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公開番号2024154108
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-30
出願番号2023067745
出願日2023-04-18
発明の名称パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法および電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 25/07 20060101AFI20241023BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】製造コストの増加を抑制でき、ワイヤボンドの信頼性を向上したパワーモジュールを提供する。
【解決手段】基板と、基板とは反対側の上面に設けられた上面主電極および制御信号が供給される信号電極を有し、上面とは反対側の下面が基板に第1の接合材により接合されるスイッチングデバイスと、基板が第1の接合材により接合されるベース板と、スイッチングデバイスの主電流が流れる電極板と、スイッチングデバイスの制御信号が供給され、信号電極とワイヤを介して接続された信号端子と、基板を囲むように設けられ、ベース板の上に接合されたケースと、を備え、電極板は、一方端がスイッチングデバイスの上面主電極に第2の接合材により接合され、信号端子は、一方端がワイヤに接続され、スイッチングデバイスは、少なくとも上面主電極と信号電極との間に設けられ、信号電極の厚みよりも高い樹脂で構成された凸部を有している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板とは反対側の上面に設けられた上面主電極および制御信号が供給される信号電極を有し、前記上面とは反対側の下面が前記基板に第１の接合材により接合されるスイッチングデバイスと、
前記基板が前記第１の接合材により接合されるベース板と、
前記スイッチングデバイスの主電流が流れる電極板と、
前記スイッチングデバイスの前記制御信号が供給され、前記信号電極とワイヤを介して接続された信号端子と、
前記基板を囲むように設けられ、前記ベース板の上に接合されたケースと、を備え、
前記電極板は、
一方端が前記スイッチングデバイスの前記上面主電極に第２の接合材により接合され、他方端側が前記ケースの壁面内にインサートされ、
前記信号端子は、
一方端が前記ワイヤに接続され、他方端側が前記ケースの壁面内にインサートされ、
前記スイッチングデバイスは、
少なくとも前記上面主電極と前記信号電極との間に設けられ、前記信号電極の厚みよりも高い樹脂で構成された凸部を有する、パワーモジュール。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記凸部は、
前記信号電極の配設領域を囲むように設けられる、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項３】
前記凸部は、
前記信号電極の配設領域を多重で囲むように設けられる、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項４】
前記第１および第２の接合材は、ハンダで構成される、請求項１に記載のパワーモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のパワーモジュールの製造方法であって、
(ａ)前記ベース板、前記基板および前記スイッチングデバイスを、それぞれの間に溶融前の前記第１の接合材を介して積層し、積層体を加熱して前記第１の接合材を溶融させる工程と、
前記工程(ａ)の後、
(ｂ)少なくとも前記スイッチングデバイスの前記上面主電極と前記信号電極との間に樹脂材を配置する工程と、
前記工程(ｂ)の後、
(ｄ)前記電極板の前記一方端の下面が前記スイッチングデバイスの前記上面主電極との間に溶融前の前記第２の接合材を間に介して対向するように、前記ケースを接着剤を間に介して前記ベース板上に搭載する工程と、
前記工程(ｄ)の後、
(ｅ)前記樹脂材を硬化させて前記凸部を形成すると共に前記第２の接合材を溶融させるように加熱する工程と、
前記工程(ｅ)の後、
(ｆ)前記信号電極と前記信号端子との間に前記ワイヤを接続する工程と、を備える、パワーモジュールの製造方法。
【請求項６】
前記工程(ｂ)は、
前記信号電極の配設領域を囲むように前記樹脂材を配置する工程を含む、請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項７】
前記工程(ｂ)は、
前記信号電極の配設領域を多重で囲むように前記樹脂材を配置する工程を含む、請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項８】
前記工程(ｄ)と前記工程(ｅ)の間に、
(ｇ)前記樹脂材および前記信号電極を板状部材で覆う工程を備える、請求項５に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項９】
前記工程(ｇ)は、
