パワーモジュールとその製造方法
【課題】低コストかつ小型で高機能なパワーモジュールを得ること。
【解決手段】実施の形態にかかるパワーモジュール１００は、金属ベース３と、前記金属ベース３の上に搭載されたパワー素子９と、前記パワー素子９を制御する部品７を搭載し、貫通穴６を備えた制御基板４と、前記金属ベース３の一面のみ露出させ、前記金属ベース３、前記パワー素子９、及び前記制御基板４を覆って封止する樹脂５とを備える。
【解決手段】実施の形態にかかるパワーモジュール１００は、金属ベース３と、前記金属ベース３の上に搭載されたパワー素子９と、前記パワー素子９を制御する部品７を搭載し、貫通穴６を備えた制御基板４と、前記金属ベース３の一面のみ露出させ、前記金属ベース３、前記パワー素子９、及び前記制御基板４を覆って封止する樹脂５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールとその製造方法に関するものであり、例えばインバータなどのパワーモジュールの高機能化、小型化、低コスト化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータなどに用いられる電力用半導体装置は大電流、高電圧下で動作するため、そのような電力用のパワーモジュールにおいては、高い絶縁性を確保するとともに、動作に伴う発熱を半導体装置の外部に効率よく逃がすことが必要不可欠とされている。
【０００３】
そのような電力用半導体装置の例として、下記の特許文献を引用して背景技術を説明する。例えば、特許文献１に記載のパワーモジュールは、パワー素子、リードフレーム、絶縁層、ベース、金属ワイヤ、パワー素子を制御する部品が実装された制御基板、モールド樹脂、ケースで構成されている。
【０００４】
パワー素子は金属ワイヤ、リードフレームにより電気的に接続され、パワー素子で発生する熱はリードフレーム、絶縁層を介してベースから放熱される。
【０００５】
一般的に、ベースはケースとの界面で樹脂漏れがないように接着される一方、制御基板は位置固定のため接着されている。ケースに接着された制御基板と、ベース上の絶縁層と接着されるリードフレームは、併設して配置されており、それぞれ金属ワイヤにより電気的に接続されている。ケース内の封止樹脂は、電気的絶縁が必要なリードフレームに実装されるパワー素子、金属ワイヤ及び制御基板上の部品を封止している。
【０００６】
次に、特許文献２に記載のパワーモジュールについて説明する。特許文献１に記載のパワーモジュールと違い、ケースを無くしているので、モールド樹脂によりリードフレームに実装されるパワー素子、金属ワイヤ及び制御基板上の部品は、金属ベース露出面を除き封止される。
【０００７】
制御基板の一方面は部品が実装され、他方面は金属ベースと固定された状態で樹脂封止されている。金属ベースはリードフレームに固定されて保持されている。一方、制御基板はリードフレーム端部４点で固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５８２６３号公報
【特許文献２】特開２００８−１４０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術によれば以下のような問題があった。例えば、特許文献１に記載のパワーモジュールにおいては、一般的に樹脂封止時に樹脂流動による樹脂圧が発生する。このとき、制御基板の下面に多く樹脂が入ることで制御基板が傾いたり、移動したりすることで、制御基板と金属ベース間の距離が離れてしまい、金属ワイヤに応力が発生して、破断に至ることがある。特許文献１に記載のパワーモジュールにおいてはケースに制御基板周囲のシール部及び金属ベース周囲のシール部分で接着固定されているため、位置ずれを抑制して、金属ワイヤの破断不良を無くすことができる。
【００１０】
しかし、この構造ではケースに制御基板と金属ベースを接着する工程があり、工数が多くなり、加工コストが高くなるという問題があった。また、ケースは封止樹脂面積よりも大きくする必要があり、外形サイズが大きくなった。さらに、ケースのコストもかかるため、パワーモジュールの小型化、低コスト化をするのは困難であった。
【００１１】
また、特許文献２に記載のパワーモジュールにおいては、金型内に制御基板と金属ベースが固定されたリードフレームを設置し、高圧樹脂注入されることでパワーモジュール構造を得ている。金型内では制御基板をリードフレームで固定されているが、リードフレームは曲げ端子に使用するため細いのが一般的である。そのため、リードフレームでは樹脂圧に耐えるだけの剛性がないので、制御基板が傾いたり、移動することで、金属ワイヤの破断する懸念が生ずる。
【００１２】
また、パワーモジュールの高機能化を実現するためにはＩＣパッケージなどの大型部品を多く搭載する必要があり、制御基板の面積は大きくなる傾向がある。制御基板の面積が大きくなることで、製造上発生する制御基板上下面の樹脂流れ速度の違いにより、押圧が発生することで、端部４点で固定された制御基板の中央部ではたわみ変形が発生する。
【００１３】
制御基板においてたわみ変形が発生すると、実装された部品の接続面では、膨張又収縮による応力が発生して、部品の接続面であるはんだ接合部にクラックが発生する。さらに、はんだ接合部は冷熱環境下の熱応力と重畳することで、クラックを促進させて、破断する懸念が生ずる。
【００１４】
また、封止後の樹脂は熱収縮することで、制御基板とモールド樹脂の界面では収縮応力が発生することが知られている。制御基板の面積が大きくなるほど、応力は大きくなり、制御基板とモールド樹脂の界面では剥離が発生する。その結果、モールド樹脂で覆われた部品も一緒に熱収縮することで、上記と同様にはんだ接合部ではクラックが発生する。
【００１５】
さらに、特許文献２に記載のパワーモジュールにおいては、一方面は部品実装された面、他方面は金属面で形成されている。封止樹脂は部品実装面のレジスト面は密着しにくく、金属面と密着しやすいことが知られている。そのため、制御基板両面の部品実装はより剥離しやすく、はんだ接合部のクラックが問題となっていた。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ小型で高機能なパワーモジュールを提供することが可能な、パワーモジュールとその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、金属ベースと、前記金属ベースの上に搭載されたパワー素子と、前記パワー素子を制御する部品を搭載し、貫通穴を備えた制御基板と、前記金属ベースの一面のみ露出させ、前記金属ベース、前記パワー素子、及び前記制御基板を覆って封止する樹脂と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ケースを用いずに樹脂封止することで、ケースに制御基板と金属ベースを接着する工程が無くなり加工コストの低減と、ケースコストの低減が可能である。さらに、ケース面積を削減することで小型化が可能である。
【００１９】
