脂３４８により封止していれば、ＩＧＢＴ３２８、３３０やワイヤ３７１などに及ぼす物理的、化学的な損傷を防止できるので、複雑なマスキングが不要となり、生産性が向上する。
　この場合、トランスファーモールドによりＩＧＢＴ３２８、３３０やワイヤ３７１を覆った後、導体板３１５、３１８、３１９、３２０に一次封止樹脂３４８を被覆する方法もあるが、工程数が増大する。
　一次封止樹脂３４８の除去やパワー半導体モジュール３０２の平面度を向上させる際に、研削や研磨などの工程をとることができる。しかし、その条件として、研削や研磨を荒削りで行う等、生産性の高い手法で行うと、導体板３１５、３２０と一次封止樹脂３４８の境界にバリが形成されたり、導体板３１５、３２０上の表面粗さが過大となり電界集中したりする場合がある。これに対し、溶射膜前処理にサンドブラストやエッチングをすることによりこれらの欠陥を除去することが可能であり、研削や研磨工程に生産性の高い手法を用いても絶縁信頼性に優れたモジュールにすることができる。また、サンドブラストやエッチングによりパワー半導体モジュール３０２の表面に微細な凹凸が形成され、この微細な凹凸に溶射膜７１０が物理的に食い込んで接合されるため、溶射膜７１０の接合力が増大する。一次封止樹脂３４８は導体板３１５、３２０よりも熱伝導率が低いため、放熱面から除去することで放熱性を向上することができる。
　溶射膜７１０を形成する粉末は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ、窒化珪素、窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなどの炭化物といった高熱伝導なセラミックスの粉体から選ばれ、これら単体組成、酸化物と窒化物あるいは炭化物との複合組成、あるいは混合粉末が用いられる。導体板、一次封止樹脂３４８に形成する溶射膜は、これらセラミックスが凝固し形成した扁平形状をしており、図２８（ｃ）に示すように、扁平体に形成された溶射素材７１１が堆積したような層となる。酸化物からなる粉末は、表面の酸化層がバインダーとしての機能を果たし、扁平体である溶射素材７１１相互間の接合力が大きいものとなる。窒化物などからなる粉末は、溶融状態で溶射する際に、表面に酸化物が形成され、この酸化物により、溶射素材７１１相互間の接合力が大きなものとなる。
　プラズマ溶射法などにより、セラミックスの粉末を部分的、あるいは完全溶融状態で基材に衝突させることで、セラミックスは導体表面に扁平形状で溶着し、さらに溶着し凝固した溶射素材７１１にも溶着していく。これにより、三次元的には溶射素材７１１同士や、溶射素材７１１と導体板３１５、３２０および一次封止樹脂３４８内のセラミックスフィラーや樹脂に対し、その当接する界面で溶着面を有し強固に接合している。導体板３１５、３２０、３１８、３１９としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｆｅ、Ｃｏなどの金属、それらの合金、複合体が用いられる。
　パワー半導体モジュール３０２と補助パワーモジュール６００とを、接続部３７０においてを金属接合する（図１５参照）工程がある。この金属接合工程は、溶射膜７１０を形成する際、物理的、科学的な損傷を受けないように、溶射前に行うことが好ましい。溶射膜７１０を形成する領域は、接続部３７０とは離間しているため、接続部３７０の金属接合を、パワー半導体モジュール３０２に溶射膜７１０を形成した後に行っても溶射膜７１０の剥離や欠けなどが生じにくい。しかし、マスキングをすれば接合部における溶射時の損傷を防止することが可能であり、パワー半導体モジュール３０２と補助パワーモジュール６００とを金属接合した後に、部分的にマスキングをして溶射膜７１０を形成するようにしてもよい。
（絶縁膜の形成）
　図２９を用いて、絶縁層７００を構成する絶縁膜７２０の形成方法について説明する。絶縁膜７２０を構成する樹脂には、後に溶射膜が形成されていないベース板（モジュールケース３０４）側の放熱部３０７Ａおよび３０７Ｂを接着できる性能が必要とされる。そこで、接着性のあるフェノール系、アクリル系、ポリイミド系、ポリアミドイミド系、エポキシ系、シリコン系、ビスマレイミドトリアジン系、シアネートエッセル系を基にした樹脂を用いる。特に、接着性が高いビスマレイミドトリアジン系、ポリアミドイミド系、ポリイミド系、シアネートエッセル系、エポキシ系、フェノール系を基にした樹脂を用いると、接着後に剥離しにくくモジュールの寿命が高まる。
　次に、パワー半導体素子から発生する熱をモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａおよび３０７Ｂに効率よく伝えるために、高い熱伝導率が必要なので、上記に例示した樹脂７２１に絶縁性のフィラー７２２を分散する。樹脂７２１にフィラー７２２を分散すると絶縁膜７２０の熱伝導率を向上することができる。しかし、フィラー７２２が混入されることにより絶縁膜７２０の粘度が高くなり、溶射膜７１０の空孔７１２への含浸が困難となる。
　そこで、本発明の一実施の形態では、溶射膜７１０の空孔７１２の孔サイズをフィラー７２２の粒子サイズよりも大きくなるようにして、フィラー７２２が分散した樹脂等の含浸性を向上させている。絶縁膜７２０に混入させるフィラー７２２は絶縁性を有したものがよく、フィラー７２２は、溶射膜７１０よりも熱伝導率を同等以上に高いものを使用することにより、絶縁層７００の熱伝導率を向上することができる。フィラー７２２は、具体的には、アルミナ、シリカ、マグネシア、ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ、窒化珪素、窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなど炭化物などの高熱伝導なセラミックスのフィラーがより好ましい。
　図３０を用いて、溶射膜７１０の空孔７１２内にフィラー７２２が含有された樹脂７２１からなる絶縁膜７２０を含浸させる工程を説明する。溶射膜７１０は、セラミックス充填率が最大９７％程度であり、フィラー７２２が含有された樹脂７２１からなる絶縁膜７２０よりもフィラーの充填率が高いが、三次元的な空孔７１２（図２９（ｂ）参照）を有する。そのため、そのままでは絶縁特性や熱伝導率に劣る。さらには、３次元的な空孔７１２が形成されているため、そのままでは温度昇降に伴う熱応力での割れ感受性が高い。
　フィラー７２２が含有された樹脂７２１から構成される絶縁膜７２０をシート状に形成し、図３０（ｂ）に図示されるよう溶射膜７１０上に配置すると、毛細管現象により絶縁膜７２０を仮付けした下に存在する溶射膜７１０の孔内に含浸することが可能である。絶縁膜７２０の空孔７１２内への含浸は、含浸前後、あるいは含浸中に減圧すると、未充填となる領域や含浸前に溶射膜７１０内に内包されているガスの巻き込みボイドの発生を防止することができる。
　また、ディスペンサーなどを用いて、溶射膜７１０上に塗布してもよい。絶縁膜７２０を塗布すると、絶縁膜７２０が塗布された領域以外の部分にも流れ、また、また溶射膜７１０の周囲の側部にも流れる。このため、溶射膜７１０内に内包されている巻き込みボイドの発生を防止することができる。また、絶縁膜７２０の下層の溶射膜７１０の空孔７１２内に含浸できたかどうかを確認しやすい。この時、注入前後や注入中、あるいは含浸後に減圧してもよい。
