JP7493605B2 - 半導体モジュール、その製造方法及び電力変換装置 - Google Patents

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Description

本開示は、半導体モジュール、その製造方法及び電力変換装置に関する。
国際公開第２０１５／０４６０４０号（特許文献１）には、ヒートシンク一体型パワーモジュールが記載されている。特許文献１に記載のヒートシンク一体型パワーモジュールは、フィンベースと、第１フィン及び第２フィンと、絶縁シートと、リードフレームと、電力半導体素子と、モールド樹脂とを有している。
フィンベースは、第１面と、第１面の反対面である第２面とを有している。第１面上には、絶縁シートが配置されている。絶縁シート上には、リードフレームの一部が配置されている（以下において、第１面上に配置されているリードフレームの部分を、フレームパターンという）。フレームパターン上には、電力半導体素子が配置されている。リードフレームは、外部端子を含んでいる。
第２面には、第１フィン挿入溝と、第２フィン挿入溝が形成されている。第１フィン挿入溝及び第２フィン挿入溝は、第１方向に沿って延在しているとともに、第１方向に直交している第２方向において互いに離間している。第１フィン挿入溝と第２フィン挿入溝との間は、かしめ部になっている。かしめ部の上面には、第１方向に沿って延在している溝（以下においては、「かしめ溝」という）が形成されている。
第１フィン及び第２フィンは、かしめ部によりかしめられている。モールド樹脂は、外部端子及び第２面がモールド樹脂から露出するように、フィンベース、リードフレーム、絶縁シート及び電力半導体素子を封止している。
国際公開第２０１５／０４６０４０号
治具が、かしめ溝に挿入されることにより、かしめ部が塑性変形され、かしめ溝の幅が第２方向に沿って拡げられる。その結果、第１フィン及び第２フィンは、かしめ部によりかしめられる。
モールド樹脂の熱収縮により、特許文献１に記載のヒートシンク一体型パワーモジュールは、第１フィン及び第２フィンを取り付ける前において、第１面から第２面に向かう方向に沿って凸に反っていることがある。
治具をかしめ溝に挿入する際の荷重により、上記の反りは、強制的に平坦化される。この際、反りの平坦化に伴う曲げ応力により、フレームパターンの端部と絶縁シートとの間の剥離又は絶縁シート中のクラック発生が懸念される。絶縁シートの剥離及び絶縁シート中のクラックにより、特許文献１に記載のヒートシンク一体型パワーモジュールの絶縁性が低下する。
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、絶縁シートの剥離又は絶縁シート中のクラック発生に起因した絶縁性の低下を抑制可能な半導体モジュールを提供するものである。
本開示の半導体モジュールは、第１面と、第１面の反対面である第２面とを有するフィンベースと、第１面上に配置されている絶縁シートと、絶縁シートを介して第１面上に配置されている複数のフレームパターンと、複数のフレームパターンのうちの少なくともいずれかの上に配置されている半導体素子と、第１方向において互いに離間するように第２面にかしめられている複数のフィンとを備えている。第２面には、第１方向に交差している第２方向に沿って延在しており、かつ第１方向において互いに離間している複数の立壁部と、複数の立壁部の各々との間において第２方向に沿って延在している複数のかしめ部とが形成されている。複数のかしめ部のうちのすくなくとも１つは、複数のフィンの各々と接触している接触部と、複数のフィンの各々から離間している離間部とを含む。
本開示の半導体モジュールによると、絶縁シートの剥離又は絶縁シート中のクラック発生に起因した絶縁性の低下を抑制することができる。
半導体モジュール１００の平面図である。 図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 半導体モジュール１００の底面図である。 図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。 端部近傍におけるフレームパターン４１の断面図である。 半導体モジュール１００の製造方法を示す工程図である。 かしめ工程Ｓ５を説明するための模式的な断面図である。 第２方向ＤＲ２に平行なかしめ刃２００の断面図である。 半導体モジュール１００Ａの底面図である。 半導体モジュール１００Ｂの平面図である。 図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。 半導体モジュール１００Ｃの平面図である。 図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩにおける断面図である。 電力変換システム３００の構成を示すブロック図である。
本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。
実施の形態１．
以下に、実施の形態１に係る半導体モジュール（以下においては、「半導体モジュール１００」とする）を説明する。
＜半導体モジュール１００の構成＞
