WO2021106519A1 - 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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WO2021106519A1
WO2021106519A1 PCT/JP2020/041455 JP2020041455W WO2021106519A1 WO 2021106519 A1 WO2021106519 A1 WO 2021106519A1 JP 2020041455 W JP2020041455 W JP 2020041455W WO 2021106519 A1 WO2021106519 A1 WO 2021106519A1
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power module
heat dissipation
circuit body
gap
case frame
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佑輔 高木
時人 諏訪
裕二朗 金子
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日立Astemo株式会社
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    • H01L2924/181—Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a power module and a method for manufacturing the power module.
  • Power converters that use switching of power semiconductor elements are widely used for consumer, in-vehicle, railway, substation equipment, etc. because of their high conversion efficiency. For example, in hybrid vehicles and electric vehicles, it is important to improve the performance of mounted parts, and miniaturization and cost reduction are required.
  • openings are provided on both sides of a case body for accommodating a semiconductor module inside, and a base portion of a heat sink with fins and a base portion of the case body are welded by friction stir welding on the periphery of each opening.
  • the power module that has been used is disclosed.
  • Patent Document 1 dimensional accuracy is required for friction stir welding, and a series of manufacturing processes such as deforming a thin portion on the outer circumference of fins are complicated, resulting in a decrease in productivity and an increase in cost.
  • the power module according to the present invention includes a circuit body, a case frame body having an opening formed on one surface, and a heat dissipation base arranged in the opening, a module case for accommodating the circuit body, the module case, and the above.
  • the method for manufacturing a power module according to the present invention includes a first step of arranging a circuit body at a position facing the opening in a case frame body having an opening formed on one surface, and a heat dissipation base of the case frame body.
  • a third step of filling the gap between the heat radiation base and the outer peripheral surface of the heat dissipation base with a resin member is provided.
  • the method for manufacturing a power module according to the present invention includes a first step of arranging a circuit body at a position facing the opening in a case frame body having an opening formed on one surface, and a heat dissipation base of the case frame body.
  • a fourth step of forming a spacer from the resin member is provided.
  • the productivity of the power module is improved and the cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the circuit body 100.
  • the circuit body 100 includes power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L.
  • the power semiconductor elements 321U and 321L are IGBTs.
  • the power semiconductor elements 322U and 322L are diodes.
  • the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L may be FETs or the like.
  • the circuit body 100 is composed of an upper arm 300U and a lower arm 300L.
  • the upper arm 300U is composed of a power semiconductor element 321U and a diode 322U.
  • the lower arm 300L is composed of a power semiconductor element 321L and a diode 322L.
  • the upper arm 300U has a DC positive electrode terminal 311 and a signal terminal 314.
  • the lower arm 300L has a DC negative electrode terminal 312 and a signal terminal 315.
  • the DC positive electrode terminal 311 and the DC negative electrode terminal 312 are connected to a capacitor or the like (not shown), and power is supplied from the outside of the circuit body 100.
  • the signal terminals 314 and 315 are connected to a control board (not shown) and control the switching operation of the power semiconductor elements 321U and 321L.
  • the circuit body 100 includes an AC terminal 313.
  • the AC terminal 313 electrically connects the upper arm 300U and the lower arm 300L, and outputs an alternating current to the outside of the circuit body 100.
  • FIG. 2 is an external view of the power module 300.
  • the power module 300 includes a module case 341.
  • the circuit body 100 is housed in the module case 341.
  • the module case 341 has an entrance opening 351 on the top surface 353.
  • the inlet opening 351 is filled with a resin member 332.
  • the DC positive electrode terminal 311, the DC negative electrode terminal 312, the AC terminal 313, and the signal terminals 314 and 315 project from the resin member 332.
  • FIG. 3 is a front view of the power module 300.
  • the module case 341 is composed of a case frame body 342 and a heat dissipation base 344.
  • the case frame body 342 has a heat radiating portion opening 352 on a surface perpendicular to the top surface 353.
  • a heat radiating base 344 is fitted in the heat radiating portion opening 352. That is, the module case 341 includes a case frame body 342 having a heat radiating portion opening 352 formed on one surface thereof and a heat radiating base 344 arranged in the heat radiating portion opening 352, and houses the circuit body 100.
  • the case frame body 342 has a flange 346.
  • a plurality of heat radiating fins 343 are installed on the heat radiating base 344 to circulate a refrigerant such as cooling water to dissipate heat.
  • the heat radiating fins 343 are installed on one surface of the heat radiating base 344.
  • the case frame body 342 is arranged so as to have a gap 354 on the entire circumference of the heat dissipation base 344.
  • the gap 354 is between the inner peripheral surface of the heat radiating portion opening 352 and the outer peripheral surface of the heat radiating base 344.
  • the gap 354 is filled with the resin member 332 and is exposed so as to be visible from the surfaces of the case frame 342 and the heat dissipation base 344.
  • the resin member 332 has a gap 354, which makes it easier to discharge voids during molding. Further, the resin member 332 has a gap 354 so that the filling state can be visually confirmed.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the power module 300. As shown in FIG. 4, the power module 300 is configured by inserting the circuit body 100 into the inlet opening 351 of the case frame body 342.
  • the circuit body 100 includes power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L inside.
  • the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L are thermally connected to the heat sink 360.
  • the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, 322L and the heat sink 360 are sealed with the mold resin 331.
  • the heat radiating surface 335 is exposed from the mold resin 331 on both sides of the circuit body 100.
