特開 2022-99227 パワーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022099227

(43)【公開日】2022-07-04

(54)【発明の名称】パワーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20220627BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20220627BHJP

   H01L 23/36 20060101ALI20220627BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

H01L25/04 C

H01L23/36 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】26

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021135545

(22)【出願日】2021-08-23

(31)【優先権主張番号】10 2020 216 476.2

(32)【優先日】2020-12-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(71)【出願人】

【識別番号】500045121

【氏名又は名称】ツェットエフ、フリードリッヒスハーフェン、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＺＦ ＦＲＩＥＤＲＩＣＨＳＨＡＦＥＮ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100186716

【弁理士】

【氏名又は名称】真能 清志

(72)【発明者】

【氏名】リウ ウェイ

【テーマコード（参考）】

5F136

5H770

【Ｆターム（参考）】

5F136BA06

5F136DA22

5F136DA27

5F136DA50

5F136FA01

5F136FA51

5F136GA02

5F136GA31

5H770DA46

5H770JA10X

5H770JA11W

5H770KA05W

5H770PA22

5H770PA42

5H770PA43

5H770QA06

5H770QA08

5H770QA12

5H770QA22

(57)【要約】

【課題】パワーモジュールを開示する。
【解決手段】パワーモジュールは、少なくとも１つのパワー半導体素子と、第１導電層と、パワー半導体素子をそれらの間で挟むように構成された第２導電層と、第１導電層の上に設けられた第１冷却部材と、第２導電層の下に設けられた第２冷却部材と、第１導電層と第２導電層との間の少なくとも１つのスナバコンデンサであって、第１電極と、第２電極と、それらの間のコンデンサコアと、を備えるスナバコンデンサと、第１移行層と、第２移行層と、を備える。この内部のスナバコンデンサの設計では、電圧サージが平滑化される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワーモジュールであって、
少なくとも１つのパワー半導体素子と、
第１導電層と、前記パワー半導体素子をそれらの間で挟むように構成された第２導電層と、
前記第１導電層の上に設けられた第１冷却部材と、前記第２導電層の下に設けられた第２冷却部材と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間の少なくとも１つのスナバコンデンサであって、第１電極と、第２電極と、それらの間のコンデンサコアと、を備えるスナバコンデンサと、
第１移行層と、
第２移行層と、を備え、
前記第１移行層および前記第２移行層は、導電性であり、
前記第１移行層は、前記第１導電層と前記第１電極との間にあり、前記第２移行層は、前記第２電極と前記第２導電層との間にあり、前記第１移行層の熱膨張係数は、前記第１導電層の熱膨張係数と前記第１電極の熱膨張係数との間であり、前記第２移行層の熱膨張係数は、前記第２電極の熱膨張係数と前記第２導電層の熱膨張係数との間である、パワーモジュール。

【請求項2】

請求項１に記載のパワーモジュールであって、前記パワーモジュールは第３移行層を更に備え、前記第３移行層は導電性であり、
前記第３移行層は、前記第１電極と前記コンデンサコアとの間にあり、前記第３移行層の熱膨張係数は、前記第１電極の熱膨張係数と前記コンデンサコアの熱膨張係数との間である、パワーモジュール。

【請求項3】

請求項１に記載のパワーモジュールであって、前記パワーモジュールは第４移行層を更に備え、前記第４移行層は導電性であり、
前記第４移行層は、前記コンデンサコアと前記第２電極との間にあり、前記第４移行層の熱膨張係数は、前記コンデンサコアの熱膨張係数と前記第２電極の熱膨張係数との間である、パワーモジュール。

【請求項4】

請求項２または３に記載のパワーモジュールであって、前記第３移行層は導電性の樹脂層である、または、前記第４移行層は導電性の樹脂層である、パワーモジュール。

【請求項5】

請求項４に記載のパワーモジュールであって、前記導電性の樹脂層は、銀粒子がドープされた樹脂層である、パワーモジュール。

【請求項6】

請求項１～５の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記スナバコンデンサはＭＬＣＣである、パワーモジュール。

