JP2019161081A

JP2019161081A - Electric power conversion device and manufacturing method of electric power conversion device

Info

Publication number: JP2019161081A
Application number: JP2018047409A
Authority: JP
Inventors: 貴文野中; Takafumi Nonaka; 熊谷　隆; Takashi Kumagai; 隆熊谷; 規央鈴木; Norihisa Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-15
Also published as: JP7059714B2

Abstract

To provide a manufacturing method of an electric power conversion device, which improves heat radiation ability in the electric power conversion device using a power semiconductor element, and does not require a metal molding for a press processing.SOLUTION: An electric power conversion device 100 comprises an insulation substrate 20, a heat discharge member 40, a resin spacer 50 and a resin member 60. A power semiconductor electrode 10 is provided with one main surface of the insulation substrate 20. The heat discharge member 40 is opposite to the other main surface of the insulation substrate 20. The insulation spacer 50 has an insulation property, and is positioned between the other main surface of the insulation substrate 20 and the heat discharge member 40. The resin member 60 has the insulation property, and embeds a residual part between the other main surface of the insulation substrate 20 and the heat discharge member 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、パワー半導体素子を用いた電力変換装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device using a power semiconductor element and a manufacturing method thereof.

ハイブリッドカーや電気自動車では、それらが有するモーターを駆動させるために、スイッチング電源、インバータ、コンバータ等の電力変換装置が必要となる。また、このような電力変換装置には、パワー半導体素子と呼ばれる素子が用いられている。ここで、パワー半導体素子は大電流を処理し、発熱して高温になる。従って、電力変換装置では、パワー半導体素子との絶縁を確保しつつ、パワー半導体素子からの熱を放熱する機構が必要になる。さらに、このような放熱機構における絶縁の確保には、安全性の観点から二重絶縁が求められている。その一例として、特許文献１に記載したような絶縁放熱基板を備える電力変換装置（以下で、従来の電力変換装置と称す）がある。この種の絶縁放熱基板は、パワー半導体素子からの熱を外部に放熱する金属板を備えている。さらに、パワー半導体素子と金属板との間に、絶縁性を有する２つの伝熱層を挟み込むことによって、いわゆる二重絶縁を確保している。 In a hybrid car or an electric vehicle, a power conversion device such as a switching power supply, an inverter, or a converter is required to drive a motor included in the hybrid car or the electric vehicle. Moreover, an element called a power semiconductor element is used in such a power conversion device. Here, the power semiconductor element processes a large current, generates heat, and becomes high temperature. Therefore, the power conversion device requires a mechanism for radiating heat from the power semiconductor element while ensuring insulation from the power semiconductor element. Furthermore, in order to ensure insulation in such a heat dissipation mechanism, double insulation is required from the viewpoint of safety. As an example, there is a power conversion device (hereinafter referred to as a conventional power conversion device) including an insulating heat dissipation substrate as described in Patent Document 1. This type of insulating heat dissipation substrate includes a metal plate that dissipates heat from the power semiconductor element to the outside. Furthermore, so-called double insulation is ensured by sandwiching two heat transfer layers having insulating properties between the power semiconductor element and the metal plate.

特開２００９−４７３１号公報JP 2009-4731 A

従来の電力変換装置の絶縁放熱基板は、絶縁性を有する２つの伝熱層及び金属板をプレス加工することで製造されていた。このとき、金属板や伝熱層の表面のわずかな凹凸により、その境界に隙間ができる。この隙間に熱伝導率の小さい空気が入り込み、金属板と伝熱層、または２つの伝熱層の間で熱抵抗が生じる。これにより、パワー半導体素子から金属板への熱伝導が阻害され、結果として、パワー半導体素子の熱を放熱する能力が悪化するという問題があった。また、従来の電力変換装置の絶縁放熱基板は、プレス加工することで製造されていたため、プレス加工用の金型が必要になるという問題もあった。 The insulated heat dissipation board of the conventional power converter was manufactured by pressing two heat-transfer layers and metal plates which have insulation. At this time, a gap is formed at the boundary due to slight unevenness on the surface of the metal plate or heat transfer layer. Air having a low thermal conductivity enters the gap, and a thermal resistance is generated between the metal plate and the heat transfer layer or between the two heat transfer layers. This hinders heat conduction from the power semiconductor element to the metal plate, and as a result, there is a problem that the ability of the power semiconductor element to dissipate heat deteriorates. Moreover, since the insulated heat dissipation board | substrate of the conventional power converter device was manufactured by pressing, there also existed a problem that the metal mold | die for press processing was needed.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電力変換装置におけるパワー半導体素子の熱を放熱する能力を向上させること、また、プレス加工用の金型が不要である電力変換装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to improve the ability to dissipate the heat of the power semiconductor element in the power converter, and it is unnecessary to use a press working die. It aims at providing the manufacturing method of a certain power converter device.

本発明に係る電力変換装置は、パワー半導体素子と、一方主面にパワー半導体素子が取り付けられた絶縁基板と、絶縁基板の他方主面と対向する放熱部材と、絶縁基板の他方主面及び放熱部材の間に位置し、絶縁性を有する樹脂スペーサと、絶縁基板の他方主面及び放熱部材の間の残余の部分を埋め、絶縁性を有する樹脂部材と、を備える。 A power conversion device according to the present invention includes a power semiconductor element, an insulating substrate having a power semiconductor element attached to one main surface, a heat dissipation member facing the other main surface of the insulating substrate, the other main surface of the insulating substrate, and heat dissipation. And a resin spacer having insulating properties and a resin member having insulating properties by filling the remaining portion between the other main surface of the insulating substrate and the heat dissipation member.

また、本発明に係る電力変換装置の製造方法は、放熱部材の上に樹脂スペーサを置く第１の載置工程と、パワー半導体素子が取り付けられた絶縁基板を樹脂スペーサの上に置く第２の載置工程と、放熱部材と絶縁基板との間に液状かつ絶縁性の樹脂部材を充填する充填工程と、を備える。 Moreover, the manufacturing method of the power converter device which concerns on this invention is the 1st mounting process which puts a resin spacer on a heat radiating member, and the 2nd which puts the insulating board | substrate with which the power semiconductor element was attached on the resin spacer. A placing step, and a filling step of filling a liquid and insulating resin member between the heat dissipation member and the insulating substrate.

上記のように構成された電力変換装置では、パワー半導体素子の熱を放熱する能力が向上し、その製造方法では、プレス加工用の金型が不要になる。 In the power conversion device configured as described above, the ability to dissipate heat of the power semiconductor element is improved, and in the manufacturing method, a die for press working is not necessary.