  • the insulating sheet 333 is adhered to the heat radiating surface 335.
  • the insulating sheet 333 is arranged on both sides so as to sandwich the circuit body 100.
  • the heat dissipation base 344 is adhered to the surface of the insulating sheet 333 opposite to the adhesive surface of the circuit body 100.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the power module 300, and is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L each have electrodes on both sides, and are bonded to the electrodes by a bonding material 361.
  • a heat sink 360 is bonded to both sides of the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L so as to sandwich the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L on the opposite surface to which the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L are bonded to the electrodes.
  • An insulating sheet 333 is adhered to the heat radiating plate 360. Further, the heat dissipation base 344 is adhered to the insulating sheet 333. As a result, both sides of the power semiconductor devices 321U, 321L, 322U, and 322L are cooled via the members to be joined.
  • the resin member 332 is filled in the space between the module case 341 and the circuit body 100, that is, between the case frame body 342, the heat dissipation base 344, the circuit body 100, and the insulating sheet 333. Further, the resin member 332 is also filled in the gap 354 between the inner peripheral surface of the heat radiating portion opening 352 (see FIG. 4) and the outer peripheral surface of the heat radiating base 344, and at least the resin member 332 filled in the gap 354 is filled. A part is exposed to the outside of the module case 341.
  • the width of the gap 354 is, for example, 50 ⁇ m or more in consideration of moldability.
  • the resin member 332 is filled around the entire circumference of the gap 354 and seals the case frame body 342 and the heat dissipation base 344.
  • the insulating sheet 333 is arranged between the circuit body 100 and the heat radiating base 344, but when projected from a direction perpendicular to the main surface of the heat radiating base, the gap 354 is formed on the outer peripheral side of the heat radiating sheet 333. This prevents the gap 354 from being blocked by the insulating sheet 333.
  • the first step is a step of arranging the circuit body 100 at a position facing the heat radiating portion opening 352 in the case frame body 342 in which the heat radiating portion opening 352 is formed on one surface. As shown in FIG. 6, the circuit body 100 is inserted into the case frame body 342 from the inlet opening 351 in the Y direction shown in the drawing.
  • the second step is a step of arranging the heat radiating base 344 at a position facing the heat radiating portion opening 352 of the case frame body 342 and adhering the heat radiating base 344 to the circuit body 100 via the insulating sheet 333.
  • the heat dissipation base 344 is arranged at a position facing the heat dissipation portion opening 352 of the case frame body 342.
  • the insulating sheet 333 is arranged between the heat radiating base 344 and the circuit body 100 so as to face the heat radiating portion opening 352.
  • the insulating sheet 333 is stored in the case frame body 342 in the X direction shown in FIG. 7 so as to sandwich the circuit body 100 from both sides.
  • the gap 354 described later is arranged so as to be on the outer peripheral side of the insulating sheet 333 so that the insulating sheet 333 does not block the gap 354.
  • the heat dissipation base 344 is stored in the case frame 342 in the X direction shown in the drawing so as to sandwich the circuit body 100 from both sides.
  • the crimping jig 370 includes a jig side surface 372 and a jig pressing surface 373.
  • the jig side surface 372 is sized so as to be close to the outer peripheral side surface of the heat radiation fin 343, and suppresses the misalignment of the heat radiation fin 343.
  • the jig press surface 373 comes into contact with the heat radiation fin 343 and is pushed in the press direction P.
  • the crimping jig 370 transmits the force to the heat radiating fin 343, the heat radiating base 344, the insulating sheet 333, and the circuit body 100. Pressure and temperature are applied to the insulating sheet 333, and the heat radiating base 344 and the circuit body 100 are adhered to each other.
  • the third step is a step of filling the space between the case frame body 342 and the circuit body 100 and the gap 354 between the inner peripheral surface of the heat radiation portion opening 352 and the outer peripheral surface of the heat radiation base 344 with the resin member 332. is there.
  • the resin holding type 380 and the resin injection type 382 are brought into close contact with the case frame body 342 and the heat dissipation base 344.
  • the resin holding mold 380 is installed so that at least the gap 354 and the heat radiating fin 343 are in close contact with each other so that the resin member 332 does not come into contact with the heat radiating fin 343.
  • the resin holding type 380 is provided with an exhaust port 381.
  • the exhaust port 381 is arranged so as to be connected to the gap 354.
  • the exhaust port 381 penetrates so as to allow air to escape, facilitating the void discharge of the resin member 332.
  • the resin injection type 382 is arranged so as to be in close contact with the top surface 353, and a resin injection port 383 is provided.
  • the resin injection port 383 is arranged so as to be connected to the inlet opening 351.
  • the resin member 332 is injected into the case frame 342 through the inlet opening 351 through the resin injection port 383. Further, the resin member 332 is filled into the gap 354 from the inside of the case frame body 342. In the insulating sheet 333, since the gap 354 is on the outer peripheral side of the insulating sheet 333, the gap 354 is not blocked by the insulating sheet 333.
  • the requirements for dimensional accuracy of the case frame 342 and the heat dissipation base 344 are reduced as compared with welding by friction stir welding, and there is no need for steps such as deforming the thin portion on the outer periphery of the heat dissipation base 344. become. Further, the space for arranging the tool for friction stir welding on the case frame 342 and the thin-walled portion are not required, and the power module 300 can be miniaturized. Furthermore, equipment such as tools for friction stir welding becomes unnecessary. As described above, according to the present embodiment, the productivity of the power module 300 is improved and the cost can be reduced.
