CN111033736B 功率模块及其制造方法及电力变换装置 （三菱电机株式会社）

2020.02.18PCT/JP2018/0086112018.03.06WO2019/049400JA2019.03.14US5606200A,1997.02.25JP2007281233A,2007.10.25得到抑制密封树脂与粘接剂的剥离的发生(10)一起包围绝缘基板(5)，底面的内周部侧与(10)的外周侧越远离底板(10)的正面的倾斜面填充构件(12)，填充于由底板(10)和壳体构件2壳体构件，包围所述绝缘基板，该壳体构件的底面的内周通过使所述壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的平坦的正面相接所述底面在比所述倾斜面更外侧具备向所述底板侧突出所述底面在比所述倾斜面更内侧具备与所述底板相接所述突出部越接近所述底板的背面侧越远离所述底壳体构件，与所述底板一起包围所述绝缘基板，该通过使所述壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的正面相接，所述底面在所述内周部侧具备嵌入到所述底板壳体构件，与所述底板一起包围所述绝缘基板，该通过使所述壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的正面相接，3所述底面在所述内周部侧具备嵌入到所述底板壳体构件粘接工序，由壳体构件和所述底板包围所述绝向所述底板侧突出的突出部与所述底板之间的粘接构件将所述底板与所述壳体构件粘接，通过使所述壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的平坦的正面相接所述壳体构件粘接工序具备粘接构件填充工序，在该粘接构件填充工序壳体构件粘接工序，由壳体构件和所述底板包围所述绝所述壳体构件粘接工序具备粘接构件填充工序，在该粘接构件填充工序通过使所述壳体构件的底面的内周部侧与所述底板的正面相接，主变换电路，具有权利要求1至7中的任意一项所述的功率模45[0023]图12是示出本发明的实施方式1中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意[0036]图25是示出本发明的实施方式5中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意[0037]图26是示出应用了本发明的实施方式6中的电力变换装置的电力变换系统的结构[0042]实施方式1.[0043]图1是示出本发明的实施方式1中的功率模块的平面构造示意图。图2是示出本发6的范围内设置壳体构件71的底面的倾斜面71的前端部与底板10的正面不相接作为宽带隙半导体，有氮化镓(GaN)系材料或者金刚石等。在使用了宽带隙半导体的情况[0051]对于绝缘基板5的正面侧的金属层3与半导体元件1的接合，通常使用焊料作为接7[0053]底板10经由焊料等接合材料6接合于绝缘基板5的背面侧的金属层4。底板10为功[0054]用于绝缘基板5的背面侧的金属层4与底板10的接合的接合材料6例如能够使用焊的金属层4与底板10的接合与绝缘基板5的正面侧的金属层3与半导体元件1的接合的情况[0058]壳体构件7需要在功率模块100的使用温度区域内不发生热变形，而且维持绝缘性。因此，作为壳体构件7，使用PPS(PolyPhenyleneSulfide，聚苯硫醚)树脂、PBT或者底板10之后固定壳体构件7和底板10时，粘接剂9向与填充构件12相接的方向流出(流8[0064]通过在壳体构件7的底面的内周部侧设置与底板10相接的凸状部，能够使填充构[0065]相对于此，通过在壳体构件7的底面设置倾斜面71，能够增加与底板10的接触面地选择受线膨胀系数限制的粘接剂9和填充构件12[0067]与壳体构件7的底面的倾斜面71相比设置于外侧的突出部72从底板10的正面侧朝[0068]电极端子8内嵌成型(insertmolded)或者外嵌成型(outsertmolded)于壳体构[0069]键合线11电连接金属层3间或者半导体元件1和电极端子8。键合线11例如为导线[0072]图4至图11是示出本发明的实施方式1中的功率模块的各制造工序的剖面构造示意图。图4至图11是示出本发明的实施方式1中的功率模块的制造工序的剖面构造示意图。9件7的设置有倾斜面71的底面的内周部侧与底板10的正面相接，利用粘接剂9将壳体构件7的区域的电极(未图示)与电极端子8的预定的区域(未条件只要与填充构件12的材料等相匹配地适当选[0081]图12是示出本发明的实施方式1中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意后，以使壳体构件7的底面的倾斜面71的内周侧的顶点部与底板10的正面相接的方式将底剂9填充于由壳体构件7的倾斜面71、突出部72以及底板10包围的区域(粘接构件填充工[0089]实施方式2.