　溶射膜７１０の孔内にフィラー７２２が混入しやすいように、溶射膜７１０の空孔７１２の孔径（サイズ）は含浸されるフィラー７２２の粒径（サイズ）より大きく形成する。溶射膜７１０の空孔７１２の孔径は、溶射条件である、母材の予熱温度、基材のパス間温度、アーク電流、アーク電圧、溶射距離、粉末粒径により制御できる。従来では、溶射膜７１０の空孔７１２の孔径は混入するフィラー７２２の粒径より小さいものであったため、溶射膜７１０の空孔７１２内には樹脂のみが含浸される構造であった。溶射膜７１０の空孔７１２の粒径を大きくするには、溶射膜７１０と母材との密着性等を十分確保出来る範囲内で、母材の予熱、パス間温度、アーク電流、及びアーク電圧を低く、溶射距離を長く、かつ、溶射材の粉末粒径を小さくする。
　また、含浸プロセスやその後の溶剤の除去時に加熱する際は、溶射した溶射素材７１１が半硬化状態よりも硬化進行度が進行しない温度や時間とする。また、図３０（ｂ）に示すように、仮付けした絶縁膜７２０上に保護フィルム３５２を設けておくと、絶縁膜７２０のモジュールケース３０４接着側表面に熱伝導率を下げる絶縁膜７２０が付着しないため、生産しやすい。
　溶射膜７１０を形成する工程は、フィラー７２２が分散された絶縁膜７２０を含浸する工程の前に少なくとも終えていることが望ましい。また、絶縁膜７２０による溶射膜７１０への含浸作業を複数回行うとよい。すなわち、溶射膜７１０を形成する工程と、フィラー分散樹脂を含浸する工程とを、溶射膜７１０の厚さが所定値に達するまで交互に繰り返す。フィラー分散樹脂を含浸する工程は、上述した如く、溶射膜７１０上に絶縁膜７２０を形成し、溶射膜７１０の空孔７１２内にフィラー７２２含有樹脂を含浸するものである。この方法は、フィラー７２２が分散された絶縁膜７２０の含浸性が悪い場合等に有効である。
［半導体モジュールとモジュールケースの接合］
　図３１と図３２を用いて、絶縁層７００を介してパワー半導体モジュール３０２とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａと３０７Ｂを接合する工程を説明する。図３１（ａ）は、モジュールケース３０４の薄肉部３０４Ａを変形させ熱圧着する前の状態を示す。図３２（ａ）は、モジュールケース３０４の放熱部３０７Ａと３０７Ｂを加圧し、薄肉部３０４Ａを変形させ熱圧着し、ニ次封止樹脂３５１で残る空間を封止した状態を示す。
　図２８に示すようにパワー半導体モジュール３０２の両面に溶射膜７１０を形成した後、図２９に示すように、その溶射膜７１０の上に絶縁膜７２０を形成し、溶射膜７１０の内部に樹脂を含浸し、さらに外周部に樹脂層７３０を形成する。溶射膜７１０の上に絶縁膜７２０を形成し、溶射膜７１０の内部に樹脂を含浸すると共に外周部に樹脂層７３０を形成する工程は、一度のプロセスで行うことができる。その方法を以下に示す。
　パワー半導体モジュール３０２の両面に溶射膜７１０を形成し、次に、図２９に示すように、溶射膜７１０の上に絶縁シート７２０Ａを配置する。絶縁シート７２０Ａは、樹脂基材内にセラミックス等のフィラーが混入されたシート状の部材であり、この絶縁シート７２０Ａの量は、形成する絶縁膜７２０の量よりも多く設定される。つまり、絶縁シート７２０Ａは、絶縁膜７２０よりも厚く形成される。絶縁シート７２０Ａが形成されたパワー半導体モジュール３０２は、図３１に図示されるように、モジュールケース３０４内に挿入される。パワー半導体モジュール３０２をモジュールケース３０４に挿入する場合、接続部３７０でパワー半導体モジュール３０２が接合された補助パワーモジュール６００の配線絶縁部６０８（図１５参照）をモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂに固定すると位置合わせできる。
　次いで、図３２に示すように、放熱部３０７Ａ、３０７ＢをＺ方向に加圧して、薄肉部３０４Ａをケース内側に変形させ、放熱部３０７Ａ、３０７Ｂをパワー半導体モジュール３０２に密着させる。この時、絶縁シート７２０Ａは、パワー半導体モジュール３０２に圧着され絶縁膜７２０が形成される。この圧着の際に、絶縁シート７２０Ａは絶縁膜７２０の厚さまで加圧されるため、絶縁シート７２０Ａの樹脂成分は溶射膜７１０の空孔７１２に含浸されるとともに、溶射膜７１０の周側部に溢れ出る。溶射膜７１０の周側部に溢れ出た絶縁シート７２０Ａの樹脂成分により樹脂層７３０（図３２（ａ）参照）が形成される。
　例えば、絶縁シート７２０Ａはフィラーの混入量が２０ｖｏｌ．％であるとする。そして、フィラー７２２の大きさは、溶射膜７１０の表面凹部の大きさよりも小さく、溶射膜７１０内の空孔７１２よりも小さく設定されている。絶縁シート７２０Ａの樹脂成分が溶射膜７１０内の空孔７１２に含浸されるとともに、周囲の側部に樹脂が流れ出るように加圧し、絶縁シート７２０Ａの樹脂成分が半分に減ったとする。この場合、絶縁シート７２０Ａの樹脂成分のみが周側部に流れ出るものとすると、樹脂層７３０内部にはフィラーは混入されておらず、絶縁膜７２０のフィラー混入率は約４０ｖｏｌ．％程度まで増加することになる。また、絶縁シート７２０Ａの樹脂成分と共に絶縁シート７２０Ａに含有されているフィラー７２２の一部が周方向端部に流れ出るものとすると、樹脂層７３０にもフィラーが混入されることになる。なお、樹脂層７３０の形成は、絶縁シート７２０Ａを用いる方法でなく、フィラーが混入した樹脂を塗布またはディップ等の方法により溶射膜７１０上に被着させる方法とすることもできる。
　図３２（ａ）に示すように、放熱部３０７Ａおよび３０７Ｂを絶縁膜７２０の面積よりも広くすると、パワー半導体モジュール３０２とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａと３０７Ｂの周側部にフィラーが少なく弾性的な樹脂層７３０で補強された構造となる。パワー半導体モジュール３０２とモジュールケース３０４部材間の熱膨張係数差により、使用環境時の温度上昇にともない絶縁層７００に発生する熱応力は、接着面の周側部で大きくなる。しかし、周側部に弾性的な樹脂層７３０を設けることで絶縁層７００に発生する熱応力を吸収できるため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。このように樹脂層７３０は、導体板３１５、溶射膜７１０、絶縁膜７２０及び放熱部３０７Ｂからなる積層体の応力緩和用としての機能を有する。
　図３１（ｂ）に示すように、絶縁シート７２０Ａを仮付けする前の溶射膜７１０の表面よりも、絶縁膜７２０を形成した後は、絶縁膜７２０の接着面が平坦化されているため、モジュールケース３０４との接着性を向上することができる。
　絶縁膜７２０の厚さは、薄いほど熱抵抗が減少し絶縁層の放熱性が向上する。しかし、薄すぎるとモジュールケース３０４の反りや表面粗さを吸収できないため、溶射膜７１０に含浸しきれずに厚さ方向にはみ出している絶縁膜７２０の最小厚さは、モジュールケース３０４内面の反りや最大表面粗さＲmaxを吸収できる範囲よりも大きくすることが望ま