図１は、半導体モジュール１００の平面図である。図１中において、半導体素子５０、ワイヤ６０及びモールド樹脂８０の図示は、省略されている。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図３は、半導体モジュール１００の底面図である。図３中において、フレームパターン４１ａ及びフレームパターン４１ｂは、点線により示されている。図４は、図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。
図１、図２、図３及び図４に示されるように、半導体モジュール１００は、フィンベース１０と、複数のフィン２０と、絶縁シート３０と、リードフレーム４０と、半導体素子５０と、ワイヤ６０と、パネル７０と、モールド樹脂８０とを有している。
フィンベース１０は、第１面１０ａと、第２面１０ｂとを有している。第１面１０ａ及び第２面１０ｂは、厚さ方向におけるフィンベース１０の端面である。第２面１０ｂは、第１面１０ａの反対面である。フィンベース１０は、例えば、金属材料により形成されている。この金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等である。フィンベース１０は、平面視において（第１面１０ａに直交する方向から見た際に）、矩形形状を有している。
第１面１０ａは、第１方向ＤＲ１において、第１端１０ａａと、第２端１０ａｂとを有している。第２端１０ａｂは、第１端１０ａａの反対側の端である。第１方向ＤＲ１は、フィンベース１０の長手方向に沿っている。
第２面１０ｂには、複数の立壁部１１と、複数のかしめ部１２とが形成されている。立壁部１１は、第２方向ＤＲ２に沿って延在している。第２方向ＤＲ２は、第１方向ＤＲ１に交差している（好ましくは、直交している）方向である。複数の立壁部１１は、第１方向ＤＲ１において、互いに離間している。立壁部１１は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向に沿って第２面１０ｂから立ち上がっている。
複数のかしめ部１２は、隣り合う２つの立壁部１１の間において、第２方向ＤＲ２に沿って延在している。かしめ部１２は、第１面１０ａから第２面１０ｂに向かう方向に沿って第２面１０ｂから立ち上がっている。かしめ部１２の上面には、溝１２ａが形成されている。溝１２ａは、第２方向ＤＲ２に沿って延在している。かしめ部１２の詳細については、後述する。
フィン２０は、平板形状を有している。フィン２０の厚さ方向は、第１方向ＤＲ１に沿っている。複数のフィン２０は、第１方向ＤＲ１において間隔を空けて隣り合っている。フィン２０は、平面視において、第２方向ＤＲ２に沿って延在している。フィン２０は、例えば、金属材料により形成されている。この金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等である。フィン２０は、隣り合う立壁部１１及びかしめ部１２の間に配置されている。
フィン２０は、平面視において、第２方向ＤＲ２における両端がそれぞれフィンベース１０の外縁から突出するように延在している。但し、フィン２０は、平面視において、パネル７０の外縁よりは内側にある。
絶縁シート３０は、第１面１０ａ上に配置されている。絶縁シート３０は、絶縁性の材料により形成されている。この絶縁性の材料は、例えば、樹脂材料である。
リードフレーム４０は、例えば、金属材料により形成されている。この金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等である。リードフレーム４０は、フレームパターン４１と、端子部４２とを有している。フレームパターン４１は、絶縁シート３０を介在させて、第１面１０ａ上に配置されている。端子部４２は、外部装置との接続に用いられる部分である。フレームパターン４１は、端子部４２よりも第１面１０ａに近い位置にある。すなわち、フレームパターン４１と端子部４２との間には、段差が形成されている。
第１面１０ａの中央部上に配置されているフレームパターン４１を、フレームパターン４１ａ及びフレームパターン４１ｂとする。フレームパターン４１ａ及びフレームパターン４１ｂは、第１方向ＤＲ１に沿って延在している。フレームパターン４１ａとフレームパターン４１ｂとは、第２方向ＤＲ２において隙間を空けて隣り合って配置されている。この隙間は、フレームパターン４１ａ（フレームパターン４１ｂ）の厚さよりも大きいことが好ましい。
第１端１０ａａの最も近くにあるフィン２０を、フィン２０ａとする。第２端１０ａｂの最も近くにあるフィン２０を、フィン２０ｂとする。フレームパターン４１ａ及びフレームパターン４１ｂの第１方向ＤＲ１における両端は、それぞれ、フィン２０ａ及びフィン２０ｂよりも外側にある。すなわち、フレームパターン４１ａの第１端１０ａａ側の端及びフレームパターン４１ｂの第１端１０ａａ側の端はフィン２０ａよりも第１端１０ａａの近くにあり、フレームパターン４１ａの第２端１０ａｂ側の端及びフレームパターン４１ｂの第２端１０ａｂ側の端はフィン２０ｂよりも第２端１０ａｂの近くにある。
フレームパターン４１は、最も第１端１０ａａ側にある立壁部１１（かしめ部１２）及び最も第２端１０ａｂ側にある立壁部１１（かしめ部１２）よりも外側に位置している部分を有している。フレームパターン４１は、最も第１端１０ａａ側にある立壁部１１（かしめ部１２）及び最も第２端１０ａｂ側にある立壁部１１（かしめ部１２）より内側に位置していてもよい。
