特許 5971333 電力変換器

(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】5971333

(24)【登録日】2016年7月22日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】電力変換器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20160804BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20160804BHJP

   H01L 25/18 20060101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/36 C

   H01L25/04 C

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-509050(P2014-509050)

(86)(22)【出願日】2013年4月1日

(86)【国際出願番号】JP2013002253

(87)【国際公開番号】WO2013150772

(87)【国際公開日】20131010

【審査請求日】2014年8月29日

(31)【優先権主張番号】特願2012-83933(P2012-83933)

(32)【優先日】2012年4月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161562

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 朗

(72)【発明者】

【氏名】岡本 健次

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 茜

【審査官】 多賀 和宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−２２８４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７８５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８１２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０４７８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１５２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０３３１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２１５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００６１７１６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１７１１８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−１０１２７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２３／１２−２３／１５

２３／２９

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

Ｈ０５Ｋ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面および下面を有する金属ブロックの上面にパワー半導体素子からなる第１の回路素子がはんだにより実装されてなるパワー半導体ユニットと、
前記金属ブロックを収めることが可能な孔が明けられたプリント配線板に第２の回路素子が実装されてなるプリント配線板ユニットと、
冷却用ヒートシンクとを備え、
前記金属ブロックが前記孔にはめ込まれるようにして前記パワー半導体ユニットと前記プリント配線板ユニットとが一体とされた電力変換回路組立体が構成されているとともに、
前記冷却用ヒートシンクの上面に直接セラミックス材料が放熱用絶縁層として形成されてなり、
前記金属ブロックの下面が前記放熱用絶縁層を介して前記冷却用ヒートシンクの上面に当接するようにして前記電力変換回路組立体が前記冷却用ヒートシンクに取付けられ、
前記パワー半導体ユニットは、前記金属ブロックの上面の一部分に直接セラミックス材料を積層して形成された中継電極用絶縁層と、前記中継電極用絶縁層の上面に金属材料を積層して形成された中継電極とを備え、
前記第１の回路素子と前記中継電極とをボンディングワイヤまたはリードフレームにより接続したことを特徴とする電力変換器。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換器において、
前記中継電極と前記プリント配線板の上面側の回路パターン部とを、さらにボンディングワイヤまたはリードフレームを介して接続したことを特徴とする電力変換器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の電力変換器において、
前記孔は、導体層からなるスルーホール部の開口部であって、
前記金属ブロックは、前記スルーホール部にはんだ付で固定されてなり、
前記冷却用ヒートシンクの上面における前記放熱用絶縁層は、前記金属ブロックの下面に当接する領域と前記スルーホール部のランド面に当接する領域とを含むように形成されていることを特徴とする電力変換器。

【請求項4】

請求項３に記載の電力変換器において、
前記プリント配線板の下面側に導体パターン部が形成されてなり、
前記冷却用ヒートシンクの上面における前記放熱用絶縁層は、前記金属ブロックの下面に当接する領域と前記スルーホール部のランド面に当接する領域と前記導体パターン部のパターン面に当接する領域とを含むように形成されていることを特徴とする電力変換器。

【請求項5】

請求項１または２に記載の電力変換器において、
前記中継電極は、金属材料として銅粒子を溶射して形成したことを特徴とする電力変換器。

【請求項6】

請求項１または２に記載の電力変換器において、
前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、熱伝導率が１〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、かつ厚さが１０〜５００μｍであることを特徴とする電力変換器。

【請求項7】

請求項１または２に記載の電力変換器において、
前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素からなるフィラー群の少なくとも１種類からなることを特徴とする電力変換器。

【請求項8】

請求項７に記載の電力変換器において、
前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、前記フィラー群の少なくとも１種によるセラミックス微粒子をプラズマ溶射法にて堆積させることにより形成したことを特徴とする電力変換器。

【請求項9】

請求項７に記載の電力変換器において、
前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、前記フィラー群の少なくとも１種によるセラミックス微粒子をエアロゾルデポジション法にて堆積させることにより形成したことを特徴とする電力変換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータ、サーボコントローラ、ＵＰＳなど、パワー半導体素子を用いた電力変換器に関する。

【背景技術】

【0002】

パワー半導体素子などからなる電力変換器は、家庭用エアコン、冷蔵庫などの民生機器から、インバータ、サーボコントローラなどの産業機器まで、広範囲に渡る分野で用いられている。

【0003】

パワー半導体素子は、消費電力の点から、金属ベース基板やセラミックス基板などの配線板に搭載される。この配線板にパワー半導体素子などの１つまたは複数の回路素子を搭載し、プラスチックケース枠を接着し、シリコーンゲルやエポキシ樹脂などで封止することによってパワー半導体モジュールを構成する。

【0004】

一方、製造コストを低減するために、トランスファー成形方式によるフルモードパワー半導体モジュールもある（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

通常、電力変換器は、上記のパワー半導体モジュールを主回路に用い、この主回路とその他の電源回路や制御用の回路から構成されている。電源回路や制御用の回路は、ＩＣ、ＬＳＩ、抵抗、コンデンサ、リアクトルなどの各種部品から構成されているが、通常、プリント配線板に実装される。

【0006】

図１０に従来の電力変換器の構造の一例を示す。パワー半導体モジュール１０は、ヒートシンク７の上に放熱性を高めるために放熱グリスを介し搭載される。そして、電子回路部品が搭載されたプリント配線板９ａ、プリント配線板９ｂを上部に配置し、ピン等で接合される。そして、ケース８で覆われて、電力変換器２００が構成されている。

【0007】

図１０において、パワー半導体モジュール１０は、絶縁基板１１、接続リード端子１８，１８Ａ、絶縁樹脂１９、パワー半導体素子４、アルミワイヤ１２、ケース本体２０および蓋２１を備えている。絶縁基板１１は、金属ベース１５の表面に絶縁層１６が形成され、絶縁層１６の表面に回路パターン１７が形成されたものである。金属ベース１５は、例えばアルミニウム板、アルミニウム合金による板、銅板、銅合金による板などである。絶縁層１６は、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどの無機フィラーを含有したエポキシ樹脂を固化して形成した絶縁層である。回路パターン１７は、例えば銅の薄膜を形成したパターンである。

