JPH10173098A - パワー半導体装置およびその製法 - Google Patents

パワー半導体装置およびその製法

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JPH10173098A
JPH10173098A JP8329679A JP32967996A JPH10173098A JP H10173098 A JPH10173098 A JP H10173098A JP 8329679 A JP8329679 A JP 8329679A JP 32967996 A JP32967996 A JP 32967996A JP H10173098 A JPH10173098 A JP H10173098A
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case
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insulator
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Toshinori Kimura
俊則 木村
Sadamu Matsuda
定 松田
Taketoshi Hasegawa
武敏 長谷川
Haruhisa Fujii
治久 藤井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワー半導体素子の沿面放電を防止して、信
頼性の高いパワー半導体装置の製法を提供する。 【解決手段】 本発明のパワー半導体装置の製法は、ケ
ースの内部にパワー半導体素子および制御基板を収容し
てなるパワー半導体装置の製法であって、前記ケースの
上部を封止するためのエポキシ樹脂と該エポキシ樹脂よ
りも比重の大きい液状絶縁体とを用いて、該液状絶縁体
を前記ケースに注入して前記パワー半導体素子および前
記制御基板を覆ったのち、前記液状絶縁体の上に前記エ
ポキシ樹脂を注入し、かつ、硬化させて前記ケースの上
部を封止することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製法
にかかわり、とくにパワー半導体素子が収容されてなる
パワー半導体装置（以下、パワーモジュールという）の
製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７（ａ）は従来のパワーモジュールの
断面構造説明図であり、パワーモジュールの長手方向に
平行で、かつベース板に対して直角に、パワーモジュー
ルをほぼ２等分に分割する断面で切断されている。図７
（ｂ）は、パワー半導体素子３を中心とする、絶縁基板
およびその周辺部分の断面構造拡大説明図である。図７
において、１は放熱のための金属製のベース板、２はベ
ース板１上に固定された、セラミックからなる絶縁基板
である。２３はケースであり、前記ベース板１に対応す
る面が開口している直方体の箱体状に形成されており、
かつ、ベース板１を底面として、ベース板上にケース２
をのせて一体となるように形成されている。絶縁基板に
は、図７（ｂ）に示すようにその両面に金属パターン２
ａが接合されている。３は金属パターン２ａ上に接合さ
れたパワー半導体素子、３ａはパワー半導体素子３の電
極、３ｂは、パワー半導体素子３を絶縁性基板２上の金
属パターン２ａに接合する接合層、４はパワー半導体素
子３間を結線するアルミワイヤ、５はパワー半導体素子
３の制御用半導体素子５ａが搭載される制御基板、６
は、制御基板５をパワー半導体素子３の上方部に固定
し、かつ、制御基板５とパワー半導体素子３と結線する
ための中継端子、７は主端子８とパワー半導体素子３と
を結線する電極、８はケース２３の上部に取り付けられ
た主端子、１９は、パワー半導体素子３および制御基板
５を覆うためのシリコーンゲルの層、１０は、ケース２
３の上部を封止し、外部と遮断するエポキシ樹脂からな
る封止層、１１は封止層１０とシリコーンゲル９のあい
だの気層、１５はケース２３の上面に設けた開口部に接
着する蓋、２３はベース板１に固定されるケースであ
る。
【０００３】つぎにその製法について説明する。セラミ
ックからなる絶縁基板２の両面に、銅などを材質とする