図５は、端部近傍におけるフレームパターン４１の断面図である。図５に示されるように、フレームパターン４１は、第１面４１ｃと、第２面４１ｄと、側面４１ｅとを有している。第１面４１ｃ及び第２面４１ｄは、厚さ方向におけるフレームパターン４１の端面である。第１面４１ｃは、半導体素子５０側の面である。第２面４１ｄは、第１面４１ｃの反対面であり、絶縁シート３０側の面である。側面４１ｅは、第１面４１ｃ及び第２面４１ｄに連なっている。第２面４１ｄと側面４１ｅとの交差稜線を、角部４１ｆとする。角部４１ｆは、曲面により構成されていることが好ましい。
半導体素子５０は、半導体基板に形成されている。この半導体基板は、シリコン又はシリコンよりもバンドギャップが広い材料（例えば、炭化珪素、窒化ガリウム、ダイヤモンド等）により形成されている。半導体素子５０は、フレームパターン４１上に配置されている。半導体素子５０とフレームパターン４１との接続は、例えば、ハンダ（図示せず）により行われている。
半導体素子５０は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子である。半導体素子５０は、ショットキーバリアダイオード、ファストリカバリダイオード等の整流素子であってもよい。すなわち、半導体素子５０は、電力半導体素子である。半導体素子５０は、上記の電力半導体素子を制御するための制御素子であってもよい。
ワイヤ６０は、複数のフレームパターン４１を接続している。これにより、複数の半導体素子５０が互いに電気的に接続されている。ワイヤ６０は、例えば、金属材料により形成されている。この金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、金等である。
パネル７０は、平板形状を有している。パネル７０は、フィンベース１０を取り囲むように、フィンベース１０のフィン２０側の面に取り付けられている。パネル７０には、穴７１が形成されている。穴７１は、厚さ方向に沿ってパネル７０を貫通している。半導体モジュール１００は、ねじ等の固定部材（図示せず）を穴７１に通すとともに、他の装置の筐体（図示せず）に螺合させることにより、筐体に固定される。これにより、筐体とパネル７０とにより風路を形成し、風路に空冷ファンからの風を流すことにより、フィン２０を空冷することができる。
モールド樹脂８０は、絶縁性の樹脂材料により形成されている。この絶縁性の樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。この絶縁性の樹脂材料は、ポリフェニレンスルファイド等の硬度の高い熱可塑性樹脂であってもよい。モールド樹脂８０は、第２面１０ｂ及び端子部４２が露出するように、フィンベース１０、絶縁シート３０、リードフレーム４０、半導体素子５０及びワイヤ６０を封止している。
＜かしめ部１２の詳細＞
かしめ部１２は、接触部１２ｂと、離間部１２ｃとを有している。接触部１２ｂは、フィン２０と接触している部分である。離間部１２ｃは、フィン２０から離間している部分である。このことを別の観点から言えば、接触部１２ｂは塑性変形している部分であり、離間部１２ｃは塑性変形していない部分である。すなわち、接触部１２ｂと立壁部１１との間ではフィン２０がかしめているが、離間部１２ｃと立壁部１１との間ではフィン２０がかしめられていない。
離間部１２ｃは、平面視において、フレームパターン４１ａとフレームパターン４１ｂとの間の隙間と重なる位置にある。接触部１２ｂの第２方向ＤＲ２における長さを第１長さとし、離間部１２ｃの第２方向ＤＲ２における長さを第２長さとする。第２長さを第１長さで除した値は、０．３以上０．６以下であることが好ましい。図１～図４に示される例においては、接触部１２ｂと離間部１２ｃとが一体に形成されているが、接触部１２ｂと離間部１２ｃとは、互いに分離されていてもよい。
＜半導体モジュール１００の製造方法＞
図６は、半導体モジュール１００の製造方法を示す工程図である。図６に示されるように、半導体モジュール１００の製造方法は、半導体素子搭載工程Ｓ１と、ワイヤボンディング工程Ｓ２と、モールド工程Ｓ３と、パネル取り付け工程Ｓ４と、かしめ工程Ｓ５とを有している。
半導体素子搭載工程Ｓ１においては、第１に、フレームパターン４１上にハンダが配置される。第２に、ハンダ上に半導体素子５０が配置された状態で、ハンダを加熱・溶融させる。その後冷却が行われることで、半導体素子５０とフレームパターン４１との接続がハンダにより達成される。ワイヤボンディング工程Ｓ２においては、ワイヤ６０を用いて隣り合うフレームパターン４１の間のワイヤボンディングが行われる。
モールド工程Ｓ３においては、モールド樹脂８０の形成が行われる。モールド樹脂８０の形成は、例えば、トランスファーモールドにより行われる。より具体的には、第１に、ワイヤボンディング工程Ｓ２まで完了している半導体モジュール１００が、第１面１０ａ上に絶縁シート３０を有するフィンベース１０とともに、金型内に配置される。第２に、金型内に樹脂材料を充填するとともに、樹脂材料を硬化させる。
なお、半導体モジュール１００を金型から取り出した後のモールド樹脂８０の熱収縮により、半導体モジュール１００は、モールド樹脂８０の上面が下に凸（第１面１０ａから第２面１０ｂに向かって凸）に反っていることがある。但し、半導体モジュール１００では、この反りの方向に拠らず、同様の効果が得られる。