しい。絶縁膜７２０の厚さ調整は、シート状で供給することにより簡便となる。絶縁膜７２０の最大厚さは、例えば５～１００μｍの範囲で調整され、好ましくは１０～５０μｍの範囲となる。接着後に絶縁膜７２０に混入しているフィラー７２２の体積率は、５～８０％の範囲とする。ただし、体積率が大きいほど熱伝導率が高くなり放熱性が向上するが、接着強度が劣化するため、好ましくは３０～６０％の範囲がよい。
　また、接着面となるモジュールケース３０４側にサンドブラストやディンプルなどの物理的な粗化処理、エッチング、陽極酸化、化成処理などの化学的な粗化処理、用いる樹脂に対し接着性の高い層とめっきやスパッタやカップリング処理で設けることで相対的に接着強度を向上することができ、絶縁膜７２０に混入させるフィラー７２２の体積率を増加することができる。接着前の絶縁シート７２０Ａのフィラー７２２の含有量が少ない場合でも、接着時の加圧により絶縁膜７２０を含浸した溶射膜７１０と共にモジュールケース３０４内の薄肉部３０４Ａ方向外周に溢れでるようにすることにより、接着後のフィラー７２２量を大きくすることもできる。モジュールケース３０４との接着時の加圧力を増加することでボイドを排出することが可能である。
　上記実施形態においては図示しなかったが、溶射膜７１０上だけでなく、モジュールケース３０４側にも絶縁膜７２０、あるいは空孔７１２内にフィラー含有樹脂が含浸された溶射膜７１０と絶縁膜７２０を形成してもよい。溶射膜７１０の表面は、凹凸を設けアンカー効果により絶縁膜７２０との接着力を高めている。溶射膜７１０の表面凹凸の制御は、溶射条件である、溶射温度、基材の予熱温度、噴射速度、雰囲気、粉末粒径により制御できる。また、必要に応じて溶射後に研削や研磨やレーザ照射などの表面加工を施しても良い。ここで、樹脂はセラミックスや金属に比較して著しく熱伝導率が小さく、放熱経路に厚さ１０μｍでも樹脂の硬化層が存在するとモジュール全体の放熱性が低下するため、溶射膜７１０の凹部に存在する絶縁膜７２０内には、フィラー７２２を存在させることが重要である。
　こうして形成した絶縁層７００は、溶射膜７１０内に、高熱伝導なフィラー７２２が含有された樹脂７２１を含浸させることで放熱性の劣化を防止することができ、また、高い熱伝導率を得ることができる。導体板３１５や放熱部３０７Ｂに比較して熱膨張係数が小さいセラミックスの内部に、導体板３１５や放熱部３０７Ｂよりも熱膨張係数が大きい樹脂７２１を含浸することで熱膨張係数が導体板３１５や放熱部３０７Ｂに近づき、使用中の温度変化で発生する熱応力が小さくなる。よって、モジュールの信頼性が高まる。
　また、図示はしないが、導体板３１５、５２０、３１８、３１９（以下、代表して「３１５」とする。）側に第１の絶縁層７００Ａを形成し、モジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ、３０７Ｂ（以下、代表して「３０７Ｂ」とする。）側に第２の絶縁層７００Ｂを形成する接合構造とすることもできる。第１の絶縁層７００Ａと第２の絶縁層７００Ｂとは、それぞれの絶縁層７００Ａ、７００Ｂを構成する絶縁膜７２０Ａ、７２０Ｂ同士を接着する。
　上記第１および第２の絶縁層７００Ａ、７００Ｂを構成する各溶射膜７１０の空孔７１２に含浸されるフィラー７２２の混入率を異なるものにすることもできる。この場合、導体板３１５に形成される溶射膜７１０Ａのセラミックス充填率を、モジュールケース３０４に形成される溶射膜７１０Ｂよりも大きくすると、絶縁層７００の熱膨張係数は、導体板３１５側からモジュールケース３０４に向かって大きくなる。この時、導体板３１５の熱膨張係数をモジュールケース３０４よりも小さくすれば、熱応力を緩和しさらにモジュールの信頼性を高めることが可能となる。例えば、導体板３１５にＣｕやＣｕ合金を用い、モジュールケース３０４にＡｌやＡｌ合金を用いた構造がよい。
　あるいは、溶射膜７１０に含浸させる樹脂を、溶射膜７１０上に形成する絶縁膜７２０を構成する樹脂７２１とは異なるようにすることもできる。溶射膜７１０に含浸させる樹脂の熱膨張係数を、絶縁膜７２０を構成する樹脂７２１よりも大きくすれば、絶縁層７００内の熱膨張係数は導体板３１５からモジュールケース３０４に向かって小さくなる。この時、導体板３１５に、ＣｕやＣｕ合金を用い、モジュールケース３０４にＡｌＳｉＣやＡｌＣとＡｌの複合材を用いた構造とすることが望ましい。
　また、絶縁層７００による接着温度や溶射による温度上昇は、ろう材を用いたセラミックス板の接合温度よりもはるかに低い。このため、パワー半導体モジュール３０２作製時の熱応力を低減することができ、溶射膜７１０の厚さを、シート状部材と同等にまで薄くすることができる。これにより、パワーモジュール絶縁部の放熱性を向上することができる。
　導体板３１５と放熱部３０７Ｂとを接着する際、上述した通り、溶射膜７１０は、導体板３１５あるいは放熱部３０７Ｂに接合し、あるいは空孔７１２内に含浸されたフィラー７２２同士が溶着し一定の強度を有しているため、接着時の加圧力を増加することができる。加圧力を増加することでボイドの少ない接着層にすることができる。絶縁シートでは、加圧力を増加すると、絶縁層７００の厚さ変化が大きくなるため、絶縁層７００の層厚を小さくすることができない。絶縁層７００は、耐電圧が確保できる最小の厚さとすればよく、従来では、この最小の厚さにすることができなかった。本発明における一実施の形態では、絶縁層７００の厚さを十分に薄くすることが可能であり、かつ、パワー半導体モジュール３０２の絶縁性能、放熱性の劣化を防止することが可能である。なお、本発明によるパワー半導体モジュール３０２は、上記一実施の形態以外の形態とすることが可能であり、以下の、他の実施形態を例示する。
－実施形態２-
　図３３は、本発明の実施形態２に係り、パワーモジュールの絶縁層の一部である溶射膜の導体板への形成を説明するための図であり、（ａ）は溶射前の断面図であり、（ｂ）は溶射後の断面図であり、（ｃ）は、図３３（ｂ）における溶射膜の拡大図である。図３４は、図３３の導体板側に形成された溶射膜にフィラーが分散した絶縁膜を仮付けする工程を説明するための図であり、（ａ）は全体の断面図であり、（ｂ）は図３４（ａ）における絶縁膜の仮付け前の拡大図であり、（ｃ）は図３４（ａ）における絶縁膜の仮付け後の拡大図である。
　実施形態２として示すパワー半導体モジュール３０２では、図３４（ｃ）に図示されるように、絶縁層７００が、フィラー含有樹脂７４０が含浸された第１の溶射膜７１０Ａと、この第１の溶射膜７１０Ａ上に形成された第２の溶射膜７１０Ｂとを有する点に特徴を有する。第２の溶射膜７１０Ｂ上には、実施形態１と同様に、モジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ、３０７Ｂに接着される絶縁膜７２０が形成されている。
　第１の溶射膜７１０Ａおよび第２の溶射膜７１０Ｂは絶縁体であり、酸化物やセラミックスの粉体を溶射し作製する。溶射による導体板３１５、３２０や放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの温度上昇は小さく、溶融、熱劣化、反りなどの熱変形も小さいため、導体板３１５、３２０はパワー半導体素子が接合された導体板形状、さらには樹脂で封止された状態に形成した後に、溶射膜７１０を形成することができる。図３３を用いて本発明の実施形態２として示すパワー半導体モジュール３０２の製造方法を説明する。
