特許 5968611 パワーモジュールおよびその製造方法、並びに樹脂フレーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5968611

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】パワーモジュールおよびその製造方法、並びに樹脂フレーム

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/34 20060101AFI20160728BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/34 A

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2011-254876(P2011-254876)

(22)【出願日】2011年11月22日

(65)【公開番号】特開2013-110296(P2013-110296A)

(43)【公開日】2013年6月6日

【審査請求日】2014年7月17日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(74)【代理人】

【識別番号】100117787

【弁理士】

【氏名又は名称】勝沼 宏仁

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100103263

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 康

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(72)【発明者】

【氏名】神山 悦宏

【審査官】 石坂 博明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１８３２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５６４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４２８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１８２６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０３３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６２５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１２１８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５２４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２９８０５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２３４３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０８６２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０６８０３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／５４

２３／００−２３／０４

２３／０６−２３／１０

２３／１６−２３／３１

２３／３４−２３／３６

２３／３７３−２３／４２７

２３／４４

２３／４６７−２３／４７３

２５／００−２５／０７

２５／１０−２５／１１

２５／１６−２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の面が放熱面となる金属板、前記金属板の他方の面を被覆する絶縁層、および前記絶縁層の上に形成された配線パターンを有する、金属ベース基板と、
前記金属ベース基板の実装面に実装された、発熱電子部品と、
第１の面と、前記第１の面の反対面となる第２の面と、前記第１の面から前記第２の面へと貫通する開口とを有する樹脂フレームであって、前記開口に沿って前記第１の面から凹設され、かつ、前記金属ベース基板の実装面と対向する底面および前記底面と前記第１の面を接続する側面を有する基板収納部と、前記基板収納部の側面から前記開口の縁部に向かい且つ該縁部を越えないように凸設され、前記金属ベース基板の辺端と当接することにより前記金属ベース基板の辺端と前記基板収納部の側面との間の空間を確保する複数のリブと、を有する、樹脂フレームと、
前記基板収納部に塗布され前記金属ベース基板と前記樹脂フレームとを接着させるとともに、前記複数のリブにより確保された、前記金属ベース基板の辺端と前記基板収納部の側面との間の空間を満たす、接着剤と、
を備え、
前記基板収納部の底面には、前記開口の縁部から前記縁部と前記リブとの間の距離よりも小さい距離を隔てて前記開口を囲うように溝部が設けられ、前記溝部は前記接着剤で充填されており、
前記溝部と前記側面との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第１の高さは、前記溝部と前記開口との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第２の高さよりも低いことを特徴とするパワーモジュール。

【請求項2】

前記基板収納部の底面に対する前記リブの高さは前記側面よりも低く、前記接着剤は前記リブを埋設していることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。

【請求項3】

前記樹脂フレームに接着された前記金属ベース基板の実装面および前記実装面に実装された発熱電子部品を封止するように、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂が前記樹脂フレームと前記金属ベース基板により構成される凹部内に充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュール。

【請求項4】

平板状の基部と、前記基部の一方の面に前記基部と一体的に形成された複数の放熱フィンとを有するヒートシンクをさらに備え、
前記金属ベース基板を収納した前記樹脂フレームは、前記基部の他方の面が前記金属板の放熱面と密着するように前記ヒートシンクの基部に固定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパワーモジュール。

【請求項5】

前記リブは前記金属ベース基板の角部に２個ずつ設けられ、一方のリブは前記角部を挟む２辺のうち一方の辺と当接し、他方のリブは前記２辺のうち他方の辺と当接することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のパワーモジュール。

