CN114981956A - 功率模块和电力变换装置 - Google Patents

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CN114981956A
CN114981956A CN202080092647.5A CN202080092647A CN114981956A CN 114981956 A CN114981956 A CN 114981956A CN 202080092647 A CN202080092647 A CN 202080092647A CN 114981956 A CN114981956 A CN 114981956A
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CN
China
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face
power module
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power
housing
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Withdrawn
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CN202080092647.5A
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Inventor
原田耕三
坂本健
山口义弘
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

功率模块(101)具有绝缘基板(21)、壳体构件(6)、功率半导体元件(3)、底座构件(1)、密封构件(8)以及粘接构件(12)。绝缘基板(21)具有第一面(51)以及与第一面(51)相反侧的第二面(52)。壳体构件(6)在从与第一面(51)垂直的方向看时包围绝缘基板(21)。功率半导体元件(3)面对第一面(51)。底座构件(1)面对第二面(52)。密封构件(8)将功率半导体元件(3)和绝缘基板(21)进行密封，且与壳体构件(6)相接。粘接构件(12)将底座构件(1)与壳体构件(6)进行固定，且在从与第一面(51)垂直的方向看时包围绝缘基板(21)。底座构件(1)具有与粘接构件(12)相接的第三面(53)、与第三面(53)相连且与密封构件(8)相接的第四面(54)以及面对第二面(52)的第五面(55)。在从与第五面(55)垂直的方向上，第三面(53)的内侧端部(35)位于与第五面(55)不同的高度。第三面(53)相对于第四面(54)倾斜。

Description

功率模块和电力变换装置
技术领域
本公开涉及一种功率模块和电力变换装置。
背景技术
以应对高电压、大电流为目的将通电路径设为元件的纵向的类型的半导体元件一般被称为功率半导体元件。作为功率半导体元件的种类，例如例举IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、双极晶体管、二极管等。将功率半导体元件安装在电路基板上并利用密封树脂进行封装所得到的模块一般被称为功率模块。功率模块被使用于产业设备、汽车、铁路等广泛的领域。近年，随着搭载有功率模块的设备的高性能化，对额定电压和额定电流的增加、使用温度范围的扩大(具体地说，高温化、低温化)之类的功率模块的高性能化的要求越来越高。
功率模块的封装构造是被称为壳体型的构造为主流。在壳体型的功率模块中，功率半导体元件隔着绝缘基板被安装在散热用底座板上。在底座板粘接有壳体。功率半导体元件与主电极连接。在功率半导体元件与主电极的连接中使用键合线。以防止施加高电压时的绝缘不良为目的，一般使用硅凝胶或环氧树脂等来作为功率模块的密封树脂。
在日本特开2004-235566号公报(专利文献1)所记载的壳体型功率模块中，壳体与底座板的粘接面的一部分同密封树脂与底座板的界面直线相连。另外，底座板与壳体的粘接面的内侧端部位于与底座板的与绝缘基板相向的表面相同的高度。在日本特开2019-54069号公报(专利文献2)所记载的壳体型功率模块中，底座板与壳体的粘接面的内侧端部位于与底座板的与绝缘基板相向的表面相同的高度。
专利文献1：日本特开2004-235566号公报
专利文献2：日本特开2019-54069号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年，随着使用设备的高性能化，根据功率模块的额定电压及额定电流的增加和使用温度的范围扩大的要求，散热性与绝缘性的兼顾化变得非常重要。由各种构件构成的功率模块由于结构构件的热膨胀系数的差异而发生因温度变化引起的翘曲和变形。特别是在如温度循环试验那样的可靠性试验中，在低温时与高温时，功率模块的翘曲大不相同。在功率模块的底座板与壳体的粘接面的外侧端部，功率模块的翘曲的变动幅度(也就是说，高温时的功率模块的翘曲与低温时的功率模块的翘曲之差)最大。
为了避免在功率模块的制造工序中密封树脂漏出，要求底座板与壳体以无间隙的方式粘接。因此，在底座板与壳体的粘接中使用以硅酮树脂为代表的形状稳定性优异且低应力的粘接剂。然而，一般来说，低应力的硅酮树脂制的粘接剂的粘接力低而容易剥离。因此，在如功率模块的温度循环试验那样的可靠性试验时，有时以底座板与壳体的粘接面的外侧端部为起点产生剥离。
在专利文献1所记载的功率模块中，壳体与底座板的粘接面的一部分同密封树脂与底座板的界面直线连接。在壳体与底座板的粘接面同密封树脂与底座件的界面直线相连的情况下，壳体与底座件的粘接面上的剥离直线地向内侧进展，在底座件与密封树脂的界面容易产生剥离。
另外，在专利文献1和专利文献2所记载的功率模块中，底座板与壳体的粘接面的内侧端部位于与底座板的与绝缘基板相向的表面相同的高度。在壳体与底座件的粘接面的内侧端部为与底座构件的与绝缘基板相向的表面与密封树脂的粘接面相同的高度的情况下，在粘接面的外侧端部产生的剥离在向粘接面的内侧端部进展之后，到达至绝缘基板的正下方。如果该剥离到达至绝缘基板的正下方，则有时引起功率模块的绝缘不良。
