パワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型
【課題】本発明は、パワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型に係り、半導体素子を挟んだ２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されるパワーモジュールの定寸管理を実現することにある。
【解決手段】半導体素子１２と、半導体素子１２を挟んで配置される冷却ブロック２６ａ，２６ｂと、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間で半導体素子１２を支持するフレーム部材１６と、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に充填されるモールド樹脂３２と、を備えるパワーモジュール１０において、フレーム部材１６に、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間で弾性変形し得るバネ部材２０を設ける。
【解決手段】半導体素子１２と、半導体素子１２を挟んで配置される冷却ブロック２６ａ，２６ｂと、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間で半導体素子１２を支持するフレーム部材１６と、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に充填されるモールド樹脂３２と、を備えるパワーモジュール１０において、フレーム部材１６に、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間で弾性変形し得るバネ部材２０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型に係り、特に、半導体素子の両面側にそれぞれ冷却部材が設けられていると共に、それらの冷却部材間がモールド樹脂で充填されたパワーモジュールの構造及び成形方法、並びにそのパワーモジュール成形用モールド金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を有し、モールド成形されるパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。このパワーモジュールは、半導体素子の駆動に起因した温度上昇に対して、半導体素子を挟んで上下に配置された冷却部材により冷却される。パワーモジュールは、２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されることにより成形されて製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４９５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の特許文献１記載の如きパワーモジュールの成形は、所定のモールド金型で押さえられた２つの冷却部材間のモールド成形エリア（尚、このモールド成形エリアは、半導体素子や金属ブロック，はんだなどが積層されたエリアである。）にモールド樹脂を充填することにより実現されるが、かかるパワーモジュールを成形するうえでは、上記のモールド成形エリアに常にモールド金型に合致する寸法公差が求められる。
【０００５】
しかし、かかる寸法公差を成立させることは困難であるので、モールド成形時にモールド金型から樹脂漏れが生じ、或いは逆に、上記のモールド成形エリアがモールド金型で有効に押さえられないことでそのモールド成形エリア内の半導体素子などがモールド樹脂成形圧で破壊されるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子を挟んだ２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されるパワーモジュールの定寸管理を実現できるパワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備え、前記フレーム部材は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有するパワーモジュールの構造により達成される。
【０００８】
上記の目的は、半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールを成形する成形方法であって、前記手段がモールド金型による引っ張り又は圧縮により前記距離を所望距離に維持した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形するパワーモジュールの成形方法により達成される。
【０００９】
また、上記の目的は、半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールの成形に用いられるモールド金型であって、前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第１の冷却部材を支持する第１の金型本体と、前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第２の冷却部材を支持する第２の金型本体と、前記第１の金型本体側から延び、前記第２の冷却部材側に設けられた第２の金属ブロックを押圧する第１の押圧ピンと、前記第２の金型本体側から延び、前記第１の冷却部材側に設けられた第１の金属ブロックを押圧する第２の押圧ピンと、を備え、前記パワーモジュールのモールド成形時、前記第１の押圧ピンが前記第２の金属ブロックを押圧しかつ前記第２の押圧ピンが前記第１の金属ブロックを押圧することにより、前記弾性部材を引っ張って弾性変形させるパワーモジュール成形用モールド金型により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体素子を挟んだ２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されるパワーモジュールの定寸管理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例であるパワーモジュールの構造を表した図である。
【図２】本実施例のパワーモジュールを製造するうえで必要なモールド金型の構造を表した図である。
【図３】図２に示す構造のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の変形例のパワーモジュールを製造するうえで必要なモールド金型の構造を表した図である。
【図５】本発明の変形例のパワーモジュールを製造するうえで必要なモールド金型の構造を表した図である。
【図６】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造（モールド金型付）を表した図である。
【図７】本発明の第２実施例であるパワーモジュールの構造（モールド金型付）を表した図である。
【図８】本実施例のパワーモジュールの成形前後におけるフレーム部材の変形を表した図である。
【図９】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造（モールド金型付）を表した図である。
【図１０】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造を表した図である。
【図１１】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明に係るパワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型の具体的な実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例であるパワーモジュール１０の構造を表した図を示す。尚、図１にはパワーモジュール１０の断面図を示す。本実施例のパワーモジュール１０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される直流電源と電気モータとの間に介在するインバータや昇降圧コンバータに組み込まれるモジュールである。
【００１４】
図１に示す如く、パワーモジュール１０は、複数（本実施例においては６個とする。）の半導体素子１２を備えている。各半導体素子１２はそれぞれ、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子やダイオード素子などであり、上アームユニット又は下アームユニットを構成する。半導体素子１２としてのスイッチング素子は、電気モータの各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流を生成し又は昇圧制御若しくは降圧制御を行うべくスイッチング駆動される。各半導体素子１２はそれぞれ、ボンディングワイヤを介して外部端子に接続されており、外部装置から信号供給され或いは外部装置に向けて信号出力する。
【００１５】
パワーモジュール１０は、半導体素子１２の近傍に配置される金属ブロック１４を備えている。金属ブロック１４は、銅などの放熱性の良い金属材料により形成されており、半導体素子１２の放熱効果を高める放熱板（ヒートシンク）としての機能を有すると共に、裏面配線の機能を有している。金属ブロック１４は、比較的大きな表面積を有する金属ブロック１４ａ，１４ｂと、比較的小さな表面積を有する金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと、を有している。各金属ブロック１４ａ〜１４ｅはそれぞれ、所定の形状を有している。
【００１６】
比較的表面積の大きい金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｂとは、所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。また、比較的表面積の小さい金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、上記した２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間（具体的には、略その中央）において並列に配置されており、それぞれ金属ブロック１４ａ，１４ｂに対して所定間隔を空けて対向するように配置されている。各金属ブロック１４は、半導体素子１２を挟んで配置されている。
【００１７】
２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間には、２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが直列して配置されており、図１に示す上下方向に積層されている。この構造によれば、上下のアームユニットを同一平面上に配置する構造に比べて実装面積が小さくなり、パワーモジュール１０のコンパクト化が図られる。２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間には、直列配置された２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが３組並列して設けられている。金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に半導体素子１２ａが一つずつ配置されていると共に、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと金属ブロック１４ｂとの間に半導体素子１２ｂが一つずつ配置されている。
【００１８】
パワーモジュール１０は、２つの金属ブロック１４間において半導体素子１２を支持するフレーム部材１６を備えている。すなわち、各半導体素子１２はそれぞれ、２つの金属ブロック１４間においてフレーム部材１６により支持されている。各半導体素子１２はそれぞれ、金属ブロック１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合されている。具体的には、半導体素子１２ａは金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合されており、また、半導体素子１２ｂは金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合されている。半導体素子１２ａは、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面との接合面とは反対の面側においてバネ部材２０ａを介して金属ブロック１４ａに接合されている。また、半導体素子１２ｂは、金属ブロック１４ｂの表面との接合面とは反対の面側においてバネ部材２０ｂを介して金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合されている。
【００１９】
バネ部材２０ａ，２０ｂは、上記のフレーム部材１６の一部を構成している。すなわち、フレーム部材１６は、バネ機能を有するバネ部材２０ａ，２０ｂを有している。バネ部材２０ａ，２０ｂは、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に直列して配置されている。バネ部材２０ａ，２０ｂは、銅などの放熱性及び導電性を備えた金属材料により形成されている。以下、バネ部材２０ａ，２０ｂを総称する場合は単にバネ部材２０と称す。
【００２０】
各バネ部材２０ａ，２０ｂはそれぞれ、２つの金属ブロック１４（すなわち、後述の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ）間でそれらの金属ブロック１４同士が対向する方向（すなわち、金属ブロック１４及び冷却ブロック２６と半導体素子１２とが積層する積層方向（図１に示す上下方向））に伸縮して弾性変形することが可能な弾性部材であり、例えば板材を曲げた構造やスプリング状の構造を有している。尚、放熱性や導電性を向上させるため、バネ部材２０にはんだなどを充填することとしてもよい。
【００２１】
バネ部材２０ａ，２０ｂの一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。バネ部材２０ａ，２０ｂは、自身の伸縮により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。
【００２２】
パワーモジュール１０の両端側の金属ブロック１４ａ，１４ｂの外側には、冷却ブロック２６ａ，２６ｂが配置されている。冷却ブロック２６ａ，２６ｂは、アルミニウムなどの冷却性の良い金属材料により形成されており、金属ブロック１４ａ，１４ｂ側から放出されて伝達された熱を冷却媒体（空気など）との熱交換により冷ます機能を有している。上記したバネ部材２０ａは、半導体素子１２ａと冷却ブロック２６ａとの間に介在されており、半導体素子１２ａ及び冷却ブロック２６ａと熱的、機械的、及び電気的に接続されている。尚、上記したバネ部材２０ｂは、半導体素子１２ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。
【００２３】
パワーモジュール１０は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６で金属ブロック１４ａ，１４ｂの間（半導体素子１２を含む構造体）を挟んだ構造を有している。かかる構造においては、半導体素子１２ａ，１２ｂの発する熱がパワーモジュール１０の両端にある２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに伝達されるので、片側にのみ冷却ブロックが配置される構造に比べて冷却性能の向上が図られている。
【００２４】
また、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面には、外部に突出する複数の冷却フィン２８が設けられている。冷却フィン２８は、冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側と冷却媒体との間の熱交換を促進するための部材である。
【００２５】
金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの間には、絶縁材３０が介在している。絶縁材３０は、金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの電気的絶縁を図るための例えば樹脂絶縁シートである。尚、この絶縁材３０は、後述のモールド樹脂３２よりも熱伝導率の高い材料により構成されることとするのがよい。パワーモジュール１０は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０が積層された形状を有している。
【００２６】
また、パワーモジュール１０は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に充填されるモールド樹脂３２を備えている。モールド樹脂３２は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間において絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０を封止する。モールド樹脂３２は、例えばエポキシ樹脂により形成されている。モールド樹脂３２による上記の封止は、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面が露出するように行われる。パワーモジュール１０は、後述のモールド金型３４で固定された、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０が積層された２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されることにより成形されて製造される。
【００２７】
次に、図２及び図３を参照して、本実施例のパワーモジュール１０の製造方法を説明する。図２は、本実施例のパワーモジュール１０を製造するうえで必要なモールド金型３４の構造を表した図を示す。また、図３は、図２に示す構造のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示す。
【００２８】
本実施例において、パワーモジュール１０は、モールド金型３４を用いて成形・製造される。モールド金型３４は、最終的な製品となるパワーモジュール１０の形状に合致する型内寸法を有している。パワーモジュール１０の成形・製造前（モールド樹脂３２の充填前）において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離は、その成形・製造後のもの（すなわち、モールド樹脂３２の充填後の最終的なもの（モールド金型３４の型内寸法と同じ））よりも小さい。すなわち、バネ部材２０は、パワーモジュール１０の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように積層方向における自然長を有している。
【００２９】
以下適宜、パワーモジュール１０の成形・製造前（具体的にはモールド樹脂３２が充填される前）の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０からなる構造体を成形前構造体４０と称す。
【００３０】
モールド金型３４は、２分割される形状を有しており、上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとからなる。上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとは、金型パーティングラインＬで互いに合わせられる。上側モールド金型３４ａは、冷却ブロック２６ａの外側表面に接してその冷却ブロック２６ａを支持する上側金型本体３４ａ−１と、その上側金型本体３４ａ−１に接続・連結して反対側の冷却ブロック２６ｂ（或いは金属ブロック１４ｂ）側に向けて延びる上側押圧ピン３４ａ−２と、からなる。また、下側モールド金型３４ｂは、冷却ブロック２６ｂの外側表面に接してその冷却ブロック２６ｂを支持する下側金型本体３４ｂ−１と、その下側金型本体３４ｂ−１に接続・連結して反対側の冷却ブロック２６ａ（或いは金属ブロック１４ａ）側に向けて延びる下側押圧ピン３４ｂ−２と、からなる。
【００３１】
上側押圧ピン３４ａ−２は、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの冷却ブロック２６ａの外側表面から金属ブロック１４ｂの表面までの距離よりも長い長さを有するように、具体的には、最終的な製品となるパワーモジュール１０における冷却ブロック２６ａの外側表面から金属ブロック１４ｂの表面までの距離と略同じ長さを有するように形成されている。
【００３２】
また、下側押圧ピン３４ｂ−２は、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの冷却ブロック２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ａの表面までの距離よりも長い長さを有するように、具体的には、最終的な製品となるパワーモジュール１０における冷却ブロック２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ａの表面までの距離と略同じ長さを有するように形成されている。
【００３３】