パネル取り付け工程Ｓ４においては、フィンベース１０のフィン２０側の面に、パネル７０がかしめて固定される。
かしめ工程Ｓ５においては、フィン２０の第１面１０ａへのかしめが行われる。かしめ工程Ｓ５においては、第１に、フィン２０が立壁部１１とかしめ部１２との間に配置される。図７は、かしめ工程Ｓ５を説明するための模式的な断面図である。図７に示されるように、かしめ工程Ｓ５においては、第２に、フィン２０が立壁部１１とかしめ部１２とによりかしめられる。
このかしめは、かしめ刃２００を用いて行われる。図８は、第２方向ＤＲ２に平行なかしめ刃２００の断面図である。図８に示されるように、かしめ刃２００は、先端２１０を有している。先端２１０は、第１部分２１１と、第２部分２１２とを有している。第１部分２１１の第１方向ＤＲ１における幅は、溝１２ａの第１方向ＤＲ１における幅よりも大きくなっている。第２部分２１２の第１方向ＤＲ１における幅は、溝１２ａの第１方向ＤＲ１における幅よりも小さくなっている。図８の例では、第２部分２１２が切り欠きになっているため、第２部分２１２の第１方向ＤＲ１における幅は０であり、溝１２ａの第１方向ＤＲ１における幅よりも小さくなっている。
先端２１０は、溝１２ａに挿入される。上記のとおり、第１部分２１１の第１方向ＤＲ１における幅が溝１２ａの第１方向ＤＲ１における幅よりも大きくなっているため、第１部分２１１が挿入された部分において、かしめ部１２は、フィン２０側に向かって塑性変形し、フィン２０をかしめる。すなわち、第１部分２１１が挿入された部分は、接触部１２ｂとなる。
他方で、第２部分２１２の第１方向ＤＲ１における幅が溝１２ａの第１方向ＤＲ１における幅よりも大きくなっているため、第２部分２１２が挿入された部分において、かしめ部１２は、フィン２０側に向かって変形しない。すなわち、第２部分２１２が挿入された部分は、離間部１２ｃとなる。
先端２１０が溝１２ａに挿入される際、半導体モジュール１００には、モールド樹脂８０側から先端２１０の挿入方向とは逆方向に沿って、パンチ２２０からの荷重が加わる。この荷重により、モールド樹脂８０の反りは、平坦化されることになる。
＜半導体モジュール１００の効果＞
上記のとおり、モールド樹脂８０の加熱収縮に伴い、フィン２０がかしめられる前の半導体モジュール１００には、反りが生じている。この反りは、フィン２０を第２面１０ｂにかしめる際のかしめ刃２００及びパンチ２２０からの荷重により、平坦化される。この平坦化の際の曲げ応力により、フレームパターン４１の端部と絶縁シート３０との間の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生が懸念される。
しかしながら、半導体モジュール１００においては、かしめ部１２が離間部１２ｃを有している（先端２１０が第２部分２１２を有している）ため、かしめ刃２００及びパンチ２２０からの荷重か小さくても、接触部１２ｂを塑性変形させるために必要な面圧を確保することができる。そのため、半導体モジュール１００によると、上記の平坦化が行われる際に発生する曲げ応力が低減され、フレームパターン４１の端部と絶縁シート３０との間の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生に起因した絶縁性の低下が抑制される。
上記の平坦化が行われる際に発生する曲げ応力は、フレームパターン４１ａ及びフレームパターン４１ｂに顕著に作用する。フレームパターン４１ａ及びフレームパターン４１ｂが第２方向ＤＲ２において隙間を空けて配置されており、かつ離間部１２ｃが平面視においてその隙間と重なる位置にある場合、応力集中が発生しやすい箇所における絶縁シート３０の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生が抑制できる。
第２長さを第１長さで除した値が０．３以上０．６以下である場合、フィン２０に対するかしめの固定力を十分に確保しながら、絶縁シート３０の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生に起因した絶縁性の低下を抑制することができる。
接触部１２ｂと離間部１２ｃとが互いに分離して形成されている場合、接触部１２ｂが塑性変形しやすくなるため、フィン２０をかしめる際の荷重をさらに低減することができる。その結果、絶縁シート３０の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生に起因した絶縁性の低下をさらに抑制することができる。
実施の形態２．
以下に、実施の形態２に係る半導体モジュール（以下においては、「半導体モジュール１００Ａ」とする）を説明する。ここでは、半導体モジュール１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
＜半導体モジュール１００Ａの構成＞
半導体モジュール１００Ａは、フィンベース１０と、複数のフィン２０と、絶縁シート３０と、リードフレーム４０と、半導体素子５０と、ワイヤ６０と、パネル７０と、モールド樹脂８０とを有している。この点に関して、半導体モジュール１００Ａの構成は、半導体モジュール１００の構成と共通している。