本公开是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于通过抑制剥离的进展来抑制功率模块的绝缘不良。
用于解决问题的方案
本公开所涉及的功率模块具备绝缘基板、壳体构件、功率半导体元件、底座构件、密封构件以及粘接构件。绝缘基板具有第一面以及与第一面相反侧的第二面。壳体构件在从与第一面垂直的方向看时，包围绝缘基板。功率半导体元件面对第一面。底座构件面对第二面。密封构件将功率半导体元件和绝缘基板进行密封，且与壳体构件相接。粘接构件将底座构件与壳体构件进行固定，且在从与第一面垂直的方向看时，包围绝缘基板。底座构件具有与粘接构件相接的第三面、与第三面相连且与密封构件相接的第四面以及面对第二面的第五面。在与第五面垂直的方向上，第三面的内侧端部位于与第五面不同的高度。第三面相对于第四面倾斜。
发明的效果
根据本公开所涉及的功率模块，能够通过抑制剥离的进展来抑制功率模块的绝缘不良。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图2是表示实施方式1所涉及的功率模块的结构的平面示意图。
图3是图1的区域III的放大截面示意图。
图4是表示实施方式2所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图5是图4的区域V的放大截面示意图。
图6是表示实施方式3所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图7是表示实施方式4所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图8是表示实施方式5所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图9是表示实施方式6所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图10是表示实施方式7所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图11是表示实施方式8所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图12是表示实施方式9所涉及的功率模块的结构的截面示意图。
图13是表示具备实施方式10所涉及的电力变换装置的电力变换***的结构的框图。
图14是表示在以往的壳体型功率模块中产生了翘曲的情况下的结构的局部截面示意图。
(附图标记说明)
1：底座构件；3：功率半导体元件；4：键合线；5：外部端子；6：壳体构件；7：盖构件；8：密封构件；9：第一接合层；10：第二接合层；11：主电极；12：粘接构件；21：绝缘基板；22：第一金属层；23：第二金属层；31：外侧端部；32：第一箭头；33：第二箭头；35：内侧端部；50：内周面；51：第一面；52：第二面；53：第三面；54：第四面；55：第五面；56：第六面；57：第七面；58：外周面；59：边界面；60：第一凸部、第二凹部；61：第一底座面；62：第二底座面；63：第三底座面；64：第四底座面；70：第一凸部、第二凹部；71：第一壳体面；72：第二壳体面；73：第三壳体面；74：第四壳体面；75：第五壳体面；80：槽部；81：第一内周区域；82：第二内周区域；83：第三内周区域；100：电源；101：功率模块；200：电力变换装置；201：主变换电路；202：半导体模块；203：控制电路；300：负载；H：距离；W：间隔。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示实施方式1所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。如图1所示，实施方式1所涉及的功率模块101主要具有绝缘基板21、第一金属层22、第二金属层23、壳体构件6、功率半导体元件3、底座构件1、密封构件8、粘接构件12、键合线(bonding wire)4、外部端子5、盖构件7、第一接合层9、第二接合层10以及主电极11。
绝缘基板21例如包括氧化铝、氮化铝或氮化硅等陶瓷。绝缘基板21例如也可以包括环氧树脂等。绝缘基板21具有第一面51和第二面52。第二面52在与第一面51相反侧的第二面52。在第一面51配置有第一金属层22。在第二面52配置有第二金属层23。第一金属层22和第二金属层23各自的材料例如是铜或铝等金属。第一金属层22形成了布线图案。
功率半导体元件3例如是MOSFET或IGBT等电力控制用半导体元件。功率半导体元件3也可以是例如回流二极管(reflux diode)等。功率半导体元件3的数量为1个以上。键合线4例如将2个功率半导体元件3电连接。键合线4的线径例如为0.1mm以上且0.5mm以下。键合线4例如是铝合金制或铜合金制。功率半导体元件3与外部端子5经由键合线4电连接。
功率半导体元件3经由第一接合层9接合于第一金属层22。在与第一面51垂直的方向上，第一接合层9位于功率半导体元件3与第一金属层22之间。第二金属层23经由第二接合层10接合于底座构件1。在与第二面52垂直的方向上，第二接合层10位于第二金属层23与底座构件1之间。
第一接合层9和第二接合层10各自的材料例如是焊料，但是不限定于焊料。第一接合层9和第二接合层10各自的材料也可以是例如烧结银、导电性粘接剂等。第一接合层9和第二接合层10各自也可以通过液相扩散接合来形成。
图2是表示实施方式1所涉及的功率模块101的结构的平面示意图。在图2中，省略了盖构件7。如图2所示，从与第一面51垂直的方向看时，主电极11的形状例如也可以是长方形。从与第一面51垂直的方向看时，主电极11也可以以与多个功率半导体元件3重叠的方式配置。从与第一面51垂直的方向看时，主电极11也可以以与第一金属层22的至少一部分重叠的方式配置。此外，实施方式1所涉及的功率模块101也可以不具有主电极11。例如，也可以不使用主电极11，而使用键合线4或键合带(未图示)来将功率半导体元件3与外部端子5电连接。