また、制御基板に樹脂充填された貫通穴を設けることで、制御基板内部をモールド樹脂により充填することでアンカー効果となる。その結果、熱収縮による制御基板とモールド樹脂の界面の剥離を抑制できることで、はんだ接合部のクラックを抑制することができる。よって、制御基板の実装部品の高信頼性を実現するとともに、パワーモジュールを小型化、低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの側面断面図を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの上面図を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかるパワーモジュールを構成する各要素を示す側面断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造過程の一工程の様子を示す側面断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造過程の一工程の様子を示す側面断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造過程の一工程の様子を示す側面断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかるパワーモジュールの側面断面図を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかるインバータ装置の側面断面図を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかるインバータ装置を別の側面から観た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかるパワーモジュールとその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これら実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００の側面断面図を示す。図２は、図１で示したパワーモジュール１００の上面図を示す。図３は、パワーモジュール１００を構成する各要素を示す側面断面図である。図４乃至６は、図１のパワーモジュール１００を完成させるに至る樹脂充填を含む製造過程の各工程の様子を示す側面断面図である。
【００２３】
図１に示すように、パワーモジュール１００は、パワー素子９、リードフレーム１の外部端子１ａ、１ｂ、絶縁シート２、金属ベース３、金属ワイヤ８ａ、８ｂ、パワー素子９を制御する部品７を搭載した制御基板４を備える。
【００２４】
リードフレーム１は外部端子１ａと外部端子１ｂとで構成され、銅板やアルミ板からプレス成形することにより形成される。外部端子１ａは、その一方面を延長させて、パワー素子９がはんだ接合される部位を有している。そのため、リードフレーム１（外部端子１ａ）はパワー素子９のパターン形成と外部端子形成の両方を担っている。
【００２５】
図１に示すように、リードフレーム１（外部端子１ａ）のパワー素子９がはんだ接合される部位の反対面は絶縁シート２と金属ベース３が配置され、パワー素子９の発熱は熱伝導性の高い銅やアルミで形成される金属ベース３を介して放出される。
【００２６】
絶縁シート２はエポキシなどの熱硬化性樹脂が用いられ、その内部にはシリカやＢＮなどの高伝導性フィラーが混入されている。外部端子１ｂは、部品７が実装された制御基板4の片方の端と金属ワイヤ８ｂにより接続されている。制御基板４の他方の端は、金属ワイヤ８ａを介してパワー素子９及び外部端子１ａに導通している。制御基板４は、金属ワイヤ８ａ、８ｂにより空中で保持されている。
【００２７】
制御基板４に搭載された部品７は、例えばＩＣパッケージや、フォトカプラなど、パワー素子９を効率よく制御するための部品である。パワー素子９は、入力交流電力を直流に変換するコンバータ部のダイオードや、直流を交流に変換するインバータ部のバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ等である。
【００２８】
リードフレーム１の外部端子１ａの上のインバータ部の上アームおよび下アームにそれぞれ３個ずつ、コンバータ部の上アームおよび下アームにそれぞれ３個ずつのパワー素子９が搭載されている。また、ブレーキ用のコンバータ、インバータとしてのパワー素子９を１個ずつ搭載している。
【００２９】
モールド樹脂５は、エポキシなどの熱硬化性樹脂が用いられる。図１に示すように、モールド樹脂５により外部端子１ａおよび１ｂ、金属ベース３の露出面を除き全体が樹脂封止される。
【００３０】
制御基板４は、パワー素子９が実装されるリードフレーム１（外部端子１ａ）、絶縁シート２、金属ベース３と併設され、両者の間に段差を有するように配置されている。制御基板４と金属ベース３の間に段差を有するように配置することにより、制御基板４と金属ベース３との間を大きくでき、制御基板４の下面側から樹脂が進入しやすい構成になっている。また、樹脂量の多い制御基板４の下面側に大型部品を配置することにより、制御基板４の上面側と下面側の樹脂注入流量が一定となるように制御できるので、樹脂のまわりこみによるエア残りの抑制に効果的である。
【００３１】
また、制御基板４には貫通穴６が設けられており、モールド樹脂５が樹脂充填されている。樹脂充填された制御基板４の貫通穴６の存在によって、モールド樹脂５によって制御基板４内を貫通して樹脂充填することが可能になる。
【００３２】
即ち、樹脂充填された貫通穴６のアンカー効果により、制御基板４とモールド樹脂５の界面剥離を抑制することができる。これにより、モールド樹脂５は制御基板４と部品７の全体を覆うことが可能となる。従って、モールド樹脂５により制御基板４と部品７の冷熱環境下の熱応力を抑制でき、冷熱環境下のはんだ接合部の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、パワー素子９が実装される金属ベース３の上に制御基板４を設置して縦に並んだ段組み構造でも同等の効果が得られる。しかしこの場合、制御基板４を保持する貫通穴６を金属ベース３より外側に設置する必要があり、制御基板４の面積が大きくなり、パワーモジュール１００が大型化してしまうので、横に併設するのが望ましい。
【００３４】
この構造によれば、ケースを用いずに樹脂封止することで、ケースに制御基板４と金属ベース３を接着する工程が無くなり加工コストの低減と、ケースコストの低減が可能である。さらに、ケース面積を削減することで小型化が可能である。
【００３５】
また、制御基板４に樹脂充填された貫通穴６を設けることで、制御基板４の内部をモールド樹脂５により充填することでアンカー効果を得ることができる。その結果、熱収縮による制御基板４とモールド樹脂５との界面の剥離を抑制できることで、はんだ接合部のクラックを抑制することができる。よって、制御基板４の両面での部品実装や、制御基板４の面積を拡大することが可能となり、パワーモジュール１００の高機能化が可能となる。
【００３６】
また、制御基板４の両面での部品実装においては、制御基板４の界面剥離の抑制により、はんだ接合部のクラックを抑制することができる。従って、制御基板４の実装部品の高信頼性を実現するとともに、パワーモジュール１００を小型化、低コスト化することができる。
【００３７】
