WO2022215355A1 - パワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法 - Google Patents

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WO2022215355A1
WO2022215355A1 PCT/JP2022/005897 JP2022005897W WO2022215355A1 WO 2022215355 A1 WO2022215355 A1 WO 2022215355A1 JP 2022005897 W JP2022005897 W JP 2022005897W WO 2022215355 A1 WO2022215355 A1 WO 2022215355A1
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circuit board
power module
reinforcing portion
intermediate portion
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PCT/JP2022/005897
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匡彦 江積
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三菱重工業株式会社
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    • H01L23/498Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
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    • H01L23/057Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having an insulating or insulated base as a mounting for the semiconductor body the leads being parallel to the base
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    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other

Definitions

  • the present disclosure relates to power modules and methods of manufacturing power modules.
  • This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2021-064919 filed in Japan on April 6, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • Patent Document 1 discloses, for example, a power semiconductor module (hereinafter referred to as a power module) used in a power converter such as an inverter.
  • a power module a power semiconductor module used in a power converter such as an inverter.
  • the input terminal and the output terminal of the power module described in Patent Literature 1 may be subjected to a load due to fastening of conductors or a load due to disturbance such as vibration. Therefore, it is necessary to have sufficient strength to withstand these loads, and it is difficult to achieve further miniaturization without lowering the reliability of the terminal.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a power module that can be miniaturized without reducing the reliability of terminals, and a method of manufacturing the power module.
  • a power module is a power module that converts input power and outputs it, and includes a circuit board on which a power semiconductor element is mounted, and the circuit board are fixed.
  • a base plate a base end surface fixed to a surface of the circuit board facing away from the base plate, a front end surface capable of fixing an external conductor electrically connected to the outside, and the circuit board.
  • a terminal block having an intermediate portion extending in a direction away from a surface and electrically connecting the proximal end surface and the distal end surface; and a terminal block fixed to at least one of the circuit board and the base plate.
  • the intermediate portion of the terminal block has a receiving surface facing the tip surface side, and the reinforcing portion faces the receiving surface in the extending direction of the intermediate portion.
  • a restraining surface is provided to restrain displacement of the terminal block in a direction away from the surface of the circuit board.
  • the method for manufacturing a power module includes a base end face that can be fixed to a circuit board, a tip face that can fix an external conductor electrically connected to the outside, and the base face and the tip face.
  • the present disclosure it is possible to provide a power module that can be miniaturized without reducing the reliability of the terminals, and a method of manufacturing the power module.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power module according to a first embodiment of the present disclosure, showing a state in which a reinforcing portion is removed;
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view of a main part of FIG. 1;
  • 1 is a perspective view of a power module according to a first embodiment of the present disclosure, showing a state in which a reinforcing portion is provided;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a flow chart of a power module manufacturing method according to the first embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 4 is a perspective view of a power module according to a second embodiment of the present disclosure
  • 6 is a flowchart of a power module manufacturing method according to a second embodiment of the present disclosure
  • FIG. 5 is a diagram showing a modification of the terminal block of the power module according to the embodiment of the present disclosure
  • the power module of this embodiment constitutes a part of a power converter such as an inverter or a converter that converts input power and outputs the converted power.
  • a case where the power module constitutes a part of an inverter that receives a direct current and outputs an alternating current will be described as an example.
  • FIG. 1 is a perspective view of the power module according to the present embodiment, showing a state in which a reinforcing portion is removed.
  • the power module 1 of this embodiment includes a base plate 10, a circuit board 15, a terminal block 20, a power semiconductor element 12, a cooler 40, an output conductor 30, and a reinforcing portion 50 ( See FIG. 3).
  • the base plate 10 is a flat member.
  • the base plate 10 has a first surface 10a and a second surface 10b positioned behind the first surface 10a. That is, the first surface 10a and the second surface 10b of the base plate 10 are back to back.
  • the base plate 10 is made of copper, for example. A metal other than copper may be used for the base plate 10 .
  • the circuit board 15 has a circuit board body 16 and a circuit pattern C. As shown in FIG.
  • the circuit board body 16 has a flat plate shape.
  • the circuit board main body 16 has a front surface 16a and a back surface 16b located on the back side of the front surface 16a.
  • the back surface 16b of the circuit board body 16 is fixed to the first surface 10a of the base plate 10 via a bonding material or the like.
  • the circuit board body 16 is made of an insulating material such as ceramic.
  • an insulating material for forming the circuit board main body 16 paper phenol, paper epoxy, glass composite, glass epoxy, glass polyimide, fluororesin, etc. can be used in addition to the above ceramics.
  • the circuit pattern C is a pattern of copper foil or the like formed on the surface 16a of the circuit board body 16. More specifically, the circuit pattern C is formed by etching or the like after being fixed to the surface 16a of the circuit board body 16 by adhesion or the like.
  • An input circuit (not shown), an output circuit (not shown), and a control circuit (not shown) are formed in the circuit pattern C of this embodiment.
  • An input circuit (not shown) is a circuit pattern for inputting a current input from a terminal block 20, which will be described later, to the power semiconductor element 12, which will be described later.
  • the output circuit (not shown) is a circuit pattern for outputting the current converted by the power semiconductor element 12 .
  • a control circuit (not shown) is a circuit pattern to which a control section (not shown) that generates a control signal for controlling the behavior of the power semiconductor element 12 is connected.
  • the terminal block 20 receives current input from a current supply source (not shown) provided outside the power module 1 via a capacitor or the like (not shown). As shown in FIGS. 1 and 2, the terminal block 20 is made of metal such as copper, and is fixed to a circuit pattern C formed on the surface 16a of the circuit board body 16. As shown in FIG. The terminal block 20 has a proximal end surface 20a, a distal end surface 20b, and an intermediate portion 20c.
  • the base end surface 20 a is fixed to the surface of the outer surface of the circuit board 15 facing away from the base plate 10 . More specifically, the base end surface 20a is in contact with the input circuit of the circuit pattern C formed on the surface 16a of the circuit board body 16 and is electrically connected to the input circuit of the circuit pattern C. As shown in FIG.
  • the distal end surface 20b is a surface located on the opposite side to the proximal end surface 20a. That is, the distal end surface 20b and the proximal end surface 20a are in a back-to-back relationship.
  • a bus bar (not shown) or the like which is an external conductor electrically connected to the outside, can be fixed to the tip surface 20b.
  • a screw hole T for fastening a bolt is formed in the tip surface 20b of the present embodiment. By forming the screw holes T for fastening bolts, an input bus bar (not shown), which is an external conductor for current input, can be fastened to the tip surface 20b using bolts (not shown) or the like.
  • the intermediate portion 20c extends away from the surface 16a of the circuit board 15 and connects the base end surface 20a and the tip end surface 20b.
  • the intermediate portion 20c in this embodiment extends from the base end surface 20a in a direction perpendicular to the surface 16a of the circuit board 15 and reaches the tip surface 20b.
  • the current flowing from the distal end surface 20b of the terminal block 20 reaches the proximal end surface 20a via the intermediate portion 20c, and flows into the input circuit of the circuit pattern C from the proximal end surface 20a.
  • the contour of the terminal block 20 in the cross section perpendicular to the extending direction of the intermediate portion 20c is rectangular (specifically, substantially square).
  • a concave portion 20d extending in the direction along the circuit board 15 is formed in the intermediate portion 20c.
  • 20 d of recessed parts have the receiving surface 20e which faces the front end surface 20b side.
  • the recess 20d in this embodiment has a facing surface 20g arranged to face the receiving surface 20e, and a bottom surface 20f connecting the facing surface 20g and the receiving surface 20e.
  • one terminal block 20 is formed with two recesses 20d. These two recesses 20 d are arranged at mutually symmetrical positions in one terminal block 20 .
  • the power module 1 of this embodiment has a first terminal block 21 and a second terminal block 22 as two terminal blocks 20 forming PN terminals.
  • the first terminal block 21 and the second terminal block 22 are arranged side by side with a space therebetween in the direction along the circuit board 15 .
  • first terminal block 21 and the second terminal block 22 of the present embodiment are spaced apart in the direction in which one of the four sides of the circuit board 15 formed in a rectangular shape in plan view extends. They are arranged side by side along this one side.
  • the first terminal block 21 and the second terminal block 22 are close to each other in the direction along the circuit board 15 as long as they do not contact each other. That is, the smaller the gap between the first terminal block 21 and the second terminal block 22 in the direction along the circuit board 15, the greater the effect of the magnetic field generated by the current flowing through the first terminal block 21 and the second terminal block 22. Therefore, the inductance can be reduced more effectively.
  • the power semiconductor element 12 is, for example, an IGBT, MOSFET, FWD, or the like. In this embodiment, the case where six power semiconductor elements 12 are mounted on the circuit board 15 is illustrated.