【請求項6】

金属ベース基板を収納する樹脂フレームであって、
第１の面と、前記第１の面の反対面となる第２の面と、前記第１の面から前記第２の面へと貫通する開口とを有し、
前記開口に沿って前記第１の面から凹設され、かつ、金属ベース基板が収納された状態において前記金属ベース基板の実装面と対向する底面と、前記底面と前記第１の面を接続する側面とを有する、基板収納部と、
前記基板収納部の側面から前記開口の縁部に向かい、かつ該縁部を越えないように凸設された複数のリブであって、前記樹脂フレームに金属ベース基板が収納された状態において前記金属ベース基板の辺端と当接することにより、前記金属ベース基板の辺端と前記基板収納部の側面との間の空間を確保する、複数のリブと、
を備え、
前記基板収納部の底面には、前記開口の縁部から前記縁部と前記リブとの間の距離よりも小さい距離を隔てて前記開口を囲うように溝部が設けられており、
前記溝部と前記側面との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第１の高さは、前記溝部と前記開口との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第２の高さよりも低いことを特徴とする樹脂フレーム。

【請求項7】

前記基板収納部の底面に対する前記リブの高さは、前記側面よりも低いことを特徴とする請求項６に記載の樹脂フレーム。

【請求項8】

一方の面が放熱面となる金属板、前記金属板の他方の面を被覆する絶縁層、および前記絶縁層の上に形成された配線パターンを有する金属ベース基板と、
前記金属ベース基板の実装面に実装された発熱電子部品と、
第１の面と、前記第１の面の反対面となる第２の面と、前記第１の面から前記第２の面へと貫通する開口とを有する樹脂フレームであって、前記開口に沿って前記第１の面から凹設され、かつ前記金属ベース基板の実装面と対向する底面および前記底面と前記第１の面を接続する側面を有する基板収納部と、前記基板収納部の側面から前記開口の縁部に向かい且つ該縁部を越えないように凸設された複数のリブと、を有する樹脂フレームと、
を備えるパワーモジュールの製造方法であって、
前記樹脂フレームの基板収納部の底面に接着剤を塗布する、塗布工程と、
前記金属ベース基板の実装面が前記基板収納部の底面と対向し且つ前記金属ベース基板の辺端が前記複数のリブと当接するように、前記金属ベース基板に圧力を加えて前記金属ベース基板を前記樹脂フレームの基板収納部に収納するとともに、前記圧力により前記基板収納部に塗布された接着剤を流動させて、前記複数のリブにより確保された、前記金属ベース基板の辺端と前記基板収納部の側面との間の空間に前記接着剤を充填する、収納工程と、
前記接着剤を硬化させ、前記金属ベース基板と前記樹脂フレームとを接着させる、接着工程と、
を備え、
前記樹脂フレームとして、前記基板収納部の底面に、前記開口の縁部から前記縁部と前記リブとの間の距離よりも小さい距離を隔てて前記開口を囲うように溝部が設けられ、かつ、前記溝部と前記側面との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第１の高さが、前記溝部と前記開口との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第２の高さよりも低く形成されたものを用い、
前記塗布工程において、前記接着剤を、所定量が前記溝部からはみ出るように前記溝部に沿って充填することを特徴とするパワーモジュールの製造方法。

【請求項9】

前記樹脂フレームとして、前記底面に対する前記リブの高さが前記側面よりも低いものを用い、
前記収納工程において、前記底面と前記金属ベース基板の実装面との間からあふれ出た接着剤で前記リブを埋設することを特徴とする請求項８に記載のパワーモジュールの製造方法。

【請求項10】

前記接着工程の後に、前記樹脂フレームに接着された前記金属ベース基板の実装面と、前記実装面に実装された前記発熱電子部品とを封止するように、前記樹脂フレームと前記金属ベース基板により構成される凹部内に封止樹脂を充填する封止工程をさらに備えていることを特徴とする請求項８または９に記載のパワーモジュールの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パワーモジュール、特に、パワーＭＯＳＦＥＴなどの発熱電子部品が実装された金属ベース基板を備えるパワーモジュール、およびその製造方法、並びに該パワーモジュールに用いる樹脂フレームに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、パワーモジュール（インバータ等）の一種は、以下のようにして作製されている。まず、金属ベース基板の実装面にパワーＭＯＳＦＥＴ等の発熱電子部品を実装する。この金属ベース基板は、一方の面が放熱面となる金属板と、この金属板の他方の面を被覆する絶縁層と、この絶縁層の上に形成された配線パターンとを有する基板である。次いで、発熱電子部品が実装された金属ベース基板を、接着剤を用いて樹脂フレームに固定する。次いで、放熱面からの熱を効率良く外部に放熱させるために、金属ベース基板の放熱面にヒートシンクを取り付ける。