  • FIG. 10 is a front view of the power module 400 according to the present embodiment.
  • the same parts as those of the power module 300 according to the first embodiment shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that a spacer 410, which is a member for preventing bypass flow, is arranged between the side portion of the heat radiation fin 343 and the flange 346 of the case frame 342.
  • circuit configuration diagram of the circuit body shown in FIG. 1, the external view of the power module shown in FIG. 2, and the exploded perspective view of the power module shown in FIG. 4 are the same as those in the first embodiment.
  • the module case 341 is composed of a case frame body 342 and a heat dissipation base 344.
  • a heat radiating base 344 is fitted in the heat radiating portion opening 352.
  • the case frame body 342 is provided with a flange 346.
  • a plurality of heat radiating fins 343 are installed on the heat radiating base 344 to circulate a refrigerant such as cooling water to dissipate heat.
  • the case frame body 342 is arranged so as to have a gap 354 on the entire circumference of the heat dissipation base 344.
  • the gap 354 is between the inner peripheral surface of the heat radiating portion opening 352 and the outer peripheral surface of the heat radiating base 344.
  • a spacer 410 is arranged between the side portion of the heat radiation fin 343 and the flange 346 of the case frame body 342.
  • the spacer 410 is formed by filling the resin member 332 between the side portion of the heat radiation fin 343 and the flange 346 through the gap 354 from the inside of the case frame body 342.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the power module 400, and is a cross-sectional view taken along the line BB shown in FIG.
  • the same parts as those of the power module 300 according to the first embodiment shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the resin member 332 is filled in the space between the module case 341 and the circuit body 100, that is, between the case frame body 342, the heat dissipation base 344, the circuit body 100, and the insulating sheet 333. Further, the resin member 332 is also filled in the gap 354 between the inner peripheral surface of the heat radiating portion opening 352 (see FIG. 4) and the outer peripheral surface of the heat radiating base 344. The resin member 332 filled in the gap 354 protrudes from the gap 354 to the outside of the module case 341 to form the spacer 410.
  • the water channel 392 surrounds the outside of the module case 341 and is arranged so as to be in contact with the flange 346.
  • the spacer 410 fills the space between the radiating fins 343 and the flange 346, blocks the flow of the refrigerant, and concentrates the refrigerant in the installation area of the radiating fins 343.
  • the insulating sheet 333 is arranged between the circuit body 100 and the heat radiating base 344, but when projected from a direction perpendicular to the main surface of the heat radiating base, the gap 354 is formed on the outer peripheral side of the heat radiating sheet 333. This prevents the gap 354 from being blocked by the insulating sheet 333.
  • FIG. 12 is a diagram showing a manufacturing process of the power module 400.
  • the first step is the same as the first step described with reference to FIG. 6 in the first embodiment. That is, as shown in FIG. 6, the circuit body 100 is arranged at a position facing the heat radiating portion opening 352 in the case frame body 342 in which the heat radiating portion opening 352 is formed on one surface.
  • the second step is the same as the second step described with reference to FIGS. 7 and 8 in the first embodiment. That is, as shown in FIGS. 7 and 8, the heat dissipation base 344 is arranged at a position facing the heat dissipation portion opening 352 of the case frame body 342, and the heat dissipation base 344 is adhered to the circuit body 100 via the insulating sheet 333.
  • the fourth step is a step performed in place of the third step described with reference to FIG. 9 in the first embodiment. That is, in the fourth step, the resin member 332 is filled in the space between the case frame body 342 and the circuit body 100. Further, a resin member 332 is passed between the side portion of the heat radiating fin 343 and the flange 346 of the case frame 342 through a gap 354 between the inner peripheral surface of the heat radiating portion opening 352 (see FIG. 4) and the outer peripheral surface of the heat radiating base 344. To fill. As a result, a spacer 410 made of the resin member 332 is formed between the side portion of the heat radiation fin 343 and the flange 346 of the case frame body 342.
  • the resin holding mold 380 and the resin injection mold 382 are brought into close contact with the case frame body 342 and the heat dissipation base 344.
  • the resin holding type 380 opens a space in which the spacer 410 is formed, and this space is connected to the gap 354.
  • the resin holding type 380 has a partition wall 384 that separates the space where the spacer 410 is formed and the area where the heat radiation fins 343 are provided.
  • the partition wall 384 is located on the side of the heat radiation fin 343.
  • the partition wall 384 prevents the resin member 332 from flowing out of the space where the spacer 410 is formed.
  • the resin holding type 380 is provided with an exhaust port 381.
  • the exhaust port 381 is arranged so as to be connected to the space where the spacer 410 is formed and the gap 354.
  • the exhaust port 381 penetrates so as to allow air to escape, facilitating the void discharge of the resin member 332.
  • the resin injection type 382 is arranged so as to be in close contact with the top surface 353, and a resin injection port 383 is provided.
  • the resin injection port 383 is arranged so as to be connected to the inlet opening 351.
  • the resin member 332 is injected into the case frame 342 through the inlet opening 351 through the resin injection port 383. Further, the resin member 332 forms the spacer 410 from the inside of the case frame body 342 through the gap 354. That is, the resin member 332 is filled in the space of the gap 354 and the spacer 410, and the spacer 410 is formed by the resin member 332.