【請求項7】

請求項１～５の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記第１冷却部材はピンフィン構造を有する、および／または、前記第２冷却部材はピンフィン構造を有する、パワーモジュール。

【請求項8】

請求項１～５の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記第１移行層は、前記第１導電層および前記第１電極にはんだ付け／焼結されている、および／または、前記第２移行層は、前記第２電極および前記第２導電層にはんだ付け／焼結されている、パワーモジュール。

【請求項9】

請求項８に記載のパワーモジュールであって、前記第１移行層は、前記第１導電層および前記第１電極に超音波はんだ付けされている、および／または、前記第２移行層は、前記第２電極および前記第２導電層に超音波はんだ付けされている、パワーモジュール。

【請求項10】

請求項８に記載のパワーモジュールであって、前記第１移行層は、前記第１導電層および前記第１電極に銀によって焼結されている、および／または、前記第２移行層は、前記第２電極および前記第２導電層に銀によって焼結されている、パワーモジュール。

【請求項11】

請求項１～５の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記パワー半導体素子はＳｉＣＭＯＳＦＥＴである、パワーモジュール。

【請求項12】

請求項１～５の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記スナバコンデンサは前記パワー半導体素子に隣接して配置されている、パワーモジュール。

【請求項13】

請求項１～５の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、
前記パワーモジュールの動作温度は、－４０℃～１５０℃であり、および／または、
前記第１導電層と前記第２導電層との間の電圧は、３００Ｖ～８００Ｖであり、および／または、
前記第１導電層と前記第２導電層との間の電流は、１００Ａ～１０００Ａである、パワーモジュール。

【請求項14】

パワーモジュールであって、
少なくとも１つのパワー半導体素子と、
第１導電層と、前記パワー半導体素子をそれらの間で挟むように構成された第２導電層と、
前記第１導電層の上に設けられた第１冷却部材と、前記第２導電層の下に設けられた第２冷却部材と、
前記第１導電層と前記第２導電層との間の少なくとも１つのスナバコンデンサであって、第１電極と、第２電極と、それらの間のコンデンサコアと、を備え、前記第１電極は前記第１導電層に結合され、前記第２電極は前記第２導電層に結合されているスナバコンデンサと、
第１移行層と、
第２移行層と、を備え、
前記第１移行層は、前記第１電極と前記コンデンサコアとの間にあり、前記第２移行層は、前記コンデンサコアと前記第２電極との間にあり、前記第１移行層の熱膨張係数は、前記第１電極の熱膨張係数と前記コンデンサコアの熱膨張係数との間であり、前記第２移行層の熱膨張係数は、前記コンデンサコアの熱膨張係数と前記第２電極の熱膨張係数との間である、パワーモジュール。

【請求項15】

請求項１４に記載のパワーモジュールであって、前記パワーモジュールは第３移行層を更に備え、前記第３移行層は導電性であり、
前記第３移行層は、前記第１導電層と前記第１電極との間にあり、前記第３移行層の熱膨張係数は、前記第１導電層の熱膨張係数と前記第１電極の熱膨張係数との間である、パワーモジュール。

【請求項16】

請求項１４に記載のパワーモジュールであって、前記パワーモジュールは第４移行層を更に備え、前記第４移行層は導電性であり、
前記第４移行層は、前記第２電極と前記第２導電層との間にあり、前記第４移行層の熱膨張係数は、前記第２電極の熱膨張係数と前記第２導電層の熱膨張係数との間である、パワーモジュール。

【請求項17】

請求項１４に記載のパワーモジュールであって、前記第１移行層は導電性の樹脂層である、または、前記第２移行層は導電性の樹脂層である、パワーモジュール。

【請求項18】

請求項１７に記載のパワーモジュールであって、前記導電性の樹脂層は、銀粒子がドープされた樹脂層である、パワーモジュール。

【請求項19】

請求項１４～１８の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記スナバコンデンサはＭＬＣＣである、パワーモジュール。