リードフレーム１はパワー素子９のパターン形成と外部端子形成の両方を担っているので、金属基板などの市販品を用いた場合に必要な接続部材を削減できる。さらに、リードフレーム１は制御基板４の外部端子も兼ねるため、接続部材を削減できる。その結果、パワーモジュール１００を低コスト化できる。
【００３８】
次に、図１および図２に示したパワーモジュール１００の製造工程について説明する。パワーモジュール１００の製造工程は主に部材設置工程、樹脂注入工程、樹脂保圧とキュア工程の３工程に分けられる。図３は、モールド樹脂５によりパワーモジュール１００として一体化される各要素を示す図である。リードフレーム１の外部端子１ａ、１ｂ、パワー素子９、金属ワイヤ８ａ、８ｂ、パワー素子９を制御する制御基板４、絶縁シート２、金属ベース３が以下の工程によりモールド樹脂５でパワーモジュール１００として一体化される。
【００３９】
部材設置工程では、図４に示すように、モールド型１０の中空部に半硬化状態の絶縁シート２が貼られた金属ベース３を設置する。次に、モールド型１０の中空部にパワー素子９が実装された外部端子１ａ（リードフレーム１）と、リードフレーム１の外部端子１ａおよび１ｂと金属ワイヤ８ａおよび８ｂで保持された制御基板４を設置する。本実施の形態においては、図２に示すように、制御基板４は、端部４箇所と中央部１箇所の貫通穴６があるが、貫通穴６には、図４に示すようにモールド型１０から中空部に露出した下可動ピン１２を挿入する。
【００４０】
下可動ピン１２は、制御基板４を保持するための大きな径の支柱およびその先の貫通穴６に挿入するための小さな径の支柱の径の異なる２種類の支柱で構成されており、貫通穴６に下可動ピン１２を挿入された制御基板４は、空中で保持される。なお、制御基板４の面積が小さい場合は、中央部１箇所の貫通穴６を省いて制御基板４を端部４箇所の貫通穴６に挿入された下可動ピン１２で保持するようにしても構わない。
【００４１】
樹脂注入工程では、型締め後に樹脂注入される。型締め時には、図４に示すようにモールド型１０の中空部に露出可能となるように設置された上可動ピン１１がリードフレーム１の外部端子１ａ、制御基板４をそれぞれ押さえつけることにより位置固定する。モールド樹脂５はリードフレーム１の外部端子１ａの端部より注入され、リードフレーム１の外部端子１ａは半硬化状態の絶縁シート２を金属ベース３に押さえつけながら流動する。このとき、外部端子１ａは樹脂注入位置から片持ち構造になっており、樹脂注入に沿って、外部端子１ａを絶縁シート２側に変形しやすくすることで、半硬化状態の絶縁シート２と金属ベース３を効率よく押さえることができる。
【００４２】
上可動ピン１１は下可動ピン１２とは異なり、１種類からなる径の支柱により形成される。上可動ピン１１及び下可動ピン１２はモールド型１０の中空部内で上下にしゅう動できるようになっている。
【００４３】
外部端子１ａ（リードフレーム１）の周囲がモールド樹脂５により充填された後、モールド樹脂５は制御基板４の上面および下面側を充填していく（図４）。制御基板４は貫通穴６に挿入される下可動ピン１２の固定により、モールド樹脂５の流動方向の移動が抑制されている。一方、上可動ピン１１は制御基板４を押さえつけることで、制御基板４の傾き変化を抑制している。
【００４４】
なお、上記樹脂注入工程において下可動ピン１２が貫通穴６に挿入せずに制御基板４を下から支持していてもよい。その場合は、下可動ピン１２が制御基板４を保持したこの状態で貫通穴６にモールド樹脂５が充填されるようにしてもかまわない。
【００４５】
また、本実施の形態において下可動ピン１２は制御基板４の中央部にも設置されており、制御基板４の上面からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制し、上可動ピン１１は制御基板４の下面からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制している。
【００４６】
樹脂保圧とキュア工程では、半硬化状態の絶縁シート２を加圧硬化する工程と、制御基板４の貫通穴６に樹脂充填して加圧硬化する工程がある。熱硬化性樹脂は、硬化するまで時間がかかるため、加圧することで樹脂を流動させることができる。
【００４７】
図５に示すようにモールド樹脂５を注入した後、図６に示すように、上可動ピン１１と下可動ピン１２はモールド型１０内へ収納される。上可動ピン１１と下可動ピン１２が存在していた空間は径が大きいため、支柱が存在していた空間の一部が残る場合があるが、加圧することによりこれらの空間にモールド樹脂５を樹脂充填することができる。そして、制御基板４の貫通穴６は小さいが、加圧することにより貫通穴６にもモールド樹脂５を樹脂充填することができる。
【００４８】
また、半硬化状態の絶縁シート２は、上記加圧時の圧力により内部欠陥を押しつぶすとともに、モールド型１０を加熱してキュア時間を経過させることにより硬化して、絶縁耐圧性能と放熱性能を発揮する。
【００４９】
以上説明したパワーモジュール１００の構成によれば、リードフレーム１と絶縁シート２が貼られた金属ベース３を加圧硬化する工程と、制御基板４の貫通穴６に樹脂充填する加圧硬化工程を同時に行うことで、加工費を抑制して、パワーモジュール１００の低コスト化を図ることができる。
【００５０】
また、モールド型１０の中空部内の上可動ピン１１と下可動ピン１２により制御基板４を保持することで、制御基板４の傾きや移動を抑制でき、金属ワイヤ８ａおよび８ｂの破断を抑制することができる。
【００５１】
また、下可動ピン１２により制御基板４の中央を保持することで、制御基板４の上面側からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制することができる。さらに、上可動ピン１１は制御基板４の下面側からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制する。これにより、樹脂注入時に発生する制御基板４のたわみ変形を抑制することが可能となり、制御基板４に実装された部品７のはんだ接合部のクラックを抑制することができる。
【００５２】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュール２００の側面断面図を示す。図１に示した実施の形態１にかかるパワーモジュール１００と異なる点は、金属ベース３を制御基板４の外縁まで延長したことである。
【００５３】
制御基板４の貫通穴６は金属ベース３に露出している突起３ａで位置決めされる。モールド樹脂５は金属ベース３の下面とリードフレーム１の外部端子１ａ及び外部端子１ｂを除き、パワーモジュール２００の全体を封止している。突起３ａは金属ベース３とは別部材で構成してもよく、金属ベース３から同一材料で突起３ａを形成した場合と同じ効果が得られる。
【００５４】
本実施の形態においては、金属ベース３を大きくすることにより、パワー素子９の発熱を金属ベース３で長手方向に広げることができるので、放熱性が向上する。その結果、パワーモジュール２００の外形サイズを変更することなく、パワー素子９の集積化、低コスト化が実現できる。
【００５５】