金属板をろう付けし、エッチングにより金属パターン２
ａを形成したのち、金属パターンの表面にニッケルメッ
キを行う。この絶縁基板２を放熱のために金属製ベース
板１に半田リフローで固定する。つぎに、絶縁基板２の
金属パターン２ａ上にパワー半導体素子３を半田接合す
る。これらの金属パターン２ａ、パワー半導体素子３間
に、アルミワイヤー４をボンディングして結線する。ケ
ース２３に主端子８、電極７およびあらかじめ中継端子
６を取り付けた制御基板５を取り付ける。つぎに、電極
７と中継端子６に半田ペーストを付けた状態で、ケース
２３をベース板１にシリコーンゴム接着剤で接着し、電
極７と中継端子６を半田ペーストを挟んで金属パターン
２ａに接触させる。続いて、パワーモジュール全体を約
１７０℃に加熱し、前記半田ペーストを溶かし、電極７
と中継端子６を金属パターン２ａに半田付けする。つぎ
に、約０．１Ｔｏｒｒに減圧した状態で、ケース２３の
上面に設けた開口部からシリコーンゲルの層１９を制御
基板５よりも上の位置まで注入したのち、約０．１Ｔｏ
ｒｒのまま１時間脱泡する。そののち、１２５℃で１時
間保持してシリコーンゲルの層１９を硬化させる。つぎ
に、常圧で、ケース２３の上面に設けた開口部からエポ
キシ樹脂を注入し、１２５℃を３時間保持して硬化す
る。シリコーンゲルの層１９の線膨張係数がエポキシ樹
脂より大きいため、エポキシ樹脂の硬化後、温度が室温
に戻る際に、気層１１ができる。つぎに、開口部に蓋１
５をシリコーン接着剤（図示せず）で接着しケース２３
を密閉する。
【０００４】つぎに、その作用について説明する。パワ
ーモジュールの作動中は、パワー半導体素子３や絶縁基
板２上の金属パターン２ａには最大３ｋＶの高電圧が印
加される。従来のパワーモジュールにおいては、シリコ
ーンゲルの層１９でパワー半導体素子３や絶縁基板２を
封止することにより、短い沿面長で沿面絶縁耐圧を確保
する。また、熱伝導性の高い窒化アルミニウムなどのセ
ラミックを絶縁基板２の材料として使うことにより、パ
ワー半導体素子３からの発熱を、効率的に金属ベース板
１へと放熱する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のパワーモジュー
ルで封止用のシリコーンゲルの層１９として使用してい
たシリコーンゲルは、線膨張係数が９．６×１０-4／℃
であるのに対し、絶縁基板２は４．５×１０-6／℃、パ
ワー半導体素子３は４．２×１０-6／℃であって、シリ
コーンゲルの線膨張係数の方が絶縁基板やパワー半導体
素子の１００倍以上大きい。このため、パワーモジュー
ルの運転に伴うヒートサイクルによって、絶縁基板やパ
ワー半導体素子とシリコーンゲルとの界面剥離や亀裂が
生じるという欠点があった。ヒートサイクルの条件は、
たとえば−４０℃から１２５℃である。また、前記のよ
うに制御基板５がパワー半導体素子３の上部に固定され
ているため、ヒートサイクルに伴なってシリコーンゲル
が膨張または収縮する際に制御基板がシリコーンゲルの
変形の障害となり、いっそう界面剥離が生じやすいとい
う欠点があった。
【０００６】また、セラミックよりも銅のほうが線膨張
係数が大きいため、ヒートサイクルによって、銅パター
ン２ａや銅ベース板１から応力が加わるために、絶縁基
板２に割れが生じるという欠点があった。
【０００７】このような界面剥離や絶縁基板に生じた割
れの部位に高電圧が印加されると、部分放電（微少放
電）が生じ、放電に起因するノイズによりパワー半導体
素子が誤作動し、さらにはパワー半導体素子の絶縁破壊
に至るという問題があった。また、パワー半導体素子か
ら生じる発熱の放熱特性が悪くなるという問題があっ
た。
【０００８】本発明は前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、界面剥離や絶縁基板の割れに
よる部分放電を防止しうる、信頼性の高いパワー半導体
装置の製法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のパワー半導体装
置の製法は、ケースの内部にパワー半導体素子および制
御基板を収容してなるパワー半導体装置の製法であっ
て、液状絶縁体を前記ケースに注入して前記パワー半導
体素子および前記制御基板を覆ったのち、前記液状絶縁