【請求項20】

請求項１４～１８の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記第１冷却部材はピンフィン構造を有する、および／または、前記第２冷却部材はピンフィン構造を有する、パワーモジュール。

【請求項21】

請求項１５または１６に記載のパワーモジュールであって、前記第３移行層は、前記第１導電層および前記第１電極にはんだ付け／焼結されている、および／または、前記第４移行層は、前記第２電極および前記第２導電層にはんだ付け／焼結されている、パワーモジュール。

【請求項22】

請求項２１に記載のパワーモジュールであって、前記第３移行層は、前記第１導電層および前記第１電極に超音波はんだ付けされている、および／または、前記第４移行層は、前記第２電極および前記第２導電層に超音波はんだ付けされている、パワーモジュール。

【請求項23】

請求項２１に記載のパワーモジュールであって、前記第３移行層は、前記第１導電層および前記第１電極に銀によって焼結されている、および／または、前記第４移行層は、前記第２電極および前記第２導電層に銀によって焼結されている、パワーモジュール。

【請求項24】

請求項１４～１８の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記パワー半導体素子はＳｉＣＭＯＳＦＥＴである、パワーモジュール。

【請求項25】

請求項１４～１８の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、前記スナバコンデンサは、前記パワー半導体素子に隣接して配置されている、パワーモジュール。

【請求項26】

請求項１４～１８の何れか一項に記載のパワーモジュールであって、
前記パワーモジュールの動作温度は、－４０℃～１５０℃であり、および／または
前記第１導電層と前記第２導電層との間の電圧は、３００Ｖ～８００Ｖであり、および／または、
前記第１導電層と前記第２導電層との間の電流は、１００Ａ～１０００Ａである、パワーモジュール。

【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、特に内部のスナバコンデンサ（inner subber capacitor）を備えるパワーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

パワーデバイス(例えばＳｉＣ、ＧａＮなどの、ＷＢＧ（wide bandgap／ワイドバンドギャップ）半導体、）は、電源用途のように高速で効率的なスイッチングが要求される用途において、ますます普及が進んでいる。さらに、パワーデバイスは、通常、パワーモジュールパッケージおよび周囲の回路の浮遊インダクタンスと結合している。パワーデバイスの高速スイッチング能力は、高い「ｄｖ／ｄｔ」を引き起こす。その結果、スイッチオフ時に、パワーデバイスのドレイン端子とソース端子との間に大きなサージ電圧およびＥＭＩ（Electromagnetic Interference／電磁干渉）ノイズが生じる。

【0003】

この電圧サージを平滑化してノイズを低減するために、図１に示すようにスナバコンデンサＣｃが追加される。図２を参照すると、スナバコンデンサがある場合とない場合の、２つの電圧波形が各々示される。破線で示されるように、電圧サージはスナバコンデンサによって平滑化される。したがって、スナバコンデンサは、ＷＢＧ半導体用途において不可避な素子となる。

【0004】

次に図３を参照すると、従来のインバータの設計がブロック図で示される。インバータは、ＡＣコネクタ１０１と、ＤＣコネクタ１０２と、ＷＢＧパワーデバイスなどの複数のパワーデバイス１０３１を備えるパワーモジュール１０３と、パワーモジュール１０３に隣接するスナバコンデンサ１０４と、を備える。スナバコンデンサ１０４は、パワーデバイス１０３１に可及的に近づけて設ける必要がある。従来のインバータでは、スナバコンデンサが、パワーデバイスの一部に隣接して設けられているのみである。そのため、スナバコンデンサの平滑化効果が制限されている。