図９は、半導体モジュール１００Ａの底面図である。図９に示されるように、半導体モジュール１００Ａにおいて、フィン２０ａに隣接しているかしめ部１２及びフィン２０ｂに隣接しているかしめ部１２は、接触部１２ｂのみからなる（離間部１２ｃを有していない）。フィン２０ａ及びフィン２０ｂのいずれにも隣接していないかしめ部１２は、接触部１２ｂ及び離間部１２ｃの双方を有している。これらの点に関して、半導体モジュール１００Ａの構成は、半導体モジュール１００の構成と異なっている。
＜半導体モジュール１００Ａの製造方法＞
半導体モジュール１００Ａの製造方法は、半導体素子搭載工程Ｓ１と、ワイヤボンディング工程Ｓ２と、モールド工程Ｓ３と、パネル取り付け工程Ｓ４と、かしめ工程Ｓ５とを有している。この点に関して、半導体モジュール１００Ａの製造方法は、半導体モジュール１００の製造方法と共通している。
フィン２０ａ及びフィン２０ｂのいずれにも隣接していないかしめ部１２の溝１２ａには、図８に示される構造の先端２１０が挿入される。他方で、フィン２０ａに隣接しているかしめ部１２の溝１２ａ及びフィン２０ｂに隣接しているかしめ部１２の溝１２ａに挿入される先端２１０は、第２部分２１２を有していない。その結果、フィン２０ａに隣接しているかしめ部１２及びフィン２０ｂに隣接しているかしめ部１２は、離間部１２ｃを有しないことになる。これらの点に関して、半導体モジュール１００Ａの製造方法は、半導体モジュール１００の製造方法と異なっている。
＜半導体モジュール１００Ａの効果＞
フィン２０ａ及びフィン２０ｂは、第１方向ＤＲ１において最も外側にあるフィン２０であるため、衝撃が加わることにより、固定力が小さくなることがある。半導体モジュール１００Ａにおいては、フィン２０ａに隣接しているかしめ部１２及びフィン２０ｂに隣接しているかしめ部１２が離間部１２ｃを有しておらず、かしめ部１２とフィン２０との間の接触面積が増加しているため、外力に対する耐性が向上する。
実施の形態３．
以下に、実施の形態３に係る半導体モジュール（以下においては、「半導体モジュール１００Ｂ」とする）を説明する。ここでは、半導体モジュール１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
半導体モジュール１００Ｂは、フィンベース１０と、複数のフィン２０と、絶縁シート３０と、リードフレーム４０と、半導体素子５０と、ワイヤ６０と、パネル７０と、モールド樹脂８０とを有している。この点に関して、半導体モジュール１００Ｂの構成は、半導体モジュール１００の構成と共通している。
図１０は、半導体モジュール１００Ｂの平面図である。図１０中において、半導体素子５０、ワイヤ６０及びモールド樹脂８０の図示は、省略されている。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩにおける断面図である。図１０及び図１１に示されるように、フレームパターン４１ａは、第１方向ＤＲ１において、第１分割フレームパターン４１ａａと、第２分割フレームパターン４１ａｂとに分割されている。フレームパターン４１ｂは、第１方向ＤＲ１において、第１分割フレームパターン４１ｂａと、第２分割フレームパターン４１ｂｂとに分割されている。
フレームパターン４１ａの分割は、第１方向ＤＲ１におけるフレームパターン４１ａの中央部において行われている。フレームパターン４１ｂの分割は、第１方向ＤＲ１におけるフレームパターン４１ｂの中央部において行われている。
第１分割フレームパターン４１ａａと第２分割フレームパターン４１ａｂとは、ワイヤ６１により接続されている。第１分割フレームパターン４１ｂａと第２分割フレームパターン４１ｂｂとは、ワイヤ６２により接続されている。ワイヤ６１及びワイヤ６２は、例えば、金属材料により形成されている。この金属材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、金等である。
ワイヤ６１は、平面視において、離間部１２ｃと重なる位置にある。ワイヤ６２は、平面視において、接触部１２ｂと重なる位置にある。ワイヤ６１及びワイヤ６２のループ高さは、モールド樹脂８０の量を減らすため、可能な限り低いことが好ましい。ワイヤ６１及びワイヤ６２の形状は、例えば、丸形状、リボン形状等である。
第１分割フレームパターン４１ａａと第２分割フレームパターン４１ａｂとは、第１方向ＤＲ１において隙間を空けて配置されている。ワイヤ６１は、平面視において、この隙間の上を通っている。第１分割フレームパターン４１ｂａと第２分割フレームパターン４１ｂｂとは、第１方向ＤＲ１において隙間を空けて配置されている。ワイヤ６２は、平面視において、この隙間の上を通っている。
第１分割フレームパターン４１ａａ及び第２分割フレームパターン４１ａｂが分割されていないフレームパターン４１ａと電気的には同様の機能を果たしており、第１分割フレームパターン４１ｂａ及び第２分割フレームパターン４１ｂｂは分割されていないフレームパターン４１ｂと電気的には同様の機能を果たしている。これらの点に関して、半導体モジュール１００Ｂの構成は、半導体モジュール１００の構成と異なっている。
＜半導体モジュール１００Ｂの製造方法＞
半導体モジュール１００Ａの製造方法は、半導体素子搭載工程Ｓ１と、ワイヤボンディング工程Ｓ２と、モールド工程Ｓ３と、パネル取り付け工程Ｓ４と、かしめ工程Ｓ５とを有している。この点に関して、半導体モジュール１００Ａの製造方法は、半導体モジュール１００の製造方法と共通している。