体の上に該液体絶縁体よりも比重の小さい樹脂を注入
し、かつ、硬化させて封止層として前記ケースの上部を
封止することを特徴とする。
【００１０】前記封止層が、充填剤を含むまたは含まな
いエポキシ樹脂からなることが接着性の点で好ましい。
【００１１】前記液状絶縁体が、フロロカーボンおよび
絶縁油のうちのいずれかであることが絶縁耐力の点で好
ましい。
【００１２】前記液状絶縁体を、前記ケース内を減圧し
た状態で注入することが含浸性の点で好ましい。
【００１３】前記ケースに配管およびポンプを取り付
け、前記液状絶縁体を循環することが放熱性の点で好ま
しい。
【００１４】本発明のパワー半導体装置の製法は、ケー
ス内部にパワー半導体素子および制御基板を収容してな
るパワー半導体装置の製法であって、液状絶縁体を前記
ケースに注入して前記パワー半導体素子および前記制御
基板を覆ったのち、前記液状絶縁体の上に該液状絶縁体
よりも比重の小さい樹脂を注入し、かつ、硬化させて仕
切り層を形成したのち、前記仕切り層のうえに封止用の
樹脂を注入し、かつ、硬化させて封止層をして前記ケー
スの上部を封止することを特徴とする。
【００１５】前記仕切り層がシリコーンゲルからなるこ
とが沈降性の点で好ましい。
【００１６】前記液状絶縁体が、フロロカーボンおよび
絶縁油のうちのいずれかからなることが絶縁耐力の点で
好ましい。
【００１７】前記液状絶縁体を、前記ケース圧を減圧し
た状態で注入することが含浸性の点で好ましい。
【００１８】本発明のパワー半導体装置の製法は、ケー
スの内部にパワー半導体素子および制御基板を収容して
なるパワー半導体装置の製法であって、前記ケース内に
おいて、前記制御基板よりも低い位置まで樹脂を注入
し、かつ、硬化させたのち前記樹脂の上に液状絶縁体を
注入し、さらに、前記液状絶縁体の上に、前記液状絶縁
体よりも比重の小さい封止用の樹脂を注入し、かつ、硬
化させて封止層として前記ケースの上部を封止すること
を特徴とする。
【００１９】取り出し口をあらかじめ形成したケースを
用い、前記取り出し口から前記液状絶縁体を排出したの
ち、前記取り出し口にバルブを取り付け、気体絶縁体を
加圧しつつ注入することが樹脂の熱変形防止の点で好ま
しい。
【００２０】前記気体絶縁体として、二酸化炭素、窒素
および六フッ化硫黄ガスのうちのいずれかを用いること
が絶縁耐力の点で好ましい。
【００２１】前記取り出し口から前記液状絶縁体を排出
したのち、熱伝導率の高い絶縁性液体を注入し、つぎ
に、前記取り出し口を小蓋で密閉することが放熱性の点
で好ましい。
【００２２】前記熱伝導率が０．１４〜０．３１ｃａｌ
／ｓｅｃ／ｃｍ／℃・１０3の範囲であることが放熱性
の点で好ましい。
【００２３】前記液状絶縁体を、前記ケース内を減圧し
た状態で注入することが含浸性の点で好ましい。
【００２４】本発明のパワー半導体装置は、ベース板、
ケース、絶縁基板、該絶縁基板上に接合されるパワー半
導体素子および制御基板からなるパワー半導体装置であ
って、前記絶縁基板、前記パワー半導体素子および前記
制御基板が、前記ケースの内部に収容され、かつ、液状
絶縁体で浸漬されるようにしたことを特徴とする。
【００２５】前記液状絶縁体は、前記ケースの上部を封
止する封止用の樹脂よりも比重が大きいことが沈降性の
点で好ましい。
【００２６】前記液状絶縁体は、フロロカーボンおよび
絶縁油のうちのいずれかであることが絶縁耐力の点で好
ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照しつつ、本発
明の実施の形態について詳しく説明する。
【００２８】実施の形態１ 図１は、本発明の実施の形態１のパワーモジュールの断
面構造説明図であり、パワーモジュールの長手方向に平
行で、かつベース板に対して直角に、パワーモジュール
をほぼ２等分に分割する断面で切断されている。図１に
おいて、１は放熱のための金属製ベース板、２はベース
板１上に固定された絶縁基板であり、窒化シリコンまた
はアルミナなどのセラミックからなる。２３はケースで
あり、前記ベース板１に対応する面が開口している直方
体の箱体状に形成されており、かつ、ベース板１を底面
として、ベース板上にケースをのせて一体となるように
形成されている。絶縁基板２には、その両面に金属パタ