　図３３（ａ）は、トランスファーモールド後のパワー半導体モジュール３０２の断面を示しており、図３３（ｂ）は導体板３１５、３２０、３１８、３１９（以下、代表して「３１５」とする。）側に第１および第２の溶射膜７１０Ａ、７１０Ｂを形成した後の断面図であり、図３３（ｃ）は図３３（ｂ）における導体板３１５、３２０と第１および第２の溶射膜７１０Ａおよび第２の溶射膜７１０Ｂを拡大した模式図を表している。上記に述べたように、酸化物やセラミックス粉末をプラズマ溶射法により形成する場合は、パワー半導体モジュール３０２の温度上昇は１００～１８０℃程度であるため、一次封止樹脂３４８、金属接合部１６０、ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５６、１６６は熱劣化しない。よって、２２０～３００℃の温度範囲でなされるチップ接合を先に行うことができる。これにより、導体板に溶射した後にチップ接合する場合に比較して、熱膨張係数の小さい溶射膜と熱膨張係数の大きい導体板の積層部に発生する熱応力を低減することができる。
　導体板３１５に第１の溶射膜７１０Ａを形成し、この後、第１の溶射膜７１０Ａを構成する溶射素材７１１ａ間に形成された空孔７１２ａ内に、樹脂基材７４１内にフィラー７４２が分散されたフィラー含有樹脂７４０を含浸する。フィラー含有樹脂７４０の含浸は、実施形態１に示した方法により行うことができる。すなわち、フィラー含有樹脂７４０を樹脂シート状に形成し、加熱圧着により第１の溶射膜７１０Ａの空孔７１２ａ内に含浸させる。あるいは、塗布またはディップ等により、フィラー含有樹脂７４０を第１の溶射膜７１０Ａの空孔７１２ａ内に含浸させるようにしてもよい。
　また、第１の溶射膜７１０Ａを形成する導体板３１５の処理面に対し、溶射前にサンドブラストやエッチングにより粗化すると、第１の溶射膜７１０Ａの接合強度を向上することができる。また、第２の溶射膜７１０Ｂを形成する第１の溶射膜７１０Ａの処理面に対し、溶射前にサンドブラストやエッチングにより粗化すると、第２の溶射膜７１０Ｂの接合強度を向上することができる。第１の溶射膜７１０Ａおよび第２の溶射膜７１０Ｂを形成する粉末は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ、窒化珪素、窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなどの炭化物といった高熱伝導なセラミックスの粉体から選ばれ、これら単体組成、酸化物と窒化物あるいは炭化物との複合組成、あるいは混合粉末が用いられる。
　導体板３１５、一次封止樹脂３４８に形成する第１の溶射膜７１０Ａは、これらセラミックスが凝固し形成した扁平形状をしており、図３３（ｃ）に示すように扁平体である溶射素材７１１ａが堆積したような層となる。第１の溶射膜７１０Ａを構成する粒子の平均粒子径と平均空孔サイズは、第２の溶射膜７１０Ｂよりも大きくすることにより、フィラー分散樹脂の含浸性の向上と表面粗さの低減を図ることができる。
　具体的には、第１の溶射膜７１０Ａにおける空孔サイズの円相当直径は０．４～６．０μｍであることが望ましい。この範囲よりも小さいと、フィラー分散樹脂の含性性が著しく悪くなる。一方、この範囲よりも大きいと、第１の溶射膜７１０Ａ自体の熱伝導率が著しく低下する。これにより、第１の溶射膜７１０Ａの熱伝導率は、フィラー分散樹脂の含浸性が高くなるので、第２の溶射膜７１０Ｂよりも高くなる。また、第２の溶射膜７１０Ｂの表面粗さは、平均粒子径の小さな粒子から構成されるので、第１の溶射膜７１０Ａよりも小さくなる。
　第２の溶射膜７１０Ｂの表面粗さ（最大高さ）は、１５μｍ以下であることが望ましい。第１の溶射膜７１０Ａへのフィラー分散樹脂の含浸は、第２の溶射膜７１０Ｂを形成する前に行うことが望ましい。それは、第２の溶射膜７１０Ｂは、第１の溶射膜７１０Ａに比べて空孔サイズが小さいため、フィラー分散樹脂の含浸性が劣るためである。よって、工程の順番は、第１の溶射膜７１０Ａを形成する工程、フィラー分散樹脂を含浸する工程、第２の溶射膜７１０Ｂを含浸する工程の順で行うのが望ましい。これらの工程の間に、その他の工程を取り入れてもよいが、この３つの工程の順番は変更しない。
　第１の溶射膜７１０Ａを形成する工程と、フィラー分散樹脂７４０を含浸する工程は、溶射膜７１０Ａの厚さが所定の値に達するまで交互に繰り返しても構わない。第２の溶射膜７１０Ｂの厚さは、１５～５０μｍが望ましい。この範囲よりも小さいと、第１の溶射膜７１０Ａの表面凹凸を被覆することができず、第２の溶射膜７１０Ｂの表面粗さの増大をもたらす。また、この範囲よりも大きい場合は、熱応力により第２の溶射膜７１０Ｂが剥離する可能性が大きくなる。
　図３４を参照して、第２の溶射膜７１０Ｂを接合する工程を説明する。第２の溶射膜７１０Ｂは、表面粗さ（最大高さ）が１５μｍ以下であり、第１の溶射膜７１０Ａの表面粗さよりも小さい。これにより、溶射膜７１０が単一である実施形態１に比して、絶縁膜７２０との間の間隙を小さくすることができる。このため、ボイド等の接着欠陥が発生し難くなり、第２の溶射膜７１０Ｂと絶縁膜７２０との間の接合力が向上する。図３４（ｂ）に示すように、仮付けした絶縁膜７２０に保護フィルム３５２貼り付けて保護しておくと、絶縁膜７２０のモジュールケース３０４の接着側表面に熱伝導率を下げる絶縁膜７２０が付着しないため、生産しやすい。
　絶縁膜７２０は実施形態１と同様にフィラー７２２を含有する。絶縁膜７２０に含有されたフィラー７２２は、第２の溶射膜７１０Ｂの空孔７１２内に含浸されてもよい。しかし、絶縁膜７２０に含有されたフィラー７２２は、第２の溶射膜７１０Ｂの空孔７１２内に含浸されず、第２の溶射膜７１０Ｂの空孔７１２内には、絶縁膜７２０の樹脂７２１のみが含浸されるようにしてもよい。
－実施形態３-
　実施形態１、２では、溶射膜をパワー半導体素子が搭載された導体板側に形成する構造であった。しかし、溶射膜をモジュールケースの放熱部側に形成することもできる。以下、図３５乃至図３８を用いて、溶射膜を放熱部側に形成する実施形態を例示する。図３５は、本発明の実施形態３に係り、パワーモジュールの絶縁層の一部である溶射膜の金属製ベース板への形成を説明するための図であり、（ａ）は溶射前の断面図、（ｂ）は溶射後の断面図であり、（ｃ）は異なる形状のベース板の場合を示し、（ｄ）は（ｃ）に図示されたベース板に溶射膜を形成した状態の断面図である。
　図３６は、図３５の金属ベース側に形成された溶射膜にフィラーが分散した絶縁膜を仮付けして、溶射膜孔内に樹脂含浸する工程を説明するための図であり、（ａ）は仮付け前の断面図であり、（ｂ）は仮付け後の断面図である。図３７は、本発明の実施形態に係るパワーモジュールの絶縁層が形成された金属製ベースをケース化する工程を説明するための図であり、図３７（ａ）は、図３５（ａ）の放熱部に対応する図であり、図３７（ｂ）は、図３５（ｃ）の放熱部に対応する図である。図３８は、本発明の実施形態３に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は、外観の断面図、（ｂ）は、図３８（ａ）における絶縁層の拡大図である。