半導体モジュール１００Ｂの製造方法では、ワイヤボンディング工程Ｓ２において、ワイヤ６０のワイヤボンディングのみならず、ワイヤ６１及びワイヤ６２のワイヤボンディングも行われる。この点に関して、半導体モジュール１００Ｂの製造方法は、半導体モジュール１００の製造方法と異なっている。
＜半導体モジュール１００Ｂの効果＞
半導体モジュール１００Ｂにおいては、フレームパターン４１ａ（フレームパターン４１ｂ）が分割されているため、モールド樹脂８０の熱収縮等に起因した反りがかしめ時に平坦化されることに伴ってフレームパターン４１ａの端部に生じる応力がさらに低減される。そのため、半導体モジュール１００Ｂによると、絶縁シート３０の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生に起因した絶縁性の低下がさらに抑制される。
実施の形態４．
以下に、実施の形態４に係る半導体モジュール（以下においては、「半導体モジュール１００Ｃ」とする）を説明する。ここでは、半導体モジュール１００と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
半導体モジュール１００Ｃは、フィンベース１０と、複数のフィン２０と、絶縁シート３０と、リードフレーム４０と、半導体素子５０と、ワイヤ６０と、パネル７０と、モールド樹脂８０とを有している。この点に関して、半導体モジュール１００Ｃの構成は、半導体モジュール１００の構成と共通している。
図１２は、半導体モジュール１００Ｃの平面図である。図１２中において、半導体素子５０、ワイヤ６０及びモールド樹脂８０の図示は、省略されている。図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩにおける断面図である。図１２及び図１３に示されるように、フレームパターン４１ａは、第１部分４１ａｃと、第２部分４１ａｄと、段差部４１ａｅとを有している。第１部分４１ａｃと第２部分４１ａｄとは、第１方向ＤＲ１に沿って並んでいる。段差部４１ａｅは、第１部分４１ａｃと第２部分４１ａｄとを接続している。段差部４１ａｅは、第１面１０ａとは反対側に向かって、突出している。すなわち、フレームパターン４１ａには、段差部４１ａｅにおいて、第１部分４１ａｃ及び第２部分４１ａｄよりも第１面１０ａからの距離が大きくなる段差が形成されている。
同様に、フレームパターン４１ｂは、第１部分４１ｂｃと、第２部分４１ｂｄと、段差部４１ｂｅとを有している。第１部分４１ｂｃと第２部分４１ｂｄとは、第１方向ＤＲ１に沿って並んでいる。段差部４１ｂｅは、第１部分４１ｂｃと第２部分４１ｂｄとを接続している。段差部４１ｂｅは、第１面１０ａとは反対側に向かって、突出している。すなわち、フレームパターン４１ｂには、段差部４１ｂｅにおいて、第１部分４１ｂｃ及び第２部分４１ｂｄよりも第１面１０ａからの距離が大きくなる段差が形成されている。これらの点に関して、半導体モジュール１００Ｃの構成は、半導体モジュール１００の構成と異なっている。
＜半導体モジュール１００Ｃの製造方法＞
半導体モジュール１００Ｃの製造方法は半導体モジュール１００の製造方法と同様であるため、半導体モジュール１００Ｃの製造方法についての説明は、省略する。
＜半導体モジュール１００Ｃの効果＞
半導体モジュール１００Ｃにおいては、フレームパターン４１ａ（フレームパターン４１ｂ）が段差部４１ａｅ（段差部４１ｂｅ）で変形しやすく、モールド樹脂８０の熱収縮等に起因した反りがかしめ時に平坦化されることに伴ってフレームパターン４１ａの端部に生じる応力がさらに低減されるため、絶縁シート３０の剥離又は絶縁シート３０中のクラック発生に起因した絶縁性の低下がさらに抑制される。
実施の形態５．
本実施の形態は、上述した実施の形態１～実施の形態４に係る半導体モジュールを電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下においては、実施の形態５として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。以下においては、実施の形態５に係る電力変換システムを、「電力変換システム３００」とする。
図１４は、電力変換システム３００の構成を示すブロック図である。
図１４に示す電力変換システムは、電源４００、電力変換装置５００、負荷６００から構成されている。電源４００は、直流電源であり、電力変換装置５００に直流電力を供給する。電源４００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源４００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
電力変換装置５００は、電源４００と負荷６００の間に接続された三相のインバータであり、電源４００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷６００に交流電力を供給する。電力変換装置５００は、図１４に示されるように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路５０１と、主変換回路５０１を制御する制御信号を主変換回路５０１に出力する制御回路５０３とを備えている。