【0003】

なお、特許文献１には、基板２０と基板２０を支持する金属板１００とを接着させる接着剤が外にはみ出さないようにするために、金属板１００に支持部１０２，１０３、接着部１０４および溝部１０５を設けた金属基板構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−１２３４５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来、上記のようにしてパワーモジュールを作製する際、金属ベース基板を樹脂フレームに固定する接着剤が、金属ベース基板の放熱面にはみ出してしまうことがある。この場合、金属ベース基板とヒートシンクとの間の熱抵抗が増加し、放熱性を阻害するという問題がある。放熱面にはみ出した接着剤を拭き取れば放熱性を維持できるが、接着剤の拭き取り工程が追加されるため、パワーモジュールの製造工数および製造コストが増加する。

【0006】

また、使用する接着剤の量を減らすことで接着剤のはみ出し量を低減させることができるものの、金属ベース基板と樹脂フレームとの接着強度が低下するという問題がある。さらに、接着剤によるシール性が低下するため、外部（放熱面側）の湿気が金属ベース基板の実装面側まで浸入し、不具合の原因となるおそれがある。

【0007】

なお、特許文献１に記載された金属基板構造の場合、基板の片面がすべて接着剤で覆われることになるため、上記のパワーモジュールに適用することはできない。

【0008】

そこで、本発明は、金属ベース基板と樹脂フレームとを接着させる接着剤が金属ベース基板の放熱面にはみ出すことを防止しつつ、シール性および接着強度を向上させることが可能なパワーモジュールおよびその製造方法、並びに該パワーモジュールに用いる樹脂フレームを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様に係るパワーモジュールは、
一方の面が放熱面となる金属板、前記金属板の他方の面を被覆する絶縁層、および前記絶縁層の上に形成された配線パターンを有する、金属ベース基板と、
前記金属ベース基板の実装面に実装された、発熱電子部品と、
第１の面と、前記第１の面の反対面となる第２の面と、前記第１の面から前記第２の面へと貫通する開口とを有する樹脂フレームであって、前記開口に沿って前記第１の面から凹設され、かつ、前記金属ベース基板の実装面と対向する底面および前記底面と前記第１の面を接続する側面を有する基板収納部と、前記基板収納部の側面から前記開口の縁部に向かい且つ該縁部を越えないように凸設され、かつ前記金属ベース基板の辺端と当接する複数のリブと、を有する、樹脂フレームと、
前記基板収納部に塗布され前記金属ベース基板と前記樹脂フレームとを接着させるとともに、前記金属ベース基板の辺端と前記基板収納部の側面との間の空間を満たす、接着剤と、を備えることを特徴とする。

【0010】

また、前記パワーモジュールにおいて、
前記基板収納部の底面には、前記開口の縁部から前記縁部と前記リブとの間の距離よりも小さい距離を隔てて前記開口を囲うように溝部が設けられており、前記溝部は前記接着剤で充填されていてもよい。

【0011】

また、前記パワーモジュールにおいて、
前記溝部と前記側面との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第１の高さは、前記溝部と前記開口との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第２の高さよりも低くしてもよい。

【0012】

また、前記パワーモジュールにおいて、
前記基板収納部の底面に対する前記リブの高さは前記側面よりも低く、前記接着剤は前記リブを埋設していてもよい。

【0013】

また、前記パワーモジュールにおいて、
前記樹脂フレームに接着された前記金属ベース基板の実装面および前記実装面に実装された発熱電子部品を封止するように、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂が前記樹脂フレームと前記金属ベース基板により構成される凹部内に充填されていてもよい。

