パワーモジュール
【課題】信頼性向上を図ることができるパワーモジュールの提供。
【解決手段】パワーモジュールは、半導体チップ１５６，３２８が搭載された導体板３１５，３１８を、導体板３１５，３１８の放熱面が露出するように樹脂で封止した一次封止体３０２と、放熱面と対向するように配置された放熱部３０７Ａ，３０７Ｂと、一次封止体３０２と放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとの間に配置された絶縁層３３３と、を備え、絶縁層３３３は、含浸用樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜３３３Ａおよび良熱伝導性のフィラーが混入された接着用樹脂層３３３Ｂを積層したものであって、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂおよび少なくとも放熱面の全域と接するように設けられている積層体と、積層体の端部を全周にわたって覆うように、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂと一次封止体３０２との隙間に設けられた応力緩和用樹脂部３３３Ｃとを有する。
【解決手段】パワーモジュールは、半導体チップ１５６，３２８が搭載された導体板３１５，３１８を、導体板３１５，３１８の放熱面が露出するように樹脂で封止した一次封止体３０２と、放熱面と対向するように配置された放熱部３０７Ａ，３０７Ｂと、一次封止体３０２と放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとの間に配置された絶縁層３３３と、を備え、絶縁層３３３は、含浸用樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜３３３Ａおよび良熱伝導性のフィラーが混入された接着用樹脂層３３３Ｂを積層したものであって、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂおよび少なくとも放熱面の全域と接するように設けられている積層体と、積層体の端部を全周にわたって覆うように、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂと一次封止体３０２との隙間に設けられた応力緩和用樹脂部３３３Ｃとを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性および信頼性に優れたパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーの観点から、自動車には高燃費化が求められ、モータで駆動する電気自動車や、モータ駆動とエンジン駆動を組み合わせたハイブリッドカーが注目されている。自動車に用いる大容量の車載用モータは、バッテリの直流電圧では駆動や制御が困難であり、昇圧し交流制御するためパワー半導体素子のスイッチングを利用した電力変換装置が不可欠である。また、パワー半導体素子は通電により発熱するため、パワー半導体素子を搭載するパワーモジュールには、高い放熱能力を持つ絶縁層が求められる。
【０００３】
例えば、このようなパワーモジュールとしては、パワー半導体チップ、パワー半導体チップを搭載する導体板、導体板を搭載する金属ベース板、および導体板と金属ベース板とを絶縁するセラミックス板からなる積層体を樹脂ケースでパッケージングして構造体とし、その構造体を冷却体へ取付ける構造が知られている。低コスト化を目的に例えば、特許文献１に記載の発明では、樹脂封止した導体板の放熱面側に対してセラミックス溶射膜を形成し、絶縁層として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０２３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の絶縁層である溶射膜は、膜中に気孔が存在するため溶射後の状態ではパワーモジュールに必要な絶縁性能が不足し厚く形成する必要がある。また、膜中の気孔は熱伝導性能の劣化を引き起こす。そこで、樹脂を孔内へ含浸し絶縁性能と熱伝導性能を向上することが有効である。さらに、含浸樹脂により放熱冷却用の金属ベース板に接着すれば、グリスを介した取り付け方式に比較して優れた放熱性を付与できる。しかしながら、金属製の導体板や金属ベース板との熱膨張係数差に起因した熱応力によって絶縁層の周囲端部において亀裂や剥離が生じるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパワーモジュールは、半導体チップが搭載された導体板を、導体板の放熱面が露出するように樹脂で封止した封止体と、放熱面と対向するように配置された放熱部材と、封止体と放熱部材との間に配置された絶縁層と、を備え、絶縁層は、含浸用樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜および良熱伝導性のフィラーが混入された接着用樹脂層を積層したものであって、放熱部材および少なくとも放熱面の全域と接するように設けられている積層体と、積層体の端部を全周にわたって覆うように、放熱部材と封止体との隙間に設けられた応力緩和用樹脂部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、応力緩和用樹脂部を設けたことにより絶縁層の端部における応力を緩和することができ、パワーモジュールの信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るパワーモジュールの一実施の形態を示す図であり、パワーモジュールの外観斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】パワーモジュール構造体３０００を示す図である。
【図４】パワーモジュール３００の回路図である。
【図５】一次封止体３０２の製造工程を示す図である。
【図６】一次封止体３０２の製造工程を示す図であり、図５の次の工程を示す図である。
【図７】一次封止体３０２の製造工程を示す図であり、図６の次の工程を示す図である。
【図８】一次封止体３０２の製造工程を示す図であり、封止樹脂３４８による封止後の状態を示す。
【図９】封止樹脂３４８のトランスファーモールド工程を説明する図である。
【図１０】一次封止体３０２の斜視図である。
【図１１】補助モールド体６００を示す図である。
【図１２】パワーモジュール構造体３０００のモジュールケース３０４への封入を説明する図である。
【図１３】図２の符号Ｂで示した部分の拡大図である。
【図１４】溶射膜３３３Ａが形成される前の一次封止体３０２を示す断面図である。
【図１５】溶射膜３３３Ａの形成工程を説明する図である。
【図１６】溶射膜３３３Ａの形成工程を説明する図であり、図１６に続く工程を示す。
【図１７】含浸作業後の一次封止体３０２を示す図である。
【図１８】第２の実施の形態のパワーモジュールを示す断面図である。
【図１９】パワーモジュールの組み立て工程を説明する図である。
【図２０】絶縁層３３３が形成されたモジュールケース３０４に一次封止体３０２を挿入した状態を示す図である。
【図２１】絶縁層３３３が形成された放熱部３０７Ｂを示す図である。
【図２２】第３の実施の形態を説明する図である。
【図２３】積層体の第１の形成方法を説明する図である。
【図２４】積層体の他の形成方法を説明する図である。
【図２５】第１の変形例を示す図である。
【図２６】第２の変形例を示す図である。
【図２７】樹脂封止型の片面冷却パワーモジュール３００の構成を説明する図である。
【図２８】放熱部３０７への接着を説明する図である。
【図２９】一次封止体３０２を一対の放熱部３０７Ｄで挟持する構成のパワーモジュール３００を示す図である。
【図３０】第５の実施の形態を説明する図であり、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周方向端部を示す拡大図である。
【図３１】絶縁層３３３の絶縁性能（絶縁破壊電圧）を説明する図である。
【図３２】絶縁層３３３の絶縁性能（部分放電電圧）を説明する図である。
【図３３】絶縁層の構成に関する比較例を示す図である。
【図３４】比較例と本発明の熱伝導率を説明する図である。
【図３５】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図３６】インバータ部の電気回路構成を説明する。
【図３７】電力変換装置２００の設置場所を説明するための分解斜視図を示す。
【図３８】電力変換装置２００の分解斜視図である。
【図３９】流路１９を有する冷却ジャケット１２の下面図である。
【図４０】コンデンサモジュール５００の分解斜視図である。
【図４１】冷却ジャケット１２にパワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュールを組み付けた外観斜視図である。
【図４２】パワーモジュールとコンデンサモジュールを組み付けた冷却ジャケット１２とバスバーモジュール８００の分解斜視図である。
【図４３】保持部材８０３を除いたバスバーモジュール８００の外観斜視図である。
【図４４】パワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュール８００と補機用パワーモジュール３５０を組み付けた冷却ジャケット１２の外観斜視図である。
【図４５】制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の分割斜視図である。
【図４６】電力変換装置２００を図４５のＣ方向から見た断面図である。
【図４７】溶射膜３３３Ａを放熱部３０７Ｂ側に形成した場合の段差構造を示す図である。
【図４８】溶射膜３３３Ａを一次封止体３０２側に形成した場合の段差構造を示す図である。
【図４９】第６の実施の形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１〜１７は、本発明によるパワーモジュールの第１の実施の形態を示す図である。図１はパワーモジュールの外観斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。パワーモジュール３００は、スイッチング素子を含みトランスファーモールドされたパワー半導体ユニットを、モジュールケース３０４内に収納したものである。パワーモジュール３００は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される電力変換装置に用いられる。
【００１０】
図２に示すように、パワーモジュール３００は、図３に示すパワーモジュール構造体３０００をＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内部に収納したものである。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。また、溶接など防水性の高い接合法で、あるいは鍛造、鋳造法などにより、つなぎ目の無い状態でケース状に一体成形されている。
【００１１】
モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない扁平状のケースであり、扁平状ケースの挿入口３０６にはフランジ３０４Ｂが設けられている。扁平状ケースの面積の広い対向する２つの面の一方には放熱部３０７Ａが設けられ、他方の面には放熱部３０７Ｂが設けられている。放熱部３０７Ａおよび放熱部３０７Ｂはモジュールケース３０４の放熱壁として機能するものであり、それらの外周面には複数のフィン３０５が均一に形成されている。放熱部３０７Ａおよび放熱部３０７Ｂを囲む周囲の面は、厚さが極端に薄く容易に塑性変形可能な薄肉部３０４Ａとなっている。薄肉部３０４Ａを極端に薄くすることで、放熱部３０７Ａおよび放熱部３０７Ｂをケース内側方向に加圧した際に、容易に変形することができる。なお、モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要がなく、図１に示すように角が曲面を形成していても良い。
【００１２】
図３は、モジュールケース３０４に収納されるパワーモジュール構造体３０００を示す図である。図３（ａ）はパワーモジュール構造体３０００の斜視図であり、図３（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。なお、Ｃ−Ｃ断面は、図１のＡ−Ａ断面と同一の部分の断面である。パワーモジュール構造体３０００は、一次封止体３０２と補助モールド体６００とから成る。一次封止体３０２と補助モールド体６００とは接続部３７０において接続されている。接続部３７０における金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。補助モールド体６００に設けられた配線絶縁部６０８を、図１に示すようにネジ３０９によってモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂに固定することにより、モジュールケース３０４内においてパワーモジュール構造体３０００が位置決めされる。
【００１３】
（一次封止体３０２の説明）
次に、図４〜１１を用いて、一次封止体３０２の構成を説明する。図４は、パワーモジュール３００の回路図である。図５〜１１は一次封止体３０２の製造工程を示す図である。パワーモジュール３００は、上アーム用ＩＧＢＴ３２８と下アーム用ＩＧＢＴ３３０とを直列したものであり、半導体素子としては、ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６を備えている。これらの半導体素子のチップ（以下では半導体チップと呼ぶ）は図５に示すように板状であって、半導体チップの表裏面に電極が形成されている。
【００１４】
上アーム用ＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム用ダイオード１５６のカソード電極は導体板３１５に接続され、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とダイオード１５６のアノード電極は導体板３１８に接続されている。下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム用ダイオード１６６カソード電極は導体板３２０に接続され、ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とダイオード１６６のアノード電極は導体板３１９に接続されている。導体板３１８と導体板３２０とは、中間電極１５９を介して接続されている。中間電極１５９により上アーム回路と下アーム回路とが電気的に接続され、図４に示すような上下アーム直列回路が形成される。なお、導体板３１５，３１８，３１９，３２０としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏなどの金属、それらの合金、複合体が用いられる。
【００１５】
図５に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、上アーム用信号接続端子３２７Ｕおよび下アーム用信号接続端子３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。上アーム用信号接続端子３２７Ｕには、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａがボンディングワイヤにより接続される。下アーム用信号接続端子３２７Ｌには、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａがボンディングワイヤにより接続される。導体板３１５，３２０の半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）が接合される部分には凸状のチップ固着部３２２がそれぞれ形成されている。各半導体チップは、それらのチップ固着部３２２の上に金属接合材１６０によって接合される。金属接合材１６０には、例えば、はんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材等が用いられる。また、金属接合材１６０には錫を主成分としたハンダを用いる事が望ましいが、金、銀、銅のいずれかを主成分としたものやロウ材やペースト等を用いることもできる。
【００１６】
ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５５，１６６の上には、金属接合材１６０を介して導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置され、金属接合される。図４に示したように、導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が接合される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が接合される。導体板３１５には直流正極接続端子３１５Ｄが形成されている。導体板３２０には交流接続端子３２０Ｄが形成されている。導体板３１９には直流負極接続端子３１９Ｄが形成されている。
【００１７】
上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８とを中間電極３２９により接続すると、図６に示す状態となる。さらに、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続すると、図７に示す状態となる。
【００１８】
図７に示す状態に組み立てた後、半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）およびボンディングワイヤ３７１を含む部分を封止樹脂３４８により封止する。この封止はトランスファーモールドにより行われる。図９に示すように、符号３７３で示す部分（金型押圧面）を上下からトランスファーモールド用金型で押さえ、封止樹脂３４８を金型内に充填して成形を行う。
【００１９】
図９はトランスファーモールド工程を説明するための図である。図９において、（ａ）は型締め前の縦断面図を示しており、（ｂ）は型締め後の縦断面図を示している。図９（ａ）に示すように、図７に示した封止前の一次封止体３０２は、上側金型３７４Ａと下側金型３７４Ｂの間に設置される。上側金型３７４Ａおよび下側金型３７４Ｂが一次封止体３０２を上下から金型押圧面３７３において挟み込んで型締めすることで、図９（ｂ）に示すように金型空間３７５が金型内に形成される。この金型空間３７５に封止樹脂３４８を充填して成形することで、一次封止体３０２において半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５５，１６６）が封止樹脂３４８により封止される。
【００２０】
封止樹脂３４８としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体板３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。
【００２１】
なお、図８に示したように、金型押圧面３７３では、直流正極接続端子３１５Ｄ、直流負極接続端子３１９Ｄ、交流接続端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｕおよび信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置されている。こうした端子配置とすることで、上側金型３７４Ａおよび下側金型３７４Ｂを用いて、各端子と半導体チップとの接続部において余分な応力を発生させずに、かつ隙間なく型締めを行うことができる。したがって、半導体チップとの破損を招いたり、あるいは封止樹脂３４８が隙間から漏出したりすることなく、半導体チップとの封止を行うことができる。また、封止樹脂３４８の一方の表面には導体板３１８，３１９の表面（放熱面）が露出し、反対側の面には、導体板３１５，３２０の表面（放熱面）が露出している。
【００２２】
図８に示すように封止樹脂３４８により封止した後、タイバー３７２を切除して、直流正極接続端子３１５Ｄ、交流接続端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌをそれぞれ分離する。そして、一次封止体３０２の一辺側に一列に並べられている直流正極接続端子３１５Ｄ、直流負極接続端子３１９Ｄ、交流接続端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌの各端部を、図１０のようにそれぞれ同一方向に折り曲げる。これにより、接続部３７０において一次封止体３０２と補助モールド体６００とを金属接合する際の作業を容易化して生産性を向上すると共に、金属接合の信頼性を向上することができる。
【００２３】
図１１は補助モールド体６００を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。補助モールド体６００は、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌを備えている。直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって、相互に絶縁された状態で一体に成型されている。配線絶縁部６０８は各配線を支持するための支持部材としても作用し、配線絶縁部６０８に用いる樹脂材料には、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。
【００２４】
直流正極配線３１５Ａの上端には直流正極端子３１５Ｂが形成され、下端には、直流正極接続端子３１５Ｃが直角に折れ曲がるように形成されている。直流負極配線３１９Ａの上端には直流負極端子３１９Ｂが形成され、下端には、直流負極接続端子３１９Ｃが直流正極接続端子３１５Ｃと同方向に折れ曲がるように形成されている。交流配線３２０Ａの上端には交流端子３２０Ｂが形成され、下端には、交流接続端子３２０Ｃが直流正極接続端子３１５Ｃと同方向に折れ曲がるように形成されている。信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌの上端には、それぞれ信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌが形成されている。一方、信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌの下端には、信号接続端子３２６Ｕおよび信号接続端子３２６Ｌが直流正極接続端子３１５Ｃと同方向に折れ曲がるように形成されている。
【００２５】
このように、補助モールド体６００側の接続部３７０を構成するする直流正極接続端子３１５Ｃ、直流負極接続端子３１９Ｃ、交流接続端子３２０Ｃ、信号接続端子３２６Ｕおよび信号接続端子３２６Ｌは、図１１（ａ）に示すように一列に並べて配置されている。そして、補助モールド体６００側の接続部３７０（３２６Ｕ，３１５Ｃ，３１９Ｃ，３２６Ｌ，３２０Ｃ）は、図１０に示すように一列に並べて配置されている一次封止体３０２側の接続部３７０（３２７Ｕ，３１５Ｄ，３１９Ｄ，３２７Ｌ，３２０Ｄ）と接続される。接続には、例えば、ＴＩＧ溶接などを用いることができる。
【００２６】
図３に示すようなパワーモジュール構造体３０００が完成したならば、図１２（ａ）に示すようにパワーモジュール構造体３０００をモジュールケース３０４に挿入し、補助モールド体６００の配線絶縁部６０８をモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂに固定する。その挿入の際に、パワーモジュール構造体３０００の一次封止体３０２とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとの間に、電気的な絶縁を図るための絶縁層３３３が配設される。絶縁層３３３の詳細については後述する。そして、図１２（ｂ）の矢印で示すように放熱部３０７Ａ，３０７Ｂをケース内側に加圧して薄肉部３０４Ａを変形させ、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを一次封止体３０２に密着させる。その後、モジュールケース３０４内に封止樹脂３５１を充填して封止することで、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができる。
【００２７】
封止樹脂３５１としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂に対してはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数をモジュールケース３０４や導体板３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。
【００２８】
（絶縁層３３３の説明）
図１３は絶縁層３３３の構造を説明する図である。図１３は、図２の符号Ｂで示した部分の拡大図である。一次封止体３０２と放熱部３０７Ｂとによって挟まれるように絶縁層３３３が設けられている。絶縁層３３３は、絶縁性の酸化物やセラミックスの粉体を溶射して形成された溶射膜３３３Ａの層と、絶縁性の樹脂層３３３Ｂと、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂの積層体の周囲端部（縁の部分）に設けられた絶縁性の樹脂部３３３Ｃとを備えている。樹脂部３３３Ｃは、積層体の側面周囲の全周に設けられている。溶射膜３３３Ａは一次封止体３０２側に形成されており、溶射膜３３３Ａと放熱部３０７Ｂとの間に樹脂層３３３Ｂが形成されている。
【００２９】
溶射膜３３３Ａに形成される空孔３３３０には絶縁性の樹脂が含浸されている。図１３に示す例では、含浸用樹脂には樹脂部３３３Ｃと同じ樹脂が用いられている。また、樹脂層３３３Ｂを構成する樹脂には、熱伝導性能を高めるためにフィラーが混入されている。溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周囲端部に設けられた樹脂部３３３Ｃは、積層体の周囲端部が露出しないように封止樹脂３４８と放熱部３０７Ｂとの隙間に形成されている。溶射膜３３３Ａの表面は凹凸面となっており、溶射膜３３３Ａの内部には多数の空孔３３３０が形成される。樹脂層３３３Ｂは、その一部が溶射膜３３３Ａの凹凸面に入り込むように設けられている。
【００３０】
図１４〜１７は絶縁層３３３の形成工程を説明する図である。図１４は、一次封止体３０２への溶射膜３３３Ａの形成を説明する図であり、溶射膜３３３Ａが形成される前の一次封止体３０２を示す断面図である。上述したように、対向配置された一対の導体板３１５，３１８と一対の導体板３２０，３１９は、図１４の紙面に垂直な方向に並ぶように配置されている。導体板３１５，３１８に挟まれるようにＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６が配置され、導体板３２０，３１９に挟まれるようにＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６が配置されている。これらは封止樹脂３４８によって封止されているが、導体板３１５，３１８，３１９，３２０の放熱面３１５ａ，３１８ａ，３１９ａ，３２０ａ（半導体チップが接合されている面と反対側の面）は封止樹脂３４８から露出している。図１４の断面図は図３のＣ−Ｃ断面と同一部分を断面したものであって、導体板３１５，３１８の部分の断面図である。
【００３１】
〈溶射膜３３３Ａの形成〉
図１３に示したような絶縁層３３３を形成するために、まず、図１５（ａ）に示すように一次封止体３０２の両面に溶射膜３３３Ａを形成する。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の符号Ｅで示す部の拡大図である。溶射膜３３３Ａは、放熱面３１５ａ，３１８ａ，３１９ａ，３２０ａの領域が含まれるように形成され、溶射膜３３３Ａの縁の部分は封止樹脂３４８上に形成されている。溶射膜３３３Ａは絶縁体であり、酸化物やセラミックスの粉体を溶射して作製する。本実施の形態ではプラズマ溶射法によりセラミックスの溶射膜３３３Ａを形成しているが、他の溶射法、例えばアーク溶射法、高速フレーム溶射法等を用いても良い。
【００３２】
溶射による導体板３１５，３１８，３１９，３２０の温度上昇は、例えばろう材を用いて導体板とセラミックス板を接合するよりもはるかに小さく、溶融、熱劣化、反りなどの熱変形も小さい。例えば、溶射膜３３３Ａをプラズマ溶射法により形成する場合には、一次封止体３０２の温度上昇は１００〜１８０℃程度となる、そのため、封止樹脂３４８、金属接合材１６０、ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の熱劣化を防止できる。金属接合材１６０による半導体素子の接合は２２０〜３００℃程度の温度範囲でなされるので、この接合後に溶射膜３３３Ａを形成しても問題ない。
【００３３】
一方、導体板３１５に溶射膜３３３Ａを形成してから半導体素子を接合するような逆の手順で行なった場合には、半導体素子の接合温度が２２０〜３００℃程度と溶射膜形成時の温度上昇より高いため、熱膨張係数の小さい溶射膜３３３Ａと熱膨張係数の大きな導体板３１５，３１８，３１９，３２０との積層部に発生する熱応力が溶射時よりも大きくなる。すなわち、半導体素子を接合してから溶射膜３３３Ａを形成する手順の方が、熱応力は低減される。
【００３４】
また、導体板３１５，３１８，３１９，３２０の溶射膜３３３Ａが形成される面（放熱面）を、サンドブラストやエッチングなどにより粗化加工することによって、導体板３１５，３１８，３１９，３２０と溶射膜３３３Ａとの間の接合強度を向上させることができる。さらに、図１５（ａ）に示すように、一次封止体３０２は封止樹脂３４８によって封止されているため、溶射処理時に半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６）やボンディングワイヤ３７１などへの物理的、化学的な影響を、封止樹脂３４８によって防止することができる。そのため、溶射のための複雑なマスキングを施す必要がなく、生産性に優れている。
【００３５】
上述したサンドブラストやエッチングなどの粗化処理は、以下のような利点を有している。トランスファーモールドを行った際に、導体板３１５，３１８，３１９，３２０の放熱面の一部が封止樹脂３４８により被覆される場合があるが、上述したサンドブラストによる粗化を行うことで、放射面上の封止樹脂３４８を除去することができる。封止樹脂３４８は導体板よりも熱伝導率が低いため、放熱面から除去できることで放熱性が向上する。
【００３６】
また、封止樹脂３４８の除去や一次封止体３０２の平面度向上のために、導体板の放熱面の部分を研削したり研磨したりする場合がある。そのような加工を行った場合、加工条件によっては（例えば、加工時間短縮のために切削、研磨の速度を上げた場合）導体板上の表面粗さが過大となったり、導体板と封止樹脂３４８との境界にバリが形成されたりして電界集中のおそれがある。しかし、溶射膜前処理にサンドブラストやエッチングをすることにより、これらの欠陥を除去することができ、絶縁信頼性の向上を図ることができる。
【００３７】
溶射膜３３３Ａを形成するための粉末としては、アルミナ，シリカ，マグネシア，ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ，窒化珪素，窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなどの炭化物といった高熱伝導なセラミックスの粉体から選ぶのが好ましい。また、これら単体組成に限らず、単体組成や酸化物と窒化物あるいは炭化物との複合組成、あるいは混合粉末を用いても良い。
【００３８】
ところで、導体板３１５，３１８，３１９，３２０および封止樹脂３４８上に形成される溶射膜３３３Ａは、図１５（ｂ）に示すように、上述のセラミックスが凝固し形成された扁平体３３３１の集合体状になっており、扁平体３３３１が層を成すように堆積している。このように、プラズマ溶射法などにより、セラミックスの粉末を部分的あるいは完全溶融状態で基材（導体板３１５，３１８，３１９，３２０および封止樹脂３４８）に衝突させると、セラミックスは基材表面に扁平形状で溶着し、溶着して凝固した扁平体３３３１の上にもさらに溶着することになる。
【００３９】
これにより、三次元的には扁平体３３３１同士や、扁平体３３３１と導体板３１５，３１８，３１９，３２０および封止樹脂３４８内のセラミックスフィラーや樹脂に対して、その当接している界面で溶着面を形成し強固に接合している。そのため、一次封止体３０２に溶射膜３３３Ａを形成した後に、前述のように接続部３７０において一次封止体３０２と補助モモジュール６００とをＴＩＧ溶接等により金属接合する際に（図３参照）、溶射膜３３３Ａに剥離や欠けなどが生じにくくなる。なお、マスキングをすれば部分的に溶射膜３３３Ａを形成できるので、一次封止体３０２と補助モールド体６００とを金属接合した後に、溶射膜３３３Ａを形成するようにしても良い。なお、前述したように、導体板３１５，３１８，３１９，３２０としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏなどの金属、それらの合金、複合体が用いられる。
【００４０】
〈樹脂層３３３Ｂの形成〉
次に、図１６を用いて、絶縁層を構成する樹脂層３３３Ｂの形成について説明する。図１５に示すように一次封止体３０２の両面に溶射膜３３３Ａを形成したならば、その溶射膜３３３Ａの上に、樹脂層３３３Ｂを形成する。図１６（ｂ）は、Ｅ部の拡大図である。なお、この段階では、溶射膜３３３Ａ上に形成された樹脂層３３３Ｂの表面には保護フィルム３５２が設けられている。
【００４１】
樹脂層３３３Ｂは、一次封止体３０２の溶射膜３３３Ａが形成されている面をモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに接着するものであって、樹脂層３３３Ｂには充分な接着性と高い熱伝導性が要求される。そのため、樹脂層３３３Ｂを構成する樹脂には、接着性のあるフェノール系，アクリル系，ポリイミド系，ポリアミドイミド系，エポキシ系，シリコン系，ビスマレイミドトリアジン系，シアネートエッセル系を基にした樹脂等が用いられる。特に、接着性が高いビスマレイミドトリアジン系，ポリアミドイミド系，ポリイミド系，シアネートエッセル系，エポキシ系，フェノール系を基にした樹脂を用いるのが好ましく、接着後に剥離し難くパワーモジュールの寿命が高まる。
