WO2023223804A1 - パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置 - Google Patents

パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023223804A1
WO2023223804A1 PCT/JP2023/016649 JP2023016649W WO2023223804A1 WO 2023223804 A1 WO2023223804 A1 WO 2023223804A1 JP 2023016649 W JP2023016649 W JP 2023016649W WO 2023223804 A1 WO2023223804 A1 WO 2023223804A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
main
terminal
power module
main terminal
heat sink
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/016649
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
剛 濱田
正喜 後藤
隼人 寺田
穂隆 六分一
羽香奈 増田
泰之 三田
達志 森貞
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Publication of WO2023223804A1 publication Critical patent/WO2023223804A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N

Definitions

  • the present disclosure relates to a power module, a method for manufacturing a power module, and a power conversion device.
  • Patent Document 1 discloses a heat sink integrated power module that includes a power module part, a fin base, and a heat radiation fin.
  • the power module section includes a module base, a power semiconductor element mounted on the module base, and a mold resin that seals the power semiconductor element.
  • the fin base includes a heat dissipating portion to which the heat dissipating fin is attached, and a base portion formed in the heat dissipating portion and to which the module base is joined.
  • the module base is provided with a first uneven portion, and the base portion is provided with a second uneven portion that fits into the first uneven portion.
  • Patent Document 1 since the technology described in Patent Document 1 does not have a structure for connecting the bus bar to the main terminal, there was a concern that the temperature of the main terminal would increase.
  • an object of the present disclosure is to provide a technology that can suppress the temperature rise of the main terminal by connecting an external terminal to the main terminal in a heat sink integrated power module.
  • a power module includes a semiconductor element, a frame on which the semiconductor element is mounted on one side, a module base on which the frame is placed on one side, a main terminal that is a part of the frame, and a frame on which the semiconductor element is mounted on one side. a mold part that seals the semiconductor element, the frame, and the module base so that the main terminals are exposed; a base part that is integrated with the other surface of the module base exposed from the mold part; a heat sink having a plurality of heat dissipation fins protruding on the side opposite to the module base in the section; and an external heat sink connected to the first main surface of the main terminal or the second main surface opposite to the first main surface.
  • terminal forming processing is not required on the first main surface and the second main surface of the main terminal, so the areas of the first main surface and the second main surface can be increased. This allows the external terminal to be connected to the main terminal in the heat sink-integrated power module, thereby making it possible to suppress a rise in temperature of the main terminal.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the power module according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the power module according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a connection between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between a main terminal and a bus bar provided in a power module according to a modification of the first embodiment by screw fastening.
  • FIG. 7 is a top view showing a connection between a main terminal and a bus bar provided in the power module according to a modification of the first embodiment by screw fastening.
  • FIG. 7 is a sectional view showing a connection by screw fastening between a main terminal and a bus bar with a nut provided in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between a main terminal with a nut and a bus bar by screw fastening, which the power module according to a modification of the first embodiment includes.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by screw fastening between a main terminal and a bus bar in which a screw fastening auxiliary member is provided in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the main terminal and the screw fastening auxiliary member included in the power module according to the modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the positional relationship between a main terminal and an auxiliary screw fastening member with an elastic function included in the power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a solder connection between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a welded connection between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by crimp between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a power module according to a second embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a welded connection between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by screw fastening between a terminal block and a heat sink included in the power module according to Embodiment 2;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a solder connection between a terminal block and a heat sink included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a welded connection between a terminal block and a heat sink included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by crimp between a terminal block and a heat sink included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between a main terminal and a bus bar provided in a power module according to a modification of the second embodiment by screw fastening.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a solder connection between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a welded connection between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by crimp between a main terminal and a bus bar included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by screw fastening between a main terminal and a bus bar using a main terminal with a nut or a bus bar with a nut included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the arrangement of a terminal block having a positioning structure included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view, a side view, and a top view showing the arrangement of a terminal block having a positioning structure included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a clearance between a main terminal and a terminal block included in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between a main terminal and a bus bar by screw fastening when a clearance exists between the main terminal and the terminal block included in the power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the clearance between the main terminal and the terminal block when a terminal block with an elastic function is used in a power module according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between a main terminal, a bus bar, and a terminal block provided in the power module according to Embodiment 3 by screw fastening.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by solder between a main terminal, a bus bar, and a terminal block included in the power module according to Embodiment 3;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a welded connection between a main terminal, a bus bar, and a terminal block included in the power module according to Embodiment 3;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection by crimp between a main terminal, a bus bar, and a terminal block included in the power module according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a terminal block having a nut removal prevention metal member included in the power module according to Embodiment 3;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state of the power module according to Embodiment 3 when the product is in use.
  • FIG. 2 is a sectional view showing a general power module when the product is in use.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a clearance between a main terminal and a terminal block included in the power module according to Embodiment 3;
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a connection between the main terminal, the bus bar, and the terminal block by screw fastening when a clearance exists between the main terminal and the terminal block included in the power module according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the clearance between the main terminal and the terminal block when the terminal block with elastic function included in the power module according to Embodiment 3 is used.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which a power conversion device according to a fourth embodiment is applied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a power module 202 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the power module 202 according to the first embodiment.
  • the power module 202 is a heat sink integrated power module, and includes a power module section 9 and a heat sink 13.
  • the power module section 9 includes a plurality of semiconductor chips 1 (semiconductor elements), a lead frame 3 (frame), an insulating sheet 4, a module base 5, a mold section 8, and a plurality of bus bars 10 (external terminals). We are prepared.
  • the plurality of semiconductor chips 1 are mounted on the upper surface (one surface) of the lead frame 3.
  • the lead frame 3 is arranged via an insulating sheet 4 attached to the upper surface (one side) of the module base 5.
  • the mold section 8 is made of mold resin, and is arranged so that the lower surfaces (other surfaces) of the main terminals 7 and the module base 5, which are part of the lead frame 3, are exposed.
  • the module base 5 is sealed.
  • the heat sink 13 includes a base portion 11 that is integrated with the lower surface (the other surface) of the module base 5, and a plurality of heat radiation fins 12 that protrude below the base portion 11 (on the opposite side from the module base 5). There is.
  • a plurality of concave fitting portions 5a are provided on the lower surface (the other surface) of the module base 5. Further, on the upper surface of the portion of the base portion 11 excluding the outer peripheral portion (the surface on the module base 5 side), a plurality of convex fitted portions 11a that can be fitted with the fitting portion 5a are provided.
  • the module base 5 and the heat sink 13 are integrated by fitting the fitting part 5a and the fitted part 11a.
  • the fitting portion 5a and the fitted portion 11a may be provided continuously in the depth direction of the module base 5 and the base portion 11, respectively, or may be provided intermittently.
  • control terminal 6 and main terminal 7, which are part of the lead frame 3 are formed by performing molding for forming terminals.
  • molding for forming terminals is not essential and can be omitted.
  • the main terminal 7 and the control terminal 6 are part of the lead frame 3 and are connected to the semiconductor chip 1 inside the mold part 8 by a wiring member (not shown) such as an aluminum wire.
  • the wiring member does not necessarily have to be an aluminum wire, and may be electrically connected, for example, by a metal wire such as a copper wire, or a metal plate using a bonding member such as solder.
  • the main terminal 7 and the control terminal 6 are integrated by molding in a state where they are exposed from the mold part 8.
  • a plurality of (four) main terminals 7 extend in the left-right direction (first direction), which is a direction parallel to the base portion 11 of the heat sink 13, and are exposed from the mold portion 8.
  • the two main terminals 7 are formed in a straight line so as to extend leftward from the left end of the molded part 8, and the remaining two main terminals 7 are formed in a straight line so as to extend rightward from the right end of the molded part 8. It is formed in a straight line so as to extend.
  • the second main surface (lower surface) of the main terminal 7 opposite to the first main surface (upper surface) faces the heat sink 13
  • the first main surface (upper surface) of the main terminal 7 faces the opposite side of the heat sink 13 ( facing upward).
  • the thickness of the lead frame 3 including the main terminal 7 and the control terminal 6 is often increased from the viewpoint of current density. For this reason, if an attempt is made to bend the thick lead frame 3 by terminal forming processing, the number of prestons will increase, and there is a concern that the equipment will become larger and the productivity will decrease.
  • the second main surface (lower surface) opposite to the first main surface (upper surface) of the main terminal 7 faces the heat sink 13, and the second main surface (lower surface) of the main terminal 7 is opposite to the first main surface (upper surface).
  • the upper surface faces the opposite side (upward) from the heat sink 13.
  • the bus bar 10 to the main terminal 7
  • the length of the main terminal 7 can be shortened. Since the length of the main terminal 7 is shortened, the area of the lead frame 3 including the main terminal 7 can be reduced. Thereby, it becomes possible to take out a large number of shapes from one lead frame (multi-piece cutting), and it is possible to improve productivity.
  • the area of the lead frame 3 inside the power module 202 can be increased while the area of the lead frame 3 including the main terminal 7 remains the same. This improves the degree of freedom in the arrangement of the semiconductor chip 1 and the design of electrical wiring, making it possible to improve heat dissipation.
  • FIGS. 3A and 3B are top views of a power module 202 according to a modification of the first embodiment.
  • the main terminal 7 may have an L-shape when viewed from above, and as shown in FIG. 3(b), the main terminal 7 may have a U-shape when viewed from above. It may be.
  • the shape of the main terminal 7 is not limited to this and can be freely designed. By adopting such a shape, it is possible to reduce the stress applied to the interface between the main terminal 7 and the molded part 8 when the main terminal 7 and the bus bar 10 are connected. Furthermore, it is also possible to reduce the stress applied to the interface between the main terminal 7 and the molded part 8 when vibration occurs during use of the product, thereby improving the vibration resistance of the product.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 included in the power module 202 according to a modification of the first embodiment.
  • the main terminal 7 may have a crank shape when viewed in cross section.
  • the main terminal 7 has a first parallel portion 7a exposed from the mold portion 8 in a first direction parallel to the base portion 11 of the heat sink 13, and a first parallel portion 7a exposed from the first parallel portion 7a in a vertical direction. It has a first vertical part 7b extending in the second direction and a second parallel part 7c extending in the first direction from the first vertical part 7b.
  • the bus bar 10 is connected to the first main surface of the second parallel portion 7c of the main terminal 7.
  • the bent part has an elastic function, so that when the main terminal 7 and the bus bar 10 are connected, the main terminal 7 and the mold It is possible to reduce the stress applied to the interface of the portion 8. Similarly, it is also possible to reduce the stress applied to the interface between the main terminal 7 and the molded part 8 when vibration occurs during use of the product, thereby improving the vibration resistance of the product.
  • the shape of the main terminal 7 shown in FIG. 4 requires bending, since the second parallel portion 7c extends in the horizontal direction, for example, one area is It becomes possible to connect a large bus bar 10 in a stable state.
  • the power module 202 according to the first embodiment has a structure in which the main terminals 7 are arranged on two sides of the mold part 8 and the control terminals 6 are arranged on the other two sides when viewed from above. be.
  • the arrangement of the main terminal 7 and the control terminal 6 is not limited to this.
  • 5 and 6 are top views of the power module 202 according to a modification of the first embodiment.