押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２は、パワーモジュール１０の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを図１に示す上下方向に押圧する機能、具体的には、かかる押圧によりバネ部材２０を外側に引っ張って変形させる機能を有している。
【００３４】
パワーモジュール１０において、冷却ブロック２６ａと冷却ブロック２６ｂとは、図３に示す如く、互いに略同じ面積を有し略同じ形状・サイズからなる対向面を有している。一方、金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｂとは、互いに異なる形状・サイズからなる対向面を有している。例えば、金属ブロック１４ａは図３（Ａ）に示す如く横長に形成され、かつ、金属ブロック１４ｂは図３（Ｂ）に示す如く縦長に形成されている。すなわち、金属ブロック１４ａ，１４ｂは、金属ブロック１４ａの長手方向の長さが金属ブロック１４ｂの長手方向の長さよりも長く、また、金属ブロック１４ｂの短手方向の長さが金属ブロック１４ａの短手方向の長さよりも長くなるようにサイズ形成されている。
【００３５】
また、金属ブロック１４ａ，１４ｂの上記対向面は、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの上記対向面に対して小さな面積を有している。更に、絶縁材３０は、金属ブロック１４ａ，１４ｂよりも僅かに大きく形成されている。すなわち、金属ブロック１４ａ，１４ｂと絶縁材３０とは、絶縁材３０の対向面が金属ブロック１４ａ，１４ｂの対向面に対して大きな面積を有するように形成されている。
【００３６】
冷却ブロック２６ａには、上側モールド金型３４ａの上側押圧ピン３４ａ−２が貫通する貫通孔３６ａが設けられている。貫通孔３６ａは、冷却ブロック２６ａにおいて、金属ブロック１４ａと対向する領域を外れる一方で金属ブロック１４ｂと対向する領域に含まれる位置に形成されている。また、冷却ブロック２６ｂには、下側モールド金型３４ｂの上下側押圧ピン３４ｂ−２が貫通する貫通孔３６ｂが設けられている。貫通孔３６ｂは、冷却ブロック２６ｂにおいて、金属ブロック１４ｂと対向する領域を外れる一方で金属ブロック１４ａと対向する領域に含まれる位置に形成されている。
【００３７】
すなわち、貫通孔３６ａ，３６ｂは、自己の冷却ブロック２６ａ，２６ｂと同じ側にある金属ブロック１４ａ，１４ｂと干渉しないように、かつ、自己の冷却ブロック２６ａ，２６ｂと反対側にある金属ブロック１４ｂ，１４ａと干渉するように位置している。貫通孔３６ａ，３６ｂはそれぞれ、冷却ブロック２６ａ，２６ｂや金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面（対向面）に対して直交する方向（図１における上下方向）に延びている。金属ブロック１４ａ，１４ｂは、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの貫通孔３６ａ，３６ｂが上記の位置に形成されるようにサイズ形成されている。
【００３８】
パワーモジュール１０の成形・製造工程において、モールド樹脂３２が充填される前、金属ブロック１４に半導体素子１２及びバネ部材２０がはんだ１８，２４により半田付けされかつ半導体素子１２とバネ部材２０とがはんだ２２により半田付けされると共に、金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの間に絶縁材３０が仮固定され、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０が配置されることで、成形前構造体４０が構成される。そして、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０からなる成形前構造体４０が、モールド金型３４内に装着されて固定される。
【００３９】
上記の如く、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離は、モールド金型３４の型内寸法よりも小さい。また、モールド金型３４の押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２は、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ｂ，１４ａの表面までの距離よりも長くかつ最終的な製品となるパワーモジュール１０における冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ｂ，１４ａの表面までの距離と略同じ長さを有するように形成されている。
【００４０】
このため、上側モールド金型３４ａの上側金型本体３４ａ−１が成形前構造体４０の冷却ブロック２６ａの外側表面に接しつつその上側モールド金型３４ａの上側押圧ピン３４ａ−２がその冷却ブロック２６ａの貫通孔３６ａに貫通されると、その上側押圧ピン３４ａ−２が成形前構造体４０の下側にある金属ブロック１４ｂの表面に当接してその金属ブロック１４ｂを下方（その金属ブロック１４ｂに絶縁材３０を介して接する冷却ブロック２６ｂ側）へ押圧する押圧力が発生する。
【００４１】
また同様に、下側モールド金型３４ｂの下側金型本体３４ｂ−１が成形前構造体４０の冷却ブロック２６ｂの外側表面に接しつつその下側モールド金型３４ｂの下側押圧ピン３４ｂ−２がその冷却ブロック２６ｂの貫通孔３６ｂに貫通されると、その下側押圧ピン３４ｂ−２が成形前構造体４０の上側にある金属ブロック１４ａの表面に当接してその金属ブロック１４ａを上方（その金属ブロック１４ａに絶縁材３０を介して接する冷却ブロック２６ａ側）へ押圧する押圧力が発生する。
【００４２】
モールド金型３４の上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられると、上側押圧ピン３４ａ−２が成形前構造体４０の下側にある金属ブロック１４ｂを下方へ押圧する押圧力、及び、下側押圧ピン３４ｂ−２が成形前構造体４０の上側にある金属ブロック１４ａを下方へ押圧する押圧力が同時に発生する。
【００４３】
成形前構造体４０に含まれるフレーム部材１６には、金属ブロック１４同士が対向する方向（図１に示す上下方向）に伸縮して変形するバネ部材２０ａ，２０ｂが設けられている。このため、モールド金型３４の上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられて上記した２つの押圧力が共に発生すると、冷却ブロック２６ａ，２６ｂが上側モールド金型３４ａの上側金型本体３４ａ−１及び下側モールド金型３４ｂの下側金型本体３４ｂ−１に支持されつつ、バネ部材２０ａ，２０ｂが自然長に対して伸張するように引っ張られて変形する。
【００４４】
かかるバネ部材２０ａ，２０ｂの弾性変形が行われると、成形前構造体４０における積層方向の厚さがバネ部材２０ａ，２０ｂの自然長時のものに比べて増大することで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離が、モールド金型３４の型内寸法に一致して、パワーモジュール１０において２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間に要求される最終的な距離（所望の距離）に等しくなる。
【００４５】
このように成形前構造体４０がモールド金型３４により固定されると、次に、そのモールド金型３４内にモールド樹脂３２が所定の成形圧で注入される。かかる注入が行われると、距離が大きくなった２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されることで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間の構造体が所望の形状に形成されたパワーモジュール１０が成形・製造される。かかるパワーモジュール１０の成形・製造が行われた後、モールド金型３４の押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２が冷却ブロック２６ａ，２６ｂの貫通孔３６ａ，３６ｂから引き抜かれてそのモールド金型３４が取り外され、成形後のパワーモジュール１０が取り出される。
【００４６】
従って、本実施例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材１６）に積層方向に伸縮して弾性変形し得るバネ部材２０ａ，２０ｂを取り付けたうえで、モールド金型３４の装着時にそのバネ部材２０ａ，２０ｂをそのモールド金型３４により引っ張って変形させ、その変形状態でモールド金型３４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール１０を成形・製造することができる。
【００４７】
この点、本実施例によれば、フレーム部材１６でのバネ部材２０ａ，２０ｂの存在によりパワーモジュール１０の寸法公差を吸収することができるので、半導体素子１２を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されるパワーモジュール１０の定寸管理を実現することができる。このため、パワーモジュール１０のモールド成形時にモールド金型３４から樹脂漏れが生ずるのは回避され、また、パワーモジュール１０を構成する半導体素子１２などがモールド樹脂成形圧で破壊されるのは防止されると共に、モールド樹脂３２を余分に充填することは不要であって、寸法調整後に余分なモールド樹脂３２を切削することは不要である。
【００４８】
また、本実施例においては、パワーモジュール１０のモールド成形時、上側モールド金型３４ａの上側押圧ピン３４ａ−２が反対側（下側）の金属ブロック１４ｂを下方へ押圧する押圧力が発生すると共に、下側モールド金型３４ｂの下側押圧ピン３４ｂ−２が反対側（上側）の金属ブロック１４ａを上方へ押圧する押圧力が発生する。この場合には、金属ブロック１４ｂが冷却ブロック２６ｂ側へ押圧されるので、金属ブロック１４ｂと冷却ブロック２６ｂとの間の絶縁材３０がそれらの金属ブロック１４ｂ及び冷却ブロック２６ｂの双方に密着して挟持される。ブロック１４ａが冷却ブロック２６ａ側へ押圧されるので、金属ブロック１４ａと冷却ブロック２６ａとの間の絶縁材３０がそれらの金属ブロック１４ａ及び冷却ブロック２６ａの双方に密着して挟持される。
【００４９】
そして、絶縁材３０が金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとに挟持された状態で、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填される。従って、本実施例によれば、絶縁材３０の両面をモールド樹脂成形圧で金属ブロック１４ａ，１４ｂ及び冷却ブロック２６ａ，２６ｂに貼り付け固定することが可能である。
【００５０】
尚、上記の第１実施例においては、冷却ブロック２６ａ，２６ｂ（尚、冷却フィン２８を含んでもよい。）が特許請求の範囲に記載した「第１の冷却部材」及び「第２の冷却部材」に、バネ部材２０ａ，２０ｂが特許請求の範囲に記載した「弾性部材」及び「バネ材」に、上側金型本体３４ａ−１及び下側金型本体３４ｂ−１が特許請求の範囲に記載した「第１の金型本体」及び「第２の金型本体」に、上側押圧ピン３４ａ−２及び下側押圧ピン３４ｂ−２が特許請求の範囲に記載した「第１の押圧ピン」及び「第２の押圧ピン」に、モールド金型３４が特許請求の範囲に記載した「パワーモジュール成形用モールド金型」に、それぞれ相当している。
【００５１】
ところで、上記の第１実施例においては、パワーモジュール１０の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを押圧する押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２を、金型本体３４ａ−１，３４ｂ−１に接続・連結するものとし、その金型本体３４ａ−１，３４ｂ−１から反対側の冷却ブロック２６ｂ，２６ａ（或いは金属ブロック１４ｂ，１４ａ）側に向けて延ばすものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
すなわち、図４に示す如く、モールド金型１０２の金型本体１０２ａ，１０２ｂとは別体で、パワーモジュール１００の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを図４に示す上下方向に押圧する押圧ピン１０４ａ，１０４ｂを設け、その押圧ピン１０４ａ，１０４ｂを金型本体１０２ａ，１０２ｂ側から反対側の冷却ブロック２６ｂ，２６ａ（或いは金属ブロック１４ｂ，１４ａ）側に向けて延ばすものとしてもよい。この変形例において、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂは、変位機構により金属ブロック１４ｂ，１４ａの押圧及びその押圧解除のために変位可能とすればよい。
【００５３】
かかる変形例においては、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂがモールド金型１０２の金型本体１０２ａ，１０２ｂとは別体で設けられているため、パワーモジュール１００の成形後、金型本体１０２ａ，１０２ｂを離型する前に押圧ピン１０４ａ，１０４ｂのみを押圧解除のために引き抜くことができる。このため、かかる変形例によれば、上記した実施例の如く押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２が一体化されたモールド金型３４の取り外し時とは異なり、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂの引き抜きに起因したモールド樹脂３２の破壊を抑えることができる。
【００５４】
また、かかる変形例においては、冷却ブロック２６ａ，２６ｂに押圧ピン１０４ａ，１０４ｂを貫通させる貫通孔を設けることは不要であると共に、モールド金型３４の側壁に斜めに貫く貫通孔を設けたうえで、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂをその貫通孔に挿入して変位機構により変位可能とすることができる。この構造では、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂが金属ブロック１４ｂ，１４ａにその表面に対して斜めに当接することとなる。尚、この構造では、モールド成形後のパワーモジュール１００のモールド樹脂３２の側面に押圧ピン１０４ａ，１０４ｂが挿入された穴が残るが、そのパワーモジュール１００の側面に空いた穴はそのパワーモジュール１００の絶縁性や冷却性能に大きく影響しないので、パワーモジュール１００のモールド成形後にその穴を塞ぐことは不要である。
【００５５】
更に、かかる変形例においては、上記した実施例の構造とは異なり、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂが、パワーモジュール１００のモールド成形時に金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面（対向面）に対して直交する方向（図１における上下方向）に延びず、斜めに延びるものとすることができるので、金属ブロック１４ａ，１４ｂを互いに異なる形状・サイズからなるものとすることは不要であって、そのサイズを共通化することができ、パワーモジュール１００における無駄なスペースを無くしかつ製造工数の増大を抑えることができる。
【００５６】
また、上記の第１実施例においては、パワーモジュール１０の成形・製造前におけるバネ部材２０ａ，２０ｂの自然長を、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０ａ，２０ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるものとし、パワーモジュール１０の成形時にモールド金型３４によりバネ部材２０ａ，２０ｂを積層方向に伸張させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離に維持させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５７】
すなわち逆に、図５に示す如く、パワーモジュール２００の成形・製造前におけるバネ部材２０２ａ，２０２ｂの自然長を、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０２ａ，２０２ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるものとし、パワーモジュール２００の成形時にモールド金型２０４によりバネ部材２０２ａ，２０２ｂを積層方向に収縮させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離に維持させることとしてもよい。
【００５８】
かかる変形例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材１６）に伸縮して変形するバネ部材２０２ａ，２０２ｂを取り付けたうえで、モールド金型２０４の装着時にそのバネ部材２０２ａ，２０２ｂをそのモールド金型２０４により圧縮して変形させ、その変形状態でモールド金型２０４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール２００を成形・製造することができる。
【００５９】
このため、かかる変形例においても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。また、パワーモジュール２００のモールド成形時に、モールド金型２０４の上側モールド金型２０４ａと下側モールド金型２０４ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられると、そのモールド金型２０４の押圧力により絶縁材３０がその両面で接する金属ブロック１４ａ，１４ｂ及び冷却ブロック２６ａ，２６ｂの双方に密着して挟持されるので、その絶縁材３０の両面を金属ブロック１４ａ，１４ｂ及び冷却ブロック２６ａ，２６ｂに貼り付け固定することができる。尚、かかる変形例においては、モールド金型２０４に、パワーモジュール２００の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを押圧する押圧ピンを設けることは不要であると共に、パワーモジュール２００のモールド樹脂３２や冷却ブロック２６ａ，２６ｂなどに押圧ピンが挿入される穴が残るのは回避される。
【００６０】
また、上記の第１実施例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間のフレーム部材１６の一部として、２つの金属ブロック１４間で積層方向に伸縮して弾性変形するバネ機能を有するバネ部材２０ａ，２０ｂを設けることとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示す如く、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間のフレーム部材３０２の一部として、上記のバネ部材２０ａ，２０ｂに代えて、高い放熱性を有し、かつ、パワーモジュール３００のモールド成形時にモールド金型３０４により引っ張られ又は圧縮されることにより半導体素子１２と冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの積層方向に弾性変形する導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを設けることとしてもよい。
【００６１】
この導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。具体的には、導電性樹脂３０６ａは、半導体素子１２ａと金属ブロック１４ａ（すなわち、冷却ブロック２６ａ）との間に介在されている。また、導電性樹脂３０６ｂは、半導体素子１２ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、エポキシ系などの材料によりブロック状に形成されている。導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、上記の積層方向に伸縮する弾性を有していると共に、上記したバネ部材２０ａ，２０ｂに比べて高い放熱性を有している。
【００６２】
導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂの一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、自身の伸縮により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。
【００６３】
導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂの、パワーモジュール３００の成形・製造前における積層方向の長さ（自然長）は、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように設定されている。
【００６４】