如图2所示，从与第一面51垂直的方向看时，壳体构件6沿着底座构件1的外周设置。壳体构件6是环状。从与第一面51垂直的方向看时，壳体构件6包围绝缘基板21。从与第一面51垂直的方向看时，壳体构件6包围功率半导体元件3。壳体构件6使用粘接构件12被粘接于底座构件1。壳体构件6的材料例如是PPS(Polyphenylene sulfide：聚苯硫醚)树脂或PBT(Polybutylene terephtalate：聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂。
粘接构件12将底座构件1与壳体构件6进行固定。期望粘接构件12的形状稳定性和应力缓和性优异，使得即使在由于壳体构件6和底座构件1各自的粘接面的平坦性的差异而在粘接面形成大间隙的情况下也可以填埋该间隙。构成粘接构件12的材料例如是硅酮树脂。从与第一面51垂直的方向看时，粘接构件12包围绝缘基板21。粘接构件12被设置于底座构件1上。在与第一面51垂直的方向上，粘接构件12位于底座构件1与壳体构件6之间。
外部端子5例如由铜制的板状电极构成。外部端子5被内嵌成型或外嵌成型于壳体。外部端子5用于电流和电压的输入输出。外部端子5经由主电极11来与绝缘基板21上的第一金属层22电连接。外部端子5的一部分也可以被设置于壳体构件6上。
密封构件8被填充在壳体构件6与底座构件1之间的区域内。密封构件8将功率半导体元件3和绝缘基板21进行密封。密封构件8将键合线4进行密封。密封构件8例如被填充至功率半导体元件3与键合线4全部被密封的高度。密封构件8也可以与盖构件7分离。密封构件8与壳体构件6相接。密封构件8与底座构件1相接。密封构件8确保功率模块101的内部的绝缘性。构成密封构件8的材料例如是树脂。
盖构件7被设置于壳体构件6上。通过盖构件7来将功率模块101的内部与外部分离，防止粉尘等侵入功率模块101的内部。盖构件7例如使用粘接剂(未图示)或螺丝(未图示)被固定于壳体构件6。在根据密封构件8的规格等而粉尘等的不良影响少的情况下，也可以不设置盖构件7。
如图1所示，功率半导体元件3面对第一面51。在与第一面51垂直的方向上，第一面51也可以位于功率半导体元件3与第二面52之间。底座构件1面对第二面52。在与第二面52垂直的方向上，第二面52也可以位于第一面51与底座构件1之间。
图3是图1的区域III的放大截面示意图。如图3所示，底座构件1具有第三面53、第四面54以及第五面55。第三面53与粘接构件12相接。第三面53也可以与密封构件8分离。第四面54与第三面53相连。第四面54与密封构件8相接。第五面55面对第二面52。第五面55也可以与第四面54相连。
第三面53相对于第四面54倾斜。从其它观点来说，第四面54不位于沿着第三面53直线地延伸的平面。第三面53例如相对于第四面54以大约90°的角度倾斜。从与第五面55垂直的方向看时，第五面55被第三面53包围。第四面54和第五面55形成底座构件1的凹部。第四面54是凹部的内周面。第五面55是凹部的底面。
在与第五面55垂直的方向上，第三面53的内侧端部35位于与第五面55不同的高度。第三面53的内侧端部35是第三面53与第四面54的边界部。在与第五面55垂直的方向上，第三面53的内侧端部35位于比第五面55靠壳体构件6侧的位置。壳体构件6具有与粘接构件12相接的第六面56。第六面56与第三面53相向。粘接构件12位于第三面53与第六面56之间。在与第五面55垂直的方向上，第三面53位于第六面56与第五面55之间。在与第五面55垂直的方向上，第三面53既可以位于第一面51与第二面52之间，也可以位于第五面55与第二面52之间。
接着，说明实施方式1所涉及的功率模块101的作用效果。
随着搭载有功率模块101的设备的高性能化，使用环境的温度扩大，额定电压、额定电流也增加。因此，由于各结构构件的热膨胀差的影响而在功率模块101中产生翘曲。一般来说，使用于功率模块101的结构构件的线膨胀系数在3ppm/K以上且25ppm/K以下的范围。
图14是表示在以往的壳体型功率模块中产生了翘曲的情况下的结构的局部截面示意图。因温度变化产生的翘曲的变动在功率模块101的端部最大。如图14所示，在功率模块的中心在上凸的状态下翘曲的情况下，在底座构件1的端部附近，向第二箭头33的方向施加拉伸应力。粘接构件12的外侧端部31成为粘接构件12的剥离的起点。粘接构件12一般是粘接强度低的硅酮树脂。因此，所产生的剥离容易从粘接面的外侧端部31向粘接面的内侧端部35进展。
在粘接构件12的粘接面同密封构件8与底座构件1的界面直线相连的情况下，粘接构件12与底座构件1的粘接面上的剥离直线地向内侧进展，在底座构件1与密封构件8的界面容易产生剥离。
另外，如果粘接构件12与底座构件1的粘接面的内侧端部35位于同底座构件1的与绝缘基板21相向的表面与密封构件8的界面相同的高度，则在粘接面的外侧端部31产生的剥离在进展到粘接面的内侧端部35之后容易到达至绝缘基板21的正下方。如果剥离到达至绝缘基板21的正下方，则有时引起功率模块101的绝缘不良。
根据实施方式1所涉及的功率模块101，第三面53相对于第四面54倾斜(参照图3)。也就是说，作为密封构件8与底座构件1的界面的第四面54不与作为粘接构件12与底座构件1的粘接面的第三面53直线相连。因此，如图3所示，即使在作为粘接构件12与底座构件1的粘接面的第三面53的外侧端部31处产生的剥离沿着第一箭头32进展至第三面53的内侧端部35的情况下，也能够抑制该剥离进展到作为密封构件8与底座构件1的界面的第四面54。
另外，作为粘接构件12与底座构件1的粘接面的第三面53的内侧端部35位于与面对绝缘基板21的第二面52的第五面55不同的高度(参照图3)。因此，即使在粘接面的外侧端部31处产生的剥离进展到粘接面的内侧端部35的情况下，也能够抑制该剥离到达至绝缘基板21的正下方。由此，能够抑制功率模块101的绝缘不良。
实施方式2.