負荷６００は、電力変換装置５００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷６００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター若しくは空調機器向けの電動機として用いられる。
以下、電力変換装置５００の詳細を説明する。主変換回路５０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源４００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷６００に供給する。主変換回路５０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態に係る主変換回路５０１は、２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路５０１の各スイッチング素子及び各還流ダイオードの少なくともいずれかは、上述した実施の形態１～実施の形態４のいずれかに係る半導体モジュールに相当する半導体モジュール５０２が有するスイッチング素子又は還流ダイオードである。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路５０１の３つの出力端子は、負荷６００に接続される。
主変換回路５０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体モジュール５０２に内蔵されていてもよいし、半導体モジュール５０２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路５０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路５０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路５０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
制御回路５０３は、負荷６００に所望の電力が供給されるよう主変換回路５０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷６００に供給すべき電力に基づいて主変換回路５０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御により主変換回路５０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路５０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
電力変換装置５００では、主変換回路５０１を構成する半導体モジュール５０２として上述した実施の形態１～実施の形態４に係る半導体モジュールを適用するため、絶縁性の低下の抑制を実現することができる。
本実施の形態では、２レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本開示を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本開示を適用することも可能である。
また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であり、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の基本的な範囲は、上記の実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
１０ フィンベース、１０ａ 第１面、１０ａａ 第１端、１０ａｂ 第２端、１０ｂ 第２面、１１ 立壁部、１２ かしめ部、１２ａ 溝、１２ｂ 接触部、１２ｃ 離間部、２０ フィン、２０ａ フィン、２０ｂ フィン、３０ 絶縁シート、４０ リードフレーム、４１ フレームパターン、４１ａ フレームパターン、４１ａａ 第１分割フレームパターン、４１ａｂ 第２分割フレームパターン、４１ａｃ 第１部分、４１ａｄ 第２部分、４１ａｅ 段差部、４１ｂ フレームパターン、４１ｂａ 第１分割フレームパターン、４１ｂｂ 第２分割フレームパターン、４１ｂｃ 第１部分、４１ｂｄ 第２部分、４１ｂｅ 段差部、４１ｃ 第１面、４１ｄ 第２面、４１ｅ 側面、４１ｆ 角部、４２ 端子部、５０ 半導体素子、６０ ワイヤ、６１ ワイヤ、６２ ワイヤ、７０ パネル、７１ 穴、８０ モールド樹脂、１００ 半導体モジュール、１００Ａ 半導体モジュール、１００Ｂ 半導体モジュール、１００Ｃ 半導体モジュール、２００ かしめ刃、２１０ 先端、２１１ 第１部分、２１２ 第２部分、２２０ パンチ、３００ 電力変換システム、４００ 電源、５００ 電力変換装置、５０１ 主変換回路、５０２ 半導体モジュール、５０３ 制御回路、６００ 負荷、ＤＲ１ 第１方向、ＤＲ２ 第２方向、Ｓ１ 半導体素子搭載工程、Ｓ２ ワイヤボンディング工程、Ｓ３ モールド工程、Ｓ４ パネル取り付け工程、Ｓ５ かしめ工程。

Claims (8)

  1. 第１面と、前記第１面の反対面である第２面とを有するフィンベースと、
    前記第１面上に配置されている絶縁シートと、
    前記絶縁シートを介して前記第１面上に配置されている複数のフレームパターンと、
    前記複数のフレームパターンのうちの少なくともいずれかの上に配置されている半導体素子と、