かかる変形例においても、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材３０２）に積層方向に伸縮して弾性変形する導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを取り付けたうえで、モールド金型３０４の装着時にその導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂをそのモールド金型３０４により圧縮して弾性変形させ、その変形状態でモールド金型３０４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール３００を成形・製造することができる。このため、この変形例においても、上記した第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、かかる変形例においては、導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂが上記のバネ部材２０に比べて高い放熱性を有しているので、半導体素子１２側から冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側への放熱性を上記した第１実施例のものに比べて向上させることが可能である。
【００６５】
尚、この変形例においては、導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂの、パワーモジュール３００の成形・製造前における積層方向の長さ（自然長）が、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように設定されるものとしたが、上記の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように設定されるものとしてもよい。すなわち、パワーモジュール３００の成形時にモールド金型３０４により導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを引っ張って或いは圧縮して２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離とすることとすればよい。
【実施例２】
【００６６】
図７は、本発明の第２実施例であるパワーモジュール４００の構造（モールド金型付）を表した図を示す。尚、図７において、上記図１などに示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。また、図８は、本実施例のパワーモジュール４００の成形前後におけるフレーム部材４０２の変形を表した図を示す。尚、図８（Ａ）にはモールド金型による圧縮前のフレーム部材４０２の状態を、また、図８（Ｂ）にはモールド金型による圧縮後のフレーム部材４０２の状態を、それぞれ示す。
【００６７】
本実施例のパワーモジュール４００において、各半導体素子１２はそれぞれ、２つの金属ブロック１４間においてフレーム部材４０２により支持されている。半導体素子１２ａは、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合されていると共に、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面との接合面とは反対の面側においてブロック部材４０４ａを介して金属ブロック１４ａに接合されている。また、半導体素子１２ｂは、金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合されていると共に、金属ブロック１４ｂの表面との接合面とは反対の面側においてブロック部材４０４ｂを介して金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合されている。
【００６８】
ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、上記のフレーム部材４０２の一部を構成している。すなわち、フレーム部材４０２は、金属ブロック１４間（すなわち、冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間）で全高が可変されるブロック部材４０４ａ，４０４ｂを有している。ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、２つの金属ブロック１４，１４ｂの間に直列して配置されている。ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、銅などの放熱性及び導電性を備えた金属材料によりブロック状に形成されている。尚、ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの熱容量は、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂの熱容量に比して大きい。
【００６９】
各ブロック部材４０４ａ，４０４ｂはそれぞれ、２つの金属ブロック１４間で金属ブロック１４及び冷却ブロック２６と半導体素子１２とが積層する積層方向に分割された多層ブロック構造を有しており、その積層方向に積層する複数（図８においては３つ）のスライド片４０６からなる。以下、ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂと称す。各スライド片４０６はそれぞれ、積層方向の厚さが上記の積層方向に直交する方向（以下、面内方向と称す）の位置ごとに異なり、一方の積層方向端部から他方の積層方向端部にかけて大きくなるように形成されている。すなわち、隣接するスライド片４０６と接する面が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜するように形成されている。
【００７０】
例えば、図８に示す如く、各多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂがそれぞれ積層方向において順に３つのスライド片４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃからなる場合、中央のスライド片４０６ｂを挟んで上下に位置するスライド片４０６ａ，４０６ｃはそれぞれ、金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ又は半導体素子１２ａ，１２ｂと接合する面（外側面）の垂線が上記の積層方向に向く一方、スライド片４０６ａ，４０６ｃに挟まれた中央のスライド片４０６ｂと接する面（内側面）の垂線が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜して向くように形成されている。
【００７１】
また、中央に位置するスライド片４０６ｂは、一方のスライド片４０６ａと接する面（上側面）の垂線が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜して向き、かつ、他方のスライド片４０６ｃと接する面（下側面）の垂線が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜して向くように形成されている。スライド片４０６ｂの上側面の傾斜方向と下側面の傾斜方向とは互いに異なり、また、スライド片４０６ａの内側面の傾斜方向とスライド片４０６ｃの内側面の傾斜方向とは互いに異なる。
【００７２】
各スライド片４０６はそれぞれ、隣接するスライド片４０６に対して上記の積層方向に直交する面内方向に相対変位可能である。具体的には、例えば、図８に示す如く、各多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂがそれぞれ積層方向において順に３つのスライド片４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃからなる場合、上下のスライド片４０６ａ，４０６ｃは共に、中央のスライド片４０６ｂに対して相対的に上記の面内方向にスライドすることが可能である。各スライド片４０６はそれぞれ、上記の積層方向に加圧された場合に、隣接するスライド片４０６に対して相対的に上記の面内方向にスライドする。多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂにおいて、上記の積層方向への加圧によりスライド片４０６が面内方向に相対変位すると、上記の積層方向における厚さ（全高）が変化（減少）する。
【００７３】
多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの積層方向の一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その積層方向の他端は金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、自身の積層方向における厚さ変化により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。
【００７４】
多層ブロック部材４０４ａは、半導体素子１２ａと冷却ブロック２６ａとの間に介在されており、半導体素子１２ａ及び冷却ブロック２６ａと熱的、機械的、及び電気的に接続されている。尚、多層ブロック部材４０４ｂは、半導体素子１２ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。
【００７５】
本実施例において、パワーモジュール４００は、モールド金型４０８を用いて成形・製造される。モールド金型４０８は、最終的な製品となるパワーモジュール４００の形状に合致する型内寸法を有している。パワーモジュール４００の成形・製造前（モールド樹脂３２の充填前）において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離は、その成形・製造後のもの（すなわち、モールド樹脂３２の充填後の最終的なもの（モールド金型４０８の型内寸法と同じ））よりも大きい。
【００７６】
すなわち、多層ブロック部材４０４は、パワーモジュール４００の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように、比較的大きい積層方向の厚さ（全高）を有している。以下適宜、パワーモジュール４００の成形・製造前（具体的にはモールド樹脂３２が充填される前）の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４からなる構造体を成形前構造体４１０と称す。
【００７７】
モールド金型４０８は、２分割される形状を有しており、上側モールド金型４０８ａと下側モールド金型４０８ｂとからなる。上側モールド金型４０８ａと下側モールド金型４０８ｂとは、金型パーティングラインＬで互いに合わせられる。上側モールド金型４０８ａは、冷却ブロック２６ａの外側表面に接してその冷却ブロック２６ａを支持している。また、下側モールド金型４０８ｂは、冷却ブロック２６ｂの外側表面に接してその冷却ブロック２６ｂを支持している。
【００７８】
パワーモジュール４００の成形・製造工程において、モールド樹脂３２が充填される前、金属ブロック１４に半導体素子１２及び多層ブロック部材４０４がはんだ１８，２４により半田付けされかつ半導体素子１２と多層ブロック部材４０４とがはんだ２２により半田付けされると共に、金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの間に絶縁材３０が仮固定され、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４が配置されることで、成形前構造体４１０が構成される。そして、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４からなる成形前構造体４１０が、モールド金型４０８内に装着されて固定される。
【００７９】
成形前構造体４１０は、モールド金型４０８内に装着されると、その積層方向端部がそれら上側モールド金型４０８ａ及び下側モールド金型４０８ｂの内面に当接しつつその積層方向に圧縮される。上記の如く、成形前構造体４１０を構成する多層ブロック部材４０４は、自身の積層方向における厚さ変化により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を調整することが可能である。このため、モールド金型４０８の上側モールド金型４０８ａと下側モールド金型４０８ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられて成形前構造体４１０が上記の如く積層方向に圧縮されると、多層ブロック部材４０４の複数のスライド片４０６が面内方向へ相対変位することによってその多層ブロック部材４０４の積層方向における厚さが小さくなる。
【００８０】
かかる多層ブロック部材４０４の積層方向における厚さが小さくなると、成形前構造体４１０における積層方向の厚さが吸収されることで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離が、モールド金型４０８の型内寸法に一致して、パワーモジュール４００において２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間に要求される最終的な距離（所望の距離）に等しくなる。
【００８１】
このように成形前構造体４１０がモールド金型４０８により固定されると、次に、そのモールド金型４０８内にモールド樹脂３２が所定の成形圧で注入される。かかる注入が行われると、距離が小さくなった２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されることで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間の構造体が所望の形状に形成されたパワーモジュール４００が成形・製造される。かかるパワーモジュール４００の成形・製造が行われた後、モールド金型４０８が取り外され、成形後のパワーモジュール４００が取り出される。
【００８２】
従って、本実施例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材４０２）に積層方向に積層されかつ面内方向に互いにスライドし得る複数のスライド片４０６からなる多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを取り付けたうえで、モールド金型４０８の装着時にその多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂをそのモールド金型４０８により積層方向に圧縮して変形させ、その変形状態でモールド金型４０８内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール４００を成形・製造することができる。
【００８３】
この点、本実施例によれば、フレーム部材４０２での多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの存在によりパワーモジュール４００の寸法公差を吸収することができるので、半導体素子１２を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されるパワーモジュール４００の定寸管理を実現することができる。このため、パワーモジュール４００のモールド成形時にモールド金型４０８から樹脂漏れが生ずるのは回避され、また、パワーモジュール４００を構成する半導体素子１２などがモールド樹脂成形圧で破壊されるのは防止されると共に、モールド樹脂３２を余分に充填することは不要であって、寸法調整後に余分なモールド樹脂３２を切削することは不要である。
【００８４】
また、本実施例においては、パワーモジュール４００の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を要求される最終的な距離（所望の距離）に等しくするうえで、フレーム部材４０２として、上記の面内方向に相対的にスライド可能な複数のスライド片４０６が積層方向に積層された多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂが設けられている。上記の如く、多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの熱容量は、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂの熱容量に比して大きい。このため、本実施例の構造によれば、半導体素子１２側から冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側への放熱性を高めることが可能である。
【００８５】
尚、上記の第２実施例においては、多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂが特許請求の範囲に記載した「多層ブロック部材」に、また、スライド片４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃが特許請求の範囲に記載した「ブロック片」に、それぞれ相当している。
【００８６】
ところで、上記の第２実施例においては、パワーモジュール４００の成形・製造前における多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの積層方向の厚さ（全高）を、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるものとし、パワーモジュール４００の成形時にモールド金型４０８により多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを積層方向に収縮させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離とすることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆に、パワーモジュールの成形・製造前におけるブロック部材の積層方向の厚さ（全高）を、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるものとし、パワーモジュールの成形時にモールド金型によりブロック部材を積層方向に伸張させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離とすることとしてもよい。
【００８７】
また、上記の第２実施例においては、多層ブロック部材４０４の３つのスライド片４０６がそれぞれ、隣接するスライド片４０６に対して上記の積層方向に直交する面内方向に相対変位可能であるが、中央のスライド片４０６ｂを挟んで上下に位置するスライド片４０６ａ，４０６ｃを金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して固定することとし、中央のスライド片４０６ｂをスライド片４０６ａ，４０６ｃ及び金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して面内方向にスライド可能とすることとしてもよい。また、逆に、中央のスライド片４０６ｂを金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して固定することとし、中央のスライド片４０６ｂを挟んで上下に位置するスライド片４０６ａ，４０６ｃをスライド片４０６ｂ及び金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して面内方向にスライド可能とすることとしてもよい。
【００８８】
尚、上記の第１及び第２実施例においては、半導体素子１２を支持するフレーム部材１６，４０２の一部として伸縮・変形するバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを金属ブロック１４とは別体で設けることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属ブロック１４と一体化することとしてもよい。すなわち、金属ブロック１４を半導体素子１２などを含む構造体の積層方向に伸縮・変形可能な構造としてもよい。
【００８９】
また、上記の第１及び第２実施例においては、パワーモジュール１０，４００における２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間すなわち２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に２つの半導体素子１２ａ，１２ｂを直列して配置した多段構造において、その間でそれらの半導体素子１２ａ，１２ｂを支持するフレーム部材１６，４０２として２つのバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを設け（すなわち、各半導体素子１２ａ，１２ｂそれぞれに対応して一つずつバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを設け）、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で２つのバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを直列して配置することとした。
【００９０】