【0014】

また、前記パワーモジュールにおいて、
平板状の基部と、前記基部の一方の面に前記基部と一体的に形成された複数の放熱フィンとを有するヒートシンクをさらに備え、
前記金属ベース基板を収納した前記樹脂フレームは、前記基部の他方の面が前記金属板の放熱面と密着するように前記ヒートシンクの基部に固定されていてもよい。

【0015】

また、前記パワーモジュールにおいて、
前記リブは前記金属ベース基板の角部に２個ずつ設けられ、一方のリブは前記角部を挟む２辺のうち一方の辺と当接し、他方のリブは前記２辺のうち他方の辺と当接していてもよい。

【0016】

本発明の一態様に係る樹脂フレームは、
金属ベース基板を収納する樹脂フレームであって、
第１の面と、前記第１の面の反対面となる第２の面と、前記第１の面から前記第２の面へと貫通する開口とを有し、
前記開口に沿って前記第１の面から凹設され、かつ、金属ベース基板が収納された状態において前記金属ベース基板の実装面と対向する底面と、前記底面と前記第１の面を接続する側面とを有する、基板収納部と、
前記基板収納部の側面から前記開口の縁部に向かい、かつ該縁部を越えないように凸設された、複数のリブと、
を備えることを特徴とする。

【0017】

また、前記樹脂フレームにおいて、
前記基板収納部の底面には、前記開口の縁部から前記縁部と前記リブとの間の距離よりも小さい距離を隔てて前記開口を囲うように溝部が設けられていてもよい。

【0018】

また、前記樹脂フレームにおいて、
前記溝部と前記側面との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第１の高さは、前記溝部と前記開口との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第２の高さよりも低くてもよい。

【0019】

また、前記樹脂フレームにおいて、
前記基板収納部の底面に対する前記リブの高さは、前記側面よりも低くてもよい。

【0020】

本発明の一態様に係るパワーモジュールの製造方法は、
一方の面が放熱面となる金属板、前記金属板の他方の面を被覆する絶縁層、および前記絶縁層の上に形成された配線パターンを有する金属ベース基板と、
前記金属ベース基板の実装面に実装された発熱電子部品と、
第１の面と、前記第１の面の反対面となる第２の面と、前記第１の面から前記第２の面へと貫通する開口とを有する樹脂フレームであって、前記開口に沿って前記第１の面から凹設され、かつ前記金属ベース基板の実装面と対向する底面および前記底面と前記第１の面を接続する側面を有する基板収納部と、前記基板収納部の側面から前記開口の縁部に向かい且つ該縁部を越えないように凸設された複数のリブと、を有する樹脂フレームと、
を備えるパワーモジュールの製造方法であって、
前記樹脂フレームの基板収納部の底面に接着剤を塗布する、塗布工程と、
前記金属ベース基板の実装面が前記基板収納部の底面と対向し且つ前記金属ベース基板の辺端が前記複数のリブと当接するように、前記金属ベース基板に圧力を加えて前記金属ベース基板を前記樹脂フレームの基板収納部に収納するとともに、前記圧力により前記基板収納部に塗布された接着剤を流動させて前記金属ベース基板の辺端と前記基板収納部の側面との間の空間に充填する、収納工程と、
前記接着剤を硬化させ、前記金属ベース基板と前記樹脂フレームとを接着させる、接着工程と、
を備えることを特徴とする。

【0021】

また、前記パワーモジュールの製造方法において、
前記樹脂フレームとして、前記基板収納部の底面に、前記開口の縁部から前記縁部と前記リブとの間の距離よりも小さい距離を隔てて前記開口を囲うように溝部が設けられたものを用い、
前記塗布工程において、前記接着剤を、所定量が前記溝部からはみ出るように前記溝部に沿って塗布してもよい。