　図３５（ａ）に図示された３０７は、図３８（ａ）に図示されるパワーモジュール３００のモジュールケース（放熱用部材）３０４の放熱部３０７Ａ、３０７Ｂに対応する部材であり、以下では、ベース板という。ベース板３０７は、実施形態１に示す放熱板３０７Ａ、３０７Ｂと同様に多数の放熱用のフィン３０５を有しており、内面側がモジュールケース３０４の内側に突き出している以外は、ベース板３０７は放熱板３０７Ａ、３０７Ｂと同一である。
　以下、絶縁層７００を放熱部側に形成する方法を説明する。先ず、ベース板３０７の上面に溶射膜７１０を形成する。上述した如く、溶射時の被溶射体の温度上昇は１００～２００℃程度であるため、溶射膜７１０は、モジュールケース３０４のベース板３０７をフィン３０５や薄肉部３０４Ａが形成された状態で形成することが可能である。フィン３０５や薄肉部３０４Ａが形成されたベース板３０７は、鋳造や鍛造や機械加工にて作製できる。材質には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ－Ｃ、Ｃｕ－ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ－Ｃなどの複合材などから構成される。ベース板３０７に溶射膜７１０が形成された状態を図３５（ｂ）に図示されている。溶射膜７１０は、薄肉部３０４Ａに形成しないようにマスキングされる。
　次に、図３６（ａ）に図示されるように、溶射膜７１０が形成されたベース板３０７に、フィラー７２２が混入した絶縁膜７２０を溶射膜７１０上に仮付けする。絶縁膜７２０を仮付けするには、樹脂シートの状態、あるいは液状にして塗布、噴霧、ディップする手法がある。この時、図３６（ｂ）に示すように、仮付けされた絶縁膜７２０に保護フィルム３５２を貼り付け、保護フィルム７２０上から加圧し、絶縁膜７２０を溶射膜７１０に押し付ける。これにより、溶射膜７１０に絶縁膜を含浸すると共に溶射膜７１０と絶縁膜７２０を接合する。この工程において、ベース板３０７は、溶射膜７１０と絶縁膜７２０が形成された中央領域が薄肉部７０４Ａより上方に突き出しているため、作業が容易となる。
　溶射膜７１０と絶縁膜７２０の仮付けは、モジュールケース３０４の表裏両面の放熱部３０７Ａ、３０７Ｂに対して行う。次に、図３７（ａ）に図示されるように、放熱部３０７Ａ、３０７Ｂをケース本体３０４Ｃの開口部３０４ｄの周縁部に接合する。接合前に保護フィルム３５２を剥離しておく。放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの周縁部は、それぞれ、周縁部に可撓性を有する薄肉部３０４Ａとされており、この薄肉部３０４Ａの周縁端部を金属接合することでケース本体３０４Ｃに一体化されたモジュールケース３０４が作製される。金属接合は、絶縁層７００から離れた薄肉部３０４Ａの外側をレーザ溶接、摩擦攪拌接合など熱影響領域が小さい手法を用いてなされる。熱影響部が小さい手法を選択することで、樹脂接着部３３３ｂや含浸部３３３ｃの硬化進行度が維持できる。また、詳細は後述する（実施形態４参照）が、ケース状にした状態で、図３６に示した溶射膜７１０にフィラー含有樹脂を含浸することも可能である。
　次に、実施形態１に示した手法で絶縁層７００を介してパワー半導体モジュール３０２とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａと３０７Ｂを接着し、残る空間にニ次封止樹脂３５１を封止する。これにより、図３８に示す本発明の一例である絶縁層７００を有するパワーモジュール３００が完成する。
　導体板３１５やベース板３０７に比較して熱膨張係数が小さいセラミックスの内部に、導体板３１５やベース板３０７よりも熱膨張係数大きい樹脂を含浸することで熱膨張係数が導体板３１５やベース板３０７に近づき、使用中の温度変化で発生する熱応力が小さくなり、パワー半導体モジュール３０２の信頼性が向上する。また、セラミックス充填率が高い溶射膜７１０がモジュールケース３０４側に存在するため、モジュールケース３０４をＣｕやＣｕ合金で導体板３１５、３２０、３１８、３１９をＡｌやＡｌ合金とすると、絶縁層７００内による熱応力の緩和が生じ、さらに信頼性が高くなる。また、導体板３１５、３２０、３１８、３１９、がＣｕやＣｕ合金の場合は、モジュールケース３０４をＡｌ－ＣやＡｌ－ＳｉＣなどのＣｕよりも低熱膨張な材料とすればよい。なお、フィラー含有樹脂が含浸された溶射膜は、三層以上形成してもよく、その内の１つの溶射膜を、他の溶射膜とフィラー充填率が異なるようにすることもできる。
　また、溶接部となる薄肉部３０４Ａには易溶接材のＡｌやＣｕとなるように複合化してもよい。さらに、含浸させる樹脂３３３ｃの熱膨張係数を樹脂３３３Ｂよりも大きくすれば、絶縁層７００内の熱膨張係数は導体板３１５、３１８、３１９、３２０からモジュールケース３０４に向かって大きくなる。この時、導体板３１５、３１８、３１９、３２０にＣｕやＣｕ合金を用い、モジュールケース３０４にＡｌやＡｌ合金を用いた構造にすると、熱応力が連続的に傾斜され緩和される。
　ベース板３０７は、中央部が薄肉部３０４Ａより突き出している形状に限らない。図３５（ｃ）に図示されたベース板３０７は、実施形態１と同様、中央部上面が薄肉部３０４Ａと平坦な形状を有する。図３５（ｄ）は、図３５（ｃ）に図示された形状のベース板３０７に溶射膜７１０を形成した状態の断面図である。この構造のベース板３０７を用いて作成したモジュールケース３０４の断面図を図３７（ｂ）に示す。放熱部３０７Ａの上面には、溶射膜７１０が形成されている。上記放熱部３０７Ａの形状は、一例を示したものに過ぎず、放熱部３０７Ａは他に、種々の形状を採用することができる。
　また、上述の実施形態３では、実施形態１と同様に、溶射膜７１０が単層である構造として例示した。しかし、実施形態２と同様に、フィラー含有樹脂層３４０が含浸された第１の溶射膜７１０Ａと、この第１の溶射膜７１０Ａ上に形成された第２の溶射膜７１０Ｂを形成するようにしてもよい。
-実施形態４-
　図３９は、本発明の実施形態４を示し、図３９（ａ）は樹脂層による応力緩和を増大した接着構造の断面図あり、図３９(ｂ)はケース側に段部と凹部を設けた構造の断面図である。図３９（ａ）、３９（ｂ）は、実施形態１に示した構造に対応する。また、図４０は、本発明の実施形態４を示し、図４０（ａ）樹脂層による応力緩和を増大した接着構造の断面図あり、図４０(ｂ)はケース側に段部と凹部を設けた構造の断面図である。
　パワーモジュール３００は求められる機能に必要な部材で構成されるため、様々な熱膨張係数の部材を積層した構造となる。このように、様々な熱膨張係数の部材を接合や接着すると、応力が端部に集中し端部から剥離が発生、進展していく。これに対し、溶射膜７１０の外周に設けられた弾性的な樹脂層７３０の面積を増大すれば、応力緩和による端部剥離の発生や進展を抑制することが可能である。また、導体板３１５、３２０、３１８、３１９の外周を封止する一次封止樹脂３４８は、導体板３１５、３２０、３１８、３１９よりも熱伝導率がはるかに低いため、その領域では絶縁層７００の熱伝導率は低くても、パワー半導体モジュール３０２モジュールの放熱性は変化しない。