ーン２ａが接合されている。３は金属パターン２ａ上に
接合されたパワー半導体素子、４はパワー半導体素子３
間を結線するアルミワイヤ、５はパワー半導体素子３の
駆動回路や保護回路を形成する制御用半導体素子５ａを
搭載する制御基板、６は、制御基板５をパワー半導体素
子３の上方部に固定し、かつ、制御基板５とパワー半導
体素子３と結線するための中継端子、７は主端子８とパ
ワー半導体素子３とを結線する電極、８はケース２３の
上部に取り付けられた主端子、１０はケース２３の上部
を封止し、外部と遮断する封止層、１１は封止層１０と
液状絶縁体１２のあいだの気層、１２はパワー半導体素
子３および制御基板５を浸漬する液状絶縁体、１５はケ
ース２３の開口部に嵌合させて接着する蓋、２３は、主
端子８、電極７および制御基板５が取り付けられ、か
つ、ベース板１に接着されたケースである。
【００２９】封止層１０は、ケース２３の内部に封入さ
れる液状絶縁体等が外部にもれ出たりすることのないよ
うにケースの上部を封止するとともに、主端子８を固定
するために用いられる。したがって、封止層の材質とし
て必要な条件は、ケースの内部に、ともに収容されて
いる液状絶縁体などと化学的変化を生じることがない、
その硬化条件が、液状絶縁体やパワー半導体素子に有
害な影響を与えない、液状絶縁体の比重（１．４〜
２．０）よりも比重が小さくて、１．０〜１．７であ
る、ケース内に収容されているパワー半導体素子や電
極などの部品に対する熱応力が小さい、ケース内に収
容されている部品との接着性が良いことである。
【００３０】具体的な例としては、エポキシ樹脂または
充填剤を含むエポキシ樹脂（以下、単にエポキシ樹脂と
いう）をあげることができる。このようなエポキシ樹脂
を用いることのメリットはケース２３との接着力が強い
ことである。
【００３１】一方、液状絶縁体は、パワー半導体素子３
および制御基板５を液状絶縁体中に浸漬することによっ
てパワー半導体素子の表面および制御基板の表面におけ
る沿面放電の発生を抑制するために用いられる。したが
って、液状絶縁体の材質として必要な条件は、電気的
絶縁性に優れていて絶縁耐圧が１５ｋＶ／ｍｍと高い、
絶縁基板やパワー半導体素子に割れが生じていてもそ
の割れた隙間に浸透しうる、本発明において用いる封
止層とのあいだで化学的変化を起こすことがない、本
発明において封止層として用いるエポキシ樹脂（比重
１．０〜１．７）よりも比重が大きくて、１．４〜２．
０であることである。具体的な例としては、たとえばフ
ロロカーボンなどのフッ素系不活性液体（１．７〜２．
０）、絶縁油（１．４以上）をあげることができる。
【００３２】つぎに、本発明の実施の形態１のパワーモ
ジュールの製法について説明する。セラミックからなる
絶縁基板２の両面に、銅等を材質とする金属板をろう付
けし、エッチングにより金属パターン２ａを形成したの
ち、金属パターンの表面にニッケルメッキを行う。この
絶縁基板２を金属製ベース板１上に半田リフローで固定
する。
【００３３】つぎに、絶縁基板２の金属パターン２ａ上
にパワー半導体素子３を半田接合する。これらの金属パ
ターン２ａおよびパワー半導体素子３のそれぞれを、図
１に示すように、アルミワイヤ４をボンディングして結
線する。つぎに、ケース２３に主端子８、電極７、およ
びあらかじめ中継端子６を取り付けた制御基板５を取り
付ける。つぎに、電極７と中継端子６に半田ペーストを
付けた状態で、ケース２３をベース板１にシリコーン接
着剤で接着し、電極７と中継端子６を半田ペーストを挟
んで金属パターン２ａに接触させる。続いて、パワーモ
ジュール全体を約１７０℃に加熱して、前記半田ペース
トを溶かし、電極７と中継端子６を、金属パターン２ａ
のそれぞれに半田付けする。つぎに、ケース２３の内部
を約０．１Ｔｏｒｒに減圧した状態で、ケースの上部を
封止するための封止層１０としてのエポキシ樹脂よりも
比重の大きい液状絶縁体１２を、制御基板５よりも上の
高さまでケース２３の上面に設けた開口部である取り出
し口１３から注入する。つぎに、常圧で、ケース２３の
上面に設けた開口部からエポキシ樹脂を注入すると、エ
ポキシ樹脂の方が液状絶縁体１２より比重が軽いため液
状絶縁体上にエポキシ樹脂の層が形成される。このま
ま、温度１２５℃を３時間保持してエポキシ樹脂を硬化