  • the gap 354 is on the outer peripheral side of the insulating sheet 333, the gap 354 is not blocked by the insulating sheet 333.
  • the spacer 410 for preventing bypass flow in the step of filling the space between the case frame body 342 and the circuit body 100 with the resin member 332 can be molded, which makes it possible to simplify the manufacturing process. As described above, according to the present embodiment, the productivity of the power module 400 is improved and the cost can be reduced.
  • the power modules 300 and 400 include a circuit body 100, a case frame body 342 having a heat radiating portion opening 352 formed on one surface thereof, and a heat radiating base 344 arranged in the heat radiating portion opening 352.
  • the module case 341 to be housed, the space between the module case 341 and the circuit body 100, and the resin member 332 to be filled in the gap 354 between the inner peripheral surface of the heat dissipation portion opening 352 and the outer peripheral surface of the heat dissipation base 344.
  • the resin member 332 filled in the gap 354 is exposed to the outside of the module case 341.
  • the productivity of the power module is improved and the cost can be reduced.
  • the method for manufacturing the power module 300 includes a first step of arranging the circuit body 100 at a position facing the heat radiation portion opening 352 in a case frame body 342 having a heat radiation portion opening 352 formed on one surface, and heat dissipation.
  • a third step of filling the resin member 332 in the space between the spaces and the gap 354 between the inner peripheral surface of the heat radiating portion opening 352 and the outer peripheral surface of the heat radiating base 344 is provided.
  • the method for manufacturing the power module 400 includes a first step of arranging the circuit body 100 at a position facing the heat radiation portion opening 352 in a case frame body 342 having a heat radiation portion opening 352 formed on one surface, and heat dissipation.
  • a resin member 332 is filled in the space between the heat dissipation bases 342, and between the side portions of the heat dissipation fins 343 installed on the heat dissipation base 344 and the flange 346 of the case frame 342, the inner peripheral surface of the heat dissipation portion opening 352 and the heat dissipation base 344.
  • the present invention can be implemented by modifying the first and second embodiments described above as follows. (1) In the first and second embodiments, the examples of the double-sided cooling type power modules 300 and 400 for cooling both sides of the circuit body 100 have been described, but the single-sided cooling type power for cooling one side of the circuit body 100 has been described. It can be applied to modules as well.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other embodiments that can be considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention as long as the features of the present invention are not impaired. .. Further, the configuration may be a combination of the above-described embodiment and a plurality of modified examples.