  • the main terminal 7 and the control terminals 6 may be arranged on one side and the control terminals 6 on the other two sides, or as shown in FIG. They may be arranged in a mixed manner and can be freely designed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to a modification of the first embodiment by screw fastening.
  • FIG. 8 is a top view showing the connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to the modification of the first embodiment by screw fastening.
  • the method of connecting the main terminal 7 and the bus bar 10 by screw fastening using screws 14 and nuts 15 is the simplest and most productive method. Screw fastening will be explained.
  • a cut hole 7d is provided in the main terminal 7, and a cut hole 10a is provided in the bus bar 10 at a location corresponding to the cut hole 7d. Screw fastening is performed by fastening the nut 15 to the shaft of the screw 14 with the shaft of the screw 14 inserted through the cut hole 10a and the cut hole 7d.
  • the bus bar 10 may be arranged above the main terminal 7, the screw 14 is arranged above the bus bar 10, the nut 15 is arranged below the main terminal 7, and the connection can be made by fastening the screws, or the bus bar 10 may be connected to the main terminal 7.
  • the screw 14 may be placed above the main terminal 7, the nut 15 may be placed below the bus bar 10, and the connection may be made by fastening the screws. Note that it is also possible to replace the screws 14 and nuts 15 in each arrangement and perform screw fastening, although productivity decreases.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a connection between the main terminal 7 of the power module 202 according to the modification of the first embodiment and the nut-equipped bus bar 16 by screw fastening. Furthermore, in order to connect the bus bars 10 with high productivity, as shown in FIG. 9, a bus bar 16 with a nut in which a nut 15 is inserted into the bus bar 10 is used, and the main terminal 7 and the bus bar 16 with a nut are connected by screw fastening. It is also possible to do so.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a connection between the main terminal 17 with a nut and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to a modification of the first embodiment by screw fastening.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a connection by screw fastening between the main terminal 7, on which the screw fastening auxiliary member 18 provided in the power module 202 according to the modification of the first embodiment, and the bus bar 10 are arranged.
  • a main terminal 17 with a nut in which a nut 15 is inserted into the main terminal 7, and to connect it to the bus bar 10 by screw fastening.
  • a lead frame 3 in which a nut 15 is inserted into the main terminal 7 is used and molded.
  • the nut 15 is inserted into the main terminal 7 after molding and terminal forming processing. In either method, the main terminal 17 with a nut and the bus bar 10 can be connected by screw fastening.
  • main terminal 7 when the main terminal 7 is formed to extend in the horizontal direction, when screwing the main terminal 7 and the bus bar 10, productivity can be improved by inserting an auxiliary screw fastening member 18 as shown in FIG. It is possible to easily connect the main terminal 7 and the bus bar 10 by fastening screws.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the main terminal 7 and the screw fastening auxiliary member 18 included in the power module 202 according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view showing the positional relationship between the main terminal 7 and the screw fastening auxiliary member 20 with elastic function included in the power module 202 according to the modification of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 of the power module 202 according to the modification of the first embodiment using the solder 2.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a welded connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 included in the power module 202 according to the modification of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to the modification of the first embodiment by crimping.
  • the main terminal 7 and the bus bar 10 can be connected not only by screw fastening, but also by a bonding material such as solder 2 as shown in FIG. 14, by welding as shown in FIG. 15, and by welding as shown in FIG. Connection can be made using any connection method, such as crimping. With either connection method, sufficient connection strength can be obtained, contact electrical resistance and contact thermal resistance can be stably reduced, and the contact area between bus bar 10 and main terminal 7 can be increased. A rise in temperature of the main terminal 7 can be suppressed.
  • the reference numeral 22a in FIG. 15 indicates a welded portion.
  • connection method that combines several connection methods, such as screw fastening and crimping, is also possible.
  • connection strength is further improved than when only one type is used, the contact electrical resistance and the contact thermal resistance can be more stably reduced, and the contact between the bus bar 10 and the main terminal 7 is improved. Since the area can be further increased, the temperature rise of the main terminal 7 during use of the product can be further suppressed.
  • FIG. 1 shows an example in which a caulking heat sink is used as the heat sink 13, in which the base portion 11 and the plurality of radiation fins 12 are integrated by caulking.
  • the base portion 11 is processed by machining, die-casting, forging, extrusion, or the like, and is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • a plate material such as aluminum or aluminum alloy for the heat dissipation fin 12, it was possible to achieve both workability and heat dissipation.
  • both the base part 11 and the heat dissipation fins 12 are not limited to aluminum materials, and each may be made of a combination of different materials.
  • the heat dissipation ability is further improved than in the case of an aluminum-based material.
  • the heat sink 13 is not limited to a caulked heat sink, and may be an extruded heat sink manufactured by extrusion as shown in FIG. 17, a cut heat sink manufactured by cutting, or a forged heat sink manufactured by forging.
  • a die-cast heat sink produced by die-casting as shown in FIG. 18 may also be used.
  • the module base 5 and the heat sink 13 may be integrated with a bonding material such as solder 2 and adhesive. Note that it is also possible to integrate the module base 5 and the heat sink 13 by combining a plurality of methods, such as using caulking and a bonding material.
  • the module base 5 is processed by machining, die-casting, forging, extrusion, or the like, and is made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the material of the module base 5 is not limited to aluminum material, but by using a copper-based plate material that has higher thermal conductivity than aluminum-based material, the heat dissipation ability is further improved than in the case of aluminum-based material. .
  • the semiconductor chip 1 may be made of silicon, or may be a wide bandgap semiconductor such as silicon carbide or gallium nitride.
  • the material of the lead frame 3 and the bus bar 10 is preferably a copper-based material or an aluminum-based material from the viewpoint of electrical resistivity and workability, but it is not limited to this as long as it is a metal material.
  • the power module 202 includes the semiconductor chip 1, the lead frame 3 on which the semiconductor chip 1 is mounted on one side, and the module base 5 on which the lead frame 3 is arranged on one side. , a main terminal 7 that is a part of the lead frame 3, a mold part 8 that seals the semiconductor chip 1, the lead frame 3, and the module base 5 so that the main terminal 7 is exposed, and a mold part 8 that is exposed from the mold part 8.
  • the main terminal 7 includes a heat sink 13 integrated with the other surface of the module base 5 and a bus bar 10 connected to the first main surface of the main terminal 7 or the second main surface opposite to the first main surface.
  • the second main surface faces the heat sink 13, and the first main surface of the main terminal 7 faces the opposite side from the heat sink 13.
  • the method for manufacturing the power module 202 also includes a step (a) of connecting the bus bar 10 to the first or second main surface of the main terminal 7 by screw fastening, bonding, or crimping.
  • the bus bar 10 can be connected to the main terminal 7, so that it is possible to suppress a rise in temperature of the main terminal 7. As a result, a large current can flow through the power module 202.
  • bus bar 10 is connected to the first or second main surface of the main terminal 7 with the screw 14 and nut 15, it is possible to connect the bus bar 10 to the main terminal 7 in a simple manner and with high productivity. Can be done.
  • the heat sink 13 has a base portion 11 that is integrated with the other surface of the module base 5, and a plurality of heat dissipation fins 12 that protrude from the base portion 11 on the side opposite to the module base 5. , extends in a first direction parallel to the base portion 11 of the heat sink 13 and is exposed from the mold portion 8 .
  • the main terminal 7 also has a first parallel part 7a exposed from the mold part 8 in a first direction parallel to the base part 11 of the heat sink 13, and a second direction perpendicular to the first parallel part 7a.
  • the bus bar 10 has a first vertical portion 7b extending in the first direction, and a second parallel portion 7c extending in the first direction from the first vertical portion 7b. 7c.
  • a fitting portion 5a is provided on the other surface of the module base 5, and a fitted portion 11a that can be fitted with the fitting portion 5a is provided on the surface of the base portion 11 of the heat sink 13 on the module base 5 side.
  • the module base 5 and the heat sink 13 are integrated by fitting the fitting part 5a and the fitted part 11a.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of the power module 202 according to the second embodiment.
  • FIG. 21 is a top view of the power module 202 according to the second embodiment. Note that, in the second embodiment, the same components as those described in the first embodiment are given the same reference numerals, and a description thereof will be omitted.
  • the power module 202 further includes a terminal block 25 (structural member for displacement control), compared to the case of the first embodiment.
  • the terminal block 25 is fixed onto the outer circumference of the base portion 11 of the heat sink 13 and is disposed between the main terminal 7 and the base portion 11.
  • the bus bar 10 is arranged above the main terminal 7, and the terminal block 25 is arranged below the main terminal 7, but the bus bar 10 is arranged below the main terminal 7. , and further a terminal block 25 may be arranged below the bus bar 10.
  • the material of the terminal block 25 is resin from the viewpoint of workability and insulation. However, it does not necessarily need to be made of resin, and may be made of metal material.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing the connection between the terminal block 25 and the heat sink 13 provided in the power module 202 according to the second embodiment by screw fastening.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing the connection between the terminal block 25 and the heat sink 13 of the power module 202 according to the modification of the second embodiment using the solder 2.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a welded connection between a terminal block 25 and a heat sink 13 included in a power module 202 according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view showing a welded connection between a terminal block 25 and a heat sink 13 included in a power module 202 according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 25 is a cross-sectional view showing a connection between a terminal block 25 and a heat sink 13 provided in a power module 202 according to a modification of the second embodiment by crimping.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to the modification of the second embodiment by screw fastening.
  • FIG. 27 is a cross-sectional view showing the connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 of the power module 202 according to the modified example of the second embodiment using the solder 2.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view showing a welded connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view showing a connection by crimp between the main terminal 7 and the bus bar 10 provided in the power module 202 according to the modification of the second embodiment.
  • the terminal block 25 and the base portion 11 of the heat sink 13 can be fixed by screw fastening as shown in FIG. 22, by a bonding material such as solder 2 as shown in FIG. 23, by welding as shown in FIG. 24, or by welding as shown in FIG. Alternatively, any connection method such as connection by crimp as shown in FIG. 25 may be used.
  • the main terminal 7 and the bus bar 10 can be connected by screw fastening as shown in FIG. 26, by using a bonding material such as solder 2 as shown in FIG. 27, by welding as shown in FIG. 28, or by welding as shown in FIG. Any connection method may be used, such as connection by crimp as shown in FIG. 29.
  • the reference numeral 22a in FIGS. 24 and 28 indicates a welded portion
  • the reference numeral 22b in FIG. 25 indicates a crimped portion.
  • the displacement applied to the main terminal 7 can be controlled, and the stress applied to the interface between the mold part 8 and the main terminal 7 can be reduced.
  • the incidence of defects in the process of connecting the bus bar 10 to the main terminal 7 can be reduced.
  • the clearance between the main terminal 7 or bus bar 10 and the terminal block 25 can be controlled when the product is used. As a result, the displacement during vibration can be reduced, so that the stress applied to the interface between the mold part 8 and the main terminal 7 can be reduced, and the vibration resistance of the product can be improved.
  • the nut 15 is placed on the terminal block 25 fixed to the base part 11 of the heat sink 13 and the main terminal 7 and the bus bar 10 are connected, or the nut 15 is placed on the terminal block 25 fixed to the base part 11 of the heat sink 13.
  • the terminal block 25 By fixing the terminal block 25 to the base portion 11 and connecting the main terminals 7 and the bus bar 10, this can be realized in a simple manner and with good productivity.