する。エポキシ樹脂からなる封止層１０の硬化後、温度
が室温に戻ると、液状絶縁体は収縮して気層１１ができ
る。図１において、エポキシ樹脂からなる封止層１０を
ハッチングで図示した。気層１１はエポキシ樹脂からな
る封止層１０と液状絶縁体の層１２とのあいだに生じ
る。つぎに、開口部に蓋１５をシリコーンゴム接着剤
（図示せず）で接着してケース２３を密閉する。本実施
の形態において、液状絶縁体を注入する際に、ケース内
を減圧して注入すると、含浸性を向上させることができ
る。
【００３４】つぎに、その効果について説明する。パワ
ーモジュールの作動中は、パワー半導体３や絶縁基板２
上の金属パターン２ａには最大３ｋＶ以上の高電圧が印
加される。従来のパワーモジュールでは、シリコーンゲ
ルの層１９でパワー半導体素子３や絶縁基板２を封止す
ることにより、沿面絶縁耐圧を確保したが、本実施例で
は、液状絶縁体で封止したので、運転に伴う前記ヒート
サイクルがかかっても、絶縁基板およびパワー半導体素
子は液状絶縁体に浸った状態にあるため、界面剥離は生
じない。さらに、絶縁基板に割れが生じても、空隙に液
状絶縁体が入り込むので部分放電の発生を防止すること
ができる。
【００３５】実施の形態２ 図２は、本発明の実施の形態２のパワーモジュールの断
面構造説明図であり、２８はケース２３に取り付けた配
管、２９は配管２８に取り付けたポンプである。その他
の符号は、図１に示した要素と同一の要素には同一の符
号を付して示した（以下、図３以降についても同様）。
【００３６】前記実施の形態１では、液状絶縁体１２を
ケース２３内に封入しただけであるが、本実施の形態２
ではケース２３に配管２８およびポンプ２９を取り付
け、液状絶縁体１２を循環してもよい。
【００３７】本実施の形態では、液状絶縁体をポンプに
よって循環させたため、冷却効率が向上した。
【００３８】実施の形態３ 図３は、本発明の実施の形態３のパワーモジュールの断
面構造説明図であり、９は液状絶縁体２上に注入し、か
つ硬化させた仕切り層としてのシリコーンゲルからなる
樹脂の層である。
【００３９】前記実施の形態１では、液状絶縁体１２と
封止層１０のエポキシ樹脂の比重差が大きいものを用い
たが、比重差が小さいばあいは、エポキシ樹脂の封止の
前に液状絶縁体１２よりも比重の小さい樹脂の層（図３
において、１０の封止層とは、傾きが逆のハッチングで
図示した）を液状絶縁体上に注入して硬化させて、液状
絶縁体の層上に仕切り層を形成してもよい。このような
仕切り層を形成したのち、仕切り層上に封止用の樹脂
を、実施の形態１と同様に注入し、かつ、硬化させて封
止層１０を形成する。
【００４０】本実施の形態３においては、比重の小さい
樹脂は、このような仕切りとして形成されるので、その
材質として必要な条件は、その硬化後に液状絶縁体や
硬質樹脂と化学的変化を生じることがない、その厚さ
が１ｍｍ程度であっても破れたりすることがないことで
ある。具体的な例としては、シリコーンゲルをあげるこ
とができる。
【００４１】本実施の形態では、エポキシ樹脂封止の前
に比重の小さい樹脂からなる仕切り層を設けたため、比
重の小さい樹脂の層がケース内部の仕切りとなり、エポ
キシ樹脂が液状絶縁体とまざることはなく、実施の形態
１および２のばあいと比較して比重の大きなエポキシ樹
脂や、比重の小さな液状絶縁体を使用できる効果があ
る。
【００４２】実施の形態４ 図４は、本発明の実施の形態４のパワーモジュールの断
面構造説明図であり、９はパワー半導体素子３を覆う樹
脂の層である。
【００４３】前記実施の形態１および２では、パワー半
導体素子３を液状絶縁体１２に浸漬したが、樹脂の層９
で封止してもよい。前記樹脂としてはシリコーンゲルを
用いることができる。
【００４４】本実施の形態４では、パワー半導体素子３
を樹脂の層９で封入したため、パワーモジュールを上下
逆にして、ベース板が上にくるように取り付けても、気
層１１がパワー半導体素子３や絶縁基板２に接すること
がなく、気層１１がパワー半導体素子に触れないため、
パワー半導体素子や絶縁基板上で沿面放電が生じること
なく、絶縁耐力が低下しないという効果がある。また、
実施の形態５または６に説明するように、樹脂の層９で
パワー半導体素子などを封入しておくと、液状絶縁体を
気体絶縁体や絶縁性液体を入れかえる際にワイヤボンデ