　図３９（ａ）および図４０（ａ）は溶射膜７１０上に形成する絶縁膜７２０の供給量を増加して応力緩和を増大した構造の例である。接着時の加圧を増加して、絶縁膜７２０から溢れた樹脂層７３０により接着用フィレットを形成させる。樹脂層７３０は、放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの周側部の側面および薄肉部３０４Ａの根元部に回り込み、接着力が増大すると共に応力緩和機能が増大する。絶縁膜７２０の供給量を増加することに代えて、絶縁膜７２０上に別の樹脂層を形成して樹脂を増量するようにしてもよい。図３９（ａ）は、樹脂層７３０が薄肉部３０４Ａの中間部まで回り込んだ構造であり、図４０（ａ）は、樹脂層７３０が薄肉部３０４Ａまで達ていない構造である。
　図３９（ｂ）は、放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの外周部の一部あるいは全周に段部３４８ａおよび凹部３４８ｂを設けた構造である。図４０（ｂ）は、モジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの外周部の全周あるいは一部に凹部３０４ａおよび段部３０４ｂを設けた構造である。段部３４８ａ、３０４ｂや凹部３４８ｂ、３０４ａを設けることにより、段部３４８ａ、３０４ｂや凹部３４８ｂ、３０４ａ内に樹脂が充填され、接着力を増大することができる。また、アンカー効果が生じるので、応力の緩和効果が大きくなる。
　また、モジュールケース３０４の挿入口３０６側において、一次封止樹脂３４８に段部３４８ａを形成したり（図３９（ｂ）参照）、放熱板３０７Ａ、３０７Ｂに凹部３０４ａまたは段部３０４ｂを形成したりすることによりパワー半導体モジュール３０２の表面と放熱部３０７Ａ、３０７Ｂとの厚さ方向の間隙が増大する。この間隙から樹脂を侵入させることにより、パワー半導体モジュール３０２とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａと３０７Ｂを仮付け、あるいは接着した状態で溶射膜７１０にフィラー含有樹脂の含浸を行うことが容易となる。また、いずれの例でも、残る空間はニ次封止樹脂３５１で封止される。
-実施形態５-
　図４１は、本発明の実施形態５に係るパワーモジュールを示す図であり、（ａ）は樹脂封止型の片面冷却パワー半導体モジュールの平面図であり、（ｂ）、（ｃ）は、図４１（ａ）におけるＸＸＸＸＩ－ＸＸＸＸＩ断面図であり、図４１（ｂ）は端子を折曲した状態図であり、図４１（ｃ）は端子を折曲する前の状態図である。図４１において信号端子３２５Ｕは、図２に開示したゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５に対応し、信号端子３２５Ｌは、図２に開示したゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５に対応する。また直流正極端子３１５Ｂは、図２に開示した正極端子１５７と同一のものであり、直流負極端子３１９Ｂは、図２に開示した負極端子１５８と同一のものである。また交流端子３２０Ｂは、図２に開示した交流端子１５９と同じものである。
　図４１（ａ）は、図２６の回路を実現するパワー半導体素子と導体板の配置を示している。この配置では、導体板３１８と３２０が同電位となり一枚の導体板で形成できる（以下、導体板３１８と称す）。ＩＧＢＴ３２８、３３０およびダイオード１５６、１６６の表面主電極は、複数の金属ワイヤ３７２あるいは金属リボン３７２により接続され、さらに導体板３１８、３１９に接続される。ワイヤやリボンの材質は、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金の単体および複合材である。ＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６の裏面電極は、金属接合部１６０により導体板３１５に金属接合される。導体板３１５、３１８とベース板３０７は、絶縁層７００を介して接合される。ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６の裏面電極は、金属接合部１６０により導体板３１８に金属接合される。導体板３１５、３１８、３１９と金属ベース３０７は、絶縁層７００を介して接合される。
　図４１（ｂ）に図示されるように、金属ベース３０７側に溶射膜７１０が形成されており、パワー半導体素子から発熱した熱が導体板３１５、絶縁層７００、金属ベース３０７を通り効率良く外部に放熱される。ここでは、金属ベース３０７側に溶射膜７１０を設け、導体板３１５、３１８、３１９側を絶縁膜７２０で接合した例を示したが、導体板３１５、３１８、３１９側に溶射膜７１０を設け、金属ベース３０７側に絶縁膜７２０を設けてもよい。
　溶射膜７１０上に絶縁膜７２０を設けて、溶射膜７１０の空孔７１２内にフィラー含有樹脂を含浸した後、図４１（ｃ）に示すように、パワー半導体モジュール３０２のパワー半導体素子裏面を導体板３１５に接合する。また、ワイヤやタイバー３７２を表面電極にワイヤボンディングした後に、一次封止樹脂３４８により封止する。このように、一次封止樹脂３４８により封止することで、絶縁層７００に接合する際、導体板３１５と放熱部３０７Ｂに与える加圧力による機械的な損傷を防止することができる。また、この例では、ベース板３０７側に溶射膜７１０を形成したが、導体板３１５、３１８、３１９側に溶射膜７１０を形成する場合には、溶射膜形成工程におけるパワー半導体モジュール３０２機械的な損傷を防止することができる。
－実施形態６-
　上記各実施形態では、パワー半導体モジュール３０２を多数のフィン３０５を有する放熱部３０７Ａ、３０７Ｂにより冷却する構造であった。しかし、他の冷却器により冷却するようにすることもできる。図４２は、本発明の実施形態６を示す図であり、冷却器を備えたパワーモジュール３００の断面図である。パワー半導体モジュール３０２は、実施形態５に示した構造と同一である。絶縁層７００はフィラー含有樹脂が含浸された溶射膜７１０と、この溶射膜７１０上に形成された絶縁膜７２０を含んでおり、絶縁膜７２０に、冷却器３８０が密着して配置されている。冷却器３８０内には、冷媒流路３８１が形成されていて、ここを冷媒が流れることにより、パワー半導体モジュール３０２が冷却される。他の構成は、実施形態５と同様であり、対応する構成に同一の符号を付して説明を省略する。
　なお、図４２では、パワー半導体モジュール３０２の片面のみに冷却器３８０を配置した構造として例示した。しかし、冷却器３８０は、パワー半導体モジュール３０２の両面に配置する構造とすることもできる。また、実施形態１～５に示したパワーモジュール３００においても、パワー半導体モジュール３０２を冷却する放熱部３０７Ａ、３０７Ｂに代えて、図４２に図示された冷却器３８０を用いることもできる。