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、多段構造においても２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間すなわち２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に両者の対向方向（積層方向）でバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４が一つ設けられていればよい。すなわち、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で複数の半導体素子１２が直列配置される場合にも、それら２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間にバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４を２つ以上直列配置することなく、唯一つ設けることとすればよい。また、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に、直列配置された２つの半導体素子１２ａ，１２ｂの組ごとに一つずつバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４を設けることとしてもよい。
【００９１】
例えば、図９に示す如く、金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが直列配置された多段構造のパワーモジュール５００において、各半導体素子１２ａ，１２ｂはそれぞれ、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂ間においてフレーム部材５０２により支持される。２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で直列接続される半導体素子１２ａ，１２ｂを支持するフレーム部材５０２として一つのバネ部材又はブロック部材５０４（以下、バネ部材等５０４と称す。）が設けられる。バネ部材等５０４は、フレーム部材５０２ごとにすなわち２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で直列配置された２つの半導体素子１２ａ，１２ｂの組ごとに一つずつ設けられる。
【００９２】
金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合された半導体素子１２ｂは、その接合面とは反対の面側においてバネ部材等５０４を介して金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合されると共に、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合された半導体素子１２ａは、その接合面とは反対の面側においてブロック部材５０６を介して金属ブロック１４ａに接合される。
【００９３】
バネ部材等５０４は、上記のバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４と同様の構成を有する。また、ブロック部材５０６は、銅などの放熱性の良い金属材料によりブロック状に形成されている。ブロック部材５０６は、積層方向に分割されることのない非分割の単層ブロック構造を有しており、その熱容量は、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂや多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの熱容量に比して大きい。ブロック部材５０６は、半導体素子１２ａごとに設けられており、金属ブロック１４ａ〜１４ｅよりも小さな表面積を有する。
【００９４】
バネ部材等５０４の一端は半導体素子１２ｂにはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。バネ部材等５０４は、自身の積層方向における伸縮や厚さ変化により半導体素子１２と金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。また、ブロック部材５０６の一端は半導体素子１２ａにはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａにはんだ２４を介して接合されている。更に、バネ部材等５０４は、パワーモジュール５００の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、バネ部材等５０４、及びブロック部材５０６を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように積層方向における自然長を有している。
【００９５】
かかる変形例においても、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材５０２）に積層方向に伸縮して変形するバネ部材等５０４を取り付けたうえで、モールド金型３４の装着時にそのバネ部材等５０４をそのモールド金型３４により引っ張って変形させ、その変形状態でモールド金型３４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール５００を成形・製造することができる。このため、この変形例においても、上記した第１実施例などと同様の効果を得ることができる。
【００９６】
また、かかる変形例においては、フレーム部材５０２の一部であるブロック部材５０６が、積層方向に分割されることのない非分割の単層ブロック構造を有し、かつ、そのブロック部材５０６の熱容量が、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂの熱容量に比して大きい。このため、半導体素子１２ａ，１２ｂが直列に配置される２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間でバネ部材等５０４とブロック部材５０６とが一つずつ配置されるフレーム部材５０２の構造によれば、２つのバネ部材２０ａ，２０ｂが直列配置されるフレーム部材１６の構造やスライド片４０６が積層方向に分割されているフレーム部材４０２の構造に比べて高い放熱性が実現されるので、半導体素子１２側から冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側への放熱性を上記した第１実施例や第２実施例のものに比べて向上させることが可能である。
【００９７】
尚、この変形例においては、バネ部材等５０４が、パワーモジュール５００の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、バネ部材等５０４、及びブロック部材５０６を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように積層方向における自然長（厚さ）を有するものとしたが、パワーモジュール５００の成形・製造前における２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように積層方向における自然長（厚さ）を有するものとしてもよい。
【００９８】
また、この変形例の如く、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間で２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが直列配置される多段構造のパワーモジュールにおいて、半導体素子１２ａ，１２ｂと積層方向両端の金属ブロック１４ａ，１４ｂとの間にフレーム部材として特に板状やスプリング状のバネ部材が配置されると、その半導体素子１２ａ，１２ｂで発生した熱の金属ブロック１４ａ，１４ｂへの伝達がそのバネ部材を介して行われるので、放熱特性が低下するおそれがある。一方、半導体素子１２ａ，１２ｂがはんだ１８を介して金属ブロック１４ａ，１４ｂに接合される構造では、その接合面とは反対の面側にフレーム部材としてのバネ部材が設けられても、その半導体素子１２ａ，１２ｂで発生した熱がバネ部材を介することなく直接に金属ブロック１４ａ，１４ｂに伝達されるので、高い放熱特性が確保される。
【００９９】
そこで、上記の変形例の如くバネ部材等５０４とブロック部材５０６とが一つずつ配置される構造においては、はんだ１８を介して積層方向両端の金属ブロック１４ａ，１４ｂに接合される半導体素子１２ｂと中央の金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間にバネ部材等５０４を配置し、一方、はんだ１８を介して中央の金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合される半導体素子１２ａと積層方向両端の金属ブロック１４ａ，１４ｂとの間にブロック部材５０６を配置することとすれば、高い放熱特性を確保することが可能となる。
【０１００】
また、上記の第１及び第２実施例においては、バネ部材２０や多層ブロック部材４０４を半導体素子１２の一方の面側に配置することとしているが、その半導体素子１２の表面側及び裏面側の双方に配置することとしてもよい。
【０１０１】
また、上記の第１及び第２実施例においては、一つのパワーモジュール１０等において２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に直列配置された２つの半導体素子１２を３組並列して設けることとしているが、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間において積層方向に唯一つの半導体素子１２を配置することとしてもよいし、また、積層方向に３つ以上の半導体素子１２を直列配置することとしてもよい。また、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間において積層方向に配置された半導体素子１２を一組として、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に一組の半導体素子１２を設けることとしてもよいし、また、複数組の半導体素子１２を並列して設けることとしてもよい。
【０１０２】
例えば、図１０に示す如く、パワーモジュール６００において、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に唯一つの半導体素子１２を２組並列して設けることとしてもよい。かかる構造においては、半導体素子１２が、金属ブロック１４ｂにはんだ１８を介して接合されており、その接合面とは反対の面側においてフレーム部材６０２としてのバネ部材等６０４を介して金属ブロック１４ａに接合されている。バネ部材等６０４の一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａにはんだ２４を介して接合されている。
【０１０３】
尚、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された半導体素子１２が２組並列して設けられる場合は、両列の半導体素子１２の表面側及び裏面側の少なくとも何れか一方にバネ部材２０等を配置することが望ましい。また、３組以上並列して設けられる場合は、両端列の半導体素子１２の表面側及び裏面側の少なくとも何れか一方にバネ部材２０等を配置したうえで、両端列間の列の半導体素子１２については必要に応じてバネ部材２０等を配置することとすればよい。
【０１０４】
また、上記の第１及び第２実施例においては、フレーム部材が有する２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を可変する手段として、積層方向に弾性変形するバネ部材２０や、積層方向に積層されかつ面内方向に相対的にスライドし得る複数のスライド片４０６からなる多層ブロック部材４０４を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、積層方向に塑性変形する塑性部材を用いることとしてもよい。
【０１０５】
かかる変形例において、塑性部材は、モールド成形時にモールド金型により積層方向に引っ張り又は圧縮されることにより塑性変形する。この塑性部材は、自身の塑性変形により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。かかる変形例においても、モールド金型３４の装着時にその塑性部材をモールド金型により引っ張って又は圧縮して変形させ、その変形状態でモールド金型内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュールを成形・製造することが可能となる。
【０１０６】
また、上記の第１及び第２実施例においては、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に直列配置された２つの半導体素子１２のうち、半導体素子１２ｂを下端の金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合しかつバネ部材２０ｂ又は導電性部材４０４ｂを介して２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合すると共に、半導体素子１２ａをその金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合しかつバネ部材２０ａ又は導電性部材４０４ａを介して上端の金属ブロック１４ａに接合することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、両半導体素子１２ａ，１２ｂを共に、上下端の金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面に接合しかつバネ部材又は導電性部材を介して２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合することとしてもよい。また、両半導体素子１２ａ，１２ｂを共に、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合しかつバネ部材又は導電性部材を介して上下端の金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面に接合することとしてもよい。
【０１０７】
更に、上記の第１及び第２実施例においては、パワーモジュール１０，４００を、冷却ブロック２６ａ，２６ｂでの冷却を空気を用いて行う空冷モジュールに適用することとしたが、図１１に示す如く、冷却ブロック２６ａ，２６ｂでの冷却を流路７００を流れる水を用いて行う水冷モジュールに適用することとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０，１００，２００，３００，４００，５００，６００ パワーモジュール
１２ａ，１２ｂ 半導体素子
１４ａ〜１４ｅ 金属ブロック
１６，３０２，４０２，５０２，６０２ フレーム部材
１８，２２，２４ はんだ
２０ａ，２０ｂ，２０２ａ，２０２ｂ バネ部材
２６ａ，２６ｂ 冷却ブロック
２８ 冷却フィン
３０ 絶縁材
３２ モールド樹脂
３４，１０２，２０４，３０４，４０８ モールド金型
３４ａ−１，３４ｂ−１，１０２ａ，１０２ｂ 金型本体
３４ａ−２，３４ｂ−２，１０４ａ，１０４ｂ 押圧ピン
３０６ａ，３０６ｂ 導電性樹脂
４０４ａ，４０４ｂ 多層ブロック部材
４０６ スライド片
５０４，６０４ バネ部材等
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型に係り、特に、半導体素子の両面側にそれぞれ冷却部材が設けられていると共に、それらの冷却部材間がモールド樹脂で充填されたパワーモジュールの構造及び成形方法、並びにそのパワーモジュール成形用モールド金型に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子を有し、モールド成形されるパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。このパワーモジュールは、半導体素子の駆動に起因した温度上昇に対して、半導体素子を挟んで上下に配置された冷却部材により冷却される。パワーモジュールは、２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されることにより成形されて製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４９５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の特許文献１記載の如きパワーモジュールの成形は、所定のモールド金型で押さえられた２つの冷却部材間のモールド成形エリア（尚、このモールド成形エリアは、半導体素子や金属ブロック，はんだなどが積層されたエリアである。）にモールド樹脂を充填することにより実現されるが、かかるパワーモジュールを成形するうえでは、上記のモールド成形エリアに常にモールド金型に合致する寸法公差が求められる。
【０００５】
しかし、かかる寸法公差を成立させることは困難であるので、モールド成形時にモールド金型から樹脂漏れが生じ、或いは逆に、上記のモールド成形エリアがモールド金型で有効に押さえられないことでそのモールド成形エリア内の半導体素子などがモールド樹脂成形圧で破壊されるおそれがある。
【０００６】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、半導体素子を挟んだ２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されるパワーモジュールの定寸管理を実現できるパワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備え、前記フレーム部材は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有するパワーモジュールの構造により達成される。
【０００８】
上記の目的は、半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールを成形する成形方法であって、前記手段がモールド金型による引っ張り又は圧縮により前記距離を所望距離に維持した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形するパワーモジュールの成形方法により達成される。
【０００９】
また、上記の目的は、半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールの成形に用いられるモールド金型であって、前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第１の冷却部材を支持する第１の金型本体と、前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第２の冷却部材を支持する第２の金型本体と、前記第１の金型本体側から延び、前記第２の冷却部材側に設けられた第２の金属ブロックを押圧する第１の押圧ピンと、前記第２の金型本体側から延び、前記第１の冷却部材側に設けられた第１の金属ブロックを押圧する第２の押圧ピンと、を備え、前記パワーモジュールのモールド成形時、前記第１の押圧ピンが前記第２の金属ブロックを押圧しかつ前記第２の押圧ピンが前記第１の金属ブロックを押圧することにより、前記弾性部材を引っ張って弾性変形させるパワーモジュール成形用モールド金型により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、半導体素子を挟んだ２つの冷却部材間にモールド樹脂が充填されるパワーモジュールの定寸管理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例であるパワーモジュールの構造を表した図である。
【図２】本実施例のパワーモジュールを製造するうえで必要なモールド金型の構造を表した図である。
【図３】図２に示す構造のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図４】本発明の変形例のパワーモジュールを製造するうえで必要なモールド金型の構造を表した図である。
【図５】本発明の変形例のパワーモジュールを製造するうえで必要なモールド金型の構造を表した図である。
【図６】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造（モールド金型付）を表した図である。
【図７】本発明の第２実施例であるパワーモジュールの構造（モールド金型付）を表した図である。
【図８】本実施例のパワーモジュールの成形前後におけるフレーム部材の変形を表した図である。
【図９】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造（モールド金型付）を表した図である。
【図１０】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造を表した図である。
【図１１】本発明の変形例であるパワーモジュールの構造を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて、本発明に係るパワーモジュールの構造及び成形方法、並びにパワーモジュール成形用モールド金型の具体的な実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１実施例であるパワーモジュール１０の構造を表した図を示す。尚、図１にはパワーモジュール１０の断面図を示す。本実施例のパワーモジュール１０は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される直流電源と電気モータとの間に介在するインバータや昇降圧コンバータに組み込まれるモジュールである。
【００１４】