  • the power semiconductor element 12 includes an input terminal (not shown) and an output terminal (not shown). An input terminal (not shown) is electrically connected to the input circuit of the circuit pattern C formed on the surface 16a of the circuit board body 16 of the base plate 10 via a bonding material or the like.
  • one end of a lead frame (not shown) as a conductor is electrically connected to the output terminal (not shown).
  • the other end of the lead frame is electrically connected to the output circuit of the circuit pattern C.
  • a control signal generated by a control section (not shown) is input to the power semiconductor element 12 .
  • the power semiconductor element 12 performs switching according to this control signal.
  • Cooler 40 is a device that cools circuit board 15 .
  • the cooler 40 is provided on the second surface 10b of the base plate 10 via a bonding material or the like.
  • the cooler 40 in this embodiment has a cooler housing 41 , a coolant inlet portion 42 and a coolant outlet portion 43 .
  • the cooler housing 41 is bonded to the second surface 10b of the base plate 10 via a bonding material or the like. A flow path through which the coolant W flows is formed inside the cooler housing 41 .
  • the coolant inlet portion 42 guides the coolant W supplied from a coolant supply device (not shown) provided outside the power module 1 to the interior of the cooler housing 41 .
  • the coolant outlet portion 43 discharges the coolant W that has flowed through the cooler housing 41 from the coolant inlet portion 42 to the outside.
  • the refrigerant discharged from the refrigerant outlet portion 43 is returned to, for example, the refrigerant supply device.
  • the heat of the power semiconductor element 12 is transmitted to the coolant W through the circuit pattern C, the circuit board body 16, the base plate 10, the cooler housing 41, etc., and the power semiconductor element 12 is cooled.
  • Solder or a sintered material can be used for joining the base plate 10 and the circuit board main body 16, joining the power semiconductor element 12 and the circuit pattern C, and joining the base plate 10 and the cooler housing 41.
  • powder or a bonding material such as an adhesive can be used.
  • materials for the cooler housing 41, the coolant inlet portion 42, and the coolant outlet portion 43 for example, aluminum, iron, copper, ceramics, or the like can be used.
  • the output conductor 30 is a conductor that outputs the current converted by the power semiconductor element 12 .
  • the output conductor 30 has a base portion 31 and a connection portion 32 .
  • the base portion 31 is a conductor serving as an output bus bar for current output, extending from the outside of the base plate 10 toward the circuit board 15 provided on the first surface 10a.
  • a bolt fastening hole B is formed in the outer end of the base 31 .
  • An output wiring (not shown) for current output is bolted to the outer end of the base 31 .
  • the connecting portion 32 is connected to the inner end portion of the base portion 31, extends from the inner end portion to reach the circuit pattern C area, and is electrically connected to the output circuit of the circuit pattern C formed on the surface 16a of the substrate body. It is connected to the.
  • FIG. 3 is a perspective view of the power module according to this embodiment, showing a state in which a reinforcing portion is provided.
  • the reinforcing portion 50 is fixed to a portion of the circuit board 15 and the base plate 10 to reinforce the terminal block 20 .
  • the reinforcing portion 50 is made of a synthetic resin material.
  • the reinforcing portion 50 covers the intermediate portion 20c of the terminal block 20 from the outside and surrounds the circuit board 15 at least from the outside. That is, the reinforcing portion 50 forms a case surrounding the circuit board 15 in the direction along the circuit board 15 .
  • the reinforcing portion 50 is fixed to the first surface 10a of the base plate 10 and a partial surface 16a of the circuit board body 16 via an adhesive or the like.
  • an insulating material such as PPS (polyphenylene sulfide) can be used as a synthetic resin material for the reinforcing portion 50 .
  • PPS polyphenylene sulfide
  • an insulating material other than PPS may be employed for the reinforcing portion 50 .
  • the reinforcing portion 50 surrounds the circuit board 15 from the outside.
  • a space is defined by the reinforcing portion 50 and the circuit board 15 .
  • the space defined by the reinforcing portion 50 and the circuit board 15 will be referred to as a potting space P in this embodiment.
  • a potting material is poured into the potting space P from the outside (potting), and at least the circuit pattern C provided on the surface 16a of the circuit board body 16 and the power semiconductor element 12 are sealed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 3.
  • the reinforcing portion 50 in the present embodiment is molded so as to be inserted into the recess 20d formed in the intermediate portion 20c of the terminal block 20.
  • the reinforcing portion 50 is formed with a restraining surface 50a facing the receiving surface 20e in the direction in which the intermediate portion 20c of the terminal block 20 extends.
  • the pressing surface 50 a restricts the displacement of the terminal block 20 in the direction away from the surface 16 a of the circuit board 15 .
  • the reinforcing portion 50 in this embodiment also has a restricting surface 50b that faces the facing surface 20g of the concave portion 20d.
  • a restricting surface 50b that faces the facing surface 20g, displacement of the terminal block 20 toward the surface 16a of the circuit board 15 is also regulated.
  • the manufacturing method includes at least a terminal block forming step S1, a reinforcing portion forming step S2, a circuit board mounting step S3, and a potting step S4.
  • the terminal block forming step S1 is a step of forming the terminal block 20 described above.
  • a substantially rectangular parallelepiped metal is prepared.
  • two substantially rectangular parallelepiped metals are prepared.
  • a screw hole T is formed in one of the two surfaces facing the longitudinal direction of the substantially rectangular parallelepiped metal.
  • the surface on which the screw hole T is formed becomes the distal end surface 20b, and the surface on which the screw hole T is not formed becomes the proximal end surface 20a.
  • a groove-shaped concave portion 20d is formed between the proximal end surface 20a and the distal end surface 20b of the substantially rectangular parallelepiped metal in which the screw hole T is formed, that is, in the intermediate portion 20c.
  • the base end surface 20a capable of being fixed to the circuit board 15
  • the distal end surface 20b capable of fixing an external conductor electrically connected to the outside
  • the base end surface 20a and the distal end surface 20b are electrically connected.
  • Two terminal blocks 20 are formed, each of which has a concave portion 20d having a receiving surface 20e facing the tip surface 20b in the intermediate portion 20c.
  • the two terminal blocks 20 formed in the terminal block molding step S1 are integrally molded so as to cover the reinforcement portion 50 made of synthetic resin.
  • a synthetic resin material is prepared.
  • PPS for example, is adopted as the synthetic resin used in the reinforcing portion molding step S2 of the present embodiment.
  • a synthetic resin other than PPS may be employed in the reinforcing portion molding step S2.
  • the synthetic resin material is heated and melted, and a special mold or the like is used to enter the synthetic resin into the concave portions 20d of the two terminal blocks 20, thereby forming the intermediate portions 20c of the terminal blocks 20. Let it be fed so as to cover it from the outside. After that, the synthetic resin is cured. Thereby, the reinforcing portion 50 is formed integrally with the two terminal blocks 20 .
  • a molding method such as insert molding can be used, but a molding method other than insert molding may be employed.
  • circuit board mounting process In the circuit board mounting step S3, the two terminal blocks 20 integrally formed with the reinforcing portions 50 are mounted on the circuit board 15 fixed to the base plate 10 in the reinforcing portion forming step S2.
  • the circuit board 15 fixed to the base plate 10 on which the terminal block 20 is mounted is prepared.
  • a bonding material is applied to predetermined mounting locations of the circuit pattern C formed on the circuit board 15 .
  • the bonding material used in the circuit board mounting step S3 include cream solder, but materials other than cream solder may be used as the bonding material in the circuit board mounting step S3.
  • the reinforcing portion 50 is mounted on the base plate 10 so that the base end surface 20a of the terminal block 20 contacts the bonding material applied to the mounting location of the circuit board 15. Then, they are placed in a furnace heated to a predetermined temperature for a predetermined period of time. As a result, the bonding material between the base end surface 20a and the circuit pattern C melts, completing the soldering.
  • a reflow furnace for example, is adopted as the furnace used in the circuit board mounting step S3.
  • a furnace other than the reflow furnace may be employed in the circuit board mounting step S3.
  • potting process In the potting step S4, a predetermined amount of liquid potting material is poured into the potting space P, and the potting material is cured.
  • a potting material is prepared.
  • silicon gel or epoxy resin can be used as the potting material.
  • a synthetic resin other than silicone gel or epoxy resin may be used as the potting material.
  • the reinforcing portion 50 and the base plate 10 are adhered with an adhesive or the like without any gap.
  • the reinforcing portion 50 is fixed to the base plate 10 and the space between the reinforcing portion 50 and the base plate 10 is sealed. That is, when the potting material is poured into the potting space P, the potting material does not leak out of the potting space P.
  • the predetermined amount here means an amount that can cover at least the circuit pattern C formed on the surface 16a of the circuit board body 16 and the power semiconductor element 12 mounted on the circuit pattern C to such an extent that they are not exposed.
  • the power module 1 is manufactured through the above series of steps.