    第１方向において互いに離間するように前記第２面にかしめられている複数のフィンとを備え、
    前記第２面には、前記第１方向に交差している第２方向に沿って延在しており、かつ前記第１方向において互いに離間している複数の立壁部と、前記複数の立壁部の各々との間において前記第２方向に沿って延在している複数のかしめ部とが形成されており、
    前記複数のかしめ部のうちのすくなくとも１つは、前記複数のフィンの各々と接触している接触部と、前記複数のフィンの各々から離間している離間部とを含み、
    前記第１方向は、前記フィンベースの長手方向に沿っており、
    前記第１面は、前記第１方向において、第１端と、前記第１端の反対側の端である第２端とを含み、
    前記複数のフレームパターンには、前記第１面の中央部上において前記第１方向に沿って延在しており、かつ前記第２方向において互いに隙間を空けて配置されている第１フレームパターン及び第２フレームパターンが含まれており、
    前記第１フレームパターン及び前記第２フレームパターンの両端は、それぞれ前記複数のフィンのうちの最も前記第１端側にある第１フィン及び前記複数のフィンのうちの最も前記第２端側にある第２フィンよりも外側にあり、
    前記離間部は、前記第１面に直交する方向から見た際に、前記第１フレームパターンと前記第２フレームパターンとの間の隙間と重なる位置にある、半導体モジュール。
  2. 前記複数のかしめ部のうちの第１かしめ部及び第２かしめ部は、それぞれ前記第１フィン及び前記第２フィンに隣接しており、かつ前記接触部のみからなる、請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. ワイヤをさらに備え、
    前記第１フレームパターンは、前記第１方向において、第１分割フレームパターンと、第２分割フレームパターンとに分割されており、
    前記第１分割フレームパターン及び前記第２分割フレームパターンは、前記ワイヤにより接続されている、請求項１又は請求項２に記載の半導体モジュール。
  4. 前記第１フレームパターンは、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分とを接続しており、かつ前記第１面とは反対側に突出している段差部とを有する、請求項１又は請求項２に記載の半導体モジュール。
  5. 前記接触部の前記第２方向における長さである第１長さは、前記離間部の前記第２方向における長さである第２長さよりも大きい、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  6. 前記第２長さを前記第１長さで除した値は、０．３以上０．６以下である、請求項５に記載の半導体モジュール。
  7. 請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の前記半導体モジュールを有し、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る、電力変換装置。
  8. 複数のフレームパターンのうちの少なくともいずれかの上に半導体素子を配置する工程と、
    フィンベースの第１面上にある絶縁シートを介して、前記第１面上に前記複数のフレームパターンを配置する工程と、
    第１方向において互いに離間するように前記第１面の反対面である第２面に複数のフィンをかしめる工程とを備え、
    前記第２面には、前記第１方向に交差している第２方向に沿って延在しており、かつ前記第１方向において互いに離間している複数の立壁部と、前記複数の立壁部の各々との間において前記第２方向に沿って延在している複数のかしめ部とが形成されており、
    前記複数のかしめ部の各々の上面には、前記第２方向に沿って延在している溝が形成されており、
    前記複数のフィンをかしめる工程は、前記溝にかしめ刃の先端を挿入して前記溝を前記第１方向に沿って拡幅することにより行われ、
    前記先端は、前記第１方向の幅が前記溝よりも大きくなっている第１部分と、前記第１方向の幅が前記溝よりも小さくなっている第２部分とを含み、
    前記複数のかしめ部のうちのすくなくとも１つは、前記複数のフィンの各々と接触している接触部と、前記複数のフィンの各々から離間している離間部とを含み、
    前記第１方向は、前記フィンベースの長手方向に沿っており、
    前記第１面は、前記第１方向において、第１端と、前記第１端の反対側の端である第２端とを含み、
    前記複数のフレームパターンには、前記第１面の中央部上において前記第１方向に沿って延在しており、かつ前記第２方向において互いに隙間を空けて配置されている第１フレームパターン及び第２フレームパターンが含まれており、
    前記第１フレームパターン及び前記第２フレームパターンの両端は、それぞれ前記複数のフィンのうちの最も前記第１端側にある第１フィン及び前記複数のフィンのうちの最も前記第２端側にある第２フィンよりも外側にあり、
    前記離間部は、前記第１面に直交する方向から見た際に、前記第１フレームパターンと前記第２フレームパターンとの間の隙間と重なる位置にある、半導体モジュールの製造方法。
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