接着，说明实施方式2所涉及的功率模块101的结构。在实施方式2所涉及的功率模块101的结构中，在与第五面55垂直的方向上，第一金属层22与第一接合层9的边界面59位于内侧端部35与第五面55之间，主要在这一点上不同于实施方式1所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式1所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式1所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图4是表示实施方式2所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图5是图4的区域V的放大截面示意图。如图5所示，第一金属层22与第一接合层9的边界面59位于内侧端部35与第五面55之间。从其它观点来说，内侧端部35位于比边界面59高的位置。在与第五面55垂直的方向上，第五面55与内侧端部35的距离大于第五面55与边界面59的距离。
在与第五面55垂直的方向上，边界面59与内侧端部35的距离H例如是0.4mm以上且20.0mm以下。绝缘基板21具有外周面58。外周面58与第一面51及第二面52分别相连。在从内侧端部35向外侧端部31的方向上，外周面58与内侧端部35的间隔W例如为5mm以下。
接着，说明实施方式2所涉及的功率模块101的作用效果。
在绝缘基板21的搭载位置更靠外侧而绝缘基板21与粘接面的内侧端部35的距离变得更短的情况下，绝缘基板21与密封构件8的粘接界面接近粘接面的内侧端部35。在该情况下，在壳体构件6与底座构件1的界面进展的剥离有时引发密封构件8的裂纹而到达绝缘基板21。
根据实施方式2所涉及的功率模块101，在与第五面55垂直的方向上，第一金属层22与功率半导体元件3的边界面59位于内侧端部35与第五面55之间。因此，作为壳体构件6与底座构件1的粘接面的第三面53的高度高于沿着底座构件1的面对绝缘基板21的第五面55的延长线。由此，能够防止引发密封构件8的裂纹，抑制绝缘不良。
实施方式3.
接着，说明实施方式3所涉及的功率模块101的结构。在实施方式3所涉及的功率模块101的结构中，壳体构件6具有第一凹部70，且底座构件1具有第一凸部60，主要在这一点上不同于实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图6是表示实施方式3所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图6所示的截面示意图对应于图3或图5所示的区域。如图6所示，壳体构件6具有第一凹部70。底座构件1具有第一凸部60。第一凸部60与第一凹部70连结。粘接构件12位于第一凹部70与第一凸部60之间。
底座构件1具有第三面53、第一底座面61、第二底座面62、第三底座面63以及第四底座面64。第一凸部60例如由第一底座面61、第二底座面62以及第三底座面63构成。第一底座面61与第三面53相连。第一底座面61相对于第三面53倾斜。第一底座面61从第三面53向上方延伸。第二底座面62与第一底座面61相连。第二底座面62相对于第一底座面61倾斜。第二底座面62例如也可以与第三面53平行。此外，上方是指与从第二面52向第一面51的方向平行的方向。另一方面，下方是指与从第一面51向第二面52的方向平行的方向。
第三底座面63与第二底座面62相连。第三底座面63相对于第二底座面62倾斜。第三底座面63从第二底座面62向下方延伸。第三底座面63也可以与第一底座面61平行。第四底座面64与第三底座面63相连。第四底座面64相对于第三底座面63倾斜。第四底座面64也可以与第二底座面62平行。第四底座面64构成外侧端部31。
壳体构件6具有第六面56、第一壳体面71、第二壳体面72、第三壳体面73以及第四壳体面74。第一凹部70例如由第一壳体面71、第二壳体面72以及第三壳体面73构成。第一壳体面71与第六面56相连。第一壳体面71相对于第六面56倾斜。第一壳体面71从第六面56向上方延伸。第二壳体面72与第一壳体面71相连。第二壳体面72相对于第一壳体面71倾斜。第二壳体面72例如也可以与第六面56平行。
第三壳体面73与第二壳体面72相连。第三壳体面73相对于第二壳体面72倾斜。第三壳体面73从第二壳体面72向下方延伸。第三壳体面73也可以与第一壳体面71平行。第四壳体面74与第三壳体面73相连。第四壳体面74相对于第三壳体面73倾斜。第四壳体面74也可以与第二壳体面72平行。
第三面53与第六面56相向。第一底座面61与第一壳体面71相向。第二底座面62与第二壳体面72相向。第三底座面63与第三壳体面73相向。第四底座面64与第四壳体面74相向。粘接构件12与第一底座面61及第一壳体面71分别相接。粘接构件12与第二底座面62及第二壳体面72分别相接。粘接构件12与第三底座面63及第三壳体面73分别相接。粘接构件12与第四底座面64及第四壳体面74分别相接。
第六面56位于比第三面53靠上方的位置。第二壳体面72位于比第二底座面62靠上方的位置。第四壳体面74位于比第四底座面64靠上方的位置。第二壳体面72位于比第六面56和第四壳体面74分别都靠上方的位置。第二底座面62位于比第三面53和第四底座面64分别都靠上方的位置。第三壳体面73位于比第一壳体面71靠外侧的位置。第三底座面63位于比第一底座面61靠外侧的位置。
接着，说明实施方式3所涉及的功率模块101的作用效果。
根据实施方式3所涉及的功率模块101，壳体构件6具有第一凹部70。底座构件1具有第一凸部60。第一凸部60与第一凹部70连结。粘接构件12位于第一凹部70与第一凸部60之间。因此，根据实施方式3所涉及的功率模块101，通过锚固效应，能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的粘接强度。另外，能够扩大粘接面积，因此能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的粘接强度。并且，能够延长从外侧端部31至内侧端部35的剥离路径，因此能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的抗剥离性。
实施方式4.