【0005】

また、ＭＬＣＣ(Multi-layer Ceramic Capacitor／多層セラミックコンデンサ）は、その適切な容量値のために、従来のインバータの設計で一般的に使用されている。ＭＬＣＣは、２つの外部電極と、誘電体電極および内部電極を備えるコンデンサコアと、を備える。図４を参照すると、ＭＬＣＣ１０４は、はんだ材料６によって銅パターン層１１４上にはんだ付けされている。ＭＬＣＣの下に、ギャップ１１８が存在する。熱樹脂１１２は、銅パターン層１１４とピンフィン冷却部材１１０との間に設けられている。（当業者であれば、銅パターンと冷却部材との間には絶縁材料があり、この場合、熱樹脂１１２が絶縁材料として使用されることを理解されたい。）この設計では、ＭＬＣＣ１０４によって発生される熱は、はんだ材料６を通してのみ放散することができる。その結果、不所望な熱伝導効率が発生する。場合によっては、スナバコンデンサが、熱状態が悪い場合に焼損さえする。

【発明の概要】

【0006】

スナバコンデンサの熱状態を改善し、平滑化効果を高めるために、パワーモジュールが開示される。パワーモジュールは、少なくとも１つのパワー半導体素子と、第１導電層と、パワー半導体素子をそれらの間で挟むように構成された第２導電層と、第１導電層の上に設けられた第１冷却部材と、第２導電層の下に設けられた第２冷却部材と、第１導電層と第２導電層との間の少なくとも１つのスナバコンデンサであって、第１電極と、第２電極と、それらの間のコンデンサコアと、を備えるスナバコンデンサと、第１移行層と、第２移行層と、を備える。第１移行層および第２移行層は、導電性である。第１移行層は、第１導電層と第１電極との間にある。第２移行層は、第２電極と第２導電層との間にある。第１移行層の熱膨張係数は、第１導電層の熱膨張係数と第１電極の熱膨張係数との間である。第２移行層の熱膨張係数は、第２電極の熱膨張係数と第２導電層の熱膨張係数との間である。この内部のスナバコンデンサの設計では、電圧サージが平滑化される。追加的に、両方の冷却部材から熱を放散できるため、スナバコンデンサの過熱が防止される。さらに、移行層の助けによって、電極からバスバーへの熱移行が十分に緩やかであるため、応力の不均一な分布を回避できる。したがって、スナバコンデンサは、しっかりと固定されている。

【0007】

本発明の別の態様によれば、パワーモジュールは第３移行層を更に備える。第３移行層は導電性である。第３移行層は、第１電極とコンデンサコアとの間にある。第３移行層の熱膨張係数は、第１電極の熱膨張係数とコンデンサコアの熱膨張係数との間である。

【0008】

本発明の別の態様によれば、パワーモジュールは第４移行層を更に備える。第４移行層は導電性である。第４移行層は、コンデンサコアと第２電極との間にある。第４移行層の熱膨張係数は、コンデンサコアの熱膨張係数と第２電極の熱膨張係数との間である。

【0009】

本発明の別の態様によれば、第３移行層は導電性の樹脂層である、または、第４移行層は導電性の樹脂層である。

【0010】

本発明の別の態様によれば、導電性の樹脂層は、銀粒子がドープされた樹脂層である。

【0011】

本発明の別の態様によれば、スナバコンデンサはＭＬＣＣである。

【0012】

本発明の別の態様によれば、第１冷却部材はピンフィン構造を有する、および／または、第２冷却部材はピンフィン構造を有する。

【0013】

本発明の別の態様によれば、第１移行層は、第１導電層および第１電極にはんだ付け／焼結されている、および／または、第２移行層は、第２電極および第２導電層にはんだ付け／焼結されている。

【0014】

本発明の別の態様によれば、第１移行層は、第１導電層および第１電極に銀によって焼結されている、および／または、第２移行層は、第２電極および第２導電層に銀によって焼結されている。

【0015】

本発明の別の態様によれば、パワー半導体素子は、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴである。

【0016】

本発明の別の態様によれば、スナバコンデンサは、パワー半導体素子に隣接して配置されている。

【0017】

本発明の別の態様によれば、パワーモジュールの動作温度は、－４０℃～１５０℃である。第１導電層と第２導電層との間の電圧は、３００Ｖ～８００Ｖである。第１導電層と第２導電層との間の電流は、１００Ａ～１０００Ａである。