  • FIGS. 30(a) and 30(b) show a connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 by screw fastening using the main terminal 17 with a nut or the bus bar 16 with a nut included in the power module 202 according to a modification of the second embodiment.
  • FIG. 30(a) a space 25a for the nut 15 is provided in the terminal block 25, the main terminal 17 with a nut is used, the bus bar 10 is placed above the main terminal 17 with the nut, and the screw is fastened. Connect by.
  • a space 25a for the nut 15 is provided in the terminal block 25, a bus bar 16 with a nut is used, the main terminal 7 is placed above the bus bar 16 with a nut, and the screw Connection may be made by fastening.
  • solder joint structure it is possible to realize the structure as shown in FIG. 27 with a simple method and high productivity.
  • welded structure it can be realized with high productivity by a simple method of welding or brazing as shown in FIG.
  • a space 10b for crimping is provided in the bus bar 10, and a main body formed to correspond to the shape of the space 10b is connected from the bus bar 10.
  • the bus bar 10 and the main terminal 7 are connected by applying pressure to the terminal 7.
  • This simple method is highly productive and can be realized.
  • the space 10b has a triangular shape in cross-sectional view
  • the space 10b has a trapezoidal shape in cross-sectional view.
  • FIG. 31 is a cross-sectional view showing the arrangement of a terminal block 25 having a positioning structure included in a power module 202 according to a modification of the second embodiment.
  • a positioning groove 26a is provided in the base portion 11 of the heat sink 13, and a convex positioning portion 26 that can fit into the groove 11b is provided in the terminal block 25, thereby simplifying the terminal block mounting process. It can be simplified and productivity can be improved.
  • FIGS. 32(a) and 32(b) are cross-sectional views showing the arrangement of a terminal block 25 having a positioning structure included in a power module 202 according to a modification of the second embodiment
  • FIG. 32(c) is a side view. It is.
  • FIGS. 32(d) and 32(e) are top views showing the arrangement of the terminal block 25 having the positioning structure included in the power module 202 according to the modification of the second embodiment.
  • the positioning part 26 of the terminal block 25 is not limited to the structure shown in FIG. 31, but can have a structure as shown in FIGS. 32(a) to 32(e), for example, to determine the position of the terminal block 25 in at least one direction. Any structure may be used as long as it has a structure.
  • a positioning groove 26a may be provided in the terminal block 25, and a T-shaped positioning portion 26 may be provided in the base portion 11 when viewed in cross section.
  • the entire lower end portion of the terminal block 25 may be used as the positioning portion 26, and the base portion 11 may be provided with a groove 26a into which the positioning portion 26 can fit.
  • FIG. 32(a) a positioning groove 26a may be provided in the terminal block 25
  • a T-shaped positioning portion 26 may be provided in the base portion 11 when viewed in cross section.
  • the entire lower end portion of the terminal block 25 may be used as the positioning portion 26, and the base portion 11 may be provided with a groove 26a into which the positioning portion 26 can fit.
  • FIG. 32(a)
  • the base portion 11 may be provided with two convex positioning portions 26, and the terminal block 25 may be provided with two grooves 26a.
  • the positioning portion 26 provided on the base portion 11 may have a shape in which two cross shapes are connected when viewed from above.
  • both of the two positioning parts 26 provided on the base part 11 may have a cylindrical shape.
  • FIG. 33 is a cross-sectional view showing the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 included in the power module 202 according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 34 is a sectional view showing the connection between the main terminal 7 and the bus bar 10 by screw fastening when there is a clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 provided in the power module 202 according to the modification of the second embodiment.
  • FIG. 35 is a cross-sectional view showing the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 when the terminal block 27 with elastic function included in the power module 202 according to the modification of the second embodiment is used.
  • the positional relationship in the height direction between the main terminal 7 and the terminal block 25 does not necessarily have zero clearance, as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 33, there is either a state in which a clearance (displacement) exists between the main terminal 7 and the terminal block 25, or a state in which the main terminal 7 and the terminal block 25 interfere.
  • the displacement applied when connecting the main terminal 7 and the bus bar 10 that is, the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 is large, there is a large Since there is a concern that stress may be applied to the interface and cause peeling and cracking, it is desirable to reduce the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25.
  • the terminal block 25 with the nut 15 is used to connect the main terminal 7 and the bus bar 10 by screw fastening, but the main terminal 7 and the bus bar 10 can be connected by soldering, welding, or Even in the case of connection by crimping, the same effect can be obtained by using the terminal block 27 with elastic function.
  • the main terminal 7 may also have a shape as shown in FIG. , or between the bus bar 10 and the base part 11, which are arranged below the second parallel part 7c.
  • the power module 202 further includes the terminal block 25 fixed on the base portion 11 of the heat sink 13 and disposed between the main terminal 7 or the bus bar 10 and the base portion 11. ing.
  • the method for manufacturing the power module 202 also includes the step (a) of connecting the bus bar 10 to the first or second main surface of the main terminal 7 by screwing, joining, or crimping, and connecting the terminal block 25 to the main terminal. 7 or the bus bar 10, and a step (b) of fixing the heat sink 13 to the base portion 11 of the heat sink 13.
  • the displacement applied to the main terminal 7 can be controlled with good productivity, and the stress applied to the interface between the main terminal 7 and the molded part 8 when the main terminal 7 and the bus bar 10 are connected can be reduced.
  • the clearance between the main terminal 7 or bus bar 10 and the terminal block 25 can be controlled, and the stress applied to the interface between the main terminal 7 and the molded part 8 during vibration can be reduced. Therefore, the vibration resistance of the product is improved.
  • the power module and the terminal block 25 vibrate together when vibrating, thereby further improving the vibration resistance of the product.
  • the power module 202 further includes an elastic material 19 disposed between the terminal block 25 and the base part 11, there is no clearance in the height direction between the main terminal 7 or the bus bar 10 and the terminal block 25. Even when the elastic material 19 is present, it is possible to bring the main terminal 7 or the bus bar 10 into contact with the terminal block 25 .
  • a terminal block 25 fixed to the heat sink 13 is connected to the main terminal 7.
  • the bus bar 10 is placed above the main terminal 7, and the terminal block 25 is connected to the bottom of the main terminal 7.
  • the bus bar 10 is placed below the main terminal 7.
  • a terminal block 25 may be arranged below the bus bar 10.
  • the terminal block 25 and the base portion 11 of the heat sink 13 can be fixed by screw fastening as shown in FIG. 22, by a bonding material such as solder 2 as shown in FIG. 23, by welding as shown in FIG. 24, or by welding as shown in FIG. Alternatively, any connection method such as connection by crimp as shown in FIG. 25 may be used.
  • FIG. 36 is a cross-sectional view showing a connection between the main terminal 7, the bus bar 10, and the terminal block 25 provided in the power module 202 according to the third embodiment by screw fastening.
  • FIG. 37 is a cross-sectional view showing the connection of the main terminal 7, bus bar 10, and terminal block 25 of the power module 202 according to the third embodiment with the solder 2.
  • FIG. 38 is a cross-sectional view showing a welded connection between the main terminal 7, the bus bar 10, and the terminal block 25 included in the power module 202 according to the third embodiment.
  • FIGS. 39(a) and 39(b) are cross-sectional views showing the connection of the main terminal 7, the bus bar 10, and the terminal block 25 provided in the power module 202 according to the third embodiment by crimping.
  • the main terminal 7, the bus bar 10, and the terminal block 25 can be connected by screw fastening as shown in FIG. 36, by using a bonding material such as solder 2 as shown in FIG. 37, or by welding as shown in FIG. Any connection method may be used, such as connection, connection by crimping as shown in FIGS. 39(a) and 39(b), etc.
  • Any connection method may be used, such as connection, connection by crimping as shown in FIGS. 39(a) and 39(b), etc.
  • the nut 15 can be fixed to the terminal block 25 by inserting the nut 15 during molding of the terminal block 25, by press-fitting the nut 15 after molding the terminal block 25, or by using a bonding material to fasten the nut 15. Any method such as bonding may be used.
  • FIG. 40 is a cross-sectional view showing a terminal block 25 having a metal member 28 for preventing nut removal, which is included in the power module 202 according to the third embodiment.
  • a space 25a for arranging the nut 15 is provided in the terminal block 25, the nut 15 is arranged in the space 25a, and the nut 15 is placed on top of the nut 15.
  • a U-shaped metal member 28 may be placed in cross-sectional view to prevent the nut from coming off, and the metal member 28 may be inserted into the terminal block 25 with the metal member 28 restricting upward movement of the nut 15. .
  • a space 25b for crimp is provided in the terminal block 25, and pressure is applied from the bus bar 10 to the main terminal 7 and the terminal block 25 to connect the main terminal 7.
  • by connecting the main terminal 7 and the bus bar 10 to the terminal block 25 by applying pressure to the main terminal 7 and the terminal block 25, it is possible to achieve this in a simple manner and with good productivity. Since the main terminal 7 and the bus bar 10 are connected to the terminal block 25 fixed to the heat sink 13 that is integrated with the power module section 9, the stress applied to the main terminal 7 due to vibrations generated during product use can be reduced. Therefore, the vibration resistance of the product is improved.
  • FIG. 41 is a sectional view showing a state of the power module 202 according to the third embodiment when the product is in use.
  • FIG. 42 is a sectional view showing a typical power module 302 when the product is in use.
  • the heat sink 13 is fixed to the unit frame 29 of the product by screw fastening or the like.
  • a terminal block 30 is arranged inside the power module 302, and a metal member is arranged between the power module part 9 and the heat sink 13, that is, below the insulating member 4.
  • the power module part 9 and the heat sink 13 are fixed with screws 14 with a heat dissipating member 34 such as thermal conductive grease interposed between the power module part 32 and the base part 11 . Therefore, when the product vibrates, the unit frame 29 and the heat sink 13 vibrate in a fixed state, but the parts (main terminals 7 and It vibrates separately from the bus bar 10). As a result, excessive stress due to vibration is applied between the main terminal 7 and the bus bar 10, which may cause problems such as terminal breakage.
  • the power module 202 according to the third embodiment as shown in FIG. 41 has a configuration of the terminal block 25 fixed to the heat sink 13, the main terminal 7, and the bus bar 10 connected to the main terminal 7.
  • the power module 202 fixed to the unit frame 29 and each connection part vibrate together. Therefore, it is possible to reduce the stress applied to the interface between the mold part 8 and the main terminal 7 when the product vibrates, and the vibration resistance of the product is improved.
  • FIG. 43 is a cross-sectional view showing the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 included in the power module 202 according to the third embodiment.
  • FIG. 44 is a cross-sectional view showing the connection of the main terminal 7, bus bar 10, and terminal block 25 by screw fastening when a clearance exists between the main terminal 7 and the terminal block 25 included in the power module 202 according to the third embodiment.
  • FIG. 45 is a cross-sectional view showing the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 when the terminal block 27 with elastic function included in the power module 202 according to the third embodiment is used.
  • the mold part 8 and the main Since there is a concern that a large stress may be applied to the interface between the terminals 7 and peeling or cracking may occur at the interface, it is desirable to reduce the clearance between the main terminal 7 and the terminal block 25 on which the nut 15 is arranged.