実施の形態１に係る電力変換装置を示す図である。It is a figure which shows the power converter device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るパワー半導体素子及び絶縁基板を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a power semiconductor element and an insulating substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態１に係るパワー半導体素子及び絶縁基板を側面側から見た図である。It is the figure which looked at the power semiconductor element and insulating substrate which concern on Embodiment 1 from the side surface side. 放熱部材の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a thermal radiation member. 実施の形態１に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the power semiconductor element which concerns on Embodiment 1, an insulating substrate, and a resin spacer. 電力変換装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a power converter device. 電力変換装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a power converter device. 電力変換装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a power converter device. 電力変換装置の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of a power converter device. 実施の形態２に係る電力変換装置を示す図である。It is a figure which shows the power converter device which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態３に係る電力変換装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a power conversion device according to a third embodiment. 実施の形態３に係るパワー半導体素子及び絶縁基板を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing a power semiconductor element and an insulating substrate according to a third embodiment. 他の実施の形態に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す図である。It is a figure which shows the power semiconductor element which concerns on other embodiment, an insulated substrate, and the resin spacer. 他の実施の形態に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す図である。It is a figure which shows the power semiconductor element which concerns on other embodiment, an insulated substrate, and the resin spacer. 他の実施の形態に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す図である。It is a figure which shows the power semiconductor element which concerns on other embodiment, an insulated substrate, and the resin spacer. 他の実施の形態に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す図である。It is a figure which shows the power semiconductor element which concerns on other embodiment, an insulated substrate, and the resin spacer. 他の実施の形態に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す図である。It is a figure which shows the power semiconductor element which concerns on other embodiment, an insulated substrate, and the resin spacer.

以下で、一実施形態である電力変換装置について、添付した図面を参照しながら説明する。各実施の形態において同一の構成については、同一の符号を付す。 Below, the power converter device which is one Embodiment is demonstrated, referring attached drawing. In each embodiment, the same reference numerals are given to the same components.

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置を示す図である。図１において、電力変換装置１００は、パワー半導体素子１０、絶縁基板２０、放熱部材４０、樹脂スペーサ５０、樹脂部材６０、及び回路基板１５０を備える。電力変換装置１００は、ハイブリッドカーや電気自動車が有するモーターを駆動させるためのスイッチング電源、インバータ、コンバータ等である。電力変換装置１００は、パワー半導体素子１０、このパワー半導体素子１０が一方主面Ｓ１（図１における上面）に取り付けられた絶縁基板２０、絶縁基板２０の他方主面Ｓ２（図１における下面）と対向する放熱部材４０、絶縁基板２０の他方主面Ｓ２と放熱部材４０との間に位置し、絶縁性を有する樹脂スペーサ５０、及び絶縁基板２０の他方主面Ｓ２及び放熱部材４０の間の残余の部分を埋め、絶縁性を有する樹脂部材６０を備えている。さらに、電力変換装置１００は、パワー半導体素子１０と接続された回路基板１５０も備えている。 Embodiment 1 FIG.
1 is a diagram illustrating a power conversion device according to Embodiment 1. FIG. In FIG. 1, the power conversion apparatus 100 includes a power semiconductor element 10, an insulating substrate 20, a heat dissipation member 40, a resin spacer 50, a resin member 60, and a circuit board 150. The power conversion device 100 is a switching power source, an inverter, a converter, or the like for driving a motor of a hybrid car or an electric vehicle. The power conversion apparatus 100 includes a power semiconductor element 10, an insulating substrate 20 on which the power semiconductor element 10 is attached to one main surface S1 (upper surface in FIG. 1), and the other main surface S2 (lower surface in FIG. 1) of the insulating substrate 20. The opposing heat dissipation member 40, the other main surface S2 of the insulating substrate 20 and the heat dissipating member 40, the insulating resin spacer 50, and the remainder between the other main surface S2 of the insulating substrate 20 and the heat dissipating member 40 This portion is filled with an insulating resin member 60. Furthermore, the power conversion apparatus 100 also includes a circuit board 150 connected to the power semiconductor element 10.

パワー半導体素子１０は、コンバータ・インバータやレギュレーター等の電源・電力の制御や供給を行うための半導体素子である。 The power semiconductor element 10 is a semiconductor element for controlling and supplying power and electric power such as converters, inverters, and regulators.

絶縁基板２０には、その一方主面Ｓ１に複数のパワー半導体素子１０が取り付けられる。また、絶縁基板２０は、パワー半導体素子１０からの熱を、後述する放熱部材４０へ伝える経路の一部を構成している。 A plurality of power semiconductor elements 10 are attached to one main surface S1 of the insulating substrate 20. Further, the insulating substrate 20 constitutes a part of a path for transferring heat from the power semiconductor element 10 to the heat radiating member 40 described later.

放熱部材４０は、パワー半導体素子１０からの熱を放熱部材４０の周囲の空気に放出する役割を担っている。放熱部材４０は、絶縁基板２０の他方主面Ｓ２と対向するように配置されている。また、放熱部材４０は、アルミニウムや銅などを材料とし、平板状を成している。 The heat dissipating member 40 plays a role of releasing heat from the power semiconductor element 10 to the air around the heat dissipating member 40. The heat radiating member 40 is disposed so as to face the other main surface S2 of the insulating substrate 20. Moreover, the heat radiating member 40 is made of aluminum, copper, or the like, and has a flat plate shape.

樹脂スペーサ５０は、絶縁基板２０と放熱部材４０との間に位置し、放熱部材４０側から絶縁基板２０を支持している。具体的には、樹脂スペーサ５０は、絶縁性及び耐熱性を有する材料、例えば、ＰＰＳ、ＰＴＦＥのようないわゆるエンジニアリングプラスチックを材料としており、直方体状の形状である。 The resin spacer 50 is located between the insulating substrate 20 and the heat radiating member 40 and supports the insulating substrate 20 from the heat radiating member 40 side. Specifically, the resin spacer 50 is made of a material having insulating properties and heat resistance, for example, a so-called engineering plastic such as PPS or PTFE, and has a rectangular parallelepiped shape.

樹脂部材６０は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の絶縁性を有する材料からなる。樹脂部材６０は、絶縁基板２０と放熱部材４０との間における残余の部分を埋めている。従って、絶縁基板２０と放熱部材４０との間は、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０で満たされている。さらに、樹脂部材６０は、絶縁基板２０の一方主面Ｓ１も覆っており、絶縁基板２０に複数取り付けられたパワー半導体素子１０の間にも存在している。 The resin member 60 is made of an insulating material such as epoxy resin or silicon resin. The resin member 60 fills the remaining portion between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40. Therefore, the space between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40 is filled with the resin spacer 50 and the resin member 60. Further, the resin member 60 also covers the one main surface S1 of the insulating substrate 20 and exists between the power semiconductor elements 10 attached to the insulating substrate 20 in a plurality.

回路基板１５０は、ガラスエポキシ、ガラスコンポジット、紙フェノールなどを材料とする、いわゆるプリント基板である。また、回路基板１５０は、スイッチング電源、インバータ、コンバータなどの電力変換回路を構成する回路パターンを有している。そして、図１に示すように、この回路基板１５０にパワー半導体素子１０が接続される。具体的には、パワー半導体素子１０から伸びるリード端子を、回路基板１５０に設けられたプリント回路上のスルーホールに挿入する。そして、スルーホールを通過したリード端子の先端を半田付けすることにより、回路基板１５０にパワー半導体素子１０が接続される。 The circuit board 150 is a so-called printed board made of glass epoxy, glass composite, paper phenol, or the like. The circuit board 150 has a circuit pattern that constitutes a power conversion circuit such as a switching power supply, an inverter, and a converter. As shown in FIG. 1, the power semiconductor element 10 is connected to the circuit board 150. Specifically, a lead terminal extending from the power semiconductor element 10 is inserted into a through hole on a printed circuit provided on the circuit board 150. The power semiconductor element 10 is connected to the circuit board 150 by soldering the tip of the lead terminal that has passed through the through hole.