【００４２】
また、半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６）から発生する熱をモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに効率良く伝えるため、樹脂層３３３Ｂには高い熱伝導率が要求される。そのため、上記樹脂に熱伝導性向上のための良熱伝導性のフィラーを混入したものが、樹脂層３３３Ｂに用いられる。樹脂層３３３Ｂに混入させるフィラーは絶縁性を有したものが良く、アルミナ，シリカ，マグネシア，ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ，窒化珪素，窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなど炭化物などの高熱伝導なセラミックスのフィラーがより好ましいが、樹脂を含浸した３３３Ａで絶縁できるため、銀や銅やはんだやカーボンなど電気伝導性を有するフィラーも用いることが可能である。
【００４３】
溶射膜３３３Ａ上に樹脂層３３３Ｂを形成する場合には、先ず、フィラーが混入された上記樹脂から成る樹脂シート３３３２を用意する（図１６（ａ）参照）。樹脂シート３３３２は、取り扱いが容易なように表裏両面に保護フィルム３５２が設けられている。保護フィルム３５２には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）など、後述する仮圧着後に容易に剥離できるものを用いれば良い。
【００４４】
図１６（ｃ）に示すように、樹脂シート３３３２の片面の保護フィルム３５２を剥がし、矢印で示すように樹脂シート３３３２を溶射膜３３３Ａ上に仮圧着することで、溶射膜３３３Ａ上に樹脂層３３３Ｂが形成される。仮圧着された樹脂層３３３Ｂは、後述する工程において一次封止体３０２をモジュールケース３０４に収納した後、樹脂層３３３Ｂと放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとの接着のために最終的な圧着作業が行われる。そのため、図１６に示す工程での仮圧着においては、樹脂成分が半硬化以下の状態（例えば、樹脂成分の硬化度が約８０％以下である状態）となるように圧着時の温度条件および加圧条件を設定する。
【００４５】
この仮圧着により、樹脂シート３３３２の一部が、溶射膜３３３Ａの表面凹凸部や表面付近の空孔内に入り込む。なお、樹脂シート３３３２に混入されているフィラーの粒径分布は、樹脂とともに溶射膜３３３Ａの凹凸部に入り込める程度に設定される。その結果、図１６（ｂ）に示すような樹脂層３３３Ｂが形成される。このように樹脂層３３３Ｂの一部が溶射膜３３３Ａの凹凸部に入り込むことで、アンカー効果による接着強度の向上と放熱性の向上とを図ることができる。
【００４６】
樹脂層３３３Ｂの形成範囲については、導体板３１５，３１８の放熱面３１５ａ，３１８ａ（図１４）の面積よりも広い範囲で行うと、放熱性を最も高くできる。ただし、封止樹脂３４８の熱伝導率が導体板３１５，３１８，３１９，３２０よりも十分小さいため、熱伝導率が高い樹脂層３３３Ｂの形成範囲は、図１６（ａ）に示すように導体板よりもやや広い範囲で十分である。なお、後述する溶射膜３３３Ａの空孔３３３０への樹脂の含浸作業を考慮して、本実施形態では、樹脂層３３３Ｂの形成範囲は溶射膜３３３Ａの面積よりも小さくする必要がある。図１６（ｂ）ではＹで示す空白範囲が含浸作業領域を示している。
【００４７】
なお、図１６（ｃ）に示した例では、樹脂シート３３３２を溶射膜３３３Ａに圧着して樹脂層３３３Ｂを形成したが、溶射膜３３３Ａの表面にフィラーを混入させた樹脂を塗布して樹脂層３３３Ｂを形成しても良い。その場合、マスクを設置して所定領域のみに塗布されるようにする。すなわち、樹脂を含浸させるために利用する溶射膜３３３Ａの外周領域にマスクを設置する。
【００４８】
〈樹脂の含浸〉
図１６に示すように溶射膜３３３Ａの上に樹脂層３３３Ｂを形成したならば、溶射膜３３３Ａの空孔３３３０に樹脂を含浸させる。ところで、溶射膜３３３Ａは、セラミックス充填率で最大９５％程度まで充填することができる。しかし、図１３に示すように三次元的な貫通孔（空孔３３３０）が形成されているため、樹脂が含浸される前の溶射膜３３３Ａの絶縁特性や熱伝導率は空孔３３３０の影響によって低下する。また、溶射膜３３３Ａ内に三次元的な貫通孔が形成されているため、そのままでは温度昇降に伴う熱応力での割れ感受性が高いという問題がある。
【００４９】
そこで、絶縁、放熱および熱サイクル耐性を向上できるように、溶射膜３３３Ａ内の空孔３３３０に樹脂を含浸する。ここで、含浸用の樹脂は、樹脂層３３３Ｂに用いられる樹脂と同一にする方が、硬化時の親和性が高く接着性を高めることができるので好ましい。また、含浸を行う際には、溶射膜３３３Ａの空孔３３３０とそこに含浸する樹脂との密着性を高めるために、空孔３３３０にエッチング処理やカップリング処理を施すのが好ましい。
【００５０】
さらに、パワーモジュールは求められる機能に必要な部材で構成されるため、図１３に示すように、金属の導体板３１５、樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜３３３Ａ、樹脂層３３３Ｂおよび金属の放熱部３０７Ｂのように様々な熱膨張係数の部材を積層した構造となる。このように、様々な熱膨張係数の部材を接合や接着すると、応力が積層体の端部に集中し端部から剥離が発生、進展していくことになる。例えば、導体板３１５にＣｕを用いた場合にはその熱膨張係数αは１７程度となり、モジュールケース３０４にＡｌを用いた場合には放熱部３０７Ｂの熱膨張係数αは２３程度となる。この熱膨張係数の違いにより、全体の温度が上昇すると積層体に剥離や割れ等が発生しやすくなる。
【００５１】
本実施の形態では、このような端部の応力集中を緩和するために、図１３に示すように、フィラーを含む樹脂層３３３Ｂと溶射膜３３３Ａとの積層体の端部周囲に樹脂部３３３Ｃを形成するようにした。図１３に示す例では、樹脂部３３３Ｃは、樹脂層３３３Ｂおよび溶射膜３３３Ａの端部を覆うとともに、それらの外周方向に延在している。本実施の形態では、樹脂部３３３Ｃは、含浸用樹脂と同一の樹脂が用いられており、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａは勿論のことフィラーを含む樹脂層３３３Ｂに比べて弾性係数が小さい、または接着強度が高い。そのため、この樹脂部３３３Ｃを設けることによって、端部の応力緩和や応力集中する端部の剥離発生や進展を抑制することが可能となる。なお、この周囲の樹脂部３３３Ｃは封止樹脂３４８と放熱部３０７Ｂとの間に配置されるものなので、絶縁層３３３のその部分の熱伝導率が低くても、パワーモジュールの放熱性に対する影響はほとんど無い。
【００５２】
樹脂の溶射膜３３３Ａへの含浸を行う場合には、図１６に示した含浸作業領域Ｙから溶射膜３３３Ａに樹脂（樹脂部３３３Ｃと同じ樹脂）を含浸する。図１７は、含浸作業後の一次封止体３０２を示す図である。含浸作業領域Ｙに対して樹脂の含浸を行うと、毛細管現象により、樹脂層３３３Ｂと導体板３１５との間の溶射膜３３３Ａの空孔３３３０にも樹脂が含浸される。そして、この含浸作業時に、含浸に用いる樹脂を用いて上述した樹脂部３３３Ｃを形成する。
【００５３】
図１７に示すように、空孔３３３０に樹脂が含浸されることにより、溶射膜３３３Ａの絶縁、放熱および熱サイクル耐性が向上する。また、溶射膜３３３Ａの樹脂層３３３Ｂが接着された箇所においては、樹脂層３３３Ｂと溶射膜３３３Ａの表面凹凸部との間は密着していて、含浸用樹脂は入り込むことはできない。そのため、樹脂の含浸によって溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの間の熱伝導性が影響を受けることはない。
【００５４】
なお、減圧状態にして含浸作業を行うことにより、空孔３３３０内の残留ガスが含浸用樹脂内に巻き込まれてボイドが発生したり、未充填領域が発生したりするのを防止することができる。また、ディスペンサーなどを用いて含浸作業領域Ｙの１箇所あるいは１辺から注入することにより、注入された含浸用樹脂が樹脂層３３３Ｂと導体板３１５との間を流れて、他の辺から溢れ出る。その際に、空孔３３３０内の残留ガスは、樹脂に押し流されるように他辺から排出される。その結果、残留ガス巻き込みによるボイドの発生を防止できる。この溢れ出た含浸用樹脂は、上述した応力緩和用の樹脂部３３３Ｃを形成する。すなわち、樹脂含浸時に積層体端部の樹脂部３３３Ｃも形成する。なお、含浸用樹脂が他の辺から溢れ出ることにより、含浸用樹脂が樹脂層３３３Ｂと導体板３１５との間の空孔３３３０に充填されたことを、容易に確認することができる。なお、注入は常圧で行い、注入後に減圧状態にして樹脂中のガスを放出させるようにしても良い。
【００５５】
含浸用樹脂は粘度が低い方が好ましいので、本実施の形態では粘度を低くするためにフィラーは混入させていない。セラミックスの溶射膜３３３Ａは、空孔３３３０を樹脂によって含浸すれば充分な熱伝導性が得られるので、含浸用樹脂にはフィラーを混入させなくても良い。ただし、供給時の粘度調整のために、含浸可能な粘度範囲であればフィラーを混入させても良い。さらに、弾性係数が小さいあるいは接着力を樹脂層３３３Ｂよりも向上できるように、樹脂層３３３Ｂ内に存在するフィラー含有率よりも小さい範囲にする。また、含浸用樹脂の粘度を低くするために溶剤成分を増加しても良い。含浸用樹脂は樹脂層３３３Ｂに用いられる樹脂と同一でも良いし、異なる樹脂でも良い。
【００５６】
なお、含浸プロセスやその後の溶剤の除去時に加熱する際は、樹脂層３３３Ｂが半硬化状態よりも硬化進行度が進行しない温度や時間とする。また、図１７に示すように、仮付けした樹脂層３３３Ｂに保護フィルム３５２を設けておくと、樹脂層３３３Ｂの表面（放熱部３０７Ｂに対向する面）に熱伝導率を下げる樹脂（充填用樹脂）の付着を防止できるため、生産性の向上が図れる。
【００５７】
〈一次封止体３０２のモジュールケース３０４への封入〉
図１７に示すように溶射膜３３３Ａに樹脂を含浸したならば、その一次封止体３０２をモジュールケース３０４内に封入する。まず、一次封止体３０２の樹脂層３３３Ｂの表面に貼り付けられていた保護フィルム３５２（図１６（ｂ）参照）を剥がし、図１２（ａ）のように、一次封止体３０２をモジュールケース３０４内に挿入する。そして、所定の温度条件および加圧条件で図１２（ｂ）の矢印方向に放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを加圧して、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを樹脂層３３３Ｂに接着させる。その後、モジュールケース３０４内に封止樹脂３５１を充填して封止する。
【００５８】
このように、溶射膜３３３Ａと放熱部３０７Ｂとの間に樹脂層３３３Ｂを設けることにより、一次封止体３０２の放熱部３０７Ｂと接触する面（接着面）が平坦化され、一次封止体３０２と放熱部３０７Ｂとの間におけるボイド発生を防止することができる。
【００５９】
なお、溶射膜３３３Ａと放熱部３０７Ｂとの間に設けられた樹脂層３３３Ｂの厚さは、薄いほど熱抵抗が減少し絶縁層３３３の放熱性が向上する。しかし、仮付けした樹脂層３３３Ｂの厚さが薄すぎると、放熱部３０７Ｂ内面の表面粗さを吸収できない。そのため、溶射膜３３３Ａに仮付けした樹脂層３３３Ｂの最小厚さは、放熱部３０７Ｂ内面の最大表面粗さRmaxを吸収できる範囲よりも大きくすることが望ましい。この厚さ調整は、樹脂シート３３３２の厚さを調整することで容易にできる。仮付けされた状態における樹脂層３３３Ｂの最大厚さは、例えば１０〜５０μｍの範囲で調整され、好ましくは１０〜３０μｍの範囲となる。
【００６０】
接着用樹脂層３３３Ｂに混入しているフィラーの体積率は、５〜８０％の範囲とする。ただし、体積率が大きいほど熱伝導率が高くなり放熱性が向上するが、接着強度が劣化するため、好ましくは３０〜６０％の範囲がよい。また、接着面となる放熱部３０７Ｂ側にサンドブラストやディンプルなどの物理的な粗化処理、エッチング、陽極酸化、化成処理などの化学的な粗化処理を施したり、樹脂に対し接着性の高い層とめっきやスパッタやカップリング処理で設けたりすることで相対的に接着強度を向上できる。そのため、樹脂層３３３Ｂに混入させるフィラーの体積率をより増加させることが可能となる。
【００６１】
−第２の実施の形態−
図１８〜２１は、第２の実施の形態を示す図である。図１８はパワーモジュールの断面図である。なお、一次封止体３０２の補助モールド体６００については図示を省略した。第１の実施の形態ではモジュールケース３０４を一体形成していたが、第２の実施の形態では、モジュールケース３０４はケース枠体と一対のケース側面部とで構成されている。ケース枠体は、肉厚のフランジ３０４Ｂと枠部３０４Ｄとから成る。一対のケース側面部３０４Ｃの一方（図示左側）は、フィン３０５が形成された放熱部３０７Ａと、その周囲を囲む薄肉部３０４Ａとから成る。他方のケース側面部３０４Ｃは、フィン３０５が形成された放熱部３０７Ａと、その周囲を囲む薄肉部３０４Ａとから成る。薄肉部３０４Ａをケース枠体に金属接続することにより、モジュールケース３０４が形成されている。
【００６２】
本実施の形態では、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂ側に溶射膜３３３Ａが形成され、導体板３１５，３１８側に樹脂層３３３Ｂが形成されている。溶射膜３３３Ａには樹脂が含浸されている。また、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂで構成される積層体の周囲端部には端部を覆うように樹脂部３３３Ｃが設けられている。
【００６３】
図１９〜２１は、パワーモジュールの組み立て工程を説明する図である。図１９（ａ）に示す工程では、ケース枠体に金属接合する前のケース側面部３０４Ｃを用意し、その放熱部３０７Ｂのケース内周面側に溶射膜３３３Ａを形成する。溶射膜３３３Ａの形成方法は第１の実施の形態の場合と同様である。上述したように、溶射時の被溶射体の温度上昇は１００〜２００℃程度であるため、図１９（ａ）に示すように放熱部３０７Ｂにフィン３０５や薄肉部３０４Ａが形成された状態で溶射処理することができる。なお、薄肉部３０４Ａに溶射膜３３３Ａが形成されないようにマスキング処理が施される。
【００６４】
放熱部３０７Ａ，３０７Ｂにフィン３０５および薄肉部３０４Ａが形成されたケース側面部３０４Ｃは、鋳造や鍛造や機械加工にて作製できる。材質には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などが用いられる。
【００６５】
次いで、第１の実施の形態の場合と同様に樹脂シート３３３２を溶射膜３３３Ａ上に仮付け（仮固着）して、樹脂層３３３Ｂを形成する（図１９（ｂ））。その後、溶射膜３３３Ａに樹脂を含浸すると共に、その含浸用樹脂により、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周囲端部に樹脂部３３３Ｃを形成する（図１９（ｃ））。図１９（ｃ）までの工程を、放熱部３０７Ａが形成されたケース側面部３０４Ｃと、放熱部３０７Ｂが形成されたケース側面部３０４Ｃとの両方に関して行う。
【００６６】
なお、樹脂層３３３Ｂの形成方法としては、上述した樹脂シート３３３２を用いる方法の他に、液状のフィラーが混入された樹脂を塗布、噴霧、ディップする手法を用いても良い。樹脂層３３３Ｂは溶射膜３３３Ａの範囲よりも狭い範囲に形成されるので、溶射膜範囲の縁の部分にマスキングを施して樹脂層３３３Ｂを形成する。マスキングにより樹脂層３３３Ｂが形成されなかった領域から、溶射膜３３３Ａに対して樹脂を含浸する。また、樹脂シート３３３２を用いる場合と同様に、樹脂層３３３Ｂの表面に保護フィルム３５２を設置することで、含浸作業が容易となる。
【００６７】
その後、図２０に示すように、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａ，樹脂層３３３Ｂおよび樹脂部３３３Ｃがそれぞれ形成された一対のケース側面部３０４Ｃを、フランジ３０４Ｂおよび枠部３０４Ｄから成るケース枠体に金属接合してモジュールケース３０４を形成する。金属接合は、樹脂部３３３Ｃから離れた薄肉部３０４Ａの縁部分をレーザ溶接、摩擦攪拌接合など熱影響領域が小さい手法を用いてなされる。熱影響部が小さい手法を選択することで、樹脂層３３３Ｂや溶射膜に含浸された樹脂や樹脂部３３３Ｃの硬化進行度が維持できる。
【００６８】
次いで、モジュールケース３０４内に一次封止体３０２を挿入するように固定する。そして、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂをケース内側方向に加圧しながら加熱して、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂをの内周面を樹脂層３３３Ｂに接着する。その後、モジュールケース３０４内に封止樹脂３５１を充填することで、図１８に示すパワーモジュールが完成する。
【００６９】
なお、図１９，２０に示した例では、肉厚部である放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを薄肉部３０４Ａよりもケース外側に突出するように形成したが、図２１に示すように、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを薄肉部３０４Ａよりもケース内側に突出するように構成しても構わない。また、溶射膜３３３Ａを、肉厚部である放熱部３０７Ａ，３０７Ｂと同一面積にしてもよい。
【００７０】
このように、第２の実施の形態では、別々に形成されたモジュールケースをケース枠部とケース側面部３０４Ｃとを、金属接合して一体のモジュールケース３０４を形成する構成としているため、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂの内周面側に溶射膜３３３Ａを容易に形成することができる。
【００７１】
導体板３１５，３１８にＣｕやＣｕ合金を用い、モジュールケース３０４にＡｌＳｉＣやＡｌＣなどの複合材を用いる場合、導体板３１５，３１８の方がモジュールケースよりも熱膨張係数が大きくなる。このような場合、絶縁層３３３を構成する部材の熱膨張係数が、導体板３１５側から放熱部３０７Ｂにかけて減少するような構成とすることで、使用中の温度変化で積層体の端部に発生する熱応力を小さくすることができる。そのために、熱膨張係数のより小さな溶射膜３３３Ａを放熱部３０７Ｂに形成し、樹脂を含浸することで含浸樹脂と溶射膜３３３Ａとを合わせた全体の熱膨張係数を放熱部３０７Ｂの熱膨張係数に近づける。一方、樹脂層３３３Ｂに関しては、熱膨張係数の大きな樹脂を選択するとともにフィラーの混入量を調整して、樹脂層３３３Ｂの熱膨張係数を導体板３１５の熱膨張係数に近づけるようにする。
【００７２】
なお、絶縁層３３３を、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａとフィラーが混入された樹脂層３３３Ｂとの積層体とすることで、導体板３１５と放熱部３０７との間の熱伝導性能が向上する点については、第１の実施の形態と同様である。さらに樹脂部３３３Ｃを設けたことで、積層体端部における熱応力の増加を緩和できる点についても第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
−第３の実施の形態−
図２２は、第３の実施の形態を説明する図である。上述した第２の実施のように、溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂから成る積層体の周囲端部により弾性係数の低い、あるいは接着力の大きい樹脂部３３３Ｃを設けることにより、応力が端部に集中して端部から剥離が発生、進展していくのを防止するようにした。第３の実施の形態では、この樹脂部３３３Ｃを構成する樹脂の量を多くすることによって、応力集中の緩和効果をより高めた。
【００７４】
図２２に示す例では、含浸用の樹脂（樹脂部３３３Ｃと同じ樹脂）の溢れ出る量が多くなって、フィレット（隙間からはみ出した部分）３３３Ｆを形成している。第１の実施の形態に説明した積層体の形成方法では、溶射膜３３３Ａに含浸する際の樹脂量を多くして積層体の周囲方向に大きく溢れ出させるようにする。以下では、樹脂を積層体の周囲方向に大きく溢れ出させる他の方法について説明する。以下に説明する積層体形成方法では、樹脂層３３３Ｂと放熱部または導体板とを接着する際の加圧を利用して、溢れた樹脂によりフィレット３３３Ｆを形成させるものである。
【００７５】
図２３は、第１の形成方法を説明する図である。図２３（ａ）は放熱部３０７Ｂを一次封止体３０２方向に加圧して樹脂層３３３Ｂに接着する前の状態を示した図である。放熱部３０７Ｂ上には溶射膜３３３Ａが形成されており、その溶射膜３３３Ａ内には樹脂３３３Ｄが含浸されている。ただし、ここでは含浸させるための樹脂３３３Ｄの量を増やすことで、溶射膜３３３Ａの上面側および側面側にも樹脂３３３Ｄが設けられている。
【００７６】
図２３（ａ）に示す段階では、樹脂３３３Ｄは硬化させない状態とする。ここでは、樹脂層３３３Ｂに用いられる樹脂シート３３３２と樹脂３３３Ｄとは異なる樹脂が用いられる。そして、樹脂シート３３３２を熱可塑性樹脂を主成分とした樹脂とし、加熱硬化する部位を有する組成物とする。樹脂３３３Ｄには室温から１５０℃の温度域での粘度が樹脂３３３Ｂよりも低い含浸性に優れる熱硬化性樹脂を選定する。図２３（ａ）の状態にするには、樹脂シート３３３２を半硬化状態で一次封止体３０２に取り付け、その後樹脂３３３Ｄを塗布、噴霧、ディップすることで樹脂３３３Ｄを溶射膜３３３Ａに塗布する手法や、樹脂３３３Ｄを溶射膜３３３Ａに塗布し含浸させ樹脂シート３３３２を半硬化状態で取り付けた一次封止体３０２を搭載してもよい。
【００７７】
図２３（ｂ）に示す工程では、放熱部３０７Ｂを一次封止体３０２方向へ加圧する。その結果、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの間の樹脂３３３Ｄは、溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂの側方（図示左右方向）に押し出され、図２３（ｂ）に示すように溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂから成る積層体の周方向端部に集まる。そして、この状態で樹脂３３３Ｄおよび樹脂層３３３Ｂを硬化させる。樹脂３３３Ｄを周方向端部に排出するためには、加圧する温度において、樹脂シート３３３２の粘度が樹脂層３３３Ｄよりも十分大きい状態（例えば、５０倍以上）で加圧する必要があり、樹脂シート３３３２を熱可塑性樹脂を主成分とした樹脂とし、加熱硬化する部位を有する組成物とする。樹脂３３３Ｄには室温から１５０℃の温度域での粘度が樹脂３３３Ｂよりも低い含浸性に優れる熱硬化性樹脂を選定することで、加圧により排出可能な加熱温度が広く存在するため、生産安定性が向上するという効果が得られる。樹脂３３３Ｄを排出することで溶射膜３３３Ａの凹部に樹脂３３３Ｂに混入するフィラーを設置でき、絶縁層３３３の放熱性を向上できる。図２２に示す例では、樹脂層３３３Ｂにはフィラーが混入され、樹脂３３３Ｄにはフィラーは混入されないが、排出のための粘度が増加しない範囲であれば、樹脂３３３Ｄにフィラーを混入しても良い。圧着温度での樹脂層３３３Ｂの弾性係数が著しく大きい場合は、樹脂３３３Ｄにフィラーを入れることで、溶射膜３３３Ａの凹部にフィラーを設置できる。また、樹脂シート３３３２にガラス転移温度が高い樹脂を用い、樹脂３３３Ｄにガラス転移温度が樹脂シート３３３２よりも低い樹脂を用いると、熱可塑性樹脂同士あるいは熱硬化性樹脂同士を用いても作製が可能である。この場合は、樹脂シート３３３２のガラス転移温度よりも低い温度で樹脂３３３Ｄを加圧し外部に排出する。
【００７８】
図２４は、積層体の他の形成方法を説明する図である。先ず、図２４（ａ）に示すように、放熱部３０７Ｂ上に溶射膜３３３Ａを形成し、溶射膜３３３Ａの上に樹脂シート３３３２を配置する。この樹脂シート３３３２の量は、形成される樹脂層３３３Ｂの量よりも多く設定される。次いで、図２４（ｂ）に示すように、放熱部３０７Ｂを一次封止体３０２方向に加圧して、樹脂シート３３３２を一次封止体３０２に圧着し樹脂層３３３Ｂを形成する。この圧着の際に、樹脂シート３３３２は樹脂層３３３Ｂの厚さまで加圧されるため、樹脂シート３３３２の樹脂成分は溶射膜３３３Ａの空孔３３３０に含浸されるとともに、溶射膜３３３Ａの周囲に溢れ出る。その結果、積層体の周囲に溢れ出た樹脂成分が樹脂部３３３Ｃおよびフィレット３３３Ｆを形成する。
【００７９】
例えば、樹脂シート３３３２はフィラーの混入量が２０vol％であるとする。そして、フィラーの大きさは、溶射膜３３３Ａの表面凹部の大きさよりも小さく、溶射膜３３３Ａ内の空孔３３３０よりも大きく設定されている。樹脂シート３３３２の樹脂成分が溶射膜３３３Ａ内の空孔３３３０に含浸されるとともに、周方向端部に樹脂が流れ出るように加圧し、樹脂層３３３Ｂの樹脂成分が半分に減ったとすると、樹脂層３３３Ｂのフィラー混入率は約４０vol％程度まで増加することになる。なお、樹脂シート３３３２の一部が周方向に流れ出る場合を考えると、樹脂部３３３Ｃやフィレット３３３Ｆにもフィラーが混入されることになる。また、樹脂シートでなく、フィラーを混入させた樹脂を塗布、ディップしても作製可能である。
【００８０】
図２５、２６は変形例を示す図である。図２５に示す変形例では、封止樹脂３４８の外周部の一部あるいは全周に凹部３４８ａや段差３４８ｂを形成し、周方向に溢れ出た樹脂３３３Ｄが凹部３４８ａや段差３４８ｂに入り込むことにより、フィレット３３３Ｆの樹脂量がより大きくなるようにした。その結果、積層体端部における応力緩和を向上させることができる。さらに、単に応力緩和に関与する樹脂の量が増えただけでなく、凹部３４８ａや段差３４８ｂに入り込むことによるアンカー効果により、接着力が大きくなる。
【００８１】
図２６は、モジュールケース側（放熱部３０７Ａ、３０７Ｂ）に凹部３０４ｅや段差３０４ｆを形成した場合を示す。なお、凹部３０４ｅや段差３０４ｆに代えて、放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの角部を面取りしてテーパー形状としても良い。図２５、２６に示すように、モジュールケース３０４の挿入口３０６側の封止樹脂３４８や放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに段差を設けた場合、溶射膜３３３Ａの端部における隙間が増加する。そのため、溶射膜３３３Ａと一次封止体３０２または放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとを接着した状態で、増加した隙間部分から樹脂の含浸を行うことが容易となる。
【００８２】
−第４の実施の形態−
上述した実施の形態では、ＣＡＮ型のモジュールケース３０４内に一次封止体３０２を挿入して樹脂封止したパワーモジュールについて説明したが、第４の実施の形態では、その他の構造のパワーモジュールについても積層体および樹脂部３３３Ｃ等の構造を適用できることを説明する。
【００８３】
図２７，２８を用いてインバータ部１４０に使用される樹脂封止型の片面冷却パワーモジュール３００の構成を説明する。図２７は、図４の回路を実現する半導体チップと導体板の配置を示している。この配置では、導体板３１８、３２０が同電位となり一枚の導体板で形成できる（以下、導体板３１８と称す）。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の表面主電極は、複数の金属ワイヤあるいは金属リボンにより接続され、さらに導体板３１８，３１９に接続される。ワイヤやリボンの材質は、Ａｌ，Ａｌ合金、Ｃｕ，Ｃｕ合金の単体および複合材である。ＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６の裏面電極は、金属接合材１６０により導体板３１５に金属接合される。導体板３１５，３１８と放熱部３０７は、絶縁層３３３を介して接合される。ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６の裏面電極は、金属接合材１６０により導体板３１８に金属接合される。導体板３１５，３１８，３１９と放熱部３０７は、絶縁層３３３を介して接合される。
【００８４】
図２８（ａ）は、図２７の破線で示した部分の断面図である。半導体チップから発熱した熱が導体板３１５、絶縁層３３３、放熱部３０７を通り効率良く外部に放熱される。ここでは、放熱部３０７側に溶射膜３３３Ａを設け、導体板３１５，３１８，３１９側を樹脂層３３３Ｂで接合した例を示したが、導体板３１５，３１８，３１９側に溶射膜３３３Ａを設け、放熱部３０７に樹脂層３３３Ｂを設けてもよい。
【００８５】
高熱伝導なフィラーを分散した樹脂層３３３Ｂは、絶縁層３３３と当接する導体板３１５，３１８，３１９の底面積よりも大きく、溶射膜３３３Ａの面積よりも小さい面積とし、放熱部３０７に仮付けする。その後、樹脂層３３３Ｂが仮付けされていない溶射膜３３３Ａの余白部を利用して樹脂を含浸する。なお、積層体の周方向端部に樹脂部３３３Ｃが形成されるように樹脂の含浸を行う。含浸後、図２８（ｂ）に示すように、圧着して一体化する。
【００８６】
パワー半導体素子裏面の導体板への接合とワイヤやリボンを用いた表面電極への接合した後に、封止樹脂３４８により封止することで、導体板と放熱部接着時の加圧力による機械的な損傷を防止することができる。また、この例では、放熱部３０７側に溶射膜３３３Ａを形成したが、導体板３１５，３１８，３１９側に溶射膜３３３Ａを形成する場合には、溶射工程での機械的な損傷を防止することができる。
【００８７】
このように、片面冷却パワーモジュール３００においても、導体板と放熱部３０７との間に配置される絶縁層３３３の構成を、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａとフィラーが混入された樹脂層３３３Ｂとの積層体としたことにより、パワー半導体から放熱部３０７への放熱性能の向上を図ることができる。さらに、積層体の周方向端部に樹脂部３３３Ｃを設けたので、積層体端部における応力を緩和することができる。
【００８８】
図２９は、一次封止体３０２を一対の放熱部３０７Ｄで挟持する構成のパワーモジュール３００を示す図である。放熱部３０７Ｄ内には冷媒流路３０７０が形成されていて、ここを冷媒が流れる。放熱部３０７Ｄの片面に樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａが形成され、その溶射膜３３３Ａに積層するように樹脂層３３３Ｂが形成されている。積層体の周方向端部には樹脂部３３３Ｃが設けられている。なお、溶射膜３３３Ａを一次封止体３０２側に形成するようにしても良い。
【００８９】
−第５の実施の形態−
図３０は第５の実施の形態を説明する図であり、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周方向端部を示す拡大図である。ここでは、上述した第３の実施のように、溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂから成る積層体の周囲端部により弾性係数の低い、あるいは接着力の大きい樹脂部３３３Ｃを設けることにより、応力が端部に集中して端部から剥離が発生、進展していくのを防止するようにした。第５の実施の形態では、この樹脂部３３３Ｃを構成する樹脂の量を多くすることによって、応力集中の緩和効果をより高めるための放熱部３０７Ｂや一次封止体３０２に形成する溶射膜３３３Ａの厚さについて説明する。
【００９０】
図３０に示す例では、放熱部３０７側に溶射膜３３３Ａを形成した場合を示す。樹脂層３３３Ｂの領域は放熱部３０７の放熱面領域よりも大きく、さらに、溶射膜３３３Ａの領域は樹脂層３３３Ｂの領域よりも大きく設定されている。そのため、溶射膜３３３Ａの縁の部分には樹脂層３３３Ｂが形成されない領域３３３７がある。領域３３３７は、導体板３１５直下にある溶射膜Ａの厚さよりも薄くなっており、応力が大きくなる外周部の樹脂３３３Ｂや樹脂３３３Ｃの厚さを大きくすることができる（図３０は樹脂３３３Ｃの厚さが大きくなる例を示している）。
【００９１】
また、パワーモジュールの絶縁層３３３の放熱性を決定する箇所は、樹脂層３３３Ｂの熱伝導率や厚さ、ならびに樹脂層３３３Ｂ、樹脂含浸した溶射膜３３３Ａの熱伝導率や厚さである。特に、熱伝導率の低い樹脂層３３３Ｂの厚さを薄くした方が放熱性を向上できる。樹脂層３３３Ｂの厚さは、溶射膜３３３Ａが形成された放熱部３０７Ｂや一次封止体３０２の反りや傾きから決まる。これらの値が最も大きくなるのは、積層体の外周部である。
【００９２】
よって、放熱部３０７Ｂの端（図示右側）が図示上側に反り返るように傾いていた場合を考える。溶射膜３３３Ａの厚さが端まで一定の場合、溶射膜３３３Ａが樹脂部３３３Ｃや樹脂層３３３Ｂから露出しないようにすると、樹脂層３３３Ｂの厚さが周辺と中央とで異なることになる。一方、図３０のように、領域３３３７の溶射膜３３３Ａの厚さを樹脂層３３３Ｂと対向する領域の溶射膜３３３Ａの厚さよりも薄くすることで、全体の厚さばらつきを低減することができる。図３０のように溶射膜３３３Ａの外周部を薄くする構成は、溶射ガンの走査範囲を制御したり、走査速度を調整したり、マスクを設置することで容易に作製することができる。
【００９３】
あるいは、図４７に示すように領域３３３７の直下の放熱部３０７Ｂに段差を設け、放熱部３０７Ｂの表面高さ減らすことで、同じ厚さの溶射膜３３３Ａを形成した場合でも、樹脂層３３３Ｃの厚さを増加させることが可能になる。段差の深さｈは、形成する溶射膜膜厚よりも小さくする。また、段差の角度θは、４５°よりも小さい角度にした方が溶射膜３３３Ａと基材（この場合には放熱部３０７Ｂ）との接着力を確保する点で好ましい。図４８は、溶射膜３３３Ａを一次封止体３０２側に形成した場合の段差構造を示したものである。
【００９４】
−第６の実施の形態−