パワーモジュール２００の製造工程においては、実施の形態１で用いられた下可動ピン１２に代わって金属ベース３の突起３ａによって、制御基板４が保持される。モールド樹脂５をモールド型１０内に充填しているときは、図４および図５と同様に上可動ピン１１で制御基板４を上から押さえて保持し、樹脂保圧時には上可動ピン１１はモールド型１０内に収納される。制御基板４の貫通穴６はモールド樹脂５により樹脂充填されて、実施の形態１と同様にモールド樹脂５と制御基板４の界面の剥離を抑制している。
【００５６】
以上説明したパワーモジュール２００の構成によれば、パワーモジュール２００の外形サイズを大きくすることなく、金属ベース３の放熱面積を大きくすることができる。これにより、パワー素子９の放熱性を向上させて、パワー素子９の集積化および低コスト化が実現できる。
【００５７】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール３００を含むインバータ装置４００の側面断面図を示す。さらに、図８を観る方向と垂直な方向から観たインバータ装置４００の側面図を図９に示す。
【００５８】
パワーモジュール３００の構成は、金属ベース３の部分以外は実施の形態１にかかるパワーモジュール１００と同様である。本実施の形態においては、図８および図９に示されるようにパワーモジュール３００の金属ベース３に放熱用のフィン１３が直接接合されている。パワーモジュール３００はその状態で、ファン１５が搭載されるケース１４に設置される。一方、パワーモジュール３００の外部端子１ａおよび１ｂは電源基板１６にはんだ接合されている。以上により、インバータ装置４００が構成される。
【００５９】
フィン１３と金属ベース３は、かしめ接合されている。かしめ接合はフィン１３を金属ベース３の凹部に挿入して常温でプレスするため、はんだ接合や溶接などの熱履歴を与えずに接合でき、モールド樹脂５の耐熱性を考慮する必要がない。
【００６０】
フィン１３の材料としては、金属ベース３と同じように銅やアルミなどの高熱伝導率金属を用いる。なお、フィン１３と金属ベース３を高放熱接着材で接着しても同様の効果が得られる。
【００６１】
フィン１３はパワーモジュール３００の外縁まで形成されており、これにより放熱面積を大きくしている。フィン１３を接合したパワーモジュール３００をケース１４に挿入するだけで、フィン１３の風路を形成することができる。
【００６２】
以上説明したパワーモジュール３００を含んだインバータ装置４００の構成によれば、パワーモジュール３００の金属ベース３にフィン１３を直接接合することで、パワーモジュール３００の下面部に風路を形成でき、ケース１４を簡略化できる。その結果、インバータ装置４００を低コスト化できる。
【００６３】
更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
【００６４】
例えば、上記実施の形態１乃至３それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１乃至３にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかるパワーモジュールとその製造方法は、低コストかつ小型で高機能なパワーモジュールを提供することに有用であり、特に、インバータなどに用いられる電力用半導体装置のように大電流、高電圧下で動作するため、高い絶縁性を確保するとともに、動作に伴う発熱を半導体装置の外部に効率よく逃がすことが必要不可欠な電力用のパワーモジュールに適している。
【符号の説明】
【００６６】
１ リードフレーム
１ａ，１ｂ 外部端子
２ 絶縁シート
３ 金属ベース
３ａ 突起
４ 制御基板
５ モールド樹脂
６ 制御基板の貫通穴
７ 部品
８ａ，８ｂ 金属ワイヤ
９ パワー素子
１０ モールド型
１１ 上可動ピン
１２ 下可動ピン
１３ フィン
１４ ケース
１５ ファン
１６ 電源基板
１００，２００，３００ パワーモジュール
４００ インバータ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールとその製造方法に関するものであり、例えばインバータなどのパワーモジュールの高機能化、小型化、低コスト化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータなどに用いられる電力用半導体装置は大電流、高電圧下で動作するため、そのような電力用のパワーモジュールにおいては、高い絶縁性を確保するとともに、動作に伴う発熱を半導体装置の外部に効率よく逃がすことが必要不可欠とされている。
【０００３】
そのような電力用半導体装置の例として、下記の特許文献を引用して背景技術を説明する。例えば、特許文献１に記載のパワーモジュールは、パワー素子、リードフレーム、絶縁層、ベース、金属ワイヤ、パワー素子を制御する部品が実装された制御基板、モールド樹脂、ケースで構成されている。
【０００４】
パワー素子は金属ワイヤ、リードフレームにより電気的に接続され、パワー素子で発生する熱はリードフレーム、絶縁層を介してベースから放熱される。
【０００５】
一般的に、ベースはケースとの界面で樹脂漏れがないように接着される一方、制御基板は位置固定のため接着されている。ケースに接着された制御基板と、ベース上の絶縁層と接着されるリードフレームは、併設して配置されており、それぞれ金属ワイヤにより電気的に接続されている。ケース内の封止樹脂は、電気的絶縁が必要なリードフレームに実装されるパワー素子、金属ワイヤ及び制御基板上の部品を封止している。
【０００６】
次に、特許文献２に記載のパワーモジュールについて説明する。特許文献１に記載のパワーモジュールと違い、ケースを無くしているので、モールド樹脂によりリードフレームに実装されるパワー素子、金属ワイヤ及び制御基板上の部品は、金属ベース露出面を除き封止される。
【０００７】
制御基板の一方面は部品が実装され、他方面は金属ベースと固定された状態で樹脂封止されている。金属ベースはリードフレームに固定されて保持されている。一方、制御基板はリードフレーム端部４点で固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５８２６３号公報
【特許文献２】特開２００８−１４０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の技術によれば以下のような問題があった。例えば、特許文献１に記載のパワーモジュールにおいては、一般的に樹脂封止時に樹脂流動による樹脂圧が発生する。このとき、制御基板の下面に多く樹脂が入ることで制御基板が傾いたり、移動したりすることで、制御基板と金属ベース間の距離が離れてしまい、金属ワイヤに応力が発生して、破断に至ることがある。特許文献１に記載のパワーモジュールにおいてはケースに制御基板周囲のシール部及び金属ベース周囲のシール部分で接着固定されているため、位置ずれを抑制して、金属ワイヤの破断不良を無くすことができる。
【００１０】
しかし、この構造ではケースに制御基板と金属ベースを接着する工程があり、工数が多くなり、加工コストが高くなるという問題があった。また、ケースは封止樹脂面積よりも大きくする必要があり、外形サイズが大きくなった。さらに、ケースのコストもかかるため、パワーモジュールの小型化、低コスト化をするのは困難であった。
【００１１】