ィングに力が加わってはずれたり、パワー半導体素子に
損傷が入ることがない。
【００４５】実施の形態５ 図５は、本発明の実施の形態５のパワーモジュールの断
面構造説明図であり、１６は樹脂の層９と封止層１０の
あいだに封入された気体絶縁体、１３はケース２３に取
り付けられた取り出し口、２７は取り出し口に取り付け
られたバルブである。
【００４６】前記実施の形態４では、樹脂の層９上の制
御基板５を液状絶縁体１２で浸漬したが本実施の形態４
においては、液状絶縁体のかわりに気体絶縁体を用いる
ことができる。気体絶縁体の材質として必要な条件は
絶縁基板やパワー半導体素子と化学的変化を生じない、
安定性を有することであり、封入するときの条件は、ケ
ースの機械的強度が耐えうる気体圧力で封入することで
ある。具体的には、気体絶縁体としては、二酸化炭素、
窒素、六フッ化硫黄ガス等を用い、圧力としては０〜５
ｋｇ／ｃｍ2とする。圧力容器（ボンベ）から気体絶縁
体を注入するには、液状絶縁体１２を取り出し口１３か
ら排除し、気体絶縁体１６を加圧しつつ注入する。
【００４７】本実施の形態では、液状絶縁体を取り出し
て気体を加圧しつつ注入したので、樹脂の熱膨張を抑制
し、界面剥離を防止する効果がある。なお、本実施の形
態においては、最終的に気体絶縁体を注入するので封止
層を形成する前に注入しておく液体は必ずしも実施の形
態１〜５のような液状絶縁体でなくてもよいが、前記絶
縁性液体であれば、これを取り出して気体絶縁体を注入
する際、ケース内に液状絶縁体が多少残ることがあって
もパワー半導体素子などの絶縁耐力が低下することがな
い。
【００４８】実施の形態６ 図６は、本発明の実施の形態６のパワーモジュール構造
を示すものであり、１４は樹脂９と封止層１０のあいだ
に封入された絶縁性液体である。
【００４９】前記実施の形態５では、樹脂の層９と封止
層１０のあいだに気体絶縁体１６を封入したが、熱伝導
率の高い絶縁性液体１４で封止してもよい。本実施の形
態６における絶縁性液体は、とくに放熱特性を向上させ
るために用いられる。したがって絶縁性液体の材質とし
て必要な条件は、実施の形態１の液体絶縁体の条件と同
様の条件のほか、その熱伝導率が高く、０．１４〜
０．３１であり、とくに好ましくは０．２８〜０．３１
ｃａｌ／ｓｅｃ／ｃｍ／℃・１０3あることである。具
体的な例としては、ナフテン系鉱油をあげることができ
る。ここで、熱伝導率は、高い方が好ましい。一方、本
発明のパワー半導体装置の製造コストを考慮し、入手し
やすいものを用いうるとともに、放熱性の効果をうるた
めに、前記熱伝導率の範囲を定めた。絶縁性液体を注入
したのちは、また、本実施の形態６においては、絶縁性
液体を注入する際に、真空脱気する。取り出し口１３に
は小蓋１５ａを接着し、絶縁性液体の漏れを防ぐ。
【００５０】本実施の形態では、比重に関する制約がな
いので、熱伝導率の高い絶縁性液体を用いることがで
き、放熱特性を向上させる効果がある。
【００５１】
【発明の効果】本発明の請求項１にかかわる効果は、パ
ワー半導体素子および制御基板を液状絶縁体で覆ったの
で、運転に伴うヒートサイクルがかかっても、絶縁基板
およびパワー半導体素子は液状絶縁体に浸った状態にあ
るため、界面剥離は生じないことである。さらに、絶縁
基板に割れが生じても、空隙に液状絶縁体が入り込み部
分放電の発生を防止することができることである。
【００５２】本発明の請求項２にかかわる効果は、ケー
スとの接着性がよく、気密性のよいパワーモジュールを
うることである。
【００５３】本発明の請求項３にかかわる効果は、入手
しやすい材料により、パワー半導体素子および制御基板
を液状絶縁体で覆ったので、運転に伴うヒートサイクル
がかかっても、絶縁基板およびパワー半導体素子は液状
絶縁体に浸った状態にあるため、界面剥離は生じないこ
とである。さらに、絶縁基板に割れが生じても、空隙に
液状絶縁体が入り込み部分放電の発生を防止することが
できることである。
【００５４】本発明の請求項４にかかわる効果は、含浸
性が向上することである。
【００５５】本発明の請求項５にかかわる効果は、液状
絶縁体をポンプによって循環させたため、冷却効率が向
上することである。
【００５６】本発明の請求項６にかかわる効果は、エポ