図４９は第６の実施の形態を説明する図であり、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周方向端部を示す拡大図である。ここでは、パワーモジュールの絶縁層３３３の生産性を向上させるための放熱部３０７Ｂや一次封止体３０２に形成する応力緩和層３３３Ｃに対する溢れ防止用の凸部３０７Ｄについて説明する。図４９に示すように３３３Ｃの外周部に枠形状の凸部３０７Ｄを設けることによって、供給樹脂量が大きくなリすぎた場合に、含浸や接着時に溢れ出す樹脂成分が付着することを防止するためのマスクを省略でき生産性が向上する。なお、凸部３０７Ｄは放熱部３０７Ｂと一体に形成しても良いし、別個に形成しても良い。また、溶射膜３３３Ａが一次封止体３０２側に形成される場合には、凸部３０７Ｄは一次封止体３０２側に形成される。
【００９５】
図３１と図３２を用いて本発明に用いられる絶縁層３３３の絶縁性能を説明する。図３１の横軸は放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに溶射膜３３３Ａを形成した際の膜厚であり、縦軸は１００μｍ厚の溶射膜単体の絶縁破壊電圧を１とした場合の規格化絶縁破壊電圧である。図３２の横軸は放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに溶射膜３３３Ａを形成した際の膜厚であり、縦軸は１００μｍ厚の溶射膜単体のコロナ放電開始電圧を１とした場合の規格化部分放電開始電圧である。部分放電開始電圧は、部分放電測定システムを用いて、Ａｌ板に溶射膜単体あるいは樹脂を含浸した溶射膜上にＡｌ電極を設けて、交流電圧を０Ｖから引火し、電圧を１００Ｖ/ｓの速度で上昇させ、部分放電が開始する電圧を測定した。ここで、部分電圧開始の閾値は２ｐｃとした。
【００９６】
図３１，３２に示すように、溶射膜単体では膜中に空孔を有しているため絶縁性能に劣るが、樹脂が含浸されることで絶縁破壊電圧とコロナ放電開始電圧が向上する。特に、コロナ放電開始電圧は著しく向上する。このように、樹脂を含浸した溶射膜３３３Ａとフィラーを混入させた樹脂層３３３Ｂとの積層体から成る絶縁層３３３は、溶射膜単体よりも絶縁性能に優れており、それをパワーモジュールに適用する際に、絶縁に必要な厚さを薄くできる。絶縁層３３３の厚さを薄くできることで、絶縁層３３３の熱抵抗が低下し、パワーモジュールの放熱性を向上できる。
【００９７】
（比較例１）
図３３は絶縁層の構成に関する比較例である。ここでは、厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板をアルミナを用いてサンドブラスト処理した後、粒径１０〜３０μｍのアルミナ粒子を出力４０ｋWにてプラズマ溶射して溶射膜を形成した。この時、Ａｌ板に形成する溶射膜の気孔率を抑制し、冷却時の溶射膜の割れを防止するために、溶射されるＡｌ板は１８０℃に予熱した。
【００９８】
比較する絶縁層の構成は、樹脂含浸無しのアルミナ溶射膜単体（比較例Ａ）と、空孔内にエポキシ樹脂を含浸したアルミナ溶射膜（比較例Ｂ）である。作製した溶射膜は気孔率が１０％のもので厚さが１ｍｍである。比較例Ａおよび比較例Ｂに対して、Ａｌ板をエッチングで除去しアルミナ溶射膜単体とした。密度計による密度の測定，レーザフラッシュ法による熱拡散率の測定、示差走査熱量測定による比熱容量の測定をそれぞれ行い、アルミナ溶射膜単体の熱伝導率を算出した。
【００９９】
比較例Ａ，Ｂとは別に、以下のようにして比較例Ｃを作成した。アルミナを用いてサンドブラスト処理した厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板を１８０℃に予熱し、粒径１０〜３０μｍのアルミナ粒子を用いてプラズマ溶射し、１００μｍの溶射膜を形成した。次に、アルミナ溶射膜へのエポキシ樹脂を含浸し、それを厚さ２ｍｍ，１００ｍｍ角のＡｌへ接着した。
【０１００】
一方、比較例Ｄは、厚さ２ｍｍ，１００ｍｍ角のＡｌへの接着を、アルミナフィラーを混合したエポキシ樹脂層を用いて行った点が比較例Ｃと異なり、その他の構成は比較例Ｃと同じである。ここで，比較例Ｄでは，アルミナ溶射膜の凹部にフィラーが入らないように，フィラー粒径を溶射膜の凹凸よりも大きくして作製した。
【０１０１】
なお、比較例Ｃ，Ｄのいずれの場合も、接着樹脂の厚さが２５μｍとなるように、スペーサを挿入して接着を行った。接着後に，超音波探傷にて樹脂接着層にボイドや未接合部がない１０ｍｍ角の領域を選定し、その領域を切り出して熱抵抗を測定した。また、実際のＡｌ板、絶縁層内の溶射膜、接着樹脂層の厚さは，測定後に絶縁層に対し垂直方向に切り出した断面を走査型電子顕微鏡で観察し，測長して確認した。これにより接合体全体の熱抵抗値から絶縁層自体の熱伝導率を算出した。図３３の縦軸は、樹脂含浸無しの溶射膜単体の熱伝導率（Ｗ/ｍ・Ｋ）を１と規格化した熱伝導率であり、溶射膜の気孔率は１０％である。
【０１０２】
図３４を参照して、本実施の形態の絶縁層３３３の放熱特性を説明する。上述した比較例の場合と同様に、厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板をアルミナを用いてサンドブラスト処理した後、粒径１０〜３０μｍのアルミナ粒子をプラズマ溶射し１００μｍの溶射膜を形成した。その後、アルミナフィラー４０vol%を混入した３０μｍ厚のエポキシ樹脂シートを１１０℃、加圧２ＭＰａ、１分で仮付けした。その後、減圧下でエポキシ樹脂をアルミナ溶射膜中に含浸させた。次に、スペーサを挿入して厚さ２ｍｍ，１００ｍｍ角のＡｌ板を接着した。なお、フィラーの粒径を１〜５μｍとして溶射膜の凹部にもフィラーが配置できるようにした。さらに、接着時に加圧し樹脂層厚が２５μmとなるようにした。接着後に，超音波探傷にて樹脂接着層にボイドや未接合部がない１０ｍｍ角の領域を選定し、その領域を切り出して熱抵抗を測定した。また，実際のＡｌ板、絶縁層内の溶射膜、接着樹脂層の厚さは、測定後に絶縁層に対し垂直方向に切り出した断面を走査型電子顕微鏡で観察し、測長して確認した。これにより接合体全体の熱抵抗値から絶縁層自体の熱伝導率を算出した。
【０１０３】
図４４に示すように、比較例Ａ、Ｂを比べると，溶射膜単体に樹脂を含浸することで５倍以上熱伝導率が向上することがわかった。これは，溶射膜孔内に存在する空気よりも含浸したエポキシ樹脂の方が，熱伝導率が大きいためである。しかし，比較例Ｃに示すように，フィラーがない樹脂層が層状に複合化されると、絶縁層の熱伝導率が大きく低下することがわかる。さらに，比較例Ｄに示すように、溶射膜凹部にもフィラーを設置しないと樹脂濃縮層が島状に形成しても熱伝導率が低下することがわかった。このように、樹脂含浸した溶射膜を接合する際には接着する樹脂領域を減少することが重要となる。
【０１０４】
これに対し、溶射膜凹部にフィラーを配置した場合は、樹脂領域を減少することができ比較例Ｃ、Ｄを上回る熱伝導率を発現することがわかった。なお、比較しやすいように樹脂層３３３Ｂの厚さを２５μｍとしたが、スペーサを挿入しないで接合することで混入する最大フィラー径近くまで薄くすることが可能である。また、溶射膜の組成として、アルミナよりも熱伝導率が高い窒化アルミなどを溶射原料粉末に混合すれば、樹脂含浸後の溶射膜の熱伝導率をより高めることができる。同様に、樹脂接着層に混在するフィラーについても、アルミナよりも熱伝導率が高いセラミックスを用いれば絶縁層３３３の熱伝導率を向上させることが可能となる。
【０１０５】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。例えば、樹脂層３３３Ｂの代わりに高熱伝導なグリスを用いてもよいし、接着性のない弾性シートを用いてもよい。溶射膜３３３Ａに樹脂を含浸させる代わりに、ガラスを含浸させるようにしてもよい。また、以上の説明で用いた弾性係数とは、硬化後のヤング率のことを意味しており、動的粘弾性試験にて周波数１０Ｈｚ、昇温速度が３℃/minで測定した貯蔵弾性率のことである。接着力は、ＪＩＳＫ６８５０で測定した値である。樹脂の硬化度は、示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry)にて、未反応の樹脂を加熱した際に検出した熱量の面積を基準とし、面積比で規定する。なお、測定の加熱速度は１０℃/minとする。樹脂の粘度は、パラレルプレート型粘度計を用いて、ずり速度１０ｓ−１で測定した値とする。樹脂のガラス転移温度は、動的粘弾性試験にて周波数１０Ｈｚ、昇温速度が３℃/minで測定した際のtanδのピーク温度とする。ここで、tanδは損失正接（＝（損失弾性率）／（貯蔵弾性率））である。
【０１０６】
上述したパワーモジュールは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電力変換装置、電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に適用可能である。以下では、図３５〜４６を用いてハイブリッド自動車の電力変換装置に適用した場合を例に説明する。
【０１０７】
図３５は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図３５において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。
【０１０８】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支され、前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸が回転可能に軸支され、後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている（図示省略）。本実施形態のＨＥＶでは、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側にはトランスミッション１１８の出力軸が機械的に接続されている。トランスミッション１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。
【０１０９】
インバータ部１４０，１４２は、直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６と電気的に接続される。バッテリ１３６とインバータ部１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ部１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ部１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
【０１１０】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６からインバータ部４３に直流電力が供給され、インバータ部４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。インバータ部４３は、インバータ部１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ部４３の最大変換電力がインバータ部１４０や１４２より小さいが、インバータ部４３の回路構成は基本的にインバータ部１４０や１４２の回路構成と同じである。なお、電力変換装置２００は、インバータ部１４０、インバータ部１４２、インバータ部４３に供給される直流電流を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
【０１１１】
図３６を用いてインバータ部１４０やインバータ部１４２あるいはインバータ部４３の電気回路構成を説明する。なお、図３６では、代表例としてインバータ部１４０の説明を行う。
【０１１２】
インバータ回路１４４は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分を設けている。それぞれの上下アーム直列回路１５０は、その中点部分（中間電極３２９）から交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する。
【０１１３】
上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１６７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサの電極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１６８を介してコンデンサモジュール５００の負極側にコンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【０１１４】
制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
【０１１５】
ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５１と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、ＩＧＢＴ３２８と電気的に並列に接続されている。また、ダイオード１５８が、ＩＧＢＴ３３０と電気的に並列に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよいが、この場合はダイオード１５６やダイオード１５８は不要となる。コンデンサモジュール５００は、正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデンサ端子５０４と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。なお、インバータ部１４０は、直流正極端子３１４を介して正極側コンデンサ端子５０６と接続され、かつ直流負極端子３１６を介して負極側コンデンサ端子５０４と接続される。
【０１１６】
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から信号線１８２を介して出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【０１１７】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号として、信号線１７６を介してドライバ回路１７４に出力する。
【０１１８】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【０１１９】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極１５１及び信号用エミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
【０１２０】
なお、図３６におけるゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５は図１の信号端子３２５Ｕに対応し、ゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５は図１の信号端子３２５Ｌに対応する。また、正極端子１５７は図１の直流正極端子３１５Ｂと同一のものであり、負極端子１５８は図１の直流負極端子３１９Ｂと同一のものである。また、交流端子１５９は、図１の交流端子３２０Ｂと同じものである。
【０１２１】
図３７は、電力変換装置２００の設置場所を説明するための分解斜視図を示す。電力変換装置２００は、トランスミッション１１８を収納するためのＡｌまたはＡｌ合金製の筐体１１９に固定される。電力変換装置２００は、底面及び上面の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易いという効果がある。冷却ジャケット１２は、後述するパワーモジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によって冷却する。また、冷却ジャケット１２は、筐体１１９に固定され、かつ筐体１１９との対向面に入口配管１３と出口配管１４が形成されている。入口配管１３と出口配管１４が筐体１１９に形成された配管と接続されることにより、トランスミッション１１８を冷却するための冷却媒体が、冷却ジャケット１２に流入及び流出する。
【０１２２】
ケース１０は、電力変換装置２００を覆って、かつ筐体１１９側に固定される。ケース１０の底は、制御回路１７２を実装した制御回路基板２０と対向するように構成される。またケース１０は、ケース１０の底から外部に繋がる第１開口２０２と第２開口２０４を、ケース１０の底面に形成する。コネクタ２１は、制御回路基板２０に接続されており、外部からの各種信号を当該制御回路基板２０に伝送する。バッテリ負極側接続端子部５１０とバッテリ正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。
【０１２３】
コネクタ２１とバッテリ負極側接続端子部５１０とバッテリ正極側接続端子部５１２は、ケース１０の底面に向かって延ばされ、コネクタ２１は第１開口２０２から突出し、かつバッテリ負極側接続端子部５１０及びバッテリ正極側接続端子部５１２は第２開口２０４から突出する。ケース１０には、その内壁の第１開口２０２及び第２開口２０４の周りにシール部材（不図示）が設けられる。
【０１２４】
コネクタ２１等の端子の勘合面の向きは、車種により種々の方向となるが、特に小型車両に搭載しようとした場合、エンジンルーム内の大きさの制約や組立性の観点から勘合面を上向きにして出すことが好ましい。特に、本実施形態のように、電力変換装置２００が、トランスミッション１１８の上方に配置される場合には、トランスミッション１１８の配置側とは反対側に向かって突出させることにより、作業性が向上する。また、コネクタ２１は外部の雰囲気からシールする必要があるが、コネクタ２１に対してケース１０を上方向から組付ける構成となることで、ケース１０が筐体１１９に組付けられたときに、ケース１０と接触するシール部材がコネクタ２１を押し付けることができ、気密性が向上する。
【０１２５】
図３８は、電力変換装置２００の分解斜視図である。冷却ジャケット１２には、流路１９が設けられ、該流路１９の上面には、開口部４００a〜４００ｃが冷媒の流れ方向４１８に沿って形成され、かつ開口部４０２a〜４０２ｃが冷媒の流れ方向４２２に沿って形成される。開口部４００ａ〜４００ｃがパワーモジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれるように、かつ開口部４０２ａ〜４０２ｃがパワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃによって塞がれる。
【０１２６】
また、冷却ジャケット１２には、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成される。コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納されることにより、流路１９内に流れる冷媒によって冷却されることになる。コンデンサモジュール５００は、冷媒の流れ方向４１８を形成するための流路１９と、冷媒の流れ方向４２２を形成するための流路１９に挟まれるため、効率良く冷却することができる。
【０１２７】
冷却ジャケット１２には、入口配管１３と出口配管１４と対向する位置に突出部４０７が形成される。突出部４０７は、冷却ジャケット１２と一体に形成される。補機用パワーモジュール３５０は、突出部４０７に固定され、流路１９内に流れる冷媒によって冷やされることになる。補機用パワーモジュール３５０の側部には、バスバーモジュール８００が配置される。バスバーモジュール８００は、交流バスバー１８６や電流センサ１８０等により構成される。
【０１２８】
このように冷却ジャケット１２の中央部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５を設け、その収納空間４０５を挟むように流路１９を設け、それぞれの流路１９に車両駆動用のパワーモジュール３００a〜３００ｃ及びパワーモジュール３０１a〜３０１ｃを配置し、さらに冷却ジャケット１２の上面に補機用パワーモジュール３５０を配置することで、小さい空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また冷却ジャケット１２の流路１９の主構造を冷却ジャケット１２と一体にＡｌまたはＡｌ合金材の鋳造で作ることにより、流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またＡｌ鋳造で作ることで冷却ジャケット１２と流路１９とが一体構造となり、熱伝達が良くなり冷却効率が向上する。
【０１２９】
なお、パワーモジュール３００a〜３００ｃとパワーモジュール３０１a〜３０１ｃを流路１９に固定することで流路１９を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次にコンデンサモジュール５００や補機用パワーモジュール３５０や基板を取り付ける作業を行うことができる。このように、電力変換装置２００の底部に冷却ジャケット１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００、補機用パワーモジュール３５０、バスバーモジュール８００、基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
【０１３０】
ドライバ回路基板２２は、補機用パワーモジュール３５０及びバスバーモジュール８００の上方に配置される。また、ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共にドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。
【０１３１】
図３９は、流路１９を有する冷却ジャケット１２の下面図である。冷却ジャケット１２と当該冷却ジャケット１２の内部に設けられた流路１９は、一体に鋳造されている。冷却ジャケット１２に下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成されている。開口部４０４は、中央部に開口を有する下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と冷却ジャケット１２の間には、シール部材４０９a及びシール部材４０９ｂが設けられ気密性を保っている。
【０１３２】
下カバー４２０には、一方の端辺の近傍であって当該端辺に沿って、入口配管１３を挿入するための入口孔４０１と、出口配管１４を挿入するための出口孔４０３が形成される。また下カバー４２０には、トランスミッション１１８の配置方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６は、パワーモジュール３００a〜３００ｃ及びパワーモジュール３０１a〜３０１ｃ毎に設けられる。
【０１３３】
冷媒は、流れ方向４１７のように、入口孔４０１を通って、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９aに向かって流れる。そして冷媒は、流れ方向４１８のように、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは折り返し流路を形成する。また、冷媒は、流れ方向４２２のように、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って形成された第４流路部１９ｄを流れる。第４流路部１９ｄは、コンデンサモジュール５００を挟んで第２流路部１９ｂと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第５流路部１９ｅ及び出口孔４０３を通って出口配管１４に流出する。
【０１３４】
第１流路部１９a、第２流路部１９ｂ、第３流路部１９ｃ、第４流路部１９ｄ及び第５流路部１９ｅは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。パワーモジュール３００a〜３００ｃが、冷却ジャケット１２の上面側に形成された開口部４００a〜４００ｃから挿入され（図４参照）、第２流路部１９ｂ内の収納空間に収納される。なお、パワーモジュール３００aの収納空間とパワーモジュール３００ｂの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ａが形成される。同様に、パワーモジュール３００ｂの収納空間とパワーモジュール３００ｃの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ｂが形成される。中間部材４０８ａ及び中間部材４０８ｂは、その主面が冷媒の流れ方向に沿うように形成される。第４流路部１９ｄも第２流路部１９ｂと同様にパワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃの収納空間及び中間部材を形成する。また、冷却ジャケット１２は、開口部４０４と開口部４００a〜４００ｃ及び４０２a〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
【０１３５】
下カバー４２０には、筐体１１９と当接し、電力変換装置２００を支持するための支持部４１０a及び支持部４１０ｂが設けられる。支持部４１０aは下カバー４２０の一方の端辺に近づけて設けられ、支持部４１０ｂは下カバー４２０の他方の端辺に近づけて設けられる。これにより、電力変換装置２００を、トランスミッション１１８やモータジェネレータ１９２の円柱形状に合わせて形成された筐体１１９の側壁に強固に固定することができる。
【０１３６】
また、支持部４１０ｂは、抵抗器４５０を支持するように構成されている。この抵抗器４５０は、乗員保護やメンテナンス時における安全面に配慮して、コンデンサセルに帯電した電荷を放電するためのものである。抵抗器４５０は、高電圧の電気を継続的に放電できるように構成されているが、万が一抵抗器もしくは放電機構に何らかの異常があった場合でも、車両に対するダメージを最小限にするように配慮した構成とする必要がある。つまり、抵抗器４５０がパワーモジュールやコンデンサモジュールやドライバ回路基板等の周辺に配置されている場合、万が一抵抗器４５０が発熱、発火等の不具合を発生した場合に主要部品近傍で延焼する可能性が考えられる。
【０１３７】
そこで、パワーモジュール３００a〜３００ｃやパワーモジュール３０１a〜３０１ｃやコンデンサモジュール５００は、冷却ジャケット１２を挟んで、トランスミッション１１８を収納した筐体１１９とは反対側に配置され、かつ抵抗器４５０は、冷却ジャケット１２と筐体１１９との間の空間に配置される。これにより、抵抗器４５０が金属で形成された冷却ジャケット１２及び筐体１１９で囲まれた閉空間に配置されることになる。なお、コンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに貯まった電荷は、図３８に示されたドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング手段のスイッチング動作によって、冷却ジャケット１２の側部を通る配線を介して抵抗器４５０に放電制御される。本実施形態では、スイッチング手段によって高速に放電するように制御される。放電を制御するドライバ回路基板２２と抵抗器４５０の間に、冷却ジャケット１２が設けられているので、ドライバ回路基板２２を抵抗器４５０から保護することができる。また、抵抗器４５０は下カバー４２０に固定されているので、流路１９と熱的に非常に近い位置に設けられているので、抵抗器４５０の異常な発熱を抑制することができる。
【０１３８】
図４０は、コンデンサモジュール５００の分解斜視図である。積層導体板５０１は、薄板状の幅広導体で形成された負極導体板５０５及び正極導体板５０７、さらに負極導体板５０５と正極導体板５０７に挟まれた絶縁シート５１７により構成されているので、低インダクタンス化が図られている。積層導体板５０１は、略長方形形状を成す。バッテリ負極側端子５０８及びバッテリ負極側端子５０９は、積層導体板５０１の短手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。
【０１３９】
コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃは、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の長手方向の他方の辺から立ち上げられた状態で形成される。なお、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｆは、積層導体板５０１の主面を横切る方向に立ち上げられている。コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃは、パワーモジュール３００a〜３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、パワーモジュール３０１a〜３０１ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３aを構成する負極側コンデンサ端子５０４aと正極側コンデンサ端子５０６aとの間には、絶縁シート５１７の一部が設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ〜５０３ｆも同様である。なお、本実施形態では、負極導体板５０５、正極導体板５０７、バッテリ負極側端子５０８、バッテリ負極側端子５０９、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｆは、一体に成形された金属製板で構成され、インダクタンス低減及び生産性の向上を図っている。
【０１４０】
コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方に複数個設けられる。本実施形態では、８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べられ、かつさらに別の８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べられ、合計１６個のコンデンサセルが設けられる。積層導体板５０１の長手方向のそれぞれの辺に沿って並べられたコンデンサセル５１４は、図４０に示される破線部AAを境に対称に並べられる。これにより、コンデンサセル５１４によって平滑化された直流電流をパワーモジュール３００a〜３００ｃ及びパワーモジュール３０１a〜３０１ｃに供給する場合に、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化され、積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができる。また、電流が積層導体板５０１にて局所的に流れることを防止できるので、熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
【０１４１】
また、バッテリ負極側端子５０８とバッテリ負極側端子５０９も、図４０に示される点線AAを境にて対称に並べられる。同様に、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化されて積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができ、かつ熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
【０１４２】
本実施形態のコンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にＡｌなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、Ｓｎなどの導電体を吹き付けて製造される。セル端子５１６及びセル端子５１８は、正極電極及び負極電極に接続され、かつ積層導体板５０１の開口部を通ってコンデンサセル５１４配置側とは反対側まで延ばされ、正極導体板５０７及び負極導体板５０５とはんだあるいは溶接により接続される。
【０１４３】
本実施形態のコンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にＡｌなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、Ｓｎなどの導電体を吹き付けて製造される。セル端子５１６及びセル端子５１８は、正極電極及び負極電極に接続され、かつ積層導体板５０１の開口部を通ってコンデンサセル５１４配置側とは反対側まで延ばされ、正極導体板５０７及び負極導体板５０５とはんだあるいは溶接により接続される。
【０１４４】
収納部５１１の底面部５１３は、円筒形のコンデンサセル５１４の表面形状に合わせるように、なめらかな凹凸形状若しくは波形形状を成している。これにより、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４が接続されたモジュールをコンデンサケース５０２に位置決めさることが容易になる。また、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４がコンデンサケース５０２に収納された後に、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｆとバッテリ負極側端子５０８及びバッテリ負極側端子５０９を除いて、積層導体板５０１が覆われるようにコンデンサケース５０２内に充填材（図示せず）が充填される。底面部５１３がコンデンサセル５１４の形状に合わせて波形形状となっていることにより、充填材がコンデンサケース５０２内に充填される際に、コンデンサセル５１４が所定位置からずれることを防止できる。
【０１４５】
また、コンデンサセル５１４は、スイッチング時のリップル電流により、内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜、内部導体の電気抵抗により発熱する。そこで、コンデンサセル５１４の熱をコンデンサケース５０２に逃がし易くするために、コンデンサセル５１４を充填材でモールドする。さらに樹脂製の充填材を用いることにより、コンデンサセル５１４の耐湿も向上させることができる。