【0022】

また、前記パワーモジュールの製造方法において、
前記樹脂フレームとして、前記溝部と前記側面との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第１の高さが、前記溝部と前記開口との間における前記底面の、前記第２の面から前記第１の面方向における第２の高さよりも低く形成されたものを用いてもよい。

【0023】

また、前記パワーモジュールの製造方法において、
前記樹脂フレームとして、前記底面に対する前記リブの高さが前記側面よりも低いものを用い、
前記収納工程において、前記底面と前記金属ベース基板の実装面との間からあふれ出た接着剤で前記リブを埋設してもよい。

【0024】

また、前記パワーモジュールの製造方法において、
前記接着工程の後に、前記樹脂フレームに接着された前記金属ベース基板の実装面と、前記実装面に実装された前記発熱電子部品とを封止するように、前記樹脂フレームと前記金属ベース基板により構成される凹部内に封止樹脂を充填する封止工程をさらに備えてもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一態様に係るパワーモジュールにおいては、基板収納部の側面から開口の縁部に向かい、金属ベース基板の辺端と当接する複数のリブが設けられる。これらのリブが金属ベース基板の辺端と基板収納部の側面との間にクリアランスを確保することにより、基板収納部の底面に塗布された接着剤は、該底面と金属ベース基板間の空間からはみ出し、リブによって確保された空間（金属ベース基板の辺端と基板収納部の側面との間の空間）に溜まる。このため、接着剤が金属ベース基板の放熱面にはみ出すことを防止できる。

【0026】

また、金属ベース基板の辺端と基板収納部の側面との間の空間を満たす接着剤により、金属ベース基板と樹脂フレームとの接着強度が向上するとともに、金属ベース基板の実装面側と放熱面側との間のシール性が向上する。

【0027】

よって、本発明によれば、金属ベース基板と樹脂フレームとを接着させる接着剤が金属ベース基板の放熱面にはみ出すことを防止しつつ、シール性および接着強度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】（ａ）は、一実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュールの平面図であり、（ｂ）は、該ヒートシンク付きパワーモジュールの側面図である。

【図2】一実施形態に係るパワーモジュールの実装面側から見た斜視図である。

【図3】一実施形態に係るパワーモジュールの放熱面側から見た斜視図である

【図4】本発明の一実施形態に係るパワーモジュールに用いられる樹脂フレームの斜視図である。

【図5】（ａ）は、金属ベース基板と樹脂フレームとの接着部分の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）における領域Ａの拡大図である。

【図6】一実施形態に係るパワーモジュールの製造方法を説明するための斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、同一符号の構成要素の詳しい説明は繰り返さない。

【0030】

図１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係るヒートシンク付きパワーモジュール１の平面図および側面図である。このヒートシンク付きパワーモジュール１は、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）に適用することが可能である。

【0031】

ヒートシンク付きパワーモジュール１は、パワーモジュール２と、このパワーモジュール２の発する熱を放熱するためのヒートシンク３と、を備えている。

【0032】

パワーモジュール２において、詳細は後述するが、金属ベース基板１０が略四角形の枠状の樹脂フレーム２０内に固定されている。図１（ｂ）に示すように、樹脂フレーム２０は、第１の面２１と、この第１の面２１の反対面となる第２の面２２とを有する。

【0033】

ヒートシンク３は、平板状の基部４と、基部４の一方の面に基部４と一体的に形成された複数の放熱フィン５とを有する。

【0034】

図１（ａ）および（ｂ）に示すように、金属ベース基板１０の実装面には、パワー端子（バスバー）１２および信号端子１３が設けられている。パワー端子１２および信号端子１３はそれぞれ、モータ、およびパワーモジュール制御用プリント基板（いずれも図示せず）と接続される。