　図４３を用いて本発明に用いられる絶縁層７００の絶縁性能について説明する。図４３の横軸は溶射膜の膜厚であり、縦軸は１００μｍ厚の溶射膜単体の絶縁破壊電圧を１とした場合の規格化絶縁破壊電圧である。図４３に示すように、溶射膜単体では膜中に孔を有しているため絶縁性能に劣るが、樹脂を含浸、さらにフィラー分散樹脂を含浸することにより、絶縁破壊電圧は向上する。このように、本発明の絶縁層７００は、溶射膜単体よりも絶縁性能に優れており、パワーモジュールに適用する際、絶縁に必要な厚さを薄くすることができる。絶縁層の厚さを薄くできることで、絶縁層の熱抵抗が低下し、パワーモジュールの放熱性を向上することができる。
　図４４を用いて、本発明に用いられる絶縁層７００の表面粗さについて説明する。図４４の縦軸は表面粗さ（最大高さＲｙ）の測定結果である。図４４に示すように、溶射膜の表面粗さは溶射膜の膜厚と共に増加するが、平均粒子サイズが小さい粒子から構成される溶射膜の表面粗さは、平均粒子サイズが大きい場合に比べて、小さい。ただし、平均粒径サイズが小さい粒子から構成される溶射膜は、膜厚が５０μｍを超えると熱応力により剥離した。
　よって、絶縁耐圧に必要な溶射膜は、平均粒径サイズが小さい粒子から構成される溶射膜のみでは形成できない。本発明では、平均粒径サイズが大きい粒子から構成される溶射膜で絶縁耐圧に必要な膜厚を確保した上で、平均粒径サイズが小さい粒子から構成される溶射膜で表面粗さを低減する。このように、本発明の絶縁層７００は、溶射膜単体よりも絶縁性能及び表面粗さに優れており、パワーモジュールに適用する際、絶縁層の熱抵抗が低下し、パワーモジュールの放熱性を向上することができる。
　図４５を用いて本発明の絶縁層の比較例である各構成の放熱特性を説明する。厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板に対してアルミナを用いてサンドブラスト処理した後、粒径１０～３０μｍのアルミナ粒子を出力４０ｋＷにてプラズマ溶射した。この時、Ａｌ板に形成する溶射膜の空孔率を抑制し、冷却時の溶射膜の割れを防止するために、Ａｌ板は１８０℃に予熱した。さらに、溶射膜に分散したエポキシ樹脂を含浸したもの、及びフィラー分散したエポキシ樹脂を含浸したものも作製した。密度計による密度の測定、レーザフラッシュ法による熱拡散率の測定、示差走査熱量測定による比熱容量の測定をそれぞれ行い、熱伝導率を算出した。熱伝導率は、代表値として厚さ６０μｍの溶射膜での値で除して、規格（無次元）化してある。
　図４５に示すように、各試験片の規格化熱伝導率は、溶射膜の膜厚と共に低下し、試験毎に見ると、フィラー分散樹脂を含浸材、樹脂を含浸材、含浸なし材の順で低かった。本発明に従い、フィラー分散樹脂した溶射膜の厚さを薄くすることにより、熱伝導率を向上することができる。このように、本発明の絶縁層７００は、溶射膜単体よりも熱伝導特性に優れており、パワーモジュールに適用する際、絶縁層の熱抵抗が低下し、パワーモジュールの放熱性を向上することができる。
　以上説明した通り、本発明のパワー半導体モジュール３０２の各実施形態によれば、下記に示す効果を奏する。
（１）溶射膜７１０を構成する各溶射素材７１１ｂの間に存在する空孔７１２内にフィラー含有樹脂７２０が含浸されているので、導体板３１５、３２０、３１８、３１９（以下、代表して「３１５」とする。）またはベース板３０７の熱伝導率を向上し、放熱性の劣化を防止することができる。
（２）溶射膜７１０にフィラー含有樹脂を含浸させることにより、溶射膜７１０内に内包されているガスの巻き込みボイドの発生を防止することができる。
（３）フィラー含有樹脂は、導体板３１５よりも熱膨張係数が小さいセラミックスフィラーと、導体板３１５よりも熱膨張係数が大きい樹脂を含むため、絶縁層７１０の熱膨張係数を、導体板３１５に近づけることができる。このため、パワー半導体モジュール３０２の温度変化により発生する熱応力を小さくすることができる。
（４）実施形態２に示すように、第１の溶射膜７１０Ａ上に形成する第２の溶射膜７１０Ｂの溶射素材７１１ｂの平均粒子径を、第１の溶射膜７１０Ａの溶射素材７１１ａよりも大きくした。これにより、第２の溶射膜７１０Ｂの表面粗さが小さくなり、導体板３１５またはベース板３０７との接着力を増大することができる。
（５）溶射膜７１０にフィラー含有樹脂を含浸する際、溶射膜７１０の溶射工程と、含浸工程とを交互に複数回繰り返すことにより、含浸を容易かつ確実に行うことができる。
（６）フィラー含有樹脂が含浸された溶射膜７１０を複数層形成し、各溶射膜７１０に含浸されるフィラー含有樹脂に含まれるフィラーの充填率を異なるようにすることにより、各溶射膜７１０の熱膨張係数を調整し、導体板３１５またはベース板３０７との間に発生する熱応力を低減することができる。
（７）絶縁膜７２０および溶射膜７１０の周側部にフィラーを含有しないか、あるいはごく少量含有する樹脂層７３０を形成したため、絶縁層７００、導体板３１５および放熱部３０７Ｂからなる積層体に発生する応力を緩和することができる。
（８）溶射膜７１０上に絶縁シート７２０Ａを配置し、この絶縁シート７２０Ａを圧着して溶射膜７１０を含浸すると共に、応力緩和用の樹脂層７３０を形成するので、作業効率が向上する。
（９）導体板３１５の溶射膜７１０形成面に、ブラスト処理などによる微小な凹凸を形成するので、溶射膜７１０と導体板３１５との接合力を大きくすることができる。
（１０）パワー半導体素子および導体板３１５、３２０、３１８、３１９を封止する一次封止樹脂３４８を形成した後、ブラスト処理を行うようにしたので、溶射処理時に半導体素子やボンディングワイヤ３７１などへの物理的、化学的な影響を、一次封止樹脂３４８によって防止することができる。
　なお、本発明のパワー半導体モジュールは上記各実施形態に限られるものではなく、上述した各実施形態は、適宜、組み合わせて適用することが可能である。また、それ以外にも、発明の趣旨の範囲内で、種々、変形して適用することが可能である。
　要は、導体板に形成される溶射膜に、溶射膜を構成する各溶射素材の間に存在する空孔の少なくとも一部にフィラー含有樹脂が含浸されるようしたものであればよい。
３００　　　パワーモジュール
３０４　　　モジュールケース（放熱用部材）
３０４Ａ　　薄肉部
３０４ａ　　凹部
３０４ｂ　　段部
３０５　　　フィン
３０７　　　ベース板
３０７Ａ、３０７Ｂ　　　放熱部
３１５、３１８、３１９、３２０　　　導体板
３４８　　　一次封止樹脂（樹脂封止部）
３４８ａ　　段部
３４８ｂ　　凹部
３５１　　　二次封止樹脂
３５２　　　保護フィルム
３８０　　　冷却器
３８１　　　冷媒流路
７００　　　絶縁層
７１０　　　溶射膜
７１０Ａ　　第１の溶射膜
７１０Ｂ　　第２の溶射膜
７１１、７１１ａ、７１１ｂ　　溶射素材
７１２、７１２ａ、７１２ｂ　　空孔
７２０　　　絶縁膜
７２０Ａ　　絶縁シート
７２１　　　樹脂
７２２　　　フィラー
７３０　　　樹脂層
７４０　　　フィラー含有樹脂層
 
 

Claims (19)

  1. 　半導体素子と、
    　一面に前記半導体素子が搭載された導体板と、
    　前記導体板の側面部を覆い、前記一面に対向する他面の少なくとも一部を露出する樹脂封止部と、
    　前記樹脂封止部の一面および前記導体板の前記樹脂封止部から露出した前記他面の一部に設けられた溶射膜と、
    　前記溶射膜上に設けられた絶縁膜と、を備え、