【０１４６】
さらに、本実施形態では、コンデンサモジュール５００は、収納部５１１の長手方向の辺を形成する側壁が流路１９に挟まれように配置されているので、コンデンサモジュール５００を効率良く冷やすことができる。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。
【０１４７】
図４１（ａ）は、冷却ジャケット１２にパワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュールを組み付けた外観斜視図である。図４１（ｂ）は、図４１（ａ）の破線囲み部の拡大図である。
【０１４８】
図４１（ｂ）に示されるように、直流負極端子３１５B、直流正極端子３１９ｂ、交流端子３２１及び第２封止部６０１ｂは、コンデンサケース５０２の貫通孔５１９を通って、フランジ５１５ａの上方まで延びている。直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂの電流経路の面積は、積層導体板５０１の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板５０１から直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂに流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂに集中することになる。また、直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂが積層導体板５０１を横切る方向に突出する場合、言い換えると、直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂが積層導体板５０１とねじれの関係にある場合、新たな接続用導体が必要になり生産性低下やコスト増大の問題が生じる。
【０１４９】
そこで、負極側コンデンサ端子５０４ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部５４０と、当該立ち上がり部５４０と接続されかつU字状に屈曲した折返し部５４１と、当該折返し部５４１と接続されかつ立ち上がり部５４０とは反対側の面が直流負極端子３１９ｂの主面と対向する接続部５４２とにより構成される。また、正極側コンデンサ端子５０６ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部５４３と、折返し部５４４と、当該折返し部５４４と接続されかつ立ち上がり部５４３とは反対側の面が直流負極端子３１７ｂの主面と対向する接続部５４５と、により構成される。特に、折返し部５４４は、立ち上がり部５４３と略直角に接続されかつ負極側コンデンサ端子５０４ａと直流負極端子３１７ｂと直流正極端子３１９ｂの側部を跨ぐように構成される。さらに、立ち上がり部５４０の主面と立ち上がり部５４３の主面は絶縁シート５１７を介して対向する。同様に、折返し部５４１の主面と折返し部５４４の主面は絶縁シート５１７を介して対向する。
【０１５０】
これにより、コンデンサ端子５０３ａが接続部５４２の直前まで絶縁シート５１７を介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子５０３ａの配線インダクタンスを低減することができる。また、折返し部５４４が負極側コンデンサ端子５０４aと直流負極端子３１７ｂと直流正極端子３１９ｂの側部を跨ぐように構成される。さらに、直流正極端子３１９ｂの先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流負極端子３１７ｂの先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。
【０１５１】
これにより、直流正極端子３１９ｂ及び直流負極端子３１７ｂの溶接接続するための作業方向と折返し部５４４とが干渉することがなくなるので、低インダクタンスを図りながら生産性を向上させることができる。
【０１５２】
また、交流端子３２１の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動出来るように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１の溶接箇所と直流正極端子３１９ｂの溶接箇所は、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
【０１５３】
さらに、図３８及び図４１（ａ）に示されるように、複数のパワーモジュール３００ａ〜３００ｃは、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワーモジュール３００ａ〜３００ｃを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
【０１５４】
図４２は、パワーモジュールとコンデンサモジュールを組み付けた冷却ジャケット１２とバスバーモジュール８００の分解斜視図である。図４３は、保持部材８０３を除いたバスバーモジュール８００の外観斜視図である。
【０１５５】
図４２及び図４３に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの設置箇所まで、当該第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。また、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは、電流センサ１８０ａの貫通孔又は電流センサ１８０ｂの貫通孔の直前で略直角に折り曲げられる。これにより、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂを貫通する第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆの部分は、その主面が積層導体板５０１の主面と略平行になる。そして、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆの端部には、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと接続する為の接続部８０５ａ〜８０５ｆが形成される（接続部８０５ｄ〜８０５ｆは図示せず）。
【０１５６】
第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、接続部８０５ａ〜８０５ｆの近傍で、コンデンサモジュール５００側に向かって略直角に折り曲げられる。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。さらに第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの近傍から、図４３に示された冷却ジャケット１２の短手方向の一方の辺１２ａに向かって延ばされ、当該辺１２ａを横切るように形成される。つまり、複数の第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面が向かい合った状態で、当該第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが辺１２ａを横切るように形成される。
【０１５７】
これにより、装置全体を大型化させることなく、冷却ジャケット１２の短い辺側から複数の板状交流バスバーを外部に突出させることができる。そして、冷却ジャケット１２の一面側から複数の交流バスバーを突出させることで、電力変換装置２００の外部での配線の取り回しが容易になり、生産性が向上する。
【０１５８】
図４２に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆ、電流センサ１８０ａ〜１８０ｂ及び第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、樹脂で構成された保持部材８０３によって、保持及び絶縁されている。この保持部材８０３により、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが金属製の冷却ジャケット１２及び筐体１１９との間の絶縁性を向上させる。また保持部材８０３が冷却ジャケット１２に熱的に接触又は直接接触することにより、トランスミッション１１８側から第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆに伝わる熱を、冷却ジャケット１２に逃がすことができるので、電流センサ１８０ａ〜１８０ｂの信頼性を向上させることができる。
【０１５９】
図４２に示されるように、保持部材８０３は、図３６に示されたドライバ回路基板２２を支持するための支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂを設ける。支持部材８０７ａは、複数設けられ、かつ冷却ジャケット１２の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べて形成される。また、支持部材８０７ｂは、複数設けられ、かつ冷却ジャケット１２の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べて形成される。支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂの先端部には、ドライバ回路基板２２を固定するための螺子穴が形成されている。
【０１６０】
さらに、保持部材８０３は、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂが配置された箇所から上方に向かって延びる突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂを設ける。突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂは、それぞれ電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂを貫通するように構成される。図４２に示されるように、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、ドライバ回路基板２２の配置方向に向かって延びる信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂを設ける。信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂは、ドライバ回路基板２２の配線パターンとはんだによって接合される。本実施形態では、保持部材８０３、支持部材８０７ａ〜８０７ｂ及び突起部８０６ａ〜８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。
【０１６１】
これにより、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２ａとドライバ回路基板２２との間の組み付け及びはんだ接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。
【０１６２】
電力変換装置２００はトランスミッション１１８を収納した筐体１１９に固定されるので、トランスミッション１１８からの振動の影響を大きく受ける。そこで、保持部材８０３は、ドライバ回路基板２２の中央部の近傍を指示するための支持部材８０８を設けて、ドライバ回路基板２２に加わる振動の影響を低減している。なお、保持部材８０３は、冷却ジャケット１２に螺子により固定される。
【０１６３】
また、保持部材８０３は、補機用パワーモジュール３５０の一方の端部を固定するためのブラケット８０９を設ける。また図３８に示されるように、補機用パワーモジュール３５０は突出部４０７に配置されることにより、当該補機用パワーモジュール３５０の他方の端部が当該突出部４０７に固定される。これにより、補機用パワーモジュール３５０に加わる振動の影響を低減するとともに、固定用の部品点数を削減することができる。
【０１６４】
図４４は、パワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュール８００と補機用パワーモジュール３５０を組み付けた冷却ジャケット１２の外観斜視図である。電流センサ１８０は、約１００℃の耐熱温度以上に熱せられると破壊するおそれがある。特に車載用の電力変換装置では、使用される環境の温度が非常に高温になるため、電流センサ１８０を熱から保護することが重要になる。特に、本実施形態に係る電力変換装置２００はトランスミッション１１８に搭載されるので、当該トランスミッション１１８から発せられる熱から保護することが重要になる。
【０１６５】
そこで、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、冷却ジャケット１２を挟んでトランスミッション１１８とは反対側に配置される。これにより、トランスミッション１１８が発する熱が電流センサに伝達し難くなり、電流センサの温度上昇を抑えられる。さらに、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、図３９に示された第３流路１９ｃを流れる冷媒の流れ方向８１０を横切るように形成される。そして、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、第３流路部１９ｃを横切る第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの部分よりもパワーモジュールの交流端子３２１に近い側に配置される。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが冷媒によって間接的に冷却され、交流バスバーから電流センサ、更にはパワーモジュール内の半導体チップに伝わる熱を和らげることができるため、信頼性が向上する。
【０１６６】
図４４に示される流れ方向８１１は、図３９にて示された第４流路１９ｄを流れる冷媒の流れ方向を示す。同様に、流れ方向８１２は、図３９にて示された第２流路１９ｂを流れる冷媒の流れ方向を示す。本実施形態に係る電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、電力変換装置２００の上方から投影したときに、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂの投影部が流路１９の投影部に囲まれるように配置される。これにより電流センサをトランスミッション１１８からの熱から更に保護することができる。
【０１６７】
図４５は、制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の分割斜視図である。図４４にて示されたように、電流センサ１８０は、コンデンサモジュール５００の上方に配置される。ドライバ回路基板２２は、電流センサ１８０の上方に配置され、かつ図８に示されたバスバーモジュール８００に設けられる支持部材８０７ａ及び８０７ｂによって支持される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置され、かつ冷却ジャケット１２から立設された複数の支持部材１５によって支持される。制御回路基板２０は、金属ベース板１１の上方に配置され、かつ金属ベース板１１に固定される。
【０１６８】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に一列に階層的に配置され、かつ制御回路基板２０が強電系のパワーモジュール３００及び３０１から最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入することを抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された冷却ジャケット１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
【０１６９】
流路１９に流れる冷媒の冷却対象が主に駆動用のパワーモジュール３００及び３０１であるので、当該パワーモジュール３００及び３０１は流路１９内に収納されて直接と冷媒と接触して冷却される。一方、補機用パワーモジュール３５０も、駆動用パワーモジュールほどではないが冷却することが求められる。
【０１７０】
そこで、補機用パワーモジュール３５０の金属ベースで形成された放熱面が、流路１９を介して、入口配管１３及び出口配管１４と対向するように形成される。特に、補機用パワーモジュール３５０を固定する突出部４０７が入口配管１３の上方に形成されているので、下方から流入する冷媒が突出部４０７の内壁に衝突して、効率良く補機用パワーモジュール３５０から熱を奪うことができる。さらに、突出部４０７の内部には、流路１９と繋がる空間を形成している。この突出部４０７内部の空間によって、入口配管１３及び出口配管１４近傍の流路１９の深さが大きくなっており、突出部４０７内部の空間に液溜りが生じることになる。この液溜りにより効率良く補機用パワーモジュール３５０を冷却することができる。
【０１７１】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を電気的に繋ぐ際に、配線コネクタを用いると接続工程の増大や、接続ミスの危険性を招くことになる。
【０１７２】
そこで、図４５に示されるように、本実施形態のドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する第１孔２４及び第２孔２６が形成される。また第１孔２４にはパワーモジュール３００の信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが挿入され、信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。さらに第２孔２６には電流センサ１８０の信号線１８２が挿入され、信号線１８２はドライバ回路基板２２の配線パターンとはんだにより接合される。なお、冷却ジャケット１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側からはんだ接合が行われる。
【０１７３】
これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワーモジュール３００の信号端子３２５と電流センサ１８０の信号線１８２を、同一方向からはんだにより接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。また、ドライバ回路基板２２に、信号端子３２５を貫通させるための第１孔２４や、信号線１８２を貫通させるための第２孔２６をそれぞれ設けることにより接続ミスの危険性を少なくすることができる。
【０１７４】
また、ドライバ回路基板２２は、冷却ジャケット１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（図示せず）を実装している。これにより、はんだ接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、はんだ接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
【０１７５】
図４６は、図４５のＢ面で切り取った電力変換装置２００をＣ方向から見た断面図である。モジュールケース３０４に設けられたフランジ３０４Ｂは、コンデンサケース５０２に設けれたフランジ５１５ａ又はフランジ５１５ｂによって冷却ジャケット１２に押し付けられる。つまり、コンデンサセル５１４を収納したコンデンサケース５０２の自重を利用して、冷却ジャケット１２にモジュールケース３０４を押しつけることにより、流路１９の気密性を向上させることができる。
【０１７６】
パワーモジュール３００の冷却効率を向上させるために、流路１９内の冷媒をフィン３０５が形成された領域に流すようにする必要がある。モジュールケース３０４は薄肉部３０４Ａならびに３０４Ａ’のスペースを確保するために、モジュールケース３０４の下部にはフィン３０５が形成されていない。そこで下カバー４２０は、モジュールケース３０４の下部が、当該下カバー４２０に形成された凹部４３０に勘合されるように形成される。これにより、冷却フィンが形成されていない空間に冷媒が流れ込むことを防止することができる。
【０１７７】
図４６に示されるように、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とパワーモジュール３０１の配列方向は、制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とトランスミッション１１８の配列方向を横切るように並べて配置されている。特に、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とパワーモジュール３０１は、電力変換装置２００の中では、最下層に並べて配置されている。これにより、電力変換装置２００全体の低背化が可能となるとともに、トランスミッション１１８からの振動の影響を低減することができる。
【０１７８】
上述した実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
（１）図１３に示すように、パワーモジュールは、一次封止体３０２と放熱部３０７Ｂとの間に配置され、放熱部３０７Ｂおよび少なくとも導体板３１５の放熱面の全域と接するように設けられた絶縁層３３３とを備える。そして、絶縁層３３３は、樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜３３３Ａおよび良熱伝導性のフィラーが混入された樹脂層３３３Ｂを積層した積層体と、その積層体の周囲端部を覆うように放熱部３０７Ｂと一次封止体３２との隙間に設けられた樹脂部３３３Ｃとを有する。
【０１７９】
このように、空孔３３３０に樹脂を含浸した溶射膜３３３Ａは、高熱伝導な絶縁シートのフィラー充填率よりも高い充填率（７０〜９７％）であるため熱伝導性に優れる。その結果、絶縁特性および熱伝導特性に優れた溶射膜３３３Ａが得られ、絶縁特性および熱伝導特性を溶射膜３３３Ａで確保することで、接着用樹脂としての樹脂層３３３Ｂを薄くすることができる。また、樹脂層３３３Ｂにフィラーを混入させることで、樹脂層３３３Ｂの熱伝導性能への影響を抑えることができる。
【０１８０】
さらに、図１６に示すように、積層体の面積を導体板３１５，３１８の放熱面の面積よりも大きく設定して、積層体が少なくとも放熱面の全域と接するように設けられていることにより、半導体チップで発生した熱を導体板３１５，３１８から放熱部３０７Ａ，３０７Ｂへと効果的に放熱することができる。なお、図１６に示す例では、溶射膜３３３Ａの面積を接着用樹脂層３３３Ｂよりも大きく設定しているが、いずれが大きくても良いし、同じ大きさでも構わない。さらに、樹脂部３３３Ｃを樹脂含浸のときに同時に形成しているが、積層体を形成した後に形成しても良い。
【０１８１】
樹脂層３３３Ｂによる接着温度や溶射による温度上昇は、従来のろう材を用いたセラミックス板の接合温度よりもはるかに低いため、モジュール作製時の熱応力を低減できる。また、溶射膜３３３Ａの厚さを、従来の絶縁シートの厚さと同等にまで薄くでき、パワーモジュール絶縁部の放熱性を向上できる。また、溶射膜３３３Ａはセラミックス粒子同士が溶着し一定の強度を有しているため、放熱部３０７Ｂと樹脂層３３３Ｂとを接着させる際の加圧力を増加することができ、ボイドの少ない樹脂層３３３Ｂにすることができる。加圧力を増加すると樹脂層３３３Ｂの厚さ変化が大きくなり薄くなるが、樹脂を含浸した溶射膜３３３Ａにより絶縁性能を確保することができる。
【０１８２】
ところで、導体板３１５と放熱部３０７Ｂとの間の熱膨張係数差に起因して発生する積層体の熱応力は、接着面の外周部で大きくなる。特に、パワーモジュールの場合には、半導体チップに大電流が流れるため導体板３１５は発生熱で加熱され、熱膨張量の差が大きくなりやすい。しかしながら、積層体の周囲端部にそれらを覆うように樹脂部３３３Ｃを設けたので、積層体周囲端部における熱応力を緩和することができる。その場合、樹脂部３３３Ｃに使用される樹脂の弾性率を樹脂層３３３Ｂに使用される樹脂の弾性率よりも小さくすることで、応力緩和の効果をより高めることができる。また、樹脂部３３３Ｃにフィラーを混入させる場合には、樹脂部３３３Ｃのフィラー充填率を樹脂層３３３Ｂよりも小さくすることで弾性率の低下が小さくなり、同様の効果が得られるとともに、接着力が大きくなるため、剥離の発生や進展に対する耐性が向上する。
【０１８３】
（２）さらに、図２５，２６に示すように、一次封止体３０２や放熱部３０７Ｂ，３０７Ａに凹凸部（凹部３０４ｅ，３４８ａ、段差３０４ｆ，３４８ｂ）を形成し、その凹凸部に樹脂部３３３Ｃの樹脂が充填されるようにすることで、積層体周囲の樹脂量が増加し、上述した応力緩和効果をより高めることができる。さらに、凹凸部に樹脂が入り込むことによるアンカー効果により、応力の緩和効果がより大きくなる。
【０１８４】
（３）樹脂シート３３３Ｂに使用される樹脂を熱可塑性樹脂を主成分とした樹脂とし、加熱硬化する部位を有する組成物とし、樹脂３３３Ｄには室温から１５０℃の温度域での粘度が樹脂３３３Ｂよりも低い含浸性に優れる熱硬化性樹脂を選定することで、加圧する温度において、樹脂シート３３３２の粘度が樹脂層３３３Ｄよりも十分大きい状態となる加熱温度が広くとれ生産性が向上する。図２３のように放熱部３０７Ｂと樹脂層３３３Ｂとを接着させる際の加圧力によって、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの間の樹脂３３３Ｄが溶射膜３３３Ａ内や積層体周方向に押し流される。その結果、溶射膜３３３Ａの凹凸部に樹脂層３３３Ｂのフィラーが入り込み境界領域での熱伝導性能の低下を防止することができ、積層体の熱伝導性能の向上を図ることができる。これは、樹脂シート３３３Ｂに使用される樹脂をガラス温度が高い樹脂とし、樹脂３３３Ｄに樹脂シート３３３Ｂよりもガラス転移温度が低い樹脂を用いることで、樹脂シート３３３Ｂのガラス転移温度よりも低い温度で加熱すれば同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
（４）空孔３３３０の大きさが溶射膜表面の凹凸の大きさよりも小さくなるように溶射膜３３３Ａを形成し、樹脂層３３３Ｂに混入されているフィラーの大きさを溶射膜表面の凹凸の大きさよりも小さく、かつ、空孔３３３０の大きさよりも大きく設定する。そうすることで、樹脂層３３３Ｂのフィラーを空孔３３３０に入れずに溶射膜表面の凹部に入り込ませることができる。その結果、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの界面における熱伝導性能を向上させることができる。樹脂はセラミックスや金属に比較して著しく熱伝導率が小さく、放熱経路に樹脂の濃化層（フィラーが少ない層）が存在するとモジュール全体の放熱性が低下する。そのため、上述のように設定して、溶射膜３３３Ａの凹部に存在する樹脂層３３３Ｂ内にフィラーを存在させることが重要となる。なお、溶射膜３３３Ａの表面凹凸の制御は、溶射条件である、溶射温度、基材の予熱温度、噴射速度、雰囲気、粉末粒径により制御できる。また、必要に応じて溶射後に研削や研磨やレーザ照射などの表面加工を施しても良い。
【０１８６】
（５）放熱部３０７Ｂの熱膨張係数が導体板３１５の熱膨張係数よりも大きい場合、例えば導体板３１５をＡｌやＡｌ合金（ＡｌＳｉＣやＡｌＣとＡｌの複合材など）とし、放熱部３０７ＢをＣｕやＣｕ合金で形成した場合には、導体板３１５に熱膨張係数の大きな樹脂層３３３Ｂが配置され、放熱部３０７Ｂ側に熱膨張係数の小さな溶射膜３３３Ａが配置されるように積層体を構成する。その結果、放熱部３０７Ｂから導体板３１５にかけて熱応力が傾斜され、積層体周囲端部における熱応力が緩和される。逆に、導体板３１５の熱膨張係数が放熱部３０７Ｂの熱膨張係数よりも大きい場合には、導体板側の熱膨張係数が放熱部側の熱膨張係数よりも大きくなるように積層体を構成すれば良い。樹脂層３３３Ｂの熱膨張係数は、フィラー充填量や樹脂の膨張係数を調整することで変化させることができる。溶射膜３３３Ａの熱膨張係数は、含浸させる樹脂の熱膨張係数を調整することで変化させることができる。
【０１８７】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１８８】
１５６，１６６：ダイオード、３００：パワーモジュール、３０２：一次封止体、３０４：モジュールケース、３０４Ａ：薄肉部、３０６：挿入口、３０７，３０７Ａ，３０７Ｂ、３０７Ｄ：放熱部、３１５，３１８，３１９，３２０：導体板、３１５ａ，３１８ａ，３１９ａ，３２０ａ：放熱面、３２８，３３０：ＩＧＢＴ、３３３：絶縁層、３３３Ａ：溶射膜、３３３Ｂ：樹脂層、３３３Ｃ：樹脂部、３３３Ｄ：樹脂、３３３Ｆ：フィレット、３４８，３５１：封止樹脂、６００：補助モールド体、３０００：モジュール構造体、３３３０：空孔、３３３１：扁平体、３３３２：樹脂シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性および信頼性に優れたパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギーの観点から、自動車には高燃費化が求められ、モータで駆動する電気自動車や、モータ駆動とエンジン駆動を組み合わせたハイブリッドカーが注目されている。自動車に用いる大容量の車載用モータは、バッテリの直流電圧では駆動や制御が困難であり、昇圧し交流制御するためパワー半導体素子のスイッチングを利用した電力変換装置が不可欠である。また、パワー半導体素子は通電により発熱するため、パワー半導体素子を搭載するパワーモジュールには、高い放熱能力を持つ絶縁層が求められる。
【０００３】
例えば、このようなパワーモジュールとしては、パワー半導体チップ、パワー半導体チップを搭載する導体板、導体板を搭載する金属ベース板、および導体板と金属ベース板とを絶縁するセラミックス板からなる積層体を樹脂ケースでパッケージングして構造体とし、その構造体を冷却体へ取付ける構造が知られている。低コスト化を目的に例えば、特許文献１に記載の発明では、樹脂封止した導体板の放熱面側に対してセラミックス溶射膜を形成し、絶縁層として用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０２３３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の絶縁層である溶射膜は、膜中に気孔が存在するため溶射後の状態ではパワーモジュールに必要な絶縁性能が不足し厚く形成する必要がある。また、膜中の気孔は熱伝導性能の劣化を引き起こす。そこで、樹脂を孔内へ含浸し絶縁性能と熱伝導性能を向上することが有効である。さらに、含浸樹脂により放熱冷却用の金属ベース板に接着すれば、グリスを介した取り付け方式に比較して優れた放熱性を付与できる。しかしながら、金属製の導体板や金属ベース板との熱膨張係数差に起因した熱応力によって絶縁層の周囲端部において亀裂や剥離が生じるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパワーモジュールは、半導体チップが搭載された導体板を、導体板の放熱面が露出するように樹脂で封止した封止体と、放熱面と対向するように配置された放熱部材と、封止体と放熱部材との間に配置された絶縁層と、を備え、絶縁層は、含浸用樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜および良熱伝導性のフィラーが混入された接着用樹脂層を積層したものであって、放熱部材および少なくとも放熱面の全域と接するように設けられている積層体と、積層体の端部を全周にわたって覆うように、放熱部材と封止体との隙間に設けられた応力緩和用樹脂部とを有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、応力緩和用樹脂部を設けたことにより絶縁層の端部における応力を緩和することができ、パワーモジュールの信頼性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るパワーモジュールの一実施の形態を示す図であり、パワーモジュールの外観斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】パワーモジュール構造体３０００を示す図である。
【図４】パワーモジュール３００の回路図である。
【図５】一次封止体３０２の製造工程を示す図である。
【図６】一次封止体３０２の製造工程を示す図であり、図５の次の工程を示す図である。
【図７】一次封止体３０２の製造工程を示す図であり、図６の次の工程を示す図である。
【図８】一次封止体３０２の製造工程を示す図であり、封止樹脂３４８による封止後の状態を示す。
【図９】封止樹脂３４８のトランスファーモールド工程を説明する図である。
【図１０】一次封止体３０２の斜視図である。
【図１１】補助モールド体６００を示す図である。
【図１２】パワーモジュール構造体３０００のモジュールケース３０４への封入を説明する図である。
【図１３】図２の符号Ｂで示した部分の拡大図である。
【図１４】溶射膜３３３Ａが形成される前の一次封止体３０２を示す断面図である。
【図１５】溶射膜３３３Ａの形成工程を説明する図である。
【図１６】溶射膜３３３Ａの形成工程を説明する図であり、図１６に続く工程を示す。
【図１７】含浸作業後の一次封止体３０２を示す図である。
【図１８】第２の実施の形態のパワーモジュールを示す断面図である。
【図１９】パワーモジュールの組み立て工程を説明する図である。
【図２０】絶縁層３３３が形成されたモジュールケース３０４に一次封止体３０２を挿入した状態を示す図である。
【図２１】絶縁層３３３が形成された放熱部３０７Ｂを示す図である。
【図２２】第３の実施の形態を説明する図である。
【図２３】積層体の第１の形成方法を説明する図である。
【図２４】積層体の他の形成方法を説明する図である。
【図２５】第１の変形例を示す図である。
【図２６】第２の変形例を示す図である。