キシ樹脂や、液状絶縁体の材料に関する選択範囲を広く
することができ、エポキシ樹脂が沈降して液状絶縁体と
まざることがないことである。
【００５７】本発明の請求項７にかかわる効果は、入手
しやすい材料により、エポキシ樹脂が沈降して液状絶縁
体とまざることがない効果をうることである。
【００５８】本発明の請求項８にかかわる効果は、入手
しやすい材料により、パワー半導体素子および制御基板
を液状絶縁体で覆ったので、運転に伴うヒートサイクル
がかかっても、絶縁基板およびパワー半導体素子は液状
絶縁体に浸った状態にあるため、界面剥離は生じないこ
とである。さらに、絶縁基板に割れが生じても、空隙に
液状絶縁体が入り込み部分放電の発生を防止することが
できることである。
【００５９】本発明の請求項９にかかわる効果は、含浸
性が向上することである。
【００６０】本発明の請求項１０にかかわる効果は、制
御基板および電極の制約なしに樹脂部分の熱膨張・収縮
が生じるので、パワー半導体素子や絶縁基板の界面剥離
が生じることがないことである。
【００６１】本発明の請求項１１にかかわる効果は、気
体絶縁体が、樹脂の熱膨張を抑制し、パワー半導体素子
や絶縁基板の界面剥離が生じることがないことである。
【００６２】本発明の請求項１２にかかわる効果は、容
易に絶縁耐力の高い気体絶縁体を用いることができるこ
とである。
【００６３】本発明の請求項１３にかかわる効果は、比
重に関する制約がないので、熱伝導率の高い絶縁性液体
を用いることができ、放熱特性を向上できることであ
る。
【００６４】本発明の請求項１４にかかわる効果は、パ
ワー半導体素子からの放熱性を入手しやすい液体材料に
よってうることである。
【００６５】本発明の請求項１５にかかわる効果は、含
浸性が向上することである。
【００６６】本発明の請求項１６にかかわる効果は、液
状絶縁体で封止したので、運転に伴うヒートサイクルが
かかっても、絶縁基板およびパワー半導体素子は液状絶
縁体に浸った状態にあるため、界面剥離は生じない。さ
らに、絶縁基板に割れが生じても、空隙に液状絶縁体が
入り込み部分放電の発生を防止することができることで
ある。
【００６７】本発明の請求項１７にかかわる効果は、液
状絶縁体の上にエポキシ樹脂を注入した際に混ざりあう
ことがないことである。
【００６８】本発明の請求項１８にかかわる効果は、入
手しやすい液状絶縁体により、絶縁耐力をうることがで
きることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態にかかわるパワー半導
体装置のモジュール構造を示す断面構造説明図である。
【図２】 本発明の他の実施の形態にかかわるパワー半
導体装置のモジュール構造を示す断面構造説明図であ
る。
【図３】 本発明の他の実施の形態にかかわるパワー半
導体装置のモジュール構造を示す断面構造説明図であ
る。
【図４】 本発明の他の実施の形態にかかわるパワー半
導体装置のモジュール構造を示す断面構造説明図であ
る。
【図５】 本発明の他の実施の形態にかかわるパワー半
導体装置のモジュール構造を示す断面構造説明図であ
る。
【図６】 本発明の他の実施の形態にかかわるパワー半
導体装置のモジュール構造を示す断面構造説明図であ
る。
【図７】 従来例のパワー半導体装置のモジュール構造
を示す断面構造説明図である。
【符号の説明】
１ ベース板、２ 絶縁基板、３ パワー半導体素子、
５ 制御基板、９ 樹脂の層、１０ 封止層、１１ 気
層、１２ 液状絶縁体、１４ 絶縁性液体、１５ 蓋、
１６ 気体絶縁体、１９ シリコーンゲルの層、２３
ケース。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 治久 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケースの内部にパワー半導体素子および
    制御基板を収容してなるパワー半導体装置の製法であっ
    て、液状絶縁体を前記ケースに注入して前記パワー半導
    体素子および前記制御基板を覆ったのち、前記液状絶縁
    体の上に該液体絶縁体よりも比重の小さい樹脂を注入
    し、かつ、硬化させて封止層として前記ケースの上部を
    封止することを特徴とするパワー半導体装置の製法。