    　前記溶射膜には、前記溶射膜を構成する各溶射素材の間に存在する空孔の少なくとも一部にフィラー含有樹脂が含浸されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  2. 　請求項１に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記絶縁膜は、フィラーを含有する樹脂により構成され、前記溶射膜の前記空孔内には、前記絶縁膜を構成する前記フィラーが含有された樹脂が含浸されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  3. 　請求項１または２に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記溶射膜は、第１の溶射膜と、前記第１の溶射膜上に配置された第２の溶射膜とを備え、
    　少なくとも前記第１の溶射膜には、前記第１の溶射膜を構成する各溶射素材の間に存在する空孔の少なくとも一部に前記フィラー含有樹脂が含浸されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  4. 　請求項３に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記第２の溶射膜の前記空孔内には、前記絶縁膜を構成する樹脂が含浸されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  5. 　請求項３または４に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記第１の溶射膜を構成する溶射素材の平均粒子径および空孔サイズは、それぞれ、前記第２の溶射膜を構成する溶射素材の平均粒子径および空孔サイズよりも大きいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
  6. 　請求項３乃至５のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記第１の溶射膜は、前記第２の溶射膜よりも熱伝導率が高いことを特徴とするパワー半導体モジュール。
  7. 　請求項３乃至８のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記第２の溶射膜の表面粗さの最大値は、前記第１の溶射膜の表面粗さの最大値よりも小さいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
  8. 　請求項３乃至７のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記第１の溶射膜の前記空孔のサイズは、０.４～６μｍ程度であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  9. 　請求項３乃至８のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記第２の溶射膜の表面粗さは、最大値が１５μｍ以下であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  10. 　請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、前記フィラー含有樹脂が含浸された複数層の前記溶射膜を有し、少なくとも、いずれか１つの前記溶射膜は他の溶射膜とは、フィラー充填率が異なることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールにおいて、
    　前記溶射膜および前記絶縁膜の周囲に応力緩和用樹脂層が形成されていることを特徴とするパワー半導体モジュール。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュールと、放熱用部材とを備え、前記放熱用部材は、前記溶射膜を介して前記パワー半導体モジュールに熱伝導可能に設けられていることを特徴とするパワーモジュール。
  13. 　請求項１２に記載のパワーモジュールにおいて、前記放熱用部材の周側部または前記半導体モジュールの前記樹脂封止部の周側部に段部または凹部が形成され、前記段部または凹部に応力緩和用の樹脂が充填されていることを特徴とするパワーモジュール。
  14. 　請求項１２または１３に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記パワー半導体モジュールの導体板は、前記半導体素子の表面側に熱伝導可能に接合された表面側導体部と前記半導体素子の裏面側に熱伝導可能に接合された裏面側導体部とを含み、
    　前記放熱用部材は、それぞれ、複数の放熱用フィンを有し、前記溶射膜を介して前記表面側導体部および前記裏面側導体部に熱伝導可能に接合された第１の放熱部および第２の放熱部と、それぞれ、前記第１の放熱部および前記第２の放熱部の周囲に形成された、塑性変形可能な薄肉部を有することを特徴とするパワーモジュール。
  15. 　半導体素子が一面に搭載された導体板と、前記導体板の側面部を覆い、前記一面に対向する他面の少なくとも一部を露出する樹脂封止部とを有するパワー半導体モジュールと、放熱用部材とを準備する工程と、
    　前記パワー半導体モジュールまたは前記放熱用部材の一方の一面に、溶射素材間に空孔を有する溶射膜を形成する第１の工程と、
    　前記溶射膜の前記空孔内にフィラー含有樹脂を含浸させる第２の工程と、を備えることを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
  16. 　請求項１５に記載のパワーモジュールの製造方法において、
    　前記第２の工程の後、前記フィラー含有樹脂が含浸された前記溶射膜上に、別の溶射膜を形成する工程を備えることを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
  17. 　請求項１５に記載のパワーモジュールの製造方法において、
    　前記第１の工程と前記第２の工程とを複数回繰り返すことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
  18. 　請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法において、
    　前記第２の工程は、前記溶射膜上に絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
  19. 　請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載のパワーモジュールの製造方法において、
    　前記第２の工程は、前記の溶射膜上にフィラー含有樹脂からなる絶縁シートを配置し、前記絶縁シートを加圧して前記溶射膜の前記空孔内にフィラー含有樹脂を含浸させる工程を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
     
     
     
     
     
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