  • the power module 1 is a power module 1 that converts and outputs input power, and includes a circuit board 15 on which a power semiconductor element 12 is mounted and a base plate to which the circuit board 15 is fixed. 10, a proximal surface 20a fixed to the surface of the circuit board 15 facing away from the base plate 10, a distal surface 20b capable of fixing an external conductor electrically connected to the outside, and the circuit board.
  • terminal block 20 having an intermediate portion 20c extending away from surface 16a of terminal block 15 and electrically connecting proximal end surface 20a and distal end surface 20b; , and a reinforcing portion 50 that reinforces the terminal block 20.
  • the intermediate portion 20c of the terminal block 20 has a receiving surface 20e facing the front end surface 20b, and the reinforcing portion 50 receives in the extending direction of the intermediate portion 20c. It has a restraining surface 50a which is provided so as to face the surface 20e and which regulates the displacement of the terminal block 20 in the direction away from the surface 16a of the circuit board 15. As shown in FIG.
  • the reinforcing portion 50 also serves as a case surrounding the circuit board 15 .
  • the number of parts can be reduced compared to the case where the reinforcing portion 50 and the case surrounding the circuit board 15 are separately provided.
  • the power module 1 can be kept safe.
  • the intermediate portion 20c has the recess 20d extending in the direction along the circuit board 15, and the recess 20d has the receiving surface 20e.
  • the power module 1 according to the first embodiment is provided so as to contact the surface of the base plate 10 facing the opposite side to the surface to which the circuit board 15 is fixed, and cools at least the circuit board 15. 40 are further provided.
  • the terminal block 20 fixed to the circuit board 15 can also be cooled using the cooler 40 . Therefore, it is possible to cool the external conductor connected to the terminal block 20 through the terminal block 20 as well.
  • the potting space P is defined by the reinforcing portion 50 and the circuit board 15 . Therefore, by pouring the potting material into the potting space P defined by the reinforcing portion 50 and the circuit board 15, the circuit pattern C provided on the surface 16a of the circuit board body 16 and the power semiconductor element 12 can be easily sealed. can do.
  • the method for manufacturing the power module 1 according to the first embodiment includes a base end surface 20a that can be fixed to the circuit board 15, a front end surface 20b that can fix an external conductor electrically connected to the outside, and a base end surface.
  • the reinforcing portion 50 that reinforces the terminal block 20 can be easily formed.
  • FIG. 6 A power module and a method for manufacturing the power module according to the second embodiment of the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 6 and 7.
  • FIG. The reinforcing portion described in the second embodiment is partially different in the configuration of the reinforcing portion 50 included in the power module 1 of the first embodiment. Components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 6 is a perspective view of the power module according to the second embodiment.
  • the reinforcing portion 150 of the power module 1A of this embodiment is made of a potting material, and the power module 1A further includes an insulating case 60.
  • the power module 1A further includes an insulating case 60.
  • the insulating case 60 surrounds the circuit board 15 from the outside.
  • a potting space P is defined by the insulating case 60 and the circuit board 15 .
  • the terminal block 20, the power semiconductor element 12, and the connection portion 32 of the output conductor 30 are arranged.
  • the insulating case 60 is adhered to the first surface 10a of the base plate 10 via an adhesive or the like.
  • the insulating case 60 can be made of, for example, an insulating material such as PPS, which is a synthetic resin.
  • the insulating case 60 may be made of an insulating material other than PPS.
  • the reinforcing portion 150 in this embodiment is made of a potting material.
  • the reinforcing part 150 is formed in the potting space P. As shown in FIG. More specifically, the reinforcing portion 150 extends from the surface 16a of the circuit board body 16 to at least a position spaced apart from the surface 16a of the circuit board 15 by the receiving surface 20e of the recess 20d of the terminal block 20 so as to fill the potting space P. is formed in
  • the reinforcing portion 150 is formed so as to enter the concave portion 20d formed in the intermediate portion 20c of the terminal block 20, like the reinforcing portion 150 of the first embodiment.
  • the reinforcing portion 150 has a restraining surface 50a facing the receiving surface 20e in the direction in which the intermediate portion 20c of the terminal block 20 extends.
  • an epoxy resin or the like can be used for the reinforcing portion 150, but a material other than the epoxy resin may be used.
  • the manufacturing method includes at least a terminal block forming step S1, a circuit board mounting step S2a, a case mounting step S3a, and a reinforcing portion forming step S4a.
  • the terminal block forming step S1 is the same as that of the first embodiment, so the explanation is omitted.
  • circuit board mounting process After the terminal block forming step S1, a circuit board mounting step S2a is performed. In the circuit board mounting step S ⁇ b>2 a , the terminal block 20 is mounted on the circuit board 15 fixed to the base plate 10 .
  • the circuit board 15 fixed to the base plate 10 on which the terminal block 20 is mounted is prepared.
  • a bonding material is applied to predetermined mounting locations on the circuit pattern C formed on the circuit board 15 .
  • the terminal block 20 is mounted on the circuit board 15 so that the base end surface 20a of the terminal block 20 is in contact with the bonding material applied to the mounting portion of the circuit board 15 .
  • they are placed in a furnace heated to a predetermined temperature for a predetermined period of time.
  • the bonding material between the base end surface 20 a and the circuit pattern C melts, completing the soldering, and the terminal block 20 is mounted on the circuit board 15 .
  • the insulating case 60 is attached to the circuit board 15 on which the terminal block 20 is mounted.
  • the insulating case 60 is prepared.
  • the insulating case 60 can be molded by injection molding or the like using a dedicated mold or the like. It should be noted that the method of manufacturing the insulating case 60 may be a molding method other than injection molding.
  • the insulating case 60 is adhered to the base plate 10 with an adhesive or the like so as to cover the circuit board 15 on which the terminal block 20 is mounted from the outside.
  • the insulating case 60 is attached to the base plate 10 by the above procedure.
  • a potting material is prepared as a material for forming the reinforcing portion 150.
  • epoxy resin or the like can be used as the potting material used in the reinforcing portion forming step S4a.
  • a synthetic resin other than the epoxy resin may be used as the potting material.
  • a predetermined amount of potting material is poured into the potting space P in the reinforcing portion forming step S4a. At that time, the potting material is poured into at least the recess 20 d formed in the intermediate portion 20 c of the terminal block 20 . Then, the poured potting material is cured. The hardened potting material becomes the reinforcing portion 150 .
  • the power module 1A is manufactured.
  • the reinforcing portion 150 is made of potting material.
  • the reinforcing portion 150 that enters the recess 20d of the terminal block 20 by a simple method called potting. Therefore, the man-hours in manufacturing the power module 1A can be reduced. Moreover, the circuit board 15 , the terminal block 20 , the power semiconductor element 12 , and the insulating case 60 are united by the reinforcing portion 150 by potting. As a result, the strength of the power module 1A can be improved against vibrations or the like that occur in the circuit board 15 during operation of the inverter.
  • FIG. 8 shows a modification of the terminal block of the power module according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 shows a state in which the reinforcing portion is removed.
  • the power modules 1 and 1A in each of the above embodiments may include, as the terminal block 20, a first terminal block 21 and a second terminal block 22 that do not have the groove-shaped recess 20d as shown in FIG.
  • the first terminal block 21 and the second terminal block 22 in this modification are arranged side by side with an interval in the direction along the circuit board 15, as in the first and second embodiments.
  • the receiving surface 20e of the concave portion 20d of the intermediate portion 20c of the first terminal block 21 is provided closer to the second terminal block 22 than the tip surface 20b of the first terminal block 21 is.
  • the receiving surface 20e of the concave portion 20d of the intermediate portion 20c of the second terminal block 22 is provided closer to the first terminal block 21 than the tip surface 20b of the second terminal block 22 is.
  • the distance between the end surfaces 20b of the first terminal block 21 and the second terminal block 22 can be set larger than the distance between the receiving surfaces 20e of the respective receiving surfaces 20e. Therefore, it is possible to reduce the inductance while securing the insulation distance between the bolt fastening holes B that are connected to the input bus bar. Furthermore, since the first terminal block 21 and the second terminal block 22 have the receiving surface 20e, the effects described in the above embodiment can be realized.
  • the tip surface 20b of the terminal block 20 is configured to have a screw hole T for bolt fastening, but the configuration is not limited to a configuration in which the screw hole T is cut.
  • a configuration in which a male screw portion protruding from the tip surface 20b is formed may be employed.
  • the intermediate portions 20c of the two terminal blocks 20 each have two recesses 20d, but the number of recesses 20d is not limited to two.
  • the number of recesses 20d may be one, or three or more.
  • the recess 20d of the intermediate portion 20c extends in the direction along the circuit board 15, but the configuration is not limited to this.
  • the power modules 1 and 1A are used as inverters, but they are not limited to inverters.
  • the power modules 1 and 1A may constitute part of a converter that receives an alternating current and outputs a direct current, or a step-up circuit of a regulator that changes the magnitude of the voltage of the direct current.