【0018】

本発明の別の態様によれば、別のパワーモジュールも開示される。パワーモジュールは、少なくとも１つのパワー半導体素子と、第１導電層と、パワー半導体素子をそれらの間で挟むように構成された第２導電層と、第１導電層の上に設けられた第１冷却部材と、第２導電層の下に設けられた第２冷却部材と、第１導電層と第２導電層との間の少なくとも１つのスナバコンデンサであって、第１電極と、第２電極と、それらの間のコンデンサコアと、を備え、第１電極は第１導電層に結合され、第２電極は第２導電層に結合されているスナバコンデンサと、第１移行層と、第２移行層と、を備える。第１移行層は、第１電極とコンデンサコアとの間にある。第２移行層は、コンデンサコアと第２電極との間にある。第１移行層の熱膨張係数は、第１電極の熱膨張係数とコンデンサコアの熱膨張係数との間である。第２移行層の熱膨張係数は、コンデンサコアの熱膨張係数と第２電極の熱膨張係数との間である。

【0019】

本発明の別の態様によれば、パワーモジュールは第３移行層を更に備える。第３移行層は導電性である。第３移行層は、第１導電層と第１電極との間にある。第３移行層の熱膨張係数は、第１導電層の熱膨張係数と第１電極の熱膨張係数との間である。

【0020】

本発明の別の態様によれば、パワーモジュールは第４移行層を更に備える。第４移行層は導電性である。第４移行層は、第２電極と第２導電層との間にある。第４移行層の熱膨張係数は、第２電極の熱膨張係数と第２導電層の熱膨張係数との間である。

【0021】

本発明の別の態様によれば、第１移行層は導電性の樹脂層である、または、第２移行層は導電性の樹脂層である。

【0022】

本発明の別の態様によれば、導電性の樹脂層は、銀粒子がドープされた樹脂層である。

【0023】

本発明の別の態様によれば、スナバコンデンサはＭＬＣＣである。

【0024】

本発明の別の態様によれば、第１冷却部材はピンフィン構造を有する、および／または、第２冷却部材はピンフィン構造を有する。

【0025】

本発明の別の態様によれば、第３移行層は、第１導電層および第１電極にはんだ付け／焼結されている、および／または、第４移行層は、第２電極および第２導電層にはんだ付け／焼結されている。

【0026】

本発明の別の態様によれば、第３移行層は、第１導電層および第１電極に銀によって焼結されている、および／または、第４移行層は、第２電極および第２導電層に銀によって焼結されている。

【0027】

本発明の別の態様によれば、パワー半導体素子はＳｉＣＭＯＳＦＥＴである。

【0028】

本発明の別の態様によれば、スナバコンデンサは、パワー半導体素子に隣接して配置されている。

【0029】

本発明の別の態様によれば、パワーモジュールの動作温度は、－４０℃～１５０℃である。第１導電層と第２導電層との間の電圧は、３００Ｖ～８００Ｖである。第１導電層と第２導電層との間の電流は、１００Ａ～１０００Ａである。

【0030】

実施形態の他の態様および利点は、説明される実施形態の原理を例として示す添付の図面と併せて解釈される以下の詳細な説明から明らかになる。

【0031】

記載される実施形態およびその利点は、添付の図面と併せて以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。これらの図面は、記載される実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、記載される実施形態に対して当業者が行うことができる形態および詳細のいかなる変更をも、決して制限するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】パワーデバイスを使用する電源回路を示す図である。

【図2】スナバコンデンサの有無による２つの電圧波形の各々を示す図である。

【図3】スナバコンデンサがパワーモジュールに隣接して設けられている従来のインバータを示す図である。

【図4】ピンフィン冷却部材を備えるスナバコンデンサ装置の断面図である。

【図5】本発明の第１実施形態によるパワーモジュールの断面図である。

【図6】スナバコンデンサのみを示す、本発明の第２実施形態によるパワーモジュールの断面図である。

【図7】スナバコンデンサのみを示す、本発明の第３実施形態によるパワーモジュールの断面図である。

【図8】スナバコンデンサのみを示す、本発明の第４実施形態によるパワーモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