図２は、実施の形態１に係るパワー半導体素子及び絶縁基板を示す斜視図である。また、図３は、実施の形態１に係るパワー半導体素子及び絶縁基板を側面側から見た図である。図２及び図３を用いて、パワー半導体素子１０及び絶縁基板２０について、より具体的に説明する。 FIG. 2 is a perspective view showing the power semiconductor element and the insulating substrate according to the first embodiment. FIG. 3 is a view of the power semiconductor element and the insulating substrate according to the first embodiment when viewed from the side surface side. The power semiconductor element 10 and the insulating substrate 20 will be described more specifically with reference to FIGS.

パワー半導体素子１０は、上述のとおり、絶縁基板２０の一方主面Ｓ１上に位置している。また、パワー半導体素子１０におけるリード線が伸びる方向と反対側の面には、放熱用の金属板１２が設けられている。 As described above, power semiconductor element 10 is located on one main surface S1 of insulating substrate 20. Further, a heat radiating metal plate 12 is provided on the surface of the power semiconductor element 10 opposite to the direction in which the lead wires extend.

絶縁基板２０は、金属基板２２、絶縁層２４、及び伝熱用金属パターン２６を有する。金属基板２２は、アルミニウムや銅などの金属材料からなる平板であり、金属層を構成する。また、金属基板２２は、絶縁基板２０の他方主面Ｓ２側に位置し、樹脂部材６０と接している。絶縁層２４は、金属基板２２の上面に形成された層である。また、絶縁層２４の材料は、ガラスエポキシ等の絶縁性を有する材料である。伝熱用金属パターン２６は、絶縁層２４の上面に形成された銅などの金属からなる層であり、図２に示すように、絶縁基板２０の上面側から見たときに長方形状を成している。また、伝熱用金属パターン２６には、パワー半導体素子１０が半田２８により接着される。従って、伝熱用金属パターン２６は、絶縁基板２０に取り付けられるパワー半導体素子１０の数だけ、絶縁層２４の上面に形成されている。なお、図面の見やすさのため、図２及び図３の一部のみに半田２８を記載した。 The insulating substrate 20 includes a metal substrate 22, an insulating layer 24, and a heat transfer metal pattern 26. The metal substrate 22 is a flat plate made of a metal material such as aluminum or copper, and constitutes a metal layer. The metal substrate 22 is positioned on the other main surface S2 side of the insulating substrate 20 and is in contact with the resin member 60. The insulating layer 24 is a layer formed on the upper surface of the metal substrate 22. The material of the insulating layer 24 is an insulating material such as glass epoxy. The heat transfer metal pattern 26 is a layer made of a metal such as copper formed on the upper surface of the insulating layer 24, and has a rectangular shape when viewed from the upper surface side of the insulating substrate 20, as shown in FIG. ing. The power semiconductor element 10 is bonded to the heat transfer metal pattern 26 by solder 28. Therefore, the heat transfer metal patterns 26 are formed on the upper surface of the insulating layer 24 by the number of the power semiconductor elements 10 attached to the insulating substrate 20. Note that the solder 28 is shown only in a part of FIGS. 2 and 3 for easy viewing of the drawings.

図４は、放熱部材の一例を示す図である。放熱部材４０の形状は、実施の形態１において平板状であると述べた。ただし、図４に示すように、放熱部材４０の形状は平板に限らず、例えば、平板上に複数のフィンが並んだ形状であってもよい。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a heat dissipation member. The shape of the heat radiating member 40 is described as being flat in the first embodiment. However, as illustrated in FIG. 4, the shape of the heat dissipation member 40 is not limited to a flat plate, and may be, for example, a shape in which a plurality of fins are arranged on a flat plate.

図５は、実施の形態１に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す斜視図である。図５に示すように、樹脂スペーサ５０は、直方体状の形状であるとともに、水平方向に間隔を開けて規則正しく並んでいる。 FIG. 5 is a perspective view showing the power semiconductor element, the insulating substrate, and the resin spacer according to the first embodiment. As shown in FIG. 5, the resin spacers 50 have a rectangular parallelepiped shape and are regularly arranged at intervals in the horizontal direction.

以上のように構成された電力変換装置１００では、絶縁基板２０の有する絶縁層２４が第１の絶縁層として機能し、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０が第２の絶縁層として機能することで、二重絶縁を確保している。 In the power conversion device 100 configured as described above, the insulating layer 24 of the insulating substrate 20 functions as a first insulating layer, and the resin spacer 50 and the resin member 60 function as a second insulating layer. Double insulation is secured.

また、電力変換装置１００では、パワー半導体素子１０が発熱すると、その熱は、絶縁基板２０の伝熱用金属パターン２６に伝わる。そして、伝熱用金属パターン２６に伝わった熱は、絶縁層２４、金属基板２２という順番で伝播する。その後、熱は、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０を介して放熱部材４０に伝わり、最終的に、放熱部材４０の周囲の空気に放出される。なお、金属基板２２は、絶縁層２４からの熱を、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０など金属基板２２の周囲の部材に広く伝えるヒートスプレッダーの役割を果たしている。つまり、金属基板２２は、熱拡散用の層ともいえる。 In the power conversion device 100, when the power semiconductor element 10 generates heat, the heat is transmitted to the heat transfer metal pattern 26 of the insulating substrate 20. The heat transmitted to the heat transfer metal pattern 26 is transmitted in the order of the insulating layer 24 and the metal substrate 22. Thereafter, the heat is transmitted to the heat radiating member 40 through the resin spacer 50 and the resin member 60, and finally released to the air around the heat radiating member 40. The metal substrate 22 serves as a heat spreader that widely transfers heat from the insulating layer 24 to members around the metal substrate 22 such as the resin spacer 50 and the resin member 60. That is, the metal substrate 22 can be said to be a layer for thermal diffusion.

図６から図９は、電力変換装置の製造工程を示す図である。本実施の形態に係る電力変換装置１００の製造方法について、図６から図９を用いて説明する。 6-9 is a figure which shows the manufacturing process of a power converter device. A method for manufacturing power conversion device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

電力変換装置１００の製造では、図６に示すように、あらかじめ、箱状の冶具２００内に放熱部材４０を置き、放熱部材４０を固定しておく。なお、箱状の冶具２００は、図６に示すように、真空チャンバー３００内にある。 In manufacture of the power converter device 100, as shown in FIG. 6, the heat radiating member 40 is previously set in the box-shaped jig 200, and the heat radiating member 40 is fixed. The box-shaped jig 200 is in the vacuum chamber 300 as shown in FIG.