【0008】

絶縁基板１１上には樹脂（エポキシ、ＰＰＳ、ＰＢＴなど）製のケース本体２０が固着されて収容空間が形成される。絶縁基板１１の回路パターン１７にはパワー半導体素子４の裏面電極や接続リード端子１８，１８Ａがはんだ付けにより接合（接続・固定）され、パワー半導体素子４の表面電極と回路パターン１７とはアルミワイヤ１２により接続される。そして、ケース本体２０で形成される収容空間内に、熱伝導性が高いシリコーンゲルやエポキシ樹脂などの絶縁樹脂１９が充填されてパワー回路を封止し、ケース本体２０の開口部をケース本体２０と同じ樹脂製の蓋２１で覆っており、蓋２１を接続リード端子１８，１８Ａが貫通している。

【0009】

プリント配線板９ａ，９ｂは、例えばガラスエポキシ（ガラスファイバで強化されたエポキシ樹脂）で構成される電気絶縁性の基板本体２３ａ，２３ｂにそれぞれ例えば銅箔からなる回路パターン２４ｂ，２４ｃが形成されたものである。プリント配線板９ａには表面実装型の電子回路部品６ｃ，６ｄ，６ｅがはんだ付けで実装されており、プリント配線板９ｂには穴挿入実装型の電子回路部品６ｆ，６ｇがはんだ付けで実装されている。プリント配線板９ａ，９ｂは支柱２５，２５Ａを介してヒートシンク７に支持固定される。

【0010】

パワー半導体モジュール１０は、パワー半導体モジュール１０の上部に配置されるプリント配線板９ａ，９ｂと接続リード端子１８，１８Ａを介して接続される。図１０では、接続リード端子１８がプリント配線板９ｂの回路パターン２４ｃと配線２６で接続されるとともに、接続リード端子１８Ａがプリント配線板９ａの回路パターン２４ｂに直接接続される構成が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開平９−１３９４６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、パワー半導体モジュールは、絶縁基板にパワー半導体素子を実装しており、ヒートシンクまでに、多数の材料が介在するため、一定の熱抵抗があり、必ずしも冷却特性が十分ではなく、パワー半導体から発生する熱を十分に逃がすことができなかった。

【0013】

ここで熱抵抗が低減できるほど、運転時のパワー半導体素子の温度は低くすることが可能であり、その結果、パワー半導体素子のチップサイズが小さくでき、コストの低減に繋げられる。

【0014】

また、パワー半導体モジュールは、ひとつの製品となっており、電力変換器の内部に配置するためには一定の容積が必要なため、小形化の妨げとなるとともに、電力変換器のコストの低減の妨げとなっていた。

【0015】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、放熱性に優れ、小形化が可能であって、低コスト化の要求に応える優れた電力変換器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明は、このような目的を達成するために、上面および下面を有する金属ブロックの上面にパワー半導体素子からなる第１の回路素子がはんだにより実装されてなるパワー半導体ユニットと、前記金属ブロックを収めることが可能な孔が明けられたプリント配線板に第２の回路素子が実装されてなるプリント配線板ユニットと、冷却用ヒートシンクとを備え、前記金属ブロックが前記孔にはめ込まれるようにして前記パワー半導体ユニットと前記プリント配線板ユニットとが一体とされた電力変換回路組立体が構成されているとともに、前記冷却用ヒートシンクの上面に直接セラミックス材料が放熱用絶縁層として形成されてなり、
前記金属ブロックの下面が前記放熱用絶縁層を介して前記冷却用ヒートシンクの上面に当接するようにして前記電力変換回路組立体が前記冷却用ヒートシンクに取付けられ、
前記パワー半導体ユニットは、前記金属ブロックの上面の一部分に直接セラミックス材料を積層して形成された中継電極用絶縁層と、前記中継電極用絶縁層の上面に金属材料を積層して形成された中継電極とを備え、前記第１の回路素子と前記中継電極とをボンディングワイヤまたはリードフレームにより接続した構成とする（請求項１の発明）。さらに、前記中継電極と前記プリント配線板の上面側の回路パターン部とを、さらにボンディングワイヤまたはリードフレームを介して接続した構成とする（請求項２の発明）。

【0017】

上記の発明によれば、熱容量が高く放熱性に優れた金属ブロックがセラミックス材料からなる放熱用絶縁層を介して冷却用ヒートシンクと直接接することから、パワー半導体素子からなる第１の回路素子の下部の熱抵抗を小さくすることができるので、放熱性を向上させることができる。したがって、よりコストが低く、パワー半導体素子として、より面積の小さいパワー半導体チップを採用することが可能となる。

【0018】

また、金属ブロックの上面にパワー半導体素子からなる第１の回路素子が実装されてなるパワー半導体ユニットと、プリント配線板に第２の回路素子が実装されてなるプリント配線板ユニットとが、金属ブロックがプリント配線板の孔にはめ込まれるようにして一体とされ、電力変換回路組立体が構成されていることにより、従来のパワー半導体モジュールのようにパワー半導体素子からなる主回路部だけを独立したケースに収納する必要がないため、上記ケースに設けた接続リード端子を介して他の電子回路部品が搭載されたプリント配線板と接続する必要がなく、電力変換器の容積を低減することが可能となる。

【0019】

さらに、専用のパワー半導体モジュールを用いる必要がないので、電力変換器のコスト低減に繋がる。また、この構成によれば、前記第１の回路素子と前記中継電極をボンディングワイヤまたはリードフレームにより接続するとともに、中継電極とプリント配線板の上面側の回路パターン部とを接続していることにより、第１の回路素子とプリント配線板の上面側の回路パターン部とは上記中継電極を介して接続されている。このため、パワー半導体素子からなる第１の回路素子が動作時に発生し、第１の回路素子からのボンディングワイヤまたはリードフレームに沿って伝達される熱は、主に中継電極およびセラミックス材料からなる中継電極用絶縁層を介して熱容量が高く放熱性に優れた金属ブロックの方に伝わり、プリント配線板の上面側の回路パターン部の方に伝わる熱量が十分に小さく抑制されるので、電力変換器における放熱性をより向上させることができる。