図１に示す如く、パワーモジュール１０は、複数（本実施例においては６個とする。）の半導体素子１２を備えている。各半導体素子１２はそれぞれ、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子やダイオード素子などであり、上アームユニット又は下アームユニットを構成する。半導体素子１２としてのスイッチング素子は、電気モータの各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に流れる電流を生成し又は昇圧制御若しくは降圧制御を行うべくスイッチング駆動される。各半導体素子１２はそれぞれ、ボンディングワイヤを介して外部端子に接続されており、外部装置から信号供給され或いは外部装置に向けて信号出力する。
【００１５】
パワーモジュール１０は、半導体素子１２の近傍に配置される金属ブロック１４を備えている。金属ブロック１４は、銅などの放熱性の良い金属材料により形成されており、半導体素子１２の放熱効果を高める放熱板（ヒートシンク）としての機能を有すると共に、裏面配線の機能を有している。金属ブロック１４は、比較的大きな表面積を有する金属ブロック１４ａ，１４ｂと、比較的小さな表面積を有する金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと、を有している。各金属ブロック１４ａ〜１４ｅはそれぞれ、所定の形状を有している。
【００１６】
比較的表面積の大きい金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｂとは、所定間隔を空けて互いに対向するように配置されている。また、比較的表面積の小さい金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、上記した２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間（具体的には、略その中央）において並列に配置されており、それぞれ金属ブロック１４ａ，１４ｂに対して所定間隔を空けて対向するように配置されている。各金属ブロック１４は、半導体素子１２を挟んで配置されている。
【００１７】
２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間には、２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが直列して配置されており、図１に示す上下方向に積層されている。この構造によれば、上下のアームユニットを同一平面上に配置する構造に比べて実装面積が小さくなり、パワーモジュール１０のコンパクト化が図られる。２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間には、直列配置された２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが３組並列して設けられている。金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に半導体素子１２ａが一つずつ配置されていると共に、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと金属ブロック１４ｂとの間に半導体素子１２ｂが一つずつ配置されている。
【００１８】
パワーモジュール１０は、２つの金属ブロック１４間において半導体素子１２を支持するフレーム部材１６を備えている。すなわち、各半導体素子１２はそれぞれ、２つの金属ブロック１４間においてフレーム部材１６により支持されている。各半導体素子１２はそれぞれ、金属ブロック１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合されている。具体的には、半導体素子１２ａは金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合されており、また、半導体素子１２ｂは金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合されている。半導体素子１２ａは、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面との接合面とは反対の面側においてバネ部材２０ａを介して金属ブロック１４ａに接合されている。また、半導体素子１２ｂは、金属ブロック１４ｂの表面との接合面とは反対の面側においてバネ部材２０ｂを介して金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合されている。
【００１９】
バネ部材２０ａ，２０ｂは、上記のフレーム部材１６の一部を構成している。すなわち、フレーム部材１６は、バネ機能を有するバネ部材２０ａ，２０ｂを有している。バネ部材２０ａ，２０ｂは、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に直列して配置されている。バネ部材２０ａ，２０ｂは、銅などの放熱性及び導電性を備えた金属材料により形成されている。以下、バネ部材２０ａ，２０ｂを総称する場合は単にバネ部材２０と称す。
【００２０】
各バネ部材２０ａ，２０ｂはそれぞれ、２つの金属ブロック１４（すなわち、後述の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ）間でそれらの金属ブロック１４同士が対向する方向（すなわち、金属ブロック１４及び冷却ブロック２６と半導体素子１２とが積層する積層方向（図１に示す上下方向））に伸縮して弾性変形することが可能な弾性部材であり、例えば板材を曲げた構造やスプリング状の構造を有している。尚、放熱性や導電性を向上させるため、バネ部材２０にはんだなどを充填することとしてもよい。
【００２１】
バネ部材２０ａ，２０ｂの一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。バネ部材２０ａ，２０ｂは、自身の伸縮により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。
【００２２】
パワーモジュール１０の両端側の金属ブロック１４ａ，１４ｂの外側には、冷却ブロック２６ａ，２６ｂが配置されている。冷却ブロック２６ａ，２６ｂは、アルミニウムなどの冷却性の良い金属材料により形成されており、金属ブロック１４ａ，１４ｂ側から放出されて伝達された熱を冷却媒体（空気など）との熱交換により冷ます機能を有している。上記したバネ部材２０ａは、半導体素子１２ａと冷却ブロック２６ａとの間に介在されており、半導体素子１２ａ及び冷却ブロック２６ａと熱的、機械的、及び電気的に接続されている。尚、上記したバネ部材２０ｂは、半導体素子１２ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。
【００２３】
パワーモジュール１０は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６で金属ブロック１４ａ，１４ｂの間（半導体素子１２を含む構造体）を挟んだ構造を有している。かかる構造においては、半導体素子１２ａ，１２ｂの発する熱がパワーモジュール１０の両端にある２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに伝達されるので、片側にのみ冷却ブロックが配置される構造に比べて冷却性能の向上が図られている。
【００２４】
また、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面には、外部に突出する複数の冷却フィン２８が設けられている。冷却フィン２８は、冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側と冷却媒体との間の熱交換を促進するための部材である。
【００２５】
金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの間には、絶縁材３０が介在している。絶縁材３０は、金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの電気的絶縁を図るための例えば樹脂絶縁シートである。尚、この絶縁材３０は、後述のモールド樹脂３２よりも熱伝導率の高い材料により構成されることとするのがよい。パワーモジュール１０は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０が積層された形状を有している。
【００２６】
また、パワーモジュール１０は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に充填されるモールド樹脂３２を備えている。モールド樹脂３２は、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間において絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０を封止する。モールド樹脂３２は、例えばエポキシ樹脂により形成されている。モールド樹脂３２による上記の封止は、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面が露出するように行われる。パワーモジュール１０は、後述のモールド金型３４で固定された、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０が積層された２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されることにより成形されて製造される。
【００２７】
次に、図２及び図３を参照して、本実施例のパワーモジュール１０の製造方法を説明する。図２は、本実施例のパワーモジュール１０を製造するうえで必要なモールド金型３４の構造を表した図を示す。また、図３は、図２に示す構造のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図を示す。
【００２８】
本実施例において、パワーモジュール１０は、モールド金型３４を用いて成形・製造される。モールド金型３４は、最終的な製品となるパワーモジュール１０の形状に合致する型内寸法を有している。パワーモジュール１０の成形・製造前（モールド樹脂３２の充填前）において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離は、その成形・製造後のもの（すなわち、モールド樹脂３２の充填後の最終的なもの（モールド金型３４の型内寸法と同じ））よりも小さい。すなわち、バネ部材２０は、パワーモジュール１０の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように積層方向における自然長を有している。
【００２９】
以下適宜、パワーモジュール１０の成形・製造前（具体的にはモールド樹脂３２が充填される前）の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０からなる構造体を成形前構造体４０と称す。
【００３０】
モールド金型３４は、２分割される形状を有しており、上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとからなる。上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとは、金型パーティングラインＬで互いに合わせられる。上側モールド金型３４ａは、冷却ブロック２６ａの外側表面に接してその冷却ブロック２６ａを支持する上側金型本体３４ａ−１と、その上側金型本体３４ａ−１に接続・連結して反対側の冷却ブロック２６ｂ（或いは金属ブロック１４ｂ）側に向けて延びる上側押圧ピン３４ａ−２と、からなる。また、下側モールド金型３４ｂは、冷却ブロック２６ｂの外側表面に接してその冷却ブロック２６ｂを支持する下側金型本体３４ｂ−１と、その下側金型本体３４ｂ−１に接続・連結して反対側の冷却ブロック２６ａ（或いは金属ブロック１４ａ）側に向けて延びる下側押圧ピン３４ｂ−２と、からなる。
【００３１】
上側押圧ピン３４ａ−２は、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの冷却ブロック２６ａの外側表面から金属ブロック１４ｂの表面までの距離よりも長い長さを有するように、具体的には、最終的な製品となるパワーモジュール１０における冷却ブロック２６ａの外側表面から金属ブロック１４ｂの表面までの距離と略同じ長さを有するように形成されている。
【００３２】
また、下側押圧ピン３４ｂ−２は、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの冷却ブロック２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ａの表面までの距離よりも長い長さを有するように、具体的には、最終的な製品となるパワーモジュール１０における冷却ブロック２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ａの表面までの距離と略同じ長さを有するように形成されている。
【００３３】
押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２は、パワーモジュール１０の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを図１に示す上下方向に押圧する機能、具体的には、かかる押圧によりバネ部材２０を外側に引っ張って変形させる機能を有している。
【００３４】
パワーモジュール１０において、冷却ブロック２６ａと冷却ブロック２６ｂとは、図３に示す如く、互いに略同じ面積を有し略同じ形状・サイズからなる対向面を有している。一方、金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｂとは、互いに異なる形状・サイズからなる対向面を有している。例えば、金属ブロック１４ａは図３（Ａ）に示す如く横長に形成され、かつ、金属ブロック１４ｂは図３（Ｂ）に示す如く縦長に形成されている。すなわち、金属ブロック１４ａ，１４ｂは、金属ブロック１４ａの長手方向の長さが金属ブロック１４ｂの長手方向の長さよりも長く、また、金属ブロック１４ｂの短手方向の長さが金属ブロック１４ａの短手方向の長さよりも長くなるようにサイズ形成されている。
【００３５】
また、金属ブロック１４ａ，１４ｂの上記対向面は、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの上記対向面に対して小さな面積を有している。更に、絶縁材３０は、金属ブロック１４ａ，１４ｂよりも僅かに大きく形成されている。すなわち、金属ブロック１４ａ，１４ｂと絶縁材３０とは、絶縁材３０の対向面が金属ブロック１４ａ，１４ｂの対向面に対して大きな面積を有するように形成されている。
【００３６】
冷却ブロック２６ａには、上側モールド金型３４ａの上側押圧ピン３４ａ−２が貫通する貫通孔３６ａが設けられている。貫通孔３６ａは、冷却ブロック２６ａにおいて、金属ブロック１４ａと対向する領域を外れる一方で金属ブロック１４ｂと対向する領域に含まれる位置に形成されている。また、冷却ブロック２６ｂには、下側モールド金型３４ｂの上下側押圧ピン３４ｂ−２が貫通する貫通孔３６ｂが設けられている。貫通孔３６ｂは、冷却ブロック２６ｂにおいて、金属ブロック１４ｂと対向する領域を外れる一方で金属ブロック１４ａと対向する領域に含まれる位置に形成されている。
【００３７】
すなわち、貫通孔３６ａ，３６ｂは、自己の冷却ブロック２６ａ，２６ｂと同じ側にある金属ブロック１４ａ，１４ｂと干渉しないように、かつ、自己の冷却ブロック２６ａ，２６ｂと反対側にある金属ブロック１４ｂ，１４ａと干渉するように位置している。貫通孔３６ａ，３６ｂはそれぞれ、冷却ブロック２６ａ，２６ｂや金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面（対向面）に対して直交する方向（図１における上下方向）に延びている。金属ブロック１４ａ，１４ｂは、冷却ブロック２６ａ，２６ｂの貫通孔３６ａ，３６ｂが上記の位置に形成されるようにサイズ形成されている。
【００３８】
パワーモジュール１０の成形・製造工程において、モールド樹脂３２が充填される前、金属ブロック１４に半導体素子１２及びバネ部材２０がはんだ１８，２４により半田付けされかつ半導体素子１２とバネ部材２０とがはんだ２２により半田付けされると共に、金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの間に絶縁材３０が仮固定され、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０が配置されることで、成形前構造体４０が構成される。そして、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０からなる成形前構造体４０が、モールド金型３４内に装着されて固定される。
【００３９】
上記の如く、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離は、モールド金型３４の型内寸法よりも小さい。また、モールド金型３４の押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２は、成形前構造体４０においてバネ部材２０の長さが自然長であるときの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ｂ，１４ａの表面までの距離よりも長くかつ最終的な製品となるパワーモジュール１０における冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面から金属ブロック１４ｂ，１４ａの表面までの距離と略同じ長さを有するように形成されている。
【００４０】
このため、上側モールド金型３４ａの上側金型本体３４ａ−１が成形前構造体４０の冷却ブロック２６ａの外側表面に接しつつその上側モールド金型３４ａの上側押圧ピン３４ａ−２がその冷却ブロック２６ａの貫通孔３６ａに貫通されると、その上側押圧ピン３４ａ−２が成形前構造体４０の下側にある金属ブロック１４ｂの表面に当接してその金属ブロック１４ｂを下方（その金属ブロック１４ｂに絶縁材３０を介して接する冷却ブロック２６ｂ側）へ押圧する押圧力が発生する。
【００４１】
また同様に、下側モールド金型３４ｂの下側金型本体３４ｂ−１が成形前構造体４０の冷却ブロック２６ｂの外側表面に接しつつその下側モールド金型３４ｂの下側押圧ピン３４ｂ−２がその冷却ブロック２６ｂの貫通孔３６ｂに貫通されると、その下側押圧ピン３４ｂ−２が成形前構造体４０の上側にある金属ブロック１４ａの表面に当接してその金属ブロック１４ａを上方（その金属ブロック１４ａに絶縁材３０を介して接する冷却ブロック２６ａ側）へ押圧する押圧力が発生する。
【００４２】
モールド金型３４の上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられると、上側押圧ピン３４ａ−２が成形前構造体４０の下側にある金属ブロック１４ｂを下方へ押圧する押圧力、及び、下側押圧ピン３４ｂ−２が成形前構造体４０の上側にある金属ブロック１４ａを下方へ押圧する押圧力が同時に発生する。
【００４３】
成形前構造体４０に含まれるフレーム部材１６には、金属ブロック１４同士が対向する方向（図１に示す上下方向）に伸縮して変形するバネ部材２０ａ，２０ｂが設けられている。このため、モールド金型３４の上側モールド金型３４ａと下側モールド金型３４ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられて上記した２つの押圧力が共に発生すると、冷却ブロック２６ａ，２６ｂが上側モールド金型３４ａの上側金型本体３４ａ−１及び下側モールド金型３４ｂの下側金型本体３４ｂ−１に支持されつつ、バネ部材２０ａ，２０ｂが自然長に対して伸張するように引っ張られて変形する。
【００４４】
かかるバネ部材２０ａ，２０ｂの弾性変形が行われると、成形前構造体４０における積層方向の厚さがバネ部材２０ａ，２０ｂの自然長時のものに比べて増大することで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離が、モールド金型３４の型内寸法に一致して、パワーモジュール１０において２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間に要求される最終的な距離（所望の距離）に等しくなる。
【００４５】
このように成形前構造体４０がモールド金型３４により固定されると、次に、そのモールド金型３４内にモールド樹脂３２が所定の成形圧で注入される。かかる注入が行われると、距離が大きくなった２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されることで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間の構造体が所望の形状に形成されたパワーモジュール１０が成形・製造される。かかるパワーモジュール１０の成形・製造が行われた後、モールド金型３４の押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２が冷却ブロック２６ａ，２６ｂの貫通孔３６ａ，３６ｂから引き抜かれてそのモールド金型３４が取り外され、成形後のパワーモジュール１０が取り出される。
【００４６】