接着，说明实施方式4所涉及的功率模块101的结构。在实施方式4所涉及的功率模块101的结构中，壳体构件6具有第二凸部70，且底座构件1具有第二凹部60，主要在这一点上不同于实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图7是表示实施方式4所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图7所示的截面示意图对应于图3或图5所示的区域。如图7所示，壳体构件6具有第二凸部70。底座构件1具有第二凹部60。第二凸部70与第二凹部60连结。粘接构件12位于第二凹部60与第二凸部70之间。
底座构件1具有第三面53、第一底座面61、第二底座面62、第三底座面63以及第四底座面64。第二凹部60例如由第一底座面61、第二底座面62以及第三底座面63构成。第一底座面61与第三面53相连。第一底座面61相对于第三面53倾斜。第一底座面61从第三面53向下方延伸。第二底座面62与第一底座面61相连。第二底座面62相对于第一底座面61倾斜。第二底座面62例如也可以与第三面53平行。
第三底座面63与第二底座面62相连。第三底座面63相对于第二底座面62倾斜。第三底座面63从第二底座面62向上方延伸。第三底座面63也可以与第一底座面61平行。第四底座面64与第三底座面63相连。第四底座面64相对于第三底座面63倾斜。第四底座面64也可以与第二底座面62平行。第四底座面64构成外侧端部31。此外，上方是指与从第二面52向第一面51的方向平行的方向。另一方面，下方是指与从第一面51向第二面52的方向平行的方向。
壳体构件6具有第六面56、第一壳体面71、第二壳体面72、第三壳体面73以及第四壳体面74。第二凸部70例如由第一壳体面71、第二壳体面72以及第三壳体面73构成。第一壳体面71与第六面56相连。第一壳体面71相对于第六面56倾斜。第一壳体面71从第六面56向下方延伸。第二壳体面72与第一壳体面71相连。第二壳体面72相对于第一壳体面71倾斜。第二壳体面72例如也可以与第六面56平行。
第三壳体面73与第二壳体面72相连。第三壳体面73相对于第二壳体面72倾斜。第三壳体面73从第二壳体面72向上方延伸。第三壳体面73也可以与第一壳体面71平行。第四壳体面74与第三壳体面73相连。第四壳体面74相对于第三壳体面73倾斜。第四壳体面74也可以与第二壳体面72平行。
第三面53与第六面56相向。第一底座面61与第一壳体面71相向。第二底座面62与第二壳体面72相向。第三底座面63与第三壳体面73相向。第四底座面64与第四壳体面74相向。粘接构件12与第一底座面61及第一壳体面71分别相接。粘接构件12与第二底座面62及第二壳体面72分别相接。粘接构件12与第三底座面63及第三壳体面73分别相接。粘接构件12与第四底座面64及第四壳体面74分别相接。
第六面56位于比第三面53靠上方的位置。第二壳体面72位于比第二底座面62靠上方的位置。第四壳体面74位于比第四底座面64靠上方的位置。第二壳体面72位于比第六面56和第四壳体面74分别都靠下方的位置。第二底座面62位于比第三面53和第四底座面64分别都靠下方的位置。第三壳体面73位于比第一壳体面71靠外侧的位置。第三底座面63位于比第一底座面61靠外侧的位置。
接着，说明实施方式4所涉及的功率模块101的作用效果。
根据实施方式4所涉及的功率模块101，壳体构件6具有第二凸部70。底座构件1具有第二凹部60。第二凸部70与第二凹部60连结。粘接构件12位于第二凹部60与第二凸部70之间。因此，根据实施方式3所涉及的功率模块101，通过锚固效应，能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的粘接强度。另外，能够扩大粘接面积，因此能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的粘接强度。并且，能够延长从外侧端部31至内侧端部35的剥离路径，因此能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的抗剥离性。
实施方式5.