【0020】

そして、上記の電力変換器において、前記孔は、導体層からなるスルーホール部の開口部であって、前記金属ブロックは、前記スルーホール部にはんだ付で固定されてなり、前記冷却用ヒートシンクの上面における前記放熱用絶縁層は、前記金属ブロックの下面に当接する領域と前記スルーホール部のランド面に当接する領域とを含むように形成されている構成とすることができる（請求項３の発明）。

【0021】

そして、前記プリント配線板の下面側に導体パターン部が形成されてなり、前記冷却用ヒートシンクの上面における前記放熱用絶縁層は、前記金属ブロックの下面に当接する領域と前記スルーホール部のランド面に当接する領域と前記導体パターン部のパターン面に当接する領域とを含むように形成されている構成とすることができる（請求項４の発明）。

【0022】

この発明によれば、金属ブロックの下面およびプリント配線板の下面側におけるスルーホール部のランド面に加えて、プリント配線板の下面側における導体パターン部のパターン面も放熱用絶縁層を介して冷却用ヒートシンクの上面に当接させることができるので、冷却用ヒートシンク上における電力変換回路組立体の機械的支持構造をより安定なものとすることができる。

【0026】

また、前記中継電極は、金属材料として銅粒子を溶射して形成した構成とすることができる（請求項５の発明）。

【0028】

また、前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、熱伝導率が１〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、かつ厚さが１０〜５００μｍである構成とすることができる（請求項６の発明）。

【0029】

また、前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素からなるフィラー群の少なくとも１種類からなる構成とすることができ（請求項７の発明）、さらには、前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、前記フィラー群の少なくとも１種によるセラミックス微粒子をプラズマ溶射法にて堆積させることにより形成した構成とすること（請求項８の発明）や、前記放熱用絶縁層および／または前記中継電極用絶縁層は、前記フィラー群の少なくとも１種によるセラミックス微粒子をエアロゾルデポジション法にて堆積させることにより形成した構成とすることもできる（請求項９の発明）。

【発明の効果】

【0030】

本発明によれば、放熱性に優れ、小形化が可能であって、低コスト化の要求に応える優れた電力変換器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明の第１の実施形態にかかる電力変換器の構成を示す断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【図4】本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の構成を断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器における熱の流れを模式的に示す図である。

【図6】本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【図7】本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【図8】本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【図9】本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の異なる構成例を示す断面図である。

【図10】従来の電力変換器の構造の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。また、以下の説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分または要素には、共通する参照符号が付されている。
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態にかかる電力変換器の構成を示す断面図である。図１において、上面１ｂおよび下面１ａを有する金属ブロック１の上面１ｂに例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体素子４が実装されてなるパワー半導体ユニット５１と、金属ブロック１を収めることが可能な孔２７ｄを有するスルーホール部２７が形成されたプリント配線板５に電子回路部品６ａが実装されてなるプリント配線板ユニット５２とが、金属ブロック１が孔２７ｄにはめ込まれるようにして一体とされ、電力変換回路ユニット５３が構成されている。なお、以下では、金属ブロック１の上面１ｂおよび下面１ａをそれぞれ「表面１ｂ」および「裏面１ａ」とも称する。

【0033】

プリント配線板５は、例えばガラスエポキシ（ガラスファイバで強化されたエポキシ樹脂）で構成される電気絶縁性の基板本体２３の上面５０１および下面５０２にそれぞれ例えば銅箔からなる回路パターン２４および２４ａが形成されたものである。また、基板本体２３には貫通孔が設けられているとともに、この貫通孔の内周面と、基板本体２３の上面５０１および下面５０２における上記貫通孔の周縁部とに例えば銅箔からなる導体層が一体的に設けられ、これによりスルーホール部２７の導体部が形成されている。ここで、上記貫通孔の内周面に設けられる導体層部分を貫通導体部２７ａとし、基板本体２３の上面５０１および下面５０２における上記貫通孔の周縁部に設けられる各導体層部分をそれぞれ上面ランド導体部２７ｂおよび下面ランド導体部２７ｃとする。貫通導体部２７ａは、金属ブロック１の例えば正方形、長方形などの形状に合わせた孔２７ｄを有している。なお、以下では、基板本体２３の上面５０１および下面５０２をそれぞれ「表面５０１」及び「裏面５０２」とも称する。また、基板本体２３の上面５０１が部品実装面となっている。

【0034】

冷却用ヒートシンク７の上面７ａには直接セラミックス材料が放熱用絶縁層２として形成されている。

【0035】

電力変換回路ユニット５３は、金属ブロック１の下面１ａが放熱用絶縁層２を介して冷却用ヒートシンク７の上面７ａに当接するようにして冷却用ヒートシンク７に取付けられている。さらに、電力変換回路ユニット５３を上方側から覆うケース８が冷却用ヒートシンク７に取付けられ、電力変換器１００が構成されている。

【0036】

電力変換器１００では、金属ブロック１の上面１ｂに実装されたパワー半導体素子４により主回路が構成されるとともに、プリント配線板５に実装された電子回路部品６ａにより、その他の電源回路や制御用の回路から構成されている。そして、電子回路部品６ａとしては例えばＩＣ、ＬＳＩ、抵抗、コンデンサ、リアクトルなどの各種部品が用いられる。

【0037】

電力変換器１００では、図１に示されるように、パワー半導体素子４とプリント配線板５の回路パターン２４とで回路を形成するために、アルミワイヤ１２によりお互いを接続している。

【0038】

このように、電力変換器１００では、金属ブロック１の上面１ｂにパワー半導体素子４が実装されたパワー半導体ユニット５１と、プリント配線板５に電子回路部品６ａが実装されたプリント配線板ユニット５２とが、金属ブロック１がプリント配線板５の孔２７ｄにはめ込まれるようにして一体とされているので、従来のパワー半導体モジュールのようにパワー半導体素子からなる主回路部だけを独立したケースに収納する必要がなく、パワー半導体素子４とプリント配線板５の回路パターン２４とをアルミワイヤ１２などにより直接的に接続することができ、これにより、電力変換器としての容積を従来よりも低減することが可能となっている。