【0035】

パワーモジュール２は、基部４の他方の面（放熱フィン５が形成されていない面）が金属ベース基板１０の金属板の放熱面と密着するように、ネジ６によりヒートシンク３に固定されている。より詳しくは、パワーモジュール２は、樹脂フレーム２０の第２の面２２から金属カラー３０（後述）に挿通されたネジ６が基部４に設けられたネジ穴（図示せず）に螺合することにより、ヒートシンク３の基部４に固定されている。

【0036】

次に、パワーモジュール２の構成について、図２および図３を用いて説明する。図２は、パワーモジュール２の実装面側から見た斜視図であり、図３は、パワーモジュール２の放熱面側から見た斜視図である。

【0037】

図２及び図３に示すように、パワーモジュール２は、金属ベース基板１０と、樹脂フレーム２０と、金属カラー３０と、接着剤４０と、封止樹脂５０と、を備える。

【0038】

金属ベース基板１０は、一方の面が放熱面となる金属板と、この金属板の他方の面を被覆する絶縁層と、この絶縁層の上に形成された配線パターンとを有する。金属ベース基板１０の実装面には、発熱電子部品１１、および前述のパワー端子１２と信号端子１３などが実装されている。発熱電子部品１１は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ、サイリスタ、ダイオードである。また、図３に示すように、金属ベース基板１０は、貫通孔１０ａが設けられている。この貫通孔１０ａは、金属ベース基板１０が樹脂フレーム２０に固定された状態において金属カラー３０と連通するように形成されている。

【0039】

樹脂フレーム２０の構成については後ほど詳しく説明するが、図３に示すように、樹脂フレーム２０は同じ大きさの複数のリブ２７を有し、これらのリブ２７は金属ベース基板１０の辺端と当接している。金属ベース基板１０は、リブ２７により位置決めされて、樹脂フレーム２０内に収容されている。

【0040】

また、図３に示すように、本実施形態では、金属ベース基板１０の角部に２個ずつリブ２７が設けられ、また、金属ベース基板１０の長辺の略中心に当接するリブ２７が設けられている。金属ベース基板１０の角部に設けられた２個のリブのうち、一方のリブは角部を挟む２辺のうち一方の辺と当接し、他方のリブは２辺のうち他方の辺と当接する。

【0041】

金属カラー３０は、ネジ６を挿通するために設けられており、図２に示すように、樹脂フレーム２０の第１の面２１から第２の面２２に貫通する貫通孔に嵌装されている。

【0042】

接着剤４０は、金属ベース基板１０と樹脂フレーム２０とを接着させ、図３に示すように、リブ２７により確保された空間（金属ベース基板１０の辺端と基板収納部２４の側面２６との間の空間）を満たす。これにより、金属ベース基板と樹脂フレームとの接着強度が向上するとともに、金属ベース基板の実装面側と放熱面側との間のシール性が向上する。シール性が向上することで、ヒートシンク３側から湿気等が金属ベース基板１０の実装面まで浸入することを防止できる。なお、接着剤４０は、例えば、熱硬化性のシリコーン系接着剤である。

【0043】

封止樹脂５０は、樹脂フレーム２０に接着された金属ベース基板１０の実装面、および実装面に実装された発熱電子部品１１を封止するように、樹脂フレーム２０と金属ベース基板１０により構成される凹部内に充填されている。封止樹脂５０は、例えば、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂（シリコーンゲル）である。

【0044】

次に、樹脂フレーム２０の構成について、図４および図５を用いて詳しく説明する。図４は、樹脂フレーム２０の斜視図である。図５（ａ）は、金属ベース基板１０と樹脂フレーム２０との接着部分の断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の領域Ａを拡大した拡大図である。

【0045】

樹脂フレーム２０は、第１の面２１と、第１の面２１の反対面となる第２の面２２と、第１の面２１から第２の面２２へと貫通する開口２３と、基板収納部２４と、複数のリブ２７とを有する。