また、特許文献２に記載のパワーモジュールにおいては、金型内に制御基板と金属ベースが固定されたリードフレームを設置し、高圧樹脂注入されることでパワーモジュール構造を得ている。金型内では制御基板をリードフレームで固定されているが、リードフレームは曲げ端子に使用するため細いのが一般的である。そのため、リードフレームでは樹脂圧に耐えるだけの剛性がないので、制御基板が傾いたり、移動することで、金属ワイヤの破断する懸念が生ずる。
【００１２】
また、パワーモジュールの高機能化を実現するためにはＩＣパッケージなどの大型部品を多く搭載する必要があり、制御基板の面積は大きくなる傾向がある。制御基板の面積が大きくなることで、製造上発生する制御基板上下面の樹脂流れ速度の違いにより、押圧が発生することで、端部４点で固定された制御基板の中央部ではたわみ変形が発生する。
【００１３】
制御基板においてたわみ変形が発生すると、実装された部品の接続面では、膨張又収縮による応力が発生して、部品の接続面であるはんだ接合部にクラックが発生する。さらに、はんだ接合部は冷熱環境下の熱応力と重畳することで、クラックを促進させて、破断する懸念が生ずる。
【００１４】
また、封止後の樹脂は熱収縮することで、制御基板とモールド樹脂の界面では収縮応力が発生することが知られている。制御基板の面積が大きくなるほど、応力は大きくなり、制御基板とモールド樹脂の界面では剥離が発生する。その結果、モールド樹脂で覆われた部品も一緒に熱収縮することで、上記と同様にはんだ接合部ではクラックが発生する。
【００１５】
さらに、特許文献２に記載のパワーモジュールにおいては、一方面は部品実装された面、他方面は金属面で形成されている。封止樹脂は部品実装面のレジスト面は密着しにくく、金属面と密着しやすいことが知られている。そのため、制御基板両面の部品実装はより剥離しやすく、はんだ接合部のクラックが問題となっていた。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストかつ小型で高機能なパワーモジュールを提供することが可能な、パワーモジュールとその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、金属ベースと、前記金属ベースの上に搭載されたパワー素子と、前記パワー素子を制御する部品を搭載し、貫通穴を備えた制御基板と、前記金属ベースの一面のみ露出させ、前記金属ベース、前記パワー素子、及び前記制御基板を覆って封止する樹脂と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ケースを用いずに樹脂封止することで、ケースに制御基板と金属ベースを接着する工程が無くなり加工コストの低減と、ケースコストの低減が可能である。さらに、ケース面積を削減することで小型化が可能である。
【００１９】
また、制御基板に樹脂充填された貫通穴を設けることで、制御基板内部をモールド樹脂により充填することでアンカー効果となる。その結果、熱収縮による制御基板とモールド樹脂の界面の剥離を抑制できることで、はんだ接合部のクラックを抑制することができる。よって、制御基板の実装部品の高信頼性を実現するとともに、パワーモジュールを小型化、低コスト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの側面断面図を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの上面図を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１にかかるパワーモジュールを構成する各要素を示す側面断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造過程の一工程の様子を示す側面断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造過程の一工程の様子を示す側面断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１にかかるパワーモジュールの製造過程の一工程の様子を示す側面断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかるパワーモジュールの側面断面図を示す図である。
【図８】図８は、実施の形態３にかかるインバータ装置の側面断面図を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態３にかかるインバータ装置を別の側面から観た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかるパワーモジュールとその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これら実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１にかかるパワーモジュール１００の側面断面図を示す。図２は、図１で示したパワーモジュール１００の上面図を示す。図３は、パワーモジュール１００を構成する各要素を示す側面断面図である。図４乃至６は、図１のパワーモジュール１００を完成させるに至る樹脂充填を含む製造過程の各工程の様子を示す側面断面図である。
【００２３】
図１に示すように、パワーモジュール１００は、パワー素子９、リードフレーム１の外部端子１ａ、１ｂ、絶縁シート２、金属ベース３、金属ワイヤ８ａ、８ｂ、パワー素子９を制御する部品７を搭載した制御基板４を備える。
【００２４】
リードフレーム１は外部端子１ａと外部端子１ｂとで構成され、銅板やアルミ板からプレス成形することにより形成される。外部端子１ａは、その一方面を延長させて、パワー素子９がはんだ接合される部位を有している。そのため、リードフレーム１（外部端子１ａ）はパワー素子９のパターン形成と外部端子形成の両方を担っている。
【００２５】
図１に示すように、リードフレーム１（外部端子１ａ）のパワー素子９がはんだ接合される部位の反対面は絶縁シート２と金属ベース３が配置され、パワー素子９の発熱は熱伝導性の高い銅やアルミで形成される金属ベース３を介して放出される。
【００２６】
絶縁シート２はエポキシなどの熱硬化性樹脂が用いられ、その内部にはシリカやＢＮなどの高伝導性フィラーが混入されている。外部端子１ｂは、部品７が実装された制御基板4の片方の端と金属ワイヤ８ｂにより接続されている。制御基板４の他方の端は、金属ワイヤ８ａを介してパワー素子９及び外部端子１ａに導通している。制御基板４は、金属ワイヤ８ａ、８ｂにより空中で保持されている。
【００２７】
制御基板４に搭載された部品７は、例えばＩＣパッケージや、フォトカプラなど、パワー素子９を効率よく制御するための部品である。パワー素子９は、入力交流電力を直流に変換するコンバータ部のダイオードや、直流を交流に変換するインバータ部のバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ等である。
【００２８】
リードフレーム１の外部端子１ａの上のインバータ部の上アームおよび下アームにそれぞれ３個ずつ、コンバータ部の上アームおよび下アームにそれぞれ３個ずつのパワー素子９が搭載されている。また、ブレーキ用のコンバータ、インバータとしてのパワー素子９を１個ずつ搭載している。