  • the terminal block 25 with the nut 15 is used to connect the main terminal 7 and the bus bar 10 by screw fastening, but the main terminal 7 and the bus bar 10 can be connected by soldering, welding, or Even in the case of connection by pressure welding, the same effect can be obtained by using the terminal block 27 with elastic function.
  • the main terminal 7 may also have a shape as shown in FIG. , or between the bus bar 10 and the base part 11, which are arranged below the second parallel part 7c.
  • the terminal block 25 fixed to the heat sink 13 is connected to the main terminal 7, so stress applied to the main terminal 7 due to vibrations generated when the product is used. can be reduced, improving the vibration resistance of the product.
  • the power module 202 according to the first to third embodiments described above is applied to a power conversion device.
  • Application of the power module 202 according to Embodiments 1 to 3 is not limited to a specific power conversion device, but hereinafter, as Embodiment 4, the power module 202 according to Embodiments 1 to 3 is applied to a three-phase inverter. A case where module 202 is applied will be explained.
  • FIG. 46 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to this embodiment is applied.
  • the power conversion system shown in FIG. 46 is composed of a power source 100, a power conversion device 200, and a load 300.
  • Power supply 100 is a DC power supply and supplies DC power to power conversion device 200.
  • the power source 100 can be composed of various things, for example, it can be composed of a DC system, a solar battery, a storage battery, or it can be composed of a rectifier circuit or an AC/DC converter connected to an AC system. Good too.
  • the power supply 100 may be configured with a DC/DC converter that converts DC power output from a DC system into predetermined power.
  • the power conversion device 200 is a three-phase inverter connected between the power source 100 and the load 300, converts the DC power supplied from the power source 100 into AC power, and supplies the AC power to the load 300.
  • the power conversion device 200 includes a main conversion circuit 201 that converts DC power into AC power and outputs it, and a control circuit 203 that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit 201 to the main conversion circuit 201. It is equipped with
  • the load 300 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power conversion device 200.
  • the load 300 is not limited to a specific application, but is a motor installed in various electrical devices, and is used, for example, as a motor for a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railway vehicle, an elevator, or an air conditioner.
  • the main conversion circuit 201 includes a switching element (not shown) and a freewheeling diode (not shown), and when the switching element switches, it converts DC power supplied from the power supply 100 into AC power, and converts the DC power supplied from the power supply 100 into AC power. Supply to 300.
  • the main conversion circuit 201 is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and each switching element. It can be constructed from six freewheeling diodes arranged in antiparallel.
  • the power module 202 according to any one of the first to third embodiments described above is applied to at least one of each switching element and each freewheeling diode of the main conversion circuit 201.
  • the six switching elements are connected in series every two switching elements to constitute upper and lower arms, and each upper and lower arm constitutes each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit.
  • the output terminals of the upper and lower arms, that is, the three output terminals of the main conversion circuit 201, are connected to the load 300.
  • the main conversion circuit 201 includes a drive circuit (not shown) that drives each switching element, but the drive circuit may be built in the power module 202 or a drive circuit may be provided separately from the power module 202.
  • the configuration may include the following.
  • the drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 201 and supplies it to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 201.
  • a drive signal that turns the switching element on and a drive signal that turns the switching element off are output to the control electrode of each switching element.
  • the drive signal When keeping the switching element in the on state, the drive signal is a voltage signal (on signal) that is greater than or equal to the threshold voltage of the switching element, and when the switching element is kept in the off state, the drive signal is a voltage signal that is less than or equal to the threshold voltage of the switching element. signal (off signal).
  • the control circuit 203 controls the switching elements of the main conversion circuit 201 so that the desired power is supplied to the load 300. Specifically, based on the power to be supplied to the load 300, the time (on time) during which each switching element of the main conversion circuit 201 should be in the on state is calculated. For example, the main conversion circuit 201 can be controlled by PWM control that modulates the on-time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) is given to the drive circuit included in the main conversion circuit 201 so that an on signal is output to the switching element that should be in the on state at each time, and an off signal is output to the switching element that should be in the off state. Output.
  • the drive circuit outputs an on signal or an off signal as a drive signal to the control electrode of each switching element according to this control signal.
  • the power module 202 according to Embodiments 1 to 3 is applied as the switching element and the free wheel diode of the main conversion circuit 201, so it is possible to improve productivity.
  • the power module 202 according to Embodiments 1 to 3 is applied to a two-level three-phase inverter.
  • the present invention is not limited to this and can be applied to various power conversion devices.
  • a two-level power converter is used, but a three-level or multi-level power converter may also be used, and in the case of supplying power to a single-phase load, a single-phase inverter is used.
  • the power modules 202 according to Nos. 1 to 3 may be applied.
  • the power module 202 according to Embodiments 1 to 3 can be applied to a DC/DC converter or an AC/DC converter.
  • the power conversion device to which the power module 202 according to Embodiments 1 to 3 is applied is not limited to the case where the above-mentioned load is an electric motor, but is, for example, an electrical discharge machine, a laser processing machine, or an induction heating cooking It can also be used as a power supply device for a device or a non-contact power supply system, and furthermore, it can be used as a power conditioner for a solar power generation system, a power storage system, etc.
  • a semiconductor element a frame with the semiconductor element mounted on one side; a module base with the frame arranged on one side; a main terminal that is part of the frame; a mold part that seals the semiconductor element, the frame, and the module base so that the main terminal is exposed; a heat sink having a base part integrated with the other surface of the module base exposed from the mold part, and a plurality of heat radiation fins protruding from the base part on a side opposite to the module base; an external terminal connected to a first main surface of the main terminal or a second main surface opposite to the first main surface; a displacement control structural member fixed on the base portion of the heat sink and disposed between the main terminal or the external terminal and the base portion; The second main surface of the main terminal faces the heat sink, The first main surface of the main terminal faces a side opposite to the heat sink.