【図２７】樹脂封止型の片面冷却パワーモジュール３００の構成を説明する図である。
【図２８】放熱部３０７への接着を説明する図である。
【図２９】一次封止体３０２を一対の放熱部３０７Ｄで挟持する構成のパワーモジュール３００を示す図である。
【図３０】第５の実施の形態を説明する図であり、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周方向端部を示す拡大図である。
【図３１】絶縁層３３３の絶縁性能（絶縁破壊電圧）を説明する図である。
【図３２】絶縁層３３３の絶縁性能（部分放電電圧）を説明する図である。
【図３３】絶縁層の構成に関する比較例を示す図である。
【図３４】比較例と本発明の熱伝導率を説明する図である。
【図３５】ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。
【図３６】インバータ部の電気回路構成を説明する。
【図３７】電力変換装置２００の設置場所を説明するための分解斜視図を示す。
【図３８】電力変換装置２００の分解斜視図である。
【図３９】流路１９を有する冷却ジャケット１２の下面図である。
【図４０】コンデンサモジュール５００の分解斜視図である。
【図４１】冷却ジャケット１２にパワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュールを組み付けた外観斜視図である。
【図４２】パワーモジュールとコンデンサモジュールを組み付けた冷却ジャケット１２とバスバーモジュール８００の分解斜視図である。
【図４３】保持部材８０３を除いたバスバーモジュール８００の外観斜視図である。
【図４４】パワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュール８００と補機用パワーモジュール３５０を組み付けた冷却ジャケット１２の外観斜視図である。
【図４５】制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の分割斜視図である。
【図４６】電力変換装置２００を図４５のＣ方向から見た断面図である。
【図４７】溶射膜３３３Ａを放熱部３０７Ｂ側に形成した場合の段差構造を示す図である。
【図４８】溶射膜３３３Ａを一次封止体３０２側に形成した場合の段差構造を示す図である。
【図４９】第６の実施の形態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１〜１７は、本発明によるパワーモジュールの第１の実施の形態を示す図である。図１はパワーモジュールの外観斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。パワーモジュール３００は、スイッチング素子を含みトランスファーモールドされたパワー半導体ユニットを、モジュールケース３０４内に収納したものである。パワーモジュール３００は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電気車両に搭載される電力変換装置に用いられる。
【００１０】
図２に示すように、パワーモジュール３００は、図３に示すパワーモジュール構造体３０００をＣＡＮ型冷却器であるモジュールケース３０４の内部に収納したものである。ここで、ＣＡＮ型冷却器とは、一面に挿入口３０６と他面に底を有する筒形状をした冷却器である。モジュールケース３０４は、電気伝導性を有する部材、例えばＣｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などから形成されている。また、溶接など防水性の高い接合法で、あるいは鍛造、鋳造法などにより、つなぎ目の無い状態でケース状に一体成形されている。
【００１１】
モジュールケース３０４は、挿入口３０６以外に開口を設けない扁平状のケースであり、扁平状ケースの挿入口３０６にはフランジ３０４Ｂが設けられている。扁平状ケースの面積の広い対向する２つの面の一方には放熱部３０７Ａが設けられ、他方の面には放熱部３０７Ｂが設けられている。放熱部３０７Ａおよび放熱部３０７Ｂはモジュールケース３０４の放熱壁として機能するものであり、それらの外周面には複数のフィン３０５が均一に形成されている。放熱部３０７Ａおよび放熱部３０７Ｂを囲む周囲の面は、厚さが極端に薄く容易に塑性変形可能な薄肉部３０４Ａとなっている。薄肉部３０４Ａを極端に薄くすることで、放熱部３０７Ａおよび放熱部３０７Ｂをケース内側方向に加圧した際に、容易に変形することができる。なお、モジュールケース３０４の形状は、正確な直方体である必要がなく、図１に示すように角が曲面を形成していても良い。
【００１２】
図３は、モジュールケース３０４に収納されるパワーモジュール構造体３０００を示す図である。図３（ａ）はパワーモジュール構造体３０００の斜視図であり、図３（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。なお、Ｃ−Ｃ断面は、図１のＡ−Ａ断面と同一の部分の断面である。パワーモジュール構造体３０００は、一次封止体３０２と補助モールド体６００とから成る。一次封止体３０２と補助モールド体６００とは接続部３７０において接続されている。接続部３７０における金属接合には、たとえばＴＩＧ溶接などを用いることができる。補助モールド体６００に設けられた配線絶縁部６０８を、図１に示すようにネジ３０９によってモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂに固定することにより、モジュールケース３０４内においてパワーモジュール構造体３０００が位置決めされる。
【００１３】
（一次封止体３０２の説明）
次に、図４〜１１を用いて、一次封止体３０２の構成を説明する。図４は、パワーモジュール３００の回路図である。図５〜１１は一次封止体３０２の製造工程を示す図である。パワーモジュール３００は、上アーム用ＩＧＢＴ３２８と下アーム用ＩＧＢＴ３３０とを直列したものであり、半導体素子としては、ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６を備えている。これらの半導体素子のチップ（以下では半導体チップと呼ぶ）は図５に示すように板状であって、半導体チップの表裏面に電極が形成されている。
【００１４】
上アーム用ＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極と上アーム用ダイオード１５６のカソード電極は導体板３１５に接続され、ＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極とダイオード１５６のアノード電極は導体板３１８に接続されている。下アーム用ＩＧＢＴ３３０のコレクタ電極と下アーム用ダイオード１６６カソード電極は導体板３２０に接続され、ＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極とダイオード１６６のアノード電極は導体板３１９に接続されている。導体板３１８と導体板３２０とは、中間電極１５９を介して接続されている。中間電極１５９により上アーム回路と下アーム回路とが電気的に接続され、図４に示すような上下アーム直列回路が形成される。なお、導体板３１５，３１８，３１９，３２０としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏなどの金属、それらの合金、複合体が用いられる。
【００１５】
図５に示すように、直流正極側の導体板３１５および交流出力側の導体板３２０と、上アーム用信号接続端子３２７Ｕおよび下アーム用信号接続端子３２７Ｌとは、共通のタイバー３７２に繋がれた状態で、これらが略同一平面状の配置となるように一体的に加工される。上アーム用信号接続端子３２７Ｕには、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａがボンディングワイヤにより接続される。下アーム用信号接続端子３２７Ｌには、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａがボンディングワイヤにより接続される。導体板３１５，３２０の半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）が接合される部分には凸状のチップ固着部３２２がそれぞれ形成されている。各半導体チップは、それらのチップ固着部３２２の上に金属接合材１６０によって接合される。金属接合材１６０には、例えば、はんだ材や銀シート及び微細金属粒子を含んだ低温焼結接合材等が用いられる。また、金属接合材１６０には錫を主成分としたハンダを用いる事が望ましいが、金、銀、銅のいずれかを主成分としたものやロウ材やペースト等を用いることもできる。
【００１６】
ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５５，１６６の上には、金属接合材１６０を介して導体板３１８と導体板３１９が略同一平面状に配置され、金属接合される。図４に示したように、導体板３１８には、上アーム側のＩＧＢＴ３２８のエミッタ電極と上アーム側のダイオード１５６のアノード電極が接合される。導体板３１９には、下アーム側のＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極と下アーム側のダイオード１６６のアノード電極が接合される。導体板３１５には直流正極接続端子３１５Ｄが形成されている。導体板３２０には交流接続端子３２０Ｄが形成されている。導体板３１９には直流負極接続端子３１９Ｄが形成されている。
【００１７】
上述したように、導体板３１５と導体板３１８の間にＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６を挟み込むと共に、導体板３２０と導体板３１９の間にＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６を挟み込み、導体板３２０と導体板３１８とを中間電極３２９により接続すると、図６に示す状態となる。さらに、ＩＧＢＴ３２８の制御電極３２８Ａと信号接続端子３２７Ｕとをボンディングワイヤ３７１により接続すると共に、ＩＧＢＴ３３０の制御電極３３０Ａと信号接続端子３２７Ｌとをボンディングワイヤ３７１により接続すると、図７に示す状態となる。
【００１８】
図７に示す状態に組み立てた後、半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０、ダイオード１５６，１６６）およびボンディングワイヤ３７１を含む部分を封止樹脂３４８により封止する。この封止はトランスファーモールドにより行われる。図９に示すように、符号３７３で示す部分（金型押圧面）を上下からトランスファーモールド用金型で押さえ、封止樹脂３４８を金型内に充填して成形を行う。
【００１９】
図９はトランスファーモールド工程を説明するための図である。図９において、（ａ）は型締め前の縦断面図を示しており、（ｂ）は型締め後の縦断面図を示している。図９（ａ）に示すように、図７に示した封止前の一次封止体３０２は、上側金型３７４Ａと下側金型３７４Ｂの間に設置される。上側金型３７４Ａおよび下側金型３７４Ｂが一次封止体３０２を上下から金型押圧面３７３において挟み込んで型締めすることで、図９（ｂ）に示すように金型空間３７５が金型内に形成される。この金型空間３７５に封止樹脂３４８を充填して成形することで、一次封止体３０２において半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５５，１６６）が封止樹脂３４８により封止される。
【００２０】
封止樹脂３４８としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができ、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数を導体板３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。
【００２１】
なお、図８に示したように、金型押圧面３７３では、直流正極接続端子３１５Ｄ、直流負極接続端子３１９Ｄ、交流接続端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｕおよび信号接続端子３２７Ｌが一列に並べて配置されている。こうした端子配置とすることで、上側金型３７４Ａおよび下側金型３７４Ｂを用いて、各端子と半導体チップとの接続部において余分な応力を発生させずに、かつ隙間なく型締めを行うことができる。したがって、半導体チップとの破損を招いたり、あるいは封止樹脂３４８が隙間から漏出したりすることなく、半導体チップとの封止を行うことができる。また、封止樹脂３４８の一方の表面には導体板３１８，３１９の表面（放熱面）が露出し、反対側の面には、導体板３１５，３２０の表面（放熱面）が露出している。
【００２２】
図８に示すように封止樹脂３４８により封止した後、タイバー３７２を切除して、直流正極接続端子３１５Ｄ、交流接続端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌをそれぞれ分離する。そして、一次封止体３０２の一辺側に一列に並べられている直流正極接続端子３１５Ｄ、直流負極接続端子３１９Ｄ、交流接続端子３２０Ｄ、信号接続端子３２７Ｕ、３２７Ｌの各端部を、図１０のようにそれぞれ同一方向に折り曲げる。これにより、接続部３７０において一次封止体３０２と補助モールド体６００とを金属接合する際の作業を容易化して生産性を向上すると共に、金属接合の信頼性を向上することができる。
【００２３】
図１１は補助モールド体６００を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。補助モールド体６００は、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌを備えている。直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌは、樹脂材料で成形された配線絶縁部６０８によって、相互に絶縁された状態で一体に成型されている。配線絶縁部６０８は各配線を支持するための支持部材としても作用し、配線絶縁部６０８に用いる樹脂材料には、絶縁性を有する熱硬化性樹脂かあるいは熱可塑性樹脂が適している。これにより、直流正極配線３１５Ａ、直流負極配線３１９Ａ、交流配線３２０Ａ、信号配線３２４Ｕおよび信号配線３２４Ｌの間の絶縁性を確保でき、高密度配線が可能となる。
【００２４】
直流正極配線３１５Ａの上端には直流正極端子３１５Ｂが形成され、下端には、直流正極接続端子３１５Ｃが直角に折れ曲がるように形成されている。直流負極配線３１９Ａの上端には直流負極端子３１９Ｂが形成され、下端には、直流負極接続端子３１９Ｃが直流正極接続端子３１５Ｃと同方向に折れ曲がるように形成されている。交流配線３２０Ａの上端には交流端子３２０Ｂが形成され、下端には、交流接続端子３２０Ｃが直流正極接続端子３１５Ｃと同方向に折れ曲がるように形成されている。信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌの上端には、それぞれ信号端子３２５Ｕ、３２５Ｌが形成されている。一方、信号配線３２４Ｕ、３２４Ｌの下端には、信号接続端子３２６Ｕおよび信号接続端子３２６Ｌが直流正極接続端子３１５Ｃと同方向に折れ曲がるように形成されている。
【００２５】
このように、補助モールド体６００側の接続部３７０を構成するする直流正極接続端子３１５Ｃ、直流負極接続端子３１９Ｃ、交流接続端子３２０Ｃ、信号接続端子３２６Ｕおよび信号接続端子３２６Ｌは、図１１（ａ）に示すように一列に並べて配置されている。そして、補助モールド体６００側の接続部３７０（３２６Ｕ，３１５Ｃ，３１９Ｃ，３２６Ｌ，３２０Ｃ）は、図１０に示すように一列に並べて配置されている一次封止体３０２側の接続部３７０（３２７Ｕ，３１５Ｄ，３１９Ｄ，３２７Ｌ，３２０Ｄ）と接続される。接続には、例えば、ＴＩＧ溶接などを用いることができる。
【００２６】
図３に示すようなパワーモジュール構造体３０００が完成したならば、図１２（ａ）に示すようにパワーモジュール構造体３０００をモジュールケース３０４に挿入し、補助モールド体６００の配線絶縁部６０８をモジュールケース３０４のフランジ３０４Ｂに固定する。その挿入の際に、パワーモジュール構造体３０００の一次封止体３０２とモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとの間に、電気的な絶縁を図るための絶縁層３３３が配設される。絶縁層３３３の詳細については後述する。そして、図１２（ｂ）の矢印で示すように放熱部３０７Ａ，３０７Ｂをケース内側に加圧して薄肉部３０４Ａを変形させ、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを一次封止体３０２に密着させる。その後、モジュールケース３０４内に封止樹脂３５１を充填して封止することで、接続部３７０とモジュールケース３０４との間で必要な絶縁距離を安定的に確保することができる。
【００２７】
封止樹脂３５１としては、例えばノボラック系、多官能系、ビフェニル系のエポキシ樹脂系を基とした樹脂を用いることができる。また、エポキシ樹脂に対してはＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮ，ＢＮなどのセラミックスやゲル、ゴムなどを含有させ、熱膨張係数をモジュールケース３０４や導体板３１５，３２０，３１８，３１９に近づける。これにより、部材間の熱膨張係数差を低減でき、使用環境時の温度上昇にともない発生する熱応力が大幅に低下するため、パワーモジュールの寿命をのばすことが可能となる。
【００２８】
（絶縁層３３３の説明）
図１３は絶縁層３３３の構造を説明する図である。図１３は、図２の符号Ｂで示した部分の拡大図である。一次封止体３０２と放熱部３０７Ｂとによって挟まれるように絶縁層３３３が設けられている。絶縁層３３３は、絶縁性の酸化物やセラミックスの粉体を溶射して形成された溶射膜３３３Ａの層と、絶縁性の樹脂層３３３Ｂと、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂの積層体の周囲端部（縁の部分）に設けられた絶縁性の樹脂部３３３Ｃとを備えている。樹脂部３３３Ｃは、積層体の側面周囲の全周に設けられている。溶射膜３３３Ａは一次封止体３０２側に形成されており、溶射膜３３３Ａと放熱部３０７Ｂとの間に樹脂層３３３Ｂが形成されている。
【００２９】
溶射膜３３３Ａに形成される空孔３３３０には絶縁性の樹脂が含浸されている。図１３に示す例では、含浸用樹脂には樹脂部３３３Ｃと同じ樹脂が用いられている。また、樹脂層３３３Ｂを構成する樹脂には、熱伝導性能を高めるためにフィラーが混入されている。溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周囲端部に設けられた樹脂部３３３Ｃは、積層体の周囲端部が露出しないように封止樹脂３４８と放熱部３０７Ｂとの隙間に形成されている。溶射膜３３３Ａの表面は凹凸面となっており、溶射膜３３３Ａの内部には多数の空孔３３３０が形成される。樹脂層３３３Ｂは、その一部が溶射膜３３３Ａの凹凸面に入り込むように設けられている。
【００３０】
図１４〜１７は絶縁層３３３の形成工程を説明する図である。図１４は、一次封止体３０２への溶射膜３３３Ａの形成を説明する図であり、溶射膜３３３Ａが形成される前の一次封止体３０２を示す断面図である。上述したように、対向配置された一対の導体板３１５，３１８と一対の導体板３２０，３１９は、図１４の紙面に垂直な方向に並ぶように配置されている。導体板３１５，３１８に挟まれるようにＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６が配置され、導体板３２０，３１９に挟まれるようにＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６が配置されている。これらは封止樹脂３４８によって封止されているが、導体板３１５，３１８，３１９，３２０の放熱面３１５ａ，３１８ａ，３１９ａ，３２０ａ（半導体チップが接合されている面と反対側の面）は封止樹脂３４８から露出している。図１４の断面図は図３のＣ−Ｃ断面と同一部分を断面したものであって、導体板３１５，３１８の部分の断面図である。
【００３１】
〈溶射膜３３３Ａの形成〉
図１３に示したような絶縁層３３３を形成するために、まず、図１５（ａ）に示すように一次封止体３０２の両面に溶射膜３３３Ａを形成する。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の符号Ｅで示す部の拡大図である。溶射膜３３３Ａは、放熱面３１５ａ，３１８ａ，３１９ａ，３２０ａの領域が含まれるように形成され、溶射膜３３３Ａの縁の部分は封止樹脂３４８上に形成されている。溶射膜３３３Ａは絶縁体であり、酸化物やセラミックスの粉体を溶射して作製する。本実施の形態ではプラズマ溶射法によりセラミックスの溶射膜３３３Ａを形成しているが、他の溶射法、例えばアーク溶射法、高速フレーム溶射法等を用いても良い。
【００３２】
溶射による導体板３１５，３１８，３１９，３２０の温度上昇は、例えばろう材を用いて導体板とセラミックス板を接合するよりもはるかに小さく、溶融、熱劣化、反りなどの熱変形も小さい。例えば、溶射膜３３３Ａをプラズマ溶射法により形成する場合には、一次封止体３０２の温度上昇は１００〜１８０℃程度となる、そのため、封止樹脂３４８、金属接合材１６０、ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の熱劣化を防止できる。金属接合材１６０による半導体素子の接合は２２０〜３００℃程度の温度範囲でなされるので、この接合後に溶射膜３３３Ａを形成しても問題ない。
【００３３】
一方、導体板３１５に溶射膜３３３Ａを形成してから半導体素子を接合するような逆の手順で行なった場合には、半導体素子の接合温度が２２０〜３００℃程度と溶射膜形成時の温度上昇より高いため、熱膨張係数の小さい溶射膜３３３Ａと熱膨張係数の大きな導体板３１５，３１８，３１９，３２０との積層部に発生する熱応力が溶射時よりも大きくなる。すなわち、半導体素子を接合してから溶射膜３３３Ａを形成する手順の方が、熱応力は低減される。
【００３４】
また、導体板３１５，３１８，３１９，３２０の溶射膜３３３Ａが形成される面（放熱面）を、サンドブラストやエッチングなどにより粗化加工することによって、導体板３１５，３１８，３１９，３２０と溶射膜３３３Ａとの間の接合強度を向上させることができる。さらに、図１５（ａ）に示すように、一次封止体３０２は封止樹脂３４８によって封止されているため、溶射処理時に半導体チップ（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６）やボンディングワイヤ３７１などへの物理的、化学的な影響を、封止樹脂３４８によって防止することができる。そのため、溶射のための複雑なマスキングを施す必要がなく、生産性に優れている。
【００３５】
上述したサンドブラストやエッチングなどの粗化処理は、以下のような利点を有している。トランスファーモールドを行った際に、導体板３１５，３１８，３１９，３２０の放熱面の一部が封止樹脂３４８により被覆される場合があるが、上述したサンドブラストによる粗化を行うことで、放射面上の封止樹脂３４８を除去することができる。封止樹脂３４８は導体板よりも熱伝導率が低いため、放熱面から除去できることで放熱性が向上する。
【００３６】
また、封止樹脂３４８の除去や一次封止体３０２の平面度向上のために、導体板の放熱面の部分を研削したり研磨したりする場合がある。そのような加工を行った場合、加工条件によっては（例えば、加工時間短縮のために切削、研磨の速度を上げた場合）導体板上の表面粗さが過大となったり、導体板と封止樹脂３４８との境界にバリが形成されたりして電界集中のおそれがある。しかし、溶射膜前処理にサンドブラストやエッチングをすることにより、これらの欠陥を除去することができ、絶縁信頼性の向上を図ることができる。
【００３７】
溶射膜３３３Ａを形成するための粉末としては、アルミナ，シリカ，マグネシア，ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ，窒化珪素，窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなどの炭化物といった高熱伝導なセラミックスの粉体から選ぶのが好ましい。また、これら単体組成に限らず、単体組成や酸化物と窒化物あるいは炭化物との複合組成、あるいは混合粉末を用いても良い。
【００３８】
ところで、導体板３１５，３１８，３１９，３２０および封止樹脂３４８上に形成される溶射膜３３３Ａは、図１５（ｂ）に示すように、上述のセラミックスが凝固し形成された扁平体３３３１の集合体状になっており、扁平体３３３１が層を成すように堆積している。このように、プラズマ溶射法などにより、セラミックスの粉末を部分的あるいは完全溶融状態で基材（導体板３１５，３１８，３１９，３２０および封止樹脂３４８）に衝突させると、セラミックスは基材表面に扁平形状で溶着し、溶着して凝固した扁平体３３３１の上にもさらに溶着することになる。
【００３９】
これにより、三次元的には扁平体３３３１同士や、扁平体３３３１と導体板３１５，３１８，３１９，３２０および封止樹脂３４８内のセラミックスフィラーや樹脂に対して、その当接している界面で溶着面を形成し強固に接合している。そのため、一次封止体３０２に溶射膜３３３Ａを形成した後に、前述のように接続部３７０において一次封止体３０２と補助モモジュール６００とをＴＩＧ溶接等により金属接合する際に（図３参照）、溶射膜３３３Ａに剥離や欠けなどが生じにくくなる。なお、マスキングをすれば部分的に溶射膜３３３Ａを形成できるので、一次封止体３０２と補助モールド体６００とを金属接合した後に、溶射膜３３３Ａを形成するようにしても良い。なお、前述したように、導体板３１５，３１８，３１９，３２０としては、Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｃｏなどの金属、それらの合金、複合体が用いられる。
【００４０】
〈樹脂層３３３Ｂの形成〉
次に、図１６を用いて、絶縁層を構成する樹脂層３３３Ｂの形成について説明する。図１５に示すように一次封止体３０２の両面に溶射膜３３３Ａを形成したならば、その溶射膜３３３Ａの上に、樹脂層３３３Ｂを形成する。図１６（ｂ）は、Ｅ部の拡大図である。なお、この段階では、溶射膜３３３Ａ上に形成された樹脂層３３３Ｂの表面には保護フィルム３５２が設けられている。
【００４１】
樹脂層３３３Ｂは、一次封止体３０２の溶射膜３３３Ａが形成されている面をモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに接着するものであって、樹脂層３３３Ｂには充分な接着性と高い熱伝導性が要求される。そのため、樹脂層３３３Ｂを構成する樹脂には、接着性のあるフェノール系，アクリル系，ポリイミド系，ポリアミドイミド系，エポキシ系，シリコン系，ビスマレイミドトリアジン系，シアネートエッセル系を基にした樹脂等が用いられる。特に、接着性が高いビスマレイミドトリアジン系，ポリアミドイミド系，ポリイミド系，シアネートエッセル系，エポキシ系，フェノール系を基にした樹脂を用いるのが好ましく、接着後に剥離し難くパワーモジュールの寿命が高まる。
【００４２】
また、半導体素子（ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６）から発生する熱をモジュールケース３０４の放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに効率良く伝えるため、樹脂層３３３Ｂには高い熱伝導率が要求される。そのため、上記樹脂に熱伝導性向上のための良熱伝導性のフィラーを混入したものが、樹脂層３３３Ｂに用いられる。樹脂層３３３Ｂに混入させるフィラーは絶縁性を有したものが良く、アルミナ，シリカ，マグネシア，ベリリアなどの酸化物、窒化アルミ，窒化珪素，窒化硼素などの窒化物、シリコンカーバイドなど炭化物などの高熱伝導なセラミックスのフィラーがより好ましいが、樹脂を含浸した３３３Ａで絶縁できるため、銀や銅やはんだやカーボンなど電気伝導性を有するフィラーも用いることが可能である。
【００４３】
溶射膜３３３Ａ上に樹脂層３３３Ｂを形成する場合には、先ず、フィラーが混入された上記樹脂から成る樹脂シート３３３２を用意する（図１６（ａ）参照）。樹脂シート３３３２は、取り扱いが容易なように表裏両面に保護フィルム３５２が設けられている。保護フィルム３５２には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、テフロン（登録商標）など、後述する仮圧着後に容易に剥離できるものを用いれば良い。
【００４４】
図１６（ｃ）に示すように、樹脂シート３３３２の片面の保護フィルム３５２を剥がし、矢印で示すように樹脂シート３３３２を溶射膜３３３Ａ上に仮圧着することで、溶射膜３３３Ａ上に樹脂層３３３Ｂが形成される。仮圧着された樹脂層３３３Ｂは、後述する工程において一次封止体３０２をモジュールケース３０４に収納した後、樹脂層３３３Ｂと放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとの接着のために最終的な圧着作業が行われる。そのため、図１６に示す工程での仮圧着においては、樹脂成分が半硬化以下の状態（例えば、樹脂成分の硬化度が約８０％以下である状態）となるように圧着時の温度条件および加圧条件を設定する。
【００４５】
この仮圧着により、樹脂シート３３３２の一部が、溶射膜３３３Ａの表面凹凸部や表面付近の空孔内に入り込む。なお、樹脂シート３３３２に混入されているフィラーの粒径分布は、樹脂とともに溶射膜３３３Ａの凹凸部に入り込める程度に設定される。その結果、図１６（ｂ）に示すような樹脂層３３３Ｂが形成される。このように樹脂層３３３Ｂの一部が溶射膜３３３Ａの凹凸部に入り込むことで、アンカー効果による接着強度の向上と放熱性の向上とを図ることができる。
【００４６】
樹脂層３３３Ｂの形成範囲については、導体板３１５，３１８の放熱面３１５ａ，３１８ａ（図１４）の面積よりも広い範囲で行うと、放熱性を最も高くできる。ただし、封止樹脂３４８の熱伝導率が導体板３１５，３１８，３１９，３２０よりも十分小さいため、熱伝導率が高い樹脂層３３３Ｂの形成範囲は、図１６（ａ）に示すように導体板よりもやや広い範囲で十分である。なお、後述する溶射膜３３３Ａの空孔３３３０への樹脂の含浸作業を考慮して、本実施形態では、樹脂層３３３Ｂの形成範囲は溶射膜３３３Ａの面積よりも小さくする必要がある。図１６（ｂ）ではＹで示す空白範囲が含浸作業領域を示している。
【００４７】
なお、図１６（ｃ）に示した例では、樹脂シート３３３２を溶射膜３３３Ａに圧着して樹脂層３３３Ｂを形成したが、溶射膜３３３Ａの表面にフィラーを混入させた樹脂を塗布して樹脂層３３３Ｂを形成しても良い。その場合、マスクを設置して所定領域のみに塗布されるようにする。すなわち、樹脂を含浸させるために利用する溶射膜３３３Ａの外周領域にマスクを設置する。
【００４８】
〈樹脂の含浸〉
図１６に示すように溶射膜３３３Ａの上に樹脂層３３３Ｂを形成したならば、溶射膜３３３Ａの空孔３３３０に樹脂を含浸させる。ところで、溶射膜３３３Ａは、セラミックス充填率で最大９５％程度まで充填することができる。しかし、図１３に示すように三次元的な貫通孔（空孔３３３０）が形成されているため、樹脂が含浸される前の溶射膜３３３Ａの絶縁特性や熱伝導率は空孔３３３０の影響によって低下する。また、溶射膜３３３Ａ内に三次元的な貫通孔が形成されているため、そのままでは温度昇降に伴う熱応力での割れ感受性が高いという問題がある。
【００４９】
そこで、絶縁、放熱および熱サイクル耐性を向上できるように、溶射膜３３３Ａ内の空孔３３３０に樹脂を含浸する。ここで、含浸用の樹脂は、樹脂層３３３Ｂに用いられる樹脂と同一にする方が、硬化時の親和性が高く接着性を高めることができるので好ましい。また、含浸を行う際には、溶射膜３３３Ａの空孔３３３０とそこに含浸する樹脂との密着性を高めるために、空孔３３３０にエッチング処理やカップリング処理を施すのが好ましい。
【００５０】
さらに、パワーモジュールは求められる機能に必要な部材で構成されるため、図１３に示すように、金属の導体板３１５、樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜３３３Ａ、樹脂層３３３Ｂおよび金属の放熱部３０７Ｂのように様々な熱膨張係数の部材を積層した構造となる。このように、様々な熱膨張係数の部材を接合や接着すると、応力が積層体の端部に集中し端部から剥離が発生、進展していくことになる。例えば、導体板３１５にＣｕを用いた場合にはその熱膨張係数αは１７程度となり、モジュールケース３０４にＡｌを用いた場合には放熱部３０７Ｂの熱膨張係数αは２３程度となる。この熱膨張係数の違いにより、全体の温度が上昇すると積層体に剥離や割れ等が発生しやすくなる。
【００５１】
本実施の形態では、このような端部の応力集中を緩和するために、図１３に示すように、フィラーを含む樹脂層３３３Ｂと溶射膜３３３Ａとの積層体の端部周囲に樹脂部３３３Ｃを形成するようにした。図１３に示す例では、樹脂部３３３Ｃは、樹脂層３３３Ｂおよび溶射膜３３３Ａの端部を覆うとともに、それらの外周方向に延在している。本実施の形態では、樹脂部３３３Ｃは、含浸用樹脂と同一の樹脂が用いられており、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａは勿論のことフィラーを含む樹脂層３３３Ｂに比べて弾性係数が小さい、または接着強度が高い。そのため、この樹脂部３３３Ｃを設けることによって、端部の応力緩和や応力集中する端部の剥離発生や進展を抑制することが可能となる。なお、この周囲の樹脂部３３３Ｃは封止樹脂３４８と放熱部３０７Ｂとの間に配置されるものなので、絶縁層３３３のその部分の熱伝導率が低くても、パワーモジュールの放熱性に対する影響はほとんど無い。
【００５２】
樹脂の溶射膜３３３Ａへの含浸を行う場合には、図１６に示した含浸作業領域Ｙから溶射膜３３３Ａに樹脂（樹脂部３３３Ｃと同じ樹脂）を含浸する。図１７は、含浸作業後の一次封止体３０２を示す図である。含浸作業領域Ｙに対して樹脂の含浸を行うと、毛細管現象により、樹脂層３３３Ｂと導体板３１５との間の溶射膜３３３Ａの空孔３３３０にも樹脂が含浸される。そして、この含浸作業時に、含浸に用いる樹脂を用いて上述した樹脂部３３３Ｃを形成する。