  • Heat sink 370 ... Crimping jig, 372 ... jig side surface, 373 ... jig press surface, 380 ... resin holding type, 381 ... exhaust port, 382 ... resin injection type, 384 ... partition wall, 410 ... Spacer.

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Abstract

樹脂部材３３２は、モジュールケース３４１と回路体１００との間の空間、すなわち、ケース枠体３４２、放熱ベース３４４、回路体１００、絶縁シート３３３の間に充填される。さらに、樹脂部材３３２は、放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間にある隙間３５４にも充填され、隙間３５４に充填された樹脂部材３３２の少なくとも一部は、モジュールケース３４１の外側に露出している。隙間３５４の幅は、例えば、成形性を考慮して５０μｍ以上である。樹脂部材３３２は、隙間３５４の全周に充填され、ケース枠体３４２と放熱ベース３４４をシールする。

Description

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、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。
　パワー半導体素子のスイッチングを用いた電力変換装置は、変換効率が高いため、民生用、車載用、鉄道用、変電設備等に幅広く利用されている。例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車においては搭載される部品の性能向上が重要視され、小型化や低コスト化が求められている。
　特許文献１には、半導体モジュールを内部に収納するケース本体の両面に開口がそれぞれ設けられ、各開口の周縁にフィン付き放熱板のベース部とケース本体の基台部とが摩擦攪拌接合により溶接されたパワーモジュールが開示されている。
特開２０１３－３９６１５号公報
　特許文献１に記載の技術では、摩擦撹拌接合に寸法精度が要求され、フィン外周の薄肉部分を変形させるなど一連の製造工程も複雑化し、生産性が低下してコストを上げていた。
　本発明によるパワーモジュールは、回路体と、一面に開口が形成されたケース枠体と前記開口内に配置される放熱ベースとを含み、前記回路体を収納するモジュールケースと、前記モジュールケースと前記回路体との間の空間、および前記開口の内周面と前記放熱ベースの外周面との間の隙間に充填される樹脂部材と、を備え、前記隙間に充填された前記樹脂部材の少なくとも一部は、前記モジュールケースの外側に露出している。
　本発明によるパワーモジュールの製造方法は、一面に開口が形成されたケース枠体の中に、前記開口と対向する位置に回路体を配置する第１工程と、放熱ベースを前記ケース枠体の前記開口と対向する位置に配置し、前記放熱ベースを絶縁シートを介して前記回路体に接着する第２工程と、前記ケース枠体と前記回路体との間の空間、および前記開口の内周面と前記放熱ベースの外周面との間の隙間に樹脂部材を充填する第３工程と、を備える。
　本発明によるパワーモジュールの製造方法は、一面に開口が形成されたケース枠体の中に、前記開口と対向する位置に回路体を配置する第１工程と、放熱ベースを前記ケース枠体の前記開口と対向する位置に配置し、前記放熱ベースを絶縁シートを介して前記回路体に接着する第２工程と、前記ケース枠体と前記回路体との間の空間に樹脂部材を充填し、さらに前記放熱ベースに設置された放熱フィンの側部と前記ケース枠体のフランジと間に、前記開口の内周面と前記放熱ベースの外周面との間の隙間を通して前記樹脂部材を充填して、前記樹脂部材によりスペーサを形成する第４工程と、を備える。
　本発明によれば、パワーモジュールの生産性が向上し、低コスト化が可能となる。
第１の実施形態に係わる回路体の回路構成図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの外観図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの正面図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの分解斜視図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの断面図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの製造の第１工程を示す図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの製造の第２工程を示す図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの製造の第２工程を示す図である。 第１の実施形態に係わるパワーモジュールの製造の第３工程を示す図である。 第２の実施形態に係わるパワーモジュールの正面図である。 第２の実施形態に係わるパワーモジュールの断面図である。 第２の実施形態に係わるパワーモジュールの製造の第４工程を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
［第１の実施形態]
　図１は、回路体１００の回路構成図である。
　図１に示すように、回路体１００は、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌを備える。パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１ＬはＩＧＢＴである。パワー半導体素子３２２Ｕ、３２２Ｌはダイオードである。なお、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２ＬはＦＥＴなどであってもよい。
　回路体１００は、上アーム３００Ｕと下アーム３００Ｌで構成される。上アーム３００Ｕは、パワー半導体素子３２１Ｕとダイオード３２２Ｕで構成される。下アーム３００Ｌは、パワー半導体素子３２１Ｌとダイオード３２２Ｌで構成される。上アーム３００Ｕは、直流正極端子３１１と信号端子３１４を有する。下アーム３００Ｌは、直流負極端子３１２と信号端子３１５を有する。
　直流正極端子３１１および、直流負極端子３１２は、図示省略したコンデンサなどと接続され、回路体１００の外部から電力を供給する。信号端子３１４、３１５は、図示省略した制御基板に接続され、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌのスイッチング動作を制御する。