次に、第１の載置工程として、図７に示すように、冶具２００によって固定された放熱部材４０の上面に樹脂スペーサ５０を置く。このとき、樹脂スペーサ５０を接着剤等で仮止めしてもよい。仮止めする場合、樹脂スペーサ５０の接着剤は、樹脂スペーサ５０と同種の材料であることが好ましい。これは、同種の材料であれば熱膨張係数が近くなるため、経年劣化による樹脂スペーサ５０の放熱部材４０からの剥離を抑制できるためである。 Next, as a first placement step, as shown in FIG. 7, a resin spacer 50 is placed on the upper surface of the heat radiating member 40 fixed by the jig 200. At this time, the resin spacer 50 may be temporarily fixed with an adhesive or the like. When temporarily fixing, the adhesive of the resin spacer 50 is preferably the same type of material as the resin spacer 50. This is because the thermal expansion coefficient is close if the same kind of material is used, and therefore the peeling of the resin spacer 50 from the heat dissipation member 40 due to deterioration over time can be suppressed.

樹脂スペーサ５０を置いた後に、図８に示すように、絶縁基板２０の位置を決めるための位置決め部材２５０を放熱部材４０の上面に置く。そして、第２の載置工程として、樹脂スペーサ５０の上に絶縁基板２０を置く。このとき、絶縁基板２０には、あらかじめパワー半導体素子１０が半田付けされている。また、回路基板１５０とパワー半導体素子１０との半田付けもなされた状態である。つまり、パワー半導体素子１０、絶縁基板２０及び回路基板１５０は、それらが組み立てられた状態で樹脂スペーサ５０の上に置かれる。 After the resin spacer 50 is placed, a positioning member 250 for determining the position of the insulating substrate 20 is placed on the upper surface of the heat dissipation member 40 as shown in FIG. Then, as a second placement step, the insulating substrate 20 is placed on the resin spacer 50. At this time, the power semiconductor element 10 is soldered to the insulating substrate 20 in advance. In addition, the circuit board 150 and the power semiconductor element 10 are also soldered. That is, the power semiconductor element 10, the insulating substrate 20, and the circuit board 150 are placed on the resin spacer 50 in a state where they are assembled.

その後、位置決め部材２５０を取り除いて、図９に示すように、パワー半導体素子１０等が置かれた箱状の冶具２００の内部に、液状の樹脂部材６０を充填する（充填工程）。このとき、液状の樹脂部材６０は、絶縁基板２０と放熱部材４０との間だけでなく、絶縁基板２０の上面も覆うように充填する。なお、樹脂部材６０は２液を混合して硬化するものでもよいし、熱で硬化するものでもよい。ただし、熱で硬化する樹脂部材６０の場合は、パワー半導体素子１０の耐熱性を考慮して、１００℃以下で硬化するものが好ましい。 Thereafter, the positioning member 250 is removed, and the liquid resin member 60 is filled into the box-shaped jig 200 on which the power semiconductor element 10 and the like are placed as shown in FIG. 9 (filling step). At this time, the liquid resin member 60 is filled not only between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40 but also covering the upper surface of the insulating substrate 20. The resin member 60 may be cured by mixing two liquids, or may be cured by heat. However, in the case of the resin member 60 that is cured by heat, in consideration of the heat resistance of the power semiconductor element 10, one that is cured at 100 ° C. or less is preferable.

その後、真空引きをして、樹脂部材６０に残留した空気を抜く。そして、液状の樹脂部材６０が硬化して固体の樹脂部材６０となった後に、冶具２００を取り除くことによって、電力変換装置１００が完成する。なお、本実施の形態では、樹脂スペーサ５０を放熱部材４０の上に置く前から、箱状の冶具２００が真空チャンバー３００内にある。しかし、電力変換装置１００の製造方法はこれに限られず、樹脂部材６０の充填後に、箱状の冶具２００を真空チャンバー内３００に移してもよい。 Thereafter, vacuuming is performed to remove air remaining in the resin member 60. Then, after the liquid resin member 60 is cured to become the solid resin member 60, the jig 200 is removed to complete the power conversion device 100. In the present embodiment, the box-shaped jig 200 is in the vacuum chamber 300 before the resin spacer 50 is placed on the heat dissipation member 40. However, the manufacturing method of the power conversion apparatus 100 is not limited to this, and the box-shaped jig 200 may be moved into the vacuum chamber 300 after the resin member 60 is filled.

ところで、絶縁基板２０は、３層が積層された構造をしているが、電力変換装置１００の製造工程において、これらを積層しプレス加工することはない。具体的には、絶縁基板２０は、金属基板２０、絶縁層２４及び伝熱用金属パターン２６となる金属のプレーン層が積層された状態で市販されていることが一般的である。ここで、電力変換装置１００の製造に際して、絶縁基板２０に必要な処理は、伝熱用金属パターン２６の形成である。伝熱用金属パターン２６の形成は、絶縁基板２０のプレーン層に、伝熱用金属パターン２６に対応するマスキングを施す。そして、プレーン層をエッチングし、その後にマスキングを除去することで、伝熱用金属パターン２６が、絶縁基板２０に形成される。このように、電力変換装置１００の製造工程において、絶縁基板２０には、エッチングによる伝熱用金属パターン２６の形成のみを行うだけであり、絶縁基板２０を構成する層を積層しプレス加工することはない。 By the way, although the insulating substrate 20 has a structure in which three layers are laminated, they are not laminated and pressed in the manufacturing process of the power conversion device 100. Specifically, the insulating substrate 20 is generally commercially available in a state in which a metal plane layer that becomes the metal substrate 20, the insulating layer 24, and the heat transfer metal pattern 26 is laminated. Here, in manufacturing the power conversion apparatus 100, a process necessary for the insulating substrate 20 is formation of the heat transfer metal pattern 26. In the formation of the heat transfer metal pattern 26, masking corresponding to the heat transfer metal pattern 26 is performed on the plane layer of the insulating substrate 20. Then, the heat transfer metal pattern 26 is formed on the insulating substrate 20 by etching the plane layer and then removing the masking. In this way, in the manufacturing process of the power conversion device 100, only the formation of the heat transfer metal pattern 26 is performed on the insulating substrate 20 by etching, and the layers constituting the insulating substrate 20 are stacked and pressed. There is no.

