JP2019161081A - 電力変換装置及び電力変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パワー半導体素子を用いた電力変換装置における放熱能力を向上させ、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。【解決手段】電力変換装置１００は、絶縁基板２０、放熱部材４０、樹脂スペーサ５０及び樹脂部材６０を備える。絶縁基板２０の一方主面には、パワー半導体素子１０が取り付けられる。放熱部材４０は、絶縁基板２０の他方主面と対向している。樹脂スペーサ５０は、絶縁性を有し、絶縁基板２０の他方主面及び放熱部材４０の間に位置する。樹脂部材６０は、絶縁性を有し、絶縁基板２０の他方主面及び放熱部材４０の間の残余の部分を埋めている。【選択図】図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。

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。

特開２００９−４７３１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

実施の形態１に係る電力変換装置を示す図である。 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。 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。 放熱部材の一例を示す図である。 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。 電力変換装置の製造工程を示す図である。 電力変換装置の製造工程を示す図である。 電力変換装置の製造工程を示す図である。 電力変換装置の製造工程を示す図である。 実施の形態２に係る電力変換装置を示す図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。

Images