  • the order of the steps in the second embodiment is not limited to the above, and the order of the circuit board mounting step S2a and the case attaching step S3a may be different.
  • the power modules 1 and 1A are power modules 1 and 1A that convert input power and output it, and include a circuit board 15 on which a power semiconductor element 12 is mounted, and the circuit board 15 mounted with the power semiconductor element 12; A base plate 10 to which a substrate 15 is fixed, a base end surface 20a fixed to a surface of the circuit board 15 facing away from the base plate 10, and an external conductor electrically connected to the outside are fixed.
  • terminal block 20 having a flexible distal surface 20b and an intermediate portion 20c extending away from surface 16a of circuit board 15 to electrically connect proximal surface 20a and distal surface 20b; a reinforcing portion 50 fixed to at least one of the substrate 15 and the base plate 10 to reinforce the terminal block 20;
  • the reinforcing portion 50 is provided so as to face the receiving surface 20e in the direction in which the intermediate portion 20c extends, and extends the terminal block 20 in the direction away from the surface 16a of the circuit board 15. has a restraining surface 50a that regulates the displacement of the
  • the power module 1 according to the second aspect is the power module 1 of (1), and the reinforcing portion 50 may also serve as a case surrounding the circuit board 15 .
  • the number of parts can be reduced compared to the case where the reinforcing portion 50 and the case surrounding the circuit board 15 are separately provided. Moreover, by surrounding the circuit board 15 with the reinforcing portion 50, the power module 1 can be kept safe.
  • a power module 1A according to a third aspect is the power module 1A of (1), and the reinforcing portion 150 may be made of a potting material.
  • the reinforcing portion 150 that enters the recess 20d of the terminal block 20 by a simple method called potting. Therefore, the man-hours in manufacturing the power module 1A can be reduced. Moreover, the circuit board 15 , the terminal block 20 , the power semiconductor element 12 , and the insulating case 60 are united by the reinforcing portion 150 by potting. As a result, the strength of the power module 1A can be improved against vibrations or the like that occur in the circuit board 15 during operation of the inverter.
  • the power modules 1 and 1A according to the fourth aspect are the power modules 1 and 1A according to any one of (1) to (3), wherein the intermediate portion 20c extends along the circuit board 15. It may have an extending recess 20d, said recess 20d comprising said receiving surface 20e.
  • the power modules 1, 1A according to the fifth aspect are the power modules 1, 1A according to any one of (1) to (3), wherein the terminal block 20 is a first terminal block forming a PN terminal. 21 and a second terminal block 22, wherein the first terminal block 21 and the second terminal block 22 are arranged side by side with an interval in a direction along the circuit board 15, and the first terminal block
  • the receiving surface 20e of 21 is provided closer to the second terminal block 22 than the tip surface 20b of the first terminal block 21, and the receiving surface 20e of the second terminal block 22 is located closer to the second terminal block.
  • 22 may be provided closer to the first terminal block 21 than the tip surface 20 b of the terminal block 22 .
  • the distance between the end surfaces 20b of the first terminal block 21 and the second terminal block 22 can be made larger than the distance between the receiving surfaces 20e. Therefore, it is possible to reduce the inductance while securing the insulation distance between the bolt fastening holes B that are connected to the input bus bar. Furthermore, since the first terminal block 21 and the second terminal block 22 have the receiving surface 20e, the effects described in the above embodiment can be realized.
  • the power modules 1, 1A according to the sixth aspect are the power modules 1, 1A according to any one of (1) to (5), wherein the surface of the base plate 10 to which the circuit board 15 is fixed and the may further include a cooler 40 that is provided in contact with the surface facing the opposite side to cool at least the circuit board 15 .
  • the terminal block 20 fixed to the circuit board 15 can also be cooled using the cooler 40 . Therefore, it is possible to cool the external conductor connected to the terminal block 20 through the terminal block 20 as well.
  • the method of manufacturing the power modules 1 and 1A according to the seventh aspect includes a base end surface 20a that can be fixed to the circuit board 15, a front end surface 20b that can fix an external conductor electrically connected to the outside, an intermediate portion 20c electrically connecting the base end surface 20a and the tip end surface 20b, and a recess 20d having a receiving surface 20e facing the tip end surface 20b is provided in the intermediate portion 20c. and a liquid synthetic resin is supplied so as to enter the recess 20d and to cover the intermediate portion 20c of the terminal block 20, and is cured. and reinforcing portion forming steps S ⁇ b>2 and S ⁇ b>4 a for forming the reinforcing portion 50 .