[0090]在本实施方式2中，不同点在于在设置于实施方式1中使用的管壳构件7的底面的面的倾斜面71相比在内侧形成了平坦部73，所以能够得到从粘接剂9至填充构件12为止的[0092]图13是示出本发明的实施方式2中的功率模块的平面构造示意图。图14是示出本率模块的壳体构件的剖面构造示意图。图13中的单点划线BB处的剖面构造示意图为图14。[0093]在图13中，壳体构件7的内周与虚线之间为与底板10接触的壳体构件7的平坦部9被分离，填充构件12与粘接剂9能够不相接地分离，能够抑制填充构件12与粘接剂9的剥[0102]实施方式3.[0103]在本实施方式3中，不同点在于将设置于实施方式1中使用的壳体构件7的底面的突出部72的内周侧(与底板10的侧面对置的面侧)设为越接近底板10的背面侧越远离底板背面侧越远离底板10的侧面的形状，所以能够高效地进行壳体构件7与底板10粘接时填充[0105]图16是示出本发明的实施方式3中的功率模块的剖面构造示意图。图17是示出本[0111]进而，将壳体构件7的突出部72设为越接近底板10的背面侧越远离底板10的侧面[0113]实施方式4.[0114]在本实施方式4中，不同点在于在设置于实施方式1中使用的壳体构件7的底面的[0116]图18是示出本发明的实施方式4中的功率模块的平面构造示意图。图19是示出本率模块的壳体构件的剖面构造示意图。图18中的单点划线CC处的剖面构造示意图为图19。率模块410为如下例子：并非如图18那样将壳体构件7的嵌入部75设置于壳体构件7的底面[0127]实施方式5.[0128]在本实施方式5中，不同点在于在实施方式1中使用的壳体构件7的底面设置有从[0130]图22是示出本发明的实施方式5中的功率模块的平面构造示意图。图23是示出本率模块的壳体构件的剖面构造示意图。图22中的单点划线DD处的剖面构造示意图为图23。[0135]图25是示出本发明的实施方式5中的功率模块的其它制造工序的剖面构造示意至外周部侧为止设置倾斜面71，以使壳体构件7的底面的内周部侧与底板10的正面相接的在保持消除填充构件12与粘接剂9的接触的状态下使粘接剂9向壳体构件7的外周侧流动，[0143]实施方式6.[0144]本实施方式6是将上述实施方式1至5的功率模块应用于电力变换装置的实施方[0145]图26是示出应用了本发明的实施方式6中的电力变换装置的电力变换系统的结构件维持为接通状态的情况下，驱动信号为开关元件的阈值电压以上的电压信号(接通信[0152]在如上那样构成的本实施方式6的电力变换装置中，应用实施方式1至5的功率模[0161]使用焊料6将底板10接合于接合了Si半导体元件1的绝缘基板5的背面。在底板10有50vol％的二氧化硅填料的线膨胀系数为20ppm/K的环氧树脂(液状密封树脂)作为填充将具备突出部720的壳体构件700与底板10粘接。在壳体构件700与底板10的粘接部位处粘[0165]表1示出试制出的功率模块的规格(壳体构件形状)和故障模式以及寿命试验检查的第一条件中，将把评价用样本在－40℃下保况下，通过基于超声波影像装置FineSAT(日立工程与服务公司制)的非损坏的剥离观察和[0172]表1示出试制出的功率模块的规格(壳体构件形状)、故障模式以及寿命试验检查验(寿命试验)中，将3台全部合格的项目记载为“○”,将1台或者两台合格的项目记载为[0175]在与粘接剂9相当的部位使用了硅酮粘接剂，在与填充构件12相当的部位使用了境下使用的情况下，由于在硅酮粘接剂与环氧树脂之间由于线膨胀系数差所引起的热应构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备在剖视时与填充构件12相接的壳体构件7第二条件(－40℃~150℃)的试验评价中，在3台样本中在500个循环后也不发生导通构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾剂9)与环氧树脂(填充构件12)不接触第二条件(－40℃~150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾壳体构件7的突出部72在内周侧具备越接近底板10的背面侧越远离底板10的侧面的第二倾第二条件(－40℃~150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾第二条件(－40℃~150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不构件7的底面的与底板10的正面重叠的部位具备倾斜面71(前端变细的锥形形状)，在该倾方式5中，从壳体构件7的底面的壳体构件的内周部侧至外周部侧为止(整个面)为倾斜面第二条件(－40℃~150℃)的试验评价中，在3台样本中，在500个循环后也不发生导通不[0192]特别是在使用了SiC作为半导体元件1的情况下，为了发挥电力半导体元件的特