  • the main terminal has a first parallel part exposed from the mold part in a first direction parallel to the base part of the heat sink, and extends in a second direction perpendicular to the first parallel part. and a second parallel part extending in the first direction from the first vertical part,
  • appendix 6 The power module according to appendix 5, further comprising an elastic material disposed between the displacement control structural member and the base portion.
  • a fitting portion is provided on the other surface of the module base, A fitted portion capable of fitting with the fitting portion is provided on the module base side surface of the base portion of the heat sink, The power module according to appendix 3, wherein the module base and the heat sink are integrated by fitting the fitting part and the fitted part.
  • a fitting portion is provided on the other surface of the module base, A fitted portion capable of fitting with the fitting portion is provided on the module base side surface of the base portion of the heat sink,
  • the power module according to appendix 4 wherein the module base and the heat sink are integrated by fitting the fitting part and the fitted part.
  • Appendix 9 A method for manufacturing the power module according to appendix 1, comprising: (a) connecting the external terminal to the first main surface or the second main surface of the main terminal by screw fastening, joining, or crimping; (b) fixing the displacement control structural member to the base portion of the heat sink while in contact with the main terminal or the external terminal; A method for manufacturing a power module.
  • Appendix 10 A main conversion circuit that has the power module described in Appendix 1 and converts and outputs input power; a control circuit that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit to the main conversion circuit; A power converter equipped with

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

パワーモジュールは、半導体チップと、一方面に半導体チップが搭載されたリードフレームと、一方面にリードフレームが配置されたモジュールベースと、リードフレームの一部である主端子と、主端子が露出するように、半導体チップ、リードフレーム、およびモジュールベースを封止するモールド部と、モールド部から露出したモジュールベースの他方面と一体化されたベース部とベース部におけるモジュールベースとは反対側に突出する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、主端子の第１主面または第１主面とは反対側の第２主面に接続されたバスバーと、ヒートシンクのベース部上に固定され、主端子またはバスバーとベース部との間に配置された端子台とを備え、主端子の第２主面は、ヒートシンクに対向し、主端子の第１主面は、ヒートシンクとは反対側を向いている。

Description

パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置
　本開示は、パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置に関するものである。
　例えば、特許文献１には、パワーモジュール部、フィンベースおよび放熱フィンを有するヒートシンク一体型パワーモジュールが開示されている。パワーモジュール部は、モジュールベースと、モジュールベースに搭載された電力半導体素子と、電力半導体素子を封止するモールド樹脂とを備えている。フィンベースは、放熱フィンが装着される放熱拡散部と、放熱拡散部に形成され、モジュールベースが接合されるベース部とを備えている。モジュールベースには、第１凹凸部が設けられ、ベース部には、第１凹凸部と嵌合する第２凹凸部が設けられている。
特許第６７５９０４号公報
　パワーモジュールに流す電流が大きくなると主端子に流れる電流も大きくなるため、主端子の温度上昇が大きくなる。主端子の温度上昇を抑制するために、主端子にバスバー（外部端子）を接続することが広く一般的に使用されている。
　しかし、特許文献１に記載の技術では、主端子にバスバーを接続するための構造を備えていないため、主端子の温度上昇が大きくなるという懸念があった。
　そこで、本開示は、ヒートシンク一体型のパワーモジュールにおいて、主端子に外部端子を接続することで、主端子の温度上昇を抑制可能な技術を提供することを目的とする。
　本開示に係るパワーモジュールは、半導体素子と、一方面に前記半導体素子が搭載されたフレームと、一方面に前記フレームが配置されたモジュールベースと、前記フレームの一部である主端子と、前記主端子が露出するように、前記半導体素子、前記フレーム、および前記モジュールベースを封止するモールド部と、前記モールド部から露出した前記モジュールベースの他方面と一体化されたベース部と、前記ベース部における前記モジュールベースとは反対側に突出する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、前記主端子の第１主面または前記第１主面とは反対側の第２主面に接続された外部端子と、前記ヒートシンクの前記ベース部上に固定され、前記主端子または前記外部端子と前記ベース部との間に配置された変位制御用構造部材とを備え、前記主端子の前記第２主面は、前記ヒートシンクに対向し、前記主端子の前記第１主面は、前記ヒートシンクとは反対側を向いている。
　本開示によれば、主端子の第１主面および第２主面において端子形成加工が不要となるため、第１主面および第２主面の面積を大きくすることができる。これにより、ヒートシンク一体型のパワーモジュールにおいて、主端子に外部端子を接続することができるため、主端子の温度上昇を抑制することが可能となる。
　この開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態１に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態１に係るパワーモジュールの上面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールの上面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーの接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールの上面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールの上面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す上面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とナット付きバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備えるナット付き主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備えるネジ締結用補助部材を配置した主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とネジ締結用補助部材の位置関係を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子と弾性機能付きネジ締結用補助部材の位置関係を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーのはんだによる接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーの溶接による接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーの圧着による接続を示す断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態１の変形例に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールの断面図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールの上面図である。 実施の形態２に係るパワーモジュールが備える端子台とヒートシンクのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える端子台とヒートシンクのはんだによる接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える端子台とヒートシンクの溶接による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える端子台とヒートシンクの圧着による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーのはんだによる接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーの溶接による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーの圧着による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備えるナット付き主端子またはナット付きバスバーを用いた、主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える位置決め用構造を有する端子台の配置を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える位置決め用構造を有する端子台の配置を示す断面図、側面図、および上面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子と端子台間のクリアランスを示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える主端子と端子台間にクリアランスが存在する場合の主端子とバスバーのネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態２の変形例に係るパワーモジュールが備える弾性機能付き端子台を用いた場合の主端子と端子台間のクリアランスを示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーと端子台のネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーと端子台のはんだによる接続を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーと端子台の溶接による接続を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える主端子とバスバーと端子台の圧着による接続を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備えるナット抜け防止金属部材を有する端子台を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールの製品使用時の状態を示す断面図である。 製品使用時の一般的なパワーモジュールを示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える主端子と端子台間のクリアランスを示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える主端子と端子台間にクリアランスが存在する場合の主端子とバスバーと端子台のネジ締結による接続を示す断面図である。 実施の形態３に係るパワーモジュールが備える弾性機能付き端子台を用いた場合の主端子と端子台間のクリアランスを示す断面図である。 実施の形態４に係る電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
　＜実施の形態１＞
　実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係るパワーモジュール２０２の断面図である。図２は、実施の形態１に係るパワーモジュール２０２の上面図である。
　図１と図２に示すように、パワーモジュール２０２は、ヒートシンク一体型のパワーモジュールであり、パワーモジュール部９と、ヒートシンク１３とを備えている。パワーモジュール部９は、複数の半導体チップ１（半導体素子）と、リードフレーム３（フレーム）と、絶縁シート４と、モジュールベース５と、モールド部８と、複数のバスバー１０（外部端子）とを備えている。
　複数の半導体チップ１は、リードフレーム３の上面（一方面）に搭載されている。リードフレーム３は、モジュールベース５の上面（一方面）に貼り付けられた絶縁シート４を介して配置されている。モールド部８は、モールド樹脂からなり、リードフレーム３の一部である主端子７とモジュールベース５の下面（他方面）が露出するように、半導体チップ１、リードフレーム３、絶縁シート４、およびモジュールベース５を封止している。
　ヒートシンク１３は、モジュールベース５の下面（他方面）と一体化されたベース部１１と、ベース部１１の下方（モジュールベース５とは反対側）に突出する複数の放熱フィン１２とを有している。モジュールベース５の下面（他方面）には、凹状の嵌合部５ａが複数設けられている。また、ベース部１１における外周部を除く部分の上面（モジュールベース５側の面）には、嵌合部５ａと嵌合可能な凸状の被嵌合部１１ａが複数設けられている。モジュールベース５とヒートシンク１３は、嵌合部５ａと被嵌合部１１ａが嵌合することで一体化されている。嵌合部５ａと被嵌合部１１ａは、それぞれモジュールベース５とベース部１１の奥行方向に連続的に設けられていても良いし、断続的に設けられていても良い。
　なお、モールド成型後、端子を形成するための成型を行うことで、リードフレーム３の一部である制御端子６および主端子７が形成される。ただし、端子形成のための成型は必須ではなく省略可能である。
　次に、主端子７および制御端子６について説明する。主端子７および制御端子６は、リードフレーム３の一部であり、モールド部８の内部で半導体チップ１とアルミワイヤなどの配線部材（図示せず）により接続されている。ただし、配線部材は、必ずしもアルミワイヤである必要はなく、例えば銅ワイヤなどの金属ワイヤ、または、はんだ等の接合部材を使用した金属板により電気的に接続しても良い。主端子７および制御端子６は、モールド成型によりモールド部８から露出した状態で一体化される。
　複数（４つ）の主端子７は、ヒートシンク１３のベース部１１と平行方向である左右方向（第１方向）に延在し、モールド部８から露出している。具体的には、２つの主端子７は、モールド部８の左端から左方向に延在するように直線状に形成され、残りの２つの主端子７は、モールド部８の右端から右方向に延在するように直線状に形成されている。主端子７の第１主面（上面）とは反対側の第２主面（下面）は、ヒートシンク１３に対向し、主端子７の第１主面（上面）はヒートシンク１３とは反対側（上方）を向いている。
　ここで、パワーモジュールに流す電流が大きい場合、電流密度の観点から、主端子７および制御端子６を含むリードフレーム３の厚みを大きくすることが多い。このため、厚みの大きいリードフレーム３を端子形成加工により曲げようとすると、プレストン数が大きくなり、設備の大型化および生産性の低下が懸念される。