前記ベース板に対して垂直方向にバネ性を有するように前記板状部材を前記樹脂材に押し当てる工程を有する、請求項８に記載のパワーモジュールの製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載のパワーモジュールを有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記主変換回路に出力する制御回路と、を備えた電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示はパワーモジュールに関し、特に、ワイヤボンドの信頼性を向上したパワーモジュールに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールは、環境問題の高まりと共に、電気エネルギーの発電、送電および回生のあらゆる場面で普及しつつある。電気自動車など輸送機器に用いられるパワーモジュールは特に高い信頼性が求められるため、従来のワイヤボンドではなく、銅製のリードフレームを用いて半導体素子の主回路をハンダで接合する構造が普及しつつある。半導体素子の主端子とリードとの接合にハンダを用いる一方で、スイッチング素子のゲート電極などは、流れる電流が少ないので、ワイヤボンディングによるワイヤを用いる場合が多い。そのためリード接合部からのハンダ飛びまたは、ハンダボールが、ゲート電極に付着し、ワイヤボンディングを阻害し、信頼性の低下を引き起こす可能性があった。
【０００３】
特許文献１では、半導体素子の主端子にハンダ付けするリードの先端を曲げて凸部を形成し、ハンダ飛びを抑制する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６６１９１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、リードの先端を曲げる工程が必要となって製造コストが増えると共に、凸部を設けることによる絶縁性能の低下および封止樹脂の注入の阻害要因となる可能性があった。
【０００６】
本開示は上記のような問題を解決するためになされたものであり、製造コストの増加を抑制できると共に、パワーモジュールの性能を低下させず、パワーモジュール製造の阻害要因とならずにワイヤボンドの信頼性を向上したパワーモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係るパワーモジュールは、基板と、前記基板とは反対側の上面に設けられた上面主電極および制御信号が供給される信号電極を有し、前記上面とは反対側の下面が前記基板に第１の接合材により接合されるスイッチングデバイスと、前記基板が前記第１の接合材により接合されるベース板と、前記スイッチングデバイスの主電流が流れる電極板と、前記スイッチングデバイスの前記制御信号が供給され、前記信号電極とワイヤを介して接続された信号端子と、前記基板を囲むように設けられ、前記ベース板の上に接合されたケースと、を備え、前記電極板は、一方端が前記スイッチングデバイスの前記上面主電極に第２の接合材により接合され、他方端側が前記ケースの壁面内にインサートされ、前記信号端子は、一方端が前記ワイヤに接続され、他方端側が前記ケースの壁面内にインサートされ、前記スイッチングデバイスは、少なくとも前記上面主電極と前記信号電極との間に設けられ、前記信号電極の厚みよりも高い樹脂で構成された凸部を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係るパワーモジュールによれば、スイッチングデバイスの上面主電極と信号電極との間に信号電極の厚みよりも高い樹脂で構成された凸部を有しているので、電極板とスイッチングデバイスの上面主電極との接合時に、溶融した第２の接合材の飛沫がスイッチングデバイス上を転がってくる場合でも、飛沫を遮断することができ、飛沫の信号電極への付着を防いで、信号電極へのワイヤボンドの信頼性を向上したパワーモジュールを得ることができる。また、凸部は樹脂で構成され局所的に設けられるので、製造コストの増加を抑制できると共に、パワーモジュールの性能を低下させず、パワーモジュール製造の阻害要因にもならない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの構成を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの構成を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１の変形例１のパワーモジュールの構成を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態１の変形例２のパワーモジュールの構成を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態２のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態２のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態２のパワーモジュールの製造工程を示す平面図である。
本開示に係る実施の形態２のパワーモジュールの製造工程を示す断面図である。
本開示に係る実施の形態１および実施の形態２の効果を評価した結果を示す図である。
本開示に係る実施の形態３の電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１＞
＜装置構成＞
図１は、本開示に係る実施の形態１のパワーモジュール２０２の構成を示す平面図である。図１においては、パワーモジュール２０２の内部の封止樹脂を便宜的に省略して示しており、パワーモジュール２０２を上面側から見た図である。図２は、図１のＡ－Ａ線での矢示方向断面図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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