【００２９】
モールド樹脂５は、エポキシなどの熱硬化性樹脂が用いられる。図１に示すように、モールド樹脂５により外部端子１ａおよび１ｂ、金属ベース３の露出面を除き全体が樹脂封止される。
【００３０】
制御基板４は、パワー素子９が実装されるリードフレーム１（外部端子１ａ）、絶縁シート２、金属ベース３と併設され、両者の間に段差を有するように配置されている。制御基板４と金属ベース３の間に段差を有するように配置することにより、制御基板４と金属ベース３との間を大きくでき、制御基板４の下面側から樹脂が進入しやすい構成になっている。また、樹脂量の多い制御基板４の下面側に大型部品を配置することにより、制御基板４の上面側と下面側の樹脂注入流量が一定となるように制御できるので、樹脂のまわりこみによるエア残りの抑制に効果的である。
【００３１】
また、制御基板４には貫通穴６が設けられており、モールド樹脂５が樹脂充填されている。樹脂充填された制御基板４の貫通穴６の存在によって、モールド樹脂５によって制御基板４内を貫通して樹脂充填することが可能になる。
【００３２】
即ち、樹脂充填された貫通穴６のアンカー効果により、制御基板４とモールド樹脂５の界面剥離を抑制することができる。これにより、モールド樹脂５は制御基板４と部品７の全体を覆うことが可能となる。従って、モールド樹脂５により制御基板４と部品７の冷熱環境下の熱応力を抑制でき、冷熱環境下のはんだ接合部の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、パワー素子９が実装される金属ベース３の上に制御基板４を設置して縦に並んだ段組み構造でも同等の効果が得られる。しかしこの場合、制御基板４を保持する貫通穴６を金属ベース３より外側に設置する必要があり、制御基板４の面積が大きくなり、パワーモジュール１００が大型化してしまうので、横に併設するのが望ましい。
【００３４】
この構造によれば、ケースを用いずに樹脂封止することで、ケースに制御基板４と金属ベース３を接着する工程が無くなり加工コストの低減と、ケースコストの低減が可能である。さらに、ケース面積を削減することで小型化が可能である。
【００３５】
また、制御基板４に樹脂充填された貫通穴６を設けることで、制御基板４の内部をモールド樹脂５により充填することでアンカー効果を得ることができる。その結果、熱収縮による制御基板４とモールド樹脂５との界面の剥離を抑制できることで、はんだ接合部のクラックを抑制することができる。よって、制御基板４の両面での部品実装や、制御基板４の面積を拡大することが可能となり、パワーモジュール１００の高機能化が可能となる。
【００３６】
また、制御基板４の両面での部品実装においては、制御基板４の界面剥離の抑制により、はんだ接合部のクラックを抑制することができる。従って、制御基板４の実装部品の高信頼性を実現するとともに、パワーモジュール１００を小型化、低コスト化することができる。
【００３７】
リードフレーム１はパワー素子９のパターン形成と外部端子形成の両方を担っているので、金属基板などの市販品を用いた場合に必要な接続部材を削減できる。さらに、リードフレーム１は制御基板４の外部端子も兼ねるため、接続部材を削減できる。その結果、パワーモジュール１００を低コスト化できる。
【００３８】
次に、図１および図２に示したパワーモジュール１００の製造工程について説明する。パワーモジュール１００の製造工程は主に部材設置工程、樹脂注入工程、樹脂保圧とキュア工程の３工程に分けられる。図３は、モールド樹脂５によりパワーモジュール１００として一体化される各要素を示す図である。リードフレーム１の外部端子１ａ、１ｂ、パワー素子９、金属ワイヤ８ａ、８ｂ、パワー素子９を制御する制御基板４、絶縁シート２、金属ベース３が以下の工程によりモールド樹脂５でパワーモジュール１００として一体化される。
【００３９】
部材設置工程では、図４に示すように、モールド型１０の中空部に半硬化状態の絶縁シート２が貼られた金属ベース３を設置する。次に、モールド型１０の中空部にパワー素子９が実装された外部端子１ａ（リードフレーム１）と、リードフレーム１の外部端子１ａおよび１ｂと金属ワイヤ８ａおよび８ｂで保持された制御基板４を設置する。本実施の形態においては、図２に示すように、制御基板４は、端部４箇所と中央部１箇所の貫通穴６があるが、貫通穴６には、図４に示すようにモールド型１０から中空部に露出した下可動ピン１２を挿入する。
【００４０】
下可動ピン１２は、制御基板４を保持するための大きな径の支柱およびその先の貫通穴６に挿入するための小さな径の支柱の径の異なる２種類の支柱で構成されており、貫通穴６に下可動ピン１２を挿入された制御基板４は、空中で保持される。なお、制御基板４の面積が小さい場合は、中央部１箇所の貫通穴６を省いて制御基板４を端部４箇所の貫通穴６に挿入された下可動ピン１２で保持するようにしても構わない。
【００４１】
樹脂注入工程では、型締め後に樹脂注入される。型締め時には、図４に示すようにモールド型１０の中空部に露出可能となるように設置された上可動ピン１１がリードフレーム１の外部端子１ａ、制御基板４をそれぞれ押さえつけることにより位置固定する。モールド樹脂５はリードフレーム１の外部端子１ａの端部より注入され、リードフレーム１の外部端子１ａは半硬化状態の絶縁シート２を金属ベース３に押さえつけながら流動する。このとき、外部端子１ａは樹脂注入位置から片持ち構造になっており、樹脂注入に沿って、外部端子１ａを絶縁シート２側に変形しやすくすることで、半硬化状態の絶縁シート２と金属ベース３を効率よく押さえることができる。
【００４２】
上可動ピン１１は下可動ピン１２とは異なり、１種類からなる径の支柱により形成される。上可動ピン１１及び下可動ピン１２はモールド型１０の中空部内で上下にしゅう動できるようになっている。
【００４３】
外部端子１ａ（リードフレーム１）の周囲がモールド樹脂５により充填された後、モールド樹脂５は制御基板４の上面および下面側を充填していく（図４）。制御基板４は貫通穴６に挿入される下可動ピン１２の固定により、モールド樹脂５の流動方向の移動が抑制されている。一方、上可動ピン１１は制御基板４を押さえつけることで、制御基板４の傾き変化を抑制している。
【００４４】
なお、上記樹脂注入工程において下可動ピン１２が貫通穴６に挿入せずに制御基板４を下から支持していてもよい。その場合は、下可動ピン１２が制御基板４を保持したこの状態で貫通穴６にモールド樹脂５が充填されるようにしてもかまわない。
【００４５】
また、本実施の形態において下可動ピン１２は制御基板４の中央部にも設置されており、制御基板４の上面からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制し、上可動ピン１１は制御基板４の下面からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制している。
【００４６】
樹脂保圧とキュア工程では、半硬化状態の絶縁シート２を加圧硬化する工程と、制御基板４の貫通穴６に樹脂充填して加圧硬化する工程がある。熱硬化性樹脂は、硬化するまで時間がかかるため、加圧することで樹脂を流動させることができる。