接着，说明实施方式5所涉及的功率模块101的结构。在实施方式5所涉及的功率模块101的结构中，壳体构件6的凹部与底座构件1的凸部在横向上连结，主要在这一点上不同于实施方式3所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式3所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式3所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图8是表示实施方式5所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图8所示的截面示意图对应于图6所示的区域。如图8所示，壳体构件6具有凹部。底座构件1具有凸部。壳体构件6的凹部与底座构件1的凸部在横向上连结。
底座构件1具有第三面53、第二底座面62、第三底座面63以及第四底座面64。凸部例如由第三面53、第二底座面62以及第三底座面63构成。第二底座面62与第三面53相连。第二底座面62相对于第三面53倾斜。第二底座面62从第三面53向下方延伸。
第三底座面63与第二底座面62相连。第三底座面63相对于第二底座面62倾斜。第三底座面63从第二底座面62向内侧延伸。第三底座面63也可以与第三面53平行。第四底座面64与第三底座面63相连。第四底座面64相对于第三底座面63倾斜。第四底座面64也可以与第二底座面62平行。第四底座面64构成外侧端部31。
壳体构件6具有第六面56、第二壳体面72、第三壳体面73、第四壳体面74以及第五壳体面75。凹部例如由第六面56、第二壳体面72以及第三壳体面73构成。第二壳体面72与第六面56相连。第二壳体面72相对于第六面56倾斜。第二壳体面72从第六面56向下方延伸。
第三壳体面73与第二壳体面72相连。第三壳体面73相对于第二壳体面72倾斜。第三壳体面73从第二壳体面72向内侧延伸。第三壳体面73也可以与第六面56平行。第四壳体面74与第三壳体面73相连。第四壳体面74相对于第三壳体面73倾斜。第四壳体面74也可以与第二壳体面72平行。第五壳体面75与第四壳体面74相连。第五壳体面75相对于第四壳体面74倾斜。第五壳体面75也可以与第三壳体面73平行。第五壳体面75构成功率模块101的背面的一部分。
第三面53与第六面56相向。第二底座面62与第二壳体面72相向。第三底座面63与第三壳体面73相向。第四底座面64与第四壳体面74相向。粘接构件12与第二底座面62及第二壳体面72分别相接。粘接构件12与第三底座面63及第三壳体面73分别相接。粘接构件12与第四底座面64及第四壳体面74分别相接。第五壳体面75与粘接构件12分离。
在与第五面55垂直的方向上，第五面55位于第三面53与第三底座面63之间。同样地，在与第五面55垂直的方向上，第五面55位于第六面56与第三壳体面73之间。第六面56位于比第三面53靠上方的位置。第二壳体面72位于比第二底座面62靠外侧的位置。第三壳体面73位于比第三底座面63靠下方的位置。
接着，说明实施方式5所涉及的功率模块101的作用效果。
根据实施方式5所涉及的功率模块101，在壳体构件6包围作为底座构件1的外周侧面的第二底座面62的状态下，底座构件1的凸部与壳体构件6的凹部连结。因此，粘接构件12的外侧端部31不是位于功率模块101的外周侧面而是位于底面。因而，即使在由于功率模块101的翘曲而产生了拉伸应力的情况下，也能够通过由壳体构件6的第三壳体面73、第四壳体面74以及第五壳体面75形成的突起来抑制功率模块101的翘曲。因此，能够抑制底座构件1与壳体构件6的剥离。作为结果，能够进一步提高底座构件1与壳体构件6的抗剥离性。由此，能够抑制功率模块101的绝缘不良。
实施方式6.
接着，说明实施方式6所涉及的功率模块101的结构。在实施方式6所涉及的功率模块101的结构中，在底座构件1的内周面50设置有槽部80，主要在这一点上不同于实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式1或实施方式2所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图9是表示实施方式6所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图9所示的截面示意图对应于图3或图5所示的区域。如图9所示，底座构件具有内周面50。从与第一面51垂直的方向看时，内周面50包围绝缘基板21。在内周面50设置有槽部80。槽部80被设置于内周面50的整周。槽部80是环状。密封构件8的一部分进入槽部80。
内周面50具有第四面54、第一内周区域81、第二内周区域82、第三内周区域83以及第七面57。槽部80例如由第一内周区域81、第二内周区域82以及第三内周区域83构成。第一内周区域81与第四面54相连。第一内周区域81相对于第四面54倾斜。第一内周区域81从第四面54向外侧延伸。第二内周区域82与第一内周区域81相连。第二内周区域82相对于第一内周区域81倾斜。第二内周区域82例如也可以与第四面54平行。
第三内周区域83与第二内周区域82相连。第三内周区域83相对于第二内周区域82倾斜。第三内周区域83从第二内周区域82向内侧延伸。第三内周区域83也可以与第一内周区域81平行。第七面57与第三内周区域83相连。第七面57相对于第三内周区域83倾斜。第七面57也可以与第二内周区域82平行。第七面57与第五面55相连。第七面57相对于第五面55倾斜。第五面55也可以与第三内周区域83平行。
第四面54位于比第七面57靠上方的位置。第一内周区域81位于比第三内周区域83靠上方的位置。第二内周区域82位于比第四面54和第七面57分别都靠外侧的位置。密封构件8与第一内周区域81、第二内周区域82以及第三内周区域83分别相接。第二内周区域82也可以与绝缘基板21的外周面58相向。
接着，说明实施方式6所涉及的功率模块101的作用效果。
根据实施方式6所涉及的功率模块101，在底座构件1的内周面50设置有槽部80，且密封构件8的一部分进入槽部80。因此，根据实施方式6所涉及的功率模块101，即使在功率模块101中产生大的翘曲而拉伸应力变大的情况下，也能够通过进入槽部80的密封构件8的锚固效应来提高底座构件1与密封构件8的粘接强度。另外，通过在内周面50具有槽部80，底座构件1的内周面50与密封构件8的界面变大。因此，能够抑制剥离沿着底座构件1的内周面50进展。
实施方式7.