電力変換装置１００では、従来の電力変換装置と比較して、パワー半導体素子からの熱を放熱する能力が高い。具体的には、従来の電力変換装置は、固体である金属板及び絶縁性を有する２つの伝熱層をプレス加工することによって作製されていた。このとき、金属板や伝熱層の表面のわずかな凹凸により、その境界に隙間ができる。この隙間に熱伝導率の小さい空気が入り込み、金属板と伝熱層、または２つの伝熱層の間で熱抵抗が生じる。これにより、パワー半導体素子から金属板への熱伝導が阻害され、結果として、パワー半導体素子の熱を放熱する能力が悪化する。一方、本実施形態の電力変換装置１００では、絶縁基板２０と放熱部材４０との間に、樹脂部材６０が存在する。樹脂部材６０は、電力変換装置１００の製造過程において液体であったため、絶縁基板２０や放熱部材４０の表面における細かな凹凸に入り込む。従って、絶縁基板２０及び樹脂部材６０の境界や、樹脂部材６０及び放熱部材４０の境界に隙間が発生しづらい。結果として、絶縁基板２０及び樹脂部材６０の境界における隙間や、樹脂部材６０及び放熱部材４０の境界の隙間への空気の流入を抑制できる。これにより、電力変換装置１００では、従来の電力変換装置のような固体表面の凹凸に基づく熱抵抗の発生が抑制され、パワー半導体素子１０からの熱をスムーズに放熱部材４０に伝えることができる。従って、電力変換装置１００では、従来の電力変換装置と比較して、パワー半導体素子の熱を放熱する能力が高くなる。 The power conversion device 100 has a higher ability to dissipate heat from the power semiconductor element than the conventional power conversion device. Specifically, a conventional power conversion device has been manufactured by pressing a solid metal plate and two heat transfer layers having insulating properties. At this time, a gap is formed at the boundary due to slight unevenness on the surface of the metal plate or heat transfer layer. Air having a low thermal conductivity enters the gap, and a thermal resistance is generated between the metal plate and the heat transfer layer or between the two heat transfer layers. As a result, heat conduction from the power semiconductor element to the metal plate is hindered, and as a result, the ability of the power semiconductor element to dissipate heat deteriorates. On the other hand, in the power conversion device 100 of the present embodiment, the resin member 60 exists between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40. Since the resin member 60 was liquid during the manufacturing process of the power conversion device 100, the resin member 60 enters fine irregularities on the surfaces of the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40. Therefore, it is difficult to generate a gap at the boundary between the insulating substrate 20 and the resin member 60 and the boundary between the resin member 60 and the heat radiating member 40. As a result, the inflow of air into the gap at the boundary between the insulating substrate 20 and the resin member 60 and the gap at the boundary between the resin member 60 and the heat radiation member 40 can be suppressed. Thereby, in the power converter device 100, generation | occurrence | production of the thermal resistance based on the unevenness | corrugation of a solid surface like the conventional power converter device is suppressed, and the heat | fever from the power semiconductor element 10 can be smoothly transmitted to the thermal radiation member 40. FIG. Therefore, the power conversion device 100 has a higher ability to dissipate heat from the power semiconductor element than the conventional power conversion device.

また、電力変換装置１００では、プレス加工用の金型が不要になる。具体的には、従来の電力変換装置では、パワー半導体素子からの熱を放熱する金属板及び絶縁性を有する２つの伝熱層をプレス加工することにより作製されていた。従って、プレス加工用の金型が必要であった。一方、電力変換装置１００の作製では、上述の通り、放熱部材４０の上に樹脂スペーサ５０を置き、その上に絶縁基板２０を置く。そして、液状の樹脂部材６０を充填することで、絶縁基板２０と放熱部材４０との間に樹脂部材６０が形成され、電力変換装置１００が完成する。つまり、電力変換装置１００の作製では、プレス加工を用いていない。従って、電力変換装置１００では、金型が不要になる。 Further, in the power conversion device 100, a pressing mold is not required. Specifically, in the conventional power converter, it was produced by pressing a metal plate that radiates heat from the power semiconductor element and two heat transfer layers having insulation properties. Therefore, a die for press working is necessary. On the other hand, in the manufacture of the power conversion device 100, as described above, the resin spacer 50 is placed on the heat dissipation member 40, and the insulating substrate 20 is placed thereon. Then, by filling the liquid resin member 60, the resin member 60 is formed between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40, and the power conversion device 100 is completed. That is, in the production of the power conversion device 100, press working is not used. Therefore, the power converter 100 does not require a mold.

さらに、電力変換装置１００の製造は、真空チャンバー３００内で行われる。そして、電力変換装置１００の製造では、液状の樹脂部材６０の充填後に、真空引きをして、樹脂部材６０に残留した空気を抜く。従って、この製造方法によれば、硬化後の樹脂部材６０には、空気が残留しづらいため、空気の残留による熱抵抗の増加を抑制できる。従って、電力変換装置１００の製造方法によれば、その製造過程で真空引きをしない場合と比較して、パワー半導体素子１０の熱を放熱する能力を高くすることができる。 Further, the power conversion device 100 is manufactured in the vacuum chamber 300. And in manufacture of the power converter device 100, after filling the liquid resin member 60, it vacuum-evacuates and the air which remained in the resin member 60 is extracted. Therefore, according to this manufacturing method, since it is difficult for air to remain in the cured resin member 60, an increase in thermal resistance due to the remaining air can be suppressed. Therefore, according to the method for manufacturing the power conversion device 100, the ability to dissipate the heat of the power semiconductor element 10 can be increased as compared with the case where no vacuum is evacuated in the manufacturing process.

これに加え、樹脂部材６０における空気の残留の抑制は、電力変換装置１００における絶縁性の向上にも寄与する。例えば、樹脂部材６０に空気が残留していた場合を想定する。この場合、電力変換装置１００が高電圧で作動すると、樹脂部材６０に残留した空気に電界が集中し、コロナ放電を招くおそれがある。しかし、電力変換装置１００では、上述のように、樹脂部材６０における空気の残留を抑制している。従って、電力変換装置１００では、コロナ放電が起こりにくく絶縁性が良好である。 In addition to this, suppression of air remaining in the resin member 60 also contributes to an improvement in insulation in the power conversion device 100. For example, a case where air remains in the resin member 60 is assumed. In this case, when the power conversion device 100 operates at a high voltage, the electric field concentrates on the air remaining in the resin member 60, which may cause corona discharge. However, in the power conversion device 100, the residual air in the resin member 60 is suppressed as described above. Therefore, in the power converter 100, corona discharge hardly occurs and insulation is good.

ところで、電力変換装置１００では、樹脂部材６０が、絶縁基板２０と放熱部材４０との間だけでなく、絶縁基板２０の一方主面Ｓ１も覆っており、絶縁基板２０に複数取り付けられたパワー半導体素子１０の間にも存在している。ここで、樹脂部材６０が絶縁基板２０の一方主面Ｓ１を覆っていることにより、一方主面Ｓ１が覆われていない場合と比較して、絶縁基板２０の強度を向上させることができる。また、樹脂部材６０は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の空気よりも高い絶縁性を有する材料からなる。従って、パワー半導体素子１０の間に樹脂部材６０が存在する電力変換装置１００では、パワー半導体素子１０の間に空気がある場合と比較して、パワー半導体素子１０の間の絶縁性が高くなる。また、パワー半導体素子１０の間の絶縁性が高くなることで、パワー半導体素子１０同士の距離を縮めることができる。これは、電力変換装置の小型化に寄与する。 By the way, in the power converter 100, the resin member 60 covers not only the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40 but also the one main surface S1 of the insulating substrate 20, and a plurality of power semiconductors attached to the insulating substrate 20. It exists between the elements 10. Here, since the resin member 60 covers the one main surface S1 of the insulating substrate 20, the strength of the insulating substrate 20 can be improved as compared with the case where the one main surface S1 is not covered. The resin member 60 is made of a material having higher insulation than air, such as an epoxy resin or a silicon resin. Therefore, in the power conversion device 100 in which the resin member 60 exists between the power semiconductor elements 10, the insulation between the power semiconductor elements 10 is higher than when the air exists between the power semiconductor elements 10. Moreover, the distance between the power semiconductor elements 10 can be reduced by increasing the insulation between the power semiconductor elements 10. This contributes to miniaturization of the power conversion device.