【００４７】
図５に示すようにモールド樹脂５を注入した後、図６に示すように、上可動ピン１１と下可動ピン１２はモールド型１０内へ収納される。上可動ピン１１と下可動ピン１２が存在していた空間は径が大きいため、支柱が存在していた空間の一部が残る場合があるが、加圧することによりこれらの空間にモールド樹脂５を樹脂充填することができる。そして、制御基板４の貫通穴６は小さいが、加圧することにより貫通穴６にもモールド樹脂５を樹脂充填することができる。
【００４８】
また、半硬化状態の絶縁シート２は、上記加圧時の圧力により内部欠陥を押しつぶすとともに、モールド型１０を加熱してキュア時間を経過させることにより硬化して、絶縁耐圧性能と放熱性能を発揮する。
【００４９】
以上説明したパワーモジュール１００の構成によれば、リードフレーム１と絶縁シート２が貼られた金属ベース３を加圧硬化する工程と、制御基板４の貫通穴６に樹脂充填する加圧硬化工程を同時に行うことで、加工費を抑制して、パワーモジュール１００の低コスト化を図ることができる。
【００５０】
また、モールド型１０の中空部内の上可動ピン１１と下可動ピン１２により制御基板４を保持することで、制御基板４の傾きや移動を抑制でき、金属ワイヤ８ａおよび８ｂの破断を抑制することができる。
【００５１】
また、下可動ピン１２により制御基板４の中央を保持することで、制御基板４の上面側からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制することができる。さらに、上可動ピン１１は制御基板４の下面側からの樹脂圧によるたわみ変形を抑制する。これにより、樹脂注入時に発生する制御基板４のたわみ変形を抑制することが可能となり、制御基板４に実装された部品７のはんだ接合部のクラックを抑制することができる。
【００５２】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかるパワーモジュール２００の側面断面図を示す。図１に示した実施の形態１にかかるパワーモジュール１００と異なる点は、金属ベース３を制御基板４の外縁まで延長したことである。
【００５３】
制御基板４の貫通穴６は金属ベース３に露出している突起３ａで位置決めされる。モールド樹脂５は金属ベース３の下面とリードフレーム１の外部端子１ａ及び外部端子１ｂを除き、パワーモジュール２００の全体を封止している。突起３ａは金属ベース３とは別部材で構成してもよく、金属ベース３から同一材料で突起３ａを形成した場合と同じ効果が得られる。
【００５４】
本実施の形態においては、金属ベース３を大きくすることにより、パワー素子９の発熱を金属ベース３で長手方向に広げることができるので、放熱性が向上する。その結果、パワーモジュール２００の外形サイズを変更することなく、パワー素子９の集積化、低コスト化が実現できる。
【００５５】
パワーモジュール２００の製造工程においては、実施の形態１で用いられた下可動ピン１２に代わって金属ベース３の突起３ａによって、制御基板４が保持される。モールド樹脂５をモールド型１０内に充填しているときは、図４および図５と同様に上可動ピン１１で制御基板４を上から押さえて保持し、樹脂保圧時には上可動ピン１１はモールド型１０内に収納される。制御基板４の貫通穴６はモールド樹脂５により樹脂充填されて、実施の形態１と同様にモールド樹脂５と制御基板４の界面の剥離を抑制している。
【００５６】
以上説明したパワーモジュール２００の構成によれば、パワーモジュール２００の外形サイズを大きくすることなく、金属ベース３の放熱面積を大きくすることができる。これにより、パワー素子９の放熱性を向上させて、パワー素子９の集積化および低コスト化が実現できる。
【００５７】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかるパワーモジュール３００を含むインバータ装置４００の側面断面図を示す。さらに、図８を観る方向と垂直な方向から観たインバータ装置４００の側面図を図９に示す。
【００５８】
パワーモジュール３００の構成は、金属ベース３の部分以外は実施の形態１にかかるパワーモジュール１００と同様である。本実施の形態においては、図８および図９に示されるようにパワーモジュール３００の金属ベース３に放熱用のフィン１３が直接接合されている。パワーモジュール３００はその状態で、ファン１５が搭載されるケース１４に設置される。一方、パワーモジュール３００の外部端子１ａおよび１ｂは電源基板１６にはんだ接合されている。以上により、インバータ装置４００が構成される。
【００５９】
フィン１３と金属ベース３は、かしめ接合されている。かしめ接合はフィン１３を金属ベース３の凹部に挿入して常温でプレスするため、はんだ接合や溶接などの熱履歴を与えずに接合でき、モールド樹脂５の耐熱性を考慮する必要がない。
【００６０】
フィン１３の材料としては、金属ベース３と同じように銅やアルミなどの高熱伝導率金属を用いる。なお、フィン１３と金属ベース３を高放熱接着材で接着しても同様の効果が得られる。
【００６１】
フィン１３はパワーモジュール３００の外縁まで形成されており、これにより放熱面積を大きくしている。フィン１３を接合したパワーモジュール３００をケース１４に挿入するだけで、フィン１３の風路を形成することができる。
【００６２】
以上説明したパワーモジュール３００を含んだインバータ装置４００の構成によれば、パワーモジュール３００の金属ベース３にフィン１３を直接接合することで、パワーモジュール３００の下面部に風路を形成でき、ケース１４を簡略化できる。その結果、インバータ装置４００を低コスト化できる。
【００６３】
更に、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。
【００６４】
例えば、上記実施の形態１乃至３それぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１乃至３にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上のように、本発明にかかるパワーモジュールとその製造方法は、低コストかつ小型で高機能なパワーモジュールを提供することに有用であり、特に、インバータなどに用いられる電力用半導体装置のように大電流、高電圧下で動作するため、高い絶縁性を確保するとともに、動作に伴う発熱を半導体装置の外部に効率よく逃がすことが必要不可欠な電力用のパワーモジュールに適している。
【符号の説明】
【００６６】
１ リードフレーム
１ａ，１ｂ 外部端子
２ 絶縁シート
３ 金属ベース
３ａ 突起
４ 制御基板
５ モールド樹脂
６ 制御基板の貫通穴
７ 部品
８ａ，８ｂ 金属ワイヤ
９ パワー素子
１０ モールド型
１１ 上可動ピン
１２ 下可動ピン
１３ フィン
１４ ケース
１５ ファン
１６ 電源基板
１００，２００，３００ パワーモジュール
４００ インバータ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースと、
前記金属ベースの上に搭載されたパワー素子と、
前記パワー素子を制御する部品を搭載し、貫通穴を備えた制御基板と、