ここで図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明では、ＰＣＢ用途とは異なり、異なる実施形態のパワーモジュールは、主に、自動車産業で使用される。本発明におけるパワーモジュールの動作条件は、はるかにより厳しい。例えば、パワーモジュールの動作温度は、－４０℃～１５０℃である。第１導電層と第２導電層との間の電圧は、３００Ｖ～８００Ｖである。第１導電層と第２導電層との間の電流は、１００Ａ～１０００Ａである。したがって、上記の要求を満たすためには、コンデンサに対する温度の影響を考慮する必要がある。

【0034】

最初に、図５を参照すると、本発明の第１実施形態によるパワーモジュールが開示される。パワーモジュールは、ＳｉＣデバイスなどの少なくとも１つのパワー半導体素子１と、第１導電層２１と、パワー半導体素子１をそれらの間で挟むように構成された第２導電層２２と、第１導電層２１の上に設けられた第１冷却部材３１と、第２導電層２２の下に設けられた第２冷却部材３２と、を備える。第1導電層および第２導電層は各々、インバータの第1バスバーおよび第２バスバーに結合されている。このインバータは、パワーモジュールを含む。第１冷却部材３１および第２冷却部材３２は両方とも、ピンフィン構造を有する。当業者は、冷却部材は各々、その間の絶縁材料（図示せず）によって、導電層に対して絶縁性であることを理解されたい。ピンフィン構造は各々、ベースプレート３１１、３２１と、ベースプレート３１１、３２１の上のフィン３１２、３２２と、を備える。パワー半導体素子１は、はんだ材料６によって、第１導電層２１および第２導電層２２にはんだ付けされている。通常、パワー半導体素子１は、極めて薄い。パワー半導体素子１が電極間で短絡することを防ぐために、ガスケット７がパワー半導体素子１に設けられている。

【0035】

パワーモジュールは、第１導電層２１と第２導電層２２との間に少なくとも１つのスナバコンデンサ４を更に備える。スナバコンデンサ４は、第１電極４１と、第２電極４２と、その間のコンデンサコア４０と、を備える。スナバコンデンサ４は、ＭＬＣＣであり、パワー半導体素子１に隣接して設けられている。そのため、パワー半導体素子のスイッチオンおよびオフ時の、電圧サージが平滑化される。

【0036】

スナバコンデンサ４は、はんだ材料６によって、第１導電層および第２導電層にはんだ付けされている。第１電極４１は第１導電層２１に結合されている。第２電極４２は第２導電層２２に結合されている。通常、電極の材料は２本のバスバーの材料と異なる。したがって、熱膨張係数が異なることに起因する、応力の不均一な分布が存在する。そして、パワー半導体素子のスイッチオンおよびオフによる加熱と冷却が交互に繰り返された後で、スナバコンデンサが緩んでしまう可能性がある。これに鑑み、パワーモジュールは、共に導電性である第１移行層５１と第２移行層５２と、を更に備える。第１移行層５１は、第１導電層２１と第１電極４１との間にある。一方、第２移行層５２は、第２電極４２と第２導電層２２との間にある。第１移行層５１の熱膨張係数は、第１導電層２１の熱膨張係数と第１電極４１の熱膨張係数との間である。第２移行層５２の熱膨張係数は、第２電極４２の熱膨張係数と第２導電層２２の熱膨張係数との間である。第１移行層５１は、はんだ材料６によって、第１導電層２１および第１電極４１にはんだ付けされている。第２移行層５２は、はんだ材料６によって、第２電極４２および第２導電層２２にはんだ付けされている。（図５では、移行層とバスバーとを結合するはんだ材料６のみを示す）。簡単に説明すると、これらの２つの移行層によって、電極からバスバーへの緩やかな熱移行が提供され、応力の不均一な分布が回避される。したがって、スナバコンデンサ４は、しっかりと固定される。