従って、本実施例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材１６）に積層方向に伸縮して弾性変形し得るバネ部材２０ａ，２０ｂを取り付けたうえで、モールド金型３４の装着時にそのバネ部材２０ａ，２０ｂをそのモールド金型３４により引っ張って変形させ、その変形状態でモールド金型３４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール１０を成形・製造することができる。
【００４７】
この点、本実施例によれば、フレーム部材１６でのバネ部材２０ａ，２０ｂの存在によりパワーモジュール１０の寸法公差を吸収することができるので、半導体素子１２を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されるパワーモジュール１０の定寸管理を実現することができる。このため、パワーモジュール１０のモールド成形時にモールド金型３４から樹脂漏れが生ずるのは回避され、また、パワーモジュール１０を構成する半導体素子１２などがモールド樹脂成形圧で破壊されるのは防止されると共に、モールド樹脂３２を余分に充填することは不要であって、寸法調整後に余分なモールド樹脂３２を切削することは不要である。
【００４８】
また、本実施例においては、パワーモジュール１０のモールド成形時、上側モールド金型３４ａの上側押圧ピン３４ａ−２が反対側（下側）の金属ブロック１４ｂを下方へ押圧する押圧力が発生すると共に、下側モールド金型３４ｂの下側押圧ピン３４ｂ−２が反対側（上側）の金属ブロック１４ａを上方へ押圧する押圧力が発生する。この場合には、金属ブロック１４ｂが冷却ブロック２６ｂ側へ押圧されるので、金属ブロック１４ｂと冷却ブロック２６ｂとの間の絶縁材３０がそれらの金属ブロック１４ｂ及び冷却ブロック２６ｂの双方に密着して挟持される。ブロック１４ａが冷却ブロック２６ａ側へ押圧されるので、金属ブロック１４ａと冷却ブロック２６ａとの間の絶縁材３０がそれらの金属ブロック１４ａ及び冷却ブロック２６ａの双方に密着して挟持される。
【００４９】
そして、絶縁材３０が金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとに挟持された状態で、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填される。従って、本実施例によれば、絶縁材３０の両面をモールド樹脂成形圧で金属ブロック１４ａ，１４ｂ及び冷却ブロック２６ａ，２６ｂに貼り付け固定することが可能である。
【００５０】
尚、上記の第１実施例においては、冷却ブロック２６ａ，２６ｂ（尚、冷却フィン２８を含んでもよい。）が特許請求の範囲に記載した「第１の冷却部材」及び「第２の冷却部材」に、バネ部材２０ａ，２０ｂが特許請求の範囲に記載した「弾性部材」及び「バネ材」に、上側金型本体３４ａ−１及び下側金型本体３４ｂ−１が特許請求の範囲に記載した「第１の金型本体」及び「第２の金型本体」に、上側押圧ピン３４ａ−２及び下側押圧ピン３４ｂ−２が特許請求の範囲に記載した「第１の押圧ピン」及び「第２の押圧ピン」に、モールド金型３４が特許請求の範囲に記載した「パワーモジュール成形用モールド金型」に、それぞれ相当している。
【００５１】
ところで、上記の第１実施例においては、パワーモジュール１０の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを押圧する押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２を、金型本体３４ａ−１，３４ｂ−１に接続・連結するものとし、その金型本体３４ａ−１，３４ｂ−１から反対側の冷却ブロック２６ｂ，２６ａ（或いは金属ブロック１４ｂ，１４ａ）側に向けて延ばすものとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
すなわち、図４に示す如く、モールド金型１０２の金型本体１０２ａ，１０２ｂとは別体で、パワーモジュール１００の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを図４に示す上下方向に押圧する押圧ピン１０４ａ，１０４ｂを設け、その押圧ピン１０４ａ，１０４ｂを金型本体１０２ａ，１０２ｂ側から反対側の冷却ブロック２６ｂ，２６ａ（或いは金属ブロック１４ｂ，１４ａ）側に向けて延ばすものとしてもよい。この変形例において、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂは、変位機構により金属ブロック１４ｂ，１４ａの押圧及びその押圧解除のために変位可能とすればよい。
【００５３】
かかる変形例においては、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂがモールド金型１０２の金型本体１０２ａ，１０２ｂとは別体で設けられているため、パワーモジュール１００の成形後、金型本体１０２ａ，１０２ｂを離型する前に押圧ピン１０４ａ，１０４ｂのみを押圧解除のために引き抜くことができる。このため、かかる変形例によれば、上記した実施例の如く押圧ピン３４ａ−２，３４ｂ−２が一体化されたモールド金型３４の取り外し時とは異なり、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂの引き抜きに起因したモールド樹脂３２の破壊を抑えることができる。
【００５４】
また、かかる変形例においては、冷却ブロック２６ａ，２６ｂに押圧ピン１０４ａ，１０４ｂを貫通させる貫通孔を設けることは不要であると共に、モールド金型３４の側壁に斜めに貫く貫通孔を設けたうえで、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂをその貫通孔に挿入して変位機構により変位可能とすることができる。この構造では、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂが金属ブロック１４ｂ，１４ａにその表面に対して斜めに当接することとなる。尚、この構造では、モールド成形後のパワーモジュール１００のモールド樹脂３２の側面に押圧ピン１０４ａ，１０４ｂが挿入された穴が残るが、そのパワーモジュール１００の側面に空いた穴はそのパワーモジュール１００の絶縁性や冷却性能に大きく影響しないので、パワーモジュール１００のモールド成形後にその穴を塞ぐことは不要である。
【００５５】
更に、かかる変形例においては、上記した実施例の構造とは異なり、押圧ピン１０４ａ，１０４ｂが、パワーモジュール１００のモールド成形時に金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面（対向面）に対して直交する方向（図１における上下方向）に延びず、斜めに延びるものとすることができるので、金属ブロック１４ａ，１４ｂを互いに異なる形状・サイズからなるものとすることは不要であって、そのサイズを共通化することができ、パワーモジュール１００における無駄なスペースを無くしかつ製造工数の増大を抑えることができる。
【００５６】
また、上記の第１実施例においては、パワーモジュール１０の成形・製造前におけるバネ部材２０ａ，２０ｂの自然長を、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０ａ，２０ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるものとし、パワーモジュール１０の成形時にモールド金型３４によりバネ部材２０ａ，２０ｂを積層方向に伸張させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離に維持させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５７】
すなわち逆に、図５に示す如く、パワーモジュール２００の成形・製造前におけるバネ部材２０２ａ，２０２ｂの自然長を、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及びバネ部材２０２ａ，２０２ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるものとし、パワーモジュール２００の成形時にモールド金型２０４によりバネ部材２０２ａ，２０２ｂを積層方向に収縮させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離に維持させることとしてもよい。
【００５８】
かかる変形例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材１６）に伸縮して変形するバネ部材２０２ａ，２０２ｂを取り付けたうえで、モールド金型２０４の装着時にそのバネ部材２０２ａ，２０２ｂをそのモールド金型２０４により圧縮して変形させ、その変形状態でモールド金型２０４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール２００を成形・製造することができる。
【００５９】
このため、かかる変形例においても、上記した実施例と同様の効果を得ることができる。また、パワーモジュール２００のモールド成形時に、モールド金型２０４の上側モールド金型２０４ａと下側モールド金型２０４ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられると、そのモールド金型２０４の押圧力により絶縁材３０がその両面で接する金属ブロック１４ａ，１４ｂ及び冷却ブロック２６ａ，２６ｂの双方に密着して挟持されるので、その絶縁材３０の両面を金属ブロック１４ａ，１４ｂ及び冷却ブロック２６ａ，２６ｂに貼り付け固定することができる。尚、かかる変形例においては、モールド金型２０４に、パワーモジュール２００の成形時に対向側の金属ブロック１４ｂ，１４ａを押圧する押圧ピンを設けることは不要であると共に、パワーモジュール２００のモールド樹脂３２や冷却ブロック２６ａ，２６ｂなどに押圧ピンが挿入される穴が残るのは回避される。
【００６０】
また、上記の第１実施例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間のフレーム部材１６の一部として、２つの金属ブロック１４間で積層方向に伸縮して弾性変形するバネ機能を有するバネ部材２０ａ，２０ｂを設けることとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図６に示す如く、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間のフレーム部材３０２の一部として、上記のバネ部材２０ａ，２０ｂに代えて、高い放熱性を有し、かつ、パワーモジュール３００のモールド成形時にモールド金型３０４により引っ張られ又は圧縮されることにより半導体素子１２と冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの積層方向に弾性変形する導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを設けることとしてもよい。
【００６１】
この導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。具体的には、導電性樹脂３０６ａは、半導体素子１２ａと金属ブロック１４ａ（すなわち、冷却ブロック２６ａ）との間に介在されている。また、導電性樹脂３０６ｂは、半導体素子１２ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、エポキシ系などの材料によりブロック状に形成されている。導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、上記の積層方向に伸縮する弾性を有していると共に、上記したバネ部材２０ａ，２０ｂに比べて高い放熱性を有している。
【００６２】
導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂの一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂは、自身の伸縮により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。
【００６３】
導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂの、パワーモジュール３００の成形・製造前における積層方向の長さ（自然長）は、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように設定されている。
【００６４】
かかる変形例においても、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材３０２）に積層方向に伸縮して弾性変形する導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを取り付けたうえで、モールド金型３０４の装着時にその導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂをそのモールド金型３０４により圧縮して弾性変形させ、その変形状態でモールド金型３０４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール３００を成形・製造することができる。このため、この変形例においても、上記した第１実施例と同様の効果を得ることができる。また、かかる変形例においては、導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂが上記のバネ部材２０に比べて高い放熱性を有しているので、半導体素子１２側から冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側への放熱性を上記した第１実施例のものに比べて向上させることが可能である。
【００６５】
尚、この変形例においては、導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂの、パワーモジュール３００の成形・製造前における積層方向の長さ（自然長）が、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように設定されるものとしたが、上記の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように設定されるものとしてもよい。すなわち、パワーモジュール３００の成形時にモールド金型３０４により導電性樹脂３０６ａ，３０６ｂを引っ張って或いは圧縮して２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離とすることとすればよい。
【実施例２】
【００６６】
図７は、本発明の第２実施例であるパワーモジュール４００の構造（モールド金型付）を表した図を示す。尚、図７において、上記図１などに示す構成と同一の構成部分については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。また、図８は、本実施例のパワーモジュール４００の成形前後におけるフレーム部材４０２の変形を表した図を示す。尚、図８（Ａ）にはモールド金型による圧縮前のフレーム部材４０２の状態を、また、図８（Ｂ）にはモールド金型による圧縮後のフレーム部材４０２の状態を、それぞれ示す。
【００６７】
本実施例のパワーモジュール４００において、各半導体素子１２はそれぞれ、２つの金属ブロック１４間においてフレーム部材４０２により支持されている。半導体素子１２ａは、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合されていると共に、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面との接合面とは反対の面側においてブロック部材４０４ａを介して金属ブロック１４ａに接合されている。また、半導体素子１２ｂは、金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合されていると共に、金属ブロック１４ｂの表面との接合面とは反対の面側においてブロック部材４０４ｂを介して金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合されている。
【００６８】
ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、上記のフレーム部材４０２の一部を構成している。すなわち、フレーム部材４０２は、金属ブロック１４間（すなわち、冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間）で全高が可変されるブロック部材４０４ａ，４０４ｂを有している。ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、２つの金属ブロック１４，１４ｂの間に直列して配置されている。ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、銅などの放熱性及び導電性を備えた金属材料によりブロック状に形成されている。尚、ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの熱容量は、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂの熱容量に比して大きい。
【００６９】
各ブロック部材４０４ａ，４０４ｂはそれぞれ、２つの金属ブロック１４間で金属ブロック１４及び冷却ブロック２６と半導体素子１２とが積層する積層方向に分割された多層ブロック構造を有しており、その積層方向に積層する複数（図８においては３つ）のスライド片４０６からなる。以下、ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂと称す。各スライド片４０６はそれぞれ、積層方向の厚さが上記の積層方向に直交する方向（以下、面内方向と称す）の位置ごとに異なり、一方の積層方向端部から他方の積層方向端部にかけて大きくなるように形成されている。すなわち、隣接するスライド片４０６と接する面が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜するように形成されている。
【００７０】
例えば、図８に示す如く、各多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂがそれぞれ積層方向において順に３つのスライド片４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃからなる場合、中央のスライド片４０６ｂを挟んで上下に位置するスライド片４０６ａ，４０６ｃはそれぞれ、金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ又は半導体素子１２ａ，１２ｂと接合する面（外側面）の垂線が上記の積層方向に向く一方、スライド片４０６ａ，４０６ｃに挟まれた中央のスライド片４０６ｂと接する面（内側面）の垂線が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜して向くように形成されている。
【００７１】
また、中央に位置するスライド片４０６ｂは、一方のスライド片４０６ａと接する面（上側面）の垂線が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜して向き、かつ、他方のスライド片４０６ｃと接する面（下側面）の垂線が上記の積層方向及び上記の面内方向の双方に対して傾斜して向くように形成されている。スライド片４０６ｂの上側面の傾斜方向と下側面の傾斜方向とは互いに異なり、また、スライド片４０６ａの内側面の傾斜方向とスライド片４０６ｃの内側面の傾斜方向とは互いに異なる。
【００７２】
各スライド片４０６はそれぞれ、隣接するスライド片４０６に対して上記の積層方向に直交する面内方向に相対変位可能である。具体的には、例えば、図８に示す如く、各多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂがそれぞれ積層方向において順に３つのスライド片４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃからなる場合、上下のスライド片４０６ａ，４０６ｃは共に、中央のスライド片４０６ｂに対して相対的に上記の面内方向にスライドすることが可能である。各スライド片４０６はそれぞれ、上記の積層方向に加圧された場合に、隣接するスライド片４０６に対して相対的に上記の面内方向にスライドする。多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂにおいて、上記の積層方向への加圧によりスライド片４０６が面内方向に相対変位すると、上記の積層方向における厚さ（全高）が変化（減少）する。
【００７３】
多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの積層方向の一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その積層方向の他端は金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂは、自身の積層方向における厚さ変化により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。
【００７４】
多層ブロック部材４０４ａは、半導体素子１２ａと冷却ブロック２６ａとの間に介在されており、半導体素子１２ａ及び冷却ブロック２６ａと熱的、機械的、及び電気的に接続されている。尚、多層ブロック部材４０４ｂは、半導体素子１２ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間に介在されている。