前記金属ベースの一面のみ露出させ、前記金属ベース、前記パワー素子、及び前記制御基板を覆って封止する樹脂と、
を備えることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記パワー素子を上に搭載したリードフレームが絶縁シートを介して前記金属ベースの上に接合している
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記金属ベースは前記パワー素子を搭載していない延伸領域を備え、当該延伸領域上に形成された複数の突起にて前記制御基板を下面から保持している
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記突起の先端は前記貫通穴に下方から挿入されている
ことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記金属ベースの下方に露出した前記一面に放熱用のフィンが接合されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記貫通穴には前記樹脂が侵入している
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
モールド型の中空部に金属ベースを配置する第１工程と、
前記金属ベースの上にパワー素子を配置する第２工程と、
前記パワー素子を制御する部品を搭載し貫通穴を備えた制御基板を、前記中空部に露出したそれぞれ複数の上可動ピンおよび下可動ピンにより上下から保持する第３工程と、
第１乃至３工程の後に、前記中空部に樹脂を注入する第４工程と、
第４工程の後に、前記上可動ピンおよび前記下可動ピンを前記モールド型の内部に収納する第５工程と、
第５工程の後に、前記樹脂をさらに加圧注入することにより前記上可動ピンおよび前記下可動ピンが露出していた空間を前記樹脂により埋め尽くす第６工程と、
を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項８】
第４工程により前記貫通穴に樹脂を充填する
ことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項９】
第３工程において、前記下可動ピンは前記貫通穴に下方から挿入され
第６工程により前記貫通穴に樹脂を充填する
ことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１０】
第２工程は、絶縁シートが貼られた前記金属ベースの当該絶縁シート上に前記パワー素子が搭載されたリードフレームを配置する工程であり、
第３工程において、前記上可動ピンは上から前記リードフレームを保持する
ことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１１】
第２工程は、半硬化状態の絶縁シートが貼られた前記金属ベースの当該絶縁シート上に前記パワー素子が搭載されたリードフレームを配置する工程であり、
第３工程において、前記上可動ピンは上から前記リードフレームを保持し、
第６工程により半硬化状態の前記絶縁シートを加圧硬化する
ことを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１】
金属ベースと、
前記金属ベースの上に搭載されたパワー素子と、
前記パワー素子を制御する部品を搭載し、貫通穴を備えた制御基板と、
前記金属ベースの一面のみ露出させ、前記金属ベース、前記パワー素子、及び前記制御基板を覆って封止する樹脂と、
を備えることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
前記パワー素子を上に搭載したリードフレームが絶縁シートを介して前記金属ベースの上に接合している
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記金属ベースは前記パワー素子を搭載していない延伸領域を備え、当該延伸領域上に形成された複数の突起にて前記制御基板を下面から保持している
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記突起の先端は前記貫通穴に下方から挿入されている
ことを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
前記金属ベースの下方に露出した前記一面に放熱用のフィンが接合されている
ことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項６】
前記貫通穴には前記樹脂が侵入している
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパワーモジュール。
【請求項７】
モールド型の中空部に金属ベースを配置する第１工程と、
前記金属ベースの上にパワー素子を配置する第２工程と、
前記パワー素子を制御する部品を搭載し貫通穴を備えた制御基板を、前記中空部に露出したそれぞれ複数の上可動ピンおよび下可動ピンにより上下から保持する第３工程と、
第１乃至３工程の後に、前記中空部に樹脂を注入する第４工程と、
第４工程の後に、前記上可動ピンおよび前記下可動ピンを前記モールド型の内部に収納する第５工程と、
第５工程の後に、前記樹脂をさらに加圧注入することにより前記上可動ピンおよび前記下可動ピンが露出していた空間を前記樹脂により埋め尽くす第６工程と、
を含むことを特徴とするパワーモジュールの製造方法。
【請求項８】
第４工程により前記貫通穴に樹脂を充填する
ことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項９】
第３工程において、前記下可動ピンは前記貫通穴に下方から挿入され
第６工程により前記貫通穴に樹脂を充填する
ことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１０】
第２工程は、絶縁シートが貼られた前記金属ベースの当該絶縁シート上に前記パワー素子が搭載されたリードフレームを配置する工程であり、
第３工程において、前記上可動ピンは上から前記リードフレームを保持する
ことを特徴とする請求項７に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１１】
第２工程は、半硬化状態の絶縁シートが貼られた前記金属ベースの当該絶縁シート上に前記パワー素子が搭載されたリードフレームを配置する工程であり、
第３工程において、前記上可動ピンは上から前記リードフレームを保持し、
第６工程により半硬化状態の前記絶縁シートを加圧硬化する
ことを特徴とする請求項９に記載のパワーモジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２５６８０３（Ｐ２０１２−２５６８０３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０２９１（Ｐ２０１１−１３０２９１）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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