接着，说明实施方式7所涉及的功率模块101的结构。在实施方式7所涉及的功率模块101的结构中，在底座构件1的内周面50设置有槽部80，主要在这一点上不同于实施方式3所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式3所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式3所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图10是表示实施方式7所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图10所示的截面示意图对应于图6所示的区域。如图10所示，底座构件1具有内周面50。从与第一面51垂直的方向看时，内周面50包围绝缘基板21。在内周面50设置有槽部80。槽部80被设置于内周面50的整周。槽部80是环状。密封构件8的一部分进入槽部80。
内周面50具有第四面54、第一内周区域81、第二内周区域82、第三内周区域83以及第七面57。槽部80例如由第一内周区域81、第二内周区域82以及第三内周区域83构成。实施方式7所涉及的功率模块101中的槽部80的结构与实施方式6所涉及的功率模块101中的槽部80的结构相同。
在与第五面55平行的方向上，第二内周区域82位于第一底座面61与第三底座面63之间。同样地，在与第五面55平行的方向上，第二内周区域82位于第一壳体面71与第三壳体面73之间。实施方式7所涉及的功率模块101的作用效果与实施方式6所涉及的功率模块101同样。
实施方式8.
接着，说明实施方式8所涉及的功率模块101的结构。在实施方式8所涉及的功率模块101的结构中，在底座构件1的内周面50设置有槽部80，主要在这一点上不同于实施方式4所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式4所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式4所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图11是表示实施方式8所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图11所示的截面示意图对应于图7所示的区域。如图11所示，底座构件1具有内周面50。从与第一面51垂直的方向看时，内周面50包围绝缘基板21。在内周面50设置有槽部80。槽部80被设置于内周面50的整周。槽部80是环状。密封构件8的一部分进入槽部80。
内周面50具有第四面54、第一内周区域81、第二内周区域82、第三内周区域83以及第七面57。槽部80例如由第一内周区域81、第二内周区域82以及第三内周区域83构成。实施方式8所涉及的功率模块101中的槽部80的结构与实施方式6所涉及的功率模块101中的槽部80的结构相同。
在与第五面55平行的方向上，第二内周区域82位于第一底座面61与第三底座面63之间。同样地，在与第五面55平行的方向上，第二内周区域82位于第一壳体面71与第三壳体面73之间。实施方式8所涉及的功率模块101的作用效果与实施方式6所涉及的功率模块101同样。
实施方式9.
接着，说明实施方式9所涉及的功率模块101的结构。在实施方式9所涉及的功率模块101的结构中，在底座构件1的内周面50设置有槽部80，主要在这一点上不同于实施方式5所涉及的功率模块101的结构，其它结构与实施方式5所涉及的功率模块101的结构几乎相同。以下，以与实施方式5所涉及的功率模块101的结构不同的结构为中心进行说明。
图12是表示实施方式9所涉及的功率模块101的结构的截面示意图。图12所示的截面示意图对应于图8所示的区域。如图12所示，底座构件1具有内周面50。在从与第一面51垂直的方向看时，内周面50包围绝缘基板21。在内周面50设置有槽部80。槽部80被设置于内周面50的整周。槽部80是环状。密封构件8的一部分进入槽部80。
内周面50具有第四面54、第一内周区域81、第二内周区域82、第三内周区域83以及第七面57。槽部80例如由第一内周区域81、第二内周区域82以及第三内周区域83构成。实施方式8所涉及的功率模块101中的槽部80的结构与实施方式6所涉及的功率模块101中的槽部80的结构相同。
在与第五面55平行的方向上，第二内周区域82位于比第二底座面62靠内侧的位置。在与第五面55垂直的方向上，第一内周区域81和第三内周区域83分别位于第三面53与第三底座面63之间。在与第五面55垂直的方向上，第一内周区域81和第三内周区域83分别位于第六面56与第三壳体面73之间。实施方式8所涉及的功率模块101的作用效果与实施方式6所涉及的功率模块101同样。
实施方式10.