【００７５】
本実施例において、パワーモジュール４００は、モールド金型４０８を用いて成形・製造される。モールド金型４０８は、最終的な製品となるパワーモジュール４００の形状に合致する型内寸法を有している。パワーモジュール４００の成形・製造前（モールド樹脂３２の充填前）において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離は、その成形・製造後のもの（すなわち、モールド樹脂３２の充填後の最終的なもの（モールド金型４０８の型内寸法と同じ））よりも大きい。
【００７６】
すなわち、多層ブロック部材４０４は、パワーモジュール４００の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように、比較的大きい積層方向の厚さ（全高）を有している。以下適宜、パワーモジュール４００の成形・製造前（具体的にはモールド樹脂３２が充填される前）の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４からなる構造体を成形前構造体４１０と称す。
【００７７】
モールド金型４０８は、２分割される形状を有しており、上側モールド金型４０８ａと下側モールド金型４０８ｂとからなる。上側モールド金型４０８ａと下側モールド金型４０８ｂとは、金型パーティングラインＬで互いに合わせられる。上側モールド金型４０８ａは、冷却ブロック２６ａの外側表面に接してその冷却ブロック２６ａを支持している。また、下側モールド金型４０８ｂは、冷却ブロック２６ｂの外側表面に接してその冷却ブロック２６ｂを支持している。
【００７８】
パワーモジュール４００の成形・製造工程において、モールド樹脂３２が充填される前、金属ブロック１４に半導体素子１２及び多層ブロック部材４０４がはんだ１８，２４により半田付けされかつ半導体素子１２と多層ブロック部材４０４とがはんだ２２により半田付けされると共に、金属ブロック１４ａ，１４ｂと冷却ブロック２６ａ，２６ｂとの間に絶縁材３０が仮固定され、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間に絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４が配置されることで、成形前構造体４１０が構成される。そして、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂに挟まれた絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４からなる成形前構造体４１０が、モールド金型４０８内に装着されて固定される。
【００７９】
成形前構造体４１０は、モールド金型４０８内に装着されると、その積層方向端部がそれら上側モールド金型４０８ａ及び下側モールド金型４０８ｂの内面に当接しつつその積層方向に圧縮される。上記の如く、成形前構造体４１０を構成する多層ブロック部材４０４は、自身の積層方向における厚さ変化により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を調整することが可能である。このため、モールド金型４０８の上側モールド金型４０８ａと下側モールド金型４０８ｂとが金型パーティングラインＬで互いに合わせられて成形前構造体４１０が上記の如く積層方向に圧縮されると、多層ブロック部材４０４の複数のスライド片４０６が面内方向へ相対変位することによってその多層ブロック部材４０４の積層方向における厚さが小さくなる。
【００８０】
かかる多層ブロック部材４０４の積層方向における厚さが小さくなると、成形前構造体４１０における積層方向の厚さが吸収されることで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離が、モールド金型４０８の型内寸法に一致して、パワーモジュール４００において２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間に要求される最終的な距離（所望の距離）に等しくなる。
【００８１】
このように成形前構造体４１０がモールド金型４０８により固定されると、次に、そのモールド金型４０８内にモールド樹脂３２が所定の成形圧で注入される。かかる注入が行われると、距離が小さくなった２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されることで、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂ間の構造体が所望の形状に形成されたパワーモジュール４００が成形・製造される。かかるパワーモジュール４００の成形・製造が行われた後、モールド金型４０８が取り外され、成形後のパワーモジュール４００が取り出される。
【００８２】
従って、本実施例においては、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材４０２）に積層方向に積層されかつ面内方向に互いにスライドし得る複数のスライド片４０６からなる多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを取り付けたうえで、モールド金型４０８の装着時にその多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂをそのモールド金型４０８により積層方向に圧縮して変形させ、その変形状態でモールド金型４０８内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール４００を成形・製造することができる。
【００８３】
この点、本実施例によれば、フレーム部材４０２での多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの存在によりパワーモジュール４００の寸法公差を吸収することができるので、半導体素子１２を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間にモールド樹脂３２が充填されるパワーモジュール４００の定寸管理を実現することができる。このため、パワーモジュール４００のモールド成形時にモールド金型４０８から樹脂漏れが生ずるのは回避され、また、パワーモジュール４００を構成する半導体素子１２などがモールド樹脂成形圧で破壊されるのは防止されると共に、モールド樹脂３２を余分に充填することは不要であって、寸法調整後に余分なモールド樹脂３２を切削することは不要である。
【００８４】
また、本実施例においては、パワーモジュール４００の２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を要求される最終的な距離（所望の距離）に等しくするうえで、フレーム部材４０２として、上記の面内方向に相対的にスライド可能な複数のスライド片４０６が積層方向に積層された多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂが設けられている。上記の如く、多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの熱容量は、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂの熱容量に比して大きい。このため、本実施例の構造によれば、半導体素子１２側から冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側への放熱性を高めることが可能である。
【００８５】
尚、上記の第２実施例においては、多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂが特許請求の範囲に記載した「多層ブロック部材」に、また、スライド片４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃが特許請求の範囲に記載した「ブロック片」に、それぞれ相当している。
【００８６】
ところで、上記の第２実施例においては、パワーモジュール４００の成形・製造前における多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの積層方向の厚さ（全高）を、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、及び多層ブロック部材４０４を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるものとし、パワーモジュール４００の成形時にモールド金型４０８により多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを積層方向に収縮させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離とすることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆に、パワーモジュールの成形・製造前におけるブロック部材の積層方向の厚さ（全高）を、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるものとし、パワーモジュールの成形時にモールド金型によりブロック部材を積層方向に伸張させてその２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を所望の距離とすることとしてもよい。
【００８７】
また、上記の第２実施例においては、多層ブロック部材４０４の３つのスライド片４０６がそれぞれ、隣接するスライド片４０６に対して上記の積層方向に直交する面内方向に相対変位可能であるが、中央のスライド片４０６ｂを挟んで上下に位置するスライド片４０６ａ，４０６ｃを金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して固定することとし、中央のスライド片４０６ｂをスライド片４０６ａ，４０６ｃ及び金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して面内方向にスライド可能とすることとしてもよい。また、逆に、中央のスライド片４０６ｂを金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して固定することとし、中央のスライド片４０６ｂを挟んで上下に位置するスライド片４０６ａ，４０６ｃをスライド片４０６ｂ及び金属ブロック１４ａ〜１４ｅに対して面内方向にスライド可能とすることとしてもよい。
【００８８】
尚、上記の第１及び第２実施例においては、半導体素子１２を支持するフレーム部材１６，４０２の一部として伸縮・変形するバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを金属ブロック１４とは別体で設けることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、金属ブロック１４と一体化することとしてもよい。すなわち、金属ブロック１４を半導体素子１２などを含む構造体の積層方向に伸縮・変形可能な構造としてもよい。
【００８９】
また、上記の第１及び第２実施例においては、パワーモジュール１０，４００における２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間すなわち２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に２つの半導体素子１２ａ，１２ｂを直列して配置した多段構造において、その間でそれらの半導体素子１２ａ，１２ｂを支持するフレーム部材１６，４０２として２つのバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを設け（すなわち、各半導体素子１２ａ，１２ｂそれぞれに対応して一つずつバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを設け）、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で２つのバネ部材２０ａ，２０ｂ又は多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂを直列して配置することとした。
【００９０】
しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、多段構造においても２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間すなわち２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に両者の対向方向（積層方向）でバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４が一つ設けられていればよい。すなわち、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で複数の半導体素子１２が直列配置される場合にも、それら２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間にバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４を２つ以上直列配置することなく、唯一つ設けることとすればよい。また、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に、直列配置された２つの半導体素子１２ａ，１２ｂの組ごとに一つずつバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４を設けることとしてもよい。
【００９１】
例えば、図９に示す如く、金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが直列配置された多段構造のパワーモジュール５００において、各半導体素子１２ａ，１２ｂはそれぞれ、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂ間においてフレーム部材５０２により支持される。２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で直列接続される半導体素子１２ａ，１２ｂを支持するフレーム部材５０２として一つのバネ部材又はブロック部材５０４（以下、バネ部材等５０４と称す。）が設けられる。バネ部材等５０４は、フレーム部材５０２ごとにすなわち２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間で直列配置された２つの半導体素子１２ａ，１２ｂの組ごとに一つずつ設けられる。
【００９２】
金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合された半導体素子１２ｂは、その接合面とは反対の面側においてバネ部材等５０４を介して金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合されると共に、金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合された半導体素子１２ａは、その接合面とは反対の面側においてブロック部材５０６を介して金属ブロック１４ａに接合される。
【００９３】
バネ部材等５０４は、上記のバネ部材２０又は多層ブロック部材４０４と同様の構成を有する。また、ブロック部材５０６は、銅などの放熱性の良い金属材料によりブロック状に形成されている。ブロック部材５０６は、積層方向に分割されることのない非分割の単層ブロック構造を有しており、その熱容量は、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂや多層ブロック部材４０４ａ，４０４ｂの熱容量に比して大きい。ブロック部材５０６は、半導体素子１２ａごとに設けられており、金属ブロック１４ａ〜１４ｅよりも小さな表面積を有する。
【００９４】
バネ部材等５０４の一端は半導体素子１２ｂにはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにはんだ２４を介して接合されている。バネ部材等５０４は、自身の積層方向における伸縮や厚さ変化により半導体素子１２と金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。また、ブロック部材５０６の一端は半導体素子１２ａにはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａにはんだ２４を介して接合されている。更に、バネ部材等５０４は、パワーモジュール５００の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、バネ部材等５０４、及びブロック部材５０６を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように積層方向における自然長を有している。
【００９５】
かかる変形例においても、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間の構造体（フレーム部材５０２）に積層方向に伸縮して変形するバネ部材等５０４を取り付けたうえで、モールド金型３４の装着時にそのバネ部材等５０４をそのモールド金型３４により引っ張って変形させ、その変形状態でモールド金型３４内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュール５００を成形・製造することができる。このため、この変形例においても、上記した第１実施例などと同様の効果を得ることができる。
【００９６】
また、かかる変形例においては、フレーム部材５０２の一部であるブロック部材５０６が、積層方向に分割されることのない非分割の単層ブロック構造を有し、かつ、そのブロック部材５０６の熱容量が、上記した第１実施例のバネ部材２０ａ，２０ｂの熱容量に比して大きい。このため、半導体素子１２ａ，１２ｂが直列に配置される２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間でバネ部材等５０４とブロック部材５０６とが一つずつ配置されるフレーム部材５０２の構造によれば、２つのバネ部材２０ａ，２０ｂが直列配置されるフレーム部材１６の構造やスライド片４０６が積層方向に分割されているフレーム部材４０２の構造に比べて高い放熱性が実現されるので、半導体素子１２側から冷却ブロック２６ａ，２６ｂ側への放熱性を上記した第１実施例や第２実施例のものに比べて向上させることが可能である。
【００９７】
尚、この変形例においては、バネ部材等５０４が、パワーモジュール５００の成形・製造前において、絶縁材３０、金属ブロック１４、半導体素子１２、はんだ１８，２２，２４、バネ部材等５０４、及びブロック部材５０６を挟んだ２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも小さくなるように積層方向における自然長（厚さ）を有するものとしたが、パワーモジュール５００の成形・製造前における２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離がその成形・製造後の所望のものよりも大きくなるように積層方向における自然長（厚さ）を有するものとしてもよい。
【００９８】
また、この変形例の如く、２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの間で２つの半導体素子１２ａ，１２ｂが直列配置される多段構造のパワーモジュールにおいて、半導体素子１２ａ，１２ｂと積層方向両端の金属ブロック１４ａ，１４ｂとの間にフレーム部材として特に板状やスプリング状のバネ部材が配置されると、その半導体素子１２ａ，１２ｂで発生した熱の金属ブロック１４ａ，１４ｂへの伝達がそのバネ部材を介して行われるので、放熱特性が低下するおそれがある。一方、半導体素子１２ａ，１２ｂがはんだ１８を介して金属ブロック１４ａ，１４ｂに接合される構造では、その接合面とは反対の面側にフレーム部材としてのバネ部材が設けられても、その半導体素子１２ａ，１２ｂで発生した熱がバネ部材を介することなく直接に金属ブロック１４ａ，１４ｂに伝達されるので、高い放熱特性が確保される。
【００９９】
そこで、上記の変形例の如くバネ部材等５０４とブロック部材５０６とが一つずつ配置される構造においては、はんだ１８を介して積層方向両端の金属ブロック１４ａ，１４ｂに接合される半導体素子１２ｂと中央の金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間にバネ部材等５０４を配置し、一方、はんだ１８を介して中央の金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合される半導体素子１２ａと積層方向両端の金属ブロック１４ａ，１４ｂとの間にブロック部材５０６を配置することとすれば、高い放熱特性を確保することが可能となる。
【０１００】
また、上記の第１及び第２実施例においては、バネ部材２０や多層ブロック部材４０４を半導体素子１２の一方の面側に配置することとしているが、その半導体素子１２の表面側及び裏面側の双方に配置することとしてもよい。
【０１０１】