  • the reinforcing portion 50 that reinforces the terminal block 20 can be easily formed.
  • the present disclosure it is possible to provide a power module that can be miniaturized without reducing the reliability of the terminals, and a method of manufacturing the power module.

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Abstract

パワー半導体素子が実装された回路基板と、回路基板が固定されるベースプレートと、回路基板の外面のうち、ベースプレートとは反対側を向く面に固定された基端面と、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面と、回路基板の表面から離間する方向に延びて基端面と先端面とを電気的に接続する中間部とを有する端子ブロックと、回路基板とベースプレートとの少なくとも一方に固定されて、端子ブロックを補強する補強部と、を備え、端子ブロックの中間部は、先端面側を向く受け面を有し、補強部は、中間部の延びる方向で受け面と対向するように設けられて、回路基板の表面から離間する方向への端子ブロックの変位を規制する抑え面を有するパワーモジュール。

Description

パワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法
 本開示は、パワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法に関する。
 本願は、2021年4月6日に日本に出願された特願2021-064919号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 特許文献1には、例えば、インバータ等の電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュール(以下、パワーモジュールと称する)が開示されている。
特開2019-71502号公報
 ところで、特許文献1に記載されたようなパワーモジュールにおいては、付加価値向上のために更なる小型化が望まれている。
 しかしながら、上記特許文献1に記載のパワーモジュールの入力端子や出力端子には、導体の締結による荷重や振動等の外乱による荷重が加わる場合がある。そのため、これらの荷重に耐えられる十分な強度を有する必要があり、端子の信頼性を低下させることなく更なる小型化を図ることが困難になっている。
 本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、端子の信頼性を低下させることなく小型化を図ることが可能なパワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本開示に係るパワーモジュールは、入力された電力を変換して出力するパワーモジュールであって、パワー半導体素子が実装された回路基板と、前記回路基板が固定されるベースプレートと、前記回路基板の外面のうち、前記ベースプレートとは反対側を向く面に固定された基端面と、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面と、前記回路基板の表面から離間する方向に延びて前記基端面と前記先端面とを電気的に接続する中間部とを有する端子ブロックと、前記回路基板と前記ベースプレートとの少なくとも一方に固定されて、前記端子ブロックを補強する補強部と、を備え、前記端子ブロックの前記中間部は、前記先端面側を向く受け面を有し、前記補強部は、前記中間部の延びる方向で前記受け面と対向するように設けられて、前記回路基板の前記表面から離間する方向への前記端子ブロックの変位を規制する抑え面を有する。
 また、本開示に係るパワーモジュールの製造方法は、回路基板に固定可能な基端面と、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面と、前記基端面と前記先端面とを電気的に接続する中間部と、を備え、前記先端面側を向く受け面を有した凹部を前記中間部に備えた端子ブロックを成形する端子ブロック成形工程と、液状の合成樹脂を、前記凹部の内部に入り込むように供給するとともに、前記端子ブロックの前記中間部を覆うように供給して硬化させて補強部を成形する補強部成形工程と、を含む。
 本開示によれば、端子の信頼性を低下させることなく小型化を図ることが可能なパワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法を提供することができる。
本開示の第一実施形態に係るパワーモジュールの斜視図であって、補強部を除いた状態を示している。 図1の要部拡大斜視図である。 本開示の第一実施形態に係るパワーモジュールの斜視図であって、補強部を設けた状態を示している。 図3のIV-IV線方向の断面図である。 本開示の第一実施形態に係るパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 本開示の第二実施形態に係るパワーモジュールの斜視図である。 本開示の第二実施形態に係るパワーモジュールの製造方法のフローチャートである。 本開示の実施形態に係るパワーモジュールの端子ブロックの変形例を示す図である。
[第一実施形態]
(パワーモジュール)
 以下、本開示の第一実施形態に係るパワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法について、図面を参照して説明する。
 本実施形態のパワーモジュールは、入力された電力を変換して出力するインバータやコンバータ等の電力変換器の一部を構成している。本実施形態においては、パワーモジュールが、直流電流を入力とし、交流電流を出力とするインバータの一部を構成する場合を一例にして説明する。
 図1は、本実施形態に係るパワーモジュールの斜視図であって、補強部を除いた状態を示している。
 図1に示すように、本実施形態のパワーモジュール1は、ベースプレート10と、回路基板15と、端子ブロック20と、パワー半導体素子12と、冷却器40と、出力導体30と、補強部50(図3参照)と、を備えている。
(ベースプレート)
 ベースプレート10は、平板状を成す部材である。ベースプレート10は、第一面10a及び該第一面10aの裏側に位置する第二面10bを有している。即ち、ベースプレート10の第一面10aと第二面10bとは背合わせになっている。本実施形態において、ベースプレート10には、例えば銅が採用される。なお、ベースプレート10には、銅以外の金属が採用されてもよい。
(回路基板)
 回路基板15は、回路基板本体16と、回路パターンCと、を有している。
 回路基板本体16は、平板状を成している。この回路基板本体16は、表面16aと、この表面16aの裏側に位置する裏面16bと、を有している。回路基板本体16の裏面16bは、ベースプレート10の第一面10aに接合材等を介して固定されている。回路基板本体16は、例えばセラミック等の絶縁材料により形成されている。なお、回路基板本体16を形成する絶縁材料としては、上記セラミック以外にも、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、ガラスポリイミド、フッ素樹脂等を用いることができる。
 回路パターンCは、回路基板本体16の表面16aに形成された銅箔等のパターンである。より詳しくは、回路パターンCは、回路基板本体16の表面16aに接着等で固定された後、エッチング等を行うことで形成されている。本実施形態の回路パターンCには、入力回路(図示省略)と、出力回路(図示省略)と、制御回路(図示省略)と、が形成されている。入力回路(図示省略)は、後述の端子ブロック20から入力された電流を後述のパワー半導体素子12に入力するための回路パターンである。出力回路(図示省略)は、パワー半導体素子12が変換した電流を出力するための回路パターンである。制御回路(図示省略)は、パワー半導体素子12の挙動を制御するための制御信号を生成する制御部(図示省略)が接続される回路パターンである。
(端子ブロック)
 端子ブロック20は、パワーモジュール1外部に設けられている電流供給源(図示省略)からコンデンサ等(図示省略)を介して入力される電流を受け入れる。図1、図2に示すように、端子ブロック20は、銅などの金属からなり、回路基板本体16の表面16a上に形成された回路パターンCに固定されている。端子ブロック20は、基端面20aと、先端面20bと、中間部20cと、を有している。
 基端面20aは、回路基板15の外面のうちベースプレート10とは反対側を向く面に固定されている。より詳しくは、基端面20aは、回路基板本体16の表面16aに形成された回路パターンCの入力回路に接触して、回路パターンCの入力回路に電気的に接続されている。
 先端面20bは、上記基端面20aとは反対側に位置する面である。即ち、先端面20bと基端面20aとは、互いに背合わせの関係になっている。この先端面20bには、外部に電気的に接続された外部導体としてのバスバー(図示省略)等を固定することが可能になっている。本実施形態の先端面20bには、ボルト締結用のネジ穴Tが形成されている。このボルト締結用のネジ穴Tが形成されていることで、電流入力用の外部導体である入力バスバー(図示省略)が、ボルト等(図示省略)を用いて先端面20bに締結可能となっている。
 中間部20cは、回路基板15の表面16aから離間する方向に延びて基端面20aと先端面20bとを接続している。本実施形態における中間部20cは、基端面20aから回路基板15の表面16aと垂直な方向に延びて、先端面20bに至っている。端子ブロック20の先端面20bから流入する電流は、中間部20cを経由して基端面20aに至り、基端面20aから回路パターンCの入力回路に流入する。なお、本実施形態においては、中間部20cの延びる方向と垂直な断面における端子ブロック20の輪郭は、矩形状(具体的には、略正方形状)をなしている。
 中間部20cには、回路基板15に沿う方向に延びる凹部20dが形成されている。凹部20dは、先端面20b側を向く受け面20eを有している。さらに、本実施形態における凹部20dは、受け面20eと対向するように配置された対向面20gと、対向面20gと受け面20eとを繋ぐ底面20fとを有している。本実施形態において、一つの端子ブロック20に対して、二つの凹部20dが形成されている。これら二つの凹部20dは、一つの端子ブロック20において、互いに対称となる位置に配置されている。