【0039】

また、電力変換器１００では、金属ブロック１を、導電性および熱伝導性のよい金属材料の銅で構成するとともに、その厚さを１．０〜５．０ｍｍ程度として、熱容量が高く放熱性に優れたものとしている。

【0040】

そして、電力変換器１００では、後述のように、冷却用ヒートシンク７の上面７ａにおける放熱用絶縁層２を例えば酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素など熱伝導性に優れたセラミックス材により形成している。なお、放熱用絶縁層２では、熱伝導率は１〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、また、厚さは１０〜５００μｍであることが好ましい。

【0041】

このように、電力変換器１００では、パワー半導体素子４が実装された、熱容量が高く放熱性に優れた金属ブロック１の下面１ａが、熱伝導性に優れたセラミックス材よりなる放熱用絶縁層２を介して、冷却用ヒートシンク７に直接接するように構成しているので、パワー半導体素子４下部の熱抵抗を十分に小さくすることができ、優れた放熱性を備えている。

【0042】

なお、図１では、２個の金属ブロック１がそれぞれプリント配線板５における２箇所のスルーホール部２７の孔２７ｄにはめ込まれるようにしてプリント配線板５と一体とされている構成例を示しているが、プリント配線板５と一体とされる金属ブロック１の個数は、１個でもよく、また、３個以上であってもよい。また、図１では、金属ブロック１にパワー半導体素子４が２個実装された構成例を示しているが、金属ブロック１に実装されるパワー半導体素子４の個数は、１個でもよく、また、３個以上であってもよい。

【0043】

また、金属ブロック１を形成する金属材料は銅に限るものではなく、例えば銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金なども適用可能である。

【0044】

また、冷却用ヒートシンク７を形成する金属材料としては、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが適用可能である。

【0045】

続いて、この電力変換器１００の製造方法について図２および図３を参照して説明する。図２および図３は、本発明の第１の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【0046】

まず、最初に、１．０〜５．０ｍｍ程度の銅板を、プレス加工により、正方形または長方形に打ち抜いて、金属ブロック１を製作する（図２（ａ））。

【0047】

次に、例えばガラスエポキシで構成される電気絶縁性の基板本体２３の上面５０１および下面５０２にそれぞれ例えば銅箔からなる回路パターン２４および２４ａを形成するとともに、それぞれ例えば銅箔からなる貫通導体部２７ａ、上面ランド導体部２７ｂおよび下面ランド導体部２７ｃを備えたスルーホール部２７を形成することにより、プリント配線板５を構成する（図２（ｂ））。スルーホール部２７の孔２７ｄは、金属ブロック１を収めることが可能な形状としておく。

【0048】

次に、プリント配線板５のスルーホール部２７の孔２７ｄに金属ブロック１を挿入し、はんだ２８ｂでの接合により固定する（図２（ｃ））。この時、プリント配線板５と金属ブロック１との接合力を高めるため、接着剤なども併用して固定しても良い。

【0049】

また、この時、金属ブロック１のプリント配線板５に対する厚さ方向の相対的位置は、金属ブロック１の下面１ａが、プリント配線板５のスルーホール部２７における下面ランド導体部２７ｃのランド面、および、プリント配線板５の下面５０２側における回路パターン２４ａのパターン面と同一平面となるように調整しておくと良い。このためには、プリント配線板５における下面ランド導体部２７ｃと回路パターン２４ａとを同じ厚さ寸法ｄ１（図２（ｃ）参照）となるように形成しておくとともに、プリント配線板５の基板本体２３の下面５０２に対する金属ブロック１の下面１ａの突出寸法もｄ１となるようにしておく。このような構成としておくことにより、後述の図３（ｂ）に示す後工程で、パワー半導体ユニット５１とプリント配線板ユニット５２とが一体化された電力変換回路ユニット５３を冷却用ヒートシンク７に搭載する際に、金属ブロック１の下面１ａと、下面ランド導体部２７ｃのランド面と、回路パターン２４ａのパターン面とを、冷却用ヒートシンク７の放熱用絶縁層２に一様に当接させることができるので、電力変換回路ユニット５３の機械的支持構造を安定なものとすることができる。また、上記構成としておけば、下面ランド導体部２７ｃのランド面および回路パターン２４ａのパターン面が金属ブロック１の下面１ａよりも冷却用ヒートシンク７側に突出することはないので、金属ブロック１の下面１ａと冷却用ヒートシンク７の放熱用絶縁層２とを十分に密接した状態で当接させることができ、これにより金属ブロック１の下面１ａと冷却用ヒートシンク７の放熱用絶縁層２との間の良好な熱伝導性を確保することができる。

【0050】

次に、金属ブロック１にパワー半導体素子４をはんだ２８ａでの接合により実装するとともに、プリント配線板５には各種の電子回路部品６ａをはんだ２８ａでの接合により実装する（図２（ｄ））。これらの実装は、通常、クリームはんだを用い、リフロー炉で行う。はんだ材料には例えばＳｎＰｂＡｇからなる高温はんだ、ＳｎＡｇＣｕ系からなる鉛フリーはんだなどを用いる。はんだ付けの温度は、はんだの融点に応じて設定される。パワー半導体素子４と金属ブロック１とを接合するはんだ層２８ａにボイドが残留すると、熱抵抗が高くなり、パワー半導体素子４から生じる熱を効率よく放熱することができない。そこで、ボイドを発生しないように、はんだが溶融している状態で、１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）以下の真空引きを行なう。

【0051】

また、パワー半導体素子４とプリント配線板５の回路パターン２４とで回路を形成するために、アルミワイヤ１２によりお互いを接続する。アルミワイヤ１２は、線径が１２５〜５００μｍのＡｌワイヤで、接合は超音波接合にて行う。なお、お互いの接合にはリードフレームやリボン状のアルミを用いても良い。

【0052】

次に、溶射法もしくはエアロゾルデポジション法によりセラミックス粉末３１を積層することにより、冷却用ヒートシンク７の上面７ａに放熱用絶縁層２を形成する（図２（ｅ）〜図３（ａ））。