また、上記の第１及び第２実施例においては、一つのパワーモジュール１０等において２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に直列配置された２つの半導体素子１２を３組並列して設けることとしているが、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間において積層方向に唯一つの半導体素子１２を配置することとしてもよいし、また、積層方向に３つ以上の半導体素子１２を直列配置することとしてもよい。また、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間において積層方向に配置された半導体素子１２を一組として、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に一組の半導体素子１２を設けることとしてもよいし、また、複数組の半導体素子１２を並列して設けることとしてもよい。
【０１０２】
例えば、図１０に示す如く、パワーモジュール６００において、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に唯一つの半導体素子１２を２組並列して設けることとしてもよい。かかる構造においては、半導体素子１２が、金属ブロック１４ｂにはんだ１８を介して接合されており、その接合面とは反対の面側においてフレーム部材６０２としてのバネ部材等６０４を介して金属ブロック１４ａに接合されている。バネ部材等６０４の一端は半導体素子１２にはんだ２２を介して接合されており、また、その他端は金属ブロック１４ａにはんだ２４を介して接合されている。
【０１０３】
尚、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された半導体素子１２が２組並列して設けられる場合は、両列の半導体素子１２の表面側及び裏面側の少なくとも何れか一方にバネ部材２０等を配置することが望ましい。また、３組以上並列して設けられる場合は、両端列の半導体素子１２の表面側及び裏面側の少なくとも何れか一方にバネ部材２０等を配置したうえで、両端列間の列の半導体素子１２については必要に応じてバネ部材２０等を配置することとすればよい。
【０１０４】
また、上記の第１及び第２実施例においては、フレーム部材が有する２つの冷却ブロック２６ａ，２６ｂの外側表面間の距離を可変する手段として、積層方向に弾性変形するバネ部材２０や、積層方向に積層されかつ面内方向に相対的にスライドし得る複数のスライド片４０６からなる多層ブロック部材４０４を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、積層方向に塑性変形する塑性部材を用いることとしてもよい。
【０１０５】
かかる変形例において、塑性部材は、モールド成形時にモールド金型により積層方向に引っ張り又は圧縮されることにより塑性変形する。この塑性部材は、自身の塑性変形により半導体素子１２と金属ブロック１４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整すること、すなわち、金属ブロック１４ｂと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離及び金属ブロック１４ａと金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの間の距離を可変・調整することが可能である。かかる変形例においても、モールド金型３４の装着時にその塑性部材をモールド金型により引っ張って又は圧縮して変形させ、その変形状態でモールド金型内にモールド樹脂３２を充填することにより、定寸のパワーモジュールを成形・製造することが可能となる。
【０１０６】
また、上記の第１及び第２実施例においては、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に直列配置された２つの半導体素子１２のうち、半導体素子１２ｂを下端の金属ブロック１４ｂの表面にはんだ１８を介して接合しかつバネ部材２０ｂ又は導電性部材４０４ｂを介して２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合すると共に、半導体素子１２ａをその金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの表面にはんだ１８を介して接合しかつバネ部材２０ａ又は導電性部材４０４ａを介して上端の金属ブロック１４ａに接合することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、両半導体素子１２ａ，１２ｂを共に、上下端の金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面に接合しかつバネ部材又は導電性部材を介して２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合することとしてもよい。また、両半導体素子１２ａ，１２ｂを共に、２つの金属ブロック１４ａ，１４ｂの間に配置された金属ブロック１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに接合しかつバネ部材又は導電性部材を介して上下端の金属ブロック１４ａ，１４ｂの表面に接合することとしてもよい。
【０１０７】
更に、上記の第１及び第２実施例においては、パワーモジュール１０，４００を、冷却ブロック２６ａ，２６ｂでの冷却を空気を用いて行う空冷モジュールに適用することとしたが、図１１に示す如く、冷却ブロック２６ａ，２６ｂでの冷却を流路７００を流れる水を用いて行う水冷モジュールに適用することとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０，１００，２００，３００，４００，５００，６００ パワーモジュール
１２ａ，１２ｂ 半導体素子
１４ａ〜１４ｅ 金属ブロック
１６，３０２，４０２，５０２，６０２ フレーム部材
１８，２２，２４ はんだ
２０ａ，２０ｂ，２０２ａ，２０２ｂ バネ部材
２６ａ，２６ｂ 冷却ブロック
２８ 冷却フィン
３０ 絶縁材
３２ モールド樹脂
３４，１０２，２０４，３０４，４０８ モールド金型
３４ａ−１，３４ｂ−１，１０２ａ，１０２ｂ 金型本体
３４ａ−２，３４ｂ−２，１０４ａ，１０４ｂ 押圧ピン
３０６ａ，３０６ｂ 導電性樹脂
４０４ａ，４０４ｂ 多層ブロック部材
４０６ スライド片
５０４，６０４ バネ部材等
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、
前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、
前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備え、
前記フレーム部材は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有することを特徴とするパワーモジュールの構造。
【請求項２】
前記手段は、前記半導体素子と前記第１又は第２の冷却部材との間に介在され、該半導体素子及び該第１又は第２の冷却部材と少なくとも熱的及び機械的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの構造。
【請求項３】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの構造。
【請求項４】
前記弾性部材は、モールド成形時にモールド金型により引っ張られ又は圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に弾性変形するバネ材であることを特徴とする請求項３記載のパワーモジュールの構造。
【請求項５】
前記弾性部材は、放熱性を有し、かつ、モールド成形時にモールド金型により引っ張られ又は圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に弾性変形する導電性樹脂であることを特徴とする請求項３記載のパワーモジュールの構造。
【請求項６】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子と該第１及び第２の冷却部材との積層方向に積層され、かつ、該積層方向に直交する直交方向に互いにスライドし得る複数のブロック片からなる多層ブロック部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの構造。
【請求項７】
前記複数のブロック片は、モールド成形時にモールド金型により前記積層方向に圧縮されることにより前記直交方向に互いにスライドすることを特徴とする請求項６記載のパワーモジュールの構造。
【請求項８】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で塑性変形し得る塑性部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの構造。
【請求項９】
前記塑性部材は、モールド成形時にモールド金型により圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に塑性変形することを特徴とする請求項８記載のパワーモジュールの構造。
【請求項１０】
半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールを成形する成形方法であって、
前記手段がモールド金型による引っ張り又は圧縮により前記距離を所望距離に維持した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とするパワーモジュールの成形方法。
【請求項１１】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材であり、
前記モールド金型は、モールド成形時に前記第１の冷却部材を支持する第１の金型本体と、モールド成形時に前記第２の冷却部材を支持する第２の金型本体と、前記第１の金型本体側から延び、前記第２の冷却部材側に設けられた第２の金属ブロックを押圧する第１の押圧ピンと、前記第２の金型本体側から延び、前記第１の冷却部材側に設けられた第１の金属ブロックを押圧する第２の押圧ピンと、を有し、
前記弾性部材は、モールド成形時に前記第１の金属ブロックが前記第２の押圧ピンにより押圧されかつ前記第２の金属ブロックが前記第１の押圧ピンにより押圧されることにより引っ張られて弾性変形し、
前記距離が所望距離に維持されるように前記弾性部材が弾性変形した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の金属ブロックは、前記第１及び第２の押圧ピン同士が干渉しないように互いに異なるサイズを有することを特徴とする請求項１１記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の押圧ピンは、前記第１及び第２の金型本体とは別体で設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１４】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子と該第１及び第２の冷却部材との積層方向に積層され、かつ、該積層方向に直交する直交方向に互いにスライドし得る複数のブロック片からなる多層ブロック部材であり、
前記複数のブロック片は、モールド成形時に前記モールド金型により前記積層方向に圧縮されることにより前記直交方向に互いにスライドし、
前記距離が所望距離に維持されるように前記複数のブロック片が前記直交方向に互いにスライドした状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１５】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で塑性変形し得る塑性部材であり、
前記塑性部材は、モールド成形時に前記モールド金型により圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に塑性変形し、
前記距離が所望距離に維持されるように前記塑性部材が塑性変形した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１６】
半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールの成形に用いられるモールド金型であって、
前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第１の冷却部材を支持する第１の金型本体と、
前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第２の冷却部材を支持する第２の金型本体と、
前記第１の金型本体側から延び、前記第２の冷却部材側に設けられた第２の金属ブロックを押圧する第１の押圧ピンと、
前記第２の金型本体側から延び、前記第１の冷却部材側に設けられた第１の金属ブロックを押圧する第２の押圧ピンと、を備え、
前記パワーモジュールのモールド成形時、前記第１の押圧ピンが前記第２の金属ブロックを押圧しかつ前記第２の押圧ピンが前記第１の金属ブロックを押圧することにより、前記弾性部材を引っ張って弾性変形させることを特徴とするパワーモジュール成形用モールド金型。
【請求項１】
半導体素子と、
前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、
前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、
前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備え、
前記フレーム部材は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有することを特徴とするパワーモジュールの構造。
【請求項２】
前記手段は、前記半導体素子と前記第１又は第２の冷却部材との間に介在され、該半導体素子及び該第１又は第２の冷却部材と少なくとも熱的及び機械的に接続されていることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの構造。
【請求項３】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの構造。
【請求項４】
前記弾性部材は、モールド成形時にモールド金型により引っ張られ又は圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に弾性変形するバネ材であることを特徴とする請求項３記載のパワーモジュールの構造。
【請求項５】
前記弾性部材は、放熱性を有し、かつ、モールド成形時にモールド金型により引っ張られ又は圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に弾性変形する導電性樹脂であることを特徴とする請求項３記載のパワーモジュールの構造。
【請求項６】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子と該第１及び第２の冷却部材との積層方向に積層され、かつ、該積層方向に直交する直交方向に互いにスライドし得る複数のブロック片からなる多層ブロック部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの構造。
【請求項７】
前記複数のブロック片は、モールド成形時にモールド金型により前記積層方向に圧縮されることにより前記直交方向に互いにスライドすることを特徴とする請求項６記載のパワーモジュールの構造。
【請求項８】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で塑性変形し得る塑性部材であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュールの構造。
【請求項９】
前記塑性部材は、モールド成形時にモールド金型により圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に塑性変形することを特徴とする請求項８記載のパワーモジュールの構造。
【請求項１０】
半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との距離を可変し得る手段を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールを成形する成形方法であって、
前記手段がモールド金型による引っ張り又は圧縮により前記距離を所望距離に維持した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とするパワーモジュールの成形方法。
【請求項１１】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材であり、
前記モールド金型は、モールド成形時に前記第１の冷却部材を支持する第１の金型本体と、モールド成形時に前記第２の冷却部材を支持する第２の金型本体と、前記第１の金型本体側から延び、前記第２の冷却部材側に設けられた第２の金属ブロックを押圧する第１の押圧ピンと、前記第２の金型本体側から延び、前記第１の冷却部材側に設けられた第１の金属ブロックを押圧する第２の押圧ピンと、を有し、
前記弾性部材は、モールド成形時に前記第１の金属ブロックが前記第２の押圧ピンにより押圧されかつ前記第２の金属ブロックが前記第１の押圧ピンにより押圧されることにより引っ張られて弾性変形し、
前記距離が所望距離に維持されるように前記弾性部材が弾性変形した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の金属ブロックは、前記第１及び第２の押圧ピン同士が干渉しないように互いに異なるサイズを有することを特徴とする請求項１１記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の押圧ピンは、前記第１及び第２の金型本体とは別体で設けられていることを特徴とする請求項１１又は１２記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１４】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で前記半導体素子と該第１及び第２の冷却部材との積層方向に積層され、かつ、該積層方向に直交する直交方向に互いにスライドし得る複数のブロック片からなる多層ブロック部材であり、
前記複数のブロック片は、モールド成形時に前記モールド金型により前記積層方向に圧縮されることにより前記直交方向に互いにスライドし、
前記距離が所望距離に維持されるように前記複数のブロック片が前記直交方向に互いにスライドした状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１５】
前記手段は、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で塑性変形し得る塑性部材であり、
前記塑性部材は、モールド成形時に前記モールド金型により圧縮されることにより前記半導体素子と前記第１及び第２の冷却部材との積層方向に塑性変形し、
前記距離が所望距離に維持されるように前記塑性部材が塑性変形した状態で前記モールド樹脂が充填されることにより前記パワーモジュールを成形することを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの成形方法。
【請求項１６】
半導体素子と、前記半導体素子を挟んで配置される第１及び第２の冷却部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間で弾性変形し得る弾性部材を有し、該第１の冷却部材と該第２の冷却部材との間で前記半導体素子を支持するフレーム部材と、前記第１の冷却部材と前記第２の冷却部材との間に充填されるモールド樹脂と、を備えるパワーモジュールの成形に用いられるモールド金型であって、
前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第１の冷却部材を支持する第１の金型本体と、
前記パワーモジュールのモールド成形時に前記第２の冷却部材を支持する第２の金型本体と、
前記第１の金型本体側から延び、前記第２の冷却部材側に設けられた第２の金属ブロックを押圧する第１の押圧ピンと、
前記第２の金型本体側から延び、前記第１の冷却部材側に設けられた第１の金属ブロックを押圧する第２の押圧ピンと、を備え、
前記パワーモジュールのモールド成形時、前記第１の押圧ピンが前記第２の金属ブロックを押圧しかつ前記第２の押圧ピンが前記第１の金属ブロックを押圧することにより、前記弾性部材を引っ張って弾性変形させることを特徴とするパワーモジュール成形用モールド金型。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６２４８３（Ｐ２０１３−６２４８３Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３０７７２（Ｐ２０１２−１３０７７２）
【出願日】平成２４年６月８日（２０１２．６．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月８日（２０１２．６．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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