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る電力変換装置１００Ａを示す図である。実施の形態２である電力変換装置１００Ａと実施の形態１である電力変換装置１００との主たる相違点は、絶縁基板の絶縁層としてセラミック基板３２が用いられている点、及び放熱部材から絶縁基板に向かって伸びる突起７０を有する点である。以下で、より具体的に説明する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 10 is a diagram illustrating a power conversion device 100A according to the second embodiment. The main differences between the power conversion device 100A according to the second embodiment and the power conversion device 100 according to the first embodiment are that the ceramic substrate 32 is used as the insulating layer of the insulating substrate, and that the heat radiation member is changed to the insulating substrate. It is a point which has the processus | protrusion 70 extended toward. More specific description will be given below.

電力変換装置１００Ａの絶縁基板２０Ａは、いわゆるダイレクトボンデッドカッパー基板であり、セラミック基板３２、熱拡散用層３４、及び伝熱用金属パターン２６を備えている。なお、絶縁基板２０Ａについても、熱拡散用層３４となる金属のプレーン層、セラミック基板３２及び伝熱用金属パターン２６となる金属のプレーン層が積層された状態で市販されている。電力変換装置１００Ａの製造工程において、絶縁基板２０Ａ対して行われる処理は、実施の形態１と同様に、エッチングによる金属層の処理を行うだけであり、絶縁基板２０Ａを構成する層を積層しプレス加工することはない。 The insulating substrate 20A of the power conversion device 100A is a so-called direct bonded copper substrate, and includes a ceramic substrate 32, a heat diffusion layer 34, and a heat transfer metal pattern 26. The insulating substrate 20 </ b> A is also commercially available in a state where a metal plane layer serving as the heat diffusion layer 34, a ceramic substrate 32 and a metal plane layer serving as the heat transfer metal pattern 26 are laminated. In the manufacturing process of the power conversion apparatus 100A, the processing performed on the insulating substrate 20A is only the processing of the metal layer by etching, as in the first embodiment, and the layers constituting the insulating substrate 20A are stacked and pressed. There is no processing.

セラミック基板３２は、セラミック化合物を基材とし、絶縁性を有する。従って、セラミック基板３２は、絶縁基板２０Ａにおける絶縁層としても機能する。 The ceramic substrate 32 has a ceramic compound as a base material and has an insulating property. Therefore, the ceramic substrate 32 also functions as an insulating layer in the insulating substrate 20A.

熱拡散用層３４は、セラミック基板３２の下面側に設けられた金属の層である。熱拡散用層３４の材料は、アルミニウムや銅などである。そして、熱拡散用層３４は、セラミック基板３２を介して伝わったパワー半導体素子１０からの熱を周囲に広く伝えるヒートスプレッダーとして機能する。なお、熱拡散用層３４の面積はセラミック基板３２の面積よりも小さく、熱拡散用層３４の外縁は、セラミック基板３２の外縁に達していない。 The thermal diffusion layer 34 is a metal layer provided on the lower surface side of the ceramic substrate 32. The material of the thermal diffusion layer 34 is aluminum or copper. The heat diffusion layer 34 functions as a heat spreader that widely transfers heat from the power semiconductor element 10 transmitted through the ceramic substrate 32 to the surroundings. The area of the thermal diffusion layer 34 is smaller than the area of the ceramic substrate 32, and the outer edge of the thermal diffusion layer 34 does not reach the outer edge of the ceramic substrate 32.

伝熱用金属パターン２６は、セラミック基板３２の上面に設けられている点が、実施の形態１と異なる。それ以外の点は実施の形態１と同様であるため、ここでの説明を省略する。 The heat transfer metal pattern 26 is different from the first embodiment in that the heat transfer metal pattern 26 is provided on the upper surface of the ceramic substrate 32. Since the other points are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted here.

また、電力変換装置１００Ａの放熱部材４０Ａには、放熱部材４０Ａから絶縁基板２０Ａに向かって伸びる突起７０が設けられている。突起７０は、放熱部材４０Ａと一体である。そして、突起７０の側面は、絶縁基板２０Ａの側面、具体的には、絶縁基板２０Ａにおいて絶縁層として機能するセラミック基板３２の側面と接触している。 Further, the heat dissipation member 40A of the power conversion device 100A is provided with a protrusion 70 extending from the heat dissipation member 40A toward the insulating substrate 20A. The protrusion 70 is integral with the heat dissipation member 40A. The side surface of the protrusion 70 is in contact with the side surface of the insulating substrate 20A, specifically, the side surface of the ceramic substrate 32 that functions as an insulating layer in the insulating substrate 20A.

以上のように構成された電力変換装置１００Ａは、実施の形態１である電力変換装置１００よりも耐熱性が良好である。具体的には、実施の形態１である電力変換装置１００の絶縁層２４は、エポキシ樹脂等で形成されており、その耐熱温度は１１０℃〜２５０℃である。一方、実施の形態２において絶縁層として機能するセラミック基板３２は、その基材がセラミック化合物であるため、耐熱温度は８００℃程度となる。従って、電力変換装置１００Ａは、実施の形態１である電力変換装置１００よりも耐熱性が良好である。また、絶縁基板２０Ａは、セラミック基板３２を用いたことで、金属基板とエポキシ樹脂の絶縁層からなる絶縁基板２０よりも、一般的に、熱膨張、耐熱衝撃性、熱伝導率、高温強度など優れた特性を示す。 The power conversion device 100A configured as described above has better heat resistance than the power conversion device 100 according to the first embodiment. Specifically, the insulating layer 24 of the power conversion device 100 according to the first embodiment is formed of an epoxy resin or the like, and the heat resistant temperature is 110 ° C. to 250 ° C. On the other hand, since the base material of the ceramic substrate 32 functioning as an insulating layer in the second embodiment is a ceramic compound, the heat resistant temperature is about 800 ° C. Therefore, power converter 100A has better heat resistance than power converter 100 according to the first embodiment. Further, the insulating substrate 20A is generally made of the ceramic substrate 32, so that the thermal expansion, thermal shock resistance, thermal conductivity, high temperature strength, etc. are generally higher than those of the insulating substrate 20 made of an insulating layer of a metal substrate and an epoxy resin. Excellent properties.