　実施の形態１では、上記のように、主端子７の第１主面（上面）とは反対側の第２主面（下面）は、ヒートシンク１３に対向し、主端子７の第１主面（上面）はヒートシンク１３とは反対側（上方）を向いている。つまり、端子断面積の大きい主端子７がモールド部８に対して水平方向に延在するように形成されることで、主端子７の第１主面および第２主面において端子形成加工が不要となるため、第１主面および第２主面の面積を大きくすることができる。また、端子断面積の小さい制御端子６のみ必要に応じて端子形成加工するため、設備の大型化が不要となり生産性が向上する。
　また、主端子７にバスバー１０が接続されることで、放熱性の観点から主端子７の長さを長くする必要がなくなり短くすることができる。主端子７の長さが短くなった分、主端子７を含めたリードフレーム３の面積を小さくすることができる。これにより、１つのリードフレームから多数個分の形状を取り出すこと（多数個取り）が可能となり、生産性を向上させることが可能である。あるいは、主端子７の長さが短くなった分、主端子７を含めたリードフレーム３の面積はそのままに、パワーモジュール２０２内部のリードフレーム３の面積を大きくすることができる。これにより、半導体チップ１の配置および電気配線の設計自由度が向上し、放熱性を向上させることが可能となる。
　＜実施の形態１の変形例＞
　次に実施の形態１の変形例について説明する。図３（ａ），（ｂ）は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２の上面図である。
　図３（ａ）に示すように、主端子７は上面視にてＬ字形状であっても良いし、図３（ｂ）に示すように、主端子７は上面視にてコの字形状であっても良い。ただし、主端子７の形状はこの限りでなく自由に設計可能である。そのような形状にすることで、主端子７とバスバー１０の接続時に主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することが可能である。さらに、製品使用時に振動が生じたときに主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することも可能となるため、製品の耐振動性が向上する。
　図４は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０の接続を示す断面図である。また、図４に示すように、主端子７は断面視にてクランク形状であっても良い。具体的には、主端子７は、ヒートシンク１３のベース部１１と平行方向である第１方向にモールド部８から露出している第１平行部７ａと、第１平行部７ａから鉛直方向である第２方向に延在している第１鉛直部７ｂと、第１鉛直部７ｂから第１方向に延在している第２平行部７ｃとを有している。バスバー１０は、主端子７の第２平行部７ｃの第１主面に接続されている。
　図４に示すように、端子形成加工時に主端子７に曲げ加工を施すことで、曲げ加工が施された箇所が弾性機能を有するため、主端子７とバスバー１０の接続時に主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することが可能である。同様に、製品使用時に振動が発生したときに主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することも可能となるため、製品の耐振動性が向上する。なお、図４に示す主端子７の形状では、曲げ加工が必要になるものの、第２平行部７ｃは水平方向に延在しているため、例えば２つの主端子７に対して１つの面積の大きなバスバー１０を安定した状態で接続することが可能となる。
　ここで、実施の形態１に係るパワーモジュール２０２は、図２に示すように、上面視にてモールド部８の２辺に主端子７、その他の２辺に制御端子６が配置される構造である。ただし、主端子７および制御端子６の配置はこの限りではない。図５と図６は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２の上面図である。図５に示すように、１辺に主端子７、他の２辺に制御端子６が配置されていても良いし、図６に示すように、１辺の中で主端子７と制御端子６が混在して配置されていても良く、自由に設計可能である。このように、パワーモジュール２０２の複数辺に主端子７および制御端子６を配置することで、パワーモジュール２０２内部における、電気配線（例えば、アルミワイヤ）の設計の自由度が大きくなるというメリットがある。
　図７は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す断面図である。図８は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す上面図である。
　図７に示すように、主端子７とバスバー１０を、ネジ１４とナット１５を用いたネジ締結により接続する方法が最も簡便で生産性良く接続することが可能である。ネジ締結について説明する。図８に示すように、主端子７に切り穴７ｄを設け、バスバー１０における切り穴７ｄに対応する箇所に切り穴１０ａを設けておく。切り穴１０ａと切り穴７ｄにネジ１４の軸部を挿通した状態で、ネジ１４の軸部にナット１５を締結することでネジ締結が行われる。
　なお、バスバー１０を主端子７の上側に配置し、バスバー１０の上側にネジ１４、主端子７の下側にナット１５を配置しネジ締結により接続しても良いし、バスバー１０を主端子７の下側に配置し、主端子７の上側にネジ１４、バスバー１０の下側にナット１５を配置しネジ締結により接続しても良い。なお、生産性は低下するが、それぞれの配置において、ネジ１４とナット１５を入れ替えてネジ締結することも可能である。
　図９は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とナット付きバスバー１６のネジ締結による接続を示す断面図である。さらに、生産性良くバスバー１０を接続するために、図９に示すように、バスバー１０にナット１５がインサートされたナット付きバスバー１６を使用し、主端子７とナット付きバスバー１６をネジ締結により接続することも可能である。
　図１０は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備えるナット付き主端子１７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す断面図である。図１１は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備えるネジ締結用補助部材１８を配置した主端子７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す断面図である。
　同様に、図１０に示すように、主端子７にナット１５がインサートされたナット付き主端子１７を使用し、バスバー１０とネジ締結により接続することも可能である。この場合、主端子７にナット１５がインサートされたリードフレーム３を使用し、モールド成型する。または、モールド成型後、端子形成加工後に主端子７にナット１５をインサートする。どちらの方法でもナット付き主端子１７とバスバー１０のネジ締結による接続が可能である。
　なお、主端子７を水平方向に延在するように形成した場合、主端子７とバスバー１０をネジ締結する際、図１１に示すように、ネジ締結用補助部材１８を挿入することで生産性良く主端子７とバスバー１０をネジ締結により接続することが可能である。
　また、ネジ締結用補助部材１８を配置し、主端子７とバスバー１０をネジ締結により接続することで、ネジ締結時に主端子７に加わる変位を制御することができ、ネジ締結時にモールド部８と主端子７間の界面に加わる応力を低減することができるため、不良発生率を低減できるというメリットもある。
　図１２は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とネジ締結用補助部材１８の位置関係を示す断面図である。図１３は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７と弾性機能付きネジ締結用補助部材２０の位置関係を示す断面図である。
　ここで、各部材の公差、およびモールド部８に反りなどが発生するため、図１２に示すように、主端子７とナット１５が配置されたネジ締結用補助部材１８の高さ方向の位置関係は必ずしもクリアランスゼロにはならない。つまり、図１２に示すように、主端子７とネジ締結用補助部材１８間にはクリアランス（変位）が存在する状態、または主端子７とネジ締結用補助部材１８が干渉する状態、これらのどちらかの状態となる。主端子７にバスバー１０を接続する際にかかる変位、つまり主端子７とネジ締結用補助部材１８とのクリアランスが大きい場合、ネジ締結時にモールド部８と主端子７間の界面に大きな応力がかかり当該界面に剥離および割れが発生する懸念がある。このため、主端子７とネジ締結用補助部材１８とのクリアランスを小さくすることが望ましい。
　図１３に示すように、ネジ締結用補助部材１８とベース部１１との間に弾性材１９を配置した、弾性機能付きネジ締結用補助部材２０を使用すると、さらに生産性良く接続することが可能であり、かつ、パワーモジュール２０２に大きな電流を流すことが可能となる。
　図１４は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０のはんだ２による接続を示す断面図である。図１５は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０の溶接による接続を示す断面図である。図１６は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０の圧着による接続を示す断面図である。
　ここで、主端子７とバスバー１０の接続は、ネジ締結による接続だけでなく、図１４に示すようなはんだ２などの接合材による接続、図１５に示すような溶接による接続、図１６に示すような圧着による接続、などいずれの接続方法を用いても接続可能である。いずれの接続方法でも、十分な接続強度を得ることができ、接触電気抵抗および接触熱抵抗を安定して小さくでき、かつバスバー１０と主端子７間の接触面積を大きくできるため、製品使用時の主端子７の温度上昇を抑制することができる。ここで、図１５の符号２２ａは溶接部を示している。
　なお、ネジ締結と圧着などのように、いくつかの接続方法を組み合わせた接続方法も可能である。接続方法を組み合わせることで、どれか１種類のみ用いた場合よりも、接続強度がさらに向上し、接触電気抵抗および接触熱抵抗がさらに安定して小さくでき、かつバスバー１０と主端子７間の接触面積をさらに大きくできるため、製品使用時の主端子７の温度上昇をさらに抑制することができる。
　＜その他の変形例＞
　図１７～図１９は、実施の形態１の変形例に係るパワーモジュール２０２の断面図である。図１では、ヒートシンク１３として、ベース部１１と複数の放熱フィン１２をかしめ加工により一体化した、かしめヒートシンクを採用した例を示している。ベース部１１は、機械加工、ダイキャスト加工、鍛造加工、または押出加工などで加工され、材質はアルミニウム、またはアルミニウム合金で形成される。放熱フィン１２は、材質をアルミニウム、またはアルミニウム合金などの板材とすることで、加工性と放熱性を両立させることが可能であった。
　ただし、ベース部１１と放熱フィン１２共にアルミニウム材料に限定されるものではなく、各々が異なる材料の組み合わせであっても良い、例えば、放熱能力の観点では、放熱フィン１２をアルミニウム系材料よりも熱伝導率が大きい銅系の板材にすることで、アルミニウム系材料の場合よりも更に放熱能力が向上する。
　また、ヒートシンク１３は、かしめヒートシンクに限定されるわけでなく、図１７に示すような押出加工で作製した押出ヒートシンク、切削加工で作製した切削ヒートシンク、または鍛造で作製した鍛造ヒートシンクであっても良いし、図１８に示すようなダイキャスト加工で作製したダイキャストヒートシンクであっても良い。
　さらに、図１９に示すように、はんだ２および接着剤などの接合材によりモジュールベース５とヒートシンク１３を一体化した構成であっても良い。なお、かしめ加工と接合材を使用するなど、複数の方法を組み合わせてモジュールベース５とヒートシンク１３を一体化することも可能である。
　また、モジュールベース５は、機械加工、ダイキャスト加工、鍛造加工、または押出加工などで加工され、材質はアルミニウム、またはアルミニウム合金で形成される。ただし、モジュールベース５の材質はアルミニウム材料に限定されるものではなく、アルミニウム系材料よりも熱伝導率が大きい銅系の板材にすることで、アルミニウム系材料の場合よりも更に放熱能力が向上する。
　半導体チップ１は、シリコン製であっても良いし、シリコンカーバイドおよび窒化ガリウムなどのワイドバンドギャップ半導体であっても良い。
　リードフレーム３およびバスバー１０の材質は銅系材料、またはアルミニウム系材料が電気抵抗率および加工性の観点から望ましいが、金属材料であればその限りではない。
　＜効果＞
　以上のように、実施の形態１では、パワーモジュール２０２は、半導体チップ１と、一方面に半導体チップ１が搭載されたリードフレーム３と、一方面にリードフレーム３が配置されたモジュールベース５と、リードフレーム３の一部である主端子７と、主端子７が露出するように、半導体チップ１、リードフレーム３、およびモジュールベース５を封止するモールド部８と、モールド部８から露出したモジュールベース５の他方面と一体化されたヒートシンク１３と、主端子７の第１主面または第１主面とは反対側の第２主面に接続されたバスバー１０と備え、主端子７の第２主面は、ヒートシンク１３に対向し、主端子７の第１主面は、ヒートシンク１３とは反対側を向いている。
　また、パワーモジュール２０２の製造方法は、主端子７の第１主面または第２主面にバスバー１０を、ネジ締結、接合、または圧着により接続する工程（ａ）を備えている。
　したがって、主端子７の第１主面および第２主面において端子形成加工が不要となるため、第１主面および第２主面の面積を大きくすることができる。これにより、ヒートシンク一体型のパワーモジュール２０２において、主端子７にバスバー１０を接続することができるため、主端子７の温度上昇を抑制することが可能となる。その結果、パワーモジュール２０２に大きな電流を流すことが可能となる。
　また、バスバー１０は、主端子７の第１主面または第２主面にネジ１４とナット１５により接続されているため、簡便な方法で生産性良く、主端子７にバスバー１０を接続することができる。
　また、ヒートシンク１３は、モジュールベース５の他方面と一体化されたベース部１１と、ベース部１１におけるモジュールベース５とは反対側に突出する複数の放熱フィン１２とを有し、主端子７は、ヒートシンク１３のベース部１１と平行方向である第１方向に延在し、モールド部８から露出している。
　したがって、主端子７の第１主面および第２主面において端子形成加工が不要となるため、第１主面および第２主面の面積を大きくすることができる。また、端子断面積の小さい制御端子６のみ必要に応じて端子形成加工するため、設備の大型化が不要となり、パワーモジュールの生産性が向上する。
　また、主端子７は、ヒートシンク１３のベース部１１と平行方向である第１方向にモールド部８から露出している第１平行部７ａと、第１平行部７ａから鉛直方向である第２方向に延在している第１鉛直部７ｂと、第１鉛直部７ｂから第１方向に延在している第２平行部７ｃとを有し、バスバー１０は、主端子７の第２平行部７ｃに接続されている。
　したがって、主端子７とバスバー１０の接続時に主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することが可能である。同様に、製品使用時に振動が発生したときに主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することも可能となるため、製品の耐振動性が向上する。
　また、モジュールベース５の他方面には嵌合部５ａが設けられ、ヒートシンク１３のベース部１１におけるモジュールベース５側の面には、嵌合部５ａと嵌合可能な被嵌合部１１ａが設けられ、モジュールベース５とヒートシンク１３は、嵌合部５ａと被嵌合部１１ａが嵌合することで一体化されている。
　したがって、常温工程での一体化が可能であり、設備が大型化および複雑化しないため、生産性が向上する。
　＜実施の形態２＞
　次に、実施の形態２に係るパワーモジュール２０２について説明する。図２０は、実施の形態２に係るパワーモジュール２０２の断面図である。図２１は、実施の形態２に係るパワーモジュール２０２の上面図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
　図２０と図２１に示すように、実施の形態２では、パワーモジュール２０２は、実施の形態１の場合に対して端子台２５（変位制御用構造部材）をさらに備えている。端子台２５は、ヒートシンク１３のベース部１１の外周部上に固定され、主端子７とベース部１１との間に配置されている。
　ここで、図２０では、主端子７の上側にバスバー１０を配置し、主端子７の下側に端子台２５を配置しているが、この限りではなく、主端子７の下側にバスバー１０を配置し、さらにバスバー１０の下側に端子台２５を配置しても良い。端子台２５の材質は加工性および絶縁性の観点から樹脂で構成される。ただし、必ずしも樹脂で構成される必要はなく、金属材料で構成されていても良い。