【００５３】
図１７に示すように、空孔３３３０に樹脂が含浸されることにより、溶射膜３３３Ａの絶縁、放熱および熱サイクル耐性が向上する。また、溶射膜３３３Ａの樹脂層３３３Ｂが接着された箇所においては、樹脂層３３３Ｂと溶射膜３３３Ａの表面凹凸部との間は密着していて、含浸用樹脂は入り込むことはできない。そのため、樹脂の含浸によって溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの間の熱伝導性が影響を受けることはない。
【００５４】
なお、減圧状態にして含浸作業を行うことにより、空孔３３３０内の残留ガスが含浸用樹脂内に巻き込まれてボイドが発生したり、未充填領域が発生したりするのを防止することができる。また、ディスペンサーなどを用いて含浸作業領域Ｙの１箇所あるいは１辺から注入することにより、注入された含浸用樹脂が樹脂層３３３Ｂと導体板３１５との間を流れて、他の辺から溢れ出る。その際に、空孔３３３０内の残留ガスは、樹脂に押し流されるように他辺から排出される。その結果、残留ガス巻き込みによるボイドの発生を防止できる。この溢れ出た含浸用樹脂は、上述した応力緩和用の樹脂部３３３Ｃを形成する。すなわち、樹脂含浸時に積層体端部の樹脂部３３３Ｃも形成する。なお、含浸用樹脂が他の辺から溢れ出ることにより、含浸用樹脂が樹脂層３３３Ｂと導体板３１５との間の空孔３３３０に充填されたことを、容易に確認することができる。なお、注入は常圧で行い、注入後に減圧状態にして樹脂中のガスを放出させるようにしても良い。
【００５５】
含浸用樹脂は粘度が低い方が好ましいので、本実施の形態では粘度を低くするためにフィラーは混入させていない。セラミックスの溶射膜３３３Ａは、空孔３３３０を樹脂によって含浸すれば充分な熱伝導性が得られるので、含浸用樹脂にはフィラーを混入させなくても良い。ただし、供給時の粘度調整のために、含浸可能な粘度範囲であればフィラーを混入させても良い。さらに、弾性係数が小さいあるいは接着力を樹脂層３３３Ｂよりも向上できるように、樹脂層３３３Ｂ内に存在するフィラー含有率よりも小さい範囲にする。また、含浸用樹脂の粘度を低くするために溶剤成分を増加しても良い。含浸用樹脂は樹脂層３３３Ｂに用いられる樹脂と同一でも良いし、異なる樹脂でも良い。
【００５６】
なお、含浸プロセスやその後の溶剤の除去時に加熱する際は、樹脂層３３３Ｂが半硬化状態よりも硬化進行度が進行しない温度や時間とする。また、図１７に示すように、仮付けした樹脂層３３３Ｂに保護フィルム３５２を設けておくと、樹脂層３３３Ｂの表面（放熱部３０７Ｂに対向する面）に熱伝導率を下げる樹脂（充填用樹脂）の付着を防止できるため、生産性の向上が図れる。
【００５７】
〈一次封止体３０２のモジュールケース３０４への封入〉
図１７に示すように溶射膜３３３Ａに樹脂を含浸したならば、その一次封止体３０２をモジュールケース３０４内に封入する。まず、一次封止体３０２の樹脂層３３３Ｂの表面に貼り付けられていた保護フィルム３５２（図１６（ｂ）参照）を剥がし、図１２（ａ）のように、一次封止体３０２をモジュールケース３０４内に挿入する。そして、所定の温度条件および加圧条件で図１２（ｂ）の矢印方向に放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを加圧して、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを樹脂層３３３Ｂに接着させる。その後、モジュールケース３０４内に封止樹脂３５１を充填して封止する。
【００５８】
このように、溶射膜３３３Ａと放熱部３０７Ｂとの間に樹脂層３３３Ｂを設けることにより、一次封止体３０２の放熱部３０７Ｂと接触する面（接着面）が平坦化され、一次封止体３０２と放熱部３０７Ｂとの間におけるボイド発生を防止することができる。
【００５９】
なお、溶射膜３３３Ａと放熱部３０７Ｂとの間に設けられた樹脂層３３３Ｂの厚さは、薄いほど熱抵抗が減少し絶縁層３３３の放熱性が向上する。しかし、仮付けした樹脂層３３３Ｂの厚さが薄すぎると、放熱部３０７Ｂ内面の表面粗さを吸収できない。そのため、溶射膜３３３Ａに仮付けした樹脂層３３３Ｂの最小厚さは、放熱部３０７Ｂ内面の最大表面粗さRmaxを吸収できる範囲よりも大きくすることが望ましい。この厚さ調整は、樹脂シート３３３２の厚さを調整することで容易にできる。仮付けされた状態における樹脂層３３３Ｂの最大厚さは、例えば１０〜５０μｍの範囲で調整され、好ましくは１０〜３０μｍの範囲となる。
【００６０】
接着用樹脂層３３３Ｂに混入しているフィラーの体積率は、５〜８０％の範囲とする。ただし、体積率が大きいほど熱伝導率が高くなり放熱性が向上するが、接着強度が劣化するため、好ましくは３０〜６０％の範囲がよい。また、接着面となる放熱部３０７Ｂ側にサンドブラストやディンプルなどの物理的な粗化処理、エッチング、陽極酸化、化成処理などの化学的な粗化処理を施したり、樹脂に対し接着性の高い層とめっきやスパッタやカップリング処理で設けたりすることで相対的に接着強度を向上できる。そのため、樹脂層３３３Ｂに混入させるフィラーの体積率をより増加させることが可能となる。
【００６１】
−第２の実施の形態−
図１８〜２１は、第２の実施の形態を示す図である。図１８はパワーモジュールの断面図である。なお、一次封止体３０２の補助モールド体６００については図示を省略した。第１の実施の形態ではモジュールケース３０４を一体形成していたが、第２の実施の形態では、モジュールケース３０４はケース枠体と一対のケース側面部とで構成されている。ケース枠体は、肉厚のフランジ３０４Ｂと枠部３０４Ｄとから成る。一対のケース側面部３０４Ｃの一方（図示左側）は、フィン３０５が形成された放熱部３０７Ａと、その周囲を囲む薄肉部３０４Ａとから成る。他方のケース側面部３０４Ｃは、フィン３０５が形成された放熱部３０７Ａと、その周囲を囲む薄肉部３０４Ａとから成る。薄肉部３０４Ａをケース枠体に金属接続することにより、モジュールケース３０４が形成されている。
【００６２】
本実施の形態では、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂ側に溶射膜３３３Ａが形成され、導体板３１５，３１８側に樹脂層３３３Ｂが形成されている。溶射膜３３３Ａには樹脂が含浸されている。また、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂで構成される積層体の周囲端部には端部を覆うように樹脂部３３３Ｃが設けられている。
【００６３】
図１９〜２１は、パワーモジュールの組み立て工程を説明する図である。図１９（ａ）に示す工程では、ケース枠体に金属接合する前のケース側面部３０４Ｃを用意し、その放熱部３０７Ｂのケース内周面側に溶射膜３３３Ａを形成する。溶射膜３３３Ａの形成方法は第１の実施の形態の場合と同様である。上述したように、溶射時の被溶射体の温度上昇は１００〜２００℃程度であるため、図１９（ａ）に示すように放熱部３０７Ｂにフィン３０５や薄肉部３０４Ａが形成された状態で溶射処理することができる。なお、薄肉部３０４Ａに溶射膜３３３Ａが形成されないようにマスキング処理が施される。
【００６４】
放熱部３０７Ａ，３０７Ｂにフィン３０５および薄肉部３０４Ａが形成されたケース側面部３０４Ｃは、鋳造や鍛造や機械加工にて作製できる。材質には、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｃｕ−Ｃ、Ｃｕ−ＣｕＯなどの複合材、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、ＡｌＳｉＣ、Ａｌ−Ｃなどの複合材などが用いられる。
【００６５】
次いで、第１の実施の形態の場合と同様に樹脂シート３３３２を溶射膜３３３Ａ上に仮付け（仮固着）して、樹脂層３３３Ｂを形成する（図１９（ｂ））。その後、溶射膜３３３Ａに樹脂を含浸すると共に、その含浸用樹脂により、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周囲端部に樹脂部３３３Ｃを形成する（図１９（ｃ））。図１９（ｃ）までの工程を、放熱部３０７Ａが形成されたケース側面部３０４Ｃと、放熱部３０７Ｂが形成されたケース側面部３０４Ｃとの両方に関して行う。
【００６６】
なお、樹脂層３３３Ｂの形成方法としては、上述した樹脂シート３３３２を用いる方法の他に、液状のフィラーが混入された樹脂を塗布、噴霧、ディップする手法を用いても良い。樹脂層３３３Ｂは溶射膜３３３Ａの範囲よりも狭い範囲に形成されるので、溶射膜範囲の縁の部分にマスキングを施して樹脂層３３３Ｂを形成する。マスキングにより樹脂層３３３Ｂが形成されなかった領域から、溶射膜３３３Ａに対して樹脂を含浸する。また、樹脂シート３３３２を用いる場合と同様に、樹脂層３３３Ｂの表面に保護フィルム３５２を設置することで、含浸作業が容易となる。
【００６７】
その後、図２０に示すように、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａ，樹脂層３３３Ｂおよび樹脂部３３３Ｃがそれぞれ形成された一対のケース側面部３０４Ｃを、フランジ３０４Ｂおよび枠部３０４Ｄから成るケース枠体に金属接合してモジュールケース３０４を形成する。金属接合は、樹脂部３３３Ｃから離れた薄肉部３０４Ａの縁部分をレーザ溶接、摩擦攪拌接合など熱影響領域が小さい手法を用いてなされる。熱影響部が小さい手法を選択することで、樹脂層３３３Ｂや溶射膜に含浸された樹脂や樹脂部３３３Ｃの硬化進行度が維持できる。
【００６８】
次いで、モジュールケース３０４内に一次封止体３０２を挿入するように固定する。そして、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂをケース内側方向に加圧しながら加熱して、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂをの内周面を樹脂層３３３Ｂに接着する。その後、モジュールケース３０４内に封止樹脂３５１を充填することで、図１８に示すパワーモジュールが完成する。
【００６９】
なお、図１９，２０に示した例では、肉厚部である放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを薄肉部３０４Ａよりもケース外側に突出するように形成したが、図２１に示すように、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂを薄肉部３０４Ａよりもケース内側に突出するように構成しても構わない。また、溶射膜３３３Ａを、肉厚部である放熱部３０７Ａ，３０７Ｂと同一面積にしてもよい。
【００７０】
このように、第２の実施の形態では、別々に形成されたモジュールケースをケース枠部とケース側面部３０４Ｃとを、金属接合して一体のモジュールケース３０４を形成する構成としているため、放熱部３０７Ａ，３０７Ｂの内周面側に溶射膜３３３Ａを容易に形成することができる。
【００７１】
導体板３１５，３１８にＣｕやＣｕ合金を用い、モジュールケース３０４にＡｌＳｉＣやＡｌＣなどの複合材を用いる場合、導体板３１５，３１８の方がモジュールケースよりも熱膨張係数が大きくなる。このような場合、絶縁層３３３を構成する部材の熱膨張係数が、導体板３１５側から放熱部３０７Ｂにかけて減少するような構成とすることで、使用中の温度変化で積層体の端部に発生する熱応力を小さくすることができる。そのために、熱膨張係数のより小さな溶射膜３３３Ａを放熱部３０７Ｂに形成し、樹脂を含浸することで含浸樹脂と溶射膜３３３Ａとを合わせた全体の熱膨張係数を放熱部３０７Ｂの熱膨張係数に近づける。一方、樹脂層３３３Ｂに関しては、熱膨張係数の大きな樹脂を選択するとともにフィラーの混入量を調整して、樹脂層３３３Ｂの熱膨張係数を導体板３１５の熱膨張係数に近づけるようにする。
【００７２】
なお、絶縁層３３３を、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａとフィラーが混入された樹脂層３３３Ｂとの積層体とすることで、導体板３１５と放熱部３０７との間の熱伝導性能が向上する点については、第１の実施の形態と同様である。さらに樹脂部３３３Ｃを設けたことで、積層体端部における熱応力の増加を緩和できる点についても第１の実施の形態と同様である。
【００７３】
−第３の実施の形態−
図２２は、第３の実施の形態を説明する図である。上述した第２の実施のように、溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂから成る積層体の周囲端部により弾性係数の低い、あるいは接着力の大きい樹脂部３３３Ｃを設けることにより、応力が端部に集中して端部から剥離が発生、進展していくのを防止するようにした。第３の実施の形態では、この樹脂部３３３Ｃを構成する樹脂の量を多くすることによって、応力集中の緩和効果をより高めた。
【００７４】
図２２に示す例では、含浸用の樹脂（樹脂部３３３Ｃと同じ樹脂）の溢れ出る量が多くなって、フィレット（隙間からはみ出した部分）３３３Ｆを形成している。第１の実施の形態に説明した積層体の形成方法では、溶射膜３３３Ａに含浸する際の樹脂量を多くして積層体の周囲方向に大きく溢れ出させるようにする。以下では、樹脂を積層体の周囲方向に大きく溢れ出させる他の方法について説明する。以下に説明する積層体形成方法では、樹脂層３３３Ｂと放熱部または導体板とを接着する際の加圧を利用して、溢れた樹脂によりフィレット３３３Ｆを形成させるものである。
【００７５】
図２３は、第１の形成方法を説明する図である。図２３（ａ）は放熱部３０７Ｂを一次封止体３０２方向に加圧して樹脂層３３３Ｂに接着する前の状態を示した図である。放熱部３０７Ｂ上には溶射膜３３３Ａが形成されており、その溶射膜３３３Ａ内には樹脂３３３Ｄが含浸されている。ただし、ここでは含浸させるための樹脂３３３Ｄの量を増やすことで、溶射膜３３３Ａの上面側および側面側にも樹脂３３３Ｄが設けられている。
【００７６】
図２３（ａ）に示す段階では、樹脂３３３Ｄは硬化させない状態とする。ここでは、樹脂層３３３Ｂに用いられる樹脂シート３３３２と樹脂３３３Ｄとは異なる樹脂が用いられる。そして、樹脂シート３３３２を熱可塑性樹脂を主成分とした樹脂とし、加熱硬化する部位を有する組成物とする。樹脂３３３Ｄには室温から１５０℃の温度域での粘度が樹脂３３３Ｂよりも低い含浸性に優れる熱硬化性樹脂を選定する。図２３（ａ）の状態にするには、樹脂シート３３３２を半硬化状態で一次封止体３０２に取り付け、その後樹脂３３３Ｄを塗布、噴霧、ディップすることで樹脂３３３Ｄを溶射膜３３３Ａに塗布する手法や、樹脂３３３Ｄを溶射膜３３３Ａに塗布し含浸させ樹脂シート３３３２を半硬化状態で取り付けた一次封止体３０２を搭載してもよい。
【００７７】
図２３（ｂ）に示す工程では、放熱部３０７Ｂを一次封止体３０２方向へ加圧する。その結果、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの間の樹脂３３３Ｄは、溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂの側方（図示左右方向）に押し出され、図２３（ｂ）に示すように溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂから成る積層体の周方向端部に集まる。そして、この状態で樹脂３３３Ｄおよび樹脂層３３３Ｂを硬化させる。樹脂３３３Ｄを周方向端部に排出するためには、加圧する温度において、樹脂シート３３３２の粘度が樹脂層３３３Ｄよりも十分大きい状態（例えば、５０倍以上）で加圧する必要があり、樹脂シート３３３２を熱可塑性樹脂を主成分とした樹脂とし、加熱硬化する部位を有する組成物とする。樹脂３３３Ｄには室温から１５０℃の温度域での粘度が樹脂３３３Ｂよりも低い含浸性に優れる熱硬化性樹脂を選定することで、加圧により排出可能な加熱温度が広く存在するため、生産安定性が向上するという効果が得られる。樹脂３３３Ｄを排出することで溶射膜３３３Ａの凹部に樹脂３３３Ｂに混入するフィラーを設置でき、絶縁層３３３の放熱性を向上できる。図２２に示す例では、樹脂層３３３Ｂにはフィラーが混入され、樹脂３３３Ｄにはフィラーは混入されないが、排出のための粘度が増加しない範囲であれば、樹脂３３３Ｄにフィラーを混入しても良い。圧着温度での樹脂層３３３Ｂの弾性係数が著しく大きい場合は、樹脂３３３Ｄにフィラーを入れることで、溶射膜３３３Ａの凹部にフィラーを設置できる。また、樹脂シート３３３２にガラス転移温度が高い樹脂を用い、樹脂３３３Ｄにガラス転移温度が樹脂シート３３３２よりも低い樹脂を用いると、熱可塑性樹脂同士あるいは熱硬化性樹脂同士を用いても作製が可能である。この場合は、樹脂シート３３３２のガラス転移温度よりも低い温度で樹脂３３３Ｄを加圧し外部に排出する。
【００７８】
図２４は、積層体の他の形成方法を説明する図である。先ず、図２４（ａ）に示すように、放熱部３０７Ｂ上に溶射膜３３３Ａを形成し、溶射膜３３３Ａの上に樹脂シート３３３２を配置する。この樹脂シート３３３２の量は、形成される樹脂層３３３Ｂの量よりも多く設定される。次いで、図２４（ｂ）に示すように、放熱部３０７Ｂを一次封止体３０２方向に加圧して、樹脂シート３３３２を一次封止体３０２に圧着し樹脂層３３３Ｂを形成する。この圧着の際に、樹脂シート３３３２は樹脂層３３３Ｂの厚さまで加圧されるため、樹脂シート３３３２の樹脂成分は溶射膜３３３Ａの空孔３３３０に含浸されるとともに、溶射膜３３３Ａの周囲に溢れ出る。その結果、積層体の周囲に溢れ出た樹脂成分が樹脂部３３３Ｃおよびフィレット３３３Ｆを形成する。
【００７９】
例えば、樹脂シート３３３２はフィラーの混入量が２０vol％であるとする。そして、フィラーの大きさは、溶射膜３３３Ａの表面凹部の大きさよりも小さく、溶射膜３３３Ａ内の空孔３３３０よりも大きく設定されている。樹脂シート３３３２の樹脂成分が溶射膜３３３Ａ内の空孔３３３０に含浸されるとともに、周方向端部に樹脂が流れ出るように加圧し、樹脂層３３３Ｂの樹脂成分が半分に減ったとすると、樹脂層３３３Ｂのフィラー混入率は約４０vol％程度まで増加することになる。なお、樹脂シート３３３２の一部が周方向に流れ出る場合を考えると、樹脂部３３３Ｃやフィレット３３３Ｆにもフィラーが混入されることになる。また、樹脂シートでなく、フィラーを混入させた樹脂を塗布、ディップしても作製可能である。
【００８０】
図２５、２６は変形例を示す図である。図２５に示す変形例では、封止樹脂３４８の外周部の一部あるいは全周に凹部３４８ａや段差３４８ｂを形成し、周方向に溢れ出た樹脂３３３Ｄが凹部３４８ａや段差３４８ｂに入り込むことにより、フィレット３３３Ｆの樹脂量がより大きくなるようにした。その結果、積層体端部における応力緩和を向上させることができる。さらに、単に応力緩和に関与する樹脂の量が増えただけでなく、凹部３４８ａや段差３４８ｂに入り込むことによるアンカー効果により、接着力が大きくなる。
【００８１】
図２６は、モジュールケース側（放熱部３０７Ａ、３０７Ｂ）に凹部３０４ｅや段差３０４ｆを形成した場合を示す。なお、凹部３０４ｅや段差３０４ｆに代えて、放熱部３０７Ａ、３０７Ｂの角部を面取りしてテーパー形状としても良い。図２５、２６に示すように、モジュールケース３０４の挿入口３０６側の封止樹脂３４８や放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに段差を設けた場合、溶射膜３３３Ａの端部における隙間が増加する。そのため、溶射膜３３３Ａと一次封止体３０２または放熱部３０７Ａ，３０７Ｂとを接着した状態で、増加した隙間部分から樹脂の含浸を行うことが容易となる。
【００８２】
−第４の実施の形態−
上述した実施の形態では、ＣＡＮ型のモジュールケース３０４内に一次封止体３０２を挿入して樹脂封止したパワーモジュールについて説明したが、第４の実施の形態では、その他の構造のパワーモジュールについても積層体および樹脂部３３３Ｃ等の構造を適用できることを説明する。
【００８３】
図２７，２８を用いてインバータ部１４０に使用される樹脂封止型の片面冷却パワーモジュール３００の構成を説明する。図２７は、図４の回路を実現する半導体チップと導体板の配置を示している。この配置では、導体板３１８、３２０が同電位となり一枚の導体板で形成できる（以下、導体板３１８と称す）。ＩＧＢＴ３２８，３３０およびダイオード１５６，１６６の表面主電極は、複数の金属ワイヤあるいは金属リボンにより接続され、さらに導体板３１８，３１９に接続される。ワイヤやリボンの材質は、Ａｌ，Ａｌ合金、Ｃｕ，Ｃｕ合金の単体および複合材である。ＩＧＢＴ３２８およびダイオード１５６の裏面電極は、金属接合材１６０により導体板３１５に金属接合される。導体板３１５，３１８と放熱部３０７は、絶縁層３３３を介して接合される。ＩＧＢＴ３３０およびダイオード１６６の裏面電極は、金属接合材１６０により導体板３１８に金属接合される。導体板３１５，３１８，３１９と放熱部３０７は、絶縁層３３３を介して接合される。
【００８４】
図２８（ａ）は、図２７の破線で示した部分の断面図である。半導体チップから発熱した熱が導体板３１５、絶縁層３３３、放熱部３０７を通り効率良く外部に放熱される。ここでは、放熱部３０７側に溶射膜３３３Ａを設け、導体板３１５，３１８，３１９側を樹脂層３３３Ｂで接合した例を示したが、導体板３１５，３１８，３１９側に溶射膜３３３Ａを設け、放熱部３０７に樹脂層３３３Ｂを設けてもよい。
【００８５】
高熱伝導なフィラーを分散した樹脂層３３３Ｂは、絶縁層３３３と当接する導体板３１５，３１８，３１９の底面積よりも大きく、溶射膜３３３Ａの面積よりも小さい面積とし、放熱部３０７に仮付けする。その後、樹脂層３３３Ｂが仮付けされていない溶射膜３３３Ａの余白部を利用して樹脂を含浸する。なお、積層体の周方向端部に樹脂部３３３Ｃが形成されるように樹脂の含浸を行う。含浸後、図２８（ｂ）に示すように、圧着して一体化する。
【００８６】
パワー半導体素子裏面の導体板への接合とワイヤやリボンを用いた表面電極への接合した後に、封止樹脂３４８により封止することで、導体板と放熱部接着時の加圧力による機械的な損傷を防止することができる。また、この例では、放熱部３０７側に溶射膜３３３Ａを形成したが、導体板３１５，３１８，３１９側に溶射膜３３３Ａを形成する場合には、溶射工程での機械的な損傷を防止することができる。
【００８７】
このように、片面冷却パワーモジュール３００においても、導体板と放熱部３０７との間に配置される絶縁層３３３の構成を、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａとフィラーが混入された樹脂層３３３Ｂとの積層体としたことにより、パワー半導体から放熱部３０７への放熱性能の向上を図ることができる。さらに、積層体の周方向端部に樹脂部３３３Ｃを設けたので、積層体端部における応力を緩和することができる。
【００８８】
図２９は、一次封止体３０２を一対の放熱部３０７Ｄで挟持する構成のパワーモジュール３００を示す図である。放熱部３０７Ｄ内には冷媒流路３０７０が形成されていて、ここを冷媒が流れる。放熱部３０７Ｄの片面に樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａが形成され、その溶射膜３３３Ａに積層するように樹脂層３３３Ｂが形成されている。積層体の周方向端部には樹脂部３３３Ｃが設けられている。なお、溶射膜３３３Ａを一次封止体３０２側に形成するようにしても良い。
【００８９】
−第５の実施の形態−
図３０は第５の実施の形態を説明する図であり、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周方向端部を示す拡大図である。ここでは、上述した第３の実施のように、溶射膜３３３Ａおよび樹脂層３３３Ｂから成る積層体の周囲端部により弾性係数の低い、あるいは接着力の大きい樹脂部３３３Ｃを設けることにより、応力が端部に集中して端部から剥離が発生、進展していくのを防止するようにした。第５の実施の形態では、この樹脂部３３３Ｃを構成する樹脂の量を多くすることによって、応力集中の緩和効果をより高めるための放熱部３０７Ｂや一次封止体３０２に形成する溶射膜３３３Ａの厚さについて説明する。
【００９０】
図３０に示す例では、放熱部３０７側に溶射膜３３３Ａを形成した場合を示す。樹脂層３３３Ｂの領域は放熱部３０７の放熱面領域よりも大きく、さらに、溶射膜３３３Ａの領域は樹脂層３３３Ｂの領域よりも大きく設定されている。そのため、溶射膜３３３Ａの縁の部分には樹脂層３３３Ｂが形成されない領域３３３７がある。領域３３３７は、導体板３１５直下にある溶射膜Ａの厚さよりも薄くなっており、応力が大きくなる外周部の樹脂３３３Ｂや樹脂３３３Ｃの厚さを大きくすることができる（図３０は樹脂３３３Ｃの厚さが大きくなる例を示している）。
【００９１】
また、パワーモジュールの絶縁層３３３の放熱性を決定する箇所は、樹脂層３３３Ｂの熱伝導率や厚さ、ならびに樹脂層３３３Ｂ、樹脂含浸した溶射膜３３３Ａの熱伝導率や厚さである。特に、熱伝導率の低い樹脂層３３３Ｂの厚さを薄くした方が放熱性を向上できる。樹脂層３３３Ｂの厚さは、溶射膜３３３Ａが形成された放熱部３０７Ｂや一次封止体３０２の反りや傾きから決まる。これらの値が最も大きくなるのは、積層体の外周部である。
【００９２】
よって、放熱部３０７Ｂの端（図示右側）が図示上側に反り返るように傾いていた場合を考える。溶射膜３３３Ａの厚さが端まで一定の場合、溶射膜３３３Ａが樹脂部３３３Ｃや樹脂層３３３Ｂから露出しないようにすると、樹脂層３３３Ｂの厚さが周辺と中央とで異なることになる。一方、図３０のように、領域３３３７の溶射膜３３３Ａの厚さを樹脂層３３３Ｂと対向する領域の溶射膜３３３Ａの厚さよりも薄くすることで、全体の厚さばらつきを低減することができる。図３０のように溶射膜３３３Ａの外周部を薄くする構成は、溶射ガンの走査範囲を制御したり、走査速度を調整したり、マスクを設置することで容易に作製することができる。
【００９３】
あるいは、図４７に示すように領域３３３７の直下の放熱部３０７Ｂに段差を設け、放熱部３０７Ｂの表面高さ減らすことで、同じ厚さの溶射膜３３３Ａを形成した場合でも、樹脂層３３３Ｃの厚さを増加させることが可能になる。段差の深さｈは、形成する溶射膜膜厚よりも小さくする。また、段差の角度θは、４５°よりも小さい角度にした方が溶射膜３３３Ａと基材（この場合には放熱部３０７Ｂ）との接着力を確保する点で好ましい。図４８は、溶射膜３３３Ａを一次封止体３０２側に形成した場合の段差構造を示したものである。
【００９４】
−第６の実施の形態−
図４９は第６の実施の形態を説明する図であり、樹脂が含浸された溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの積層体の周方向端部を示す拡大図である。ここでは、パワーモジュールの絶縁層３３３の生産性を向上させるための放熱部３０７Ｂや一次封止体３０２に形成する応力緩和層３３３Ｃに対する溢れ防止用の凸部３０７Ｄについて説明する。図４９に示すように３３３Ｃの外周部に枠形状の凸部３０７Ｄを設けることによって、供給樹脂量が大きくなリすぎた場合に、含浸や接着時に溢れ出す樹脂成分が付着することを防止するためのマスクを省略でき生産性が向上する。なお、凸部３０７Ｄは放熱部３０７Ｂと一体に形成しても良いし、別個に形成しても良い。また、溶射膜３３３Ａが一次封止体３０２側に形成される場合には、凸部３０７Ｄは一次封止体３０２側に形成される。
【００９５】
図３１と図３２を用いて本発明に用いられる絶縁層３３３の絶縁性能を説明する。図３１の横軸は放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに溶射膜３３３Ａを形成した際の膜厚であり、縦軸は１００μｍ厚の溶射膜単体の絶縁破壊電圧を１とした場合の規格化絶縁破壊電圧である。図３２の横軸は放熱部３０７Ａ，３０７Ｂに溶射膜３３３Ａを形成した際の膜厚であり、縦軸は１００μｍ厚の溶射膜単体のコロナ放電開始電圧を１とした場合の規格化部分放電開始電圧である。部分放電開始電圧は、部分放電測定システムを用いて、Ａｌ板に溶射膜単体あるいは樹脂を含浸した溶射膜上にＡｌ電極を設けて、交流電圧を０Ｖから引火し、電圧を１００Ｖ/ｓの速度で上昇させ、部分放電が開始する電圧を測定した。ここで、部分電圧開始の閾値は２ｐｃとした。
【００９６】
図３１，３２に示すように、溶射膜単体では膜中に空孔を有しているため絶縁性能に劣るが、樹脂が含浸されることで絶縁破壊電圧とコロナ放電開始電圧が向上する。特に、コロナ放電開始電圧は著しく向上する。このように、樹脂を含浸した溶射膜３３３Ａとフィラーを混入させた樹脂層３３３Ｂとの積層体から成る絶縁層３３３は、溶射膜単体よりも絶縁性能に優れており、それをパワーモジュールに適用する際に、絶縁に必要な厚さを薄くできる。絶縁層３３３の厚さを薄くできることで、絶縁層３３３の熱抵抗が低下し、パワーモジュールの放熱性を向上できる。
【００９７】
（比較例１）
図３３は絶縁層の構成に関する比較例である。ここでは、厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板をアルミナを用いてサンドブラスト処理した後、粒径１０〜３０μｍのアルミナ粒子を出力４０ｋWにてプラズマ溶射して溶射膜を形成した。この時、Ａｌ板に形成する溶射膜の気孔率を抑制し、冷却時の溶射膜の割れを防止するために、溶射されるＡｌ板は１８０℃に予熱した。
【００９８】
比較する絶縁層の構成は、樹脂含浸無しのアルミナ溶射膜単体（比較例Ａ）と、空孔内にエポキシ樹脂を含浸したアルミナ溶射膜（比較例Ｂ）である。作製した溶射膜は気孔率が１０％のもので厚さが１ｍｍである。比較例Ａおよび比較例Ｂに対して、Ａｌ板をエッチングで除去しアルミナ溶射膜単体とした。密度計による密度の測定，レーザフラッシュ法による熱拡散率の測定、示差走査熱量測定による比熱容量の測定をそれぞれ行い、アルミナ溶射膜単体の熱伝導率を算出した。
【００９９】
比較例Ａ，Ｂとは別に、以下のようにして比較例Ｃを作成した。アルミナを用いてサンドブラスト処理した厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板を１８０℃に予熱し、粒径１０〜３０μｍのアルミナ粒子を用いてプラズマ溶射し、１００μｍの溶射膜を形成した。次に、アルミナ溶射膜へのエポキシ樹脂を含浸し、それを厚さ２ｍｍ，１００ｍｍ角のＡｌへ接着した。
【０１００】
一方、比較例Ｄは、厚さ２ｍｍ，１００ｍｍ角のＡｌへの接着を、アルミナフィラーを混合したエポキシ樹脂層を用いて行った点が比較例Ｃと異なり、その他の構成は比較例Ｃと同じである。ここで，比較例Ｄでは，アルミナ溶射膜の凹部にフィラーが入らないように，フィラー粒径を溶射膜の凹凸よりも大きくして作製した。
【０１０１】
なお、比較例Ｃ，Ｄのいずれの場合も、接着樹脂の厚さが２５μｍとなるように、スペーサを挿入して接着を行った。接着後に，超音波探傷にて樹脂接着層にボイドや未接合部がない１０ｍｍ角の領域を選定し、その領域を切り出して熱抵抗を測定した。また、実際のＡｌ板、絶縁層内の溶射膜、接着樹脂層の厚さは，測定後に絶縁層に対し垂直方向に切り出した断面を走査型電子顕微鏡で観察し，測長して確認した。これにより接合体全体の熱抵抗値から絶縁層自体の熱伝導率を算出した。図３３の縦軸は、樹脂含浸無しの溶射膜単体の熱伝導率（Ｗ/ｍ・Ｋ）を１と規格化した熱伝導率であり、溶射膜の気孔率は１０％である。
【０１０２】
図３４を参照して、本実施の形態の絶縁層３３３の放熱特性を説明する。上述した比較例の場合と同様に、厚さ２ｍｍの１５０ｍｍ角のＡｌ板をアルミナを用いてサンドブラスト処理した後、粒径１０〜３０μｍのアルミナ粒子をプラズマ溶射し１００μｍの溶射膜を形成した。その後、アルミナフィラー４０vol%を混入した３０μｍ厚のエポキシ樹脂シートを１１０℃、加圧２ＭＰａ、１分で仮付けした。その後、減圧下でエポキシ樹脂をアルミナ溶射膜中に含浸させた。次に、スペーサを挿入して厚さ２ｍｍ，１００ｍｍ角のＡｌ板を接着した。なお、フィラーの粒径を１〜５μｍとして溶射膜の凹部にもフィラーが配置できるようにした。さらに、接着時に加圧し樹脂層厚が２５μmとなるようにした。接着後に，超音波探傷にて樹脂接着層にボイドや未接合部がない１０ｍｍ角の領域を選定し、その領域を切り出して熱抵抗を測定した。また，実際のＡｌ板、絶縁層内の溶射膜、接着樹脂層の厚さは、測定後に絶縁層に対し垂直方向に切り出した断面を走査型電子顕微鏡で観察し、測長して確認した。これにより接合体全体の熱抵抗値から絶縁層自体の熱伝導率を算出した。
【０１０３】
図４４に示すように、比較例Ａ、Ｂを比べると，溶射膜単体に樹脂を含浸することで５倍以上熱伝導率が向上することがわかった。これは，溶射膜孔内に存在する空気よりも含浸したエポキシ樹脂の方が，熱伝導率が大きいためである。しかし，比較例Ｃに示すように，フィラーがない樹脂層が層状に複合化されると、絶縁層の熱伝導率が大きく低下することがわかる。さらに，比較例Ｄに示すように、溶射膜凹部にもフィラーを設置しないと樹脂濃縮層が島状に形成しても熱伝導率が低下することがわかった。このように、樹脂含浸した溶射膜を接合する際には接着する樹脂領域を減少することが重要となる。
【０１０４】
これに対し、溶射膜凹部にフィラーを配置した場合は、樹脂領域を減少することができ比較例Ｃ、Ｄを上回る熱伝導率を発現することがわかった。なお、比較しやすいように樹脂層３３３Ｂの厚さを２５μｍとしたが、スペーサを挿入しないで接合することで混入する最大フィラー径近くまで薄くすることが可能である。また、溶射膜の組成として、アルミナよりも熱伝導率が高い窒化アルミなどを溶射原料粉末に混合すれば、樹脂含浸後の溶射膜の熱伝導率をより高めることができる。同様に、樹脂接着層に混在するフィラーについても、アルミナよりも熱伝導率が高いセラミックスを用いれば絶縁層３３３の熱伝導率を向上させることが可能となる。