　回路体１００は、交流端子３１３を備える。交流端子３１３は、上アーム３００Ｕと下アーム３００Ｌを電気的に接続し、回路体１００の外部に交流の電流を出力する。
　図２はパワーモジュール３００の外観図である。
　図２に示すように、パワーモジュール３００は、モジュールケース３４１を備える。モジュールケース３４１内には回路体１００が収納される。モジュールケース３４１は天面３５３に入口開口３５１を有する。入口開口３５１は、樹脂部材３３２が充填されている。樹脂部材３３２からは、直流正極端子３１１、直流負極端子３１２、交流端子３１３、信号端子３１４、３１５が突出している。
　図３は、パワーモジュール３００の正面図である。
　図３に示すように、モジュールケース３４１は、ケース枠体３４２と放熱ベース３４４で構成される。ケース枠体３４２は、天面３５３と垂直をなす面に放熱部開口３５２を有する。放熱部開口３５２には、放熱ベース３４４がはめ込まれている。すなわち、モジュールケース３４１は、一面に放熱部開口３５２が形成されたケース枠体３４２と放熱部開口３５２内に配置される放熱ベース３４４とを含み、回路体１００を収納する。ケース枠体３４２は、フランジ３４６を有する。
　放熱ベース３４４には、冷却水などの冷媒を流通させて放熱する複数の放熱フィン３４３が設置される。放熱フィン３４３は、放熱ベース３４４の一方の面に設置される。ケース枠体３４２は、放熱ベース３４４の全周に隙間３５４を持つように配置される。隙間３５４は、放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間である。隙間３５４は、樹脂部材３３２が充填され、ケース枠体３４２および放熱ベース３４４の表面から見えるように露出している。樹脂部材３３２は、隙間３５４があることで成形時のボイドを排出しやすくなっている。また、樹脂部材３３２は、隙間３５４があることで充填の状態を目視等で確認することができる。
　図４は、パワーモジュール３００の分解斜視図である。
　図４に示すように、パワーモジュール３００は、回路体１００をケース枠体３４２の入口開口３５１に挿入して構成される。
　回路体１００は、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌを内部に備えている。パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌは、放熱板３６０と熱的に接続される。パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌと放熱板３６０は、モールド樹脂３３１で封止される。放熱板３６０は、回路体１００の両面において、モールド樹脂３３１から放熱面３３５が露出している。
　回路体１００をケース枠体３４２の入口開口３５１から図示Ｙ方向へ挿入した後に、放熱面３３５には、絶縁シート３３３が接着される。絶縁シート３３３は、回路体１００を挟むように両面に配置される。絶縁シート３３３は、回路体１００の接着面とは反対の面に放熱ベース３４４が接着される。
　図５は、パワーモジュール３００の断面図であり、図３に示す線Ａ-Ａにおける断面図である。
　図５に示すように、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌは、各々両面に電極を持ち、電極と接合材３６１で接合される。パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌと電極が接合される反対の面に、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌを挟むように両面に放熱板３６０が接合される。放熱板３６０には、絶縁シート３３３が接着される。さらに、絶縁シート３３３には、放熱ベース３４４が接着される。これにより、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌは、接合される各部材を介して両面が冷却される。
　樹脂部材３３２は、モジュールケース３４１と回路体１００との間の空間、すなわち、ケース枠体３４２、放熱ベース３４４、回路体１００、絶縁シート３３３の間に充填される。さらに、樹脂部材３３２は、放熱部開口３５２（図４参照）の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間にある隙間３５４にも充填され、隙間３５４に充填された樹脂部材３３２の少なくとも一部は、モジュールケース３４１の外側に露出している。隙間３５４の幅は、例えば、成形性を考慮して５０μｍ以上である。樹脂部材３３２は、隙間３５４の全周に充填され、ケース枠体３４２と放熱ベース３４４をシールする。
　絶縁シート３３３は、回路体１００と放熱ベース３４４との間に配置されるが、放熱ベースの主面に垂直な方向から投影した場合、隙間３５４は、絶縁シート３３３の外周側に形成される。これにより、隙間３５４が絶縁シート３３３によって塞がれるのを防止する。
　図６～図９はパワーモジュール３００の製造工程を示す図である。
　<第１工程>
　第１工程は、一面に放熱部開口３５２が形成されたケース枠体３４２の中に、放熱部開口３５２と対向する位置に回路体１００を配置する工程である。
　図６に示すように、回路体１００を入口開口３５１からケース枠体３４２に図示Ｙ方向へ挿入する。
　<第２工程>
　第２工程は、放熱ベース３４４をケース枠体３４２の放熱部開口３５２と対向する位置に配置し、放熱ベース３４４を絶縁シート３３３を介して回路体１００に接着する工程である。
　図７に示すように、放熱ベース３４４をケース枠体３４２の放熱部開口３５２と対向する位置に配置する。絶縁シート３３３は、放熱ベース３４４と回路体１００との間に放熱部開口３５２に対向して配置する。
　そして、回路体１００を両側から挟むように、図７の図示Ｘ方向へ絶縁シート３３３をケース枠体３４２に格納する。なお、後述の隙間３５４が絶縁シート３３３の外周側になるように配置して、絶縁シート３３３が隙間３５４を塞がないようにする。さらに、回路体１００を両側から挟むように、図示Ｘ方向へ放熱ベース３４４をケース枠体３４２に格納する。
　次に、図８に示すように、圧着治具３７０を用いて、回路体１００と絶縁シート３３３と放熱ベース３４４に両面から圧力を加えて接着する。圧着治具３７０は、治具側面３７２と治具プレス面３７３を備える。治具側面３７２は、放熱フィン３４３の外周側面に近接するように寸法になっており、放熱フィン３４３の位置ずれを抑制する。治具プレス面３７３は、放熱フィン３４３と接触しプレス方向Ｐに押される。
　圧着治具３７０により、放熱フィン３４３と放熱ベース３４４と絶縁シート３３３と回路体１００に力が伝わる。絶縁シート３３３には、圧力と温度とが印加され、放熱ベース３４４と回路体１００と接着される。
　<第３工程>
　第３工程は、ケース枠体３４２と回路体１００との間の空間、および放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間の隙間３５４に樹脂部材３３２を充填する工程である。