【0037】

はんだ材料６ではんだ付けする以外に、第１移行層と第２移行層の両方を、銀焼結などで、導電層および電極に焼結することもできる。

【0038】

次に、図６を参照すると、本発明の第２実施形態によるパワーモジュールの断面図が示される。この実施形態において、パワー半導体素子の配置は、第１実施形態と同じである。そのため、スナバコンデンサ４のみを示し、パワー半導体素子と２つの冷却部材が省略されている。図６に示すように、スナバコンデンサ４の第１電極４１は、はんだ材料６によって第１導電層２１に結合されている。スナバコンデンサ４の第２電極４２も、同様に第２導電層２２に結合されている。第１実施形態と異なるのは、第１移行層と第２移行層の配置である。図６において、第１移行層５１は、第１電極４１とコンデンサコア４０との間にある。第２移行層５２は、コンデンサコア４０と第２電極４２との間にある。第１移行層５１の熱膨張係数は、第１電極４１の熱膨張係数とコンデンサコア４０の熱膨張係数の間である。第２移行層５２の熱膨張係数は、コンデンサコア４０の熱膨張係数と第２電極４２の熱膨張係数との間である。この設計では、異なる熱影響に起因するスナバコンデンサ４における応力の不均一な分布が回避される。したがって、スナバコンデンサの寿命が延びる。

【0039】

第１移行層５１および第２移行層５２は、導電性の樹脂層、特に銀粒子がドープされた樹脂層である。

【0040】

次に、スナバコンデンサのみを示す、本発明の第３実施形態によるパワーモジュールの断面図である図７を参照する。スナバコンデンサ４の基本的な配置は、第１実施形態と同じである。異なるのは、パワーモジュールが第３移行層７１および第４移行層７２を更に備える点である。第３移行層７１は、第１電極４１とコンデンサコア４０との間の導電層である。第３移行層７１の熱膨張係数は、第１電極４１の熱膨張係数とコンデンサコア４０の熱膨張係数との間である。第４移行層７２は、コンデンサコア４０と第２電極４２との間の導電層である。第４移行層７２の熱膨張係数は、コンデンサコア４０の熱膨張係数と第２電極４２の熱膨張係数との間である。同様に、第３移行層７１および第４移行層７２の配置によって、スナバコンデンサへの熱影響が、更に改善される。

【0041】

次に、スナバコンデンサ４のみを示す、本発明の第４実施形態によるパワーモジュールの断面図である図８を参照する。スナバコンデンサ４の基本的な配置は、第２実施形態と同じである。異なるのは、パワーモジュールが第３移行層７１および第４移行層７２を更に備える点である。第３移行層７１は、第１導電層２１と第１電極４１との間の導電層である。第３移行層７１の熱膨張係数は、第１導電層２１の熱膨張係数と第１電極４１の熱膨張係数との間である。第４移行層７２は、第２電極４２と第２導電層２２との間の導電層である。第４移行層７２の熱膨張係数は、第２電極４２の熱膨張係数と第２導電層２２の熱膨張係数との間である。この実施形態において、第３移行層７１は、第１導電層２１および第１電極４１に焼結されている。一方、第４移行層７２は、第２導電層２２および第２電極４２に焼結されている。第３移行層７１および第４移行層７２の配置によって、スナバコンデンサとバスバーとの間の熱影響がさらに改善され、応力の不均一な分布に起因してスナバコンデンサが緩むことを防止する。

【0042】

追加的に、別の好適な実施形態において、第３移行層７１または第４移行層７２の両方に関して、いずれか一方を省略することができる。例えば、第３移行層７１が省略され、第１導電層２１が第１電極４１に直接結合されている。その場合、第１導電層２１は、第１電極４１に超音波はんだ付けされている。別の好適な実施形態において、１つのスナバコンデンサは、１つを超えるパワー半導体素子に対応し、電圧サージを平滑化する。

【0043】

いくつかの代替的な構造素子および処理ステップが、好適な実施形態のために提案されている。したがって、本発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、この説明は、本発明を例示するものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、当業者は、種々の変形および応用を想到することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【外国語明細書】