【０１０５】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明は上記実施形態の構成に何ら限定されるものではない。例えば、樹脂層３３３Ｂの代わりに高熱伝導なグリスを用いてもよいし、接着性のない弾性シートを用いてもよい。溶射膜３３３Ａに樹脂を含浸させる代わりに、ガラスを含浸させるようにしてもよい。また、以上の説明で用いた弾性係数とは、硬化後のヤング率のことを意味しており、動的粘弾性試験にて周波数１０Ｈｚ、昇温速度が３℃/minで測定した貯蔵弾性率のことである。接着力は、ＪＩＳＫ６８５０で測定した値である。樹脂の硬化度は、示差走査熱量測定(Differential Scanning Calorimetry)にて、未反応の樹脂を加熱した際に検出した熱量の面積を基準とし、面積比で規定する。なお、測定の加熱速度は１０℃/minとする。樹脂の粘度は、パラレルプレート型粘度計を用いて、ずり速度１０ｓ−１で測定した値とする。樹脂のガラス転移温度は、動的粘弾性試験にて周波数１０Ｈｚ、昇温速度が３℃/minで測定した際のtanδのピーク温度とする。ここで、tanδは損失正接（＝（損失弾性率）／（貯蔵弾性率））である。
【０１０６】
上述したパワーモジュールは、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される電力変換装置、電車や船舶、航空機などの電力変換装置、さらに工場の設備を駆動する電動機の制御装置として用いられる産業用電力変換装置、或いは家庭の太陽光発電システムや家庭の電化製品を駆動する電動機の制御装置に用いられたりする家庭用電力変換装置に適用可能である。以下では、図３５〜４６を用いてハイブリッド自動車の電力変換装置に適用した場合を例に説明する。
【０１０７】
図３５は、ハイブリッド自動車の制御ブロックを示す図である。図３５において、ハイブリッド電気自動車（以下、「ＨＥＶ」と記述する）１１０は１つの電動車両であり、２つの車両駆動用システムを備えている。その１つは、内燃機関であるエンジン１２０を動力源としたエンジンシステムである。エンジンシステムは、主としてＨＥＶの駆動源として用いられる。もう１つは、モータジェネレータ１９２，１９４を動力源とした車載電機システムである。車載電機システムは、主としてＨＥＶの駆動源及びＨＥＶの電力発生源として用いられる。モータジェネレータ１９２，１９４は例えば同期機あるいは誘導機であり、運転方法によりモータとしても発電機としても動作するので、ここではモータジェネレータと記す。
【０１０８】
車体のフロント部には前輪車軸１１４が回転可能に軸支され、前輪車軸１１４の両端には１対の前輪１１２が設けられている。車体のリア部には後輪車軸が回転可能に軸支され、後輪車軸の両端には１対の後輪が設けられている（図示省略）。本実施形態のＨＥＶでは、いわゆる前輪駆動方式を採用しているが、この逆、すなわち後輪駆動方式を採用しても構わない。前輪車軸１１４の中央部には前輪側デファレンシャルギア（以下、「前輪側ＤＥＦ」と記述する）１１６が設けられている。前輪側ＤＥＦ１１６の入力側にはトランスミッション１１８の出力軸が機械的に接続されている。トランスミッション１１８の入力側にはモータジェネレータ１９２の出力側が機械的に接続されている。モータジェネレータ１９２の入力側には動力分配機構１２２を介してエンジン１２０の出力側及びモータジェネレータ１９４の出力側が機械的に接続されている。
【０１０９】
インバータ部１４０，１４２は、直流コネクタ１３８を介してバッテリ１３６と電気的に接続される。バッテリ１３６とインバータ部１４０，１４２との相互において電力の授受が可能である。本実施形態では、モータジェネレータ１９２及びインバータ部１４０からなる第１電動発電ユニットと、モータジェネレータ１９４及びインバータ部１４２からなる第２電動発電ユニットとの２つを備え、運転状態に応じてそれらを使い分けている。なお、本実施形態では、バッテリ１３６の電力によって第１電動発電ユニットを電動ユニットとして作動させることにより、モータジェネレータ１９２の動力のみによって車両の駆動ができる。さらに、本実施形態では、第１電動発電ユニット又は第２電動発電ユニットを発電ユニットとしてエンジン１２０の動力或いは車輪からの動力によって作動させて発電させることにより、バッテリ１３６の充電ができる。
【０１１０】
バッテリ１３６はさらに補機用のモータ１９５を駆動するための電源としても使用される。補機としては例えば、エアコンディショナーのコンプレッサを駆動するモータ、あるいは制御用の油圧ポンプを駆動するモータである。バッテリ１３６からインバータ部４３に直流電力が供給され、インバータ部４３で交流の電力に変換されてモータ１９５に供給される。インバータ部４３は、インバータ部１４０や１４２と同様の機能を持ち、モータ１９５に供給する交流の位相や周波数、電力を制御する。モータ１９５の容量がモータジェネレータ１９２や１９４の容量より小さいので、インバータ部４３の最大変換電力がインバータ部１４０や１４２より小さいが、インバータ部４３の回路構成は基本的にインバータ部１４０や１４２の回路構成と同じである。なお、電力変換装置２００は、インバータ部１４０、インバータ部１４２、インバータ部４３に供給される直流電流を平滑化するためのコンデンサモジュール５００を備えている。
【０１１１】
図３６を用いてインバータ部１４０やインバータ部１４２あるいはインバータ部４３の電気回路構成を説明する。なお、図３６では、代表例としてインバータ部１４０の説明を行う。
【０１１２】
インバータ回路１４４は、上アームとして動作するＩＧＢＴ３２８及びダイオード１５６と、下アームとして動作するＩＧＢＴ３３０及びダイオード１６６と、からなる上下アーム直列回路１５０をモータジェネレータ１９２の電機子巻線の各相巻線に対応して３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）分を設けている。それぞれの上下アーム直列回路１５０は、その中点部分（中間電極３２９）から交流端子１５９及び交流コネクタ１８８を通してモータジェネレータ１９２への交流電力線（交流バスバー）１８６と接続する。
【０１１３】
上アームのＩＧＢＴ３２８のコレクタ電極１５３は正極端子（Ｐ端子）１６７を介してコンデンサモジュール５００の正極側のコンデンサの電極に、下アームのＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極は負極端子（Ｎ端子）１６８を介してコンデンサモジュール５００の負極側にコンデンサ電極にそれぞれ電気的に接続されている。
【０１１４】
制御部１７０は、インバータ回路１４４を駆動制御するドライバ回路１７４と、ドライバ回路１７４へ信号線１７６を介して制御信号を供給する制御回路１７２と、を有している。ＩＧＢＴ３２８やＩＧＢＴ３３０は、制御部１７０から出力された駆動信号を受けて動作し、バッテリ１３６から供給された直流電力を三相交流電力に変換する。この変換された電力は、モータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される。
【０１１５】
ＩＧＢＴ３２８は、コレクタ電極１５３と、信号用エミッタ電極１５１と、ゲート電極１５４を備えている。また、ＩＧＢＴ３３０は、コレクタ電極１６３と、信号用のエミッタ電極１６５と、ゲート電極１６４を備えている。ダイオード１５６が、ＩＧＢＴ３２８と電気的に並列に接続されている。また、ダイオード１５８が、ＩＧＢＴ３３０と電気的に並列に接続されている。スイッチング用パワー半導体素子としてはＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよいが、この場合はダイオード１５６やダイオード１５８は不要となる。コンデンサモジュール５００は、正極側コンデンサ端子５０６と負極側コンデンサ端子５０４と直流コネクタ１３８を介して電気的に接続されている。なお、インバータ部１４０は、直流正極端子３１４を介して正極側コンデンサ端子５０６と接続され、かつ直流負極端子３１６を介して負極側コンデンサ端子５０４と接続される。
【０１１６】
制御回路１７２は、ＩＧＢＴ３２８及びＩＧＢＴ３３０のスイッチングタイミングを演算処理するためのマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と記述する）を備えている。マイコンには入力情報として、モータジェネレータ１９２に対して要求される目標トルク値、上下アーム直列回路１５０からモータジェネレータ１９２の電機子巻線に供給される電流値、及びモータジェネレータ１９２の回転子の磁極位置が入力されている。目標トルク値は、不図示の上位の制御装置から出力された指令信号に基づくものである。電流値は、電流センサ１８０から信号線１８２を介して出力された検出信号に基づいて検出されたものである。磁極位置は、モータジェネレータ１９２に設けられた回転磁極センサ（不図示）から出力された検出信号に基づいて検出されたものである。本実施形態では３相の電流値を検出する場合を例に挙げて説明するが、２相分の電流値を検出するようにしても構わない。
【０１１７】
制御回路１７２内のマイコンは、目標トルク値に基づいてモータジェネレータ１９２のｄ，ｑ軸の電流指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電流指令値と、検出されたｄ，ｑ軸の電流値との差分に基づいてｄ，ｑ軸の電圧指令値を演算し、この演算されたｄ，ｑ軸の電圧指令値を、検出された磁極位置に基づいてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に変換する。そして、マイコンは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値に基づく基本波（正弦波）と搬送波（三角波）との比較に基づいてパルス状の変調波を生成し、この生成された変調波をＰＷＭ（パルス幅変調）信号として、信号線１７６を介してドライバ回路１７４に出力する。
【０１１８】
ドライバ回路１７４は、下アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号を増幅したドライブ信号を、対応する下アームのＩＧＢＴ３３０のゲート電極に出力する。また、ドライバ回路１７４は、上アームを駆動する場合、ＰＷＭ信号の基準電位のレベルを上アームの基準電位のレベルにシフトしてからＰＷＭ信号を増幅し、これをドライブ信号として、対応する上アームのＩＧＢＴ３２８のゲート電極にそれぞれ出力する。
【０１１９】
また、制御部１７０は、異常検知（過電流、過電圧、過温度など）を行い、上下アーム直列回路１５０を保護している。このため、制御部１７０にはセンシング情報が入力されている。例えば各アームの信号用エミッタ電極１５１及び信号用エミッタ電極１６５からは各ＩＧＢＴ３２８とＩＧＢＴ３３０のエミッタ電極に流れる電流の情報が、対応する駆動部（ＩＣ）に入力されている。これにより、各駆動部（ＩＣ）は過電流検知を行い、過電流が検知された場合には対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させ、対応するＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０を過電流から保護する。上下アーム直列回路１５０に設けられた温度センサ（不図示）からは上下アーム直列回路１５０の温度の情報がマイコンに入力されている。また、マイコンには上下アーム直列回路１５０の直流正極側の電圧の情報が入力されている。マイコンは、それらの情報に基づいて過温度検知及び過電圧検知を行い、過温度或いは過電圧が検知された場合には全てのＩＧＢＴ３２８，ＩＧＢＴ３３０のスイッチング動作を停止させる。
【０１２０】
なお、図３６におけるゲート電極１５４および信号用エミッタ電極１５５は図１の信号端子３２５Ｕに対応し、ゲート電極１６４およびエミッタ電極１６５は図１の信号端子３２５Ｌに対応する。また、正極端子１５７は図１の直流正極端子３１５Ｂと同一のものであり、負極端子１５８は図１の直流負極端子３１９Ｂと同一のものである。また、交流端子１５９は、図１の交流端子３２０Ｂと同じものである。
【０１２１】
図３７は、電力変換装置２００の設置場所を説明するための分解斜視図を示す。電力変換装置２００は、トランスミッション１１８を収納するためのＡｌまたはＡｌ合金製の筐体１１９に固定される。電力変換装置２００は、底面及び上面の形状を略長方形としたことで、車両への取り付けが容易となり、また生産し易いという効果がある。冷却ジャケット１２は、後述するパワーモジュール３００及びコンデンサモジュール５００を保持するとともに、冷却媒体によって冷却する。また、冷却ジャケット１２は、筐体１１９に固定され、かつ筐体１１９との対向面に入口配管１３と出口配管１４が形成されている。入口配管１３と出口配管１４が筐体１１９に形成された配管と接続されることにより、トランスミッション１１８を冷却するための冷却媒体が、冷却ジャケット１２に流入及び流出する。
【０１２２】
ケース１０は、電力変換装置２００を覆って、かつ筐体１１９側に固定される。ケース１０の底は、制御回路１７２を実装した制御回路基板２０と対向するように構成される。またケース１０は、ケース１０の底から外部に繋がる第１開口２０２と第２開口２０４を、ケース１０の底面に形成する。コネクタ２１は、制御回路基板２０に接続されており、外部からの各種信号を当該制御回路基板２０に伝送する。バッテリ負極側接続端子部５１０とバッテリ正極側接続端子部５１２は、バッテリ１３６とコンデンサモジュール５００とを電気的に接続する。
【０１２３】
コネクタ２１とバッテリ負極側接続端子部５１０とバッテリ正極側接続端子部５１２は、ケース１０の底面に向かって延ばされ、コネクタ２１は第１開口２０２から突出し、かつバッテリ負極側接続端子部５１０及びバッテリ正極側接続端子部５１２は第２開口２０４から突出する。ケース１０には、その内壁の第１開口２０２及び第２開口２０４の周りにシール部材（不図示）が設けられる。
【０１２４】
コネクタ２１等の端子の勘合面の向きは、車種により種々の方向となるが、特に小型車両に搭載しようとした場合、エンジンルーム内の大きさの制約や組立性の観点から勘合面を上向きにして出すことが好ましい。特に、本実施形態のように、電力変換装置２００が、トランスミッション１１８の上方に配置される場合には、トランスミッション１１８の配置側とは反対側に向かって突出させることにより、作業性が向上する。また、コネクタ２１は外部の雰囲気からシールする必要があるが、コネクタ２１に対してケース１０を上方向から組付ける構成となることで、ケース１０が筐体１１９に組付けられたときに、ケース１０と接触するシール部材がコネクタ２１を押し付けることができ、気密性が向上する。
【０１２５】
図３８は、電力変換装置２００の分解斜視図である。冷却ジャケット１２には、流路１９が設けられ、該流路１９の上面には、開口部４００a〜４００ｃが冷媒の流れ方向４１８に沿って形成され、かつ開口部４０２a〜４０２ｃが冷媒の流れ方向４２２に沿って形成される。開口部４００ａ〜４００ｃがパワーモジュール３００ａ〜３００ｃによって塞がれるように、かつ開口部４０２ａ〜４０２ｃがパワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃによって塞がれる。
【０１２６】
また、冷却ジャケット１２には、コンデンサモジュール５００を収納するための収納空間４０５が形成される。コンデンサモジュール５００は、収納空間４０５に収納されることにより、流路１９内に流れる冷媒によって冷却されることになる。コンデンサモジュール５００は、冷媒の流れ方向４１８を形成するための流路１９と、冷媒の流れ方向４２２を形成するための流路１９に挟まれるため、効率良く冷却することができる。
【０１２７】
冷却ジャケット１２には、入口配管１３と出口配管１４と対向する位置に突出部４０７が形成される。突出部４０７は、冷却ジャケット１２と一体に形成される。補機用パワーモジュール３５０は、突出部４０７に固定され、流路１９内に流れる冷媒によって冷やされることになる。補機用パワーモジュール３５０の側部には、バスバーモジュール８００が配置される。バスバーモジュール８００は、交流バスバー１８６や電流センサ１８０等により構成される。
【０１２８】
このように冷却ジャケット１２の中央部にコンデンサモジュール５００の収納空間４０５を設け、その収納空間４０５を挟むように流路１９を設け、それぞれの流路１９に車両駆動用のパワーモジュール３００a〜３００ｃ及びパワーモジュール３０１a〜３０１ｃを配置し、さらに冷却ジャケット１２の上面に補機用パワーモジュール３５０を配置することで、小さい空間で効率良く冷却でき、電力変換装置全体の小型化が可能となる。また冷却ジャケット１２の流路１９の主構造を冷却ジャケット１２と一体にＡｌまたはＡｌ合金材の鋳造で作ることにより、流路１９は冷却効果に加え機械的強度を強くする効果がある。またＡｌ鋳造で作ることで冷却ジャケット１２と流路１９とが一体構造となり、熱伝達が良くなり冷却効率が向上する。
【０１２９】
なお、パワーモジュール３００a〜３００ｃとパワーモジュール３０１a〜３０１ｃを流路１９に固定することで流路１９を完成させ、水路の水漏れ試験を行う。水漏れ試験に合格した場合に、次にコンデンサモジュール５００や補機用パワーモジュール３５０や基板を取り付ける作業を行うことができる。このように、電力変換装置２００の底部に冷却ジャケット１２を配置し、次にコンデンサモジュール５００、補機用パワーモジュール３５０、バスバーモジュール８００、基板等の必要な部品を固定する作業を上から順次行えるように構成されており、生産性と信頼性が向上する。
【０１３０】
ドライバ回路基板２２は、補機用パワーモジュール３５０及びバスバーモジュール８００の上方に配置される。また、ドライバ回路基板２２と制御回路基板２０の間には金属ベース板１１が配置される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２及び制御回路基板２０に搭載される回路群の電磁シールドの機能を奏すると共にドライバ回路基板２２と制御回路基板２０とが発生する熱を逃がし、冷却する作用を有している。
【０１３１】
図３９は、流路１９を有する冷却ジャケット１２の下面図である。冷却ジャケット１２と当該冷却ジャケット１２の内部に設けられた流路１９は、一体に鋳造されている。冷却ジャケット１２に下面には、１つに繋がった開口部４０４が形成されている。開口部４０４は、中央部に開口を有する下カバー４２０によって塞がれる。下カバー４２０と冷却ジャケット１２の間には、シール部材４０９a及びシール部材４０９ｂが設けられ気密性を保っている。
【０１３２】
下カバー４２０には、一方の端辺の近傍であって当該端辺に沿って、入口配管１３を挿入するための入口孔４０１と、出口配管１４を挿入するための出口孔４０３が形成される。また下カバー４２０には、トランスミッション１１８の配置方向に向かって突出する凸部４０６が形成される。凸部４０６は、パワーモジュール３００a〜３００ｃ及びパワーモジュール３０１a〜３０１ｃ毎に設けられる。
【０１３３】
冷媒は、流れ方向４１７のように、入口孔４０１を通って、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第１流路部１９aに向かって流れる。そして冷媒は、流れ方向４１８のように、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って形成された第２流路部１９ｂを流れる。また冷媒は、流れ方向４２１のように、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第３流路部１９ｃを流れる。第３流路部１９ｃは折り返し流路を形成する。また、冷媒は、流れ方向４２２のように、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って形成された第４流路部１９ｄを流れる。第４流路部１９ｄは、コンデンサモジュール５００を挟んで第２流路部１９ｂと対向する位置に設けられる。さらに、冷媒は、流れ方向４２３のように、冷却ジャケット１２の短手方向の辺に沿って形成された第５流路部１９ｅ及び出口孔４０３を通って出口配管１４に流出する。
【０１３４】
第１流路部１９a、第２流路部１９ｂ、第３流路部１９ｃ、第４流路部１９ｄ及び第５流路部１９ｅは、いずれも幅方向より深さ方向が大きく形成される。パワーモジュール３００a〜３００ｃが、冷却ジャケット１２の上面側に形成された開口部４００a〜４００ｃから挿入され（図４参照）、第２流路部１９ｂ内の収納空間に収納される。なお、パワーモジュール３００aの収納空間とパワーモジュール３００ｂの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ａが形成される。同様に、パワーモジュール３００ｂの収納空間とパワーモジュール３００ｃの収納空間との間には、冷媒の流れを澱ませないための中間部材４０８ｂが形成される。中間部材４０８ａ及び中間部材４０８ｂは、その主面が冷媒の流れ方向に沿うように形成される。第４流路部１９ｄも第２流路部１９ｂと同様にパワーモジュール３０１ａ〜３０１ｃの収納空間及び中間部材を形成する。また、冷却ジャケット１２は、開口部４０４と開口部４００a〜４００ｃ及び４０２a〜４０２ｃとが対向するように形成されているので、アルミ鋳造により製造し易い構成になっている。
【０１３５】
下カバー４２０には、筐体１１９と当接し、電力変換装置２００を支持するための支持部４１０a及び支持部４１０ｂが設けられる。支持部４１０aは下カバー４２０の一方の端辺に近づけて設けられ、支持部４１０ｂは下カバー４２０の他方の端辺に近づけて設けられる。これにより、電力変換装置２００を、トランスミッション１１８やモータジェネレータ１９２の円柱形状に合わせて形成された筐体１１９の側壁に強固に固定することができる。
【０１３６】
また、支持部４１０ｂは、抵抗器４５０を支持するように構成されている。この抵抗器４５０は、乗員保護やメンテナンス時における安全面に配慮して、コンデンサセルに帯電した電荷を放電するためのものである。抵抗器４５０は、高電圧の電気を継続的に放電できるように構成されているが、万が一抵抗器もしくは放電機構に何らかの異常があった場合でも、車両に対するダメージを最小限にするように配慮した構成とする必要がある。つまり、抵抗器４５０がパワーモジュールやコンデンサモジュールやドライバ回路基板等の周辺に配置されている場合、万が一抵抗器４５０が発熱、発火等の不具合を発生した場合に主要部品近傍で延焼する可能性が考えられる。
【０１３７】
そこで、パワーモジュール３００a〜３００ｃやパワーモジュール３０１a〜３０１ｃやコンデンサモジュール５００は、冷却ジャケット１２を挟んで、トランスミッション１１８を収納した筐体１１９とは反対側に配置され、かつ抵抗器４５０は、冷却ジャケット１２と筐体１１９との間の空間に配置される。これにより、抵抗器４５０が金属で形成された冷却ジャケット１２及び筐体１１９で囲まれた閉空間に配置されることになる。なお、コンデンサモジュール５００内のコンデンサセルに貯まった電荷は、図３８に示されたドライバ回路基板２２に搭載されたスイッチング手段のスイッチング動作によって、冷却ジャケット１２の側部を通る配線を介して抵抗器４５０に放電制御される。本実施形態では、スイッチング手段によって高速に放電するように制御される。放電を制御するドライバ回路基板２２と抵抗器４５０の間に、冷却ジャケット１２が設けられているので、ドライバ回路基板２２を抵抗器４５０から保護することができる。また、抵抗器４５０は下カバー４２０に固定されているので、流路１９と熱的に非常に近い位置に設けられているので、抵抗器４５０の異常な発熱を抑制することができる。
【０１３８】
図４０は、コンデンサモジュール５００の分解斜視図である。積層導体板５０１は、薄板状の幅広導体で形成された負極導体板５０５及び正極導体板５０７、さらに負極導体板５０５と正極導体板５０７に挟まれた絶縁シート５１７により構成されているので、低インダクタンス化が図られている。積層導体板５０１は、略長方形形状を成す。バッテリ負極側端子５０８及びバッテリ負極側端子５０９は、積層導体板５０１の短手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。
【０１３９】
コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃは、積層導体板５０１の長手方向の一方の辺から立ち上げられた状態で形成される。また、コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、積層導体板５０１の長手方向の他方の辺から立ち上げられた状態で形成される。なお、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｆは、積層導体板５０１の主面を横切る方向に立ち上げられている。コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃは、パワーモジュール３００a〜３００ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆは、パワーモジュール３０１a〜３０１ｃとそれぞれ接続される。コンデンサ端子５０３aを構成する負極側コンデンサ端子５０４aと正極側コンデンサ端子５０６aとの間には、絶縁シート５１７の一部が設けられ、絶縁が確保されている。他のコンデンサ端子５０３ｂ〜５０３ｆも同様である。なお、本実施形態では、負極導体板５０５、正極導体板５０７、バッテリ負極側端子５０８、バッテリ負極側端子５０９、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｆは、一体に成形された金属製板で構成され、インダクタンス低減及び生産性の向上を図っている。
【０１４０】
コンデンサセル５１４は、積層導体板５０１の下方に複数個設けられる。本実施形態では、８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べられ、かつさらに別の８つのコンデンサセル５１４が積層導体板５０１の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べられ、合計１６個のコンデンサセルが設けられる。積層導体板５０１の長手方向のそれぞれの辺に沿って並べられたコンデンサセル５１４は、図４０に示される破線部AAを境に対称に並べられる。これにより、コンデンサセル５１４によって平滑化された直流電流をパワーモジュール３００a〜３００ｃ及びパワーモジュール３０１a〜３０１ｃに供給する場合に、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化され、積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができる。また、電流が積層導体板５０１にて局所的に流れることを防止できるので、熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
【０１４１】
また、バッテリ負極側端子５０８とバッテリ負極側端子５０９も、図４０に示される点線AAを境にて対称に並べられる。同様に、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｃとコンデンサ端子５０３ｄ〜５０３ｆとの間の電流バランスが均一化されて積層導体板５０１のインダクタンス低減を図ることができ、かつ熱バランスが均一化されて耐熱性も向上させることができる。
【０１４２】
本実施形態のコンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にＡｌなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、Ｓｎなどの導電体を吹き付けて製造される。セル端子５１６及びセル端子５１８は、正極電極及び負極電極に接続され、かつ積層導体板５０１の開口部を通ってコンデンサセル５１４配置側とは反対側まで延ばされ、正極導体板５０７及び負極導体板５０５とはんだあるいは溶接により接続される。
【０１４３】
本実施形態のコンデンサセル５１４は、コンデンサモジュール５００の蓄電部の単位構造体であり、片面にＡｌなどの金属を蒸着したフィルムを２枚積層し巻回して、２枚の金属の各々を正極、負極としたフィルムコンデンサを用いる。コンデンサセル５１４の電極は、巻回した軸面がそれぞれ、正極、負極電極となり、Ｓｎなどの導電体を吹き付けて製造される。セル端子５１６及びセル端子５１８は、正極電極及び負極電極に接続され、かつ積層導体板５０１の開口部を通ってコンデンサセル５１４配置側とは反対側まで延ばされ、正極導体板５０７及び負極導体板５０５とはんだあるいは溶接により接続される。
【０１４４】
収納部５１１の底面部５１３は、円筒形のコンデンサセル５１４の表面形状に合わせるように、なめらかな凹凸形状若しくは波形形状を成している。これにより、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４が接続されたモジュールをコンデンサケース５０２に位置決めさることが容易になる。また、積層導体板５０１とコンデンサセル５１４がコンデンサケース５０２に収納された後に、コンデンサ端子５０３a〜５０３ｆとバッテリ負極側端子５０８及びバッテリ負極側端子５０９を除いて、積層導体板５０１が覆われるようにコンデンサケース５０２内に充填材（図示せず）が充填される。底面部５１３がコンデンサセル５１４の形状に合わせて波形形状となっていることにより、充填材がコンデンサケース５０２内に充填される際に、コンデンサセル５１４が所定位置からずれることを防止できる。
【０１４５】
また、コンデンサセル５１４は、スイッチング時のリップル電流により、内部のフィルム上に蒸着された金属薄膜、内部導体の電気抵抗により発熱する。そこで、コンデンサセル５１４の熱をコンデンサケース５０２に逃がし易くするために、コンデンサセル５１４を充填材でモールドする。さらに樹脂製の充填材を用いることにより、コンデンサセル５１４の耐湿も向上させることができる。
【０１４６】
さらに、本実施形態では、コンデンサモジュール５００は、収納部５１１の長手方向の辺を形成する側壁が流路１９に挟まれように配置されているので、コンデンサモジュール５００を効率良く冷やすことができる。また、コンデンサセル５１４は、当該コンデンサセル５１４の電極面の一方が収納部５１１の長手方向の辺を形成する内壁と対向するように配置されている。これにより、フィルムの巻回軸の方向に熱が伝達し易いので、熱がコンデンサセル５１４の電極面を介してコンデンサケース５０２に逃げやすくなっている。
【０１４７】
図４１（ａ）は、冷却ジャケット１２にパワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュールを組み付けた外観斜視図である。図４１（ｂ）は、図４１（ａ）の破線囲み部の拡大図である。
【０１４８】
図４１（ｂ）に示されるように、直流負極端子３１５B、直流正極端子３１９ｂ、交流端子３２１及び第２封止部６０１ｂは、コンデンサケース５０２の貫通孔５１９を通って、フランジ５１５ａの上方まで延びている。直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂの電流経路の面積は、積層導体板５０１の電流経路の面積より非常に小さい。そのため、電流が積層導体板５０１から直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂに流れる際には、電流経路の面積が大きく変化することになる。つまり、電流が直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂに集中することになる。また、直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂが積層導体板５０１を横切る方向に突出する場合、言い換えると、直流負極端子３１７ｂ及び直流正極端子３１９ｂが積層導体板５０１とねじれの関係にある場合、新たな接続用導体が必要になり生産性低下やコスト増大の問題が生じる。
【０１４９】
そこで、負極側コンデンサ端子５０４ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部５４０と、当該立ち上がり部５４０と接続されかつU字状に屈曲した折返し部５４１と、当該折返し部５４１と接続されかつ立ち上がり部５４０とは反対側の面が直流負極端子３１９ｂの主面と対向する接続部５４２とにより構成される。また、正極側コンデンサ端子５０６ａは、積層導体板５０１から立ち上がっている立ち上がり部５４３と、折返し部５４４と、当該折返し部５４４と接続されかつ立ち上がり部５４３とは反対側の面が直流負極端子３１７ｂの主面と対向する接続部５４５と、により構成される。特に、折返し部５４４は、立ち上がり部５４３と略直角に接続されかつ負極側コンデンサ端子５０４ａと直流負極端子３１７ｂと直流正極端子３１９ｂの側部を跨ぐように構成される。さらに、立ち上がり部５４０の主面と立ち上がり部５４３の主面は絶縁シート５１７を介して対向する。同様に、折返し部５４１の主面と折返し部５４４の主面は絶縁シート５１７を介して対向する。
【０１５０】
これにより、コンデンサ端子５０３ａが接続部５４２の直前まで絶縁シート５１７を介した積層構造を成すため、電流が集中する当該コンデンサ端子５０３ａの配線インダクタンスを低減することができる。また、折返し部５４４が負極側コンデンサ端子５０４aと直流負極端子３１７ｂと直流正極端子３１９ｂの側部を跨ぐように構成される。さらに、直流正極端子３１９ｂの先端と接続部５４２の側辺とは溶接により接続され、同様に直流負極端子３１７ｂの先端と接続部５４５の側辺とは溶接により接続される。
【０１５１】
これにより、直流正極端子３１９ｂ及び直流負極端子３１７ｂの溶接接続するための作業方向と折返し部５４４とが干渉することがなくなるので、低インダクタンスを図りながら生産性を向上させることができる。
【０１５２】
また、交流端子３２１の先端は交流バスバー８０２ａの先端とは溶接により接続される。溶接をするための生産設備において、溶接機械を溶接対象に対して複数方向に可動出来るように作ることは、生産設備を複雑化させることにつながり生産性及びコスト的な観点から好ましくない。そこで、本実施形態では、交流端子３２１の溶接箇所と直流正極端子３１９ｂの溶接箇所は、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、溶接機械を一方向に可動する間に、複数の溶接を行うことができ、生産性が向上する。
【０１５３】
さらに、図３８及び図４１（ａ）に示されるように、複数のパワーモジュール３００ａ〜３００ｃは、冷却ジャケット１２の長手方向の辺に沿って一直線状に配置される。これにより、複数のパワーモジュール３００ａ〜３００ｃを溶接する際に、更に生産性を向上させることができる。