【0053】

溶射法のうち、例えばプラズマ溶射法で冷却用ヒートシンク７の上面７ａに放熱用絶縁層２を形成する場合は、セラミックス粉末には酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素からなる１種類以上を用いる。雰囲気としては大気圧もしくは減圧下で冷却用ヒートシンク７の上面７ａに溶射を行い、放熱用絶縁層２を堆積させる。放熱用絶縁層２の厚みは溶射時間をコントロールすることにより調整できる。放熱用絶縁層２の厚みは１０〜５００μｍが好ましい。

【0054】

放熱用絶縁層２は、その形成範囲として、冷却用ヒートシンク７の上面７ａ側の露出面全体が被覆されるように形成する。なお、冷却用ヒートシンク７の上面７ａにおける放熱用絶縁層２の形成範囲は部分的でもよく、後工程で取り付けられる金属ブロック１およびプリント配線板５が冷却用ヒートシンク７から電気的に絶縁されるように放熱用絶縁層２が形成されていればよい。プリント配線板５の下面５０２側に回路パターン２４ａが形成されている場合には、冷却用ヒートシンク７の上面７ａにおける放熱用絶縁層２は、金属ブロック１の下面１ａに当接する領域と下面ランド導体部２７ｃのランド面に当接する領域と回路パターン２４ａのパターン面に当接する領域とを含むように形成する。

【0055】

上記のようにして形成された放熱用絶縁層２は、絶縁特性として、例えば厚み２００μｍで交流破壊電圧５ｋＶ以上を有しており、耐電圧定格が１２００Ｖのパワー素子にも用いることができる。

【0056】

次に、エアロゾルデポジション法で冷却用ヒートシンク７の上面７ａに放熱用絶縁層２を堆積させる場合について説明する。エアロゾルデポジション法とは、微粒子あるいは超微粒子原料をガスと混合してエアロゾル化し、ノズルを通して基板に皮膜を形成する技術である。ガスにはヘリウムもしくは空気が用いられる。装置は、図示しないエアロゾル化チャンバーと成膜チャンバーから構成することができる。成膜チャンバーは、真空ポンプで５０Ｐａ〜１ｋＰａ前後に減圧する。原料である微粒子または超微粒子材料は乾燥された状態でエアロゾル化チャンバー内でガスと攪拌・混合してエアロゾル化され、両チャンバーの圧力差により生じるガスの流れにより成膜チャンバーに搬送され、スリット状のノズルを通過することで加速され、成膜対象である冷却用ヒートシンク７の上面７ａに噴射される。原料微粒子には、機械的に粒径０．１〜２μｍに粉砕したセラミックス粉末を用いる。ガス搬送された超微粒子は、減圧されたチャンバー内の微小開口のノズルを通すことで数百ｍ／secまで加速される。成膜速度や成膜体の密度は使用されるセラミックス微粒子の粒径や凝集状態、乾燥状態などに大きく依存するため、エアロゾル化チャンバーと成膜チャンバーとの間に凝集粒子の解砕器や分級装置を用いている。

【0057】

そして、放熱用絶縁層２を膜として形成するためには、粒径０．１〜２μｍの微粒子のセラミックスを高速で基板上に吹き付け、その時の衝突エネルギーにて１０〜３０ｎｍ前後の微結晶粒子に破砕され、新生面が形成されて表面が活性化され、粒子同士が結合されることで、ち密なナノ結晶組織のセラミックス膜が形成される。また、特に温度をかけることなく常温で形成可能である。

【0058】

エアロゾルデポジションの微粒子には、粒子径が０．１〜２μｍ程度の酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素のいずれかを用いることが好ましい。必要な膜厚を得るため、所定の時間、微粒子を吹き付け、図２（ｅ）〜図３（ａ）に示すように放熱用絶縁層２を形成する。

【0059】

ここで、微粒子には窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素いずれかのフィラーに酸化アルミニウムの皮膜を形成したもの、もしくは、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素いずれかのフィラーに酸化珪素の皮膜を形成したものも適用可能である。これらの微粒子を用いれば、２種類以上のセラミックスを複合した放熱用絶縁層２が形成できる。

【0060】

放熱用絶縁層２の厚みは、溶射法と同様の１０〜５００μｍが好ましい。上記のようにして形成された放熱用絶縁層２は、絶縁特性として、例えば厚み２００μｍで交流破壊電圧５ｋＶ以上を有しており、耐電圧定格が１２００Ｖのパワー素子にも用いることができる。

【0061】

最後に、パワー半導体ユニット５１とプリント配線板ユニット５２とが一体化された電力変換回路ユニット５３を、放熱用絶縁層２が形成された冷却用ヒートシンク７に放熱グリスを介して搭載し、ケース８を被せ、電力変換器１００を構成する（図３（ｂ））。

【0062】

上述のように、本実施形態の電力変換器における冷却用ヒートシンク７の上面７ａに形成される放熱用絶縁層２には、エアロゾルデポジション法またはプラズマ溶射法によるセラミックス材の絶縁層を採用したため、以下のような利点がある。
（１）絶縁耐圧の向上
エアロゾルデポジション法では、室温（常温）で成膜が可能であり、かつ音速レベルのスピードでサブミクロンオーダーのセラミックス微粒子を基板に衝突させるため、活性な新生面が露出したセラミックス微粒子が結合する。また、プラズマ溶射法によっても同様である。いずれの方法においても、非常にち密な電気絶縁膜であるセラミックス微粒子層を形成することが可能となり、膜内に空孔（ボイド）が含まれないため、従来の焼結法により形成されたセラミックス板よりも単位長さ当たりの破壊電圧が１０倍程度向上する。
（２）熱抵抗の低下
熱伝導率はバルクと同等であり、熱伝導率は例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）で約２０Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で約１６０〜１８０Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）で約８０Ｗ／ｍ・Ｋ程度確保できる。これに加えて単位長さ当たりの破壊電圧が向上するため、絶縁層２を薄く形成することができ、このため全体の熱抵抗が低くなる。