また、電力変換装置１００Ａでは、放熱部材４０Ａから絶縁基板２０Ａに向かって伸びる突起７０が設けられ、この側面が、セラミック基板３２の側面と接触している。突起７０は、電力変換装置１００Ａの製造工程において、絶縁基板２０Ａを樹脂スペーサ５０の上に置く際に、絶縁基板２０Ａの位置決め部材として使用できる。従って、電力変換装置１００Ａでは、その製造工程において、絶縁基板２０Ａの位置決め部材、例えば、実施の形態１における位置決め部材２５０を別途準備する必要がなく、製造工程を簡素化できる。なお、突起７０が接しているのはセラミック基板３２であるため、突起７０を介してパワー半導体素子１０から電気が流れることはない。 Further, in the power conversion device 100A, a protrusion 70 extending from the heat dissipation member 40A toward the insulating substrate 20A is provided, and this side surface is in contact with the side surface of the ceramic substrate 32. The protrusion 70 can be used as a positioning member for the insulating substrate 20A when the insulating substrate 20A is placed on the resin spacer 50 in the manufacturing process of the power conversion device 100A. Therefore, in power conversion device 100A, in the manufacturing process, it is not necessary to separately prepare a positioning member for insulating substrate 20A, for example, positioning member 250 in the first embodiment, and the manufacturing process can be simplified. Since the protrusion 70 is in contact with the ceramic substrate 32, electricity does not flow from the power semiconductor element 10 through the protrusion 70.

電力変換装置１００Ａにおける他の構成は、電力変換装置１００と同様である。従って、絶縁基板２０Ａ及び突起７０に関する説明以外の説明は、電力変換装置１００での説明のとおりである。 Other configurations of the power conversion device 100A are the same as those of the power conversion device 100. Therefore, the description other than the description regarding the insulating substrate 20 </ b> A and the protrusion 70 is as described in the power conversion device 100.

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る電力変換装置を示す図である。実施の形態３である電力変換装置１００Ｂと実施の形態１である電力変換装置１００との主たる相違点は、絶縁基板の周囲に壁８０が設けられている点、及び絶縁基板に貫通孔９０が設けられている点である。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating a power conversion device according to the third embodiment. The main differences between the power conversion device 100B according to the third embodiment and the power conversion device 100 according to the first embodiment are that a wall 80 is provided around the insulating substrate, and that the through hole 90 is provided in the insulating substrate. It is a point provided.

壁８０は、絶縁基板２０の側面側の周囲を取り囲むように設けられている。壁８０は、放熱部材４０と一体である。これにより、電力変換装置１００Ｂでは、その製造工程において、充填された液状の樹脂部材６０を堰き止めるための部材として、壁８０を使用できる。従って、電力変換装置１００Ｂでは、その製造工程において、液状の樹脂部材６０を堰き止めるための部材、例えば、実施の形態１における冶具２００のような部材を別途準備する必要がなく、製造工程を簡素化できる。なお、壁８０は、放熱部材４０と別体でもよい。 The wall 80 is provided so as to surround the periphery of the side surface side of the insulating substrate 20. The wall 80 is integral with the heat dissipation member 40. Thereby, in the power converter device 100B, the wall 80 can be used as a member for damming the filled liquid resin member 60 in the manufacturing process. Therefore, in the power conversion device 100B, it is not necessary to separately prepare a member for damming the liquid resin member 60, for example, a member such as the jig 200 in the first embodiment, and the manufacturing process is simplified. Can be The wall 80 may be separate from the heat dissipation member 40.

電力変換装置１００Ｂの絶縁基板２０Ｂには、絶縁基板２０Ｂの一方主面Ｓ１及び他方主面Ｓ２をつなぐ貫通孔９０が設けられている。これにより、電力変換装置１００Ｂでは、液状の樹脂部材６０を充填する際に絶縁基板２０Ｂと放熱部材４０との間に入り込む空気が外部へ抜けやすくなる。従って、電力変換装置１００Ｂでは、電力変換装置１００と比較して、絶縁基板２０と放熱部材４０との間の空気の残留をさらに抑制でき、絶縁性や放熱性が良好である。なお、貫通孔９０から空気が抜ける過程で、貫通孔９０には樹脂部材６０が進入することになる。 The insulating substrate 20B of the power conversion device 100B is provided with a through hole 90 that connects the one main surface S1 and the other main surface S2 of the insulating substrate 20B. As a result, in the power conversion device 100B, when the liquid resin member 60 is filled, the air that enters between the insulating substrate 20B and the heat dissipation member 40 can easily escape to the outside. Therefore, in the power conversion device 100B, as compared with the power conversion device 100, the residual air between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40 can be further suppressed, and the insulation and heat dissipation are good. Note that the resin member 60 enters the through hole 90 in the process in which air escapes from the through hole 90.

図１２は、実施の形態３に係るパワー半導体素子及び絶縁基板を示す斜視図である。貫通孔９０は、絶縁基板２０Ｂ上において、複数取り付けられたパワー半導体素子１０の間に位置している。また、貫通孔９０の形状は、長穴及び丸穴である。ただし、貫通孔９０の形状は、これに限られず四角穴など他の形状であっても構わない。 FIG. 12 is a perspective view showing a power semiconductor element and an insulating substrate according to the third embodiment. The through holes 90 are located between the power semiconductor elements 10 attached in plurality on the insulating substrate 20B. Moreover, the shape of the through-hole 90 is a long hole and a round hole. However, the shape of the through hole 90 is not limited to this, and may be another shape such as a square hole.

電力変換装置１００Ｂにおける他の構成は、電力変換装置１００と同様である。従って、壁８０及び貫通孔９０に関する説明以外の説明は、電力変換装置１００での説明のとおりである。 Other configurations of the power conversion device 100B are the same as those of the power conversion device 100. Therefore, descriptions other than the descriptions regarding the wall 80 and the through hole 90 are as described in the power conversion device 100.

他の実施形態．
図１３から図１７は、他の実施の形態に係るパワー半導体素子、絶縁基板及び樹脂スペーサを示す図である。本発明に係る電力変換装置は、前記実施形態に係る電力変換装置に限らずその要旨の範囲内において変更可能である。例えば、図１３に示すように、立方体上の樹脂スペーサ５０Ａであってもよいし、図１４に示すように、円柱状の樹脂スペーサ５０Ｂであってもよい。 Other embodiments.
13 to 17 are views showing a power semiconductor element, an insulating substrate, and a resin spacer according to another embodiment. The power conversion device according to the present invention is not limited to the power conversion device according to the embodiment, and can be changed within the scope of the gist thereof. For example, a resin spacer 50A on a cube may be used as shown in FIG. 13, or a cylindrical resin spacer 50B may be used as shown in FIG.

また、図１５に示す樹脂スペーサ５０Ｃのように、直方体の中心を円柱状にくり抜いた形状としてもよい。この場合、樹脂スペーサ５０の円柱状にくり抜かれた部分に樹脂部材６０が充填されることになる。また、図１５において、２つの貫通穴９０のうち、一方は樹脂部材６０の充填用であり、他方は空気抜き用ある。このとき、絶縁基板２０と放熱部材４０との間において、樹脂スペーサ５０Ｃの占める体積の割合を樹脂部材６０よりも大きくしてもよい。 Moreover, it is good also as a shape which hollowed out the center of the rectangular parallelepiped like the resin spacer 50C shown in FIG. In this case, the resin member 60 is filled in the portion of the resin spacer 50 that is hollowed out in a cylindrical shape. In FIG. 15, one of the two through holes 90 is for filling the resin member 60, and the other is for air venting. At this time, the proportion of the volume occupied by the resin spacer 50 </ b> C between the insulating substrate 20 and the heat dissipation member 40 may be larger than that of the resin member 60.