　次に、端子台２５とベース部１１、および主端子７とバスバー１０の接続について説明する。図２２は、実施の形態２に係るパワーモジュール２０２が備える端子台２５とヒートシンク１３のネジ締結による接続を示す断面図である。図２３は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える端子台２５とヒートシンク１３のはんだ２による接続を示す断面図である。図２４は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える端子台２５とヒートシンク１３の溶接による接続を示す断面図である。図２５は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える端子台２５とヒートシンク１３の圧着による接続を示す断面図である。図２６は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す断面図である。図２７は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０のはんだ２による接続を示す断面図である。図２８は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０の溶接による接続を示す断面図である。図２９は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０の圧着による接続を示す断面図である。
　端子台２５とヒートシンク１３のベース部１１の固定は、図２２に示すようなネジ締結による接続、図２３に示すようなはんだ２などの接合材による接続、図２４に示すような溶接による接続、または図２５に示すような圧着による接続、などいずれの接続方法を用いても良い。また、主端子７とバスバー１０との接続は、図２６に示すようなネジ締結による接続、図２７に示すようなはんだ２などの接合材による接続、図２８に示すような溶接による接続、または図２９に示すような圧着による接続、などいずれの接続方法を用いても良い。なお、図２４と図２８の符号２２ａは溶接部、図２５の符号２２ｂは圧着部を示している。
　パワーモジュール２０２が端子台２５をさらに備えたことで、主端子７にかかる変位を制御することができ、モールド部８と主端子７間の界面に加わる応力を低減することが可能となるため、主端子７にバスバー１０を接続する工程における不良発生率を低減できる。また、製品使用時に、主端子７またはバスバー１０と端子台２５間のクリアランスを制御することができる。これにより、振動時の変位を小さくできるため、モールド部８と主端子７間の界面に加わる応力が低減でき、製品の耐振動性が向上する。
　ネジ締結構造に関しては、図２６に示すように、ヒートシンク１３のベース部１１に固定された端子台２５にナット１５を配置し、主端子７とバスバー１０を接続する、または、ナット１５が配置された端子台２５をベース部１１に固定し、主端子７とバスバー１０を接続することで、簡便な方法で生産性良く、実現可能である。
　図３０（ａ），（ｂ）は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備えるナット付き主端子１７またはナット付きバスバー１６を用いた、主端子７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す断面図である。図３０（ａ）に示すように、端子台２５にナット１５用の空間２５ａを設けておき、ナット付き主端子１７を使用し、ナット付き主端子１７の上側にバスバー１０を配置し、ネジ締結により接続する。または、図３０（ｂ）に示すように、端子台２５にナット１５用の空間２５ａを設けておき、ナット付きバスバー１６を使用し、ナット付きバスバー１６の上側に主端子７を配置し、ネジ締結により接続しても良い。
　はんだ接合構造に関しては、図２７に示すような構造で簡便な方法で生産性良く、実現可能である。溶接構造に関しては、図２８に示すような溶接またはろう付けを行うという簡便な方法で生産性良く、実現可能である。
　圧着接続構造に関しては、図２９（ａ），（ｂ）に示すように、バスバー１０に圧着用の空間１０ｂを設けておき、バスバー１０から、空間１０ｂの形状に対応するように形成された主端子７へ圧力をかけることでバスバー１０と主端子７を接続する。このような簡便な方法で生産性良く、実現可能である。なお、図２９（ａ）では空間１０ｂは断面視にて三角形状であり、図２９（ｂ）では空間１０ｂは断面視にて台形状である。図２９ではバスバー１０から主端子７へ圧力をかけているが、この限りではなく、主端子７に空間を設け、主端子７からバスバー１０へ圧力をかけて圧着しても良い。
　図３１は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える位置決め用構造を有する端子台２５の配置を示す断面図である。
　図３１に示すように、ヒートシンク１３のベース部１１に位置決め用の溝２６ａを設けると共に、溝１１ｂに嵌合可能な凸状の位置決め部２６を端子台２５に設けることで、端子台取付け工程を簡便化でき、生産性が向上する。
　図３２（ａ），（ｂ）は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える位置決め用構造を有する端子台２５の配置を示す断面図であり、図３２（ｃ）は側面図である。また、図３２（ｄ），（ｅ）は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える位置決め用構造を有する端子台２５の配置を示す上面図である。
　端子台２５の位置決め部２６は図３１に示す構造に限らず、例えば、図３２（ａ）～（ｅ）に示すような構造で、端子台２５の少なくとも１方向以上の位置を決めることができる構造であれば、どのような構造であっても良い。具体的には、図３２（ａ）に示すように、端子台２５に位置決め用の溝２６ａを設けると共に、断面視にてＴ字状の位置決め部２６をベース部１１に設けても良い。または、図３２（ｂ）に示すように、端子台２５の下端部全体を位置決め部２６とし、ベース部１１に位置決め部２６が嵌合可能な溝２６ａを設けても良い。または、図３２（ｃ）に示すように、ベース部１１に凸状の位置決め部２６を２つ設けると共に、端子台２５に溝２６ａを２つ設けても良い。または、図３２（ｄ）に示すように、ベース部１１に設けられた位置決め部２６は上面視にて十字状が２つ繋がった形状であっても良い。または、図３２（ｅ）に示すように、ベース部１１に設けられた２つの位置決め部２６は共に円柱状であっても良い。
　次に、主端子７と端子台２５間のクリアランスについて説明する。図３３は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７と端子台２５間のクリアランスを示す断面図である。図３４は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７と端子台２５間にクリアランスが存在する場合の主端子７とバスバー１０のネジ締結による接続を示す断面図である。図３５は、実施の形態２の変形例に係るパワーモジュール２０２が備える弾性機能付き端子台２７を用いた場合の主端子７と端子台２５間のクリアランスを示す断面図である。
　各部材の公差、およびモールド部８に反りなどが発生するため、図３３に示すように、主端子７と端子台２５の高さ方向の位置関係は必ずしもクリアランスゼロにはならない。つまり、図３３に示すように、主端子７と端子台２５間にはクリアランス（変位）が存在する状態、または主端子７と端子台２５が干渉する状態、これらのどちらかの状態となる。主端子７とバスバー１０を接続する際にかかる変位、つまり主端子７と端子台２５とのクリアランスが大きい場合、図３４に示すようにネジ締結時にモールド部８と主端子７間の界面に大きな応力がかかり当該界面に剥離および割れが発生する懸念があることから、主端子７と端子台２５とのクリアランスを小さくすることが望ましい。
　このため、図３５に示すように、端子台２５とベース部１１との間に弾性材１９を配置した、弾性機能付き端子台２７を用いることで、さらに生産性良く、パワーモジュール２０２に大きな電流を流すことが可能となる。
　なお、実施の形態２では、ナット１５付き端子台２５を使用し、ネジ締結により主端子７とバスバー１０を接続したが、この限りではなく、主端子７とバスバー１０をはんだ付け、溶接、または圧着により接続した場合も弾性機能付き端子台２７を用いることで同様の効果を得ることができる。また、主端子７は、水平方向に延在する場合について説明したが、図４のような形状であっても良く、この場合、端子台２５は第２平行部７ｃとベース部１１との間、または第２平行部７ｃの下側に配置されたバスバー１０とベース部１１との間に配置される。
　以上のように、実施の形態２では、パワーモジュール２０２は、ヒートシンク１３のベース部１１上に固定され、主端子７またはバスバー１０とベース部１１との間に配置された端子台２５をさらに備えている。
　また、パワーモジュール２０２の製造方法は、主端子７の第１主面または第２主面にバスバー１０を、ネジ締結、接合、または圧着により接続する工程（ａ）と、端子台２５を主端子７またはバスバー１０に接触させた状態で、ヒートシンク１３のベース部１１に固定する工程（ｂ）とを備えている。
　したがって、主端子７にかかる変位を生産性良く制御でき、主端子７とバスバー１０の接続時に主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することが可能である。同様に、製品使用時に、主端子７またはバスバー１０と端子台２５の間のクリアランスを制御することができ、振動時に主端子７とモールド部８の界面にかかる応力を低減することが可能となるため、製品の耐振動性が向上する。
　また、端子台２５は、主端子７またはバスバー１０と接触しているため、振動時にパワーモジュールと端子台２５が一体となって振動するため、製品の耐振動性がさらに向上する。
　また、パワーモジュール２０２は、端子台２５とベース部１１との間に配置された弾性材１９をさらに備えているため、主端子７またはバスバー１０と端子台２５の間に高さ方向のクリアランスが存在する場合においても、弾性材１９により、主端子７またはバスバー１０と端子台２５を接触させることが可能となる。
　＜実施の形態３＞
　次に、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２について説明する。実施の形態３に係るパワーモジュール２０２の断面図と上面図については、実施の形態２の場合と同様であるため、図２０と図２１を用いて説明する。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
　実施の形態３では、図２０と図２１に示すように、バスバー１０に加えて、ヒートシンク１３に固定された端子台２５が主端子７と接続されている。ここで、図２０では、主端子７の上側にバスバー１０を配置し、主端子７の下側に端子台２５を接続しているが、この限りではなく、主端子７の下側にバスバー１０を配置し、さらにバスバー１０の下側に端子台２５を配置しても良い。
　端子台２５とヒートシンク１３のベース部１１の固定は、図２２に示すようなネジ締結による接続、図２３に示すようなはんだ２などの接合材による接続、図２４に示すような溶接による接続、または図２５に示すような圧着による接続、などいずれの接続方法を用いても良い。
　図３６は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０と端子台２５のネジ締結による接続を示す断面図である。図３７は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０と端子台２５のはんだ２による接続を示す断面図である。図３８は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０と端子台２５の溶接による接続を示す断面図である。図３９（ａ），（ｂ）は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７とバスバー１０と端子台２５の圧着による接続を示す断面図である。
　また、主端子７とバスバー１０と端子台２５の接続は、図３６に示すようなネジ締結による接続、図３７に示すようなはんだ２などの接合材による接続、図３８に示すような溶接による接続、図３９（ａ），（ｂ）に示すような圧着による接続、などいずれの接続方法を用いても良い。これにより、生産性良く主端子７にかかる変位を制御でき、モールド部８と主端子７間の界面に加わる応力を低減することが可能となるため、主端子７とバスバー１０を接続する工程の不良発生率を低減できる。
　ネジ締結構造に関して、端子台２５へのナット１５の固定は、端子台２５の成型時にナット１５をインサートする、端子台２５の成型後にナット１５を圧入する、または接合材を使用してナット１５を接合する、などいずれの方法を用いても良い。
　図４０は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備えるナット抜け防止用の金属部材２８を有する端子台２５を示す断面図である。図４０に示すように、さらに生産性の良いパワーモジュール２０２を実現するために、端子台２５にナット１５を配置する空間２５ａを設け、その空間２５ａにナット１５を配置し、ナット１５の上にナット抜け防止用の断面視にてコ字状の金属部材２８を配置し、金属部材２８によりナット１５の上側への移動を規制した状態で、金属部材２８を端子台２５にインサートしても良い。
　圧着接続構造に関しては、図３９（ａ）に示すように、端子台２５に圧着用の空間２５ｂを設けておき、バスバー１０から主端子７および端子台２５へ圧力をかけることで主端子７とバスバー１０を端子台２５に接続する、または、図３９（ｂ）に示すように、バスバー１０に圧着用の空間１０ｂを設けておき、バスバー１０から、空間１０ｂの形状に対応するように形成された、主端子７および端子台２５へ圧力をかけることで主端子７とバスバー１０を端子台２５に接続することで、簡便な方法で生産性良く、実現可能である。主端子７とバスバー１０が、パワーモジュール部９と一体化されているヒートシンク１３に固定された端子台２５と接続されているため、製品使用時に発生する振動により主端子７にかかる応力が低減できるため、製品の耐振動性が向上する。
　ここで、製品使用時に耐振動性が向上する理由を説明する。図４１は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２の製品使用時の状態を示す断面図である。図４２は、製品使用時の一般的なパワーモジュール３０２を示す断面図である。
　図４１に示すように、製品の使用時には、ヒートシンク１３は製品のユニット枠２９にネジ締結などにより固定されている。図４２に示すような、一般的なパワーモジュール３０２では、パワーモジュール３０２内部に端子台３０が配置され、パワーモジュール部９とヒートシンク１３間、すなわち、絶縁部材４の下側に配置された金属部材３２とベース部１１間は熱伝導グリスなどの放熱部材３４を介在させて、ネジ１４によりパワーモジュール部９とヒートシンク１３を固定している。このため、製品の振動時にユニット枠２９とヒートシンク１３は固定された状態で振動するが、ヒートシンク１３と放熱部材３４を介して接続されたパワーモジュール部９の上部に位置する部品（主端子７およびバスバー１０）とは別々に振動する。その結果、主端子７とバスバー１０間に振動に起因する過度な応力が加わってしまい、端子折れなどの不具合が発生することが考えられる。
　一方、図４１に示すような、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２では、ヒートシンク１３に固定された端子台２５と主端子７、および主端子７に接続されたバスバー１０の構成となるため、ユニット枠２９に固定されたパワーモジュール２０２と各接続部が一体となって振動する。このため、製品の振動時にモールド部８と主端子７間の界面に加わる応力を低減することが可能となり、製品の耐振動性が向上する。
　図４３は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７と端子台２５間のクリアランスを示す断面図である。図４４は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える主端子７と端子台２５間にクリアランスが存在する場合の主端子７とバスバー１０と端子台２５のネジ締結による接続を示す断面図である。図４５は、実施の形態３に係るパワーモジュール２０２が備える弾性機能付き端子台２７を用いた場合の主端子７と端子台２５間のクリアランスを示す断面図である。
　ここで、主端子７、バスバー１０、端子台２５を接続する際、各部材の公差、およびモールド部８に反りなどが発生するため、図４３に示すように、主端子７とナット１５が配置された端子台の高さ方向の位置関係は必ずしもクリアランスゼロにはならない。
　つまり、図４３に示すように、主端子７とナット１５が配置されている端子台２５間にはクリアランス（変位）が存在する状態、またはナット１５が配置された端子台２５と主端子７が干渉する状態、これらのどちらかの状態となる。主端子７とバスバー１０と接続する際にかかる変位、つまり主端子７とナット１５が配置されている端子台２５とのクリアランスが大きい場合、図４４に示すようにネジ締結時にモールド部８と主端子７間の界面に大きな応力がかかり当該界面に剥離および割れが発生する懸念があることから、主端子７とナット１５が配置されている端子台２５とのクリアランスを小さくすることが望ましい。
　このため、図４５に示すように、ナット１５が配置される端子台２５とベース部１１の間に弾性材１９を配置した、弾性機能付き端子台２７を用いることで、さらに生産性良く、かつ、パワーモジュール２０２に大きな電流を流すことが可能となる。
　なお、実施の形態３では、ナット１５付き端子台２５を使用し、ネジ締結により主端子７とバスバー１０を接続したが、この限りではなく、主端子７とバスバー１０をはんだ付け、溶接、または圧接で接続した場合も弾性機能付き端子台２７を用いることで同様の効果を得ることができる。また、主端子７は、水平方向に延在する場合について説明したが、図４のような形状であっても良く、この場合、端子台２５は第２平行部７ｃとベース部１１との間、または第２平行部７ｃの下側に配置されたバスバー１０とベース部１１との間に配置される。
　以上のように、実施の形態３では、バスバー１０に加えて、ヒートシンク１３に固定された端子台２５が主端子７と接続されているため、製品使用時に発生する振動により主端子７にかかる応力が低減でき、製品の耐振動性が向上する。
　＜実施の形態４＞