【0063】

上述の点により、高絶縁と低熱抵抗とを共に確保することが可能となる。

【0064】

このように、本実施形態の電力変換器は、上面１ｂ（表面）にパワー半導体素子４が実装される金属ブロック１の下面１ａ（裏面）が、熱伝導性に優れたセラミックス材よりなる放熱用絶縁層２を介して、冷却用ヒートシンク７に直接接するように構成しているので、パワー半導体素子４下部の熱抵抗を十分に小さくすることができ、優れた放熱性を備えたものとなっている。

【0065】

なお、上述の実施形態では、図１のようにプリント配線板５の下面５０２（裏面）側に回路パターン２４ａが形成されている構成を対象として説明したが、本発明の対象は上記構成に限定されるものではなく、プリント配線板５の下面５０２（裏面）側に回路パターン２４ａが形成されていない構成にも適用することができる。この場合、冷却用ヒートシンク７の上面７ａにおける放熱用絶縁層２は、金属ブロック１の下面１ａ（裏面）に当接する領域と下面ランド導体部２７ｃのランド面に当接する領域とを含むように形成すればよい。
＜第２の実施形態＞
図４は本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の構成を示す断面図である。
第２の実施形態にかかる電力変換器は、上述の第１の実施形態にかかる電力変換器において、特に、上面および下面を有する金属ブロックの上面の一部分に直接セラミックス材料を積層して形成された中継電極用絶縁層と、この中継電極用絶縁層の上面に金属材料を積層して形成された中継電極とを備え、上記金属ブロックの上面に実装されたパワー半導体素子からのボンディングワイヤなどを上記中継電極に接合するとともに、上記中継電極とプリント配線板の回路パターンとをボンディングワイヤなどを介して接続するようにしたものであり、それ以外の点では第１の実施形態にかかる電力変換器と同様である。

【0066】

図４に示す電力変換器１００Ａにおいて、パワー半導体ユニット５１Ａは、上面１Ａｂおよび下面１Ａａを有する金属ブロック１Ａと、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂの一部分に形成された中継電極用絶縁層４２と、中継電極用絶縁層４２の上面に形成された中継電極４１と、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂにはんだ２８ａにより接合されたパワー半導体素子４とを備え、パワー半導体素子４からのボンディングワイヤ４３ａを中継電極４１に接合している。そして、パワー半導体ユニット５１Ａの中継電極４１とプリント配線板５Ａの上面５０１側の回路パターン２４とをボンディングワイヤ４３ｂで接続している。なお、図４では、説明の便宜上、パワー半導体素子４と中継電極４１とを接続するボンディングワイヤを４３ａとし、中継電極４１とプリント配線板５Ａの上面５０１側の回路パターン２４とを接続するボンディングワイヤを４３ｂとしている。なお、以下では、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂおよび下面１Ａａをそれぞれ「表面１Ａｂ」および「裏面１Ａａ」とも称する。

【0067】

電力変換器１００Ａにおいても、パワー半導体ユニット５１Ａとプリント配線板ユニット５２Ａとを一体として、電力変換回路ユニット５３Ａを構成しているが、プリント配線板５Ａに電子回路部品６ａが実装されたプリント配線板ユニット５２Ａの構成は上述の電力変換器１００におけるプリント配線板ユニット５２と同様である。

【0068】

パワー半導体ユニット５１Ａでは、金属ブロック１Ａを、導電性および熱伝導性のよい金属材料の銅で構成するとともに、その厚さを１．０〜５．０ｍｍ程度として、熱容量が高く放熱性に優れたものとしている。

【0069】

そして、電力変換器１００Ａでは、上述の電力変換器１００と同様に、冷却用ヒートシンク７の上面７ａに直接セラミックス材料が放熱用絶縁層２Ａとして形成されており、上記セラミックス材料として例えば酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素など熱伝導性に優れたセラミックス材を用いている。なお、絶縁層２Ａでは、熱伝導率は１〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、また、厚さは１０〜５００μｍであることが好ましい。

【0070】

電力変換器１００Ａでは、上述の電力変換器１００と同様に、パワー半導体素子４が実装された、熱容量が高く放熱性に優れた金属ブロック１Ａの下面１Ａａが、熱伝導性に優れたセラミックス材よりなる放熱用絶縁層２Ａを介して、冷却用ヒートシンク７に直接接するように構成しているので、パワー半導体素子４下部の熱抵抗を十分に小さくすることができ、優れた放熱性を備えたものとすることができる。

【0071】

なお、図４では金属ブロック１Ａにパワー半導体素子４が１個実装された構成例を示しているが、金属ブロック１Ａに実装されるパワー半導体素子４の個数は、２個でもよく、また、３個以上であってもよい。また、金属ブロック１Ａを形成する金属材料は銅に限るものではなく、例えば銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金なども適用可能である。

【0072】

また、パワー半導体ユニット５１Ａでは、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂ側に形成される中継電極用絶縁層４２も例えば酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素など熱伝導性に優れたセラミックス材により形成するようにしている。なお、中継電極用絶縁層４２では、熱伝導率は１〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであることが好ましく、また、厚さは１０〜５００μｍであることが好ましい。

【0073】

そして、中継電極用絶縁層４２の上面に形成される中継電極４１は例えば銅などの熱伝導性に優れた金属材料により形成するようにしている。なお、中継電極４１を形成する金属材料は銅に限るものではなく、例えば銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金なども適用可能である。

【0074】

図５は、本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器における熱の流れを模式的に示す図であって、上述の図４に示した電力変換器１００Ａの一部分の断面構造を示すものである。図５において、パワー半導体ユニット５１Ａは金属ブロック１Ａの下面１Ａａが放熱用絶縁層２Ａを介して冷却用ヒートシンク７の上面７ａに当接するようにして搭載されるとともに、中継電極４１がボンディングワイヤ４３ｂを介してプリント配線板５Ａの上面５０１側の回路パターン２４と接続されている。また、パワー半導体ユニット５１Ａにおけるパワー半導体素子４として例えばＩＧＢＴを実装した構成では、ＩＧＢＴの裏面のコレクタ電極が金属ブロック１Ａの上面１Ａｂにはんだ２８ａにより接合され、ＩＧＢＴの表面に形成されているエミッタ電極とゲート電極とがそれぞれボンディングワイヤ４３ａにより中継電極４１に接続される。