【0046】

基板収納部２４は、図４に示すように、開口２３に沿って第１の面２１から凹設されている。また、基板収納部２４は、底面２５と、底面２５と第１の面２１を接続する側面２６とを有する。底面２５は、金属ベース基板１０が樹脂フレーム２０に固定された状態において、金属ベース基板１０の実装面と対向する。

【0047】

リブ２７は、基板収納部２４の側面２６から開口２３の縁部に向かい且つ該縁部を越えないように凸設されている。このようなリブ２７を設けることで、基板収納部２４の側面２６と金属ベース基板１０の辺端との間にリブの長さ分だけクリアランスが保たれ、接着強度およびシール性を満足するのに必要な接着剤４０の厚みを確保することができる。なお、本実施形態では樹脂フレーム２０に設けられた複数のリブ２７の大きさは同じであるが、これに限るものではなく、リブの大きさは異なっていても構わない。

【0048】

また、図４に示すように、基板収納部２４の底面２５には、開口２３の縁部から所定の距離を隔てて、即ち、開口２３の縁部とリブ２７との間の距離よりも小さい距離を隔てて開口２３を囲うように溝部２８が設けられている。底面２５ｂの幅は、開口２３の縁部と溝部２８間の距離に相当する。この溝部２８は、図５（ａ）に示すように、樹脂フレーム２０と金属ベース基板１０が接着剤４０で接着された状態において、接着剤４０により満たされている。このような溝部２８を設けることで、接着剤４０の厚みを溝部２８の深さ分だけ増やすことができ、シール性および接着強度をさらに向上させることができる。また、樹脂成形により樹脂フレーム２０を作製する場合、溝部２８を設けることで樹脂フレーム２０の反りを小さくすることができる。

【0049】

なお、図５（ｂ）は、図５（ａ）の領域Ａの拡大図である。ここで、底面２５ａは、底面２５のうち、溝部２８と側面２６との間における底面である。底面２５ｂは、底面２５のうち、溝部２８と開口２３との間における底面である。図５（ｂ）に示すように、第２の面２２から第１の面２１方向における底面２５ａの高さ（第１の高さ）が、第２の面２２から第１の面２１方向における底面２５ｂの高さ（第２の高さ）よりも低いことが好ましい。これにより、底面２５ａと金属ベース基板１０との間の接着剤４０の厚さが、図５（ｂ）に示す段差“ａ”の分だけ増えるため、シール性および接着強度が向上する。

【0050】

また、図５（ａ）に示すように、リブ２７は底面２５に対する高さが側面２６よりも低くなるように形成されており、接着剤４０はリブ２７を埋設していることが好ましい。これにより、リブ２７と接着剤４０との境界から湿気が浸入することが防止でき、シール性をさらに向上させることができる。

【0051】

次に、上記のヒートシンク付きパワーモジュール１の製造方法について説明する。
（１）樹脂フレーム２０の基板収納部２４の底面２５に、ディスペンサを用いて、接着剤４０を塗布する（塗布工程）。接着剤として、例えば、熱硬化性シリコーン接着剤を塗布する。
（２）次に、図６に示すように、金属ベース基板１０の実装面が基板収納部２４の底面２５と対向し且つ金属ベース基板１０の辺端がリブ２７と当接するように、金属ベース基板１０に圧力を加えて金属ベース基板１０を樹脂フレーム２０の基板収納部２４に収納する。また、このように金属ベース基板１０を基板収納部２４に収納するとともに、金属ベース基板１０への圧力により、基板収納部２４の底面２５に塗布された接着剤４０を流動させて金属ベース基板１０の辺端と基板収納部２４の側面２６との間の空間に充填する（収納工程）。
（３）次に、接着剤４０を加熱して硬化させ、金属ベース基板１０と樹脂フレーム２０とを接着させる（接着工程）。
（４）次に、樹脂フレーム２０に接着された金属ベース基板１０の実装面と、この実装面に実装された発熱電子部品１１とを封止するように、樹脂フレーム２０と金属ベース基板１０により構成される凹部内に封止樹脂５０を充填する（封止工程）。ここまでの工程を経て、図２および図３に示すパワーモジュール２が作製される。
（５）次に、ヒートシンク３の基部４の面（放熱フィン５が設けられていない方の面）が金属ベース基板１０の放熱面と密着し、かつ基部４のネジ穴（図示せず）と金属カラー３０が連通するように、パワーモジュール１にヒートシンク３を組み合わせる。そして、ネジ６を第２の面２２側から金属カラー３０および貫通孔１０ａに挿通し、パワーモジュール１とヒートシンク３をネジ固定する（取付工程）。なお、接着剤の放熱面へのはみ出しがないので、本工程の前に、接着剤を拭き取る工程を行う必要がない。