また、図１６に示す樹脂スペーサ５０Ｄのように、直方体の中心を角柱状にくり抜いた形状としてもよい。図１６に示される２つの貫通穴９０も、一方は樹脂部材６０の充填用であり、他方は空気抜き用ある。 Moreover, it is good also as a shape which hollowed out the center of the rectangular parallelepiped like the resin spacer 50D shown in FIG. One of the two through holes 90 shown in FIG. 16 is for filling the resin member 60, and the other is for air venting.

これに加え、図１７に示す樹脂スペーサ５０Ｅのように、絶縁基板２０と放熱部材４０との間において樹脂スペーサの占める体積の割合を樹脂部材６０よりも小さくした上で、樹脂スペーサ５０Ｅによって囲まれる樹脂部材６０の形状を角柱状にしてもよい。 In addition, the volume ratio of the resin spacer between the insulating substrate 20 and the heat radiating member 40 is made smaller than that of the resin member 60 as in the resin spacer 50E shown in FIG. The shape of the resin member 60 may be a prismatic shape.

また、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０によって構成される第２の絶縁層の厚みは、電力変換装置の用途に応じて変えてもよい。例えば、自動車用の電力変換装置が扱う電圧は、ＤＣ１２Ｖ〜ＤＣ１５００Ｖ、ＡＣ１０００Ｖ程度である。この場合、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０によって構成される第２の絶縁層の厚みは、１ｍｍ以下でも構わない。なお、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０によって構成される第２の絶縁層の厚みを薄くすることで、絶縁基板２０と放熱部材４０との間における熱抵抗が減少するため、パワー半導体素子１０の熱を放熱する能力を高めることができる。 Moreover, you may change the thickness of the 2nd insulating layer comprised by the resin spacer 50 and the resin member 60 according to the use of a power converter device. For example, the voltage which the power converter device for motor vehicles handles is about DC12V-DC1500V, AC1000V. In this case, the thickness of the second insulating layer constituted by the resin spacer 50 and the resin member 60 may be 1 mm or less. In addition, since the thermal resistance between the insulating substrate 20 and the heat radiating member 40 is reduced by reducing the thickness of the second insulating layer constituted by the resin spacer 50 and the resin member 60, the heat of the power semiconductor element 10 is reduced. The ability to dissipate heat can be increased.

以上のように、本発明は、電力変換装置に有用であり、特に、プレス加工用の金型が不要である点において優れている。 As described above, the present invention is useful for a power conversion device, and is particularly excellent in that a press working die is unnecessary.

１０パワー半導体素子、２０，２０Ａ，２０Ｂ絶縁基板、２２金属基板（金属層）、２４絶縁層、３２セラミック基板（絶縁層）、３４熱拡散用層（金属層）、４０，４０Ａ放熱部材、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ樹脂スペーサ、６０樹脂部材、７０突起、８０壁、９０貫通孔、１００，１００Ａ，１００Ｂ電力変換装置、３００真空チャンバー、Ｓ１一方主面、Ｓ２他方主面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power semiconductor element 20,20A, 20B Insulating substrate, 22 Metal substrate (metal layer), 24 Insulating layer, 32 Ceramic substrate (insulating layer), 34 Thermal diffusion layer (metal layer), 40, 40A Heat radiation member, 50 , 50A, 50B, 50C, 50D Resin spacer, 60 Resin member, 70 Protrusion, 80 Wall, 90 Through hole, 100, 100A, 100B Power converter, 300 Vacuum chamber, S1 One main surface, S2 Other main surface

Claims

パワー半導体素子と、
一方主面に前記パワー半導体素子が取り付けられた絶縁基板と、
前記絶縁基板の他方主面と対向する放熱部材と、
前記他方主面及び前記放熱部材の間に位置し、絶縁性を有する樹脂スペーサと、
前記他方主面及び前記放熱部材の間の残余の部分を埋め、絶縁性を有する樹脂部材と、
を備える、電力変換装置。 A power semiconductor element;
On the other hand, an insulating substrate with the power semiconductor element attached to the main surface;
A heat dissipating member facing the other main surface of the insulating substrate;
A resin spacer located between the other main surface and the heat dissipating member and having an insulating property;
Filling the remaining part between the other main surface and the heat radiating member, and a resin member having insulation;
A power conversion device comprising:

前記絶縁基板に取り付けられた前記パワー半導体素子の数は、複数であり、
前記樹脂部材は、前記絶縁基板に取り付けられた複数の前記パワー半導体素子の間にも存在する、請求項１に記載の電力変換装置。 The number of the power semiconductor elements attached to the insulating substrate is plural,
The power conversion device according to claim 1, wherein the resin member is also present between the plurality of power semiconductor elements attached to the insulating substrate.

前記絶縁基板における絶縁層の材料はセラミックである、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 1 or 2, wherein a material of an insulating layer in the insulating substrate is ceramic.

前記放熱部材には、前記絶縁基板に向かって伸び、前記絶縁層の側面と接触する突起が設けられている、請求項３に記載の電力変換装置。 The power converter according to claim 3, wherein the heat dissipation member is provided with a protrusion that extends toward the insulating substrate and contacts a side surface of the insulating layer.

前記絶縁基板は、前記樹脂部材と接する金属層を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating substrate has a metal layer in contact with the resin member.

前記絶縁基板には、前記一方主面及び前記他方主面をつなぎ、前記樹脂部材が進入する貫通孔が設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the insulating substrate is provided with a through hole that connects the one main surface and the other main surface and into which the resin member enters. .

前記絶縁基板の側面を取り囲むように設けられた壁を更に備える、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The power converter according to any one of claims 1 to 6, further comprising a wall provided so as to surround a side surface of the insulating substrate.

放熱部材の上に絶縁性の樹脂スペーサを置く第１の載置工程と、
パワー半導体素子が取り付けられた絶縁基板を前記樹脂スペーサの上に置く第２の載置工程と、
前記放熱部材と前記絶縁基板との間に液状かつ絶縁性の樹脂部材を充填する充填工程と、
を備える、電力変換装置の製造方法。 A first placing step of placing an insulating resin spacer on the heat dissipating member;
A second placing step of placing an insulating substrate on which the power semiconductor element is mounted on the resin spacer;
A filling step of filling a liquid and insulating resin member between the heat dissipation member and the insulating substrate;
A method for manufacturing a power conversion device.

前記放熱部材及び前記絶縁基板は真空チャンバー内に置かれ、
前記充填工程後に真空引きを行う工程を更に備える、請求項８に記載の電力変換装置の製造方法。 The heat dissipation member and the insulating substrate are placed in a vacuum chamber,
The manufacturing method of the power converter device of Claim 8 further equipped with the process of vacuuming after the said filling process.