【0075】

図５において、パワー半導体ユニット５１Ａにおけるパワー半導体素子４が動作時に発熱した場合の熱の流れを白抜き矢印ｈ１〜ｈ４により模式的に示している。白抜き矢印ｈ１〜ｈ４の幅は流れる熱量の大小を定性的に示している。なお、図５では、パワー半導体素子４から左側のボンディングワイヤ４３ａに沿って流れる熱の流れのみを示している。

【0076】

図５において、パワー半導体ユニット５１Ａにおけるパワー半導体素子４が動作時に発生する熱は、パワー半導体素子４からはんだ層２８ａ、金属ブロック１Ａおよび放熱用絶縁層２Ａを介して冷却用ヒートシンク７に伝達されるとともに、パワー半導体素子４からボンディングワイヤ４３ａを介してプリント配線板５Ａの上面５０１側の回路パターン２４側にも伝達される。しかしながら、電力変換器１００Ａでは、金属ブロック１Ａ上に中継電極用絶縁層４２を介して形成された中継電極４１を備え、パワー半導体素子４からのボンディングワイヤ４３ａを中継電極４１に接合した上で、中継電極４１から別のボンディングワイヤ４３ｂを介してプリント配線板５Ａの上面５０１側の回路パターン２４に接続している。このため、電力変換器１００Ａでは、パワー半導体素子４からボンディングワイヤ４３ａを経由して流れてくる熱は大部分が中継電極４１、熱伝導性に優れたセラミックス材料からなる中継電極用絶縁層４２および金属ブロック１Ａを介して冷却用ヒートシンク７に伝達され、中継電極４１からボンディングワイヤ４３ｂを介してプリント配線板５Ａの回路パターン２４側に伝達される熱量は十分に小さく抑制されたものとなる。これにより、プリント配線板ユニット５２Ａ側に伝わる熱量を抑制することができ、プリント配線板ユニット５２Ａを形成するプリント配線板５Ａ、電子回路部品６ａなどに対する加熱を効果的に抑制することができる。

【0077】

また、上述のような電力変換器１００Ａは、図５に示されるように、パワー半導体素子４が動作時に発生する熱を、パワー半導体素子４→はんだ層２８ａ→金属ブロック１Ａという第１の伝熱経路と、パワー半導体素子４→ボンディングワイヤ４３ａ→中継電極４１→中継電極用絶縁層４２→金属ブロック１Ａという第２伝熱経路との２つの伝熱経路で効率良く金属ブロック１Ａに伝達できるので、熱容量が高く放熱性に優れた金属ブロック１Ａの機能をより有効に生かしたものとなっている。

【0078】

このように、本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器では、パワー半導体ユニットのパワー半導体素子が動作時に発生する熱のうち、パワー半導体ユニットに接続されたプリント配線板ユニット側に伝わる熱量を抑制し、プリント配線板などに対する加熱を効果的に抑制することができるとともに、電力変換器における放熱性をより向上させることができる。

【0079】

続いて、本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の製造方法について図６ないし図８を参照して説明する。図６ないし図８は、本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の製造方法を示す断面図である。

【0080】

最初に、１．０〜５．０ｍｍ程度の銅板を、プレス加工により、正方形または長方形に打ち抜いて、金属ブロック１Ａを製作する（図６（ａ））。

【0081】

次に、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂにマスク３０をあてて、溶射法もしくはエアロゾルデポジション法により例えば酸化アルミニウム粉などのセラミックス粉末３１を積層することにより、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂ側に中継電極用絶縁層４２を形成する（図６（ｂ）〜図６（ｃ））。中継電極用絶縁層４２は金属ブロック１Ａの上面１Ａｂにおける全面ではなく一部分に形成する。中継電極用絶縁層４２の形成方法は、絶縁層の形成対象が金属ブロック１Ａの上面１Ａｂであること、およびマスク３０を用いること以外は、溶射法、エアロゾルデポジション法とも上述の図２（ｅ）〜図３（ａ）で説明した放熱用絶縁層２の形成方法と同様である。また、中継電極用絶縁層４２の形成に用いるセラミックス微粒子の材料も、溶射法、エアロゾルデポジション法とも上述の図２（ｅ）〜図３（ａ）で説明した放熱用絶縁層２と同様である。なお、中継電極用絶縁層４２の形成に溶射法を適用する場合、プラズマ溶射法が好適であるが、これに限定されるものではない。

【0082】

中継電極用絶縁層４２の厚みは、溶射法またはエアロゾルデポジション法のいずれで形成したものでも、上述のように１０〜５００μｍが好ましい。

【0083】

次に、中継電極用絶縁層４２の上に銅製の中継電極４１を積層する。銅を堆積させる方法は、放熱用絶縁層と同様にプラズマ溶射法を用いる。すなわち、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂに形成されている中継電極用絶縁層４２にマスク３０Ａをあてて、銅粒子３２を溶射し、中継電極４１を形成する（図６（ｄ）〜図６（ｅ））。

【0084】

これにより、金属ブロック１Ａの上面１Ａｂの一部に中継電極４１が中継電極用絶縁層４２を介して形成された中継電極付き金属ブロック３Ａが完成する（図６（ｆ））。

【0085】

次に、上述の図２（ｂ）〜図２（ｃ）と同様に、プリント配線板５Ａのスルーホール部２７の穴２７ｄに金属ブロック１Ａを挿入し、はんだ２８ｂでの接合により固定する（図７（ａ）〜図７（ｂ））。この時、プリント配線板５Ａと金属ブロック１Ａとの接合力を高めるため、接着剤なども併用して固定しても良い。なお、上述の図２（ｃ）と同様に、金属ブロック１Ａのプリント配線板５Ａに対する厚さ方向の相対的位置は、金属ブロック１Ａの下面１Ａａが、プリント配線板５Ａのスルーホール部２７における下面ランド導体部２７ｃのランド面、および、プリント配線板５Ａの下面５０２側における回路パターン２４ａのパターン面と同一平面となるように調整しておくと良い。このためには、プリント配線板５Ａにおける下面ランド導体部２７ｃと回路パターン２４ａとを同じ厚さ寸法ｄ１となるように形成しておくとともに、プリント配線板５Ａの基板本体２３Ａの下面５０２に対する金属ブロック１Ａの下面１Ａａの突出寸法もｄ１となるようにしておく。