接着，说明实施方式10所涉及的电力变换装置的结构。实施方式10所涉及的电力变换装置是将实施方式1至实施方式9的功率模块101的任意模块应用于电力变换装置而成的。关于实施方式10所涉及的电力变换装置200不特别限定，以下说明三相的逆变器的情况。
图13是表示具备实施方式10所涉及的电力变换装置的电力变换***的结构的框图。如图13所示，电力变换***包括电源100、电力变换装置200以及负载300。电源100是直流电源，向电力变换装置200供给直流电力。关于电源100不特别限定，例如既可以包括直流***、太阳能电池或蓄电池，也可以包括连接于交流***的整流电路或AC/DC转换器。电源100也可以包括将从直流***输出的直流电力变换为其它直流电力的DC/DC转换器。
电力变换装置200是连接于电源100与负载300之间的三相的逆变器，将从电源100供给的直流电力变换为交流电力，向负载300供给交流电力。如图13所示，电力变换装置200具备：主变换电路201，将直流电力变换为交流电力并输出；以及控制电路203，将用于控制主变换电路201的控制信号输出到主变换电路201。
负载300是通过从电力变换装置200供给的交流电力被驱动的三相的电动机。此外，关于负载300不特别限定，是搭载于各种电气设备的电动机，例如被用作面向混合动力汽车、电动汽车、铁路车辆、电梯或空调设备的电动机。
以下，说明电力变换装置200的详情。主变换电路201具备开关元件(未图示)和回流二极管(未图示)。通过由开关元件对从电源100供给的电压进行开关，主变换电路201将从电源100供给的直流电力变换为交流电力并供给到负载300。主变换电路201的具体的电路结构存在各种结构，本实施方式所涉及的主变换电路201是2电平的三相全桥电路，可以包括6个开关元件以及与各开关元件反并联的6个回流二极管。对主变换电路201的各开关元件和各回流二极管的至少任一个应用上述的实施方式1至实施方式9的功率模块101的任意模块。6个开关元件按每2个开关元件串联连接来构成上下臂，各上下臂构成全桥电路的各相(U相、V相以及W相)。而且，各上下臂的输出端子、即主变换电路201的3个输出端子连接于负载300。
另外，主变换电路201具备对各开关元件进行驱动的驱动电路(未图示)。驱动电路既可以内置于半导体模块202，也可以与半导体模块202分开地设置。驱动电路生成对包括在主变换电路201中的开关元件进行驱动的驱动信号，向主变换电路201的开关元件的控制电极供给驱动信号。具体地说，按照来自控制电路203的控制信号，将使开关元件为接通状态的驱动信号和使开关元件为断开状态的驱动信号输出到各开关元件的控制电极。在使开关元件维持为接通状态的情况下，驱动信号为开关元件的阈值电压以上的电压信号(接通信号)，在使开关元件维持为断开状态的情况下，驱动信号为开关元件的阈值电压以下的电压信号(断开信号)。
控制电路203对主变换电路201的开关元件进行控制使得向负载300供给期望的电力。具体地说，基于应该向负载300供给的电力，计算主变换电路201的各开关元件应该成为接通状态的时间(接通时间)。例如，能够通过根据应该输出的电压对开关元件的接通时间进行调制的脉宽调制(PWM)控制，来控制主变换电路201。而且，以在各时间点对于应该成为接通状态的开关元件输出接通信号、且对于应该成为断开状态的开关元件输出断开信号的方式，对主变换电路201所具备的驱动电路输出控制指令(控制信号)。驱动电路按照该控制信号，对各开关元件的控制电极输出接通信号或断开信号来作为驱动信号。
在本实施方式所涉及的电力变换装置200中，作为包括在主变换电路201中的半导体模块202，应用实施方式1至实施方式9的功率模块101的任意模块。因此，本实施方式所涉及的电力变换装置200具有被提高的可靠性。
在本实施方式中，说明了将本公开应用于2电平的三相逆变器的例子，但是不限于此，能够应用于各种电力变换装置。在本实施方式中设为2电平的电力变换装置，但是既可以是3电平的电力变换装置，也可以是多电平的电力变换装置。在电力变换装置向单相负载供给电力的情况下，本公开也可以应用于单相的逆变器。在电力变换装置向直流负载等供给电力的情况下，本公开也可以应用于DC/DC转换器或AC/DC转换器。
应用了本公开的电力变换装置不限定于负载为电动机的情况，例如可以嵌入于放电加工机或激光加工机的电源装置、或感应加热烹调器或非接触器供电***的电源装置。应用了本公开的电力变换装置可被用作太阳能发电***或蓄电***等的功率调节器。
应认为本次公开的实施方式1-10在所有方面均是例示而不是限制性的。只要不矛盾，也可以将本次公开的实施方式1-10的至少2个进行组合。本申请的范围不是由上述的说明而是由权利要求书来表示，意图包括与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (6)

1.一种功率模块，具备：
绝缘基板，具有第一面以及与所述第一面相反侧的第二面；
壳体构件，在从与所述第一面垂直的方向看时，包围所述绝缘基板；
功率半导体元件，面对所述第一面；
底座构件，面对所述第二面；
密封构件，将所述功率半导体元件和所述绝缘基板进行密封，且与所述壳体构件相接；以及
粘接构件，将所述底座构件与所述壳体构件进行固定，且在从与所述第一面垂直的方向看时，包围所述绝缘基板，
所述底座构件具有与所述粘接构件相接的第三面、与所述第三面相连且与所述密封构件相接的第四面以及面对所述第二面的第五面，
在与所述第五面垂直的方向上，所述第三面的内侧端部位于与所述第五面不同的高度，
所述第三面相对于所述第四面倾斜。
2.根据权利要求1所述的功率模块，其特征在于，
还具备被设置于所述第一面与所述功率半导体元件之间的接合层，
在与所述第五面垂直的方向上，所述接合层与所述功率半导体元件的边界面位于所述内侧端部与所述第五面之间。
3.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，
所述壳体构件具有凹部，
所述底座构件具有与所述凹部连结的凸部，
所述粘接构件位于所述凹部与所述凸部之间。
4.根据权利要求1或2所述的功率模块，其特征在于，
所述壳体构件具有凸部，
所述底座构件具有与所述凸部连结的凹部，
所述粘接构件位于所述凸部与所述凹部之间。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的功率模块，其特征在于，
所述底座构件具有在从与所述第一面垂直的方向看时包围所述绝缘基板的内周面，
在所述内周面设置有槽部，
所述密封构件的一部分进入所述槽部。
6.一种电力变换装置，具备：
主变换电路，具有权利要求1至5中的任一项所述的所述功率模块，且该主变换电路将所输入的电力进行变换并输出；以及
控制电路，将控制所述主变换电路的控制信号输出到所述主变换电路。
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