【0052】

上記の工程を経て、図１（ａ）および（ｂ）に示すヒートシンク付きパワーモジュール１が作製される。

【0053】

上記収納工程において、基板収納部２４の底面２５に塗布された接着剤４０は、金属ベース基板１０に印加された圧力により周囲に向かって流動する。そして、底面２５と金属ベース基板１０の実装面との間の空間からはみ出た接着剤は、リブ２７により確保された空間、即ち、金属ベース基板１０の辺端と基板収納部２４の側面２６との間の空間に溜まる。これにより、接着剤が金属ベース基板１０の放熱面にはみ出すことを防止できる。

【0054】

なお、前述の溝部２８が設けられた樹脂フレーム２０を用い、上記塗布工程において、接着剤を、所定量が溝部２８からはみ出るように溝部２８に沿って充填することが好ましい。上記接着剤の所定量（はみ出し量）としては、例えば、金属ベース基板１０を基板収納部２４に収納した状態において、接着剤が金属ベース基板１０の辺端と基板収納部２４の側面２６との間の空間を満たし、かつ金属ベース基板１０の放熱面にはみ出さない量が選択される。これにより、金属ベース基板１０を基板収納部２４に収納する際に、接着剤４０が基板収納部２４内に均一に広がり、接着剤のムラが生じることを防止できる。また、接着剤４０の厚みを溝部２８の深さ分だけ増やすことができ、シール性および接着強度をさらに向上させることができる。

【0055】

また、図５（ｂ）に示すように、第２の面２２から第１の面２１方向における底面２５ａの高さ（第１の高さ）が、第２の面２２から第１の面２１方向における底面２５ｂの高さ（第２の高さ）よりも低くなるように形成された樹脂フレーム２０を用いることが好ましい。このように溝部の外側の底面を一段低くした樹脂フレームを用いることにより、上記収納工程において、接着剤４０は開口２３への方向よりも側面２６への方向に流動し易くなるため、接着剤４０が金属ベース基板１０の実装面にはみ出す量を減らすことができる。よって、発熱電子部品１１等に接着剤が付着することを防止するために実装面の周縁に設けられるのりしろ部の幅を狭くし、従い、金属ベース基板１０を小さくすることができる。

【0056】

また、樹脂フレーム２０として、底面２５に対するリブ２７の高さが側面２６よりも低いものを用い、上記収納工程において、底面２６と金属ベース基板１０の実装面との間からあふれ出た接着剤でリブ２７を埋設することが好ましい。これにより、外部（ヒートシンク３側）の湿気がリブ２７と接着剤４０との境界から浸入することを防止できる。

【0057】

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ ヒートシンク付きパワーモジュール
２ パワーモジュール
３ ヒートシンク
４ 基部
５ 放熱フィン
６ ネジ
１０ 金属ベース基板
１０ａ 貫通孔
１１ 発熱電子部品
１２ パワー端子（バスバー）
１３ 信号端子
２０ 樹脂フレーム
２１ 第１の面
２２ 第２の面
２３ 開口
２４ 基板収納部
２５，２５ａ，２５ｂ 底面
２６ 側面
２７ リブ
２８ 溝部
３０ 金属カラー
４０ 接着剤
５０ 封止樹脂

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】