 本実施形態のパワーモジュール1は、PN端子を成す二つの端子ブロック20として、第一端子ブロック21と、第二端子ブロック22と、を有している。第一端子ブロック21と、第二端子ブロック22とは、回路基板15に沿う方向に互いに間隔をあけて並設されている。
 より具体的には、本実施形態の第一端子ブロック21と、第二端子ブロック22とは、平面視矩形状に形成された回路基板15の四辺のうちの一辺の延びる方向に間隔をあけて配置されるとともに、この一辺に沿って並んで配置されている。
 これら第一端子ブロック21と第二端子ブロック22とは、インダクタンスの観点から、回路基板15に沿う方向において、接触しない限りで近接していることが望ましい。即ち、回路基板15に沿う方向における第一端子ブロック21と第二端子ブロック22との間隙が小さいほど、これら第一端子ブロック21及び第二端子ブロック22を流れる電流が発生させる磁界の影響を大きくすることができるため、インダクタンスをより有効に低減することができる。
(パワー半導体素子)
 パワー半導体素子12は、例えば、IGBTやMOSFET、FWD等である。本実施形態においては、六つのパワー半導体素子12が回路基板15に実装されている場合を例示している。パワー半導体素子12は、入力用端子(図示省略)と、出力用端子(図示省略)とを備えている。入力用端子(図示省略)は、ベースプレート10の回路基板本体16の表面16aに形成されている回路パターンCの入力回路に、接合材等を介して電気的に接続されている。
 出力用端子(図示省略)には、例えば、導線としてのリードフレーム(図示省略)の一端が電気的に接続されている。リードフレームの他端は、回路パターンCの出力回路に電気的に接続されている。つまり、入力用端子(図示省略)には、回路パターンCを介して電流が流入し、パワー半導体素子12により変換された電流が、出力用端子(図示省略)から出力される。また、パワー半導体素子12には、制御部(図示省略)によって生成された制御信号が入力される。パワー半導体素子12は、この制御信号に従ってスイッチングを行う。
(冷却器)
 冷却器40は、回路基板15を冷却する装置である。冷却器40は、接合材等を介して、ベースプレート10の第二面10bに設けられている。本実施形態における冷却器40は、冷却器筐体41と、冷媒入口部42と、冷媒出口部43と、を有している。
 冷却器筐体41は、接合材等を介してベースプレート10の第二面10bに接合されている。この冷却器筐体41の内部には、冷媒Wの流れる流路が形成されている。冷媒入口部42は、パワーモジュール1の外部に設けられている冷媒供給装置(図示省略)から供給された冷媒Wを冷却器筐体41の内部に導く。冷媒出口部43は、冷媒入口部42から流入して冷却器筐体41の内部を流れた冷媒Wを外部に排出する。この冷媒出口部43から排出された冷媒は、例えば、冷媒供給装置へ戻される。
 即ち、パワー半導体素子12の熱が、回路パターンC、回路基板本体16、ベースプレート10、冷却器筐体41等を介して冷媒Wに伝わり、パワー半導体素子12が冷却されることとなる。
 ベースプレート10と回路基板本体16との接合、パワー半導体素子12と回路パターンCとの接合、及びベースプレート10と冷却器筐体41との接合には、例えば、半田や焼結材(金属やセラミック等の粉末)や接着剤等の接合材を用いることができる。また、本実施形態において、冷却器筐体41、冷媒入口部42、及び冷媒出口部43の材料としては、例えば、アルミニウム、鉄、銅、セラミック等を採用することができる。
(出力導体)
 出力導体30は、パワー半導体素子12によって変換された電流を出力する導体である。出力導体30は、基部31と、接続部32と、を有している。
 基部31は、ベースプレート10の外側から第一面10aに設けられている回路基板15に向かって延出する、電流出力用の出力バスバーとしての導体である。基部31の外側端部には、ボルト締結孔Bが形成されている。基部31の外側端部には、電流出力用の出力配線(図示省略)がボルト締結される。
 接続部32は、基部31の内側端部に接続され、該内側端部から回路パターンC領域に到るように延びて、基板本体の表面16aに形成された回路パターンCの出力回路に電気的に接続されている。
(補強部)
 図3は、本実施形態に係るパワーモジュールの斜視図であって、補強部を設けた状態を示している。
 図3に示すように、補強部50は、回路基板15の一部、及びベースプレート10に固定されて端子ブロック20を補強している。補強部50は、合成樹脂材料により形成されている。補強部50は、端子ブロック20の中間部20cを外側から覆うとともに、回路基板15を少なくとも外側から囲っている。即ち、補強部50は、回路基板15に沿う方向において、回路基板15の周囲を囲むケースを成している。補強部50は、ベースプレート10の第一面10a及び回路基板本体16の一部の表面16aに接着剤等を介して固定されている。
 本実施形態において、補強部50には、例えば、合成樹脂材料としてPPS(ポリフェニレンサルファイド)等の絶縁材料を採用することができる。なお、PPS以外の絶縁材料を、補強部50に採用してもよい。
 補強部50は、回路基板15を外側から囲んでいる。これら補強部50と回路基板15とによって空間が画成される。以下、本実施形態において、これら補強部50及び回路基板15により画成された空間をポッティング空間Pと称する。ポッティング空間Pには、外部からポッティング材が流し込まれ(ポッティング)、少なくとも回路基板本体16の表面16aに設けられた回路パターンC及びパワー半導体素子12が封止される。
 図4は、図3のIV-IV線方向の断面図である。
 図4に示すように、本実施形態における補強部50は、端子ブロック20の中間部20cに形成された凹部20d内に入り込むように成形されている。これにより、補強部50には、端子ブロック20の中間部20cの延びる方向で受け面20eと対向する抑え面50aが形成されている。抑え面50aは、回路基板15の表面16aから離間する方向への端子ブロック20の変位を規制している。
 なお、本実施形態における補強部50には、凹部20dの対向面20gと対向する規制面50bも形成されている。この対向面20gと対向する規制面50bが形成されていることにより、回路基板15の表面16aに近づく方向への端子ブロック20の変位も規制されている。
(パワーモジュールの製造方法)
 次に、本実施形態のパワーモジュール1の製造方法について図5に示すフローチャートを用いて説明する。当該製造方法は、少なくとも、端子ブロック成形工程S1と、補強部成形工程S2と、回路基板実装工程S3と、ポッティング工程S4と、を含む。
(端子ブロック成形工程)
 端子ブロック成形工程S1は、上述の端子ブロック20を成形する工程である。
 この端子ブロック成形工程S1においては、はじめに、略直方体形状の金属を用意する。本実施形態においては、二つの略直方体形状の金属を用意する。
 次に、略直方体形状の金属の長手方向を向く二つの面のうち一方の面にネジ穴Tを形成する。この段階で、ネジ穴Tの形成された方の面が先端面20bとなり、ネジ穴Tの形成されていない方の面が基端面20aとなる。
 次に、上記ネジ穴Tの形成された略直方体形状の金属の基端面20aと先端面20bとの間、即ち、中間部20cに溝状の凹部20dを形成する。
 これにより、回路基板15に固定することが可能な基端面20aと、外部に電気的に接続された外部導体を固定することが可能な先端面20bと、基端面20aと先端面20bとを電気的に接続する中間部20cと、を備え、先端面20b側を向く受け面20eを有した凹部20dを中間部20cに備えた上述の端子ブロック20が二つ形成される。
(補強部成形工程)
 補強部成形工程S2においては、端子ブロック成形工程S1により形成された二つの端子ブロック20に対して、合成樹脂である補強部50を覆うように一体に成形する。
 この補強部成形工程S2においては、はじめに、合成樹脂材料を用意する。本実施形態の補強部成形工程S2で用いられる合成樹脂には、例えばPPSが採用される。なお、PPSではない合成樹脂を補強部成形工程S2において採用してもよい。
 次に、例えば、上記合成樹脂材料を加熱して溶融されて、専用の金型等を用いて、二つの端子ブロック20の凹部20d内に合成樹脂を入り込ませ、端子ブロック20の中間部20cを外側から覆うように供給させる。その後、合成樹脂を硬化させる。これにより、二つの端子ブロック20に対して補強部50が一体に成形される。
 なお、補強部成形工程S2においては、インサート成型等の成形方法を用いることができるが、インサート成型以外の成形方法を採用してもよい。
(回路基板実装工程)
 回路基板実装工程S3においては、ベースプレート10に固定されている回路基板15に対して、補強部成形工程S2により補強部50を一体に成形した二つの端子ブロック20を実装する。
 この回路基板実装工程S3においては、はじめに、端子ブロック20の実装先である、ベースプレート10に固定された回路基板15を用意する。
 次に、回路基板15に形成された回路パターンCの所定の実装箇所に接合材を塗布する。回路基板実装工程S3で用いられる接合材としては、例えばクリーム半田等を例示することができるが、クリーム半田以外の材料を回路基板実装工程S3における接合材に採用してもよい。
 次に、端子ブロック20の基端面20aが、回路基板15の実装箇所に塗布された接合材に接触するように、補強部50をベースプレート10に搭載する。そして、これらを所定の温度に温められた炉の内部に所定の時間入れる。これにより、基端面20aと回路パターンCとの間の接合材が溶けて半田付けが完了する。
 本実施形態において、回路基板実装工程S3で用いられる炉には、例えばリフロー炉等が採用される。なお、リフロー炉以外の炉を回路基板実装工程S3において採用してもよい。
 上記手順により、回路基板15に対して、補強部50が成形された端子ブロック20が実装される。
(ポッティング工程)
 ポッティング工程S4においては、ポッティング空間Pに液状のポッティング材を所定量流し込み、ポッティング材を硬化させる。
 ポッティング工程S4においては、はじめに、ポッティング材を用意する。ポッティング材としては、例えばシリコンゲルやエポキシ樹脂を用いることができる。なお、シリコンゲルやエポキシ樹脂以外の合成樹脂を、ポッティング材としてもよい。
 その一方で、ポッティング工程S4においては、接着剤等で補強部50とベースプレート10とを隙間なく接着させる。これにより、補強部50がベースプレート10に固定されるとともに、補強部50とベースプレート10との間が封止される。つまり、ポッティング材をポッティング空間Pに流し込んだ際に、ポッティング材がポッティング空間Pから漏出しないようになる。
 次に、ポッティング空間Pにポッティング材を所定量流し込む。ここでいう所定量とは、少なくとも回路基板本体16の表面16aに形成された回路パターンC及び該回路パターンCに実装されたパワー半導体素子12が露出しない程度に覆うことができる量を意味する。
 上記一連の工程を経ることで、パワーモジュール1が製造される。
(作用効果)