　図９に示すように、樹脂押さえ型３８０と樹脂注入型３８２をケース枠体３４２と放熱ベース３４４に密着させる。樹脂押さえ型３８０は、少なくとも隙間３５４と放熱フィン３４３の間は密着しており、樹脂部材３３２が放熱フィン３４３に接しないように設置される。樹脂押さえ型３８０は、排気口３８１が設けられている。排気口３８１は、隙間３５４に連なるように配置される。排気口３８１は、空気が抜けるように貫通しており、樹脂部材３３２のボイド排出を容易にする。
　樹脂注入型３８２は、天面３５３に密着するように配置され、樹脂注入口３８３が設けられている。そして、樹脂注入口３８３は、入口開口３５１と連なるように配置される。
樹脂部材３３２は、樹脂注入口３８３を通って入口開口３５１からケース枠体３４２内部に注入される。さらに、樹脂部材３３２は、ケース枠体３４２の内部から隙間３５４へ充填される。絶縁シート３３３は、隙間３５４が絶縁シート３３３の外周側にあることで、隙間３５４が絶縁シート３３３で塞がれることがない。
　本実施形態によれば、摩擦撹拌接合による溶接と比較して、ケース枠体３４２や放熱ベース３４４の寸法精度の要求が低減され、放熱ベース３４４の外周の薄肉部分を変形させるなどの工程も不要になる。また、摩擦撹拌接合のためのツールをケース枠体３４２に配置するスペースや薄肉部分も不要となり、パワーモジュール３００を小型化することができる。さらに、摩擦撹拌接合のためのツールなどの設備も不要になる。このように、本実施形態によれば、パワーモジュール３００の生産性が向上し、低コスト化が可能となる。
［第２の実施形態]
　図１０は、本実施形態にかかるパワーモジュール４００の正面図である。図３に示す第１の実施形態にかかるパワーモジュール３００と同一箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態においては、放熱フィン３４３の側部とケース枠体３４２のフランジ３４６と間にバイパス流防止用の部材であるスペーサ４１０を配置した点が第１の実施形態と相違する。
　なお、本実施形態においても、図１に示す回路体の回路構成図、図２に示すパワーモジュールの外観図、図４に示すパワーモジュールの分解斜視図は第１の実施形態と同様である。
　図４に示すように、モジュールケース３４１は、ケース枠体３４２と放熱ベース３４４で構成される。放熱部開口３５２には、放熱ベース３４４がはめ込まれている。ケース枠体３４２は、フランジ３４６が設けられている。
　放熱ベース３４４には、冷却水などの冷媒を流通させて放熱する複数の放熱フィン３４３が設置される。ケース枠体３４２は、放熱ベース３４４の全周に隙間３５４を持つように配置される。隙間３５４は、放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間である。放熱フィン３４３の側部とケース枠体３４２のフランジ３４６と間にスペーサ４１０が配置される。このスペーサ４１０は、ケース枠体３４２内部から隙間３５４を通して、樹脂部材３３２を放熱フィン３４３の側部とフランジ３４６と間に充填することにより形成される。
　図１１は、パワーモジュール４００の断面図であり、図１０に示す線Ｂ－Ｂにおける断面図である。図５に示す第１の実施形態にかかるパワーモジュール３００と同一箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
　図１１に示すように、樹脂部材３３２は、モジュールケース３４１と回路体１００との間の空間、すなわち、ケース枠体３４２、放熱ベース３４４、回路体１００、絶縁シート３３３の間に充填される。さらに、樹脂部材３３２は、放熱部開口３５２（図４参照）の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間にある隙間３５４にも充填される。隙間３５４に充填された樹脂部材３３２は、隙間３５４からモジュールケース３４１の外側に出て、スペーサ４１０を形成する。水路３９２は、モジュールケース３４１の外側を囲み、フランジ３４６と接するように配置される。スペーサ４１０は、放熱フィン３４３とフランジ３４６との空間を埋めて、冷媒の流れを阻止し、冷媒を放熱フィン３４３の設置領域に集中して流す役割をする。
　絶縁シート３３３は、回路体１００と放熱ベース３４４との間に配置されるが、放熱ベースの主面に垂直な方向から投影した場合、隙間３５４は、絶縁シート３３３の外周側に形成される。これにより、隙間３５４が絶縁シート３３３によって塞がれるのを防止する。
　図１２はパワーモジュール４００の製造工程を示す図である。
　<第１工程>
　第１工程は、第１の実施形態で図６を参照して説明した第１工程と同様である。すなわち、図６に示すように、一面に放熱部開口３５２が形成されたケース枠体３４２の中に、放熱部開口３５２と対向する位置に回路体１００を配置する。
　<第２工程>
　第２工程は、第１の実施形態で図７、図８を参照して説明した第２工程と同様である。
すなわち、図７、図８に示すように、放熱ベース３４４をケース枠体３４２の放熱部開口３５２と対向する位置に配置し、放熱ベース３４４を絶縁シート３３３を介して回路体１００に接着する。
　<第４工程>
　第４工程は、第１の実施形態で図９を参照して説明した第３工程に替えて行う工程である。すなわち、第４工程は、ケース枠体３４２と回路体１００との間の空間に樹脂部材３３２を充填する。さらに、放熱フィン３４３の側部とケース枠体３４２のフランジ３４６と間に、放熱部開口３５２（図４参照）の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間の隙間３５４を通して樹脂部材３３２を充填する。これにより、放熱フィン３４３の側部とケース枠体３４２のフランジ３４６と間に、樹脂部材３３２によるスペーサ４１０を形成する。
　第４工程は、図１２に示すように、樹脂押さえ型３８０と樹脂注入型３８２をケース枠体３４２と放熱ベース３４４に密着させる。樹脂押さえ型３８０は、スペーサ４１０が形成される空間を開け、この空間と隙間３５４とは繋がっている。また、樹脂押さえ型３８０は、スペーサ４１０が形成される空間と放熱フィン３４３が設けられている領域とを隔てる隔壁３８４を有する。隔壁３８４は放熱フィン３４３の側部に位置する。この隔壁３８４により、スペーサ４１０が形成される空間の外に樹脂部材３３２が流出するのを防止する。さらに、樹脂押さえ型３８０は、排気口３８１が設けられている。排気口３８１は、スペーサ４１０が形成される空間および隙間３５４に連なるように配置される。排気口３８１は、空気が抜けるように貫通しており、樹脂部材３３２のボイド排出を容易にする。
　樹脂注入型３８２は、天面３５３に密着するように配置され、樹脂注入口３８３が設けられている。そして、樹脂注入口３８３は、入口開口３５１と連なるように配置される。
樹脂部材３３２は、樹脂注入口３８３を通って入口開口３５１からケース枠体３４２内部に注入される。さらに、樹脂部材３３２は、ケース枠体３４２の内部から隙間３５４を通してスペーサ４１０を形成する。すなわち、樹脂部材３３２は、隙間３５４およびスペーサ４１０の空間に充填され、樹脂部材３３２によりスペーサ４１０が形成される。絶縁シート３３３は、隙間３５４が絶縁シート３３３の外周側にあることで、隙間３５４が絶縁シート３３３で塞がれることがない。