【0086】

次に、金属ブロック１Ａにパワー半導体素子４をはんだ２８ａでの接合により実装するとともに、プリント配線板５Ａに各種の電子回路部品６ａをはんだ２８ａでの接合により実装する（図７（ｃ））。これらのはんだ２８ａによる実装は、上述の図２（ｄ）で説明した実装方法と同様にして行なう。

【0087】

また、ボンディングワイヤ４３ａによりパワー半導体素子４と中継電極４１との接続を行なう（図７（ｃ））。ボンディングワイヤ４３ａは、線径が１２５〜５００μｍのＡｌワイヤを使用して超音波接合する。なお、パワー半導体素子４と中継電極４１との接続には、ボンディングワイヤ４３ａの代わりに例えばリードフレームを使用しても良い。

【0088】

さらに、ボンディングワイヤ４３ｂにより中継電極４１とプリント配線板５Ａの上面５０１側の回路パターン２４との接続を行なう（図７（ｃ））。ボンディングワイヤ４３ｂは、上述のボンディングワイヤ４３ａと同様に線径が１２５〜５００μｍのＡｌワイヤを使用して超音波接合する。なお、中継電極４１とプリント配線板５Ａの回路パターン２４との接続には、ボンディングワイヤ４３ｂの代わりにリードフレームやリボン状のアルミを用いても良い。

【0089】

次に、溶射法もしくはエアロゾルデポジション法によりセラミックス粉末３１を積層することにより、冷却用ヒートシンク７の上面７ａに放熱用絶縁層２Ａを形成する（図７（ｄ）〜図８（ａ））。この放熱用絶縁層２Ａの形成に用いるセラミックス微粒子の材料、および絶縁層の形成方法は、溶射法、エアロゾルデポジション法とも上述の図２（ｅ）〜図３（ａ）で説明した放熱用絶縁層２と同様である。

【0090】

放熱用絶縁層２Ａの厚みは、溶射法またはエアロゾルデポジション法のいずれで形成したものでも、上述のように１０〜５００μｍが好ましい。上記のようにして形成された放熱用絶縁層２Ａは、絶縁特性として、例えば厚み２００μｍで交流破壊電圧５ｋＶ以上を有しており、耐電圧定格が１２００Ｖのパワー素子にも用いることができる。

【0091】

最後に、パワー半導体ユニット５１Ａとプリント配線板ユニット５２Ａとが一体化された電力変換回路ユニット５３Ａを、放熱用絶縁層２Ａが形成された冷却用ヒートシンク７に放熱グリスを介して搭載し、ケース８を被せ、電力変換器１００Ａを構成する（図８（ｂ））。

【0092】

上述のように、第２の実施形態にかかる電力変換器では、特に、金属ブロックの上面（表面）に接合されたパワー半導体素子からのボンディングワイヤまたはリードフレームを中継電極に接合した上で、この中継電極とプリント配線板の回路パターンとを接続していることにより、パワー半導体素子が動作時に発生し、パワー半導体素子からのボンディングワイヤまたはリードフレームに沿って伝達される熱は、主に中継電極および熱伝導性に優れたセラミックス材料からなる中継電極用絶縁層を介して熱容量が高く放熱性に優れた金属ブロックの方に伝わるので、プリント配線板の回路パターンの方に伝わる熱量は十分に小さく抑制することができる。

【0093】

これにより、本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器では、パワー半導体ユニットからプリント配線板ユニットに流れ出す熱量を効果的に抑制することができるため、プリント配線板ユニットにおけるプリント配線板などに対する加熱を効果的に抑制することができるとともに、電力変換器における放熱性をより向上させることができる。

【0094】

次に、図９は本発明の第２の実施形態にかかる電力変換器の異なる構成を示す断面図である。図９に示す電力変換器１００Ｂは、上述の図４に示した電力変換器１００Ａに対して、パワー半導体素子４と中継電極４１とをリードフレーム４４ａで接続するとともに、中継電極４１とプリント配線板５Ｂの表面側の回路パターン２４とをリードフレーム４４ｂで接続するようにした点が異なるものであり、それ以外の点は同様である。

【符号の説明】

【0095】

１，１Ａ，１Ｂ：金属ブロック
１ａ，１Ａａ：下面（裏面）
１ｂ，１Ａｂ：上面（表面）
１ｃ，１Ａｃ：側面
２，２Ａ：放熱用絶縁層
３Ａ：中継電極付き金属ブロック
４：パワー半導体素子（第１の回路素子）
５，５Ａ，５Ｂ：プリント配線板
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ，６ｇ：電子回路部品（第２の回路素子）
７：冷却用ヒートシンク
７ａ：上面
８：ケース
９ａ，９ｂ：プリント配線板
１０：パワー半導体モジュール
１１：絶縁基板
１２：アルミワイヤ
１３：切り欠き部
１５：金属ベース
１６：絶縁層
１７：回路パターン
１８，１８Ａ：接続リード端子
１９：絶縁樹脂
２０：ケース本体
２１：蓋
２３，２３ａ，２３ｂ：基板本体
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ：回路パターン
２５，２５Ａ：支柱
２６：配線
２７：スルーホール部
２７ａ：貫通導体部
２７ｂ：上面ランド導体部
２７ｃ：下面ランド導体部
２７ｄ：孔
２８ａ，２８ｂ：はんだ
３０，３０Ａ：マスク
３１：原料粉末（セラミックス粉末）
３２：銅粒子
４１：中継電極
４２：中継電極用絶縁層
４３ａ，４３ｂ：ボンディングワイヤ
４４ａ，４４ｂ：リードフレーム
５１，５１Ａ，５１Ｂ：パワー半導体ユニット
５２，５２Ａ，５２Ｂ：プリント配線板ユニット
５３，５３Ａ，５３Ｂ：電力変換回路ユニット
１００，１００Ａ，１００Ｂ，２００：電力変換器
５０１：上面（表面）
５０２：下面（裏面）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】