 上記第一実施形態に係るパワーモジュール1は、入力された電力を変換して出力するパワーモジュール1であって、パワー半導体素子12が実装された回路基板15と、回路基板15が固定されるベースプレート10と、回路基板15の外面のうち、ベースプレート10とは反対側を向く面に固定された基端面20aと、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面20bと、回路基板15の表面16aから離間する方向に延びて基端面20aと先端面20bとを電気的に接続する中間部20cとを有する端子ブロック20と、回路基板15とベースプレート10との少なくとも一方に固定されて、端子ブロック20を補強する補強部50と、を備え、端子ブロック20の中間部20cは、先端面20b側を向く受け面20eを有し、補強部50は、中間部20cの延びる方向で受け面20eと対向するように設けられて、回路基板15の表面16aから離間する方向への端子ブロック20の変位を規制する抑え面50aを有している。
 上記構成によれば、補強部50の抑え面50aによって、回路基板15の表面16aから離間する方向への端子ブロック20の変位を規制することができる。そのため、例えば、インバータの稼働中に回路基板15に振動が生じる場合や、パワーモジュール1の製造時に端子ブロック20に応力がかかる場合においても、端子ブロック20が回路基板15から外れてしまうことを抑制することができる。さらに、端子ブロック20を回路基板15上に実装することができるため、例えば、入力端子が回路基板15の外縁よりも外側に延出することがなくなる。したがって、端子の信頼性を低下させることなく小型化を図ることが可能となる。
 また、上記第一実施形態に係るパワーモジュール1において、補強部50は、回路基板15の周囲を囲むケースを兼ねている。
 上記構成によれば、補強部50と回路基板15を囲むケースとを個別に設ける場合と比較して、部品点数を削減することができる。また、補強部50によって回路基板15を囲むことで、パワーモジュール1を安全に保つことができる。
 また、上記第一実施形態に係るパワーモジュール1において、中間部20cは、回路基板15に沿う方向に延びる凹部20dを有し、凹部20dが受け面20eを備えている。
 上記構成によれば、回路基板15の表面16aから離間する方向への端子ブロック20の変位だけではなく、回路基板15に近づく方向への端子ブロック20の変位も規制することが可能となる。したがって、回路基板15に掛かる荷重をさらに軽減することができる。
 また、上記第一実施形態に係るパワーモジュール1は、ベースプレート10の回路基板15が固定される面とは反対側を向く面に接触するように設けられて、少なくとも回路基板15を冷却する冷却器40をさらに備えている。
 上記構成によれば、冷却器40を用いて回路基板15に固定された端子ブロック20も冷却することができる。したがって、端子ブロック20を介して、端子ブロック20に接続された外部導体も冷却することが可能となる。
 また、上記第一実施形態に係るパワーモジュール1では、補強部50と回路基板15とによってポッティング空間Pを画成している。
 したがって、補強部50と回路基板15とによって画成されたポッティング空間Pにポッティング材を流し込むことで、回路基板本体16の表面16aに設けられた回路パターンC及びパワー半導体素子12を容易に封止することができる。
 また、上記第一実施形態に係るパワーモジュール1の製造方法は、回路基板15に固定可能な基端面20aと、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面20bと、基端面20aと先端面20bとを電気的に接続する中間部20cと、を備え、先端面20b側を向く受け面20eを有した凹部20dを中間部20cに備えた端子ブロック20を成形する端子ブロック成形工程S1と、合成樹脂材料を、凹部20dの内部に入り込むように供給するとともに、端子ブロック20の中間部20cを覆うように供給して硬化させて補強部50を成形する補強部成形工程S2と、を含む。
 上記構成によれば、端子ブロック20を補強する補強部50を容易に成形することができる。
[第二実施形態]
 以下、本開示の第二実施形態に係るパワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法について図6及び図7を参照して説明する。第二実施形態で説明する補強部は、第一実施形態のパワーモジュール1が備える補強部50の構成が一部異なる。第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
 図6は、第二実施形態に係るパワーモジュールの斜視図である。
 図6に示すように、本実施形態のパワーモジュール1Aの補強部150は、ポッティング材からなり、パワーモジュール1Aは、絶縁ケース60をさらに備えている。
(絶縁ケース)
 絶縁ケース60は、回路基板15を外側から囲んでいる。これら絶縁ケース60と回路基板15とによってポッティング空間Pが画成されている。本実施形態におけるポッティング空間Pには、端子ブロック20、パワー半導体素子12、及び出力導体30の接続部32が配置されている。絶縁ケース60は、ベースプレート10の第一面10aに接着剤等を介して接着されている。絶縁ケース60は、例えば、合成樹脂であるPPS等の絶縁材料により形成することができる。なお、PPS以外の絶縁材料により絶縁ケース60を形成してもよい。
(補強部)
 本実施形態における補強部150は、ポッティング材からなる。補強部150は、ポッティング空間Pに形成されている。
 より詳しくは、補強部150は、回路基板本体16の表面16aから、少なくとも端子ブロック20の凹部20dが有する受け面20eよりも回路基板15の表面16aから離間した位置まで、ポッティング空間Pを満たすように形成されている。
 さらに、補強部150は、第一実施形態の補強部150と同様に、端子ブロック20の中間部20cに形成された凹部20dに入り込むように形成されている。言い換えれば、補強部150は、端子ブロック20の中間部20cの延びる方向で受け面20eと対向する抑え面50aを有している。なお、補強部150は、例えば、エポキシ樹脂等を採用することができるが、エポキシ樹脂以外の材料を採用してもよい。
(パワーモジュールの製造方法)
 次に、本実施形態のパワーモジュール1Aの製造方法について、図7に示すフローチャートを用いて説明する。当該製造方法は、少なくとも、端子ブロック成形工程S1と、回路基板実装工程S2aと、ケース取り付け工程S3aと、補強部成形工程S4aと、を含む。なお、端子ブロック成形工程S1については、第一実施形態と同様のため、説明を省略する。
(回路基板実装工程)
 端子ブロック成形工程S1の後に、回路基板実装工程S2aを実行する。
 回路基板実装工程S2aにおいては、ベースプレート10に固定されている回路基板15に対して、端子ブロック20を実装する。
 この回路基板実装工程S2aにおいては、はじめに、端子ブロック20の実装先である、ベースプレート10に固定されている回路基板15を用意する。
 次に、回路基板15に形成された回路パターンCにおける所定の実装箇所に接合材を塗布する。そして、端子ブロック20の基端面20aが、回路基板15の実装箇所に塗布された接合材に接触するように、端子ブロック20を回路基板15に搭載する。その後、これらを所定の温度に温められた炉の内部に所定の時間入れる。これにより、基端面20aと回路パターンCとの間の接合材が溶けて半田付けが完了し、回路基板15に対して、端子ブロック20が実装される。
(ケース取り付け工程)
 ケース取り付け工程S3aにおいては、端子ブロック20が実装された上記回路基板15に対して絶縁ケース60を取り付ける。
 このケース取り付け工程S3aにおいては、はじめに、絶縁ケース60を用意する。絶縁ケース60は、専用の金型等を用いた射出成型等によって成形することができる。なお、絶縁ケース60の作製方法は、射出成型ではない他の成形方法であってもよい。
 そして、絶縁ケース60を、端子ブロック20が実装された上記回路基板15を外側から覆うようにベースプレート10に接着剤等を介して接着する。
 上記手順により、ベースプレート10に対して絶縁ケース60が取り付けられる。
(補強部成形工程)
 補強部成形工程S4aにおいては、ポッティング空間Pに、液状のポッティング材を所定量流し込み、ポッティング材を硬化させて補強部150を成形する。
 この補強部成形工程S4aにおいては、はじめに、補強部150を成形するため材料としてポッティング材を用意する。補強部成形工程S4aで用いるポッティング材としては、例えばエポキシ樹脂等を採用することができる。なお、エポキシ樹脂以外の合成樹脂を、ポッティング材として採用してもよい。
 補強部成形工程S4aにおいては、次に、ポッティング空間Pにポッティング材を所定量流し込む。その際、少なくとも端子ブロック20の中間部20cに形成された凹部20dに入り込む位置までポッティング材を注ぎ込む。そして、注ぎ込まれたポッティング材を硬化させる。この硬化したポッティング材が補強部150となる。
 上記工程を経ることにより、パワーモジュール1Aが製造される。
(作用効果)
 上記第二実施形態に係るパワーモジュール1Aにおいて、補強部150は、ポッティング材からなっている。
 上記構成によれば、ポッティングという簡易な方法で、端子ブロック20の凹部20d内に入り込む補強部150を形成することができる。したがって、パワーモジュール1Aの製造における工数を削減することができる。また、ポッティングにより、回路基板15と、端子ブロック20と、パワー半導体素子12と、絶縁ケース60と、が補強部150によって単体になる。これにより、インバータの稼働中に回路基板15に生じる振動等に対するパワーモジュール1Aの強度を向上することができる。
[実施形態の変形例]
 図8は、本開示の実施形態に係るパワーモジュールの端子ブロックの変形例を示す。図8では、補強部を除いた状態を示している。
 上記各実施形態におけるパワーモジュール1,1Aは、端子ブロック20として、図8に示すような溝状の凹部20dを有していない第一端子ブロック21及び第二端子ブロック22を備えてもよい。
 この変形例における第一端子ブロック21と第二端子ブロック22とは、第一、第二実施形態と同様に、回路基板15に沿う方向に互いに間隔をあけて並設されている。この変形例において、第一端子ブロック21の中間部20cが有している凹部20dの受け面20eは、第一端子ブロック21の先端面20bよりも第二端子ブロック22側に設けられている。さらに、第二端子ブロック22の中間部20cが有している凹部20dの受け面20eは、第二端子ブロック22の先端面20bよりも第一端子ブロック21側に設けられている。
 上記変形例の構成によれば、第一端子ブロック21及び第二端子ブロック22の先端面20b同士の離間距離を、それぞれの受け面20e同士の離間距離に比べて大きくとることができる。したがって、入力バスバーとの接続部分となるボルト締結孔B同士の絶縁距離を確保しつつ、インダクタンスを低減することができる。さらに、第一端子ブロック21及び第二端子ブロック22は、受け面20eを有しているため、上記実施形態に記載の作用効果を実現することができる。
[その他の実施形態]
 以上、本開示の実施形態及び変形例について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態の構成に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内での構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本開示は実施形態によって限定されることはない。