　本実施形態によれば、既に述べた第１の実施形態による特徴に加えて、ケース枠体３４２と回路体１００との間の空間に樹脂部材３３２を充填する工程でバイパス流防止用のスペーサ４１０を成形できるので、製造工程の簡略化が可能になる。このように、本実施形態によれば、パワーモジュール４００の生産性が向上し、低コスト化が可能となる。
　以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）パワーモジュール３００、４００は、回路体１００と、一面に放熱部開口３５２が形成されたケース枠体３４２と放熱部開口３５２内に配置される放熱ベース３４４とを含み、回路体１００を収納するモジュールケース３４１と、モジュールケース３４１と回路体１００との間の空間、および放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間の隙間３５４に充填される樹脂部材３３２と、を備え、隙間３５４に充填された樹脂部材３３２の少なくとも一部は、モジュールケース３４１の外側に露出している。これにより、パワーモジュールの生産性が向上し、低コスト化が可能となる。
（２）パワーモジュール３００の製造方法は、一面に放熱部開口３５２が形成されたケース枠体３４２の中に、放熱部開口３５２と対向する位置に回路体１００を配置する第１工程と、放熱ベース３４４をケース枠体３４２の放熱部開口３５２と対向する位置に配置し、放熱ベース３４４を絶縁シート３３３を介して回路体１００に接着する第２工程と、ケース枠体３４２と回路体１００との間の空間、および放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間の隙間３５４に樹脂部材３３２を充填する第３工程と、を備える。これにより、パワーモジュールの生産性が向上し、低コスト化が可能となる。
（３）パワーモジュール４００の製造方法は、一面に放熱部開口３５２が形成されたケース枠体３４２の中に、放熱部開口３５２と対向する位置に回路体１００を配置する第１工程と、放熱ベース３４４をケース枠体３４２の放熱部開口３５２と対向する位置に配置し、放熱ベース３４４を絶縁シート３３３を介して回路体１００に接着する第２工程と、ケース枠体３４２と回路体１００との間の空間に樹脂部材３３２を充填し、さらに放熱ベース３４４に設置された放熱フィン３４３の側部とケース枠体３４２のフランジ３４６と間に、放熱部開口３５２の内周面と放熱ベース３４４の外周面との間の隙間３５４を通して樹脂部材３３２を充填して、樹脂部材３３２によりスペーサ４１０を形成する第４工程と、を備える。これにより、パワーモジュールの生産性が向上し、低コスト化が可能となる。
（変形例）
　本発明は、以上説明した第１および第２の実施形態を次のように変形して実施することができる。
（１）第１および第２の実施形態では、回路体１００の両面を冷却する両面冷却型のパワーモジュール３００、４００の例で説明したが、回路体１００の片面を冷却する片面冷却型のパワーモジュールにも同様に適用することができる。
　本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と複数の変形例を組み合わせた構成としてもよい。
　１００・・・回路体、３００、４００・・・パワーモジュール、３１１・・・直流正極端子、３１２・・・直流負極端子、３１４、３１５・・・信号端子、３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌ・・・パワー半導体素子、３３２・・・樹脂部材、３３３・・・絶縁シート、３３５・・・放熱面、３４１・・・モジュールケース、３４２・・・ケース枠体、３４３・・・放熱フィン、３４４・・・放熱ベース、３４６・・・フランジ、３５１・・・入口開口、３５２・・・放熱部開口、３５３・・・天面、３５４・・・隙間、３６０・・・放熱板、３７０・・・圧着治具、３７２・・・治具側面、３７３・・・治具プレス面、３８０・・・樹脂押さえ型、３８１・・・排気口、３８２・・・樹脂注入型、３８４・・・隔壁、４１０・・・スペーサ。

Claims (6)

  1. 　回路体と、
    　一面に開口が形成されたケース枠体と前記開口内に配置される放熱ベースとを含み、前記回路体を収納するモジュールケースと、
    　前記モジュールケースと前記回路体との間の空間、および前記開口の内周面と前記放熱ベースの外周面との間の隙間に充填される樹脂部材と、を備え、
    　前記隙間に充填された前記樹脂部材の少なくとも一部は、前記モジュールケースの外側に露出しているパワーモジュール。
  2. 　請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記モジュールケースは、両面に前記開口が形成されたケース枠体と前記各開口内にそれぞれ配置される放熱ベースとを含み、
    　前記樹脂部材は、前記モジュールケースと前記回路体との間の空間、および前記各開口の内周面と前記各放熱ベースの外周面との間の隙間に充填されるパワーモジュール。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記放熱ベースは、複数の放熱フィンを有し、
    　前記放熱フィンの側部と前記ケース枠体のフランジと間に、前記隙間を通して前記樹脂部材により形成されたスペーサが配置されるパワーモジュール。
  4. 　請求項１または請求項２に記載のパワーモジュールにおいて、
    　前記回路体と前記放熱ベースとの間に絶縁シートが配置され、
    　前記放熱ベースの主面に垂直な方向から投影した場合、前記隙間は、前記絶縁シートの外周側に形成されるパワーモジュール。
  5. 　一面に開口が形成されたケース枠体の中に、前記開口と対向する位置に回路体を配置する第１工程と、
    　放熱ベースを前記ケース枠体の前記開口と対向する位置に配置し、前記放熱ベースを絶縁シートを介して前記回路体に接着する第２工程と、
    　前記ケース枠体と前記回路体との間の空間、および前記開口の内周面と前記放熱ベースの外周面との間の隙間に樹脂部材を充填する第３工程と、を備えるパワーモジュールの製造方法。
  6. 　一面に開口が形成されたケース枠体の中に、前記開口と対向する位置に回路体を配置する第１工程と、
    　放熱ベースを前記ケース枠体の前記開口と対向する位置に配置し、前記放熱ベースを絶縁シートを介して前記回路体に接着する第２工程と、
    　前記ケース枠体と前記回路体との間の空間に樹脂部材を充填し、さらに前記放熱ベースに設置された放熱フィンの側部と前記ケース枠体のフランジと間に、前記開口の内周面と前記放熱ベースの外周面との間の隙間を通して前記樹脂部材を充填して、前記樹脂部材によりスペーサを形成する第４工程と、を備えるパワーモジュールの製造方法。
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