【０１５４】
図４２は、パワーモジュールとコンデンサモジュールを組み付けた冷却ジャケット１２とバスバーモジュール８００の分解斜視図である。図４３は、保持部材８０３を除いたバスバーモジュール８００の外観斜視図である。
【０１５５】
図４２及び図４３に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの設置箇所まで、当該第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。また、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆは、電流センサ１８０ａの貫通孔又は電流センサ１８０ｂの貫通孔の直前で略直角に折り曲げられる。これにより、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂを貫通する第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆの部分は、その主面が積層導体板５０１の主面と略平行になる。そして、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆの端部には、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆと接続する為の接続部８０５ａ〜８０５ｆが形成される（接続部８０５ｄ〜８０５ｆは図示せず）。
【０１５６】
第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、接続部８０５ａ〜８０５ｆの近傍で、コンデンサモジュール５００側に向かって略直角に折り曲げられる。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面がコンデンサモジュール５００の積層導体板５０１の主面と略垂直になるように形成される。さらに第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、電流センサ１８０ａ又は電流センサ１８０ｂの近傍から、図４３に示された冷却ジャケット１２の短手方向の一方の辺１２ａに向かって延ばされ、当該辺１２ａを横切るように形成される。つまり、複数の第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの主面が向かい合った状態で、当該第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが辺１２ａを横切るように形成される。
【０１５７】
これにより、装置全体を大型化させることなく、冷却ジャケット１２の短い辺側から複数の板状交流バスバーを外部に突出させることができる。そして、冷却ジャケット１２の一面側から複数の交流バスバーを突出させることで、電力変換装置２００の外部での配線の取り回しが容易になり、生産性が向上する。
【０１５８】
図４２に示されるように、第１交流バスバー８０２ａ〜８０２ｆ、電流センサ１８０ａ〜１８０ｂ及び第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、樹脂で構成された保持部材８０３によって、保持及び絶縁されている。この保持部材８０３により、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが金属製の冷却ジャケット１２及び筐体１１９との間の絶縁性を向上させる。また保持部材８０３が冷却ジャケット１２に熱的に接触又は直接接触することにより、トランスミッション１１８側から第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆに伝わる熱を、冷却ジャケット１２に逃がすことができるので、電流センサ１８０ａ〜１８０ｂの信頼性を向上させることができる。
【０１５９】
図４２に示されるように、保持部材８０３は、図３６に示されたドライバ回路基板２２を支持するための支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂを設ける。支持部材８０７ａは、複数設けられ、かつ冷却ジャケット１２の長手方向の一方の辺に沿って一列に並べて形成される。また、支持部材８０７ｂは、複数設けられ、かつ冷却ジャケット１２の長手方向の他方の辺に沿って一列に並べて形成される。支持部材８０７ａ及び支持部材８０７ｂの先端部には、ドライバ回路基板２２を固定するための螺子穴が形成されている。
【０１６０】
さらに、保持部材８０３は、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂが配置された箇所から上方に向かって延びる突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂを設ける。突起部８０６ａ及び突起部８０６ｂは、それぞれ電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂを貫通するように構成される。図４２に示されるように、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、ドライバ回路基板２２の配置方向に向かって延びる信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂを設ける。信号線１８２ａ及び信号線１８２ｂは、ドライバ回路基板２２の配線パターンとはんだによって接合される。本実施形態では、保持部材８０３、支持部材８０７ａ〜８０７ｂ及び突起部８０６ａ〜８０６ｂは、樹脂で一体に形成される。
【０１６１】
これにより、保持部材８０３が電流センサ１８０とドライバ回路基板２２との位置決め機能を備えることになるので、信号線１８２ａとドライバ回路基板２２との間の組み付け及びはんだ接続作業が容易になる。また、電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を保持する機構を保持部材８０３に設けることで、電力変換装置全体としての部品点数を削減できる。
【０１６２】
電力変換装置２００はトランスミッション１１８を収納した筐体１１９に固定されるので、トランスミッション１１８からの振動の影響を大きく受ける。そこで、保持部材８０３は、ドライバ回路基板２２の中央部の近傍を指示するための支持部材８０８を設けて、ドライバ回路基板２２に加わる振動の影響を低減している。なお、保持部材８０３は、冷却ジャケット１２に螺子により固定される。
【０１６３】
また、保持部材８０３は、補機用パワーモジュール３５０の一方の端部を固定するためのブラケット８０９を設ける。また図３８に示されるように、補機用パワーモジュール３５０は突出部４０７に配置されることにより、当該補機用パワーモジュール３５０の他方の端部が当該突出部４０７に固定される。これにより、補機用パワーモジュール３５０に加わる振動の影響を低減するとともに、固定用の部品点数を削減することができる。
【０１６４】
図４４は、パワーモジュールとコンデンサモジュールとバスバーモジュール８００と補機用パワーモジュール３５０を組み付けた冷却ジャケット１２の外観斜視図である。電流センサ１８０は、約１００℃の耐熱温度以上に熱せられると破壊するおそれがある。特に車載用の電力変換装置では、使用される環境の温度が非常に高温になるため、電流センサ１８０を熱から保護することが重要になる。特に、本実施形態に係る電力変換装置２００はトランスミッション１１８に搭載されるので、当該トランスミッション１１８から発せられる熱から保護することが重要になる。
【０１６５】
そこで、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、冷却ジャケット１２を挟んでトランスミッション１１８とは反対側に配置される。これにより、トランスミッション１１８が発する熱が電流センサに伝達し難くなり、電流センサの温度上昇を抑えられる。さらに、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆは、図３９に示された第３流路１９ｃを流れる冷媒の流れ方向８１０を横切るように形成される。そして、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、第３流路部１９ｃを横切る第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆの部分よりもパワーモジュールの交流端子３２１に近い側に配置される。これにより、第２交流バスバー８０４ａ〜８０４ｆが冷媒によって間接的に冷却され、交流バスバーから電流センサ、更にはパワーモジュール内の半導体チップに伝わる熱を和らげることができるため、信頼性が向上する。
【０１６６】
図４４に示される流れ方向８１１は、図３９にて示された第４流路１９ｄを流れる冷媒の流れ方向を示す。同様に、流れ方向８１２は、図３９にて示された第２流路１９ｂを流れる冷媒の流れ方向を示す。本実施形態に係る電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂは、電力変換装置２００の上方から投影したときに、電流センサ１８０ａ及び電流センサ１８０ｂの投影部が流路１９の投影部に囲まれるように配置される。これにより電流センサをトランスミッション１１８からの熱から更に保護することができる。
【０１６７】
図４５は、制御回路基板２０と金属ベース板１１を分離した電力変換装置２００の分割斜視図である。図４４にて示されたように、電流センサ１８０は、コンデンサモジュール５００の上方に配置される。ドライバ回路基板２２は、電流センサ１８０の上方に配置され、かつ図８に示されたバスバーモジュール８００に設けられる支持部材８０７ａ及び８０７ｂによって支持される。金属ベース板１１は、ドライバ回路基板２２の上方に配置され、かつ冷却ジャケット１２から立設された複数の支持部材１５によって支持される。制御回路基板２０は、金属ベース板１１の上方に配置され、かつ金属ベース板１１に固定される。
【０１６８】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２と制御回路基板２０が高さ方向に一列に階層的に配置され、かつ制御回路基板２０が強電系のパワーモジュール３００及び３０１から最も遠い場所に配置されるので、スイッチングノイズ等が混入することを抑制することができる。さらに、金属ベース板１１は、グランドに電気的に接続された冷却ジャケット１２に電気的に接続されている。この金属ベース板１１によって、ドライバ回路基板２２から制御回路基板２０に混入するノイズを低減している。
【０１６９】
流路１９に流れる冷媒の冷却対象が主に駆動用のパワーモジュール３００及び３０１であるので、当該パワーモジュール３００及び３０１は流路１９内に収納されて直接と冷媒と接触して冷却される。一方、補機用パワーモジュール３５０も、駆動用パワーモジュールほどではないが冷却することが求められる。
【０１７０】
そこで、補機用パワーモジュール３５０の金属ベースで形成された放熱面が、流路１９を介して、入口配管１３及び出口配管１４と対向するように形成される。特に、補機用パワーモジュール３５０を固定する突出部４０７が入口配管１３の上方に形成されているので、下方から流入する冷媒が突出部４０７の内壁に衝突して、効率良く補機用パワーモジュール３５０から熱を奪うことができる。さらに、突出部４０７の内部には、流路１９と繋がる空間を形成している。この突出部４０７内部の空間によって、入口配管１３及び出口配管１４近傍の流路１９の深さが大きくなっており、突出部４０７内部の空間に液溜りが生じることになる。この液溜りにより効率良く補機用パワーモジュール３５０を冷却することができる。
【０１７１】
電流センサ１８０とドライバ回路基板２２を電気的に繋ぐ際に、配線コネクタを用いると接続工程の増大や、接続ミスの危険性を招くことになる。
【０１７２】
そこで、図４５に示されるように、本実施形態のドライバ回路基板２２には、当該ドライバ回路基板２２を貫通する第１孔２４及び第２孔２６が形成される。また第１孔２４にはパワーモジュール３００の信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌが挿入され、信号端子３２５Ｕ及び信号端子３２５Ｌはドライバ回路基板２２の配線パターンと半田により接合される。さらに第２孔２６には電流センサ１８０の信号線１８２が挿入され、信号線１８２はドライバ回路基板２２の配線パターンとはんだにより接合される。なお、冷却ジャケット１２との対向面とは反対側のドライバ回路基板２２の面側からはんだ接合が行われる。
【０１７３】
これにより、配線コネクタを用いることなく信号線が接続できるので生産性を向上させることができる。また、パワーモジュール３００の信号端子３２５と電流センサ１８０の信号線１８２を、同一方向からはんだにより接合されることにより、生産性を更に向上させることができる。また、ドライバ回路基板２２に、信号端子３２５を貫通させるための第１孔２４や、信号線１８２を貫通させるための第２孔２６をそれぞれ設けることにより接続ミスの危険性を少なくすることができる。
【０１７４】
また、ドライバ回路基板２２は、冷却ジャケット１２と対向する面側に、ドライバＩＣチップ等の駆動回路（図示せず）を実装している。これにより、はんだ接合の熱がドライバＩＣチップ等に伝わることを抑制して、はんだ接合によるドライバＩＣチップ等の損傷を防止している。また、ドライバ回路基板２２に搭載されているトランスのような高背部品が、コンデンサモジュール５００とドライバ回路基板２２との間の空間に配置されるので、電力変換装置２００全体を低背化することが可能となる。
【０１７５】
図４６は、図４５のＢ面で切り取った電力変換装置２００をＣ方向から見た断面図である。モジュールケース３０４に設けられたフランジ３０４Ｂは、コンデンサケース５０２に設けれたフランジ５１５ａ又はフランジ５１５ｂによって冷却ジャケット１２に押し付けられる。つまり、コンデンサセル５１４を収納したコンデンサケース５０２の自重を利用して、冷却ジャケット１２にモジュールケース３０４を押しつけることにより、流路１９の気密性を向上させることができる。
【０１７６】
パワーモジュール３００の冷却効率を向上させるために、流路１９内の冷媒をフィン３０５が形成された領域に流すようにする必要がある。モジュールケース３０４は薄肉部３０４Ａならびに３０４Ａ’のスペースを確保するために、モジュールケース３０４の下部にはフィン３０５が形成されていない。そこで下カバー４２０は、モジュールケース３０４の下部が、当該下カバー４２０に形成された凹部４３０に勘合されるように形成される。これにより、冷却フィンが形成されていない空間に冷媒が流れ込むことを防止することができる。
【０１７７】
図４６に示されるように、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とパワーモジュール３０１の配列方向は、制御回路基板２０とドライバ回路基板２２とトランスミッション１１８の配列方向を横切るように並べて配置されている。特に、パワーモジュール３００とコンデンサモジュール５００とパワーモジュール３０１は、電力変換装置２００の中では、最下層に並べて配置されている。これにより、電力変換装置２００全体の低背化が可能となるとともに、トランスミッション１１８からの振動の影響を低減することができる。
【０１７８】
上述した実施の形態の作用効果をまとめると以下のようになる。
（１）図１３に示すように、パワーモジュールは、一次封止体３０２と放熱部３０７Ｂとの間に配置され、放熱部３０７Ｂおよび少なくとも導体板３１５の放熱面の全域と接するように設けられた絶縁層３３３とを備える。そして、絶縁層３３３は、樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜３３３Ａおよび良熱伝導性のフィラーが混入された樹脂層３３３Ｂを積層した積層体と、その積層体の周囲端部を覆うように放熱部３０７Ｂと一次封止体３２との隙間に設けられた樹脂部３３３Ｃとを有する。
【０１７９】
このように、空孔３３３０に樹脂を含浸した溶射膜３３３Ａは、高熱伝導な絶縁シートのフィラー充填率よりも高い充填率（７０〜９７％）であるため熱伝導性に優れる。その結果、絶縁特性および熱伝導特性に優れた溶射膜３３３Ａが得られ、絶縁特性および熱伝導特性を溶射膜３３３Ａで確保することで、接着用樹脂としての樹脂層３３３Ｂを薄くすることができる。また、樹脂層３３３Ｂにフィラーを混入させることで、樹脂層３３３Ｂの熱伝導性能への影響を抑えることができる。
【０１８０】
さらに、図１６に示すように、積層体の面積を導体板３１５，３１８の放熱面の面積よりも大きく設定して、積層体が少なくとも放熱面の全域と接するように設けられていることにより、半導体チップで発生した熱を導体板３１５，３１８から放熱部３０７Ａ，３０７Ｂへと効果的に放熱することができる。なお、図１６に示す例では、溶射膜３３３Ａの面積を接着用樹脂層３３３Ｂよりも大きく設定しているが、いずれが大きくても良いし、同じ大きさでも構わない。さらに、樹脂部３３３Ｃを樹脂含浸のときに同時に形成しているが、積層体を形成した後に形成しても良い。
【０１８１】
樹脂層３３３Ｂによる接着温度や溶射による温度上昇は、従来のろう材を用いたセラミックス板の接合温度よりもはるかに低いため、モジュール作製時の熱応力を低減できる。また、溶射膜３３３Ａの厚さを、従来の絶縁シートの厚さと同等にまで薄くでき、パワーモジュール絶縁部の放熱性を向上できる。また、溶射膜３３３Ａはセラミックス粒子同士が溶着し一定の強度を有しているため、放熱部３０７Ｂと樹脂層３３３Ｂとを接着させる際の加圧力を増加することができ、ボイドの少ない樹脂層３３３Ｂにすることができる。加圧力を増加すると樹脂層３３３Ｂの厚さ変化が大きくなり薄くなるが、樹脂を含浸した溶射膜３３３Ａにより絶縁性能を確保することができる。
【０１８２】
ところで、導体板３１５と放熱部３０７Ｂとの間の熱膨張係数差に起因して発生する積層体の熱応力は、接着面の外周部で大きくなる。特に、パワーモジュールの場合には、半導体チップに大電流が流れるため導体板３１５は発生熱で加熱され、熱膨張量の差が大きくなりやすい。しかしながら、積層体の周囲端部にそれらを覆うように樹脂部３３３Ｃを設けたので、積層体周囲端部における熱応力を緩和することができる。その場合、樹脂部３３３Ｃに使用される樹脂の弾性率を樹脂層３３３Ｂに使用される樹脂の弾性率よりも小さくすることで、応力緩和の効果をより高めることができる。また、樹脂部３３３Ｃにフィラーを混入させる場合には、樹脂部３３３Ｃのフィラー充填率を樹脂層３３３Ｂよりも小さくすることで弾性率の低下が小さくなり、同様の効果が得られるとともに、接着力が大きくなるため、剥離の発生や進展に対する耐性が向上する。
【０１８３】
（２）さらに、図２５，２６に示すように、一次封止体３０２や放熱部３０７Ｂ，３０７Ａに凹凸部（凹部３０４ｅ，３４８ａ、段差３０４ｆ，３４８ｂ）を形成し、その凹凸部に樹脂部３３３Ｃの樹脂が充填されるようにすることで、積層体周囲の樹脂量が増加し、上述した応力緩和効果をより高めることができる。さらに、凹凸部に樹脂が入り込むことによるアンカー効果により、応力の緩和効果がより大きくなる。
【０１８４】
（３）樹脂シート３３３Ｂに使用される樹脂を熱可塑性樹脂を主成分とした樹脂とし、加熱硬化する部位を有する組成物とし、樹脂３３３Ｄには室温から１５０℃の温度域での粘度が樹脂３３３Ｂよりも低い含浸性に優れる熱硬化性樹脂を選定することで、加圧する温度において、樹脂シート３３３２の粘度が樹脂層３３３Ｄよりも十分大きい状態となる加熱温度が広くとれ生産性が向上する。図２３のように放熱部３０７Ｂと樹脂層３３３Ｂとを接着させる際の加圧力によって、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの間の樹脂３３３Ｄが溶射膜３３３Ａ内や積層体周方向に押し流される。その結果、溶射膜３３３Ａの凹凸部に樹脂層３３３Ｂのフィラーが入り込み境界領域での熱伝導性能の低下を防止することができ、積層体の熱伝導性能の向上を図ることができる。これは、樹脂シート３３３Ｂに使用される樹脂をガラス温度が高い樹脂とし、樹脂３３３Ｄに樹脂シート３３３Ｂよりもガラス転移温度が低い樹脂を用いることで、樹脂シート３３３Ｂのガラス転移温度よりも低い温度で加熱すれば同様の効果を得ることができる。
【０１８５】
（４）空孔３３３０の大きさが溶射膜表面の凹凸の大きさよりも小さくなるように溶射膜３３３Ａを形成し、樹脂層３３３Ｂに混入されているフィラーの大きさを溶射膜表面の凹凸の大きさよりも小さく、かつ、空孔３３３０の大きさよりも大きく設定する。そうすることで、樹脂層３３３Ｂのフィラーを空孔３３３０に入れずに溶射膜表面の凹部に入り込ませることができる。その結果、溶射膜３３３Ａと樹脂層３３３Ｂとの界面における熱伝導性能を向上させることができる。樹脂はセラミックスや金属に比較して著しく熱伝導率が小さく、放熱経路に樹脂の濃化層（フィラーが少ない層）が存在するとモジュール全体の放熱性が低下する。そのため、上述のように設定して、溶射膜３３３Ａの凹部に存在する樹脂層３３３Ｂ内にフィラーを存在させることが重要となる。なお、溶射膜３３３Ａの表面凹凸の制御は、溶射条件である、溶射温度、基材の予熱温度、噴射速度、雰囲気、粉末粒径により制御できる。また、必要に応じて溶射後に研削や研磨やレーザ照射などの表面加工を施しても良い。
【０１８６】
（５）放熱部３０７Ｂの熱膨張係数が導体板３１５の熱膨張係数よりも大きい場合、例えば導体板３１５をＡｌやＡｌ合金（ＡｌＳｉＣやＡｌＣとＡｌの複合材など）とし、放熱部３０７ＢをＣｕやＣｕ合金で形成した場合には、導体板３１５に熱膨張係数の大きな樹脂層３３３Ｂが配置され、放熱部３０７Ｂ側に熱膨張係数の小さな溶射膜３３３Ａが配置されるように積層体を構成する。その結果、放熱部３０７Ｂから導体板３１５にかけて熱応力が傾斜され、積層体周囲端部における熱応力が緩和される。逆に、導体板３１５の熱膨張係数が放熱部３０７Ｂの熱膨張係数よりも大きい場合には、導体板側の熱膨張係数が放熱部側の熱膨張係数よりも大きくなるように積層体を構成すれば良い。樹脂層３３３Ｂの熱膨張係数は、フィラー充填量や樹脂の膨張係数を調整することで変化させることができる。溶射膜３３３Ａの熱膨張係数は、含浸させる樹脂の熱膨張係数を調整することで変化させることができる。
【０１８７】
上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１８８】
１５６，１６６：ダイオード、３００：パワーモジュール、３０２：一次封止体、３０４：モジュールケース、３０４Ａ：薄肉部、３０６：挿入口、３０７，３０７Ａ，３０７Ｂ、３０７Ｄ：放熱部、３１５，３１８，３１９，３２０：導体板、３１５ａ，３１８ａ，３１９ａ，３２０ａ：放熱面、３２８，３３０：ＩＧＢＴ、３３３：絶縁層、３３３Ａ：溶射膜、３３３Ｂ：樹脂層、３３３Ｃ：樹脂部、３３３Ｄ：樹脂、３３３Ｆ：フィレット、３４８，３５１：封止樹脂、６００：補助モールド体、３０００：モジュール構造体、３３３０：空孔、３３３１：扁平体、３３３２：樹脂シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップが搭載された導体板を、該導体板の放熱面が露出するように樹脂で封止した封止体と、
前記放熱面と対向するように配置された放熱部材と、
前記封止体と前記放熱部材との間に配置された絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、
含浸用樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜および良熱伝導性のフィラーが混入された接着用樹脂層を積層したものであって、前記放熱部材および少なくとも前記放熱面の全域と接するように設けられている積層体と、
前記積層体の端部を全周にわたって覆うように、前記放熱部材と前記封止体との隙間に設けられた応力緩和用樹脂部とを有するパワーモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記封止体および放熱部材の少なくとも一方の、前記積層体の外周側に位置する面に凹部を形成し、
前記応力緩和用樹脂部を構成する樹脂の一部が前記凹部に充填されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜が対向する前記封止体または放熱部材部材の面に、前記応力緩和用樹脂部を囲む環状の凸部が形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜の周縁位置における前記放熱部材と前記封止体との間隔が、前記セラミックス溶射膜の周縁よりも内側の領域における間隔よりも大きくなるように、前記セラミックス溶射膜の周縁の厚さを該周縁よりも内側の領域の厚さよりも薄くしたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜の周縁位置における前記放熱部材と前記封止体との間隔が、前記セラミックス溶射膜の周縁よりも内側の領域における間隔よりも大きくなるように、前記セラミックス溶射膜の周縁が接している前記封止体または前記放熱部材部材の面に段差が形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記応力緩和用樹脂部に使用される樹脂の弾性率が、前記接着用樹脂層に使用される樹脂の弾性率よりも小さいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記応力緩和用樹脂部は、前記接着用樹脂層よりも低いフィラー充填率でフィラーが混入されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記接着用樹脂層に使用される樹脂のガラス転移温度が、前記応力緩和用樹脂部に使用される樹脂のガラス転移温度よりも高いことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記接着用樹脂層に使用される樹脂が熱可塑性樹脂であり、前記応力緩和用樹脂部に使用される樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜は、溶射膜内部に形成される空孔の大きさが該溶射膜の表面凹部の大きさよりも小さく、
前記接着用樹脂層に混入されているフィラーの大きさは、前記表面凹部の大きさよりも小さく、かつ、前記空孔の大きさよりも大きいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱部材の熱膨張係数が前記導体板の熱膨張係数よりも大きい場合には、前記積層体は放熱部材側の熱膨張係数が導体板側の熱膨張係数よりも大きくなるように構成され、逆に、前記導体板の熱膨張係数が前記放熱部材の熱膨張係数よりも大きい場合には、前記積層体は導体板側の熱膨張係数が放熱部材側の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記半導体チップはチップ表裏両面に電極を有し、
前記導体板は、チップ表面側に接合される表面側導体板とチップ裏面側に接合される裏面側導体板とを含み、
前記放熱部材は、前記半導体チップ、前記表面側導体板および前記裏面側導体板を樹脂で封止した前記封止体が収納されるモジュールケースであって、前記表面側導体板と対向する第１の放熱壁と、前記裏面側導体板と対向する第２の放熱壁と、前記第１及び第２の放熱壁の周囲に形成された薄肉の塑性変形可能部とを有し、
前記絶縁層は、前記表面側導体板と前記第１の放熱壁との間に配置される第１の絶縁層と、前記裏面側導体板と前記第２の放熱壁との間に配置される第２の絶縁層とを含むことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記半導体チップはチップ表裏両面に電極を有し、
前記導体板は、チップ表面側に接合される表面側導体板とチップ裏面側に接合される裏面側導体板とを含み、
前記放熱部材は、前記表面側導体板と対向する第１の放熱壁と、前記裏面側導体板と対向する第２の放熱壁とを含み、
前記絶縁層は、前記表面側導体板と前記第１の放熱壁との間に配置される第１の絶縁層と、前記裏面側導体板と前記第２の放熱壁との間に配置される第２の絶縁層とを含むことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１】
半導体チップが搭載された導体板を、該導体板の放熱面が露出するように樹脂で封止した封止体と、
前記放熱面と対向するように配置された放熱部材と、
前記封止体と前記放熱部材との間に配置された絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、
含浸用樹脂が含浸されたセラミックス溶射膜および良熱伝導性のフィラーが混入された接着用樹脂層を積層したものであって、前記放熱部材および少なくとも前記放熱面の全域と接するように設けられている積層体と、
前記積層体の端部を全周にわたって覆うように、前記放熱部材と前記封止体との隙間に設けられた応力緩和用樹脂部とを有するパワーモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記封止体および放熱部材の少なくとも一方の、前記積層体の外周側に位置する面に凹部を形成し、
前記応力緩和用樹脂部を構成する樹脂の一部が前記凹部に充填されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜が対向する前記封止体または放熱部材部材の面に、前記応力緩和用樹脂部を囲む環状の凸部が形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜の周縁位置における前記放熱部材と前記封止体との間隔が、前記セラミックス溶射膜の周縁よりも内側の領域における間隔よりも大きくなるように、前記セラミックス溶射膜の周縁の厚さを該周縁よりも内側の領域の厚さよりも薄くしたことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜の周縁位置における前記放熱部材と前記封止体との間隔が、前記セラミックス溶射膜の周縁よりも内側の領域における間隔よりも大きくなるように、前記セラミックス溶射膜の周縁が接している前記封止体または前記放熱部材部材の面に段差が形成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記応力緩和用樹脂部に使用される樹脂の弾性率が、前記接着用樹脂層に使用される樹脂の弾性率よりも小さいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記応力緩和用樹脂部は、前記接着用樹脂層よりも低いフィラー充填率でフィラーが混入されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記接着用樹脂層に使用される樹脂のガラス転移温度が、前記応力緩和用樹脂部に使用される樹脂のガラス転移温度よりも高いことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記接着用樹脂層に使用される樹脂が熱可塑性樹脂であり、前記応力緩和用樹脂部に使用される樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記セラミックス溶射膜は、溶射膜内部に形成される空孔の大きさが該溶射膜の表面凹部の大きさよりも小さく、
前記接着用樹脂層に混入されているフィラーの大きさは、前記表面凹部の大きさよりも小さく、かつ、前記空孔の大きさよりも大きいことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記放熱部材の熱膨張係数が前記導体板の熱膨張係数よりも大きい場合には、前記積層体は放熱部材側の熱膨張係数が導体板側の熱膨張係数よりも大きくなるように構成され、逆に、前記導体板の熱膨張係数が前記放熱部材の熱膨張係数よりも大きい場合には、前記積層体は導体板側の熱膨張係数が放熱部材側の熱膨張係数よりも大きくなるように構成されていることを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記半導体チップはチップ表裏両面に電極を有し、
前記導体板は、チップ表面側に接合される表面側導体板とチップ裏面側に接合される裏面側導体板とを含み、
前記放熱部材は、前記半導体チップ、前記表面側導体板および前記裏面側導体板を樹脂で封止した前記封止体が収納されるモジュールケースであって、前記表面側導体板と対向する第１の放熱壁と、前記裏面側導体板と対向する第２の放熱壁と、前記第１及び第２の放熱壁の周囲に形成された薄肉の塑性変形可能部とを有し、
前記絶縁層は、前記表面側導体板と前記第１の放熱壁との間に配置される第１の絶縁層と、前記裏面側導体板と前記第２の放熱壁との間に配置される第２の絶縁層とを含むことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のパワーモジュールにおいて、
前記半導体チップはチップ表裏両面に電極を有し、
前記導体板は、チップ表面側に接合される表面側導体板とチップ裏面側に接合される裏面側導体板とを含み、
前記放熱部材は、前記表面側導体板と対向する第１の放熱壁と、前記裏面側導体板と対向する第２の放熱壁とを含み、
前記絶縁層は、前記表面側導体板と前記第１の放熱壁との間に配置される第１の絶縁層と、前記裏面側導体板と前記第２の放熱壁との間に配置される第２の絶縁層とを含むことを特徴とするパワーモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
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【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【公開番号】特開２０１３−７３９６４（Ｐ２０１３−７３９６４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９８１５（Ｐ２０１１−２０９８１５）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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