 上記実施形態では、端子ブロック20の先端面20bに、ボルト締結用のネジ穴Tが切られている構成とされているが、ネジ穴Tが切られている構成に限定されることはない。例えば、先端面20bから突出する雄ネジ部が形成されている構成等であってもよい。
 また、上記実施形態では、二つの端子ブロック20の中間部20cがそれぞれ二つの凹部20dを有している構成であるが、凹部20dは二つに限定されることはない。凹部20dは一つであっても、三つ以上であってもよい。
 また、上記実施形態では、中間部20cが有する凹部20dは、回路基板15に沿う方向に延びているが、この構成に限定されることはない。
 また、上記実施形態では、パワーモジュール1,1Aがインバータに用いられていたが、インバータに限定されることはない。パワーモジュール1,1Aは、交流電流を入力とし、直流電流を出力とするコンバータや、直流電流の電圧の大きさを変更するレギュレータの昇圧回路等の一部を構成してもよい。
 また、上記第二実施形態の工程の順序は、上記に限定されることはなく、回路基板実装工程S2aとケース取り付け工程S3aとは、順序が異なっていてもよい。
[付記]
 実施形態に記載のパワーモジュールは、例えば以下のように把握される。
(1)第1の態様に係るパワーモジュール1,1Aは、入力された電力を変換して出力するパワーモジュール1,1Aであって、パワー半導体素子12が実装された回路基板15と、前記回路基板15が固定されるベースプレート10と、前記回路基板15の外面のうち、前記ベースプレート10とは反対側を向く面に固定された基端面20aと、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面20bと、前記回路基板15の表面16aから離間する方向に延びて前記基端面20aと前記先端面20bとを電気的に接続する中間部20cとを有する端子ブロック20と、前記回路基板15と前記ベースプレート10との少なくとも一方に固定されて、前記端子ブロック20を補強する補強部50と、を備え、前記端子ブロック20の前記中間部20cは、前記先端面20b側を向く受け面20eを有し、前記補強部50は、前記中間部20cの延びる方向で前記受け面20eと対向するように設けられて、前記回路基板15の前記表面16aから離間する方向への前記端子ブロック20の変位を規制する抑え面50aを有する。
 上記構成によれば、補強部50の抑え面50aによって、回路基板15の表面16aから離間する方向への端子ブロック20の変位を規制することができる。そのため、例えば、インバータの稼働中に回路基板15に振動が生じる場合や、パワーモジュール1の製造時に端子ブロック20に応力がかかる場合においても、端子ブロック20が回路基板15から外れてしまうことを抑制することができる。さらに、端子ブロック20を回路基板15上に実装することができるため、例えば、入力端子が回路基板15の外縁よりも外側に延出することがなくなる。したがって、端子の信頼性を低下させることなく小型化を図ることが可能となる。
(2)第2の態様に係るパワーモジュール1は、(1)のパワーモジュール1であって、前記補強部50は、前記回路基板15の周囲を囲むケースを兼ねてもよい。
 上記構成によれば、補強部50と回路基板15を囲むケースとを個別に設ける場合と比較して、部品点数を削減することができる。また、補強部50によって回路基板15を囲むことで、パワーモジュール1を安全に保つことができる。
(3)第3の態様に係るパワーモジュール1Aは、(1)のパワーモジュール1Aであって、前記補強部150は、ポッティング材からなってもよい。
 上記構成によれば、ポッティングという簡易な方法で、端子ブロック20の凹部20d内に入り込む補強部150を形成することができる。したがって、パワーモジュール1Aの製造における工数を削減することができる。また、ポッティングにより、回路基板15と、端子ブロック20と、パワー半導体素子12と、絶縁ケース60と、が補強部150によって単体になる。これにより、インバータの稼働中に回路基板15に生じる振動等に対するパワーモジュール1Aの強度を向上することができる。
(4)第4の態様に係るパワーモジュール1,1Aは、(1)から(3)のいずれかのパワーモジュール1,1Aであって、前記中間部20cは、前記回路基板15に沿う方向に延びる凹部20dを有し、前記凹部20dが前記受け面20eを備えてもよい。
 上記構成によれば、回路基板15の表面16aから離間する方向への端子ブロック20の変位だけではなく、回路基板15に近づく方向への端子ブロック20の変位も規制することが可能となる。したがって、回路基板15に掛かる荷重をさらに軽減することができる。
(5)第5の態様に係るパワーモジュール1,1Aは、(1)から(3)のいずれかのパワーモジュール1,1Aであって、前記端子ブロック20として、PN端子を成す第一端子ブロック21と第二端子ブロック22とを、備え、前記第一端子ブロック21と前記第二端子ブロック22とは、前記回路基板15に沿う方向に互いに間隔をあけて並設され、前記第一端子ブロック21の前記受け面20eは、前記第一端子ブロック21の前記先端面20bよりも前記第二端子ブロック22側に設けられ、前記第二端子ブロック22の前記受け面20eは、前記第二端子ブロック22の前記先端面20bよりも前記第一端子ブロック21側に設けられてもよい。
 上記構成によれば、第一端子ブロック21及び第二端子ブロック22の先端面20b同士の離間距離を、それぞれの受け面20e同士の離間距離に比べて大きくとることができる。したがって、入力バスバーとの接続部分となるボルト締結孔B同士の絶縁距離を確保しつつ、インダクタンスを低減することができる。さらに、第一端子ブロック21及び第二端子ブロック22は、受け面20eを有しているため、上記実施形態に記載の作用効果を実現することができる。
(6)第6の態様に係るパワーモジュール1,1Aは、(1)から(5)のいずれかのパワーモジュール1,1Aであって、前記ベースプレート10の前記回路基板15が固定される面とは反対側を向く面に接触するように設けられて、少なくとも前記回路基板15を冷却する冷却器40をさらに備えてもよい。
 上記構成によれば、冷却器40を用いて回路基板15に固定された端子ブロック20も冷却することができる。したがって、端子ブロック20を介して、端子ブロック20に接続された外部導体も冷却することが可能となる。
(7)第7の態様に係るパワーモジュール1,1Aの製造方法は、回路基板15に固定可能な基端面20aと、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面20bと、前記基端面20aと前記先端面20bとを電気的に接続する中間部20cと、を備え、前記先端面20b側を向く受け面20eを有した凹部20dを前記中間部20cに備えた端子ブロック20を成形する端子ブロック成形工程S1,S1aと、液状の合成樹脂を、前記凹部20dの内部に入り込むように供給するとともに、前記端子ブロック20の前記中間部20cを覆うように供給して硬化させて補強部50を成形する補強部成形工程S2,S4aと、を含む。
 上記構成によれば、端子ブロック20を補強する補強部50を容易に成形することができる。
 本開示によれば、端子の信頼性を低下させることなく小型化を図ることが可能なパワーモジュール、及びパワーモジュールの製造方法を提供することができる。
1,1A…パワーモジュール 10…ベースプレート 10a…第一面 10b…第二面 12…パワー半導体素子 15…回路基板 16…回路基板本体 16a…表面 16b…裏面 20…端子ブロック 20a…基端面 20b…先端面 20c…中間部 20d…凹部 20e…受け面 20f…底面 20g…対向面 21…第一端子ブロック 22…第二端子ブロック 30…出力導体 31…基部 32…接続部 40…冷却器 41…冷却器筐体 42…冷媒入口部 43…冷媒出口部 50,150…補強部 50a…抑え面 50b…規制面 60…絶縁ケース B…ボルト締結孔 C…回路パターン P…ポッティング空間 S1…端子ブロック成形工程 S2,S4a…補強部成形工程 S3,S2a…回路基板実装工程 S3a…ケース取り付け工程 S4…ポッティング工程 T…ネジ穴 W…冷媒

Claims (7)

  1.  入力された電力を変換して出力するパワーモジュールであって、
     パワー半導体素子が実装された回路基板と、
     前記回路基板が固定されるベースプレートと、
     前記回路基板の外面のうち、前記ベースプレートとは反対側を向く面に固定された基端面と、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面と、前記回路基板の表面から離間する方向に延びて前記基端面と前記先端面とを電気的に接続する中間部とを有する端子ブロックと、
     前記回路基板と前記ベースプレートとの少なくとも一方に固定されて、前記端子ブロックを補強する補強部と、を備え、
     前記端子ブロックの前記中間部は、前記先端面側を向く受け面を有し、
     前記補強部は、
     前記中間部の延びる方向で前記受け面と対向するように設けられて、前記回路基板の前記表面から離間する方向への前記端子ブロックの変位を規制する抑え面を有するパワーモジュール。
  2.  前記補強部は、前記回路基板の周囲を囲むケースを兼ねる請求項1に記載のパワーモジュール。
  3.  前記補強部は、ポッティング材からなる請求項1に記載のパワーモジュール。
  4.  前記中間部は、前記回路基板に沿う方向に延びる凹部を有し、
     前記凹部が前記受け面を備えている請求項1から3のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
  5.  前記端子ブロックとして、PN端子を成す第一端子ブロック及び第二端子ブロックを備え、
     前記第一端子ブロックと前記第二端子ブロックとは、前記回路基板に沿う方向に互いに間隔をあけて並設され、
     前記第一端子ブロックの前記受け面は、前記第一端子ブロックの前記先端面よりも前記第二端子ブロック側に設けられ、
     前記第二端子ブロックの前記受け面は、前記第二端子ブロックの前記先端面よりも前記第一端子ブロック側に設けられている請求項1から3のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
  6.  前記ベースプレートの前記回路基板が固定される面とは反対側を向く面に接触するように設けられて、少なくとも前記回路基板を冷却する冷却器をさらに備える請求項1から5のいずれか一項に記載のパワーモジュール。
  7.  回路基板に固定可能な基端面と、外部に電気的に接続された外部導体を固定可能な先端面と、前記基端面と前記先端面とを電気的に接続する中間部と、を備え、前記先端面側を向く受け面を有した凹部を前記中間部に備えた端子ブロックを成形する端子ブロック成形工程と、
     液状の合成樹脂を、前記凹部の内部に入り込むように供給するとともに、前記端子ブロックの前記中間部を覆うように供給して硬化させて補強部を成形する補強部成形工程と、を含むパワーモジュールの製造方法。
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