  2. 【請求項２】 前記封止層が、充填剤を含むまたは含ま
    ないエポキシ樹脂からなる請求項１記載のパワー半導体
    装置の製法。
  3. 【請求項３】 前記液状絶縁体が、フロロカーボンおよ
    び絶縁油のうちのいずれかである請求項１記載のパワー
    半導体装置の製法。
  4. 【請求項４】 前記液状絶縁体を、前記ケース内を減圧
    した状態で注入する請求項１、２または３記載のパワー
    半導体装置の製法。
  5. 【請求項５】 前記ケースに配管およびポンプを取り付
    け、前記液状絶縁体を循環する請求項１、２または３記
    載のパワー半導体装置の製法。
  6. 【請求項６】 ケース内部にパワー半導体素子および制
    御基板を収容してなるパワー半導体装置の製法であっ
    て、液状絶縁体を前記ケースに注入して前記パワー半導
    体素子および前記制御基板を覆ったのち、前記液状絶縁
    体の上に該液状絶縁体よりも比重の小さい樹脂を注入
    し、かつ、硬化させて仕切り層を形成したのち、前記仕
    切り層のうえに封止用の樹脂を注入し、かつ、硬化させ
    て封止層として前記ケースの上部を封止することを特徴
    とするパワー半導体装置の製法。
  7. 【請求項７】 前記仕切り層がシリコーンゲルからなる
    請求項６記載のパワー半導体装置の製法。
  8. 【請求項８】 前記液状絶縁体が、フロロカーボンおよ
    び絶縁油のうちのいずれかからなる請求項６記載のパワ
    ー半導体装置の製法。
  9. 【請求項９】 前記液状絶縁体を、前記ケース内を減圧
    した状態で注入する請求項６、７または８記載のパワー
    半導体装置の製法。
  10. 【請求項１０】 ケースの内部にパワー半導体素子およ
    び制御基板を収容してなるパワー半導体装置の製法であ
    って、前記ケース内において、前記制御基板よりも低い
    位置まで樹脂を注入し、かつ、硬化させたのち前記樹脂
    の上に液状絶縁体を注入し、さらに、前記液状絶縁体の
    上に、前記液状絶縁体よりも比重の小さい封止用の樹脂
    を注入し、かつ、硬化させて封止層として前記ケースの
    上部を封止することを特徴とするパワー半導体装置の製
    法。
  11. 【請求項１１】 取り出し口をあらかじめ形成したケー
    スを用い、前記取り出し口から前記液状絶縁体を排出し
    たのち、前記取り出し口にバルブを取り付け、気体絶縁
    体を加圧しつつ注入する請求項１０記載のパワー半導体
    装置の製法。
  12. 【請求項１２】 前記気体絶縁体として、二酸化炭素、
    窒素および六フッ化硫黄ガスのうちのいずれかを用いる
    請求項１１記載のパワー半導体装置の製法。
  13. 【請求項１３】 前記取り出し口から前記液状絶縁体を
    排出したのち、熱伝導率の高い絶縁性液体を注入し、つ
    ぎに、前記取り出し口を小蓋で密閉する請求項１０記載
    のパワー半導体装置の製法。
  14. 【請求項１４】 前記熱伝導率が０．１４〜０．３１ｃ
    ａｌ／ｓｅｃ／ｃｍ／℃・１０3の範囲である請求項１
    ３記載のパワー半導体装置の製法。
  15. 【請求項１５】 前記液状絶縁体を、前記ケース内を減
    圧した状態で注入する請求項１０記載のパワー半導体装
    置の製法。
  16. 【請求項１６】 ベース板、ケース、絶縁基板、該絶縁
    基板上に接合されるパワー半導体素子および制御基板か
    らなるパワー半導体装置であって、前記絶縁基板、前記
    パワー半導体素子および前記制御基板が、前記ケースの
    内部に収容され、かつ、液状絶縁体で浸漬されるように
    したことを特徴とするパワー半導体装置。
  17. 【請求項１７】 前記液状絶縁体は、前記ケースの上部
    を封止する封止用の樹脂よりも比重が大きい請求項１６
    記載のパワー半導体装置。
  18. 【請求項１８】 前記液状絶縁体は、フロロカーボンお
    よび絶縁油のうちのいずれかである請求項１６または１
    ７記載のパワー半導体装置。
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