　本実施の形態は、上述した実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２を電力変換装置に適用したものである。実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２の適用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、実施の形態４として、三相のインバータに実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２を適用した場合について説明する。
　図４６は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
　図４６に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００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１００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２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図４６に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。
　負荷３００は、電力変換装置２００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３００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、もしくは、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２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子（図示せず）と還流ダイオード（図示せず）を備えており、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１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１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２０１の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態１～３のいずれかに係るパワーモジュール２０２を適用する。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２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
　また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）を備えているが、駆動回路はパワーモジュール２０２に内蔵されていてもよいし、パワーモジュール２０２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２０１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２０１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２０３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２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１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制御によって主変換回路２０１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２０１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。
　本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２を適用するため、生産性の向上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実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２を適用する例を説明したが、実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２の適用は、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実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２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コンバータに実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２を適用することも可能である。
　また、実施の形態１～３に係るパワーモジュール２０２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。
　この開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。
　なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
　　（付記１）
　半導体素子と、
　一方面に前記半導体素子が搭載されたフレームと、
　一方面に前記フレームが配置されたモジュールベースと、
　前記フレームの一部である主端子と、
　前記主端子が露出するように、前記半導体素子、前記フレーム、および前記モジュールベースを封止するモールド部と、
　前記モールド部から露出した前記モジュールベースの他方面と一体化されたベース部と、前記ベース部における前記モジュールベースとは反対側に突出する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、
　前記主端子の第１主面または前記第１主面とは反対側の第２主面に接続された外部端子と、
　前記ヒートシンクの前記ベース部上に固定され、前記主端子または前記外部端子と前記ベース部との間に配置された変位制御用構造部材とを、備え、
　前記主端子の前記第２主面は、前記ヒートシンクに対向し、
　前記主端子の前記第１主面は、前記ヒートシンクとは反対側を向いている、パワーモジュール。
　　（付記２）
　前記外部端子は、前記主端子の前記第１主面または前記第２主面にネジとナットにより接続されている、付記１に記載のパワーモジュール。
　　（付記３）
　前記主端子は、前記ヒートシンクの前記ベース部と平行方向である第１方向に延在し、前記モールド部から露出している、付記１に記載のパワーモジュール。
　　（付記４）
　前記主端子は、前記ヒートシンクの前記ベース部と平行方向である第１方向に前記モールド部から露出している第１平行部と、前記第１平行部から鉛直方向である第２方向に延在している第１鉛直部と、前記第１鉛直部から前記第１方向に延在している第２平行部とを有し、
　前記外部端子は、前記主端子の前記第２平行部に接続されている、付記１に記載のパワーモジュール。
　　（付記５）
　前記変位制御用構造部材は、前記主端子または前記外部端子と接触している、付記１に記載のパワーモジュール。
　　（付記６）
　前記変位制御用構造部材と前記ベース部との間に配置された弾性材をさらに備えた、付記５に記載のパワーモジュール。
　　（付記７）
　前記モジュールベースの前記他方面には嵌合部が設けられ、
　前記ヒートシンクの前記ベース部における前記モジュールベース側の面には、前記嵌合部と嵌合可能な被嵌合部が設けられ、
　前記モジュールベースと前記ヒートシンクは、前記嵌合部と前記被嵌合部が嵌合することで一体化されている、付記３に記載のパワーモジュール。
　　（付記８）
　前記モジュールベースの前記他方面には嵌合部が設けられ、
　前記ヒートシンクの前記ベース部における前記モジュールベース側の面には、前記嵌合部と嵌合可能な被嵌合部が設けられ、
　前記モジュールベースと前記ヒートシンクは、前記嵌合部と前記被嵌合部が嵌合することで一体化されている、付記４に記載のパワーモジュール。
　　（付記９）
　付記１に記載のパワーモジュールを製造する方法であって、
　（ａ）前記主端子の前記第１主面または前記第２主面に前記外部端子を、ネジ締結、接合、または圧着により接続する工程と、
　（ｂ）前記変位制御用構造部材を前記主端子または前記外部端子に接触させた状態で、前記ヒートシンクの前記ベース部に固定する工程と、
　を備えた、パワーモジュールの製造方法。
　　（付記１０）
　付記１に記載のパワーモジュールを有し、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、
　を備えた電力変換装置。
　１　半導体チップ、３　リードフレーム、５　モジュールベース、５ａ　嵌合部、７　主端子、７ａ　第１平行部、７ｂ　第１鉛直部、７ｃ　第２平行部、８　モールド部、１０　バスバー、１１　ベース部、１１ａ　被嵌合部、１２　放熱フィン、１３　ヒートシンク、１４　ネジ、１５　ナット、１６　ナット付きバスバー、１７　ナット付き主端子、１９　弾性材、２５　端子台、２７　弾性機能付き端子台、２００　電力変換装置、２０１　主変換回路、２０２　パワーモジュール、２０３　制御回路。

Claims (10)

  1. 　半導体素子と、
    　一方面に前記半導体素子が搭載されたフレームと、
    　一方面に前記フレームが配置されたモジュールベースと、
    　前記フレームの一部である主端子と、
    　前記主端子が露出するように、前記半導体素子、前記フレーム、および前記モジュールベースを封止するモールド部と、
    　前記モールド部から露出した前記モジュールベースの他方面と一体化されたベース部と、前記ベース部における前記モジュールベースとは反対側に突出する複数の放熱フィンとを有するヒートシンクと、
    　前記主端子の第１主面または前記第１主面とは反対側の第２主面に接続された外部端子と、
    　前記ヒートシンクの前記ベース部上に固定され、前記主端子または前記外部端子と前記ベース部との間に配置された変位制御用構造部材とを、備え、
    　前記主端子の前記第２主面は、前記ヒートシンクに対向し、
    　前記主端子の前記第１主面は、前記ヒートシンクとは反対側を向いている、パワーモジュール。
  2. 　前記外部端子は、前記主端子の前記第１主面または前記第２主面にネジとナットにより接続されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
  3. 　前記主端子は、前記ヒートシンクの前記ベース部と平行方向である第１方向に延在し、前記モールド部から露出している、請求項１に記載のパワーモジュール。
  4. 　前記主端子は、前記ヒートシンクの前記ベース部と平行方向である第１方向に前記モールド部から露出している第１平行部と、前記第１平行部から鉛直方向である第２方向に延在している第１鉛直部と、前記第１鉛直部から前記第１方向に延在している第２平行部とを有し、
    　前記外部端子は、前記主端子の前記第２平行部に接続されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
  5. 　前記変位制御用構造部材は、前記主端子または前記外部端子と接触している、請求項１に記載のパワーモジュール。
  6. 　前記変位制御用構造部材と前記ベース部との間に配置された弾性材をさらに備えた、請求項５に記載のパワーモジュール。
  7. 　前記モジュールベースの前記他方面には嵌合部が設けられ、
    　前記ヒートシンクの前記ベース部における前記モジュールベース側の面には、前記嵌合部と嵌合可能な被嵌合部が設けられ、
    　前記モジュールベースと前記ヒートシンクは、前記嵌合部と前記被嵌合部が嵌合することで一体化されている、請求項３に記載のパワーモジュール。
  8. 　前記モジュールベースの前記他方面には嵌合部が設けられ、
    　前記ヒートシンクの前記ベース部における前記モジュールベース側の面には、前記嵌合部と嵌合可能な被嵌合部が設けられ、
    　前記モジュールベースと前記ヒートシンクは、前記嵌合部と前記被嵌合部が嵌合することで一体化されている、請求項４に記載のパワーモジュール。
  9. 　請求項１に記載のパワーモジュールを製造する方法であって、
    　（ａ）前記主端子の前記第１主面または前記第２主面に前記外部端子を、ネジ締結、接合、または圧着により接続する工程と、
    　（ｂ）前記変位制御用構造部材を前記主端子または前記外部端子に接触させた状態で、前記ヒートシンクの前記ベース部に固定する工程と、
    　を備えた、パワーモジュールの製造方法。
  10. 　請求項１に記載のパワーモジュールを有し、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、
    　を備えた電力変換装置。
PCT/JP2023/016649 2022-05-16 2023-04-27 パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置 WO2023223804A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022079918 2022-05-16
JP2022-079918 2022-05-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023223804A1 true WO2023223804A1 (ja) 2023-11-23

Family

ID=88835017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/016649 WO2023223804A1 (ja) 2022-05-16 2023-04-27 パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023223804A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011160519A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Honda Motor Co Ltd 電力変換装置
JP2016100940A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 株式会社ケーヒン 電力変換装置
WO2018097027A1 (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011160519A (ja) * 2010-01-29 2011-08-18 Honda Motor Co Ltd 電力変換装置
JP2016100940A (ja) * 2014-11-19 2016-05-30 株式会社ケーヒン 電力変換装置
WO2018097027A1 (ja) * 2016-11-24 2018-05-31 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5206822B2 (ja) 半導体装置
JP6257478B2 (ja) 電力用半導体装置
US10546800B2 (en) Semiconductor module, method for manufacturing the same and electric power conversion device
US10515863B2 (en) Power module and power conversion apparatus including case and elastic member
JP6263311B2 (ja) 電力変換装置
US11322432B2 (en) Semiconductor module and power conversion apparatus
JP2002095268A (ja) 電力変換装置
JP3827158B2 (ja) シャント抵抗装備インバータ一体型電動コンプレッサ
JP6566927B2 (ja) 半導体装置および電力変換装置
JP4325486B2 (ja) 電力変換ユニット
JP6667737B1 (ja) 半導体モジュールおよび電力変換装置
JP6575739B1 (ja) 半導体装置、半導体装置の製造方法および電力変換装置
JP5315073B2 (ja) 電力変換装置
WO2023223804A1 (ja) パワーモジュール、パワーモジュールの製造方法、および電力変換装置
JP5948106B2 (ja) パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置
WO2019216161A1 (ja) パワー半導体モジュール及びその製造方法並びに電力変換装置
WO2018180580A1 (ja) 半導体装置および電力変換装置
JP5202366B2 (ja) 半導体装置
JP2020092223A (ja) 半導体装置および電力変換装置
JP2009094164A (ja) インバータ装置における電力用半導体素子
JP2010177573A (ja) 半導体装置
JP7080365B1 (ja) 半導体パワーモジュール
WO2023022001A1 (ja) パワーモジュールおよび電力変換装置
JP2007143218A (ja) パワーモジュール及び基板
WO2022065139A1 (ja) 半導体モジュール、その製造方法及び電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23807414

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024521649

Country of ref document: JP